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WO2013094011A1 - 画像投射装置およびその制御方法 - Google Patents

画像投射装置およびその制御方法 Download PDF

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Publication number
WO2013094011A1
WO2013094011A1 PCT/JP2011/079500 JP2011079500W WO2013094011A1 WO 2013094011 A1 WO2013094011 A1 WO 2013094011A1 JP 2011079500 W JP2011079500 W JP 2011079500W WO 2013094011 A1 WO2013094011 A1 WO 2013094011A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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image
light
fourier transform
area
phase
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/079500
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
伸秀 藤岡
Original Assignee
Ｎｅｃディスプレイソリューションズ株式会社
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 Ｎｅｃディスプレイソリューションズ株式会社 filed Critical Ｎｅｃディスプレイソリューションズ株式会社
Priority to US14/353,010 priority Critical patent/US9262995B2/en
Priority to PCT/JP2011/079500 priority patent/WO2013094011A1/ja
Publication of WO2013094011A1 publication Critical patent/WO2013094011A1/ja

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    • G09G5/10—Intensity circuits
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    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
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    • G02B27/149—Beam splitting or combining systems operating by reflection only using crossed beamsplitting surfaces, e.g. cross-dichroic cubes or X-cubes

Definitions

  • the present invention relates to an image projection apparatus that projects an image and a control method thereof.
  • Demands for a display device that displays an image indicated by an image signal include high contrast and low power consumption.
  • One technique for meeting these requirements is local dimming.
  • Local dimming means that the image shown in the image signal is divided into a plurality of divided images, and the brightness of each divided image is adjusted according to the brightness level such as the luminance value of each divided image. This is a technique for displaying darker and brighter divided images.
  • Local dimming is realized, for example, in a liquid crystal display having LEDs (Light Emitting Diodes) as a backlight by reducing the output of the backlight for displaying a dark divided image.
  • LEDs Light Emitting Diodes
  • the backlight output of the portion displaying the dark divided image the dark divided image is displayed darker, so that the dynamic range of the display image can be expanded and high contrast can be realized.
  • power consumption can be reduced by reducing the output of the backlight.
  • An organic EL (Electro Luminescence) display is a display device that can adjust the brightness for each pixel.
  • the organic EL display has a problem that sufficient reliability is not obtained with respect to the lifetime of the light source.
  • a display device that can adjust the brightness for each pixel
  • an image projection device that projects an image by scanning a laser beam output from a light source using a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror.
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • the image projection device in addition to the above-described image projection device using the MEMS mirror, for example, a liquid crystal panel, DMD based on an image signal for light output from a lamp, LED, laser light source, or the like.
  • an image projection device that projects an image by performing amplitude modulation using a display element such as (Digital Micro mirror Device). According to such an image projection apparatus, it is possible to project an image with a simpler configuration as compared with an image projection apparatus using a MEMS mirror.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2008-544307 discloses an image projection device that projects an image by performing phase modulation on the laser beam output from a light source based on an image signal. According to the image projection apparatus disclosed in Patent Document 1, even if phase modulation is performed on the light output from the light source, no optical loss occurs as in the case of amplitude modulation, so that low power consumption is achieved. Can do.
  • the light output from the light source is shaped into a rectangle by the integrator, homogenized, and irradiated to the display element.
  • the brightness of the light applied to the element changes in the same manner over all pixels, and local dimming cannot be realized.
  • the various image projection apparatuses described above have a problem that local dimming cannot be realized with a simple configuration.
  • An object of the present invention is to provide an image projection apparatus capable of realizing local dimming with a simple configuration and a control method thereof.
  • the image projection apparatus of the present invention provides: An image projection apparatus that projects an image indicated by an input image signal, A light source that outputs coherent light; A phase modulator that performs phase modulation on the light output from the light source and forms a Fourier transform image; An amplitude modulator for performing amplitude modulation on the Fourier transform image based on the image signal; A projection optical system that projects light that has been amplitude-modulated by the amplitude modulator; The image shown in the image signal is divided into a plurality of divided images, and the target luminance value of each area of the Fourier transform image divided in accordance with the division of the image is used as the image signal of the divided image corresponding to the area.
  • a control unit that outputs to the phase modulator phase data indicating a phase modulation amount of light output from the light source, the luminance value of each area of the Fourier transform image being a target luminance value of each area Have.
  • a method for controlling an image projection apparatus of the present invention includes: An image projection apparatus that has a light source that outputs coherent light, modulates light output from the light source based on an input image signal, and projects an image indicated by the image signal, Performing phase modulation on the light output from the light source to form a Fourier transform image; and An amplitude modulation step of performing amplitude modulation on the Fourier transform image based on the image signal; Projecting the amplitude-modulated light, and In the phase modulation step, the image shown in the image signal is divided into a plurality of divided images, and the target luminance value of each area of the Fourier transform image divided corresponding to the division of the image corresponds to the area. It is determined based on the image signal of the divided image, and phase modulation is performed so that the luminance value of each area of the Fourier transform image becomes the target luminance value of each area.
  • FIG. 3A It is a figure which shows an example of a structure of the image projection apparatus of the 1st Embodiment of this invention. It is a flowchart which shows operation
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an image projection apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • a light source 101 includes a light source 101, lenses 102, 103, 105, and 106, a phase modulator 104, an amplitude modulator 107, a projection optical system 108, and a control unit 109.
  • the light source 101 outputs coherent light (laser light) to the lens 102.
  • the lens 102 enlarges the output light from the light source 101 and outputs it to the lens 103.
  • the lens 103 converts the light input from the lens 102 into parallel light and outputs the parallel light to the phase modulator 104.
  • the phase modulator 104 performs phase modulation on the light input from the lens 103 and outputs the light after phase modulation to the lens 105.
  • Specific examples of the phase modulator 104 include LCOS (Liquid crystal on silicon) and computer-generated hologram (CGH).
  • the lens 105 converts the light input from the phase modulator 104 into parallel light and outputs it to the lens 106.
  • the lens 106 condenses the light input from the lens 105 and irradiates the amplitude modulator 107.
  • a Fourier transform image is formed by the light phase-modulated by the phase modulator 104, and irradiated to the amplitude modulator 107.
  • the amplitude modulator 107 performs amplitude modulation based on the image signal with respect to the irradiated Fourier transform image, and outputs the light after amplitude modulation to the projection optical system 108.
  • the projection optical system 108 projects the light input from the amplitude modulator 107 onto the screen 200.
  • control unit 109 controls driving of the light source 101, the phase modulator 104, and the amplitude modulator 107 based on the input image signal. Details of the operation of the control unit 109 will be described later.
  • the luminance distribution of the Fourier transform image can be arbitrarily adjusted by the phase modulator 104. Therefore, in the image projection apparatus 100 shown in FIG. 1, the amplitude modulator 107 is omitted, and the phase modulator 104 performs phase modulation on the output light from the light source 101, whereby the image shown in the image signal is projected into the projection optical system. It is also possible to project on the screen 200 via 108.
  • the processing load of the control unit 109 is enormous in calculating phase data for performing phase modulation for each frame so that an image indicated by an image signal is projected only by phase modulation.
  • the phase modulator 104 is used only for realizing local dimming.
  • the control unit 109 stores a finite number of light intensity profiles indicating the target luminance value of each area of the Fourier transform image divided corresponding to the division of the image shown in the image signal.
  • the control unit 109 corresponds to the light intensity profile, and the luminance value of each area of the Fourier transform image irradiated to the amplitude modulator 107 becomes the target luminance value of each area indicated by the light intensity profile.
  • Phase data indicating the amount of phase modulation of the output light from 101 is stored.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the control unit 109.
  • the control unit 109 determines the image division mode such as the number of image divisions based on the luminance value distribution of each pixel of the image indicated in the image signal.
  • the control unit 109 determines the division mode so that each divided image corresponds to the division of the Fourier transform image in the stored light intensity profile (step S101).
  • control unit 109 determines a representative gradation value for each divided image obtained by dividing the image indicated in the image signal according to the determined division mode. Note that the control unit 109 determines the representative gradation value by using, for example, an appearance number distribution (histogram) of gradation values of each pixel of the divided image. Further, the control unit 109 determines a target luminance value of each area of the Fourier transform image corresponding to each divided image based on the determined representative gradation value and gamma characteristic.
  • control unit 109 determines a stored light intensity profile that matches or is close to the light intensity profile indicating the determined target luminance value of each area (step S102).
  • control unit 109 inputs the phase data stored corresponding to the determined light intensity profile to the phase modulator 104 (step S103), and drives the phase modulator 104. In this way, it is possible to suppress an increase in processing load of the control unit 109 by selecting phase data according to an image signal from phase data stored in advance, instead of sequentially calculating phase data. Can do.
  • control unit 109 determines the amount of light that needs to be output from the light source 101 according to the determined light intensity profile, and drives the light source 101 so that the determined amount of light is output (step S104). .
  • control unit 109 controls the drive of the amplitude modulator 107 according to the image signal and the determined light intensity profile so that an image according to the image signal is appropriately projected (step S105).
  • phase modulation does not modulate the light intensity by itself, in principle, there is no light absorption or loss, and thermal deterioration of the phase modulator 104 or reduction in light utilization efficiency does not occur.
  • the light amount corresponding to the divided image corresponding to the area may be output from the light source 101.
  • FIG. 3A is a diagram illustrating an example of a light intensity profile of a Fourier transform image irradiated on the amplitude modulator 107 when an image for one frame is displayed.
  • the image shown in the image signal is divided into four divided images, two in the X direction and two in the Y direction.
  • the Fourier transform image is also divided into four areas, two each in the X direction and the Y direction.
  • the target luminance value of the upper left, lower left, and upper right areas of the Fourier transform image is 255, and the target luminance value of the lower right area is 128.
  • FIG. 3B is a diagram showing an example of an output waveform of light output from the light source 101 in one frame period according to the light intensity profile shown in FIG. 3A.
  • a solid line indicates an output waveform of light output from the light source 101 in accordance with the light intensity profile shown in FIG. 3A
  • a dotted line indicates light whose target luminance values in all four areas of the Fourier transform image are 255.
  • the output waveform of the light output from the light source 101 according to an intensity profile is shown.
  • FIG. 3B has been described using an example in which the amount of light output from the light source 101 is reduced over the entire period of one frame period, the present invention is not limited to this.
  • FIG. 3C is a diagram showing another example of an output waveform of light output from the light source 101 in one frame period in accordance with the light intensity profile shown in FIG. 3A.
  • the solid line indicates the output waveform of the light output from the light source 101 in accordance with the light intensity profile shown in FIG. 3A
  • the dotted line indicates the light whose target luminance values are all 255 in the four areas of the Fourier transform image.
  • the output waveform of the light output from the light source 101 according to an intensity profile is shown.
  • the amount of light output from the light source 101 is reduced by so-called PWM (Pulse Width Modulation) control that adjusts the ON / OFF period of the light output from the light source 101 in one frame period. May be.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • one frame is time-divided into a plurality of subframes, a light intensity profile of a Fourier transform image is determined for each subframe, and the amount of light output from the light source 101 is controlled according to the determined light intensity profile. May be. The operation in such a case will be described with reference to FIGS. 4A to 4C.
  • FIG. 4A is a diagram illustrating an example of a light intensity profile of a Fourier transform image corresponding to an image for one frame.
  • the target luminance value of the upper left area of the Fourier transform image is 255
  • the target luminance value of the lower left area is 191
  • the target luminance value of the upper right area is 160
  • the target brightness value in the lower right area is 96.
  • the control unit 109 divides one frame into two subframes (subframe 1 and subframe 2), and determines a light intensity profile of a Fourier transform image corresponding to each subframe.
  • FIG. 4B is a diagram illustrating an example of a light intensity profile of a Fourier transform image corresponding to subframe 1 and a light intensity profile of a Fourier transform image corresponding to subframe 2.
  • the target brightness value of the upper left area of the Fourier transform image is 128, and the target brightness value of the lower left area is 64.
  • the target luminance value in the upper right area is 128, and the target luminance value in the lower right area is 64.
  • the target brightness value of the upper left area of the Fourier transform image is 127
  • the target brightness value of the lower left area is 127
  • the upper right area The target luminance value is 32
  • the target luminance value in the lower right area is 32. Therefore, the target luminance value is generally lower in subframe 2 than in subframe 1.
  • the sum of the target luminance value of the upper left area in the Fourier transform image corresponding to subframe 1 and the target luminance value of the upper left area in the Fourier transform image corresponding to subframe 2 corresponds to one frame shown in FIG. 4A. It is equal to the target luminance value of the upper left area in the Fourier transform image. Similarly, the sum of the target luminance values of the lower left, upper right, and lower right areas in the Fourier transform image corresponding to each subframe is equal to the target luminance value of each area in the Fourier transform image corresponding to one frame shown in FIG. 4A. equal.
  • the control unit 109 drives the phase modulator 104 based on the phase data stored corresponding to the light intensity profile corresponding to the subframe 1 in the display period of the subframe 1, and in the display period of the subframe 2,
  • the phase modulator 104 is driven based on the phase data stored corresponding to the light intensity profile corresponding to the subframe 2.
  • control unit 109 controls the amount of light output from the light source 101 according to the light intensity profile corresponding to the subframe 1 during the display period of the subframe 1, and during the display period of the subframe 2, The amount of light output from the light source 101 is controlled according to the light intensity profile corresponding to the subframe 2.
  • FIG. 4C is a diagram showing an example of an output waveform of light output from the light source 101 in accordance with the light intensity profile shown in FIG. 4B.
  • the target luminance value of subframe 2 is generally lower than that of subframe 1. Therefore, in the display period of subframe 2, the amount of light output from light source 101 is reduced compared to the display period of subframe 1.
  • control unit 109 controls the drive of the amplitude modulator 107 in accordance with the light intensity profile corresponding to the subframe 1 in the display period of the subframe 1, and the subframe 2 in the display period of the subframe 2.
  • the drive of the amplitude modulator 107 is controlled in accordance with the light intensity profile corresponding to.
  • phase modulator 104 As described above, LCOS, CGH, or the like can be used as the phase modulator 104.
  • phase modulator 104 When LCOS is used as the phase modulator 104, arbitrary phase data can be input within the range of the resolution and the number of gradations of the LCOS, and according to the number of phase data that can be stored by the control unit 109, Light intensity profiles of many types of Fourier transform images can be obtained.
  • the hologram is mechanically moved and selected in order to obtain a desired Fourier transform image from holograms recorded in advance.
  • the types of holograms that can be recorded are limited by the mechanical alignment accuracy, the size of the hologram, the spot size of the laser light output from the light source 101, and the like.
  • the types of holograms that can be recorded are limited, as described above, one frame is divided into a plurality of subframes, and the light intensity profile is switched for each subframe, that is, used from the recorded holograms. It is effective to drive each part by switching the hologram to be performed.
  • the image projection apparatus 100 divides the image indicated by the image signal into a plurality of divided images, and the target luminance of each area of the Fourier transform image divided in accordance with the division of the image. The value is determined based on the image signal of the divided image corresponding to each area, and the phase modulator 104 so that the luminance value of each area of the Fourier transform image irradiated to the amplitude modulator 107 becomes the target luminance value of each area. Drive.
  • the image projection apparatus 100 has the light intensity profile indicating the target luminance value of each area of the Fourier transform image and the luminance value of each area of the Fourier transform image irradiated to the amplitude modulator 107.
  • the phase data that is the target luminance value of each area indicated in the light intensity profile is stored correspondingly, and the light intensity profile is determined according to the image signal from the stored light intensity profiles, and determined
  • the phase modulator 104 is driven based on the phase data stored corresponding to the light intensity profile.
  • the present invention is not limited to this.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating another example of the configuration of the image projection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • the image projection apparatus 500 shown in FIG. 5 has the light source 101 deleted, the light sources 501-1 to 501-3 added, and the cross prism 502 added. This is different from the point that the control unit 109 is changed to the control unit 503.
  • Each of the light sources 501-1 to 501-3 outputs coherent light (laser light).
  • Each of the light sources 501-1 to 501-3 may output light of different colors such as red, green, and blue, or may output light of the same color.
  • the cross prism 502 combines the lights output from the light sources 501-1 to 501-3 and outputs the combined light to the lens 102.
  • the color light is projected by causing the output light from each light source to enter the phase modulator 104 and the amplitude modulator 107 in a time division manner. can do.
  • the intensity of light irradiated on the phase modulator 104 is synthesized by combining the output light from the light sources by the cross prism 502. Can be increased.
  • the light intensity profile of the Fourier transform image irradiated to the amplitude modulator 107 is the output light from each light source.
  • a light intensity profile of a Fourier transform image formed by phase modulation is added. Therefore, by using a plurality of light sources that output light of the same color, the intensity of light irradiated on the phase modulator 104 increases, and as a result, the brightness of the projected image can be increased.
  • control unit 503 determines a light intensity profile according to the image indicated in the image signal, and drives the phase modulator 104 and the amplitude modulator 107 according to the determined light intensity profile.
  • the control unit 503 controls the amount of light output from each of the light sources 501-1 to 501-3 in accordance with the determined light intensity profile.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating another example of the configuration of the image projection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • the same components as those in FIG. 6 are identical to FIG. 6, the same components as those in FIG. 6, the same components as those in FIG.
  • the image projection apparatus 600 shown in FIG. 6 corresponds to the light source 501-1, lenses 612, 613, 615, 616, a phase modulator 614, and amplitude modulation.
  • the lens 622, 623, 625, 626, the phase modulator 624, the amplitude modulator 627, and the light source 501-3 are provided.
  • the difference is that the lenses 632, 633, 635, 636, the phase modulator 634, and the lens amplitude modulator 637 are provided, and the cross prism 502 is changed to a cross prism 641.
  • the description of the control unit is omitted.
  • the lenses 612, 622, and 632 expand the light input from the corresponding light sources 501-1 to 501-3 and output the light to the corresponding lenses 613, 623, and 633, respectively.
  • the lenses 613, 623, and 633 convert the light input from the corresponding lenses 612, 622, and 632 into parallel light and output the parallel light to the corresponding phase modulators 614, 624, and 634, respectively.
  • the phase modulators 614, 624, and 634 perform phase modulation on the light input from the corresponding lenses 613, 623, and 633, and output the light after phase modulation to the corresponding lenses 615, 625, and 635, respectively.
  • the lenses 615, 625, and 635 convert the light input from the corresponding phase modulators 614, 624, and 634 into parallel light and output the parallel light to the corresponding lenses 616, 626, and 636, respectively.
  • the lenses 616, 626, 636 collect the light input from the corresponding lenses 615, 625, 635 and irradiate the corresponding amplitude modulators 617, 627, 637, respectively.
  • a Fourier transform image is formed by the light phase-modulated by the phase modulators 614, 624, 634, and the amplitude modulators 617, 627, 637 are formed. Irradiated.
  • the amplitude modulators 617, 627, and 637 each perform amplitude modulation based on the image signal with respect to the irradiated Fourier transform image, and output the amplitude-modulated light to the cross prism 641.
  • the cross prism 641 combines the light input from the amplitude modulators 617, 627, and 637 and outputs the combined light to the optical projection system 108.
  • a Fourier transform image may be formed with light output from each light source corresponding to each of the light sources 501-1 to 501-3, and then combined using a cross prism 641. .
  • the number of light sources is not limited to 3, and the number of light sources may be 2 or 4 or more.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram of an image projection apparatus 700 according to the second embodiment of the present invention.
  • the same components as those in FIG. 7 are identical to FIG. 7 and the same components as those in FIG. 7;
  • An image projection apparatus 700 shown in FIG. 7 includes light sources 701-1 to 701-4, lenses 702-1 to 702-4, 703-1 to 703-4, a phase modulator 704, lenses 705 and 706, An amplitude modulator 707 and an optical projection system 108 are included. In FIG. 7, the description of the control unit is omitted.
  • lenses 702-1 to 702-4 and lenses 703-1 to 703-4 are provided corresponding to the light sources 701-1 to 701-4, respectively.
  • the light sources 701-1 to 701-4 output coherent light (laser light) to the corresponding lenses 702-1 to 702-4, respectively.
  • the lenses 702-1 to 702-4 respectively enlarge the output light of the corresponding light sources 701-1 to 701-4 and output them to the corresponding lenses 703-1 to 703-4.
  • the lenses 703-1 to 703-4 convert the light input from the corresponding lenses 702-1 to 702-4 into parallel light and output the parallel light to the phase modulator 704.
  • the phase modulator 704 performs phase modulation on the light input from each of the lenses 703-1 to 703-4, and outputs the light after phase modulation to the lens 705.
  • the case where there is one phase modulator 704 will be described as an example, but the phase modulator may be provided corresponding to each light source.
  • the lens 705 collimates the light input from the phase modulator 704 and outputs it to the lens 706.
  • the lens 706 collects the light input from the lens 705 and irradiates the amplitude modulator 707.
  • a Fourier transform image is formed by the light phase-modulated by the phase modulator 704, and the amplitude modulator 707 is irradiated. Even if there is only one phase modulator 704, the Fourier transform by the light output from each light source is performed by spatially separating the irradiation region of the laser light output from each light source onto the phase modulator 704. Each image can be formed independently.
  • the lens 705 and the lens 706 are designed so that the Fourier transform images formed by the light output from each light source are irradiated to different areas of the amplitude modulator 707, respectively.
  • the amplitude modulator 707 performs amplitude modulation on the irradiated Fourier transform image based on the image signal, and outputs the light after amplitude modulation to the optical projection system 108.
  • FIG. 8A shows an example of the light intensity profile of the Fourier transform image formed by the output light from each of the light sources 701-1 to 701-4 and the light intensity profile of the Fourier transform image irradiated to the amplitude modulator 707.
  • FIG. 8A (a) shows the light intensity profile of the Fourier transform image formed by the output light from the light source 701-1
  • FIG. 8A (b) is formed by the output light from the light source 701-2.
  • FIG. 8A (c) shows the light intensity profile of the Fourier transform image formed by the output light from the light source 701-3
  • FIG. 8A (d) shows the light intensity profile of the Fourier transform image.
  • 8A shows the light intensity profile of the Fourier transform image formed by the output light from
  • FIG. 8A (e) shows the light intensity profile of the Fourier transform image irradiated to the amplitude modulator 707.
  • the luminance value of the upper left area of the Fourier transform image is 255, and the luminance value of the lower left, upper right, and lower right areas is 0.
  • the luminance value of the upper right area of the Fourier transform image is 255, and the luminance value of the upper left, lower left, and lower right areas is 0.
  • the luminance value of the lower left area of the Fourier transform image is 255, and the luminance value of the upper left, upper right, and lower right areas is 0.
  • the luminance value in the lower right area of the Fourier transform image is 255, and the luminance value in the upper left, lower left, and upper right areas is 0.
  • the light intensity profile of the Fourier transform image irradiated on the amplitude modulator 707 is as shown in FIG. A light intensity profile of a Fourier transform image formed by the output light is added.
  • the image projection apparatus 700 includes a plurality of light sources, and a Fourier having a light intensity profile obtained by adding the light intensity profiles of Fourier transform images formed by the light output from each light source.
  • the converted image is irradiated onto the amplitude modulator 707.
  • a control unit determines a target luminance value of each area of the Fourier transform image irradiated on the amplitude modulator 707 based on the image signal, and according to the determined target luminance value of the area, The driving of the light source that forms the Fourier transform image irradiated on the area is controlled.
  • the phase data input to the phase modulator 704 does not necessarily need to be changed, so that the processing load on the control unit can be reduced. Further, since the phase data is not changed, when CGH is used as the phase modulator 704, CGH can be fixedly used.
  • the light intensity profile of the Fourier transform image formed by the output light from each light source uses an example in which the luminance values of three areas of the four areas in the Fourier transform image are 0. Although explained, it is not limited to this.
  • FIG. 8B shows an example of the light intensity profile of the Fourier transform image formed by the output light from each of the light sources 701-1 to 701-4 and the light intensity profile of the Fourier transform image irradiated to the amplitude modulator 707.
  • FIG. 8B (a) shows the light intensity profile of the Fourier transform image formed by the output light from the light source 701-1
  • FIG. 8B (b) shows the Fourier transform formed by the output light from the light source 701-2.
  • 8B (c) shows the light intensity profile of the Fourier transform image formed by the output light from the light source 701-3
  • FIG. 8B (d) shows the light intensity profile of the image from the light source 701-4.
  • FIG. 8B (e) shows the light intensity profile of the Fourier transform image irradiated to the amplitude modulator 707.
  • FIG. 8B (a) shows the light intensity profile of the Fourier transform image formed by the output light from the light source 701-1
  • FIG. 8B (b) shows the Fourier transform formed by the
  • the luminance values of the upper left, lower left, and upper right areas of the Fourier transform image are 85, and the luminance value of the lower right area is 0.
  • the luminance values of the upper left, upper right, and lower right areas of the Fourier transform image are 85, and the luminance value of the lower left area is 0.
  • the luminance values of the upper left, lower left, and lower right areas of the Fourier transform image are 85, and the luminance value of the upper right area is 0.
  • the luminance values of the lower left, upper right, and lower right areas of the Fourier transform image are 85, and the luminance value of the upper left area is 0.
  • the laser beams output from the light sources do not interfere with each other, and the light intensity profile of the Fourier transform image irradiated on the amplitude modulator 707 is the Fourier transform image formed by the output light from each light source. It is the sum of the light intensity profiles. Therefore, for example, the luminance value of the upper left area in the Fourier transform image formed by the output light from each light source is 85 in the light intensity profiles shown in FIGS. 8B (a) to 8B (c), and FIG. Since the light intensity profile shown in (d) is 0, the luminance value in the upper left area of the Fourier transform image irradiated to the amplitude modulator 707 is 255 as shown in FIG. 8B (e). Similarly, the luminance values of the lower left, upper right, and lower right areas of the Fourier transform image formed by the output light from each light source are added together, and the Fourier transform image having the light intensity profile shown in FIG. Input to the modulator 707.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration of an image projection apparatus 900 according to the third embodiment of the present invention.
  • the same components as those in FIG. 9 are identical to FIG. 9 in FIG. 9, the same components as those in FIG. 9 in FIG. 9, the same components as those in FIG. 9
  • the image projection apparatus 900 shown in FIG. 9 is different from the image projection apparatus 100 shown in FIG. 1 in that the phase modulator 104 and the lenses 105 and 106 are deleted, and in which an optical path deflector 901 and a hologram medium 902 are added. And the point that the control unit 109 is changed to the control unit 903 is different.
  • the optical path deflector 901 bends the light output from the lens 103 and outputs it to the hologram medium 902.
  • the hologram medium 902 forms a reproduced image by the light input from the optical path bending device 901 and irradiates the amplitude modulator 107.
  • the hologram medium 902 is preliminarily irradiated with object light corresponding to a desired reproduction image so that a desired reproduction image to be irradiated to the amplitude modulator 107 can be formed, and a hologram is recorded.
  • the incident angle of the reference light may be changed for each different object light, and the hologram may be recorded by angle multiplexing.
  • the hologram medium 902 may be mechanically moved to store a hologram for each physically different location.
  • the control unit 903 selects a reproduction image to be used according to the input image signal and a hologram corresponding to the reproduction image from the holograms recorded on the hologram medium 902, and is output from the light source 101.
  • the incident angle of the laser beam (reference beam) to the hologram medium 902 is adjusted by the optical path bending device 901 so that a desired reproduced image is formed.
  • a mechanism for moving the hologram medium 902 mechanically may be provided, and the hologram medium 902 may be moved by the mechanism to form a desired reproduced image.
  • the object light for recording the hologram on the hologram medium 902 may be irradiated to the hologram medium 902 through a diffusion plate that gives the transmitted light a desired light intensity distribution.
  • the light intensity distribution of the reproduced image becomes the intensity distribution of the transmitted light passing through the diffuser plate, so that the incident angle of the laser light to the amplitude modulator 107 is multiplexed. In other words, speckle due to laser light in the display image projected on the screen 200 can be reduced.
  • the incident angle of the laser beam to the amplitude modulator 107 is multiplexed by temporally changing the incident angle of the laser beam to the hologram medium 902 by the optical path deflector 901, and is projected onto the screen 200. Speckle due to laser light in the displayed image can be reduced.
  • the same hologram may be reproduced by temporally changing the incident angle of the laser beam to the hologram medium 902, or the same object light recorded in advance by angle multiplexing is sequentially used. You may replay it.
  • a one-dimensional MEMS mirror is used as the optical path deflector 901
  • the laser light is scanned by the MEMS mirror
  • the incident angle of the laser light on the hologram medium 902 is temporally changed, and is appropriate for each frame.

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Abstract

　本発明の画像投射装置は、入力された画像信号に示される画像を投射する画像投射装置であって、コヒーレント光を出力する光源と、光源から出力された光に対する位相変調を行い、フーリエ変換像を形成する位相変調器と、フーリエ変換像に対して画像信号に基づいた振幅変調を行う振幅変調器と、振幅変調器により振幅変調された光を投射する投射光学系と、画像信号に示される画像を複数の分割画像に分割し、画像の分割に対応して分割したフーリエ変換像の各エリアの目標輝度値を、各エリアに対応する分割画像の画像信号に基づき決定し、フーリエ変換像の各エリアの輝度値が目標輝度値となる光源から出力された光の位相変調量を示す位相データを位相変調器に出力する制御部と、を有する。

Description

画像投射装置およびその制御方法
　本発明は、画像を投射する画像投射装置およびその制御方法に関する。
　画像信号に示される画像を表示する表示装置に対する要求としては、高コントラスト化、低消費電力化などがある。これらの要求に応えるための技術の１つとして、ローカルディミングがある。
　ローカルディミングとは、画像信号に示される画像を複数の分割画像に分割し、各分割画像の輝度値などの明るさレベルに応じて各分割画像の明るさを調整して、暗い分割画像はより暗く表示され、明るい分割画像はより明るく表示されるようにする技術である。
　ローカルディミングは、例えば、LED（Light Emitting Diode）をバックライトとして有する液晶ディスプレイにおいては、暗い分割画像を表示する部分のバックライトの出力を減らすことで実現される。暗い分割画像を表示する部分のバックライトの出力を減らすことで、暗い分割画像はより暗く表示されるため、表示画像のダイナミックレンジを拡大し、高コントラスト化を実現することができる。また、バックライトの出力を減らすことで、低消費電力化を図ることができる。
　ローカルディミングにおいて、画像の分割数を増やしていくと、最終的に、画像を構成する画素ごとに明るさを調整することになる。
　画素ごとに明るさを調整可能な表示装置としては、有機EL（Electro Luminescence）ディスプレイがある。しかし、有機ELディスプレイには、光源の寿命などに関して、十分な信頼性が得られていないという問題がある。
　また、画素ごとに明るさを調整可能な表示装置としては、光源から出力されたレーザー光をMEMS（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーを用いて走査して画像を投射する画像投射装置がある。
　なお、画像投射装置としては、上述したMEMSミラーを用いた画像投射装置の他にも、例えば、ランプ、LED、レーザー光源などから出力された光に対して、画像信号に基づき、液晶パネル、DMD（Digital Micro mirror Device）などの表示素子により振幅変調を行い、画像を投射する画像投射装置がある。このような画像投射装置によれば、MEMSミラーを用いた画像投射装置と比較して、より簡易な構成で画像を投射することができる。
　また、特許文献１（特開２００８－５４４３０７号公報）には、光源から出力されたレーザー光に対して、画像信号に基づき位相変調を行い、画像を投射する画像投射装置が開示されている。特許文献１に開示の画像投射装置によれば、光源から出力された光に対する位相変調を行っても、振幅変調を行う場合のように光学的損失を生じさせないので、低消費電力化を図ることができる。
特開２００８－５４４３０７号公報
　MEMSミラーを用いた画像投射装置においては、MEMSミラーの特性向上による表示画像の高解像度化が容易ではないなどの問題がある。
　また、振幅変調により画像を投射する画像投射装置においては、光源から出力された光がインテグレータにより矩形に整形、均質化されて表示素子に照射されるため、光源の明るさを変化させると、表示素子に照射される光の明るさが全画素にわたって同じように変化し、ローカルディミングを実現できないという問題がある。
　また、特許文献１に開示の画像投射装置においては、画像信号に示される画像が表示されるように位相変調を行うための位相データをフレーム毎に算出する必要があるが、このような位相データを算出するには処理負荷が膨大であるという問題がある。
　したがって、上述した各種の画像投射装置においては、簡易な構成でローカルディミングを実現することができないという問題がある。
　本発明の目的は、簡易な構成でローカルディミングを実現することができる画像投射装置およびその制御方法を提供することにある。
　上記目的を達成するために本発明の画像投射装置は、
　入力された画像信号に示される画像を投射する画像投射装置であって、
　コヒーレント光を出力する光源と、
　前記光源から出力された光に対する位相変調を行い、フーリエ変換像を形成する位相変調器と、
　前記フーリエ変換像に対して前記画像信号に基づいた振幅変調を行う振幅変調器と、
　前記振幅変調器により振幅変調された光を投射する投射光学系と、
　前記画像信号に示される画像を複数の分割画像に分割し、前記画像の分割に対応して分割した前記フーリエ変換像の各エリアの目標輝度値を、該エリアに対応する分割画像の画像信号に基づき決定し、前記フーリエ変換像の各エリアの輝度値が前記各エリアの目標輝度値となる前記光源から出力された光の位相変調量を示す位相データを前記位相変調器に出力する制御部と、を有する。
　上記目的を達成するために本発明の画像投射装置の制御方法は、
　コヒーレント光を出力する光源を有し、入力された画像信号に基づき前記光源から出力された光を変調して前記画像信号に示される画像を投射する画像投射装置であって、
　前記光源から出力された光に対する位相変調を行い、フーリエ変換像を形成する位相変調工程と、
　前記フーリエ変換像に対して前記画像信号に基づいた振幅変調を行う振幅変調工程と、
　前記振幅変調された光を投射する投射工程と、を有し、
　前記位相変調工程では、前記画像信号に示される画像を複数の分割画像に分割し、前記画像の分割に対応して分割した前記フーリエ変換像の各エリアの目標輝度値を、該エリアに対応する分割画像の画像信号に基づき決定し、前記フーリエ変換像の各エリアの輝度値が前記各エリアの目標輝度値となるように位相変調を行う。
　本発明によれば、簡易な構成でローカルディミングを実現することができる。
本発明の第１の実施形態の画像投射装置の構成の一例を示す図である。 図１に示す制御部の動作を示すフローチャートである。 図１に示す振幅変調器に照射されるフーリエ変換像の光強度プロファイルの一例を示す図である。 図３Ａに示す光強度プロファイルに応じて光源から出力される光の出力波形の一例を示す図である。 図３Ａに示す光強度プロファイルに応じて光源から出力される光の出力波形の一例を示す図である。 図１に示す振幅変調器に照射されるフーリエ変換像の光強度プロファイルの一例を示す図である。 図４Ａに示す光強度プロファイルに対応するサブフレーム毎の光強度プロファイルの一例を示す図である。 図４Ｂに示す光強度プロファイルに応じて光源から出力される光の出力波形の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態の画像投射装置の構成の他の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態の画像投射装置の構成の他の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態の画像投射装置の概略構成図である。 図７に示す各光源からの出力光により形成されるフーリエ変換像の光強度プロファイルおよび振幅変調器に照射されるフーリエ変換像の光強度プロファイルの一例を示す図である。 図７に示す各光源からの出力光により形成されるフーリエ変換像の光強度プロファイルおよび振幅変調器に照射されるフーリエ変換像の光強度プロファイルの一例を示す図である。 本発明の第３の実施形態の画像投射装置の構成を示す図である。
　以下に、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
　（第１の実施形態）
　図１は、本発明の第１の実施形態の画像投射装置１００の構成を示す図である。
　図１に示す画像投射装置１００は、光源１０１と、レンズ１０２，１０３，１０５，１０６と、位相変調器１０４と、振幅変調器１０７と、投射光学系１０８と、制御部１０９と、を有する。
　光源１０１は、コヒーレント光（レーザー光）をレンズ１０２に出力する。
　レンズ１０２は、光源１０１からの出力光を拡大してレンズ１０３に出力する。
　レンズ１０３は、レンズ１０２から入力された光を平行光化して位相変調器１０４に出力する。
　位相変調器１０４は、レンズ１０３から入力された光に対する位相変調を行い、位相変調後の光をレンズ１０５に出力する。なお、位相変調器１０４の具体例としては、LCOS（Liquid crystal on silicon）、計算機合成ホログラム（CGH：Computer Generated Hologram）などがある。
　レンズ１０５は、位相変調器１０４から入力された光を平行光化してレンズ１０６に出力する。
　レンズ１０６は、レンズ１０５から入力された光を集光して、振幅変調器１０７に照射する。
　レンズ１０５およびレンズ１０６を介することで、位相変調器１０４により位相変調された光によるフーリエ変換像が形成され、振幅変調器１０７に照射される。
　振幅変調器１０７は、照射されたフーリエ変換像に対して画像信号に基づいた振幅変調を行い、振幅変調後の光を投射光学系１０８に出力する。
　投射光学系１０８は、振幅変調器１０７から入力された光をスクリーン２００に投射する。
　制御部１０９は、外部の信号源から画像信号が入力されると、入力された画像信号に基づき、光源１０１、位相変調器１０４、および、振幅変調器１０７の駆動を制御する。制御部１０９の動作の詳細については後述する。
　なお、原理的には、位相変調器１０４によりフーリエ変換像の輝度分布を任意に調整することができる。したがって、図１に示す画像投射装置１００において、振幅変調器１０７を省略し、位相変調器１０４により光源１０１からの出力光に対する位相変調を行うことで、画像信号に示される画像を、投射光学系１０８を介してスクリーン２００に投射することも可能である。しかし、位相変調のみで画像信号に示される画像が投射されるように位相変調を行うための位相データをフレーム毎に算出するには、制御部１０９の処理負荷が膨大であるという問題がある。
　そこで、本実施形態においては、ローカルディミングを実現するために限定して位相変調器１０４を用いる。
　以下、画像投射装置１００の動作について、制御部１０９の動作を中心に説明する。
　制御部１０９は、画像信号に示される画像の分割に対応して分割したフーリエ変換像の各エリアの目標輝度値を示す有限数の光強度プロファイルを記憶している。また、制御部１０９は、光強度プロファイルに対応して、振幅変調器１０７に照射されるフーリエ変換像の各エリアの輝度値がその光強度プロファイルに示される各エリアの目標輝度値となる、光源１０１からの出力光の位相変調量を示す位相データを記憶している。
　図２は、制御部１０９の動作を示すフローチャートである。
　画像信号が入力されると、制御部１０９は、その画像信号に示される画像の各画素の輝度値の分布などに基づき、画像の分割数などの、画像の分割態様を決定する。なお、制御部１０９は、各分割画像が、記憶している光強度プロファイルにおけるフーリエ変換像の分割に対応するように、分割態様を決定する（ステップＳ１０１）。
　次に、制御部１０９は、決定した分割態様に応じて画像信号に示される画像を分割した各分割画像について代表階調値を決定する。なお、制御部１０９は、例えば、分割画像の各画素の階調値の出現数分布（ヒストグラム）を用いて、代表階調値を決定する。さらに、制御部１０９は、決定した代表階調値とガンマ特性とに基づき、各分割画像に対応するフーリエ変換像の各エリアの目標輝度値を決定する。
　次に、制御部１０９は、記憶している光強度プロファイルの中から、決定した各エリアの目標輝度値を示す光強度プロファイルに一致、あるいは、近いものを決定する（ステップＳ１０２）。
　次に、制御部１０９は、決定した光強度プロファイルに対応して記憶している位相データを位相変調器１０４に入力し（ステップＳ１０３）、位相変調器１０４を駆動させる。このように、逐次、位相データを計算するのではなく、予め記憶している位相データの中から画像信号に応じて位相データを選択することで、制御部１０９の処理負荷の増大を抑制することができる。
　次に、制御部１０９は、決定した光強度プロファイルに応じて、光源１０１からの出力が必要な光量を決定し、決定した光量の光が出力されるように光源１０１を駆動する（ステップＳ１０４）。
　また、制御部１０９は、画像信号に応じた画像が適切に投射されるように、画像信号と決定した光強度プロファイルとに応じて、振幅変調器１０７の駆動を制御する（ステップＳ１０５）。
　なお、位相変調は、それ自体で光強度を変調しないため、原理的には、光の吸収や損失がなく、位相変調器１０４の熱的劣化や光利用効率の低下は生じない。
　また、フーリエ変換像の特定のエリアにのみ光を照射する場合には、そのエリアに対応する分割画像に相当する光量を光源１０１から出力すればよい。
　図３Ａは、１フレーム分の画像を表示する場合に、振幅変調器１０７に照射されるフーリエ変換像の光強度プロファイルの一例を示す図である。
　なお、以下では、画像信号に示される画像がX方向およびY方向にそれぞれ２つずつ、４つの分割画像に分割されているものとする。画像信号に示される画像の分割に対応して、図３Ａに示すように、フーリエ変換像もX方向およびY方向にそれぞれ２つずつ、４つのエリアに分割される。
　図３Ａに示す光強度プロファイルにおいては、フーリエ変換像の左上、左下、右上のエリアの目標輝度値が255であり、右下のエリアの目標輝度値が128である。
　図３Ｂは、図３Ａに示す光強度プロファイルに応じて１フレーム期間に光源１０１から出力される光の出力波形の一例を示す図である。なお、図３Ｂにおいて、実線は図３Ａに示す光強度プロファイルに応じて光源１０１から出力される光の出力波形を示し、点線はフーリエ変換像の４つのエリアの目標輝度値が全て255である光強度プロファイルに応じて光源１０１から出力される光の出力波形を示す。
　図３Ｂに示すように、目標輝度値が低いエリアが存在する場合には、位相変調により目標輝度値が低いエリアから目標輝度値が高いエリアに光を振り分けることができるため、光源１０１から出力される光の光量を低減することができる。なお、光源１０１から出力される光の光量の低減は、例えば、光源１０１への注入電流を減らすことで実現できる。
　上述したように、目標輝度値が低いエリアから目標輝度値が高いエリアに光を振り分けることができるので、光源１０１から出力される光の光量を低減しつつ、フーリエ変換像の各エリアに必要な光量を供給することができ、低消費電力化を図ることができる。このことは同時に、光源１０１から同じ光量の光を出力した場合に、画像信号に示される画像によっては特定のエリアをより明るく表示することができることを意味する。
　また、目標輝度値の低いエリアについては、振幅変調器１０７で遮光した場合の漏れ光レベルを下げることができ、表示画像のコントラストを高めることができる。
　なお、一般に、フーリエ変換像の各エリアの光強度を厳密に一定に保つのは容易でない。また、各エリア間の境界においても、光強度の急峻な変化が得られない場合がある。そのため、光強度プロファイルを詳細に把握し、その結果に応じて、振幅変調器１０７を駆動させるのが好ましい。
　図３Ｂにおいては、１フレーム期間の全期間にわたって、光源１０１から出力される光の光量を低減する例を用いて説明したが、これに限られるものではない。
　図３Ｃは、図３Ａに示す光強度プロファイルに応じて１フレーム期間に光源１０１から出力される光の出力波形の他の一例を示す図である。なお、図３Ｃにおいて、実線は図３Ａに示す光強度プロファイルに応じて光源１０１から出力される光の出力波形を示し、点線はフーリエ変換像の４つのエリアの目標輝度値が全て255である光強度プロファイルに応じて光源１０１から出力される光の出力波形を示す。
　図３Ｃに示すように、１フレーム期間における光源１０１からの光の出力のオン／オフの期間を調整する、いわゆる、PWM（Pulse Width Modulation）制御により、光源１０１から出力される光の光量を低減してもよい。
　図３Ａから図３Ｃにおいては、１フレーム分の画像に対応するフーリエ変換像の光強度プロファイルに応じて、１フレーム期間における光源１０１から出力される光の光量を制御する例を用いて説明したが、これに限られるものではない。
　例えば、１フレームを複数のサブフレームに時分割し、サブフレーム毎にフーリエ変換像の光強度プロファイルを決定し、決定した光強度プロファイルに応じて、光源１０１から出力される光の光量を制御してもよい。このような場合の動作について、図４Ａから図４Ｃを参照して説明する。
　図４Ａは、１フレーム分の画像に対応するフーリエ変換像の光強度プロファイルの一例を示す図である。
　図４Ａに示す光強度プロファイルにおいては、フーリエ変換像の左上のエリアの目標輝度値が255であり、左下のエリアの目標輝度値が191であり、右上のエリアの目標輝度値が160であり、右下のエリアの目標輝度値が96である。
　制御部１０９は、１フレームを２つのサブフレーム（サブフレーム１およびサブフレーム２）に分割し、各サブフレームに対応するフーリエ変換像の光強度プロファイルを決定する。
　図４Ｂは、サブフレーム１に対応するフーリエ変換像の光強度プロファイル、および、サブフレーム２に対応するフーリエ変換像の光強度プロファイルの一例を示す図である。
　図４Ｂに示すように、サブフレーム１に対応するフーリエ変換像の光強度プロファイルにおいては、フーリエ変換像の左上のエリアの目標輝度値が128であり、左下のエリアの目標輝度値が64であり、右上のエリアの目標輝度値が128であり、右下のエリアの目標輝度値が64である。また、サブフレーム２に対応するフーリエ変換像の光強度プロファイルにおいては、フーリエ変換像の左上のエリアの目標輝度値が127であり、左下のエリアの目標輝度値が127であり、右上のエリアの目標輝度値が32であり、右下のエリアの目標輝度値が32である。したがって、サブフレーム２の方がサブフレーム１よりも全体的に目標輝度値が低い。なお、サブフレーム１に対応するフーリエ変換像における左上のエリアの目標輝度値とサブフレーム２に対応するフーリエ変換像における左上のエリアの目標輝度値との和は、図４Ａに示す１フレームに対応するフーリエ変換像における左上のエリアの目標輝度値と等しい。同様に、各サブフレームに対応するフーリエ変換像における左下、右上、右下の各エリアの目標輝度値の和は、図４Ａに示す１フレームに対応するフーリエ変換像における各エリアの目標輝度値と等しい。
　制御部１０９は、サブフレーム１の表示期間においては、サブフレーム１に対応する光強度プロファイルに対応して記憶する位相データに基づき位相変調器１０４を駆動させ、サブフレーム２の表示期間においては、サブフレーム２に対応する光強度プロファイルに対応して記憶する位相データに基づき位相変調器１０４を駆動させる。
　また、制御部１０９は、サブフレーム１の表示期間においては、サブフレーム１に対応する光強度プロファイルに応じて光源１０１から出力される光の光量を制御し、サブフレーム２の表示期間においては、サブフレーム２に対応する光強度プロファイルに応じて光源１０１から出力される光の光量を制御する。
　図４Ｃは、図４Ｂに示す光強度プロファイルに応じて光源１０１から出力される光の出力波形の一例を示す図である。
　上述したように、サブフレーム２の方がサブフレーム１よりも全体的に目標輝度値が低い。そのため、サブフレーム２の表示期間においては、サブフレーム１の表示期間よりも、光源１０１から出力される光の光量は低減される。
　また、制御部１０９は、サブフレーム１の表示期間においては、サブフレーム１に対応する光強度プロファイルに応じて振幅変調器１０７の駆動を制御し、サブフレーム２の表示期間においては、サブフレーム２に対応する光強度プロファイルに応じて振幅変調器１０７の駆動を制御する。
　このように、１フレームを複数のサブフレームに分割し、サブフレーム毎に光強度プロファイルを切り替えて、画像を投射することで、位相変調器１０４の階調数が低い場合などに生じるノイズを時間的に平均化して低減させることができる。また、制御部１０９が記憶する光強度プロファイルおよび位相データの種類が限られる場合に、サブフレーム毎に光強度プロファイルを切り替えて、すなわち、１フレーム期間内で複数の光強度プロファイルを組み合わせて用いることにより、画像信号に示される画像をより忠実に投射することができる。
　なお、上述したように、位相変調器１０４としては、LCOSやCGHなどを使用することができる。
　位相変調器１０４としてLCOSを使用する場合には、LCOSの解像度や階調数の範囲内で任意の位相データを入力することができ、制御部１０９が記憶可能な位相データの数に応じて、多くの種類のフーリエ変換像の光強度プロファイルを得ることができる。
　また、位相変調器１０４としてCGHを使用する場合には、あらかじめ多重に記録したホログラムの中から所望のフーリエ変換像を得るために、ホログラムを機械的に移動させて選択することが考えられる。この場合、機械的な位置合わせ精度、ホログラムのサイズや光源１０１から出力されるレーザー光のスポットサイズなどによって記録できるホログラムの種類が制限されることになる。記録できるホログラムの種類が限られる場合には、上述したように、１フレームを複数のサブフレームに分割し、サブフレーム毎に光強度プロファイルを切り替えて、すなわち、記録しているホログラムの中から使用するホログラムを切り替えて、各部を駆動させるようにすることが有効である。
　このように、本実施形態によれば、画像投射装置１００は、画像信号に示される画像を複数の分割画像に分割し、画像の分割に対応して分割したフーリエ変換像の各エリアの目標輝度値を、各エリアに対応する分割画像の画像信号に基づき決定し、振幅変調器１０７に照射されるフーリエ変換像の各エリアの輝度値が各エリアの目標輝度値となるように位相変調器１０４を駆動する。
　そのため、位相変調器１０４による位相変調によりフーリエ変換像の各エリアの輝度値を調整して振幅変調器１０７に照射することができるので、簡易な構成でローカルディミングを実現することができる。
　また、本実施形態によれば、画像投射装置１００は、フーリエ変換像の各エリアの目標輝度値を示す光強度プロファイルと、振幅変調器１０７に照射されるフーリエ変換像の各エリアの輝度値がその光強度プロファイルに示される各エリアの目標輝度値となる位相データと、を対応して記憶し、記憶している光強度プロファイルの中から画像信号に応じて光強度プロファイルを決定し、決定した光強度プロファイルに対応して記憶する位相データに基づき位相変調器１０４を駆動する。
　そのため、位相データを逐次、算出する必要がなくなり、処理負荷を低減することができる。
　なお、本実施形態においては、画像投射装置１００が、光源１０１を１つだけ有する場合を例として説明したが、これに限られるものではない。
　図５は、本発明の第１の実施形態の画像投射装置の構成の他の一例を示す図である。なお、図５において、図１と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
　図５に示す画像投射装置５００は、図１に示す画像投射装置１００と比較して、光源１０１を削除して、光源５０１－１～５０１－３を追加した点と、クロスプリズム５０２を追加した点と、制御部１０９を制御部５０３に変更した点と、が異なる。
　光源５０１－１～５０１－３はそれぞれ、コヒーレント光（レーザー光）を出力する。なお、光源５０１－１～５０１－３はそれぞれ、赤色、緑色、青色などのように異なる色の光を出力してもよいし、同じ色の光を出力してもよい。
　クロスプリズム５０２は、光源５０１－１～５０１－３それぞれから出力された光を合成して、レンズ１０２に出力する。
　光源５０１－１～５０１－３がそれぞれ異なる色の光を出力する場合には、位相変調器１０４および振幅変調器１０７に時分割で各光源からの出力光を入射させることにより、色画像を投射することができる。
　また、光源５０１－１～５０１－３がそれぞれ同じ色の光を出力する場合には、クロスプリズム５０２により各光源からの出力光を合成することにより、位相変調器１０４に照射される光の強度を増加させることができる。また、一般に、光源５０１－１～５０１－３それぞれから出力されたレーザー光同士は干渉しないため、振幅変調器１０７に照射されるフーリエ変換像の光強度プロファイルは、各光源からの出力光がそれぞれ位相変調されて形成されるフーリエ変換像の光強度プロファイルを足し合わせたものとなる。そのため、同じ色の光を出力する複数の光源を使用することにより、位相変調器１０４に照射される光の強度が増加し、結果として、投射画像の明るさを増加させることができる。
　制御部５０３は、制御部１０９と同様に、画像信号に示される画像に応じて光強度プロファイルを決定し、決定した光強度プロファイルに応じて位相変調器１０４および振幅変調器１０７を駆動させる。また、制御部５０３は、決定した光強度プロファイルに応じて光源５０１－１～５０１－３それぞれから出力される光の光量を制御する。
　なお、図５においては、複数の光源５０１－１～５０１－３それぞれからの出力光がクロスプリズム５０２により合成された後、レンズ１０２に出力される例を用いて説明したが、これに限られるものではない。
　図６は、本発明の第１の実施形態の画像投射装置の構成の他の一例を示す図である。なお、図６において、図５と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
　図６に示す画像投射装置６００は、図５に示す画像投射装置５００と比較して、光源５０１－１に対応して、レンズ６１２，６１３，６１５，６１６と、位相変調器６１４と、振幅変調器６１７とを設けた点と、光源５０１－２に対応して、レンズ６２２，６２３，６２５，６２６と、位相変調器６２４と、振幅変調器６２７とを設けた点と、光源５０１－３に対応して、レンズ６３２，６３３，６３５，６３６と、位相変調器６３４と、レンズ振幅変調器６３７とを設けた点と、クロスプリズム５０２をクロスプリズム６４１に変更した点と、が異なる。なお、図６においては、制御部の記載を省略する。
　レンズ６１２，６２２，６３２はそれぞれ、対応する光源５０１－１～５０１－３から入力された光を拡大して、対応するレンズ６１３，６２３，６３３に出力する。
　レンズ６１３，６２３，６３３はそれぞれ、対応するレンズ６１２，６２２，６３２から入力された光を平行光化して、対応する位相変調器６１４，６２４，６３４に出力する。
　位相変調器６１４，６２４，６３４はそれぞれ、対応するレンズ６１３，６２３，６３３から入力された光に対する位相変調を行い、位相変調後の光を対応するレンズ６１５，６２５，６３５に出力する。
　レンズ６１５，６２５，６３５はそれぞれ、対応する位相変調器位相変調器６１４，６２４，６３４から入力された光を平行光化して、対応するレンズ６１６，６２６，６３６に出力する。
　レンズ６１６，６２６，６３６はそれぞれ、対応するレンズ６１５，６２５，６３５から入力された光を集光して、対応する振幅変調器６１７，６２７，６３７に照射する。
　レンズ６１５，６２５，６３５およびレンズ６１６，６２６，６３６を介することで、位相変調器６１４，６２４，６３４それぞれにより位相変調された光によるフーリエ変換像が形成され、振幅変調器６１７，６２７，６３７に照射される。
　振幅変調器６１７，６２７，６３７はそれぞれ、照射されたフーリエ変換像に対して画像信号に基づいた振幅変調を行い、振幅変調後の光をクロスプリズム６４１に出力する。
　クロスプリズム６４１は、振幅変調器６１７，６２７，６３７それぞれから入力された光を合成して、光学投射系１０８に出力する。
　図６に示すように、光源５０１－１～５０１－３それぞれに対応して、各光源から出力された光によりフーリエ変換像を形成した後に、クロスプリズム６４１を用いて合成するようにしてもよい。
　なお、図５および図６において、光源の数は３に限られるものではなく、光源の数は２であってもよく、また、４以上であってもよい。
　（第２の実施形態）
　図７は、本発明の第２の実施形態の画像投射装置７００の概略構成図である。なお、図７において、図１と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
　図７に示す画像投射装置７００は、光源７０１－１～７０１－４と、レンズ７０２－1～７０２－４，７０３－１～７０３－４と、位相変調器７０４と、レンズ７０５，７０６と、振幅変調器７０７と、光学投射系１０８と、を有する。なお、図７においては、制御部の記載を省略する。
　図７に示すように、光源７０１－１～７０１－４のそれぞれに対応して、レンズ７０２－1～７０２－４およびレンズ７０３－１～７０３－４が設けられている。
　光源７０１－１～７０１－４はそれぞれ、コヒーレント光（レーザー光）を対応するレンズ７０２－1～７０２－４に出力する。
　レンズ７０２－1～７０２－４はそれぞれ、対応する光源７０１－１～７０１－４の出力光を拡大して、対応するレンズ７０３－１～７０３－４に出力する。
　レンズ７０３－１～７０３－４はそれぞれ、対応するレンズ７０２－１～７０２－４から入力された光を平行光化して位相変調器７０４に出力する。
　位相変調器７０４は、レンズ７０３－１～７０３－４それぞれから入力された光に対する位相変調を行い、位相変調後の光をレンズ７０５に出力する。なお、図７においては、位相変調器７０４が１つである場合を例として説明するが、位相変調器は、各光源に対応して設けられてもよい。
　レンズ７０５は、位相変調器７０４から入力された光を平行光化して、レンズ７０６に出力する。
　レンズ７０６は、レンズ７０５から入力された光を集光して、振幅変調器７０７に照射する。
　レンズ７０５およびレンズ７０６を介することで、位相変調器７０４により位相変調された光によるフーリエ変換像が形成され、振幅変調器７０７に照射される。なお、位相変調器７０４が１つであっても、各光源から出力されるレーザー光の位相変調器７０４への照射領域を空間的に分離することによって、各光源から出力された光によるフーリエ変換像をそれぞれ独立して形成することができる。また、本実施形態においては、各光源から出力された光により形成されるフーリエ変換像がそれぞれ、振幅変調器７０７の異なる領域に照射されるように、レンズ７０５およびレンズ７０６が設計されているものとする。
　振幅変調器７０７は、照射されたフーリエ変換像に対して画像信号に基づいた振幅変調を行い、振幅変調後の光を光学投射系１０８に出力する。
　図８Ａは、光源７０１－１～７０１－４それぞれからの出力光により形成されるフーリエ変換像の光強度プロファイル、および、振幅変調器７０７に照射されるフーリエ変換像の光強度プロファイルの一例を示す図である。なお、図８Ａ（ａ）は、光源７０１－１からの出力光により形成されるフーリエ変換像の光強度プロファイルを示し、図８Ａ（ｂ）は、光源７０１－２からの出力光により形成されるフーリエ変換像の光強度プロファイルを示し、図８Ａ（ｃ）は、光源７０１－３からの出力光により形成されるフーリエ変換像の光強度プロファイルを示し、図８Ａ（ｄ）は、光源７０１－４からの出力光により形成されるフーリエ変換像の光強度プロファイルを示し、図８Ａ（ｅ）は、振幅変調器７０７に照射されるフーリエ変換像の光強度プロファイルを示す。
　図８Ａ（ａ）に示す光強度プロファイルにおいては、フーリエ変換像の左上のエリアの輝度値が255であり、左下、右上、右下のエリアの輝度値が0である。また、図８Ａ（ｂ）に示す光強度プロファイルにおいては、フーリエ変換像の右上のエリアの輝度値が255であり、左上、左下、右下のエリアの輝度値が0である。また、図８Ａ（ｃ）に示す光強度プロファイルにおいては、フーリエ変換像の左下のエリアの輝度値が255であり、左上、右上、右下のエリアの輝度値が0である。また、図８Ａ（ｄ）に示す光強度プロファイルにおいては、フーリエ変換像の右下のエリアの輝度値が255であり、左上、左下、右上のエリアの輝度値が0である。
　上述したように、各光源から出力されたレーザー光同士は干渉しないため、振幅変調器７０７に照射されるフーリエ変換像の光強度プロファイルは、図８（ｅ）に示すように、各光源からの出力光により形成されるフーリエ変換像の光強度プロファイルを足し合わせたものとなる。
　このように本実施形態よれば、画像投射装置７００は、複数の光源を有し、各光源から出力された光により形成されるフーリエ変換像の光強度プロファイルを足し合わせた光強度プロファイルを有するフーリエ変換像を振幅変調器７０７に照射する。
　そのため、各光源からの出力光により形成されるフーリエ変換像を適宜、組み合わせることにより、画像信号に示される画像をより忠実に投射することができる。また、図７においては不図示の制御部は、画像信号に基づき振幅変調器７０７に照射されるフーリエ変換像の各エリアの目標輝度値を決定し、決定したエリアの目標輝度値に応じて、そのエリアに照射されるフーリエ変換像を形成する光源の駆動を制御する。この場合、位相変調器７０４に入力する位相データは、必ずしも変更する必要がないため、制御部の処理負荷を低減することができる。また、位相データが変更されないため、位相変調器７０４としてCGHを使用した場合に、CGHを固定して使用することができる。
　なお、図８Ａにおいては、各光源からの出力光により形成されるフーリエ変換像の光強度プロファイルは、フーリエ変換像における４つのエリアのうち、３つのエリアの輝度値を0とする例を用いて説明したが、これに限られるものではない。
　図８Ｂは、光源７０１－１～７０１－４それぞれからの出力光により形成されるフーリエ変換像の光強度プロファイル、および、振幅変調器７０７に照射されるフーリエ変換像の光強度プロファイルの一例を示す図である。図８Ｂ（ａ）は、光源７０１－１からの出力光により形成されるフーリエ変換像の光強度プロファイルを示し、図８Ｂ（ｂ）は、光源７０１－２からの出力光により形成されるフーリエ変換像の光強度プロファイルを示し、図８Ｂ（ｃ）は、光源７０１－３からの出力光により形成されるフーリエ変換像の光強度プロファイルを示し、図８Ｂ（ｄ）は、光源７０１－４からの出力光により形成されるフーリエ変換像の光強度プロファイルを示し、図８Ｂ（ｅ）は、振幅変調器７０７に照射されるフーリエ変換像の光強度プロファイルを示す。
　図８Ｂ（ａ）に示す光強度プロファイルにおいては、フーリエ変換像の左上、左下、右上のエリアの輝度値が85であり、右下のエリアの輝度値が0である。また、図８Ｂ（ｂ）に示す光強度プロファイルにおいては、フーリエ変換像の左上、右上、右下のエリアの輝度値が85であり、左下のエリアの輝度値が0である。また、図８Ｂ（ｃ）に示す光強度プロファイルにおいては、フーリエ変換像の左上、左下、右下のエリアの輝度値が85であり、右上のエリアの輝度値が0である。また、図８Ｂ（ｄ）に示す光強度プロファイルにおいては、フーリエ変換像の左下、右上、右下のエリアの輝度値が85であり、左上のエリアの輝度値が0である。
　上述したように、各光源から出力されたレーザー光同士は干渉せず、振幅変調器７０７に照射されるフーリエ変換像の光強度プロファイルは、各光源からの出力光により形成されるフーリエ変換像の光強度プロファイルを足し合わせたものとなる。したがって、例えば、各光源からの出力光により形成されたフーリエ変換像における左上のエリアの輝度値は、図８Ｂ（ａ）から図８Ｂ（ｃ）に示す光強度プロファイルにおいては85であり、図８Ｂ（ｄ）に示す光強度プロファイルにおいては0であるため、図８Ｂ（ｅ）に示すように、振幅変調器７０７に照射されるフーリエ変換像の左上のエリアの輝度値は255となる。同様に、各光源からの出力光により形成されるフーリエ変換像の左下、右上、右下それぞれのエリアの輝度値が足し合わされ、図８Ｂ（ｅ）に示す光強度プロファイルを有するフーリエ変換像が振幅変調器７０７に入力される。
　（第３の実施形態）
　次に、本発明の第３の実施形態の画像投射装置について説明する。
　図９は、本発明の第３の実施形態の画像投射装置９００の構成を示す図である。なお、図９において、図１と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
　図９に示す画像投射装置９００は、図１に示す画像投射装置１００と比較して、位相変調器１０４、レンズ１０５，１０６を削除した点と、光路屈曲器９０１およびホログラム媒体９０２を追加した点と、制御部１０９を制御部９０３に変更した点と、が異なる。
　光路屈曲器９０１は、レンズ１０３から出力された光を屈曲させてホログラム媒体９０２に出力する。
　ホログラム媒体９０２は、光路屈曲器９０１より入力された光により再生像を形成し、振幅変調器１０７に照射する。ここで、ホログラム媒体９０２には、振幅変調器１０７に照射する所望の再生像を形成することができるように、予め、所望の再生像に対応する物体光が照射され、ホログラムが記録されている。ホログラム媒体９０２にホログラムを記録させる際には、異なる物体光ごとに参照光の入射角度を変更し、角度多重でホログラムを記録してもよい。また、ホログラム媒体９０２を機械的に動かして、物理的に異なる箇所ごとにホログラムを記憶してもよい。
　制御部９０３は、入力された画像信号に応じて使用すべき再生像、および、その再生像に対応するホログラムをホログラム媒体９０２に記録されているホログラムの中から選択し、光源１０１から出力されたレーザー光（参照光）のホログラム媒体９０２への入射角度を光路屈曲器９０１により調整して、所望の再生像が形成されるようにする。光路屈曲器９０１の代わりに、ホログラム媒体９０２を機械的に動かす機構を設け、その機構によりホログラム媒体９０２を動かし、所望の再生像が形成されるようにしてもよい。
　なお、ホログラム媒体９０２にホログラムを記録させるための物体光は、透過光に所望の光強度分布を与える拡散板を透過させてホログラム媒体９０２に照射するようにしてもよい。拡散板を介して物体光を照射することで、再生像の光強度分布が拡散板を透過する透過光の強度分布となるため、振幅変調器１０７へのレーザー光の入射角度が多重化されることになり、スクリーン２００に投射される表示画像におけるレーザー光によるスペックルを低減することができる。
　また、光路屈曲器９０１によりホログラム媒体９０２へのレーザー光の入射角度を時間的に変動させることで、振幅変調器１０７へのレーザー光の入射角度が多重化されることになり、スクリーン２００に投射される表示画像におけるレーザー光によるスペックルを低減することができる。ここで、ホログラム媒体９０２へのレーザー光の入射角度を時間的に変動させることにより、同一のホログラムを再生してもよいし、同一の物体光を予め角度多重で記録しておいたものを順次再生してもよい。
　また、例えば、光路屈曲器９０１として、一次元のMEMSミラーを用い、MEMSミラーによりレーザー光を走査してホログラム媒体９０２へのレーザー光の入射角度を時間的に変動させ、また、フレーム毎に適切な再生像を形成するためにホログラム媒体９０２を機械的に動かすことで、ローカルディミングを実現できるとともに、表示画像におけるレーザー光によるスペックルを低減することができる。
　以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

Claims (8)

  1. 　入力された画像信号に示される画像を投射する画像投射装置であって、
    　コヒーレント光を出力する光源と、
    　前記光源から出力された光に対する位相変調を行い、フーリエ変換像を形成する位相変調器と、
    　前記フーリエ変換像に対して前記画像信号に基づいた振幅変調を行う振幅変調器と、
    　前記振幅変調器により振幅変調された光を投射する投射光学系と、
    　前記画像信号に示される画像を複数の分割画像に分割し、前記画像の分割に対応して分割した前記フーリエ変換像の各エリアの目標輝度値を、該エリアに対応する分割画像の画像信号に基づき決定し、前記フーリエ変換像の各エリアの輝度値が前記各エリアの目標輝度値となる前記光源から出力された光の位相変調量を示す位相データを前記位相変調器に出力する制御部と、を有することを特徴とする画像投射装置。
  2. 　請求項１記載の画像投射装置において、
    　前記制御部は、前記フーリエ変換像の各エリアの目標輝度値に基づき前記光源の駆動を制御することを特徴とする画像投射装置。
  3. 　請求項１または２記載の画像投射装置において、
    　前記制御部は、前記フーリエ変換像の各エリアの目標輝度値に基づき前記振幅変調器の駆動を制御することを特徴とする画像投射装置。
  4. 　請求項１から３のいずれか１項に記載の画像投射装置において、
    　前記制御部は、前記フーリエ変換像の各エリアの目標輝度値を示す光強度プロファイルと、前記フーリエ変換像の各エリアの輝度値が前記光強度プロファイルに示される各エリアの目標輝度値となる前記位相データと、を対応付けて記憶し、前記記憶している光強度プロファイルの中から前記画像信号に対応する光強度プロファイルを決定し、該決定した前記光強度プロファイルに対応して記憶する位相データを前記位相変調器に出力することを特徴とする画像投射装置。
  5. 　請求項１から４のいずれか１項に記載の画像投射装置において、
    　前記制御部は、前記画像信号に示される１フレーム分の画像を複数のサブフレームに分割し、サブフレーム毎に、前記フーリエ変換像の各エリアの目標輝度値を決定することを特徴とすることを特徴とする画像投射装置。
  6. 　請求項１記載の画像投射装置において、
    　前記光源を複数有し、
    　前記位相変調器は、前記複数の光源のそれぞれから出力された光に対する位相変調を行い、前記複数の光源の各々から出力された光の位相変調後の光を、前記振幅変調器のそれぞれ異なる領域に照射させることを特徴とする画像投射装置。
  7. 　請求項１から６のいずれか１項に記載の画像投射装置において、
    　前記位相変調器は、ホログラムであることを特徴とする画像投射装置。
  8. 　コヒーレント光を出力する光源を有し、入力された画像信号に基づき前記光源から出力された光を変調して前記画像信号に示される画像を投射する画像投射装置であって、
    　前記光源から出力された光に対する位相変調を行い、フーリエ変換像を形成する位相変調工程と、
    　前記フーリエ変換像に対して前記画像信号に基づいた振幅変調を行う振幅変調工程と、
    　前記振幅変調された光を投射する投射工程と、を有し、
    　前記位相変調工程では、前記画像信号に示される画像を複数の分割画像に分割し、前記画像の分割に対応して分割した前記フーリエ変換像の各エリアの目標輝度値を、該エリアに対応する分割画像の画像信号に基づき決定し、前記フーリエ変換像の各エリアの輝度値が前記各エリアの目標輝度値となるように位相変調を行うことを特徴とする画像投射装置の制御方法。
     
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