JP2006349989A - 画像表示装置およびプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 動画像または時系列に連続する静止画像を表示する画像表示装置に対して、振動が加わることで生じる画像の揺れを、機械的な駆動部を用いる事なく、演算処理により除去した画像を生成して表示する。
【解決手段】 画像表示装置は、画像を表示する表示面に略平行な方向の移動を検出する移動検出部１９０と、移動により生じる画像表示部１３０の表示領域に表示された画像の移動を打ち消すべく、表示領域内に表示する画像の位置を、画像表示装置の時系列な動きベクトルおよび画像の時系列な位置ベクトルに基いて算出する画像表示位置算出部１８０と、算出した位置に従い、表示領域に表示する画像を生成する画像生成部１２０とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、動画像または時系列に連続する静止画像を表示する画像表示装置およびプロジェクタに関する。

従来、動画像や連続した静止画像を表示する表示装置において、表示装置に加わる振動により生じる画像の揺れを除去する方法としては、下記特許文献１のように、振動を検出するセンサと伸縮可能なアクチュエータとを、プロジェクタの各脚部に設置して、センサが検出した振動による位置の変動を、それぞれのアクチュエータがその変動と逆方向に伸縮することにより、振動による画像の揺れを除去していた。また、下記特許文献２のように、形状を変えることにより投写する光軸方向が変更可能な可変頂角プリズムを投写光学系に配置して、振動センサが検出した振動に対して光軸方向を適切に変更することにより、投写された画像の揺れを除去していた。

特開２００３−１４９７２９号公報 特開２００１−２２１６４１号公報

しかしながら、上記した方法は、機械的なアクチュエータにより、位置を移動させたり、可変頂角プリズムの形状を変形させるため、機構が複雑になることに加えて、位置の変動に追従できる応答速度に制限があった。

上記した課題を解決するために、本発明の画像表示装置は、動画像または時系列に連続する静止画像を表示面に表示する画像表示装置であって、少なくとも前記表示面に略平行な方向の移動を検出する移動検出部と、前記移動により生じる前記表示面に表示された画像の移動を打ち消すべく、前記表示面に表示する画像の位置を、前記画像表示装置の時系列な動きベクトルおよび前記画像の時系列な位置ベクトルに基いて算出する画像表示位置算出部と、前記算出した位置に従い、前記表示面に表示する画像を生成する画像生成部と、を備えることを特徴とする。
この発明によれば、画像表示装置は、移動成分を除去するための処理を演算により算出すると共に、前記演算結果に基き、移動成分を除去した画像を生成する機能を有するため、機械的な移動機構が不要であることに加えて、外乱による位置の変動に対しても高速に応答できる。

本発明では、前記画像表示位置算出部は、前記検出した移動に基いて時系列な動きベクトルを算出する動きベクトル算出部と、前記画像の移動を打ち消すべく、前記表示面上で前記画像を移動させる時系列な補正位置ベクトルを算出する補正位置ベクトル算出部と、前記動きベクトルと前記補正位置ベクトル、および当該補正位置ベクトルよりも時系列順で一つ前に算出された前記補正位置ベクトルを用いて前記表示面上における時系列な補正動きベクトルを算出する補正動きベクトル算出部とを備え、前記補正位置ベクトル算出部は、前記検出した位置において算出された前記動きベクトルと、当該位置よりも時系列順で一つ前に算出された前記補正動きベクトルとの差分と、当該位置よりも時系列順で一つ前に算出された前記補正位置ベクトルとを用いて、前記検出した位置における補正位置ベクトルを算出することが好ましい。
この発明によれば、画像表示位置算出部は、時系列順で連続する２つの画像により取得した画像の補正量を、補正位置ベクトルとして算出するため、補正遅れを抑制できる。また、補正位置ベクトルは、検出した位置において算出された動きベクトルと、その位置よりも時系列順で一つ前に算出された補正動きベクトルとの差分を用いて算出するため、画像の移動量が不規則になる確率を抑制できる。

本発明では、前記表示する画像を縮小する画像縮小部を更に備えることが好ましい。
この発明によれば、表示面に表示される画像を画像縮小部により縮小することで、この画像が移動成分に応じて移動した際に、表示面の表示可能領域を越えて画像が欠ける確率を抑制できる。

本発明では、前記画像表示位置算出部が算出した画像の位置に従い、画像を表示するか、否かを選択する選択部を更に備えることが好ましい。
この発明によれば、補正位置ベクトルに応じて移動成分を除去した画像を表示するか、否かを必要に応じて選択できる。

本発明では、前記移動検出部は、角速度を検出する角速度検出手段を有し、前記検出した角速度の時間的な変動に基いて移動を検出しても良い。

そして、前述の画像表示装置をプロジェクタに適用することで、プロジェクタが移動した際の移動成分を除去できるため、振動するプロジェクタの投写像を観賞する観賞者に対して、視点移動が抑制可能なプロジェクタを提供できる。

以下、本発明の実施形態について、画像表示装置を適用したプロジェクタを用いて説明する。
（実施形態）

＜ハードウェア構成＞
図１は、この発明の実施形態としてのプロジェクタ１の主たるハードウェアの構成を示すブロック図である。このプロジェクタ１は、アナログ信号入力端子１０と、デジタル信号入力端子１５と、ビデオデコーダ２０と、ビデオプロセッサ３０と、画像メモリ３５と、液晶パネル駆動回路４０と、角速度検出回路５０と、ＣＰＵ６０と、ＲＯＭ６２と、ＲＡＭ６４と、液晶パネル８０とを備える。

アナログ信号入力端子１０には、ＴＶ画像のようなアナログの動画像信号や静止画の画像信号等が入力される。また、デジタル信号入力端子１５には、デジタルの画像信号が入力される。ビデオデコーダ２０は、アナログ信号入力端子１０に入力されたアナログ画像信号を、ビデオプロセッサ３０に入力可能な３色の画像信号成分を含むデジタル画像信号に変換する。ビデオプロセッサ３０は、デジタル信号入力端子１５から入力されたデジタル画像信号やビデオデコーダ２０で変換されたデジタル画像信号を入力して、後述する種々の画像処理を実行した後、液晶パネル駆動回路４０に供給する。画像メモリ３５は、デジタル画像信号を一時的に保管するためのメモリである。液晶パネル駆動回路４０は、与えられたデジタル画像信号に応じて、液晶パネル８０を駆動するための駆動信号を生成する。液晶パネル８０は、この駆動信号に応じて、後述する照明光を変調する。

角速度検出回路５０は、ジャイロセンサ５５のような角速度検出手段を具備し、回転角速度を検出して、検出した回転角速度に応じた電気信号を生成する。

ＣＰＵ６０は、ＲＯＭ６２に格納された基本制御プログラムなどの各種プログラム及びデータを読み込み、これらの各種プログラム及びデータをＲＡＭ６４内に設けられるメインメモリ領域に展開して実行し、プロジェクタ１が備える各部の制御を実行する。また、ビデオプロセッサ３０、角速度検出回路５０、ＣＰＵ６０、ＲＯＭ６２およびＲＡＭ６４は、バス６８により各信号が授受可能に接続されている。

次に、このプロジェクタ１の光学系は、液晶パネル８０を照明するべく白色の光束を射出する照明装置７０と、液晶パネル８０から射出された画像を表す光（画像光）をスクリーン９５上に投写する投写光学系９０とを備えている。ここで、液晶パネル８０は、照明装置７０から射出された照明光を画像情報に応じて変調するライトバルブ（光変調器）として使用されている。

尚、詳細な図示は省略するが、このプロジェクタ１は、ＲＧＢの３色分の３枚の液晶パネル８０を有している。更に、液晶パネル駆動回路４０は、３色分の画像信号を処理する機能を有している。また、照明装置７０は、白色光を３色の光に分離する色光分離光学系を有している。加えて、投写光学系９０は、３色の画像光を合成してカラー画像を表す画像光を生成する合成光学系を有すると共に、生成された画像光を拡大してスクリーン９５に投写する。このようなプロジェクタ１の光学系の構成については、本発明の要旨ではないため省略する。（かかるプロジェクタの光学系については、例えば、特開平１０−１７１０４５号公報を参照）。

＜機能構成＞
図２は、プロジェクタ１の機能構成を示すブロック図である。このプロジェクタ１は、移動検出部１９０と、画像表示位置算出部１８０と、デジタル画像入力部１００と、画像生成部１２０と、画像表示部１３０と、表示モード選択部１４０とを備える。また、画像表示位置算出部１８０は、動きベクトル算出部１５０と、補正動きベクトル算出部１６０と、補正位置ベクトル算出部１７０とを有する。更に、画像生成部１２０は、画像縮小部１１０と、画像位置補正部１２２と、画像信号生成部１２４とを有する。尚、これらの機能部は、前記したハードウェア資源と、ＲＡＭ６４やＲＯＭ６２等に記憶された種々のソフトウェアとが有機的に協働することにより、それぞれの機能を実現している。

移動検出部１９０は、角速度検出回路５０から所定の時間毎に自身の角速度を検出すると共に、角速度の時間的な変動から自身の移動をベクトルとして算出する。更に、移動検出部１９０は、算出した移動のベクトルを分解して、画像表示部１３０の表示面と略平行な２方向の移動を検出する。
デジタル画像入力部１００は、デジタル信号入力端子１５から入力されたデジタル画像信号、またはビデオデコーダ２０で変換されたデジタル画像信号を入力すると共に、入力したデジタル画像信号を画像生成部１２０に転送する。

表示モード選択部１４０は、プロジェクタ１の使用者により選択された表示モードに従い、画像表示位置算出部１８０および画像生成部１２０に指示を送る。表示モードは、具体的には、「プロジェクタの動きを補正して表示するモード」と、「動き補正を行わないモード」とが含まれ、何れかが選択される。ここで、「プロジェクタの動きを補正して表示するモード」が選択された場合は、後述する画像表示位置算出部１８０の機能は有効化されると共に、画像生成部１２０に含まれる画像縮小部１１０の機能も有効化される。また、「動き補正を行わないモード」が選択された場合は、画像表示位置算出部１８０の機能は無効化されると共に、画像縮小部１１０の機能も無効化され、このプロジェクタ１は、従来のプロジェクタと同様な機能で動作する。

画像表示位置算出部１８０は、プロジェクタ１に付加された振動による投写画像の揺れを、プロジェクタ１の鑑賞者に感知させない画像の表示位置を算出する。具体的には、プロジェクタ１が振動等により所定の周期で移動する場合、この画像表示位置算出部１８０は、所定の算出タイミングにおいて、プロジェクタ１の移動を打ち消すべく、画像を仮想的な表示領域として想定したフレーム内で移動させる方向と移動量とを算出する。また、算出した移動先の方向と移動量は、時系列に生成されると共に、ベクトルで表示が可能であり、移動先を示す位置ベクトルを補正位置ベクトルと呼ぶ。ここで、所定の算出タイミングにおける補正位置ベクトルを、Ｓ（ｎ）と表示する。但し、ｎは自然数であり、時系列順を示す。従って、Ｓ（ｎ＋１）は、Ｓ（ｎ）の次の算出タイミングにおける補正位置ベクトルを示す。同様に、Ｓ（ｎ―１）は、Ｓ（ｎ）の前の算出タイミングにおける補正位置ベクトルを示す。

続いて、この画像表示位置算出部１８０に含まれる各機能部について説明する。尚、前記したような補正位置ベクトルを、時系列に連続するフレーム画像の動きベクトルと補正位置ベクトルとにより算出する方法は、特願２００４−３７９２１６に開示されており、本実施形態においても、この方法を利用できる。

動きベクトル算出部１５０は、移動検出部１９０が検出した画像表示部１３０の表示面と平行な方向の移動に基いて、移動量と移動方向とを含むプロジェクタ１の時系列な動きベクトルを算出する。ここで、所定の算出タイミングにおける動きベクトルは、Ｖ０（ｎ）と表示する。

補正動きベクトル算出部１６０は、動きベクトルと補正位置ベクトル、およびこの補正位置ベクトルよりも時系列順で一つ前に算出された補正位置ベクトルを用いて、画像表示部１３０における補正動きベクトルを算出する。ここで、所定の算出タイミングにおける補正動きベクトルを、Ｖ１（ｎ）と表示すると、次式のように示せる。
Ｖ１（ｎ）＝Ｖ０（ｎ）＋Ｓ（ｎ）−Ｓ（ｎ−１）

補正位置ベクトル算出部１７０は、動きベクトルと、時系列順で一つ前に算出された補正動きベクトルとの差分と、時系列順で一つ前に算出された補正位置ベクトルとを用いて算出できる。即ち、算出式は次のようになる。
Ｓ（ｎ）＝Ｋ×Ｓ（ｎ−１）＋Ｄ×（Ｖ０（ｎ）−Ｖ１（ｎ−１））

ここで、ＫおよびＤは、１以下の小数の減衰係数である。これらの減衰係数を適切に設定することで、プロジェクタ１の移動に追従する画像の移動可能範囲を広くできることに加えて、移動に追従する際の画像の動きを滑らかにできることが知られている。

次に、画像生成部１２０に含まれる各機能部について説明する。画像縮小部１１０は、デジタル画像入力部１００から転送されたデジタル画像信号を所定の割合で圧縮して、画像の大きさを縮小する。この結果、後述するプロジェクタ１の移動に応じて、画像表示部１３０上で表示する画像が移動する場合、所定の範囲内の移動であれば、画像は欠ける事なく表示される。

画像位置補正部１２２は、画像表示位置算出部１８０で算出した補正位置ベクトルが示す画像の移動量を、画像表示部１３０における画素座標系の移動量に換算することにより、画像表示部１３０における画像位置の補正量を算出する。具体的には、画像表示部１３０の表示面である液晶パネル８０における補正量（Ｌｓｘ，Ｌｓｙ）は、画像表示位置算出部１８０での補正位置ベクトルを求める際に想定したフレームサイズ（Ｆｗ，Ｆｈ）と、液晶パネル８０の表示領域（Ｌｗ，Ｌｈ）と、画像表示位置算出部１８０で求めた補正位置ベクトルの大きさ、即ち、表示位置の補正量（ｓｘ，ｓｙ）とを用いて次式で表示できる。
Ｌｓｘ＝ｓｘ×Ｌｗ／Ｆｗ
Ｌｓｙ＝ｓｙ×Ｌｈ／Ｆｈ

画像信号生成部１２４は、画像縮小部１１０で縮小した画像を、画像位置補正部１２２で算出した画素数に従い移動させた画像を示す信号を生成する。また、画像表示部１３０は、画像信号生成部１２４で生成された画像の信号に従い、画像を液晶パネル８０の表示面に表示する。

図３は、画像生成部１２０における処理の概要を示す図であり、この図３を参照して画像生成部１２０の処理を説明する。最初に、画像生成部１２０に入力された画像は、画像縮小部１１０により、所定の縮小率で縮小されると共に、画像位置補正部１２２が想定したフレームの画像表示領域（１）内の略中央に配置される。ここで、プロジェクタ１は、外力もしくは自身の駆動部等の影響により、画像表示部１３０の表示面と略平行な一方の方向（左右方向）に所定の周波数で振動していると仮定する。この振動により、プロジェクタ１は、振幅の範囲で移動する。また、移動検出部１９０は、時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３・・・のように所定の周期で移動を検出する。従って、時刻がｔ１からｔ２に推移した際に、ｔ１における画像表示領域（１）は、ｔ２における画像表示領域（２）に移動する。このタイミングで、画像表示位置算出部１８０は、動きベクトルＶ０（１）に対して補正位置ベクトルＳ（２）を算出する。この算出を受けて、画像位置補正部１２２は、補正位置ベクトルＳ（２）に対応した補正量（ｓｘ，ｓｙ）に応じて、液晶パネル８０における補正量（Ｌｓｘ，Ｌｓｙ）を算出すると共に、画像信号生成部１２４は、補正量（Ｌｓｘ，Ｌｓｙ）の画素数だけ画像を移動した画像信号を生成する。この結果、補正量の画素数だけ移動された縮小表示画像（２）は、液晶パネル８０の表示面に表示される。

上記した処理により、縮小表示画像（２）がプロジェクタ１により投写された場合、振動するプロジェクタ１に対して、振動しない位置から観賞する観賞者は、振動の影響が除去された縮小表示画像（２）を見るため、視点移動が少なく、安定した画像を観賞できる。

また、時刻がｔ２からｔ３に推移した場合も同様であり、図示は略すが、図３でプロジェクタ１の移動方向が逆方向の場合や、画像表示部１３０の表示面と略平行な他方の方向（上下方向）に振動した場合も同様である。更に、画像表示部１３０の表示面と略平行な任意の方向に振動した場合も、直交する２方向に分解して処理できる。尚、本実施形態において想定する振動は、１〜２０Ｈｚ程度の周波数の帯域を想定しているため、電車等の乗り物にプロジェクタ１を搭載し、乗客に対して画像を投写する際、移動中の振動により生じる画像の揺れの除去に対しても好適である。

以上、本発明を図示した実施形態に基づいて説明したが、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、以下に述べるような変形例も想定できる。
（１）本実施形態では、プロジェクタ１の光学系は、３板式液晶を用いた方式を採用したが、この方式に限らず、単板式や反射液晶式の他、ＤＭＤを用いた光変調素子方式等のプロジェクタに対しても適用できる。また、投写方式も、フロント投写に限らず、リアプロジェクションＴＶのようなリア投写に対しても適用できる。
（２）本実施形態では、画像表示装置をプロジェクタ１に適用したが、プロジェクタ１に限定されるものではなく、携帯型のＴＶ受像機、ＤＶＤプレーヤのような画像再生装置、ＰＤＡを含む携帯型のパソコン等に適用することで、手で保持する際の手ブレにより生じる画像の揺れの除去に対しても好適である。
（３）移動検出部１９０の設置は、画像表示装置と一体である必要はなく、例えば、プロジェクタ１を観賞する人物の視線移動をより少なくするべく、観賞者の頭部等に装着しても良い。また、移動検出部１９０は、複数個設置して、移動を平均化して検出しても良い。
（４）本実施形態では、移動を検出する方法として、ジャイロセンサのような角速度検出手段を用いたが、これに限らず、移動した方向および移動量が算出できる方法ならば、どのような方法でも良い。

本発明の実施形態に係るプロジェクタのハードウェアの構成を示すブロック図。 本発明の実施形態に係るプロジェクタの機能構成を示すブロック図。 本発明の実施形態に係る画像生成部における処理の概要を示す図。

符号の説明

１…プロジェクタ、１０…アナログ信号入力端子、１５…デジタル信号入力端子、２０…ビデオデコーダ、３０…ビデオプロセッサ、３５…画像メモリ、４０…液晶パネル駆動回路、５０…角速度検出回路、５５…ジャイロセンサ、６０…ＣＰＵ、６２…ＲＯＭ、６４…ＲＡＭ、６８…バス、７０…照明装置、８０…液晶パネル、９０…投写光学系、９５…スクリーン、１００…デジタル画像入力部、１１０…画像縮小部、１２０…画像生成部、１２２…画像位置補正部、１２４…画像信号生成部、１３０…画像表示部、１４０…表示モード選択部、１５０…動きベクトル算出部、１６０…補正動きベクトル算出部、１７０…補正位置ベクトル算出部、１８０…画像表示位置算出部、１９０…移動検出部。

Claims (6)

1. 動画像または時系列に連続する静止画像を表示面に表示する画像表示装置であって、
   少なくとも前記表示面に略平行な方向の移動を検出する移動検出部と、
   前記移動により生じる前記表示面に表示された画像の移動を打ち消すべく、
   前記表示面に表示する画像の位置を、前記画像表示装置の時系列な動きベクトルおよび前記画像の時系列な位置ベクトルに基いて算出する画像表示位置算出部と、
   前記算出した位置に従い、前記表示面に表示する画像を生成する画像生成部と、
   を備えることを特徴とする画像表示装置。
2. 請求項１に記載の画像表示装置において、
   前記画像表示位置算出部は、
   前記検出した移動に基いて時系列な動きベクトルを算出する動きベクトル算出部と、
   前記画像の移動を打ち消すべく、前記表示面上で前記画像を移動させる時系列な補正位置ベクトルを算出する補正位置ベクトル算出部と、
   前記動きベクトルと前記補正位置ベクトル、および当該補正位置ベクトルよりも時系列順で一つ前に算出された前記補正位置ベクトルを用いて、前記表示面上における時系列な補正動きベクトルを算出する補正動きベクトル算出部とを備え、
   前記補正位置ベクトル算出部は、
   前記検出した位置において算出された前記動きベクトルと、当該位置よりも時系列順で一つ前に算出された前記補正動きベクトルとの差分と、当該位置よりも時系列順で一つ前に算出された前記補正位置ベクトルとを用いて、前記検出した位置における補正位置ベクトルを算出することを特徴とする画像表示装置。
3. 請求項１乃至２に記載の画像表示装置において、
   前記表示する画像を縮小する画像縮小部を更に備えることを特徴とする画像表示装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像表示装置において、
   前記画像表示位置算出部が算出した画像の位置に従い、画像を表示するか、否かを選択する選択部を更に備えることを特徴とする画像表示装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像表示装置において、
   前記移動検出部は、角速度を検出する角速度検出手段を有し、
   前記検出した角速度の時間的な変動に基いて移動を検出することを特徴とする画像表示装置。
6. 光源から射出された光束を、画像情報に応じて変調して光学像を形成し、拡大して投写するプロジェクタであって、
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の画像表示装置を具備することを特徴とするプロジェクタ。

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