JP2007316240A - アスペクト比変換機能を有する画像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光学系によってアスペクト比および画像の画素配置の縦横の関係を同時に変換するようなアスペクト比変換を行い得る画像投射装置を提供する。
【解決手段】 入力画像を画素ずらしユニット７および投影光学系１０を介してスクリーン９上に投影して出力画像として表示する本発明の画像投射装置は、入力画像のアスペクト比を検出するアスペクト比検出手段と、入力画像のアスペクト比と出力画像のアスペクト比とが異なる場合に入力画像のアスペクト比を出力画像のアスペクト比に変換する複数（３つ）のアスペクト比変換光学系１３−１，１３−２，１３−３と、入力画像および出力画像の画素配置の縦横が逆転する場合に前記複数のアスペクト比変換光学系の中から選択したアスペクト比変換光学系を９０°回転させる光学系回転手段とを具備して成る。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力画像を画素ずらし光学系および投影光学系を介して表示面上に投影して出力画像として表示する画像投射装置であって、特に、入力画像のアスペクト比と出力画像のアスペクト比とが異なる場合に入力画像のアスペクト比と出力画像のアスペクト比とを一致させるアスペクト比変換機能を有する画像投射装置に関するものである。

画像投射装置において、入力画像のアスペクト比と出力画像のアスペクト比とが異なる場合に、入力画像のアスペクト比と出力画像のアスペクト比とを一致させるアスペクト比変換を光学的に行うためには、入力画像の画素を圧縮または伸長するアスペクト比変換光学系を用いる必要がある。

光学的にアスペクト比変換を行う従来技術としては、例えば、（１）シリンドリカル光学系を配置してアスペクト比変換を行う技術（例えば特許文献１参照）、（２）アナモルフィック光学系（可変形状レンズ）を用いてアスペクト比変換を行う技術（例えば特許文献２参照）、（３）画素ずらしを実施する画像投射装置において、投影光学系にシリンドリカル光学系を配置して、シリンドリカル光学系で画素ずらし後の画像の画素密度の高い部分を、画素密度を緩和する方向に伸長することによりアスペクト比変換を行う技術（例えば特許文献３参照）、光軸上に配置した所定の曲率を有するミラーを用いてアスペクト比変換を行う技術（例えば特許文献４参照）がある。

特開平６−３３１９５７号公報 特開平１１−８５０３９号公報 特開平５−１１９２０６号公報 特許第２６０２７２９号公報

上記各従来技術は、４：３のアスペクト比を有する入力画像を１６：９のアスペクト比を有する出力画像に変換する等のアスペクト比変換技術を開示しているが、入力画像および出力画像の画素配置の縦横の関係が対応するものに限られており、例えば「４：３のアスペクト比を有する入力画像を９：１６のアスペクト比を有する出力画像に変換するアスペクト比変換技術」は開示していない。このような「アスペクト比自体および画像の画素配置の縦横の関係を同時に変換するようなアスペクト比変換技術」が実現できれば、ユーザが希望する様々な画像表示形態を実現可能になるので、ユーザの利便性が向上する。

本発明は、光学系によってアスペクト比および画像の画素配置の縦横の関係を同時に変換するようなアスペクト比変換を行い得る画像投射装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の第１発明は、入力画像を画素ずらし光学系および投影光学系を介して表示面上に投影して出力画像として表示する画像投射装置であって、入力画像のアスペクト比を検出するアスペクト比検出手段と、入力画像のアスペクト比と出力画像のアスペクト比とが異なる場合に入力画像のアスペクト比を出力画像のアスペクト比に変換する複数のアスペクト比変換光学系と、入力画像および出力画像の画素配置の縦横が逆転する場合に前記複数のアスペクト比変換光学系の中から選択したアスペクト比変換光学系を９０°回転させる光学系回転手段と、を備えることを特徴とする。

上記目的を達成するため、請求項２に記載の第２発明は、入力画像を画素ずらし光学系および投影光学系を介して表示面上に投影して出力画像として表示する画像投射装置であって、入力画像のアスペクト比を検出するアスペクト比検出手段と、入力画像のアスペクト比と出力画像のアスペクト比とが異なり、かつ、入力画像および出力画像の画素配置の縦横が逆転する場合に、入力画像のアスペクト比を出力画像のアスペクト比に変換するとともに入力画像を９０°回転させた出力画像とするための、２つの形状可変ミラーから成るアスペクト比変換手段と、を備えることを特徴とする。

上記目的を達成するため、請求項３に記載の第３発明は、入力画像を画素ずらし光学系および投影光学系を介して表示面上に投影して出力画像として表示する画像投射装置であって、入力画像のアスペクト比を検出するアスペクト比検出手段と、入力画像のアスペクト比と出力画像のアスペクト比とが異なり、かつ、入力画像および出力画像の画素配置の縦横が逆転する場合に、入力画像のアスペクト比を出力画像のアスペクト比に変換するとともに入力画像を９０°回転させた出力画像とするための、２つの形状可変ミラーおよび１つのシリンドリカル光学系から成るアスペクト比変換手段と、を備えることを特徴とする。

請求項４に記載の第４発明は、前記複数のアスペクト比自動変換手段を、前記画素ずらし光学系および前記投影光学系の間の光軸上に選択的に配置するようにしたことを特徴とする。

請求項５に記載の第５発明は、入力画像のアスペクト比と出力画像のアスペクト比とが一致する場合の表示倍率変換に用いる倍率変換光学系を有する補正光学系を、前記画素ずらし光学系および前記投影光学系間の光軸上に選択的に配置するようにしたことを特徴とする。

請求項６に記載の第６発明は、入力画像のアスペクト比と出力画像のアスペクト比とが一致する場合の表示倍率変換に用いる倍率変換光学系を有する補正光学系を前記画素ずらし光学系および前記投影光学系間の光軸上に配置した場合、入力画像の画素配列の縦方向寸法または横方向寸法を、出力画像の画素配列の縦方向寸法および横方向寸法の何れか一方に一致させるように、前記倍率変換光学系によって入力画像を伸長または圧縮するようにしたことを特徴とする。

請求項７に記載の第７発明は、前記入力画像の伸長または圧縮に伴う入力画像および出力画像間の輝度の不一致を画像処理によって一致させるようにしたことを特徴とする。

請求項８に記載の第８発明は、入力画像の中央部の解像度と出力画像の中央部の解像度とをほぼ一致させるようにしたことを特徴とする。

第１発明によれば、入力画像を画素ずらし光学系および投影光学系を介して表示面上に投影して出力画像として表示する本発明の画像投射装置は、入力画像のアスペクト比を検出するアスペクト比検出手段と、入力画像のアスペクト比と出力画像のアスペクト比とが異なる場合に入力画像のアスペクト比を出力画像のアスペクト比に変換する複数のアスペクト比変換光学系と、入力画像および出力画像の画素配置の縦横が逆転する場合に前記複数のアスペクト比変換光学系の中から選択したアスペクト比変換光学系を９０°回転させる光学系回転手段とを備えるから、光学系によってアスペクト比および画像の画素配置の縦横の関係を同時に変換するようなアスペクト比変換を行い得る画像投射装置を提供することができる。

第２発明によれば、入力画像を画素ずらし光学系および投影光学系を介して表示面上に投影して出力画像として表示する本発明の画像投射装置は、入力画像のアスペクト比を検出するアスペクト比検出手段と、入力画像のアスペクト比と出力画像のアスペクト比とが異なり、かつ、入力画像および出力画像の画素配置の縦横が逆転する場合に、入力画像のアスペクト比を出力画像のアスペクト比に変換するとともに入力画像を９０°回転させた出力画像とするための、２つの形状可変ミラーから成るアスペクト比変換手段とを備えるから、光学系によってアスペクト比および画像の画素配置の縦横の関係を同時に変換するようなアスペクト比変換を行い得る画像投射装置を提供することができる。

第３発明によれば、入力画像を画素ずらし光学系および投影光学系を介して表示面上に投影して出力画像として表示する本発明の画像投射装置は、入力画像のアスペクト比を検出するアスペクト比検出手段と、入力画像のアスペクト比と出力画像のアスペクト比とが異なり、かつ、入力画像および出力画像の画素配置の縦横が逆転する場合に、入力画像のアスペクト比を出力画像のアスペクト比に変換するとともに入力画像を９０°回転させた出力画像とするための、２つの形状可変ミラーおよび１つのシリンドリカル光学系から成るアスペクト比変換手段とを備えるから、光学系によってアスペクト比および画像の画素配置の縦横の関係を同時に変換するようなアスペクト比変換を行い得る画像投射装置を提供することができる。

第４発明によれば、前記複数のアスペクト比変換手段を、前記画素ずらし光学系および前記投影光学系の間の光軸上に選択的に配置するようにしたから、４：３から１６：９へのアスペクト比変換、４：３から９：１６へのアスペクト比変換、５：４から１６：９へのアスペクト比変換、５：４から９：１６へのアスペクト比変換等の様々なアスペクト比変換を実現し得る画像投射装置を提供することができる。

第５発明によれば、入力画像のアスペクト比と出力画像のアスペクト比とが一致する場合（例えば入力画像のアスペクト比が４：３で出力画像のアスペクト比が１６：１２である場合）の表示倍率変換に用いる倍率変換光学系を有する補正光学系を、前記画素ずらし光学系および前記投影光学系間の光軸上に選択的に配置するようにしたから、アスペクト比変換を行う必要がない入力画像に対しては通常の補正光学系を適用して表示倍率変換を行うことができる。

第６発明によれば、入力画像のアスペクト比と出力画像のアスペクト比とが一致する場合の表示倍率変換に用いる倍率変換光学系を有する補正光学系を前記画素ずらし光学系および前記投影光学系間の光軸上に配置した場合、入力画像の画素配列の縦方向寸法または横方向寸法を、出力画像の画素配列の縦方向寸法および横方向寸法の何れか一方に一致させるように、前記倍率変換光学系によって入力画像を伸長または圧縮するようにしたから、画像表示面上において出力画像の縦方向の両端部の画素または横方向の両端部の画素が表示されない現象を防止することができる。

第７発明によれば、前記入力画像の伸長または圧縮に伴う入力画像および出力画像間の輝度の不一致を画像処理によって一致させるようにしたから、入力画像の輝度分布とほぼ同一の輝度分布を有する出力画像を表示できるようになる。

第８発明によれば、入力画像の中央部の解像度と出力画像の中央部の解像度とをほぼ一致させるようにしたから、中央部において歪みの無い出力画像を表示できるようになる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づき詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態のアスペクト比変換機能を有する画像投射装置の光学系の構成を示す図である。第１実施形態のアスペクト比変換機能を有する画像投射装置（以下、単に画像投射装置という）の光学系は、図１に示すように、光源１と、光源１から発した光を反射させる反射鏡２と、反射鏡２で反射させた光のＲ，Ｇ，Ｂ３原色成分を順次透過させるためのＲ，Ｇ，Ｂ３原色フィルタを搭載した回転フィルタ機構３と、回転フィルタ機構３のフィルタを通過した拡散光を平行光に変換するインテグレータロッド４と、インテグレータロッド４から出射した平行光に基づいて表示パネル６上に所定の入力画像を形成する照明光学系５と、表示パネル６上の入力画像に対して後述する画素ずらしを行って前記入力画像を高解像度化する画素ずらしユニット７（この画素ずらしユニット７は、２組のＳＷ液晶７−１，７−２および複屈折材７−３，７−４より成る）と、光軸上に後述するアスペクト比変換光学系および補正光学系の何れかを選択的に配置する光学系切換機構８と、光学系切換機構８を通過した入力画像に基づいて表示面であるスクリーン９上に所望の出力画像を形成する投影光学系１０を具備して成る。

図２（ａ），（ｂ）はそれぞれ、第１実施形態の画像投射装置における光学系切換機構の概略構成を示す正面図および右側面図である。光学系切換機構８は、保持枠１１内を回動するターレット板１２上に複数（図示例の場合、３つ）のアスペクト比変換光学系１３−１，１３−２，１３−３および倍率変換光学系（ズーム）を有する補正光学系１４を搭載して成る。アスペクト比変換光学系１３−１，１３−２，１３−３はそれぞれ、所定のアスペクト比変換を行い得る形状のレンズ１３−１Ｌ，１３−２Ｌ，１３−３Ｌを有しており、近傍に配置されたモータ１５および９０度回転ギア１６とレンズ保持枠１７に支持された枠ギア１８とによって各々の中心軸周りに９０度回転させることができるように構成されている。ターレット板１２の中央部に配設されたターレット板ギア１９は、保持枠１１に支持されたターレットモータ２０の回転軸に結合されたターレットギヤ２１と係合するように配置されている。なお、上記光学系切換機構８は、画素ずらし後の入力画像をアスペクト比変換するように構成した場合に画像の安定性が高くなることを考慮して、例えば、図２（ａ）のアスペクト比変換光学系１３−１の中心軸が画素ずらしユニット７および投影光学系１０の間の光軸と一致するように、画素ずらしユニット７および投影光学系１０間に配置するものとする。以下、図２（ａ）のアスペクト比変換光学系１３−１の位置を「選択位置」ということにする。

上記光学系切換機構８は、ターレットモータ２０を回転駆動することによりターレットギヤ２１およびターレット板ギヤ１９を係合回転させ、それによってターレット板１２を回転させることによりアスペクト比変換光学系１３−１，１３−２，１３−３および補正光学系１４の中から選択した所望の光学系を選択位置に配置することができるとともに、アスペクト比変換を行う場合に画像のアスペクトフォーマットの縦横の関係の光学的変換も同時に行う場合には、モータ１５を回転駆動することにより９０度回転ギア１６および枠ギア１８を係合回転させることによって、選択したアスペクト比変換光学系をその中心軸周りに９０度回転させることができるように構成されている。

次に、第１実施形態の画像投射装置に適したスクリーンの構成を図３（ａ）〜（ｄ）および図４に基づいて説明する。
例えばリアプロジェクタ方式に構成した第１実施形態の画像投射装置を用いて、４：３のアスペクト比を有する入力画像（解像度；８００×６００画素）を１６：９のアスペクト比を有するスクリーン９に投影表示する場合を例に挙げて説明する。図３（ａ）に示す４：３のアスペクト比を有する入力画像（解像度；８００×６００画素）が表示パネル６に入力された場合に４：３のアスペクト比を有する出力画像を４：３のアスペクト比を有するスクリーン９に投影表示したのでは、出力画像の縦方向の両端部の画像がカットされることを考慮して、まず、図３（ｂ）に示すように、１６：９のアスペクト比を有するスクリーン９（解像度；１９２０×１０８０画素）の縦方向の解像度の１／２に対応させるため、入力画像の縦方向の両端部の画像をカットして、解像度；８００×５４０画素の入力画像とする。この入力画像は、画素ずらしユニット７によって「４点画素ずらし」を行われて、図３（ｃ）に示すような、縦２倍×横２倍＝４倍の画素数の出力画像（解像度；１６００×１０８０画素）に変換される。図３（ｃ）において、Ｄ１は画素の横方向寸法、Ｈ１は画素の縦方向寸法、ＨＰ１は水平画素ピッチ、ＶＰ１は垂直画素ピッチである。そして、この図３（ｃ）の出力画像を１６：９のアスペクト比を有するスクリーン９（解像度；１９２０×１０８０画素）に表示した場合に出力画像の横方向の両端部の画像がカットされることを考慮して、当該アスペクト比変換に対応するアスペクト比変換光学系を用いて、図３（ｄ）に示すような、横方向を伸長した出力画像（解像度；１９２０×１０８０画素）に変換する。図３（ｄ）において、Ｄ２は画素の横方向寸法、Ｈ１は画素の縦方向寸法、ＨＰ２は水平画素ピッチ、ＶＰ１は垂直画素ピッチである。

図４は第１実施形態の画像投射装置に用いるスクリーンの構成を例示する図である。図４に示すスクリーンは、１６：９のアスペクト比を有するスクリーン９（解像度；１９２０×１０８０画素）として構成されている。このスクリーン９は、１６：９のアスペクト比を有する入力画像を１６：９のアスペクト比を有する出力画像として表示する場合や４：３のアスペクト比を有する入力画像（解像度；１６００×１２００画素）を１６：９のアスペクト比を有する出力画像（解像度；１９２０×１０８０画素）にアスペクト比変換したものを表示する場合にはスクリーン全域を使って出力画像を表示することができる。なお、このスクリーン９は、１６：９のアスペクト比を有する入力画像の横方向の両端部の画像をカットして横方向を圧縮した出力画像（解像度；１４００×１０８０画素）を、スクリーン中央部を使って表示することもできる。図４において、Ｄ３は画素の横方向寸法、Ｈ３は画素の縦方向寸法、ＨＰ３は水平画素ピッチ、ＶＰ３は垂直画素ピッチである。

図５は第１実施形態の画像投射装置において実施するアスペクト比変換に関連する画像解像度や画面解像度の代表例を示す図であり、ＱＶＧＡ（解像度；３２０×２４０画素）、ＣＧＡ（解像度；６４０×２４０画素）、ＶＧＡ（解像度；６４０×４８０画素）、ＳＶＧＡ（解像度；８００×６００画素）、ＸＧＡ（解像度；１０２４×７６８画素）、Ｑｕａｄ−ＶＧＡ（解像度；１２８０×９６０画素）、ＳＸＧＡ（解像度；１２８０×１０２４画素）、ＳＸＧＡ＋（解像度；１４００×１０５０画素）、ＵＸＧＡ（解像度；１６００×１２００画素）、ＨＤＴＶ（解像度；１９２０×１０８０画素）、ＱＸＧＡ（解像度；２０４８×１５３６画素）、ＱＵＸＧＡ（解像度；３２００×２４００画素）、ＱＵＸＧＡ ＷＩＤＥ（解像度；３８４０×２４００画素）が挙げられる。上記の内、ＣＧＡ（解像度；６４０×２４０画素）はアスペクト比が８：３であり、ＳＸＧＡ（解像度；１２８０×１０２４画素）はアスペクト比が５：４であり、ＨＤＴＶ（解像度；１９２０×１０８０画素）はアスペクト比が１６：９であるが、それら以外は全てアスペクト比が４：３である。
第１実施形態の画像投射装置に用いるスクリーン９のアスペクト比は１６：９であるので、１６：９のアスペクト比を有する入力画像は同一アスペクト比の出力画像として表示する際にアスペクト比変換は不要であるが、４：３や５：４等のアスペクト比を有する入力画像をスクリーン全体に表示する場合にはアスペクト比変換を行う必要がある。そのため、アスペクト比変換光学系１３−１，１３−２，１３−３のそれぞれは、例えば、「４：３のアスペクト比を有する入力画像を９：１６のアスペクト比を有する出力画像に変換するアスペクト比変換光学系」、「５：４のアスペクト比を有する入力画像を９：１６のアスペクト比を有する出力画像に変換するアスペクト比変換光学系」、「上記以外のアスペクト比（例えば３：２）を有する入力画像を９：１６のアスペクト比を有する出力画像に変換するアスペクト比変換光学系」となるように構成すればよい。なお、アスペクト比変換光学系１３−１，１３−２，１３−３のアスペクト比変換比率は、上記のものに限定されるものではなく、他のアスペクト比変換比率を用いてもよい。また、上記と異なるアスペクト比を有するスクリーンを用いる場合は、そのアスペクト比に応じてアスペクト比変換光学系１３−１，１３−２，１３−３のアスペクト比変換比率を適宜設定すればよい。

図６は本発明の第１実施形態のアスペクト比変換機能を有する画像投射装置の制御系の構成を示すブロック図である。第１実施形態の画像投射装置の制御系は、図５に示すように、入力画像検出部２２と、画像処理部２３と、制御部２４とを具備して成る。

入力画像検出部２２は、入力された各種入力画像信号から画像情報を抽出して制御部２４に出力するとともに、入力された各種入力画像信号を画像処理部２３にスルー出力するものである。各種入力画像信号としては、地上波アナログ放送（アスペクト比＝４：３）やハイビジョン信号（アスペクト比＝１６：９）、ＤＶＤビデオ信号（アスペクト比＝４：３または１６：９）、ＪＰＥＧ画像信号（アスペクト比＝４：３，３：２，１６：９）等が挙げられる。また、入力画像信号から抽出可能な画像情報としては、ＶＧＡ、ＳＶＧＡ等の入力画像の解像度情報（アスペクト比情報および画素数情報を含んでいる）や入力画像の配置状態情報（縦長配置／横長配置）等が挙げられる。なお、入力画像の解像度情報が「６００×８００画素」である場合は、「解像度がＶＧＡであって、かつ、縦長配置された画像であること」が分かるので、入力画像の配置状態情報を兼用することになる。

画像処理部２３は、アスペクト比変換を実施する場合に入力画像の輝度と出力画像の輝度とを整合させるために入力画像に対して画像処理の一種である輝度補正を行うものである。画像処理部２３から表示パネル６に出力された輝度補正後の入力画像は、画素ずらしユニット７で４倍の画素数の画像に変換された後、制御部２４を経て、光学系切換機構８の選択された光学系に出力されることになる。

制御部２４は、入力画像信号から抽出された画像情報を入力されると、その画像情報に含まれるアスペクト比情報に基づいて、アスペクト比変換の要否およびアスペクト比変換が必要である場合のアスペクト比変換比率を判断し、アスペクト比変換が不要である場合には補正光学系１４が選択されるとともに、アスペクト比変換が必要である場合にはアスペクト比変換光学系１３−１，１３−２，１３−３の中の所望のアスペクト比変換比率が得られるものが選択されるようにする選択信号によって光学系切換機構８を駆動して、選択された光学系が画素ずらしユニット７および投影光学系１０間の光軸上に配置されるようにする光学系切換制御を行うものである。上記光学系切換制御において、アスペクト比変換光学系が選択された場合に入力画像および出力画像の画素配置の縦横が逆転する場合（例えば入力画像がＳＶＧＡの６００×８００画素で、出力画像がＨＶＴＶの１９２０×１０８０画素である場合）には、制御部３３は、回転信号をモータ１５に出力することにより当該アスペクト比変換光学系をモータ１５、９０度回転ギア１６および枠ギア１８によって中心軸周りに９０度回転させる回転制御を同時に行うことになる。また、上記光学系切換制御において、補正光学系１４が選択された場合には、倍率変換信号（ズーム信号）を補正光学系１４に出力することにより、同一アスペクト比を有する入力画像および出力画像間の倍率変換（ズーム）制御を行うことになる。
なお、制御部２４は、フィルタ駆動信号を回転フィルタ機構３に出力することにより、Ｒ，Ｇ，Ｂ３原色フィルタを順次光軸上に配置するフィルタ制御等の他の制御も行うように構成されている。

本実施形態の画像投射装置によれば、入力画像を画素ずらしユニット７および投影光学系１０を介してスクリーン９上に投影して出力画像として表示する際には、入力画像検出部３１によって検出した入力画像のアスペクト比と出力画像のアスペクト比とが異なる場合には、制御部２４から光学系切換機構８に出力される選択信号によってアスペクト比変換光学系１３−１，１３−２，１３−３の中から所望のアスペクト比変換比率が得られるように選択したアスペクト比変換光学系を光軸上に配置し、入力画像および出力画像の画素配置の縦横が逆転する場合には制御部２４から出力される回転信号により作動するモータ１５および９０度回転ギア１６と枠ギア１８とによって選択したアスペクト比変換光学系を９０°回転させるから、光学系によってアスペクト比および画像の画素配置の縦横の関係を同時に変換するようなアスペクト比変換を自動的に行い得る画像投射装置を提供することができる。その際、例えばＳＶＧＡの６００×８００の画素の縦長入力画像（アスペクト比＝３：４）を解像度がＨＶＴＶの１９２０×１０８０画素（アスペクト比＝１６：９）の横長スクリーンに表示する場合のような「入力画像および出力画像の画素配置の縦横が逆転する場合」には、スクリーン全域を使って大きく表示することも可能になる。また、本実施形態の画像投射装置によれば、アスペクト比変換光学系を用いて自動的にアスペクト比変換を行うので、画像処理によってアスペクト比変換を行う構成の画像投射装置に比べて画質が向上する。

さらに、本実施形態の画像投射装置によれば、リアプロジェクタ方式で構成した場合にも対応可能であり、その場合にもスクリーン上において出力画像の横方向の両端部または縦方向の両端部の画像がカットされる現象を防止することができる。また、本実施形態の画像投射装置は、画像処理部２４による輝度補正によって、アスペクト比変換実施時の入力画像の伸長または圧縮に伴うスクリーン上の輝度の変化を補正することができる。

［第２実施形態］
図７は本発明の第２実施形態のアスペクト比変換機能を有する画像投射装置の要部の構成を示す図である。本実施形態の画像投射装置の光学系は、図１に示す第１実施形態の画像投射装置の光学系において表示パネル６および投影光学系１０の間に配置されている画素ずらしユニット７および光学系切換機構８を廃止してその代わりに配置するアスペクト比変換光学系を構成するものであり、図７のように配置されたシリンドリカルレンズ３１および２枚の可変ミラー３２−１，３２−２より成る。可変ミラー３２−１，３２−２は図７に２点鎖線で示すように凹面に変形するので、各種入力画像の全てのアスペクト比に対応可能な図示した形状のシリンドリカルレンズ３１を表示パネル６側に配置して、可変ミラー３２−１，３２−２で倍率変換することにより、入力画像の画素の横方向寸法、縦方向寸法の少なくとも一方を伸長または圧縮するアスペクト比変換を実現している。なお、図７に示す例では２枚の可変ミラー３２−１，３２−２を用いているが、可変ミラーの形状および変形量を適宜変更することにより、１枚の可変ミラーを用いて構成することも可能である。上述した２枚の可変ミラー３２−１，３２−２の面形状はシリンドリカル面に近似する形状になっているので、自由曲面を創生可能な可変ミラー３２−１，３２−２の面形状を連続的に変化させることによって、所望のアスペクト比変換比率となるように入力画像のアスペクト比に対して出力画像のアスペクト比を変換することができる。なお、可変ミラーによって凹面状に自由曲面を創生する原理的な手法としては、変形する可変ミラーに固着された電極と、その電極の近傍かつ対面側に配置された電極との間に発生する静電気によって可変ミラーを変形させる技術（特開２００３−１０７３１０号公報を参照のこと）を用いるのが一般的である。

図８（ａ）は可変ミラー３２−１，３２−２および後述する第３実施形態で用いる可変ミラー３３の構成を示す平面図であり、図８（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、図８（ａ）のＡＡ断面図およびＢＢ断面図である。可変ミラーを「自由曲面を創生する可変ミラー」として構成する場合には、ミラー面を図８（ｂ），（ｃ）に実線で示す可変形状に形成し、可変ミラーを「自由曲面を創生しない可変ミラー」として構成する場合には、ミラー面を図８（ｂ），（ｃ）に２点鎖線で示す固定形状に形成する。
図８（ｂ），（ｃ）に示すように、可変ミラーの中心部におけるミラー面の曲率半径Ｒ１は大きくなっており、可変ミラーの周辺部におけるミラー面の曲率半径Ｒ２は小さくなっている。そのため、図９に示すアスペクト比＝１６：９の横長スクリーン９の表示画面においては、可変ミラーの中央部に対応する出力画像の画素は、入力画像の画素の形状とほぼ同一に構成されているため、入力画像の中央部の解像度と出力画像の中央部の解像度とがほぼ一致するようになっているが、可変ミラーの周辺に近付くにつれて、入力画像の画素の横方向の伸長率が大きくなるため、画素ピッチも横方向に伸長されることになり、可変ミラーの周辺部に対応する出力画像の画素は、周辺に近付くほど画像の変形歪みが順次大きくなるように伸長される。その際、画像の伸長（または圧縮）に伴う入力画像および出力画像間の輝度の不一致を画像処理によって補正するものとする。なお、図９において、Ｄ２はスクリーン中心画素の横方向寸法、Ｄ２−１，Ｄｉ，Ｄｊ，Ｄｎはスクリーンの各部位の画素の横方向寸法、Ｈ１は画素の縦方向寸法、ＨＰ２−１，ＨＰ２−２は水平画素ピッチ、ＶＰ２は垂直画素ピッチである。

本実施形態の画像投射装置によれば、上記第１本実施形態の画像投射装置と同様の効果に加えて、以下の効果が得られる。すなわち、本実施形態の画像投射装置は、第１本実施形態の画像投射装置で用いていた、画素ずらしユニット７ならびに複数のアスペクト比変換光学系および倍率変換光学系を有する補正光学系を切り換える光学系切換機構８の代わりに、自由曲面を創生する可変ミラー３２−１，３２−２およびシリンドリカルレンズ３１から成るアスペクト比変換光学系を用いる構成を採用したため、アスペクト比変換に寄与するシリンドリカルレンズ３１によって概略的なアスペクト比変換を行った後に、可変ミラー３２−１，３２−２によりアスペクト比変換の微調整やピント補正等を行うことが可能になり、可変ミラー３２−１，３２−２の自由度が拡大し、画像投射装置の光学性能が向上するとともに、複数のアスペクト比変換光学系を切り換える必要が無く、かつ、シリンドリカルレンズおよび倍率変換光学系を組み合わせた複雑な構成の光学系を用いる必要もなくなるため、光学系の構成が簡略化される。また、入力画像の伸長または圧縮に伴う入力画像および出力画像間の輝度の不一致を画像処理によって一致させるようにしたから、入力画像の輝度分布とほぼ同一の輝度分布を有する出力画像を表示できるようになる。また、入力画像の中央部の解像度と出力画像の中央部の解像度とをほぼ一致させるようにしたから、中央部において歪みの無い出力画像をスクリーン９に表示できるようになり、一般的に中央志向になる傾向があるプロジェクタに適した出力画像が得られる。

［第３実施形態］
図１０は本発明の第３実施形態のアスペクト比変換機能を有する画像投射装置の要部の構成を示す図である。本実施形態の画像投射装置の光学系は、図１に示す第１実施形態の画像投射装置の光学系において表示パネル６および投影光学系１０の間に配置されている画素ずらしユニット７および光学系切換機構８を廃止してその代わりに配置するアスペクト比変換光学系を構成するものであり、図１０のように配置された２枚の可変ミラー３２−２，３３および絞り３４より成る。可変ミラー３２−２としては上記第２実施形態と同一のものを用いるが、可変ミラー３３としては、図１０に２点鎖線で示すような凸面に変形するタイプのものを用いる。なお、可変ミラーによって凸面状に自由曲面を創生する原理的な手法としては、米国特許第５３５７８２５号、米国特許第５２１０６５３号、米国特許第４２８９３７９号、米国特許第４５６１７３２号に開示された技術を用いることができる。

本実施形態の画像投射装置によれば、上記第２本実施形態の画像投射装置と同様の効果が得られる。

本発明の第１実施形態のアスペクト比変換機能を有する画像投射装置の光学系の構成を示す図である。 （ａ），（ｂ）はそれぞれ、第１実施形態の画像投射装置における光学系切換機構の概略構成を示す正面図および右側面図である。 （ａ）〜（ｄ）は第１実施形態の画像投射装置に適したスクリーンの構成を説明するための図である。 第１実施形態の画像投射装置に用いるスクリーンの構成を例示する図である。 第１実施形態の画像投射装置において実施するアスペクト比変換に関連する画像解像度や画面解像度の代表例を示す図である。 本発明の第１実施形態のアスペクト比変換機能を有する画像投射装置の制御系の構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態のアスペクト比変換機能を有する画像投射装置の要部の構成を示す図である。 （ａ）は第２実施形態および第３実施形態で用いる可変ミラーの構成を示す平面図であり、（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、（ａ）のＡＡ断面図およびＢＢ断面図である。 第２実施形態および第３実施形態におけるアスペクト比変換時の画素の伸長状態を説明するための図である。 本発明の第３実施形態のアスペクト比変換機能を有する画像投射装置の要部の構成を示す図である。

符号の説明

１ 光源
２ 反射鏡
３ 回転フィルタ機構
４ インテグレータロッド
５ 照明光学系
６ 表示パネル
７ 画素ずらしユニット
７−１，７−２ ＳＷ液晶
７−３，７−４ 複屈折材
８ 光学系切換機構
９ スクリーン（表示面）
１０ 投影光学系
１１ 保持枠
１２ ターレット板
１３−１，１３−２，１３−３ アスペクト比変換光学系
１３−１Ｌ，１３−２Ｌ，１３−３Ｌ レンズ
１４ 倍率変換光学系（ズーム）を有する補正光学系
１５ モータ
１６ ９０度回転ギア
１７ レンズ保持枠
１８ 枠ギア
１９ ターレット板ギア
２０ ターレットモータ
２１ ターレットギヤ
２２ 入力画像検出部
２３ 画像処理部
２４ 制御部
３１ シリンドリカルレンズ
３２−１，３２−２，３３ 可変ミラー
３４ 絞り

Claims (8)

1. 入力画像を画素ずらし光学系および投影光学系を介して表示面上に投影して出力画像として表示する画像投射装置であって、
   入力画像のアスペクト比を検出するアスペクト比検出手段と、
   入力画像のアスペクト比と出力画像のアスペクト比とが異なる場合に入力画像のアスペクト比を出力画像のアスペクト比に変換する複数のアスペクト比変換光学系と、
   入力画像および出力画像の画素配置の縦横が逆転する場合に前記複数のアスペクト比変換光学系の中から選択したアスペクト比変換光学系を９０°回転させる光学系回転手段と、
   を備えることを特徴とする、アスペクト比変換機能を有する画像投射装置。
2. 入力画像を画素ずらし光学系および投影光学系を介して表示面上に投影して出力画像として表示する画像投射装置であって、
   入力画像のアスペクト比を検出するアスペクト比検出手段と、
   入力画像のアスペクト比と出力画像のアスペクト比とが異なり、かつ、入力画像および出力画像の画素配置の縦横が逆転する場合に、入力画像のアスペクト比を出力画像のアスペクト比に変換するとともに入力画像を９０°回転させた出力画像とするための、２つの形状可変ミラーから成るアスペクト比変換手段と、
   を備えることを特徴とする、アスペクト比変換機能を有する画像投射装置。
3. 入力画像を画素ずらし光学系および投影光学系を介して表示面上に投影して出力画像として表示する画像投射装置であって、
   入力画像のアスペクト比を検出するアスペクト比検出手段と、
   入力画像のアスペクト比と出力画像のアスペクト比とが異なり、かつ、入力画像および出力画像の画素配置の縦横が逆転する場合に、入力画像のアスペクト比を出力画像のアスペクト比に変換するとともに入力画像を９０°回転させた出力画像とするための、２つの形状可変ミラーおよび１つのシリンドリカル光学系から成るアスペクト比変換手段と、
   を備えることを特徴とする、アスペクト比変換機能を有する画像投射装置。
4. 前記複数のアスペクト比変換光学系を、前記画素ずらし光学系および前記投影光学系の間の光軸上に選択的に配置するようにしたことを特徴とする、請求項１記載のアスペクト比変換機能を有する画像投射装置。
5. 入力画像のアスペクト比と出力画像のアスペクト比とが一致する場合の表示倍率変換に用いる倍率変換光学系を有する補正光学系を、前記画素ずらし光学系および前記投影光学系間の光軸上に選択的に配置するようにしたことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項記載のアスペクト比変換機能を有する画像投射装置。
6. 入力画像のアスペクト比と出力画像のアスペクト比とが一致する場合の表示倍率変換に用いる倍率変換光学系を有する補正光学系を前記画素ずらし光学系および前記投影光学系間の光軸上に配置した場合、入力画像の画素配列の縦方向寸法または横方向寸法を、出力画像の画素配列の縦方向寸法および横方向寸法の何れか一方に一致させるように、前記倍率変換光学系によって入力画像を伸長または圧縮するようにしたことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項記載のアスペクト比変換機能を有する画像投射装置。
7. 前記入力画像の伸長または圧縮に伴う入力画像および出力画像間の輝度の不一致を画像処理によって一致させるようにしたことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項記載のアスペクト比変換機能を有する画像投射装置。
8. 入力画像の中央部の解像度と出力画像の中央部の解像度とをほぼ一致させるようにしたことを特徴とする、請求項２または３記載のアスペクト比変換機能を有する画像投射装置。

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