JP2009053516A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光路偏向素子を備えて、画像表示素子の有効表示画素数より多い画素数の画像を表示可能な画像装置において、入力画像の解像度や画像の内容に応じて常に最高の画像品質が得られるようにする。
【解決手段】光路偏向素子１０７の光路偏向動作のＯＮ／ＯＦＦを制御する偏向制御手段（１５０、１８０）を設ける。画像処理回路１６０は、光路偏向素子１０７の光路偏向動作がＯＮの場合にはスクリーン１０９の表示画像の画素数に対応して出力画像データを生成し、光路偏向動作がＯＦＦの場合には画像表示素子１０６の有効表示画素数に対応して出力画素データを生成する。また、入力画像の解像度を検出する解像度検出手段１２０を設ける。偏向制御手段は、例えば、入力画像の解像度が画像表示素子の有効表示画素数からなる表示解像度と同一あるいはそれ以下の場合に光路偏向動作をＯＦＦする。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクタ、プロジェクションディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイなど、画像データに基づいて照明光を空間光変調して画像光として出射するＬＣＯＳ（Ｌiquid Ｃrystal Ｏn Ｓilicon）などの画像表示素子を使用し、該画像表示素子からの画像光をレンズを通して表示する画像表示装置に係り、特に画像表示素子から出射された画像光の光路を所定の方向に該画像表示素子の画像更新に対応して偏向することで、画像表示素子の有効表示画素数よりも多い画素数の画像を表示可能な画像表示装置に関する。

近年、コンピュータの処理能力の飛躍的増大により表示画像の益々の高解像度化が進んでおり、それに伴って画像表示素子を使用する画像表示装置においても高解像度化の要求が高まってきている。しかしながら、画像表示素子の解像度がその要求に追いついておらず、高解像度化を実現するための様々な技術が提案されている。

その一例として、特許文献１や２などに記載のように、１フレームの画像データを複数のサブフレーム画像に分割して画像表示素子に順次形成すると共に、画像光の光路中に光路を水平及び垂直方向に所定画素ピッチシフトさせる光路シフト手段として光路偏向素子を設け、画像表示素子から出射された画像光をサブフレームごとに順次所定の方向に偏向する（画素ずらし）ことで、画像表示素子の解像度以上の表示を実現している。

特開２００２−２１４５７９号公報 特開２００３−２２８０７２号公報

上述にように、光路シフト手段によって画像表示素子の解像度を超える高解像の画像を表示できる画像表示装置についてはいくつか開示されているが、一般的にこれらの技術に用いられる画像表示素子については、光路シフト手段を持たない通常の表示装置への適用を目的に製造されたものを流用してコスト上昇の抑制を図っている場合が多い。しかしながらそれらの画像表示素子は画素間の隙間が小さく、光路シフトによって表示画素数を増倍させようとすると、厳密には表示画像の隣接画素が互いに重なり合うため、入力画像の解像度や画像の内容によっては光路シフトしないで表示素子の画像性能だけで表示したほうが高品質な場合がある。しかしながら従来技術は、そのような要求に対応できなかった。

本発明は、光路偏向手段を備え画像表示素子の有効表示画素数よりも多い画素数の画像を表示可能な画像表示装置において、入力画像の解像度や画像の内容に応じて常に最高の画像品質が得られる画像表示装置を提供することを目的としたものである。

一実施形態では、本発明は、入力画像の解像度が画像表示素子の表示解像度と同一の場合に最高の画像品質を表示可能な手段を提供することを目的としたものである。

他の実施形態では、本発明は、入力画像の解像度が画像表示素子の表示解像度よりも小さい場合に最高の画像品質を表示可能な手段を提供することを目的としたものである。

さらに他の実施形態では、本発明は、ユーザーに操作の煩わしさを与えることなく常に最高の画像品質が得られる表示装置を提供することを目的としたものである。

さらに他の実施形態では、本発明は、入力画像の解像度が画像表示素子の表示解像度よりも大きい場合に最高の画像品質を表示可能な手段を提供することを目的としたものである。

請求項１の発明は、所定の有効表示画素数を有する画像表示素子と、入力画像に基いて前記画像表示素子の各画素に対応した出力画素データを生成する画像生成手段と、前記出力画素データに基いて前記画像表示素子に所定周期で更新される画像を形成する表示制御手段と、前記画像表示素子に形成された画像の光路を所定の方向に前記画像更新に対応して偏向する光路偏向手段とを備え、前記画像表示素子の有効表示画素数よりも多い画素数の表示画像を形成可能とした画像表示装置において、前記光路偏向手段の光路偏向動作のＯＮ／ＯＦＦを制御する偏向制御手段を備え、前記画像生成手段は、前記光路偏向動作がＯＮの場合には前記表示画像の画素数に対応して出力画素データを生成し、前記光路偏向動作がＯＦＦの場合には前記画像表示素子の有効表示画素数に対応して出力画素データを生成することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の画像表示装置において、前記入力画像の解像度を検出する解像度検出手段を備え、前記偏向制御手段は、前記入力画像が所定の解像度の場合に前記光路偏向手段の光路偏向動作をＯＦＦすることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２に記載の画像表示装置において、前記所定の解像度とは前記画像表示素子の有効表示画素数から成る表示解像度と同一の解像度であり、前記画像生成手段は、前記光路偏向動作がＯＦＦの場合には前記入力画像をそのまま出力画像として前記出力画素データを生成することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項２または３のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記所定の解像度は前記画像表示素子の有効表示画素数から成る表示解像度よりも小さい解像度を含み、前記画像生成手段は、前記光路偏向動作がＯＦＦの場合には前記入力画像を前記画像表示素子の有効表示画素数からなる表示領域の一部に等倍表示するための出力画素データを生成する等倍表示処理機能を備えたことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項２乃至４のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記所定の解像度は前記画像表示素子の表示解像度よりも小さい解像度を含み、前記画像生成手段は、前記光路偏向動作がＯＦＦの場合には前記入力画像全体を前記画像表示素子の表示領域の一部に変倍表示するための出力画素データを生成する変倍表示処理機能を備えたことを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項４または５のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記画像生成手段は、前記光路偏向動作がＯＦＦの場合には前記等倍または変倍処理された入力画像を前記画像表示素子の表示領域のどこに表示するかを指定する表示領域指定機能を備えたことを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項５または６のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記画像生成手段は、前記光路偏向動作がＯＦＦの場合には、前記画像表示素子の表示領域のうち前記等倍または変倍処理された入力画像の表示領域以外を所定の画像で表示するための出力画素データを生成する余白処理機能を備えたことを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項２乃至７のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記所定の解像度は前記画像表示素子の表示解像度よりも小さい解像度を含み、前記画像生成手段は、前記光路偏向動作がＯＦＦの場合には前記入力画像全体を前記画像表示素子の表示領域全体に表示するための出力画素データを生成する全画面表示処理機能を備えたことを特徴とする。

請求項９の発明は、請求項２乃至８のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記偏向制御手段は、前記入力画像が前記所定の解像度の場合には前記光路偏向動作を任意にＯＮ／ＯＦＦ切替え可能とし、そうでない場合は常に前記光路偏向動作をＯＮすることを特徴とする。

請求項１０の発明は、請求項２乃至９のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記画像生成手段は、前記光路偏向動作がＯＮの場合、前記表示画像の解像度と同じまたはそれよりも小さい解像度の画像入力時には、該入力画像を表示画像領域の全部または一部に等倍表示するための出力画素データを生成する等倍表示処理機能を備えたことを特徴とする。

請求項１１の発明は、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記画像生成手段は、前記光路偏向動作がＯＮの場合には、前記入力画像を表示画像領域の一部に変倍表示するための出力画素データを生成する変倍表示処理機能を備えたことを特徴とする。

請求項１２の発明は、請求項１０または１１のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記画像生成手段は、前記光路偏向動作がＯＮの場合には、前記等倍または変倍処理された入力画像を前記表示画像領域のどこに表示するかを指定する表示領域指定機能を備えたことを特徴とする。

請求項１３の発明は、請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記画像生成手段は、前記光路偏向動作がＯＮの場合には、前記表示画像領域のうち前記等倍または変倍処理された入力画像の表示領域以外を所定の画像で表示するための出力画素データを生成する余白処理機能を備えたことを特徴とする。

請求項１４の発明は、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記画像生成手段は、前記光路偏向動作がＯＮの場合、前記入力画像を前記表示画像領域全体に表示するための出力画素データを生成する全画面表示処理機能を備えたことを特徴とする。

請求項１５の発明は、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記画像生成手段は、前記光路偏向動作のＯＮ／ＯＦＦに応じて前記出力画素データを生成するためのパラメータを生成するパラメータ生成手段と、該パラメータに基いて入力画像を処理するデータ処理手段を備えたことを特徴とする。

請求項１６の発明は、 請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記表示制御手段は、前記光路偏向動作がＯＮの場合には前記光路偏向動作に対応した画像が表示されるように出力画像データを前記画像表示素子に出力し、前記光路偏向動作がＯＦＦの場合には少なくとも前記光路偏向動作の１周期と同じ期間、同一画像の出力画素データを前記画像表示素子に出力することを特徴とする。

請求項１７の発明は、請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記光路偏向手段は、ホメオトロピック配向させたキラルスメクティックＣ液晶と、該液晶に横電界を印加することで液晶の傾斜角を変化させ、それに伴う複屈折変化で入射光の光路を偏向させる手段を含み、前記偏向制御手段は、前記液晶への横電界の印加をＯＮ／ＯＦＦ制御することを特徴とする。

請求項１の発明では、光路偏向手段を備え画像表示素子の有効表示画素数よりも多い画素数の画像を表示可能な画像表示装置において、光路偏向動作のＯＮ／ＯＦＦできる手段を備えて表示画像の解像度を切替えられるようにしたので、入力画像の解像度や画像の内容に応じて適した表示画像の解像度を選択でき、常に最高の画像品質が得られる。

請求項２の発明では、入力画像が所定の解像度の場合には自動的に光路偏向動作をＯＦＦするようにしたので、ユーザーに操作の煩わしさを与えることなく常に最高の画像品質が得られる。

請求項３の発明では、特に入力画像が画像表示素子の解像度と同一の場合には自動的に光路偏向動作をＯＦＦして入力画像を表示領域の一部にそのまま表示するようにしたので、入力画像本来の画像品質が得られる。

請求項４の発明では、入力画像の解像度が画像表示素子の解像度よりも小さい場合に自動的に光路偏向動作をＯＦＦして入力画像をそのまま表示するようにしたので、入力画像本来の画像品質が得られる。

請求項５の発明では、入力画像の解像度が画像表示素子の解像度よりも小さい場合に自動的に光路偏向動作をＯＦＦして、入力画像に近い解像度の表示領域いっぱいに変倍表示するようにしたので、大画面で高品質の表示画像が得られる。

請求項６の発明では、表示領域のどこに画像を表示するかを指定できるようにしたので、ユーザーの満足する表示画像が得られる。

請求項７の発明では、入力画像の表示に寄与しない表示領域を例えば黒表示等の処理ができるようにしたので、ユーザーの満足する表示画像が得られる。

請求項８の発明では、入力画像の解像度が画像表示素子の解像度よりも小さい場合に自動的に光路偏向動作をＯＦＦして、入力画像に近い解像度の表示領域いっぱいに全画面表示するようにしたので、大画面で高品質の表示画像が得られる。

請求項９の発明では、入力画像が所定の解像度でない場合は常に光路偏向動作をＯＮするようにしたので、ユーザーが誤って操作した場合でも常に高品質の表示状態が保持される。

請求項１０の発明では、入力画像の解像度が画像表示素子の解像度よりも大きい場合には光路偏向動作をＯＮして、画像表示素子の解像度よりも大きい解像度の表示領域の一部または全部に入力画像をそのまま表示するようにしたので、高品質の表示画像が得られる。

請求項１１の発明では、入力画像の解像度が画像表示素子の解像度よりも大きい場合には光路偏向動作をＯＮして、画像表示素子の解像度よりも大きい解像度の表示領域いっぱいに変倍表示するようにしたので、大画面で高品質の表示画像が得られる。

請求項１２の発明では、請求項６の発明と同じく、表示領域のどこに画像を表示するかを指定できるようにしたので、ユーザーの満足する表示画像が得られる。

請求項１３の発明では、請求項７の発明と同じく、入力画像の表示に寄与しない表示領域を例えば黒表示等の処理ができるようにしたので、ユーザーの満足する表示画像が得られる。

請求項１４の発明では、入力画像の解像度が画像表示素子の解像度よりも大きい場合には光路偏向動作をＯＮして、画像表示素子の解像度よりも大きい解像度の表示領域いっぱいに全画面表示するようにしたので、大画面で高品質の表示画像が得られる。

請求項１５の発明では、画像生成手段は光路偏向動作のＯＮ／ＯＦＦに応じたパラメータを生成して、該パラメータに基いて入力画像データを処理するようにしたので、光路偏向動作のＯＮ／ＯＦＦ時に対応した出力画像データの生成を実現できる。

請求項１６の発明では、表示制御手段は光路偏向動作がＯＮ時にはその動作に同期して表示画像が切り替えられるように出力画像データを前記画像表示素子に出力し、光路偏向動作のＯＦＦ時には光路偏向動作の１周期と同じ期間、同一画像の出力画素データを前記画像表示素子に出力するようにしたので、光路偏向動作のＯＮ／ＯＦＦ時に対応した画像表示制御を実現できる。

請求項１７の発明では、光路偏向手段としてホメオトロピック配向させたキラルスメクティックＣ液晶と、該液晶に横電界を印加することで液晶の傾斜角を変化させ、それに伴う複屈折変化で入射光の光路を偏向させるようにしたので、表示画像の切り替えに対応して光路の切り替えを高速に行うことができ、高品質の画像表示を実現できる。

以下に本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
［実施例１］
図１は、本実施例にかかる画像表示装置の構成例を概略的に示したものである。なお、実施の形態では、本実施例を含めて、一例として水平方向及び垂直方向にそれぞれ１回画素シフトして画像表示素子の有効表示解像度の４倍の表示解像度が得られる画像表示装置について示しているが、本発明はその限りではない。一般に所定の有効表示画素数を有する画像表示素子の該有効表示画素数よりも多い画素数の表示画像を形成可能とした画像表示装置に適用可能である。有効表示画素とは、画像表示素子の有する画素のうち、画素データに基づいて実際に画像表示に寄与する画素の数のことである。例えば、水平方向に１２８０の画素を垂直方向に７６８ライン備えた１２８０×７６８個の画素を持つ画像表示素子を使用しても、実際には水平方向１０２４画素分の領域にしか画素データを書き込んで表示に寄与させないような場合には、有効表示画素数は１０２４×７６８個となる。

図１において、光源１０１からの光は放物面リフレクタ１０２で略平行光となって光インテグレータ１０３に入る。光インテグレータ１０３は例えば一対のフライアイレンズアレイで構成されており、光源１０１からの光を均一化する。光インテグレータ１０３を出た光はコンデンサレンズ１０４で集光され、偏向ビームスプリッタ１０５で反射されて、照明光として画像表示素子１０６に入射される。ここで、偏向ビームスプリッタ１０５は照明光と画像光を分離するためのものである。

画像表示素子１０６は、後述する表示制御回路１７０からの垂直同期信号ＶＳｏ、水平同期信号ＨＳｏ、画像信号Ｖｏ及び表示制御クロックＣＫｏに基き有効表示領域の各画素に画像を形成し、入射される照明光を空間光変調する。ここで画像表示素子１０６としては、例えば反射型液晶の一つであり表示駆動回路が内装されたシリコンバックプレーン上に液晶層が形成されたＬＣＯＳ（Ｌiquid Ｃrystal Ｏn Ｓilicon）などが好適であるが、それに限るものではない。これは他の実施例でも同様である。

画像表示素子１０６で空間光変調された照明光は、偏向ビームスプリッタ１０５を透過し、画像光として光路偏向素子１０７に入射される。光路偏向素子１０７は、後述する光路偏向素子駆動回路１８０からの駆動信号ＰＳＤに基いて、入射される画像光の光路を設定された量だけシフトさせて出射させるか、あるいはシフトさせずにそのまま出射させる。光路偏向素子１０７からの出射光は投射レンズ１０８で拡大されスクリーン１０９に投射される。

ここで、光路シフト量は画素ピッチの整数分の１であることが好ましい。例えば水平方向及び垂直方向にそれぞれ２倍の画素増倍して４倍の画素増倍を行う場合は、水平方向及び垂直方向それぞれについて画素ピッチの１／２の光路シフトを行うことが好ましい。そして、切り替えられるシフト方向の数に応じて画像フレームを分割した複数のサブフレームを生成して画像表示素子に表示させることで、スクリーン上で見かけ上高精細な画像を表示することができる。図２〜図４はその様子の一例を示したものである。ここで、画像表示素子１０６の有効表示領域（有効表示画素数）は８×６画素としている。

図２は、８×６画素で構成される画像表示素子１０６の有効表示領域に表示される画像が後述する表示制御回路１７０によって （ａ）→（ｂ）→（ｄ）→（ｃ）→（ａ）→・・・の順に書き換えられるサブフレーム画像表示の様子を示したものである。一方、図３は、図２に示すサブフレーム画像表示に同期して、後述する光路偏向素子駆動回路１８０に基づき光路偏向素子１０７により制御される画像光の光路シフトの様子を、画像表示素子１０６の１画素に着目して示したものである。さらに、図４はスクリーン１０９上の画像表示を示したものである。即ち、図２に示すようなサブフレーム画像表示に同期してその画像光を図３に示すように光路シフトさせることにより、スクリーン１０９上では図４に示すように、それらが合成されて４倍の解像度のフレーム画像が形成、表示される。

なお、図１ではＬＣＯＳのように反射型の画像表示素子１０６を用いた構成例示したが、透過型の画像表示素子を用いた構成例も可能である。これは後述の図１４、図２２でも同様である。

次に、画像表示素子１０６及び光路偏向素子１０７の駆動系について説明する。なお、後述の画像表示素子１０６の表示解像度及び表示画面の解像度はあらかじめ所定のメモリ等に保持されているものとする。

ＤＶＩ＿Ｉ／Ｆ回路１１０は入力画像信号Ｖｉｎをデコードして水平同期信号ＨＳｉ、垂直同期信号ＶＳｉ、画像データＤｉｎ、及び画像データの同期クロックＣＫｉを出力する。ここで、入力画像信号Ｖｉｎは例えばＤＶＩ（Ｄigital Ｖisual Ｉnterface）規格にフォーマットされている。

解像度検出回路１２０は、垂直同期信号ＶＳｉ、水平同期信号ＨＳｉ、同期クロックＣＫｉ及び画像データＤｉｎを入力して、入力画像の解像度を判別し、入力解像度データＲＥＳを出力する。具体的には、解像度検出回路１２０では、垂直同期信号ＶＳｉの１周期期間内における水平同期信号ＨＳｉの遷移をカウントすることにより入力画像のライン数を検出し、水平同期信号の１周期期間内における同期クロックＣＫｉの遷移をカウントするとともに画像データＤｉｎの状態から入力画像の１ラインあたりの画素数を検出することで、入力画像の解像度を判別し、入力解像度データＲＥＳを出力する。入力解像度データＲＥＳは、例えば、ＶＧＡ，ＳＶＧＡ，ＸＧＡ，ＵＸＧＡ，ＱＸＧＡなどをコードで示したものである。

書込制御回路１３０は、入力解像度データＲＥＳに基き、水平同期信号ＨＳｉ、垂直同期信号ＶＳｉ、及び同期クロックＣＫｉに同期して、画像データＤｉｎのフレームメモリ１４０への書込みアドレスＷＡを生成し出力する。

フレームメモリ１４０は、書込みアドレスＷＡに従って画像データＤｉｎを同期クロックＣＫｉのタイミングで書き込む。ここでフレームメモリ１４０は、データの書込みと読出しを同時に且つそれぞれ非同期に行うことができるデュアルポートメモリが好適であるが、実現手段としては必ずしもこれに限定されるものではない。

偏向制御回路１５０は、解像度検出回路１２０で検出された入力画像信号Ｖｉｎの解像度データＲＥＳまたはユーザーによる外部からの操作信号ＰＳＣ１に応じて、後述する光路偏向素子駆動回路１８０の制御信号ＰＳを出力する。動作の一例としては、ユーザーの操作がない場合には入力画像信号の解像度データＲＥＳに基き、所定の解像度、例えば画像表示素子１０６の表示解像度（有効表示解像度）と同じかあるいはそれ以下の解像度の画像入力時には制御信号ＰＳを”Ｌ”レベルにして、光路偏向素子駆動回路１８０が光路偏向素子１０７を動作させないようにし、その他の解像度の画像入力時には制御信号ＰＳを”Ｈ”レベルにして、光路偏向素子駆動回路１８０が光路偏向素子を動作させるようにする。ユーザー操作があると入力画像の解像度に関係なくその操作に応じて制御信号ＰＳを遷移させる。

画像処理回路１６０は、入力画像の解像度を表示画像の解像度に変換する「全画面表示処理機能」を備える。動作の一例としては、解像度検出回路１２０からの入力解像度データＲＥＳと偏向制御回路１５０からの制御信号ＰＳに基き、システムクロックＳＣＫに同期して読出しアドレスＲＡを生成してフレームメモリ１４０から入力画像データを選択的に順次読出して演算し、出力画像データＤｏを生成出力する。即ち、制御信号ＰＳが”Ｈ”のときは、光路偏向素子１０７の光路シフト動作による表示解像度（スクリーン上の表示画像の解像度）に対応した画像データを出力し、制御信号ＰＳが”Ｌ”のときは、画像表示素子１０６の表示解像度に対応した画像データを出力する。

入力画像の解像度を表示画像の解像度に変換する処理方法としては多くの方法が知られているが、いずれの方法でもよい。一例として最も汎用的に用いられている方法の一つである「線形補間法」について簡単に説明する。

まず、入力画像の座標空間上に表示画像の各画素をマッピングする。図８および図９はその例を示したものであり、入力画像の解像度が８×６で画像表示素子１０６の解像度を１２×８とし、図８は制御信号ＰＳが”Ｌ”で表示画像の解像度が画像表示素子１０６の解像度と同じ場合、図９は制御信号ＰＳが”Ｈ”で表示画像の解像度が増倍されて２４×１６となった場合について示している。

各表示画素とそれに隣接する入力画素については図１０に示すような座標空間上の関係が成り立つので、以下の式（１）に示す計算式で各表示画素データを演算する。
Q=S11・x2・y2+S12・x1・y2+S21・x2・y1+S22・x1・y1 （１）

なお、入力画像の解像度が画像表示素子１０６の解像度と同じ場合には入力画素と出力画素の座標が完全に一致するようにマッピングすればよい。そうすると、ｘ１＝ｙ１＝０となって入力画像がそのまま表示画像として出力される。

図６に画像処理回路１６０の具体的な構成例を示す。マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）１６１は入力解像度データＲＥＳと制御信号ＰＳによって入力画像の解像度と表示画像の解像度を検知し、上記のように入力画像の座標空間上に表示画像の各画素をマッピングして各表示画素に対応した処理パラメータＰＤを生成し、後述するＬＵＴ１６２への書き込みアドレスＬＷＡとともに、システムクロックＳＣＫに同期して出力する。処理パラメータＰＤには、例えば解像度変換処理に必要なｘ１やｙ１などの座標データ及び隣接する入力画素のアドレスが含まれる。

ＬＵＴ１６２は例えばＳＲＡＭなどで構成され、書込みアドレスＬＷＡに従って処理パラメータＰＤをシステムクロックＳＣＫのタイミングで書き込む。ここでＬＵＴの構成の一例としては、制御信号ＰＳが”Ｈ”のときには光路偏向動作に対応した表示画像の画素配列に対応したパラメータの配列とし、制御信号ＰＳが”Ｌ”のときには、制御信号ＰＳが”Ｈ”のときと同じ容量で且つ全てのサブフレームが同じ画像となるような仮想フレームを想定したパラメータ配列とすることができる。そうすることにより、制御信号ＰＳによらず同一の回路構成及び動作速度で処理することができる。

読出制御回路１６３は、処理パラメータＰＤの読出しアドレスＬＲＡを生成してＬＵＴ１６２から処理パラメータＰＤ（ＰＤｏ）を順次読出し、それに含まれている隣接する入力画素のアドレス情報に基いて入力画素データの読出しアドレスＲＡを生成し、フレームメモリ１４０から対応する入力画素データＲＤを読み出す。

演算処理回路１６４は、処理パラメータＰＤｏに含まれる座標データとフレームメモリ１４０から読み出された入力画素データＲＤを式（１）にあてはめて演算し、表示画素データＤｏを生成する。表示画素データＤｏはシステムクロックＳＣＫに同期して出力される。また同時に、表示画素データＤｏがどのサブフレームに属する画素であるかに応じて制御信号ＷＥ１〜ＷＥ４のいずれか一つが同期して肯定（例えば”Ｈ”レベル）される。

図１に戻り、表示制御回路１７０は、画像処理回路１６０から入力される表示画素データＤｏを制御信号ＷＥ１〜ＷＥ４に基いてサブフレーム化し、画像表示素子１０６に適した信号形態例えばアナログ電圧に変換して、サブフレーム画像の垂直同期信号ＶＳｏ及び水平同期信号ＨＳｏととともに画像表示素子に出力する。また、フレーム同期信号ＦＳを出力する。

図７に表示制御回路１７０の具体的な構成例を示す。同期制御回路１７５は、画像表示に同期して画像データの同期クロックＣＫｏ、フレーム同期信号ＦＳ、垂直同期信号ＶＳｏ及び水平同期信号ＨＳｏを出力する。

出力メモリ１７１〜１７４は例えばＦＩＦＯなどで構成され、それぞれ対応する制御信号ＷＥ１〜ＷＥ４が”Ｈ”レベルのとき表示画素データＤｏをシステムクロックＳＣＫに同期して順次書き込む。すなわち、出力メモリ１７１〜１７４にはサブフレーム画像１〜４がそれぞれ書き込まれる。

一方で読出制御回路２は、フレーム同期信号ＦＳに従って読出し制御信号ＲＥ１〜ＲＥ４を垂直同期信号ＶＳｏに同期して順次切り替え、水平同期信号ＨＳｏに従って制御する。各出力メモリ１７１〜１７４は、対応する読出し制御ＲＥ１〜ＲＥ４が例えば”Ｈ”の期間中のみ、クロックＣＫｏに同期して表示画素データを書き込まれた順に読み出す。読み出された表示画像データ（ＲＤｏ１〜ＲＤｏ４のいずれか）はＤＡコンバータ（ＤＡＣ）１７７に入力され、クロックＣＫｏに同期してアナログ電圧Ｖｏに変換されて出力される。

図１１に戻り、光路偏向素子駆動回路１８０は、制御信号ＰＳが”Ｈ”レベルのとき、表示制御回路１７０からのフレーム同期信号ＦＳ及び垂直同期信号ＶＳｏに従ってサブフレーム画像に対応して光路偏向素子１０７を動作させるべく、クロックＣＫｏに同期して駆動信号ＰＳＤを出力する。

図５に、光路偏向素子の一例を示す。なお、このような光偏向素子は例えば特開２００３−９８５０２号公報に記載されている。図５において、１は光路シフト素子を示し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線側断面である。ここで、一対の透明基板２、３が対向して配置されており、少なくとも一方（図５では基板３）には配向膜４が形成されている。そしてこの配向膜４と他方の基板２との間にはキラルスメクチックＣ相よりなる強誘電液晶が充填され、液晶層５が形成されている。さらに少なくとも一方の基板（図５では基板２）には複数のライン電極９が配置されており、これらの電極は抵抗体１２で互いに接続されている。素子両端部にはスペーサ１０が設けられている。

このような構成において、電源７から抵抗体１２の両端に電圧ＰＳＤを印加すると電流が流れ、その通電方向に沿ってライン電極間に電位勾配が形成され、結果として液晶層５に基板に平行な電界が形成される。すると液晶層５中の液晶分子は電界の方向に対応して傾く。このような状態で偏光光を入射すると、複屈折効果が生じて電界の強さや基板間の距離に応じた所定の量だけ光路がシフトされて出力される。電界方向を切り替えればシフト方向を反転させることができる。印加電圧をゼロにすれば光路はシフトされず入射光は直進する。

このような構成の光路シフト素子１を２個、互いのライン電極が９０度の角度をなすように光路に沿って近接配置することにより、水平方向及び垂直方向に光路シフトすることが可能となる。

図１１〜図１３は入力画像に対する全画面表示処理後の表示画像の一例を示したものであり、図１１は８×６画素の入力画像、図１２及び図１３はそれぞれ光路シフト動作がない場合（１２×８画素）とある場合（２４×１６画素）の表示画像を示している。光路シフトがある場合には高解像度の効果で入力画像を忠実に再現しているが、光路シフトがない場合にはスムージング効果が得られ斜め線などがなめらかな表示品質が得られる。操作信号ＰＳＣ１によりユーザーは好みに応じて任意に選択することができる。

［実施例２］
図１４は、本実施例にかかる画像表示装置の構成例を概略的に示したものである。図１４において、全体の構成は図１と同じであるが、相違点は、画像処理回路１６０の入力として、ユーザーによる外部からの操作信号ＭＯＤ及びＰＯＳが追加されたことである。

画像処理回路１６０は前述の「全画面表示処理機能」に加えて「等倍表示処理機能」及び「変倍表示処理機能」を備える。操作信号ＭＯＤは３つの処理機能のうちいずれかを選択するものである。また、操作信号ＰＯＳは等倍表示処理または変倍処理された入力画像を表示画面上のどこに配置するかを操作する信号である。

画像処理回路１６０の構成例は図６と同様である。ＭＰＵ１６１は入力解像度データＲＥＳと制御信号ＰＳによって入力画像の解像度と表示画像の解像度を検知し、操作信号ＭＯＤによって、等倍表示機能が選択された場合には、操作信号ＰＯＳに従って入力画像の座標空間上に等倍で表示画像の各画素をマッピングする。図１５はその一例として入力画像が６×８画素で、表示画像が１２×８画素の場合について示したものである。

このようなマッピングによって、入力画像と座標が一致する表示画素については例えば処理パラメータをｘ１＝ｙ１＝０，ｘ２＝ｙ２＝１とすることにより、式（１）の演算で入力画素データと同じ画素データが生成される。一方、それ以外の表示画素については、ｘ１＝ｘ２＝ｙ１＝ｙ２＝０とすることにより黒表示処理（余白処理）することができる。

図１６は等倍表示処理による画像表示の例を示したものであり、（ａ）が入力画像で、（ｂ）がその表示画像を示している。

ＭＰＵ１６１は、また、入力解像度データＲＥＳと制御信号ＰＳによって入力画像の解像度と表示画像の解像度を検知し、操作信号ＭＯＤによって変倍表示機能が選択された場合には、操作信号ＰＯＳに従って入力画像の座標空間上に入力画像のアスペクト比と一致する表示画像領域の各画素をマッピングする。図１７はその一例として、入力画像が１６×９画素でそれと同じアスペクト比の表示画像領域が２４×１４画素の場合について示したものである。但し表示画像領域全体としては２４×１６画素を有するものとする。

このようなマッピングによって、入力画像のアスペクト比と一致する表示画像領域の表示画素については前述の全画面表示と全く同じ例えば処理で表示画素データが生成される。一方、それ以外の表示画素については、前述の等倍処理と同様ｘ１＝ｘ２＝ｙ１＝ｙ２＝０ とすることにより黒表示処理（余白処理）することができる。

図１８は変倍表示処理による画像表示の例を示したものであり、（ａ）が入力画像で、（ｂ）がその表示画像を示している。

［実施例３］
画像表示装置の全体構成は図１と同じであるので省略する。本実施例は画像処理回路１６０の構成にある。

図１９は、本実施例にかかる画像処理回路１６０の構成例を概略的に示したものである。本構成例は図６に示す構成例の演算回路１６４を複数（図１９では４個）備えて並列処理することにより、システムクロックＳＣＫの高周波数化を抑制しつつ処理速度の高速化を図るものである。読出制御回路１６４はフレームメモリ１４０から１ラインごとに入力画素データＲＤを順次読み出し、演算回路１６４〜１６４に入力する。演算回路１６１〜１６４はそれぞれ対応するサブフレームの表示画素データを生成するために必要な入力画素データを選択し、ＬＵＴ１６２から入力される処理パラメータＰＤｏとともに式（１）に基いて演算して表示画素データＤｏを生成する。

［実施例４］
図２０は、本実施例にかかる画像表示装置の構成例を概略的に示したものであり、図１４の構成を引用して示したものである。図１４との違いは、解像度検出回路１２０で入力解像度データＲＥＳ及び後述の信号ＥＮＰＳを生成して、信号ＥＮＰＳを偏向制御回路１５０の入力に追加したことである。

解像度検出回路１２０は、入力画像が例えば実施例１で述べた所定の解像度以外、即ち画像表示素子１０６の有効表示解像度よりも大きい場合には信号ＥＮＰＳを肯定（例えば”Ｈ”レベルに）する。偏向制御回路１５０は信号ＥＮＰＳが肯定されると、ユーザーによる操作信号ＰＳＣ１を遮断するなどして無効にする。これによって入力画像が画像表示素子１５０の有効表示解像度よりも大きい場合には常に光路偏向素子１０７が動作して（制御信号ＰＳが“Ｈ”レベル）、良好な表示品質を提供できる。

以上、本発明の実施の形態についていくつか説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内において種々の変更、拡張が可能である。

本発明に係る画像表示装置の構成例を示す図。 サブフレーム画像表示の一例を示す図。 画像表示素子の１画素に着目して光路シフトの様子を示した図。 光路シフトによりサブフレーム画像が合成されて表示される様子を示した図。 光路偏向素子の構成例を示す図。 画像処理回路の構成例を示す図。 表示制御回路の構成例を示す図。 入力画素と表示画素の対応の一例を示す図。 入力画素と表示画素の対応の別の一例を示す図。 表示画素とそれに隣接する入力画素の座標空間上の関係を示す図。 入力画像の一例を示す図。 光路シフト動作なしの場合の表示画像の一例を示す図。 光路シフト動作ありの場合の表示画像の一例を示す図。 本発明に係る画像表示装置の別の構成例を示す図。 入力画像の座標空間上に等倍で表示画像の各画素をマッピングする様子を示す図。 等倍表示処理による画像表示の一例を示す図。 入力画像の座標空間上に変倍で表示画像の各画素をマッピングする様子を示す図。 変倍表示処理による画像表示の一例を示す図。 画像処理回路の別の構成例を示す図。 本発明に係る画像表示装置の更に別の構成例を示す図。

符号の説明

１０１ 光源
１０２ 放物面リフレクタ
１０３ 光インテグレータ
１０４ コンデンサレンズ
１０５ 偏向ビームスプリッタ
１０６ 画像表示素子
１０７ 光路偏向素子
１０８ 投射レンズ
１１０ ＤＶＩ＿Ｉ／Ｆ回路
１２０ 解像度検出回路
１３０ 書込制御回路
１４０ フレームメモリ
１５０ 偏向制御回路
１６０ 画像処理回路
１７０ 表示制御回路
１８０ 光路偏向素子駆動回路

Claims (17)

1. 所定の有効表示画素数を有する画像表示素子と、入力画像に基いて前記画像表示素子の各画素に対応した出力画素データを生成する画像生成手段と、前記出力画素データに基いて前記画像表示素子に所定周期で更新される画像を形成する表示制御手段と、前記画像表示素子に形成された画像の光路を所定の方向に前記画像更新に対応して偏向する光路偏向手段とを備え、前記画像表示素子の有効表示画素数よりも多い画素数の表示画像を形成可能とした画像表示装置において、
   前記光路偏向手段の光路偏向動作のＯＮ／ＯＦＦを制御する偏向制御手段を備え、
   前記画像生成手段は、前記光路偏向動作がＯＮの場合には前記表示画像の画素数に対応して出力画素データを生成し、前記光路偏向動作がＯＦＦの場合には前記画像表示素子の有効表示画素数に対応して出力画素データを生成す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、前記入力画像の解像度を検出する解像度検出手段を備え、前記偏向制御手段は、前記入力画像が所定の解像度の場合に前記光路偏向手段の光路偏向動作をＯＦＦすることを特徴とする画像表示装置。
3. 請求項２に記載の画像表示装置において、前記所定の解像度とは前記画像表示素子の有効表示画素数から成る表示解像度と同一の解像度であり、前記画像生成手段は、前記光路偏向動作がＯＦＦの場合には前記入力画像をそのまま出力画像として前記出力画素データを生成することを特徴とする画像表示装置。
4. 請求項２または３のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記所定の解像度は前記画像表示素子の有効表示画素数から成る表示解像度よりも小さい解像度を含み、前記画像生成手段は、前記光路偏向動作がＯＦＦの場合には前記入力画像を前記画像表示素子の有効表示画素数からなる表示領域の一部に等倍表示するための出力画素データを生成する等倍表示処理機能を備えたことを特徴とする画像表示装置。
5. 請求項２乃至４のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記所定の解像度は前記画像表示素子の表示解像度よりも小さい解像度を含み、前記画像生成手段は、前記光路偏向動作がＯＦＦの場合には前記入力画像全体を前記画像表示素子の表示領域の一部に変倍表示するための出力画素データを生成する変倍表示処理機能を備えたことを特徴とする画像表示装置。
6. 請求項４または５のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記画像生成手段は、前記光路偏向動作がＯＦＦの場合には前記等倍または変倍処理された入力画像を前記画像表示素子の表示領域のどこに表示するかを指定する表示領域指定機能を備えたことを特徴とする画像表示装置。
7. 請求項５または６のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記画像生成手段は、前記光路偏向動作がＯＦＦの場合には、前記画像表示素子の表示領域のうち前記等倍または変倍処理された入力画像の表示領域以外を所定の画像で表示するための出力画素データを生成する余白処理機能を備えたことを特徴とする画像表示装置。
8. 請求項２乃至７のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記所定の解像度は前記画像表示素子の表示解像度よりも小さい解像度を含み、前記画像生成手段は、前記光路偏向動作がＯＦＦの場合には前記入力画像全体を前記画像表示素子の表示領域全体に表示するための出力画素データを生成する全画面表示処理機能を備えたことを特徴とする画像表示装置。
9. 請求項２乃至８のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記偏向制御手段は、前記入力画像が前記所定の解像度の場合には前記光路偏向動作を任意にＯＮ／ＯＦＦ切替え可能とし、そうでない場合は常に前記光路偏向動作をＯＮすることを特徴とする画像表示装置。
10. 請求項２乃至９のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記画像生成手段は、前記光路偏向動作がＯＮの場合、前記表示画像の解像度と同じまたはそれよりも小さい解像度の画像入力時には、該入力画像を表示画像領域の全部または一部に等倍表示するための出力画素データを生成する等倍表示処理機能を備えたことを特徴とする画像表示装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記画像生成手段は、前記光路偏向動作がＯＮの場合には、前記入力画像を表示画像領域の一部に変倍表示するための出力画素データを生成する変倍表示処理機能を備えたことを特徴とする画像表示装置。
12. 請求項１０または１１のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記画像生成手段は、前記光路偏向動作がＯＮの場合には、前記等倍または変倍処理された入力画像を前記表示画像領域のどこに表示するかを指定する表示領域指定機能を備えたことを特徴とする画像表示装置。
13. 請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記画像生成手段は、前記光路偏向動作がＯＮの場合には、前記表示画像領域のうち前記等倍または変倍処理された入力画像の表示領域以外を所定の画像で表示するための出力画素データを生成する余白処理機能を備えたことを特徴とする画像表示装置。
14. 請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記画像生成手段は、前記光路偏向動作がＯＮの場合、前記入力画像を前記表示画像領域全体に表示するための出力画素データを生成する全画面表示処理機能を備えたことを特徴とする画像表示装置。
15. 請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記画像生成手段は、前記光路偏向動作のＯＮ／ＯＦＦに応じて前記出力画素データを生成するためのパラメータを生成するパラメータ生成手段と、該パラメータに基いて入力画像を処理するデータ処理手段を備えたことを特徴とする画像表示装置。
16. 請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記表示制御手段は、前記光路偏向動作がＯＮの場合には前記光路偏向動作に対応した画像が表示されるように出力画像データを前記画像表示素子に出力し、前記光路偏向動作がＯＦＦの場合には少なくとも前記光路偏向動作の１周期と同じ期間、同一画像の出力画素データを前記画像表示素子に出力することを特徴とする画像表示装置。
17. 請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記光路偏向手段は、ホメオトロピック配向させたキラルスメクティックＣ液晶と、該液晶に横電界を印加することで液晶の傾斜角を変化させ、それに伴う複屈折変化で入射光の光路を偏向させる手段を含み、前記偏向制御手段は、前記液晶への横電界の印加をＯＮ／ＯＦＦ制御することを特徴とする画像表示装置。

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