JP2011170008A - プロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】アスペクト比の変換倍率に応じて、適切な解像度で画像を表示させることのできるプロジェクターを提供すること。
【解決手段】本発明のプロジェクター１は、光源部２から射出される光を用いて被照射面に投写画像を表示させるプロジェクターであって、光源部から射出された光を入力画像に応じて変調する光変調素子３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂと、光変調素子で変調された光が入射し、入力画像のアスペクト比に応じて投写画像のアスペクト比を光学的に変換するアスペクト比変換部５４と、投写画像の画素をずらす画素ずらし部５０と、アスペクト比変換部によるアスペクト比の変換倍率に基づいて画素のずらし量を算出する算出部と、画素ずらし部を制御して、ずらし量に基づいて画素をずらさせる制御部と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクター、特に画像のアスペクト比を変換させるプロジェクターの技術に関する。

プロジェクターには、表示させる画像（投写画像）の様式に応じて、様々なアスペクト比（縦横比）の画像信号が入力される。一方、プロジェクターが備える液晶パネル等の光変調素子のサイズは一定である。そこで、入力画像のアスペクト比と光変調素子のアスペクト比とが異なる場合に、投写画像のアスペクト比を変換させるアスペクト比変換光学系を設ける場合がある。

また、近年ではプロジェクターで表示させる投写画像のワイド化が進んでおり、例えば、アスペクト比が２．３５：１であるシネマスコープや、アスペクト比が８：３や３２：１０である２画面表示といった画像表示も行われる。画像のワイド化に対応するために、上述したアスペクト比変換光学系を用いて、単純にアスペクト比を変換しただけでは、入力画像の画素数よりも投写画像の画素数が不足して、十分な解像度で画像を表示することが難しいという問題がある。

そこで、例えば特許文献１には、投写画像の各画素に対して「４点画素ずらし」を行う画素ずらしユニットを備えることで、画素密度を高密度化させて投写画像の解像度を向上させる技術が開示されている。

特開２００７−３１６２４０号公報

しかしながら、特許文献１に開示のものは、「４点画素ずらし」によって、投写画像の解像度を向上させているものの、アスペクト比の変換率に関わらず、画一的なずらし量で画素ずらしを行っている。したがって、アスペクト比の変換倍率によっては、入力画像で要求する画素数と実際の投写画像の画素数とが異なってしまう場合がある。入力画像の画素数と投写画像の画素数との違いにより、入力画像で要求された解像度を投写画像において得ることができないという問題がある。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、アスペクト比の変換倍率に応じて、適切な解像度で画像を表示させることのできるプロジェクターを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、光源部から射出される光を用いて被照射面に投写画像を表示させるプロジェクターであって、光源部から射出された光を入力画像に応じて変調する光変調素子と、光変調素子で変調された光が入射し、入力画像のアスペクト比に応じて投写画像のアスペクト比を光学的に変換するアスペクト比変換部と、投写画像の画素をずらす画素ずらし部と、アスペクト比変換部によるアスペクト比の変換倍率に基づいて画素のずらし量を算出する算出部と、画素ずらし部を制御して、ずらし量に基づいて画素をずらさせる制御部と、を有することを特徴とする。

アスペクト比の変換倍率に基づくずらし量で画素をずらすので、アスペクト比の変換倍率に応じて画素密度の高密度化を図ることができる。したがって、アスペクト比の変換倍率に応じた適切な解像度で画像を表示させることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、光変調素子に変調された光を被照射面に向けて投写する投写光学系をさらに有し、画素ずらし部は、投写光学系に含まれることが望ましい。画素ずらし部を投写レンズに予め一体化しておくことで、投写レンズを取り付けるだけで、画素ずらし部の取り付け、位置決めを行うことができるようになり、プロジェクターの組立て工程を簡素化することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、入力画像のアスペクト比を判別するアスペクト比判別部をさらに有し、算出部は、入力画像のアスペクト比に基づいて変換倍率を算出することが望ましい。入力画像のアスペクト比に基づいて変換倍率を算出するので、入力画像のアスペクト比に応じた適切な解像度で画像を表示させることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、入力画像のアスペクト比を入力する入力部をさらに有し、アスペクト比判別部は、入力部からの入力結果に基づいて入力画像のアスペクト比を判別することが望ましい。ユーザーの入力に基づいてアスペクト比が判別されるので、ユーザーの意図に沿った画像表現が可能となる。

また、本発明の好ましい態様としては、アスペクト比変換部は、投写画像のアスペクト比を設定する設定部を備え、アスペクト比判別部は、設定部により設定されたアスペクト比に基づいて入力画像のアスペクト比を判別することが望ましい。例えば、ユーザーが被照射面を見ながら直感的にアスペクト比を設定できるので、操作性の向上を図ることができる。また、直感的に設定されたアスペクト比に応じた適切な解像度で画像を表示させることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、算出部は、入力側アスペクト比をｘｉ：ｙｉとし、光変調素子のアスペクト比である変調側アスペクト比をｘｏ：ｙｏとし、アスペクト比変換部による横方向へのアスペクト比の横変換倍率をａｍｘとし、アスペクト比変換部による縦方向へのアスペクト比の縦変換倍率をａｍｙとした場合に、画素ずらし部による横方向への画素のずらし量ｎｘ、縦方向への画素のずらし量ｎｙを以下の式に基づいて算出することが望ましい。
ｎｘ＝１／ａｍｘ
ｎｙ＝１／ａｍｙ
ただし、
ａｍｘ＝ｘｉ／ｘｏ
ａｍｙ＝ｙｉ／ｙｏ

アスペクト比の変換倍率が入力画像のアスペクト比に基づいて算出され、その変換倍率に基づいて画素のずらし量が算出されるので、入力画像のアスペクト比に応じた解像度で画像を表示させることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、制御部は、横変換倍率ａｍｘが２以上である場合には、算出されたずらし量ｎｘの値に関わらず画素ずらし部による横方向への画素のずらし量を１／２とし、縦変換倍率ａｍｘが２以上である場合には、算出されたずらし量ｎｘの値に関わらず画素ずらし部による縦方向への画素のずらし量を１／２とすることが望ましい。画素のずらし量を１／２とした場合に、そのずらした方向に画素密度を２倍に高密度化することができる。また、縦横ともに画素密度を２倍以上に高密度化することは難しい。したがって、変換倍率が２倍以上となった場合であっても、画素ずらし量が１／２とされれば、可能な範囲で最大に高密度化された解像度で画像を表示させることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、算出部は、横軸に対して画素をずらす角度θ、および角度θでの画素のずらし量ｎｘｙを、以下の式に基づいて算出することが望ましい。
θ＝ａｔａｎ（ｎｙ／ｎｘ）

例えば、画素ずらし部として１枚のミラーで一括して画素ずらしを行う場合には、角度θとその方向への画素のずらし量ｎｘｙを算出することで、ミラーに円滑な動作をさせやすくなる。

本発明の実施例１に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。 ウォブリング素子を拡大した図であって、Ｘ軸に沿って見た側面図である。 ウォブリング素子を拡大した図であって、Ｙ軸に沿って見た平面図である。 アスペクト比変換部をＹ−Ｚ平面に平行な面で切断した横断面図である。 アスペクト比変換部をＺ−Ｘ平面に平行な面で切断した平面断面図である。 画像処理部の詳細な構成を説明するためのブロック図である。 画素ずらしによる画素の高密度化について説明するための図である。 画素ずらしによる画素の高密度化について説明するための図である。 画素ずらしによる画素の高密度化について説明するための図である。 本発明の実施例１の変形例１に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。 本発明の実施例１の変形例２に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。 本発明の実施例１の変形例３に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。 本発明の実施例２に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。 本発明の実施例３に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。 本発明の実施例４に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。

以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

＜プロジェクターの構成について＞
図１は、本発明の実施例１に係るプロジェクター１の概略構成を示す。プロジェクター１は、不図示のスクリーンへ光を投写し、スクリーンで反射する光を観察することで画像を鑑賞するフロント投写型のプロジェクターである。プロジェクター１は、光源装置２、駆動部６、画像処理部８を有して大略構成される。なお、本願の実施例の説明において、Ｚ軸は、投写レンズ４８の中心軸に平行な軸である。Ｙ軸は、Ｚ軸に直交する軸である。Ｘ軸は、Ｙ軸およびＺ軸に直交する軸である。Ｚ軸の矢印の方向は、投写レンズ４８から不図示の被照射面へ向かう方向を表す。各軸の矢印方向を正の方向とし、その逆方向を負の方向とする。また、本願の実施例において、Ｘ軸を横軸ともいい、Ｘ軸に沿った方向を横方向という。また、Ｙ軸を縦軸ともいい、Ｙ軸に沿った方向を縦方向という。

光源装置２は、例えば超高圧水銀ランプ等の発光管（図示せず）を備え、赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光、青色（Ｂ）光を含む光を光学エンジン４に向けて射出する。なお、光源装置２は、ＬＥＤなどの半導体光源を用いたものでもよい。光学エンジン４は、各種レンズや光学素子を備えて、光源装置２から射出された光を、被照射面に向けて投写させる。

凹レンズ３１は、光源装置２から射出した光を平行化させる。第１インテグレーターレンズ３２および第２インテグレーターレンズ３３は、アレイ状に配列された複数のレンズ素子を有する。第１インテグレーターレンズ３２は、凹レンズ３１からの光束を複数に分割する。第１インテグレーターレンズ３２の各レンズ素子は、凹レンズ３１からの光束を第２インテグレーターレンズ３３のレンズ素子近傍にて集光させる。第２インテグレーターレンズ３３のレンズ素子は、第１インテグレーターレンズ３２のレンズ素子の像を空間光変調装置上に形成する。

２つのインテグレーターレンズ３２、３３を経た光は、偏光変換素子３４にて特定の振動方向の直線偏光に変換される。重畳レンズ３５は、第１インテグレーターレンズ３２の各レンズ素子の像を空間光変調装置上で重畳させる。第１インテグレーターレンズ３２、第２インテグレーターレンズ３３および重畳レンズ３５は、光源装置２からの光の強度分布を空間光変調装置上にて均一化させる。重畳レンズ３５からの光は、第１ダイクロイックミラー３６に入射する。第１ダイクロイックミラー３６は、Ｒ光を反射し、Ｇ光およびＢ光を透過させる。第１ダイクロイックミラー３６へ入射したＲ光は、第１ダイクロイックミラー３６、反射ミラー３７でそれぞれ光路が折り曲げられ、Ｒ光用フィールドレンズ３８Ｒへ入射する。Ｒ光用フィールドレンズ３８Ｒは、反射ミラー３７からのＲ光を平行化し、Ｒ光用空間光変調装置３９Ｒへ入射させる。

Ｒ光用空間光変調装置３９Ｒは、入力画像に応じてＲ光を変調可能な空間光変調装置であって、所定の画素数、所定のアスペクト比で構成される透過型液晶表示装置である。なお、空間光変調装置のアスペクト比とは、光を変調可能な有効領域の縦横比である。本実施例では、各画素の縦横比が１：１であり、画素数の縦横比（解像度）とアスペクト比とが一致する。Ｒ光用空間光変調装置３９Ｒに設けられた不図示の液晶パネルは、２つの透明基板の間に、光を画像信号に応じて変調するための液晶層を封入している。Ｒ光用空間光変調装置３９Ｒで変調されたＲ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム４０へ入射する。

第１ダイクロイックミラー３６を透過したＧ光およびＢ光は、第２ダイクロイックミラー４１へ入射する。第２ダイクロイックミラー４１は、Ｇ光を反射し、Ｂ光を透過させる。第２ダイクロイックミラー４１へ入射したＧ光は、第２ダイクロイックミラー４１で光路が折り曲げられ、Ｇ光用フィールドレンズ３８Ｇへ入射する。Ｇ光用フィールドレンズ３８Ｇは、第２ダイクロイックミラー４１からのＧ光を平行化し、Ｇ光用空間光変調装置３９Ｇへ入射させる。Ｇ光用空間光変調装置３９Ｇは、入力画像に応じてＲ光を変調可能な空間光変調装置であって、所定の画素数、所定のアスペクト比で構成される透過型液晶表示装置である。Ｇ光用空間光変調装置３９Ｇで変調されたＧ光は、クロスダイクロイックプリズム４０のうちＲ光が入射する面とは異なる面へ入射する。

第２ダイクロイックミラー４１を透過したＢ光は、リレーレンズ４２を透過した後、反射ミラー４３での反射により光路が折り曲げられる。反射ミラー４３からのＢ光は、さらにリレーレンズ４４を透過した後、反射ミラー４５での反射により光路が折り曲げられ、Ｂ光用フィールドレンズ３８Ｂへ入射する。Ｒ光の光路およびＧ光の光路よりもＢ光の光路が長いことから、空間光変調装置における照明倍率を他の色光と等しくするために、Ｂ光の光路には、リレーレンズ４２、４４を用いるリレー光学系が採用されている。

Ｂ光用フィールドレンズ３８Ｂは、反射ミラー４５からのＢ光を平行化し、Ｂ光用空間光変調装置３９Ｂへ入射させる。Ｂ光用空間光変調装置３９Ｂは、入力画像に応じてＲ光を変調可能な空間光変調装置であって、所定の画素数、所定のアスペクト比で構成される透過型液晶表示装置である。Ｂ光用空間光変調装置３９Ｂで変調されたＢ光は、クロスダイクロイックプリズム４０のうちＲ光が入射する面、Ｇ光が入射する面とは異なる面へ入射する。

クロスダイクロイックプリズム４０は、互いに略直交する２つのダイクロイック膜４６、４７を有する。第１ダイクロイック膜４６は、Ｒ光を反射し、Ｇ光およびＢ光を透過させる。第２ダイクロイック膜４７は、Ｂ光を反射し、Ｒ光およびＧ光を透過させる。クロスダイクロイックプリズム４０は、それぞれ異なる方向から入射したＲ光、Ｇ光およびＢ光を合成し、ウォブリング素子（画素ずらし部）５０の方向へ射出する。

図２−１は、ウォブリング素子５０を拡大した図であって、Ｘ軸に沿って見た側面図である。図２−２は、ウォブリング素子５０を拡大した図であって、Ｙ軸に沿って見た平面図である。ウォブリング素子５０は、第１平行平板５１と第２平行平板５２を備える。第１平行平板５１および第２平行平板５２には、透光性の材料、例えばガラスが用いられる。第１平行平板５１および第２平行平板５２は、光の入射面と出射面とが平行になっている。

第１平行平板５１は、回転軸５１ａを中心に回転可能とされている。図２−１に示すように、第１平行平板５１の角度を変化させることで、第１平行平板５１に入射した光線を、Ｙ軸に平行な方向（縦方向）にシフトさせることができる。第２平行平板５２は、回転軸５２ａを中心に回転可能とされている。図２−２に示すように、第２平行平板５２の角度を変化させることで、第２平行平板５２に入射した光線を、Ｘ軸に平行な方向（横方向）にシフトさせることができる。ウォブリング素子５０を透過した光は、投写レンズ４８に入射する。ウォブリング素子５０によって、横方向および縦方向に光線をシフトさせることで、後述するように、投写画像において画素をずらすことができる。投写レンズ４８は、複数のレンズを備えて構成され、入射した光を被照射面に向けて拡大投写する。

図３−１は、アスペクト比変換部５４をＹ−Ｚ平面に平行な面で切断した横断面図である。図３−２は、アスペクト比変換部をＺ−Ｘ平面に平行な面で切断した平面断面図である。アスペクト比変換部５４は、投写レンズの後段に設けられ、投写レンズ４８から被照射面に向けて拡大投写された光が入射する。

アスペクト比変換部５４は、投写レンズ４８から投写された光が入射する位置に設けられている。アスペクト比変換部５４は、第１のレンズ群Ｌ１と第２のレンズ群Ｌ２を有している。第１のレンズ群Ｌ１は、平面断面（一断面）において正のパワーを有する。第２のレンズ群Ｌ２は、平面断面（一断面）において正のパワーを有する。また、第１のレンズ群Ｌ１および第２のレンズ群Ｌ２は、横断面においてはパワーを持たない。レンズ群Ｌ１およびレンズ群Ｌ２は、少なくとも１のレンズを有して構成される。本実施例では、レンズ群Ｌ１およびレンズ群Ｌ２は、説明の簡単のために、平面断面と横断面とで曲率の異なる１のレンズで構成されたもので説明する。第１のレンズ群Ｌ１は、平面断面において光の入射面と出射面の両面が凸面となっているが、横断面における両面の曲率は無限大となっている。第２のレンズ群Ｌ２は、平面断面において光の入射面と出射面の両面が凹面となっているが、横断面における両面の曲率は無限大となっている。

両レンズ群Ｌ１，Ｌ２のうち、第２のレンズ群Ｌ２は、光軸に沿って平行に移動可能とされている。なお、以下、第１のレンズ群Ｌ１から投写レンズ４８方向に離れた側を広角側といい、第１のレンズ群Ｌ１に近い側を望遠側という。アスペクト比変換部５４はアフォーカル光学系となっており、第２のレンズ群Ｌ２が広角側に配置されている場合と望遠側に配置されている場合のどちらも、第１のレンズ群Ｌ１と第２のレンズ群Ｌ２とはアフォーカルな関係となる。

アスペクト比変換部５４は、第２のレンズ群Ｌ２の位置を広角側に移動させたり、望遠側に移動させたりすることで、投写画像の横幅を変更することができる。したがって、アスペクト比変換部５４の第２のレンズ群Ｌ２の位置によって、投写画像のアスペクト比が変換される。例えば、第２のレンズ群Ｌ２が広角側に配置された状態で、アスペクト比が４：３で表示される画像を、第２のレンズ群Ｌ２を望遠側に移動させることで、アスペクト比が８：３の二画面表示で表示させることができる。また、第２のレンズ群Ｌ２の位置を様々に変えることで、様々なアスペクト比に対応することができる。なお、投写画像の高さを変更できるような構成で両レンズ群Ｌ１，Ｌ２を配置しても構わない。

駆動部６は、光変調素子駆動部６１、ウォブリング素子駆動部６２、レンズ群駆動部６３を備える。光変調素子駆動部６１は、後述する画像処理部８からの指令に基づいて、各光用空間光変調装置３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂを駆動し、画像信号に応じた光の変調を行わせる。ウォブリング素子駆動部６２は、画像処理部８からの指令に基づいて、ウォブリング素子５０を構成する第１平行平板５１および第２平行平板５２を、回転軸５１ａ，５２ａを中心に所定角度回転させる。レンズ群駆動部６３は、画像処理部８からの指令に基づいて、第２レンズ群Ｌ２を広角側に移動させたり、望遠側に移動させたりする。

図４は、画像処理部の詳細な構成を説明するためのブロック図である。画像処理部８は、入力された画像信号に応じて、光変調素子駆動部６１、ウォブリング素子駆動部６２およびレンズ群駆動部６３に指令を送り、各光用空間光変調装置３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂ、ウォブリング素子５０および第２レンズ群Ｌ２を制御する。画像処理部８は、判別部８１、演算制御回路８２、スケーラー８３を備える。画像処理部８による各制御については、後に詳述する。

＜画素のずらし量の算出について＞
次に、画像処理部８による、投写画像における画素のずらし量の算出について説明する。なお、画素のずらし量の算出の説明では、入力画像の解像度（入力側解像度）を６４０×２４０とし、各光用空間光変調装置３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂの解像度（変調側解像度）を３２０×２４０とする。すなわち、入力画像のアスペクト比は８：３であり、各光用空間光変調装置３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂのアスペクト比は４：３となる。なお、入力画像のアスペクト比とは、入力画像の縦横比である。本実施例では、入力画像を構成する各画素の縦横比は１：１であり、画素数の縦横比（解像度）とアスペクト比とが一致する。

判別部８１は、入力された画像信号から入力側解像度を判別する解像度判別部として機能する。また、判別部８１は、入力された画像信号から入力画像のアスペクト比を判別するアスペクト比判別部として機能する。判別部８１は、判別した入力側解像度およびアスペクト比を示す信号を演算制御回路８２に送信する。また、判別部８１は、入力された画像信号をスケーラー８３に向けて転送する。

演算制御回路８２は、入力画像のアスペクト比をｘｉ：ｙｉとし、各光用空間光変調装置３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂの解像度の比である変調装置のアスペクト比をｘｏ：ｙｏとした場合に、アスペクト比変換部５４による横方向へのアスペクト比の横変換倍率ａｍｘ、およびアスペクト比変換部５４による縦方向へのアスペクト比の縦変換倍率ａｍｙを以下の数式（１），（２）に基づいて算出する。
ａｍｘ＝ｘｉ／ｘｏ （１）
ａｍｙ＝ｙｉ／ｙｏ （２）

また、演算制御回路８２は、ウォブリング素子５０による横方向への画素ずらし量ｎｘ、すなわち、第２平行平板５２による光線のシフト量を、以下の数式（３）に基づいて算出する。
ｎｘ＝１／ａｍｘ （３）

また、演算制御回路８２は、ウォブリング素子５０による縦方向への画素ずらし量ｎｙ、すなわち、第１平行平板５１による光線のシフト量を、以下の数式（４）に基づいて算出する。
ｎｙ＝１／ａｍｙ （４）

本説明では、ａｍｘ＝８／４＝２、ａｍｙ＝３／３＝１となり、ｎｘ＝１／２、ｎｙ＝１となる。なお、ｎｘおよびｎｙの単位は画素である。すなわち、ｎｘ＝１／２、ｎｙ＝１となる場合には、被照射面において、投写画像を形成する画素を、横方向に１／２画素ずらし、縦方向に１画素ずらすことを意味する。また、ａｍｘ＝２、ａｍｙ＝１である場合には、入力画像が要求する精細さで画像を投写するためには、各光用空間光変調装置３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂの画素数を横方向に２倍にする必要があることを意味する。なお、変調側解像度や、各光用空間光変調装置３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂのアスペクト比は、プロジェクター１に固有の値であり、これらの情報はプロジェクター１に予め保持されている。

また、演算制御回路８２は、算出したｎｘおよびｎｙに基づいて、ウォブリング素子駆動部６２に対して指令を送出し、第１平行平板５１および第２平行平板５２を初期状態から所定角度だけ回転させて、画素ずらしを実行させる。この画素ずらしは、後述するスケーラー８３が行うスケーリングにおける時分割の周期に従って行われる。すなわち、各平行平板５１，５２の回転が行われた次の周期で、各平行平板５１，５２の初期状態への復帰が行われ、次の周期で再度、各平行平板５１，５２の回転が行われる。なお、変換倍率が１となった縦方向については、入力画像の画素数と各光用空間光変調装置３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂの画素数とが一致している。また、１画素の画素ずらしでは、単純に画素が重なるにすぎない。したがって、変換倍率が１となった方向、すなわちｎｘまたはｎｙの値が１となる方向には、後述する画素密度の高密度化を行う必要がない。そのため、演算制御回路８２は、変換倍率が１となる方向には画素ずらしは行わせない。

また、演算制御回路８２は、入力画像のアスペクト比に応じたアスペクト比で、被照射面に投写画像を投写するために、レンズ群駆動部６３に対して指令を送出し、第２レンズ群Ｌ２を適切な位置に移動させる。また、演算制御回路８２は、算出した変換倍率を示す情報をスケーラー８３に送信する。

スケーラー８３は、入力画像を、各光用空間光変調装置３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂのアスペクト比に圧縮するとともに、時分割で２種類の画像信号に分けてスケーリングを行う。時分割の周期は、１／２４秒以下であることが望ましい。スケーラー８３は、光変調素子駆動部６１に指令を送出し、各光用空間光変調装置３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂを駆動させて、スケーリングされた画像信号に応じた光の変調を行わせる。スケーリングによって生成された画像信号に基づいて表示される２種類の画像は、時分割の周期分ずれたタイミングで表示される。また、上記２種類の画像は、上述した画素ずらしによって、互いにｎｘ、ｎｙ画素分だけずれた位置で被照射面に表示されることとなる。

＜解像度の向上（画素密度の高密度化）について＞
次に、アスペクト比の変換倍率に応じた解像度の向上（画素密度の高密度化）について説明する。図５〜図７は、画素ずらしによる画素の高密度化について説明するための図である。まず、図５を用いて、投写画像の各画素を横方向に１／２画素ずらした場合の画素の高密度化について説明する。すなわち、画素のずらし量がｎｘ＝１／２、ｎｙ＝１で、縦横の変換倍率がａｍｘ＝２、ａｍｙ＝１の場合の画素密度の高密度化について説明する。なお、この変換倍率は、画素のずらし量の算出で説明した場合と同じ変換倍率である。なお、図５では、投写画像を構成する画素のうち、一部の画素のみを示し、それ以外の画素を省略している。図５で示す画素のうち、（ａ）は画素ずらしを行う前の画素を示し、（ｂ）は画素ずらしを行った状態の画素を示し、（ｃ）は、（ａ），（ｂ）で示す画素が擬似的に合成された状態を模式的に示すものである。

図５（ａ）で示す画素と、図５（ｂ）で示す画素は、異なるタイミングで表示されるものであるが、スケーリングにおける時分割の周期が非常に短いため、視聴者の視覚上で両方の画素は重畳されて認識される。上述したスケーラー８３が行うスケーリングによって、図５（ａ）で示す画素領域１０には「Ｃ＋Ｄ」の成分で画素が表示され、画素領域１１には「Ａ＋Ｂ」の成分で画素が表示される。また、図５（ｂ）で示す画素領域１２には「Ｄ＋Ａ」の成分で画素が表示され、画素領域１３には「Ｂ＋Ｅ」の成分で画素が表示される。

図５（ａ）で示す画素と、図５（ｂ）で示す画素が擬似的に合成されることで、図５（ｃ）で示すような画素として視聴者に認識される。より具体的には、仮想画素領域１４には、画素領域１１に表示される成分の１/２の成分と、画素領域１２に表示される成分の１／２の成分とが重畳される。したがって、仮想画素領域１４に表示される成分は、「Ａ／２＋Ｂ／２＋Ｄ／２＋Ａ／２＝Ａ＋Ｂ／２＋Ｄ／２」となる。このように、仮想画素領域１４では、成分「Ａ」が最も強く認識されるため、仮想画素領域１４を擬似的に「Ａ」の成分が表示される画素とすることができる。

同様に、仮想画素領域１５に表示される成分は、「Ａ／２＋Ｂ／２＋Ｂ／２＋Ｅ／２＝Ｂ＋Ａ／２＋Ｅ／２」となる。このように、仮想画素領域１５では、成分「Ｂ」が最も強く認識されるため、仮想画素領域１５を擬似的に「Ｂ」の成分が表示される画素とすることができる。

図５（ｃ）に示すように、仮想画素領域１４と仮想画素領域１５とで、元の１画素分の大きさとなっている。すなわち、仮想画素領域１４と仮想画素領域１５とで、元の１画素分の領域に対して、擬似的に２画素の表示を行うこととなり、画素の高密度化を図ることができる。このように、横方向に１／２画素分の画素ずらしを行うことで、横方向に画素密度を２倍に高密度化することができる。すなわち、横変換倍率ａｍｘ＝２に応じて画素密度も２倍に高密度化されたこととなる。なお、縦方向に１／２画素分の画素ずらしを行えば、縦方向に画素密度を２倍に高密度化することができる。

次に、図６を用いて、投写画像の各画素を横方向に２／３画素ずらした場合の画素の高密度化について説明する。すなわち、画素ずらし量がｎｘ＝２／３、ｎｙ＝１で、縦横の変換倍率がａｍｘ＝１．５、ａｍｙ＝１の場合の画素密度の高密度化について説明する。なお、図６では、投写画像を構成する画素のうち、一部の画素のみを示し、それ以外の画素を省略している。図６で示す画素のうち、（ａ）は画素ずらしを行う前の画素を示し、（ｂ）は画素ずらしを行った状態の画素を示し、（ｃ）は、（ａ），（ｂ）で示す画素が擬似的に合成された状態を模式的に示すものである。

図６（ａ）で示す画素と、図６（ｂ）で示す画素は、異なるタイミングで表示されるものであるが、スケーリングにおける時分割の周期が非常に短いため、視聴者の視覚上で両方の画素は重畳されて認識される。上述したスケーラー８３が行うスケーリングによって、図６（ａ）で示す画素領域１６には「２Ｄ＋Ｅ」の成分で画素が表示され、画素領域１７には「２Ａ＋Ｂ」の成分で画素が表示され、画素領域１８には「Ｂ＋２Ｃ」の成分で画素が表示される。また、図６（ｂ）で示す画素領域１９には「Ｅ＋２Ａ」の成分で画素が表示され、画素領域２０には「２Ｂ＋Ｃ」の成分で画素が表示され、画素領域２１には「Ｃ＋２Ｄ」の成分で画素が表示される。

図６（ａ）で示す画素と、図６（ｂ）で示す画素が擬似的に合成されることで、図６（ｃ）で示すような画素として視聴者に認識される。より具体的には、仮想画素領域２２には、画素領域１７に表示される成分の２／３の成分と、画素領域１９に表示される成分の２／３の成分とが重畳される。したがって、仮想画素領域２２に表示される成分は、「（２Ａ＋Ｂ）×２／３＋（Ｅ＋２Ａ）×２／３＝８Ａ／３＋２Ｂ／３＋２Ｅ／３」となる。このように、仮想画素領域２２では、成分「Ａ」が最も強く認識されるため、仮想画素領域２２を擬似的に「Ａ」の成分が表示される画素とすることができる。

同様に、仮想画素領域２３に表示される成分は、「（２Ａ＋Ｂ）×１／３＋（Ｂ＋２Ｃ）×１／３＋（２Ｂ＋Ｃ）×２／３＝２Ａ／３＋６Ｂ／３＋４Ｃ／３」となる。このように、仮想画素領域２３では、成分「Ｂ」が最も強く認識されるため、仮想画素領域２３を擬似的に「Ｂ」の成分が表示される画素とすることができる。

同様に、仮想画素領域２４に表示される成分は、「（Ｂ＋２Ｃ）×２／３＋（２Ｂ＋Ｃ）×１／３＋（Ｃ＋２Ｄ）×１／３＝４Ｂ／３＋６Ｃ／３＋２Ｄ／３」となる。このように、仮想画素領域２４では、成分「Ｃ」が最も強く認識されるため、仮想画素領域２４を擬似的に「Ｃ」の成分が表示される画素とすることができる。

図６（ｃ）に示すように、仮想画素領域２２，２３，２４で、元の２画素分の大きさとなっている。すなわち、仮想画素領域２２，２３，２４で、元の２画素分の領域に対して、擬似的に３画素の表示を行うこととなり、画素の高密度化を図ることができる。このように、横方向に２／３画素分の画素ずらしを行うことで、横方向に画素密度を１．５倍に高密度化することができる。すなわち、横変換倍率ａｍｘ＝１．５に応じて画素密度も１．５倍に高密度化されたこととなる。なお、縦方向に２／３画素分の画素ずらしを行えば、縦方向に画素密度を１．５倍に高密度化することができる。

ここで、横変換倍率ａｍｘがａｍｘ＞２となった場合には、画素ずらし量ｎｘは、０＜ｎｘ＜１／２となるが、横方向の画素密度は２倍以上に高密度化されない。したがって、演算制御回路８２は、横変換倍率ａｍｘがａｍｘ＞２となった場合には、画素密度の高密度化が最大となるように、画素ずらし量ｎｘをｎｘ＝１／２として、ウォブリング素子駆動部６２に指令を送出する。縦変換倍率ａｍｙについても同様の理由により、ａｍｙ＞２となった場合には、演算制御回路８２は、画素ずらし量ｎｙをｎｙ＝１／２として、ウォブリング素子駆動部６２に指令を送出する。

図５および図６では、横方向のみに画素ずらしを行ったが、入力画像のアスペクト比と各光用空間光変調装置３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂのアスペクト比とによって、すなわち得られた横変換倍率ａｍｘ，縦変換倍率ａｍｙ，横方向への画素ずらし量ｎｘ，縦方向への画素ずらし量ｎｙによっては、縦方向に画素ずらしを行ってもよい。

このように、変換倍率に応じて画素をずらすことで、空間光変調装置の解像度を高密度化せずに、簡単な構成で擬似的に画素密度を高密度化できるので、空間光変調装置やプロジェクターの小型化を図ることができる。

なお、判別部８１（解像度判別部）で得られた入力側解像度とプロジェクター１に予め保持されている変調側解像度との差によっては、上述のアスペクト比変換のための画素ずらしの他に、図７に示すように、縦方向および横方向の両方向に画素ずらしを行ってもよい。縦横両方向への画素ずらしにより、図７（ｃ）に示すように、縦横両方向への画素密度の高密度化を図ることができる。なお、本説明では、投写画像の一部について説明したが、投写画像の全体を解析した上でスケーリングを行うことで、画像全体で高密度化が図られた高精細な投写画像を得ることができる。

＜画素形状の復元について＞
図５や図６に示すように、画素ずらしを行うことで、画素形状が変形してしまう場合がある。図５、図６では、略正方形の正方画素が、画素ずらしを行うことで、擬似的に長方形の長方画素に変形している。ここで、本実施例では、アスペクト比の変換倍率に応じた
ずらし量で画素ずらしを行うことで、擬似的に入力画像の画素密度と、投写画像の画素密度を一致させている。したがって、アスペクト比変換部５４によって、投写画像のアスペクト比を入力画像のアスペクト比と一致させれば、変形した画素形状が被照射面上で復元されることとなる。このように、本実施例では画一的な画素の高密度化ではなくアスペクト比の変換倍率に応じて画素の高密度化を図っているので、高密度化された画素の画素形状の復元がなされ、適切な形状の画素を用いて、高精細な画像を被照射面に表示させることができる。

このように、アスペクト比変換部５４により、投写画像のアスペクト比を変換できるので、入力画像のワイド化に合わせて空間光変調素子をワイド化せずに済むので、照明効率の向上や、既存の空間光変調素子と共通化によるコスト削減を図ることができる。

なお、画素ずらしにおける画素ずらし量は、以下の数式（５），（６）に基づいて演算制御回路８２によって算出されてもよい。
ｎｘ＝１−（１／ａｍｘ） （５）
ｎｙ＝１−（１／ａｍｙ） （６）

ここで、数式（３），（４）に基づいて算出される画素ずらし量は、１＞ｎｘ，ｎｙ≧１／２となる。一方、数式（５），（６）に基づいて算出される画素ずらし量は、１／２≧ｎｘ，ｎｙ＞０となる。このように、数式（５），（６）に基づいて算出された画素ずらし量は、数式（３），（４）に基づいて算出された画素ずらし量以下となるため、ウォブリング素子５０を構成する第１平行平板５１と第２平行平板５２の回転角度を小さくすることができる。これにより、ウォブリング素子駆動部６２の負荷を軽減することができるとともに、ウォブリング素子５０の高速駆動や、構成の簡素化を図ることができる。

また、本実施例では、画素ずらし量を、横方向と縦方向で別々に算出しているが、これに限られず、画素をずらす方向と、画素ずらし量とを算出するように構成してもよい。例えば、画素をずらす方向と横軸（Ｘ軸）とがなす角度θを以下の数式（７）によって算出し、そのずらし量ｎｘｙを以下の数式（８）によって算出してもよい（図７も参照）。
θ＝ａｔａｎ（ｎｙ／ｎｘ） （７）

本実施例で示したウォブリング素子５０のように、横方向に画素をずらす要素（第２平行平板５２）と、縦方向に画素をずらす要素（第１平行平板５１）とを、別々に備える構成ではなく、例えば、１枚のミラーを用いて一括して画素ずらしを行う場合には、上述したように画素をずらす角度θとそのずらし量を算出することで、ミラーに円滑な動作をさせやすくなる。

図８は、本発明の実施例１の変形例１に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。本変形例１では、ウォブリング素子５０が投写レンズ４８に組み込まれている。このようにウォブリング素子５０を投写レンズ４８に一体化することで、プロジェクター１の組立時の、ウォブリング素子５０の位置決めを容易にすることができる。

図９は、本発明の実施例１の変形例２に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。本変形例２では、ウォブリング素子５０を投写レンズ４８の後段側に配置している。このような構成であれば、ウォブリング素子５０を備えていない一般的なプロジェクターであっても、空間光変調装置の駆動を倍速にし、ウォブリング素子５０を投写レンズ４８の後段側に配置すれば、画素密度の高密度化を図ることができる。

図１０は、本発明の実施例１の変形例３に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。本変形例３では、プロジェクター１が、投写レンズ４８よりも前段で中間像を結像させるリレー光学系９０を備えており、ウォブリング素子５０はその中間像部分に配置されている。このように構成することで、各光用空間光変調装置３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂでの映像光を、確実にウォブリング素子５０で光路変更することができ、高精細な映像が得やすくなる。

図１１は、本発明の実施例２に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。実施例１と同様の構成部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本実施例２に係るプロジェクター１００は、ユーザーが入力画像のアスペクト比を入力できる入力部９２を備える。入力部９２は、例えばテンキーで構成されて、ユーザーが任意の数値を入力できるものであってもよい。また、入力部９２は複数のスイッチから構成され、予め定められたアスペクト比が各スイッチに対応付けられており、その複数のスイッチを操作することでユーザーが解像度を選択できるものであってもよい。この構成では、判別部８１は、入力部９２から入力された入力結果に基づいて入力画像のアスペクト比を判別する。また、演算制御回路８２は、入力部９２で入力されたアスペクト比に基づいて、アスペクト比の変換倍率ａｍｘ，ａｍｙや、画素のずらし量ｎｘ，ｎｙを算出する。より具体的には、数式（１）〜（４）において、入力画像のアスペクト比と各光用空間光変調装置３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂのアスペクト比とを適用して算出すればよい。

このように構成することで、ユーザーが画像信号を強制的に変化させたいときや、入力画像として２画面分の画像信号があるときに、ユーザーがいずれか一方の画面を選択して表示させる場合でも、ユーザーの意図に沿った画像表現が可能となり、プロジェクター１００の利便性が向上する。

図１２は、本発明の実施例３に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。上記実施例と同様の構成部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本実施例３に係るプロジェクター１５０は、ユーザーがアスペクト比変換部５４を操作して、投写画像のアスペクト比を設定できる設定部９３を備える。より具体的には、設定部９３を操作することで、第２レンズ群Ｌ２を移動させることができる。本実施例３では、判別部８１は、設定部９３の操作により移動された第２レンズ群Ｌ２の位置に基づいて、投写画像のアスペクト比を判別する。なお、投写画像のアスペクト比とは、投写画像の縦横比である。本実施例では、投写画像を構成する各画素の縦横比は１：１であり、画素数の縦横比（解像度）とアスペクト比とが一致する。また、演算制御回路８２は、入力部９２で入力されたアスペクト比に基づいて、アスペクト比の変換倍率ａｍｘ，ａｍｙや、画素のずらし量ｎｘ，ｎｙを算出する。より具体的には、数式（１）〜（４）において、入力側アスペクト比の部分に投写画像のアスペクト比を適用して算出すればよい。この構成によれば、ユーザーが設定部９３を操作して投写画像のアスペクト比を任意に変更した場合でも、そのアスペクト比に応じた画素密度の高密度化を図ることができる。また、ユーザーは被照射面を見ながら直感的にアスペクト比を設定できるので、より一層の操作性に向上を図ることができる。

図１３は、本発明の実施例４に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。上記実施例と同様の構成部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本実施例４に係るプロジェクター２００では、各光用空間光変調装置３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂとして、反射型の変調装置、例えばＤＭＤ（Digital MicroMirror Device）を用いる。また、ウォブリング素子５０に平面ミラーを用いる。ここで、光線の振り角はミラーの振り角の２倍となるので、ウォブリング素子５０に平面ミラーを用いることで、少ない変位量で画素をずらすことができる。したがって、ウォブリング素子５０の駆動部分の負荷を減らすことができ、簡単な構成で高速に画素をずらすことができる。なお、各光用空間光変調装置３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂとして用いる反射型の変調装置は、例えばＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）など、他の反射型の変調装置であってもよい。

なお、プロジェクターは、色光ごとに空間光変調装置を備える構成に限られない。プロジェクターは、一の空間光変調装置により２つ又は３つ以上の色光を変調する構成としても良い。プロジェクターは、空間光変調装置を用いる場合に限られない。プロジェクターは、スクリーンの一方の面に光を供給し、スクリーンの他方の面から射出される光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるリアプロジェクターであっても良い。

また、ウォブリング素子は、平行平板やミラーを用いるものに限られない。例えば、複屈折性結晶を備える光学素子であって、その光学素子に入射する入射光の変更方向を周期的に変化させることで、光線をシフトさせるものであってもよい。

１，１００，１５０，２００ プロジェクター、２ 光源装置、４ 光学エンジン、６ 駆動部、８ 画像処理部、１０，１１，１２，１３ 画素領域、１４，１５ 仮想画素領域、１６，１７，１８，１９，２０，２１ 画素領域、２２，２３，２４ 仮想画素領域、３１ 凹レンズ、３２ インテグレーターレンズ、３３ インテグレーターレンズ、３４ 偏光変換素子、３５ 重畳レンズ、３６ ダイクロイックミラー、３７ 反射ミラー、３８Ｒ Ｒ光用フィールドレンズ、３８Ｇ Ｇ光用フィールドレンズ、３８Ｂ Ｂ光用フィールドレンズ、３９Ｒ Ｒ光用空間光変調装置、３９Ｇ Ｇ光用空間光変調装置、３９Ｂ Ｂ光用空間光変調装置、４０ クロスダイクロイックプリズム、４１ ダイクロイックミラー、４２ リレーレンズ、４３ 反射ミラー、４４ リレーレンズ、４５ 反射ミラー、４６ ダイクロイック膜、４７ ダイクロイック膜、４８ 投写レンズ、５０ ウォブリング素子（画素ずらし部）、５１ 第１平行平板、５１ａ 回転軸、５２ 第２平行平板、５２ａ 回転軸、５４ アスペクト比変換部、６１ 光変調素子駆動部、６２ ウォブリング素子駆動部、６３ レンズ群駆動部、８１ 判別部、８２ 演算制御回路、８３ スケーラー、９０ リレー光学系、９２ 入力部、９３ 設定部、Ｌ１ 第１レンズ群、Ｌ２ 第２レンズ群

Claims (8)

1. 光源部から射出される光を用いて被照射面に投写画像を表示させるプロジェクターであって、
   前記光源部から射出された光を入力画像に応じて変調する光変調素子と、
   前記光変調素子で変調された光が入射し、前記入力画像のアスペクト比に応じて前記投写画像のアスペクト比を光学的に変換するアスペクト比変換部と、
   前記投写画像の画素をずらす画素ずらし部と、
   前記アスペクト比変換部によるアスペクト比の変換倍率に基づいて前記画素のずらし量を算出する算出部と、
   前記画素ずらし部を制御して、前記ずらし量に基づいて前記画素をずらさせる制御部と、を有することを特徴とするプロジェクター。
2. 前記光変調素子に変調された光を前記被照射面に向けて投写する投写光学系をさらに有し、
   前記画素ずらし部は、前記投写光学系に含まれることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクター。
3. 前記入力画像のアスペクト比を判別するアスペクト比判別部をさらに有し、
   前記算出部は、前記入力画像のアスペクト比に基づいて前記変換倍率を算出することを特徴とする請求項１または２に記載のプロジェクター。
4. 前記入力画像のアスペクト比を入力する入力部をさらに有し、
   前記アスペクト比判別部は、前記入力部からの入力結果に基づいて前記入力画像のアスペクト比を判別することを特徴とする請求項３に記載のプロジェクター。
5. 前記アスペクト比変換部は、前記投写画像のアスペクト比を設定する設定部を備え、
   前記アスペクト比判別部は、前記設定部により設定されたアスペクト比に基づいて前記入力画像のアスペクト比を判別することを特徴とする請求項３に記載のプロジェクター。
6. 前記算出部は、前記入力側アスペクト比をｘｉ：ｙｉとし、前記光変調素子の解像度の比である変調側アスペクト比をｘｏ：ｙｏとし、前記アスペクト比変換部による横方向へのアスペクト比の横変換倍率をａｍｘとし、前記アスペクト比変換部による縦方向へのアスペクト比の縦変換倍率をａｍｙとした場合に、
   前記画素ずらし部による横方向への画素のずらし量ｎｘ、縦方向への画素のずらし量ｎｙを以下の式に基づいて算出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のプロジェクター。
   ｎｘ＝１／ａｍｘ
   ｎｙ＝１／ａｍｙ
   ただし、
   ａｍｘ＝ｘｉ／ｘｏ
   ａｍｙ＝ｙｉ／ｙｏ
7. 前記制御部は、
   前記横変換倍率ａｍｘが２以上である場合には、算出されたずらし量ｎｘの値に関わらず前記画素ずらし部による横方向への画素のずらし量を１／２とし、
   前記縦変換倍率ａｍｘが２以上である場合には、算出されたずらし量ｎｘの値に関わらず前記画素ずらし部による縦方向への画素のずらし量を１／２とすることを特徴とする請求項６に記載のプロジェクター。
8. 前記算出部は、横軸に対して画素をずらす角度θおよび前記角度θでの画素のずらし量ｎｘｙを、以下の式に基づいて算出することを特徴とする請求項６に記載のプロジェクター。
   θ＝ａｔａｎ（ｎｙ／ｎｘ）
   

   

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