JP2013218105A - 投写型映像表示装置および立体映像表示システム - Google Patents

Abstract

【課題】 ＤＭＤを用いた立体表示対応の投射型映像表示装置および立体映像表示システムにおいて、白色が色味がかって見えてしまうことを防止する。
【解決手段】 ＤＭＤ駆動部１７は、シャッターの開閉動作を行うタイミングのスポーク期間に全てのミラー素子をＯＦＦ状態とし、シャッター開閉時以外のスポーク期間に、白色を表示するミラー素子をＯＮ状態とするとともに、白色を表示するミラー素子以外をＯＦＦ状態とし、眼鏡制御部１９は、全てのミラー素子をＯＦＦ状態とするスポーク期間にシャッターの開閉動作が完了するようにシャッターの開閉動作を制御し、光源駆動部１４は、全てのミラー素子をＯＦＦ状態とするスポーク期間のセグメントに含まれる色の光の明るさを増加することにより、白色を表示するミラー素子からスクリーン８に向けて出射される各色の光の強度の比率が均一になるように光源１を駆動するものである。
【選択図】 図６

Description

この発明は、投写型映像表示装置および立体映像表示システムに関する。

３Ｄテレビは、画面上に左画像と右画像という視差を持った画像を交互に表示すると同時に、ユーザーが装着するシャッター眼鏡の開閉動作を、左画像と右画像の表示切替に同期して行なっている。シャッター眼鏡は、左画像の表示期間は左目側シャッターを開（右目側シャッターを閉）、右画像の表示期間は右目側シャッターを開（左目側シャッターを閉）となるように制御される。ユーザーは、シャッター眼鏡を通して視差のある左右画像を知覚することで、擬似的な立体映像を認識することが可能になる。

前述のような立体映像を得るための投写型表示装置の一つとして、特許文献１には、左画像と右画像とを所定周期で交互に切換えて表示し、右画像と左画像の切換えに同期して駆動されるシャッターを備えるシャッター眼鏡を用いて視聴する方法が開示されている。

シャッター眼鏡を用いる方法においては、シャッターの開閉にある程度の時間が必要であるため、左画像の一部が右目に、右画像の一部が左目にそれぞれ混入するクロストークと呼ばれる現象が生じてしまう。クロストークを解決する方法として、特許文献２には、画像表示期間に先だって無表示期間を配置し、無表示期間中にシャッター眼鏡のシャッターの開閉を行う方法が開示されている。

一方、特許文献３には、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device、登録商標）として知られる空間光変調素子とカラーホイールを備えた投写型映像表示装置が開示されている。カラーホイールは複数の分割されたセグメントで構成され、電動機で回転駆動されることで、光に対して時分割でカラーフィルター作用を行う。

特許文献３に開示された投写型映像表示装置を用いて立体映像表示を行う場合、ＤＭＤは、カラーホイールの連続した回転に同期して右目画像と左目画像を交互に表示するよう制御される。この時スクリーンに投写される表示画像の輝度は、ＤＭＤが光源からの光を反射する時間に依存するため、ＤＭＤの反射を制御することで表示画像の階調を表現することが可能である。

特許文献３に開示された投写型映像表示装置を用いて立体映像表示を行う場合においても上述したクロストークが発生する。画像表示期間に先だって無表示期間を配置するとクロストークは低減することができるが、無表示期間分は画像の表示に寄与できないため、表示画像の輝度が低下するという問題が生じてしまう。この問題に対して、カラーホイールのセグメント境界に対応するスポーク期間にＤＭＤを無表示動作とし、ＤＭＤの無表示動作中にシャッターの開閉動作を完了するようにすれば、表示輝度を下げることなくクロストークを抑制することができる。

特開昭６２−１３３８９１号公報 特開２０００−３６９６９号公報 米国特許第７４８３１９８号公報

ところで、ＤＭＤを用いた投写型映像表示装置では、白色を表示するミラー素子についてはスポーク期間もＯＮ状態とすることで白色の輝度を向上させる方法が用いられている。しかしながら、この方法を立体映像表示に適用しようとすると、クロストークを抑制するためにはシャッターの開閉動作を行うタイミングのスポーク期間は必ずＤＭＤを無表示動作としなければならない。ところが、ＤＭＤを無表示動作とするスポーク期間のセグメントに対応する色の成分が不足してしまうため、白色を表示するミラー素子からスクリーンに向けて出射される各色の光の強度の比率が均一にならず、結果として表示する白色が色味がかって見えてしまうという問題があった。

この発明は、上述のような点に着目してなされたもので、ＤＭＤを用いた立体表示対応の投射型映像表示装置および立体映像表示システムにおいて、白色が色味がかって見えてしまうことを防止することを目的とする。

この発明の投写型映像表示装置は、光源と、色の異なる複数のセグメントが回転方向に設けられ、複数のセグメントによって光源からの光を時分割で複数の色の光に分離して出射するカラーホイールと、複数のミラー素子を有し、カラーホイールにより分離された各色の光を複数のミラー素子によって変調し、右目画像と左目画像を交互に切り替えてスクリーンに投写するＤＭＤと、ＤＭＤを駆動するＤＭＤ駆動部と、ＤＭＤの右目画像と左目画像の切り替えに同期するように、シャッター眼鏡のシャッターの開閉動作を制御する眼鏡制御部と、光源の明るさを増減するように駆動する光源駆動部とを備え、ＤＭＤ駆動部は、カラーホイールのセグメント境界に対応するスポーク期間のうち、シャッター開閉時のスポーク期間に全てのミラー素子をＯＦＦ状態とし、シャッター開閉時以外のスポーク期間に、白色を表示するミラー素子をＯＮ状態とするとともに、白色を表示するミラー素子以外のミラー素子をＯＦＦ状態とするようにＤＭＤを駆動し、眼鏡制御部は、全てのミラー素子をＯＦＦ状態とするスポーク期間にシャッターの開閉動作が完了するようにシャッターの開閉動作を制御し、光源駆動部は、全てのミラー素子をＯＦＦ状態とするスポーク期間のセグメントに含まれる色の光の明るさを増加することにより、白色を表示するミラー素子からスクリーンに向けて出射される各色の光の強度が均一になるように光源を駆動するものである。

この発明によれば、白色を表示するミラー素子からスクリーンに向けて出射される各色の光の強度の比率が均一になるように光源を駆動するので、白色が色見がかって見えてしまうことを防止できる。

一般的な立体映像表示システムの構成を示す図である。 図１に示す投写型映像表示装置におけるカラーホイールの構成を示す図である。 図１に示す立体映像表示システムにおけるカラーホイールのセグメント、ＤＭＤのＯＮ／ＯＦＦ動作およびシャッター眼鏡の開閉動作の一例を示す図である。 実施の形態１に係る立体映像表示システムの構成を示す図である。 実施の形態１に係る投写型映像表示装置の構成を示す図である。 実施の形態１に係る立体映像表示システムにおけるカラーホイールのセグメント、ＤＭＤのＯＮ／ＯＦＦ動作、光源から出射される光の強度およびシャッター眼鏡の開閉動作の一例を示す図である。 実施の形態２に係る立体映像表示システムにおけるカラーホイールのセグメント、ＤＭＤのＯＮ／ＯＦＦ動作、光源から出射される光の強度およびシャッター眼鏡の開閉動作の一例を示す図である。 実施の形態３に係る立体映像表示システムにおけるカラーホイールのセグメント、ＤＭＤのＯＮ／ＯＦＦ動作、光源から出射される光の強度およびシャッター眼鏡の開閉動作の一例を示す図である。

（背景技術）
図１は、一般的な立体映像表示システムの構成を示す図である。この立体映像表示システムは、立体映像をスクリーン８に投写する投写型映像表示装置７と、投写型映像表示装置７と同期して動作するシャッター眼鏡９とを備えている。

投写型映像表示装置７は、光源１と、光源１からの光を時分割で色分離するカラーホイール２と、複数のミラー素子を有し、カラーホイール２の透過光をこれらミラー素子によって変調して画像を作成するＤＭＤ３と、ＤＭＤ３の変調光をスクリーン８に投写する投写光学系４とを備えている。さらに、投写型映像表示装置７は、入力された映像信号に基づきＤＭＤ３を駆動する他、カラーホイール２、シャッター眼鏡９をＤＭＤ３に同期して動作させるための各種制御信号を作成する映像信号処理部５と、映像信号処理部５で作成した制御信号をシャッター眼鏡９に送信する送信部６とを備えている。

次に、図１に示す立体映像表示システムの動作を説明する。映像信号処理部５は入力映像信号に従い、ＤＭＤ３の駆動信号を生成する。ＤＭＤ３は映像信号処理部５から受けた駆動信号に従い、カラーホイール２の回転に同期して左画像及び左画像に対して視差を有する右画像を交互に生成する。ＤＭＤ３で生成した左画像及び右画像は投写光学系４を通して交互にスクリーン８に投写される。

一方、映像信号処理部５はシャッター眼鏡９の左シャッター及び右シャッターの開閉タイミングを指示する開閉制御信号を生成する。シャッター眼鏡９は送信部６から開閉制御信号を受け、ＤＭＤ３における左画像又は右画像の切替に同期して左シャッター又は右シャッターの開閉を行う。

図２は、図１に示す投写型映像表示装置におけるカラーホイールの構成を示す図である。図２に示すように、カラーホイール２は、Ｇ（緑）,Ｂ（青）,Ｒ（赤），Ｇ，Ｂ，Ｒの６つのセグメントで構成されている。光源１が理想的な点光源ではない場合、カラーホイール２を通る光が有限の広がりを持つ。そのため、カラーホイール１の各セグメント（各色フィルタ領域）の境界であるスポーク（ＳＰＯＫＥ）領域２ｂを光が通ると、２つの異なるセグメントを光が通ることになり混色が生じる。この混色を避けるために、映像信号処理部５はスポーク領域２ｂを光が通るスポーク期間中にＤＭＤ３を無表示動作とするようにＤＭＤ３の駆動信号を生成する。ここで、無表示動作とは、ＤＭＤ３が有する全てのミラー素子をＯＦＦ状態とすることを意味する。これにより、表示する画像の彩度が低下しないようにしている。

図３は、図１に示す立体映像表示システムにおけるカラーホイールのセグメント、ＤＭＤのＯＮ／ＯＦＦ動作およびシャッター眼鏡の開閉動作の一例を示す図である。図３（ａ）は、カラーホイール２が１２０Ｈｚで１回転することを示している。Ｂ，Ｇ，Ｒと示す時間領域では、それぞれ青色セグメント、緑色セグメント、赤色セグメントを光源１からの光が通過していることを示している。図３（ｂ１）および（ｂ２）は、ＤＭＤ３が有するミラー素子のうち、白色を表示するミラー素子のＯＮ／ＯＦＦ動作を示している。図中の黒で示した期間はミラー素子がＯＦＦ状態であることを示しており、白で示した期間はミラー素子がＯＮ状態であることを示している。ＤＭＤ３は、カラーホイール２の回転周期に同期して左画像、右画像を交互に表示している。また、ＤＭＤ３は、スポーク期間には無表示動作を行っている。

図３（ｃ）はシャッター眼鏡９の左目側シャッターの開閉動作、図３（ｄ）はシャッター眼鏡９の右目側のシャッターの開閉動作を示している。図３（ｃ）、（ｄ）に示すように、シャッター眼鏡９のシャッターは、ＲとＢの間のスポーク期間でシャターの開閉動作を完了している。

このように構成された投写型映像表示装置７において、図３（ｂ１）に示す方法で白色を表示すると、全てのスポーク期間でＤＭＤを無表示動作としているので、表示する画像の輝度が低い。

一方、上述したように、混色を避けるためにスポーク期間にはＤＭＤ３を無表示動作とするのであるが、白色はカラーホイール２のＲＧＢの混色であるから、スポーク領域２ｂを光が通ることによって生じる混色の影響を受けない。そこで、図３（ｂ２）に示すように、白色を表示するミラー素子については、スポーク期間中もＯＮ状態にすることで、白色の輝度を向上することが考えられる。このようにすることで、図３（ｂ１）の場合に比較して、白色の表示輝度を向上させることができる。

しかしながら、図３（ｂ２）に示すように、クロストークを抑制するためには、シャッター眼鏡の開閉動作を行うタイミングのスポーク期間は必ずＤＭＤ３を無表示動作にしなければならない。ところが、白色を表示するミラー素子からスクリーン８に向けて出射される光は、ＤＭＤ３を無表示動作とするスポーク期間のセグメントに対応する色の成分が不足してしまう。このため、出射される各色の光の強度の比率が均一にならずに、表示する白色が色味がかってしまう。図３（ｂ２）の場合では、ＤＭＤ３を無表示動作とするＲとＢの成分が不足してしまうため、白色を表示するミラー素子からスクリーン８に向けて出射される光にはＧの成分が多くなってしまい、白色が緑がかってしまう。

以下、上記課題を解決する立体映像表示システムについて説明する。

実施の形態１．
図４は、実施の形態１に係る立体映像表示システムの構成を示す図である。実施の形態１の立体映像表示システムは、投写型映像表示７と、高速に開閉切替が可能なシャッターを有するシャッター眼鏡９とを備えており、スクリーン８に映像を表示するものである。

投写型映像表示装置７は、光源１を駆動する光源駆動部１４を備えており、映像信号処理部５は光源駆動部１４の制御を行う機能を有する。なお、光源駆動部１４および映像信号処理部５以外の構成は、図１に示した従来技術に係る立体映像表示システムと同様であるため、その説明を省略する。

図５は、実施の形態１に係る投写型映像表示装置７の構成を示す図である。映像信号処理部５は、映像入力部１５、映像処理部１６、ＤＭＤ駆動部１７、光源制御部１８および眼鏡制御部１９を備えている。また、投写型映像表示装置７は、カラーホイール２を駆動するカラーホイール駆動部２０を備えている。

映像入力部１５は、外部から入力映像信号を受け、入力映像信号のフォーマットの検出を行って立体表示が必要な映像信号か否かを判断し、映像処理部１６に出力する。

映像処理部１６は、映像入力部１５からの出力を受けてＤＭＤ３の駆動信号を生成する。立体映像表示を行うべき入力信号の場合、映像処理部１６は、入力映像信号を左画像信号と右画像信号に変換する。そして、映像処理部１６は、左画像信号および右画像信号を、ＤＭＤ３における表示タイミングを決定する同期信号とともにＤＭＤ駆動部１７に出力する。また、映像処理部１６は、上記の同期信号を光源制御部１８に出力する。さらに、映像処理部１６は、シャッター眼鏡９のシャッター開閉切り替え制御に必要な左右信号を生成し、左右信号を上記の同期信号とともに眼鏡制御部１９に出力する。

ＤＭＤ駆動部１７は、ＤＭＤ３の駆動信号をＤＭＤ３に出力する。また、ＤＭＤ駆動部１７は、カラーホイール２の駆動信号をカラーホイール駆動部２０に送信する。ＤＭＤ駆動部１７から出力された駆動信号を受けたカラーホイール駆動部２０は、カラーホイール２の回転がＤＭＤ３の駆動と同期するようにカラーホイール２を駆動する。これにより、ＤＭＤ３は、カラーホイール２のセグメントに合わせてＢＧＲＢＧＲと順次画像表示を行う事が可能になる。

光源制御部１８は、映像処理部１６から同期信号を受け、白色表示を行う際にスクリーン８に向けて出射される各色の光の強度の比率が均一になるように、光源駆動部１４を制御する。光源駆動部１４は、光源制御部１８からの出力を受け、光源１を駆動する信号を光源１に出力する。

眼鏡制御部１９は、映像処理部１６からの出力を受け、シャッターの開閉を制御するシャッター開閉制御信号を作成して送信部６に出力する。シャッター開閉制御信号は、カラーホイール２のスポーク期間中にシャッターの開閉動作が完了するように、シャッター眼鏡９のシャッター開閉動作を制御するものである。シャッター開閉制御信号は、送信部６からシャッター眼鏡９に送信される。シャッター開閉制御信号を受けたシャッター眼鏡９は、ＤＭＤ３が無表示動作中のスポーク期間内にシャッターの開閉切り替えを完了するよう、左右両目のシャッター開閉動作を行う。

次に、実施の形態１の立体映像表示システムの動作を、図６を用いて説明する。図６は、実施の形態１に係る立体映像表示システムにおけるカラーホイールのセグメント、ＤＭＤのＯＮ／ＯＦＦ動作、光源から出射される光の強度およびシャッター眼鏡の開閉動作の一例を示す図である。実施の形態１に係る立体映像表示システムの動作は、白色を表示するミラー素子からスクリーン８に向けて出射される各色の光の強度の比率が均一になるように光源１の明るさを増加させること以外は、先述の立体映像表示システムと同様である。図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｄ）および図６（ｅ）は、それぞれ図３（ａ）、図３（ｂ２）、図３（ｃ）および図３（ｄ）に対応している。

図６（ｃ）は、光源１から出射される光の強度の時間変化を示している。図６（ｃ）に示すように、光源駆動部１４は、白色を表示するミラー素子からスクリーン８に向けて出射される各色の光の強度の比率が均一になるように、ＤＭＤ３を無表示動作とするスポーク期間のセグメントに含まれる色の光の明るさを増加する。図６の場合では、ＲとＢの明るさを、ＤＭＤ３を無表示動作とすることにより減少する分だけ増加させるように光源１を駆動する。この結果、ＲＧＢの全セグメントを透過した光の合成で得られる白色の明るさをあげ、かつ白色が色味がかってしまうことを防止することができる。また、これにより立体表示時の白色と非立体映像表示時の白色とを一致させることができる。

実施の形態１によれば、白色を表示するミラー素子からスクリーン８に向けて出射される各色の光の強度の比率が均一になるように、ＤＭＤ３を無表示動作とするスポーク期間のセグメントに含まれる色の光の明るさを増加するようにしているので、白色が色味がかって見えてしまうことを防止できる。

実施の形態２．
図７は、実施の形態２に係る立体映像表示システムにおけるカラーホイールのセグメント、ＤＭＤのＯＮ／ＯＦＦ動作、光源から出射される光の強度およびシャッター眼鏡の開閉動作の一例を示す図である。実施の形態２の立体映像表示システムは、光源１の明るさを増加させるタイミングのみが実施の形態１と異なり、構成については実施の形態１の立体映像表示システムと同様である。

図７（ｃ）に示すように、光源駆動部１４は、ＤＭＤ３を無表示動作とするスポーク期間と同じ色のセグメントを含む別のスポーク期間に光源１の明るさ増加させる。これにより、ＲとＢの明るさを、ＤＭＤ３を無表示動作とすることにより減少する分だけ増加させるように光源１を駆動する。

実施の形態２によれば、ＤＭＤ３を無表示動作とするスポーク期間と同じ色のセグメントを含む別のスポーク期間に光源１の明るさを増加させるようにしているので、実施の形態１と同様の効果に加え、白色と特定色をともにスクリーン８に向けて出射する場合に、単色のＲＧＢの光の明るさの比が均一となる効果が得られる。したがって、非立体映像表示で光源１の明るさを増減しない時の各ＲＧＢの混色比率と、立体映像表示で光源１の明るさを増減する時の各ＲＧＢの混色比率とを同一とすることができる。これにより、非立体映像表示の場合と立体映像表示の場合とでＤＭＤ３をＯＮ／ＯＦＦする期間が一致するので、ＤＭＤ３の駆動制御を非立体映像表示の場合と立体映像表示の場合とで共用できるという効果も得ることができる。

実施の形態３．
図８は、実施の形態３に係る立体映像表示システムにおけるカラーホイールのセグメント、ＤＭＤのＯＮ／ＯＦＦ動作、光源から出射される光の強度およびシャッター眼鏡の開閉動作の一例を示す図である。実施の形態３の立体映像表示システムでは、図８に示すように、ＤＭＤ３を無表示動作とするスポーク期間に光源１の明るさを減少させるようにしている。その他の構成および動作は実施の形態２の立体映像表示システムと同様であるので、その説明を省略する。

実施の形態３によれば、ＤＭＤ３を無表示動作とするスポーク期間に光源１の明るさを減少させるようにしているので、実施の形態２の効果に加えて、光源１が消費するエネルギーを低減することができる。

以上、実施の形態１ないし３について説明した。これらの実施の形態は互いに組み合わせることができる。

１ 光源
２ カラーホイール
２ｂ スポーク領域
３ ＤＭＤ（ＤＩＧＩＴＡＬ ＭＩＲＲＲＯＲ ＤＥＶＩＣＥ）
４ 投写光学系
５ 映像信号処理部
６ 送信部
７ 投写光学系
８ スクリーン
９ シャッター眼鏡
１４ 光源駆動部
１５ 映像入力部
１６ 映像処理部
１７ ＤＭＤ駆動部
１８ 光源制御部
１９ 眼鏡制御部
２０ カラーホイール駆動部

Claims (4)

1. 光源と、
   色の異なる複数のセグメントが回転方向に設けられ、前記複数のセグメントによって前記光源からの光を時分割で複数の色の光に分離して出射するカラーホイールと、
   複数のミラー素子を有し、前記カラーホイールにより分離された各色の光を前記複数のミラー素子によって変調し、右目画像と左目画像を交互に切り替えてスクリーンに投写するＤＭＤと、
   前記ＤＭＤを駆動するＤＭＤ駆動部と、
   前記ＤＭＤの前記右目画像と左目画像の切り替えに同期するように、シャッター眼鏡のシャッターの開閉動作を制御する眼鏡制御部と、
   前記光源の明るさを増減するように駆動する光源駆動部とを備え、
   前記ＤＭＤ駆動部は、前記カラーホイールのセグメント境界に対応するスポーク期間のうち、前記シャッター開閉時のスポーク期間に全てのミラー素子をＯＦＦ状態とし、前記シャッター開閉時以外のスポーク期間に、白色を表示するミラー素子をＯＮ状態とするとともに、前記白色を表示するミラー素子以外のミラー素子をＯＦＦ状態とするように前記ＤＭＤを駆動し、
   前記眼鏡制御部は、前記全てのミラー素子をＯＦＦ状態とするスポーク期間に前記シャッターの開閉動作が完了するように前記シャッターの開閉動作を制御し、
   前記光源駆動部は、前記全てのミラー素子をＯＦＦ状態とするスポーク期間のセグメントに含まれる色の光の明るさを増加することにより、前記白色を表示するミラー素子からスクリーンに向けて出射される各色の光の強度が均一になるように前記光源を駆動する投写型映像表示装置。
2. 前記光源駆動部は、前記全てのミラー素子をＯＦＦ状態とするスポーク期間とは別のスポーク期間に、前記全てのミラー素子をＯＦＦ状態とするスポーク期間のセグメントに含まれる色の光の明るさを増加することを特徴とする請求項１に記載の投写型映像表示装置。
3. 前記光源駆動部は、前記全てのミラー素子をＯＦＦ状態とするスポーク期間に、前記光源の明るさを減少することを特徴とする請求項２に記載の投写型映像表示装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の投写型映像表示装置と、
   ＤＭＤの右目画像と左目画像の切り替えに同期して開閉するシャッターを有するシャッター眼鏡とを備えたことを特徴とする立体映像表示システム。

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