JP2015167314A - 映像表示装置及び輸送機関 - Google Patents

Abstract

【課題】 投射光学系をもった映像表示装置を自動車に搭載する場合、動力系統から発生する振動などの影響によりレンズアレイと視野角制御用のフレネルレンズとの相対位置が動的にずれるため、スクリーン上の映像に歪み又は色収差が発生し映像ににじみが生じる。
【解決手段】 映像投影ユニットとスクリーンユニットとの動的な相対位置に応じて歪み補正量を切り替えて歪み補正を行う映像処理基板を備え、映像処理基板は、内部映像信号を出力する映像信号レシーバーとスクリーンユニットセンサー内部信号を出力するセンサーＡ／Ｄコンバーターと映像投影ユニットセンサー内部信号を出力するセンサーＡ／Ｄコンバーターと補正後内部映像信号を出力する歪み補正回路と映像表示素子制御信号及び光源発光タイミング信号を出力する映像表示素子コントローラーと光源制御信号を出力する光源コントローラーとを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクターなど、投射光学系をもった映像表示装置に関するものである。

近年、リアプロジェクション方式のテレビ又は自動車に搭載するリアプロジェクション表示システムなど、投射光学系を備え、スクリーンに映像を拡大して投影する映像表示装置が実用化されている。

このようなリアプロジェクション方式の映像表示装置は、投射光学系を備えている。また、このような映像表示装置は、光源デバイス、表示素子、レンズアレイ、視野角制御光学素子及びスクリーンを有している。光源デバイスは、水銀ランプ又はＬＥＤ（発光ダイオード）などである。表示素子は、光源デバイスから発せられた光を透過または反射して映像を表示する液晶パネル又はＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ：登録商標）などである。レンズアレイは、表示素子の映像を拡大しレンズから出射された光の焦点を制御するための光学レンズが組み合わされた光学的な素子である。視野角制御光学素子は、視野角を制御するためのフレネルレンズ又はレンチキュラレンズなどである。スクリーンは、映像が投影されるものである。

映像表示装置Ｉ１内のレンズアレイを通過する光は、波長により屈折率が異なる。このため、投影される光は、色収差を起こし、その結果、スクリーン上の映像にぼやけが生じる。「色収差」とは、レンズで像をつくるときに、光の波長によって像にずれを生じることである。レンズアレイによって発生する色収差を抑える方法として、レンズアレイそのものの設計を改善する方法が考えられる。しかし、レンズアレイそのものの設計の改善は、レンズの部品点数を増加させるという問題がある。

自動車に搭載する場合には、レンズアレイとフレネルレンズとの相対位置が動的にずれる。また、自動車に搭載する場合には、レンズアレイとレンチキュラレンズとの相対位置が動的にずれる。「動的にずれる」とは時間の変化に対してずれ量が変化することである。この相対位置の動的なずれは、自動車のエンジンなどの動力系統から発生する振動又は自動車を運転する際の車体の加速及び減速（加減速とよぶ。）などの影響による。そして、相対位置の動的なずれは、スクリーン上の映像の歪み、又は色収差発生の要因となる。車体の振動又は加減速の影響を低減するためには、表示装置の構成部品を固定する構造の剛性を高める必要がある。ただし、表示装置の構成部品を固定する構造の剛性を高めるには、比重の重い素材又は高価な素材を選択する必要が生ずる。比重の重い素材又は高価な素材の選択は、表示装置全体の重量の増加という問題を生ずる。また、比重の重い素材又は高価な素材の選択は、コストアップという問題を生ずる。また、表示装置は、レンズアレイ又は表示素子などを振動による破壊から防ぐための緩衝構造を必要とする。緩衝構造となった表示装置は、その構造のため、構成部品の固定構造の剛性を一定以上に上げることができない。車体の振動又は加減速の影響による映像の歪み及び色収差を改善する方法としては、他に、カメラにおける手振れ補正機構のようにレンズアレイに動的な補正機構を持たせる方法が考えられる。補正機構を持たせる場合には、高度な光学及び機構的設計が必要となる。また、補正機構を持たせる場合、部品点数も増加する。このため、補正機構を持たせた場合、設計コストや製造コストが増加するという問題がある。

こういった、投射光学系をもった映像表示装置において発生する映像の歪み又は色収差の改善を低コストで実現する方法として、特許文献１では、映像信号処理による歪み補正（ワーピング、キーストン補正）を用いたプロジェクターに関する技術が示されている。なお、「ワーピング」とは、一枚の画像における画像の一部を絞り込み、別の部分を押し広げるなどして、均等でない拡大縮小処理を行うことである。「キーストン補正」とは、仰角あるいは俯角を持って画像を投影した際の台形歪みを電子的にキャンセルする機能である。

また、特許文献２では、光源デバイスとしてレーザーなど周波数帯が狭い光源を使用している。特許文献２では、三原色である赤色（R）、緑色（G）及び青色（B）のそれぞれの映像をフレーム単位でシーケンシャルに表示する表示素子を用いて、赤色（R）、緑色（G）及び青色（B）のそれぞれの映像を異なった歪み補正量で補正する。これにより、特許文献２では、リアプロジェクションテレビなどにおいて、色収差を改善している。

しかしながら、特許文献１又は特許文献２に示された技術は、映像信号処理による歪み補正により、静的な状況に対して色収差を補正する技術である。特許文献１又は特許文献２に示された技術は、映像表示装置に掛かる振動又は加速度により発生する表示装置の構成部品の相対位置のずれから来る映像歪み又は色収差を改善できない。

特開2006-350370号公報 特開2009-58583号公報

本発明は、かかる事情を鑑み、映像の歪み又は色収差による映像のぼやけを低減する投射光学系映像表示装置を提供することを課題とする。

本発明による映像表示装置は、映像投影ユニットおよびスクリーンユニットをもった映像表示装置であって、前記映像投影ユニットと前記スクリーンユニットとの動的な相対位置に応じて歪み補正量を切り替える映像処理基板を備えることを特徴とした映像表示装置である。

本発明によれば、映像表示装置に振動又は加速度が掛かることにより発生する構成部品の位置ずれを検出することで、構成部品の位置ずれによって発生する映像の歪み又は色収差による映像のぼやけを映像信号処理回路により補正できる。

実施の形態１に係る映像表示装置の構成を示す図である。 実施の形態１に係る映像表示装置に係る歪み補正回路Ｃ１２の構成を示すブロック図である。 映像投影ユニットＰ１からスクリーンユニットＳ１へ映像が投影される際に起きる色収差についての説明図である。 スクリーンユニットＳ１に映像が投影された際、視野角制御光学素子Ｓ１２によって引き起こされる色収差についての説明図である。 実施の形態１に係る映像表示装置に加速度又は振動が加わり、スクリーンユニットＳ１と映像投影ユニットＰ１との相対位置がずれた場合についての説明図である。 図３及び図５に示した状況での投影像をスクリーンユニットＳ１正面から見た場合を示す図である。 映像投影ユニットＰ１のレンズアレイとスクリーンユニットＳ１の視野角制御素子Ｓ１２との光学系によって発生する色収差及び歪みを補正する方法についての説明図である。 本発明に係る映像表示装置が自動車に搭載されている場合、走行時にエンジンなどから受ける振動によって、映像投影ユニットＰ１が周期的な加速度を受けるために起きる位置変化を示す図である。 本発明に係る映像表示装置が自動車に搭載されている場合、自動車が加減速し、それにより、スクリーンユニットＳ１および映像投影ユニットＰ１が加速度を受けるために起きる位置変化を示す図である。 本発明に係る実施の形態２による映像表示装置の構成を詳細に示す図である。

実施の形態１．
本発明は、自動車のインストルメントパネル又はカーナビゲーションシステムの表示装置として用いるなど、映像表示装置に振動又は加速度が加わる場所での使用に最も効果を発揮する。「インストルメントパネル」とは、自動車のダッシュボードに組みつけられ、スピードメーター及び警告灯等が取り付けられた計器板のことである。

実施の形態１では、加速度センサー及びジャイロセンサーを用いて、映像表示装置に加わる振動又は加速度による構成部品の相対位置のずれを検出する方法について説明する。

図１は、本発明の実施の形態１による映像表示装置の構成を示した図である。実施の形態１による映像表示装置は、スクリーンユニットＳ１、映像投影ユニットＰ１及び映像処理基板Ｃ１を有している。スクリーンユニットＳ１は、スクリーンＳ１１、視野角制御光学素子Ｓ１２、スクリーン固定部品Ｓ１３及び位置検出センサーＳ１４を有している。映像投影ユニットＰ１は、位置検出センサーＰ１１を有している。映像処理基板Ｃ１は、映像信号レシーバーＣ１１、歪み補正回路Ｃ１２、映像表示素子コントローラーＣ１３、光源コントローラーＣ１４、センサーＡ／ＤコンバーターＣ１５及びセンサーＡ／ＤコンバーターＣ１６を有している。スクリーンユニットＳ１は、スクリーンユニットセンサー信号Ｄ１９を映像処理基板Ｃ１に出力する。映像投影ユニットＰ１は、映像投影ユニットセンサー信号Ｄ１７を映像処理基板Ｃ１に出力する。映像処理基板Ｃ１は、外部映像入力Ｄ１１が入力される。また、映像処理基板Ｃ１は、映像表示素子制御信号Ｄ１４及び光源制御信号Ｄ１６を映像投影ユニットＰ１に出力する。

以下で、図１に沿って、実施の形態１による映像表示装置の構成の詳細を説明する。

スクリーンユニットＳ１は、映像投影ユニットＰ１から投影された映像を結像し、観察者が映像を視認するための装置である。スクリーンユニットＳ１は、リアプロジェクション方式のスクリーンである。図の説明を容易にするためにＸＹＺ座標を用いて説明する。スクリーンユニットＳ１の表示画面は、例えば矩形形状をしている。表示画面の短辺方向をＹ軸方向とし、長辺方向をＸ軸方向とし、Ｘ−Ｙ平面に垂直な方向をＺ軸方向とする。スクリーンユニットＳ１の表示画面側を＋Ｚ軸方向とする。また、スクリーンユニットＳ１の下方向を＋Ｙ軸方向とする。スクリーンユニットＳ１の表示画面を見て左側を＋Ｘ軸方向とする。「表示画面を見て」とは、スクリーンユニットＳ１の表示画面に対して対向して表示画面を見ることである。映像投影ユニットＰ１は−Ｚ軸方向から＋Ｚ軸方向に向けて映像を投影することとなる。なお、ＸＹＺ座標は、スクリーンユニットＳ１及び映像投影ユニットＰ１の位置関係を容易にするためであり、映像処理基板Ｃ１及び映像処理基板Ｃ１内部ブロックの位置関係を示すものではない。

スクリーンユニットＳ１は、映像が結像するスクリーンＳ１１と、視野角を制御するための視野角制御光学素子Ｓ１２と、スクリーンＳ１１及び視野角制御光学素子Ｓ１２を固定するためのスクリーン固定部品Ｓ１３と、スクリーンユニットＳ１に加わる振動又は加速度を検出するための位置検出センサーＳ１４を備えている。

映像が結像するスクリーンＳ１１は、アクリル又はガラスなどの透明あるいは有色の半透明素材でできている。スクリーンＳ１１は、光を拡散するために数mm〜数μmほどの大きさを持つガラスなどの透明粒子が内部に混ぜられている。あるいはスクリーンＳ１１は、上記の透明粒子が表面に塗布されている。スクリーンＳ１１は、このような組成により映像を結像し視認できるようにしたものである。こういったスクリーンＳ１１としては、現在、リアプロジェクション用スクリーンあるいはフィルムとして一般に製造されている。一般に製造されているスクリーンから、構造設計の強度や光学的な特性の要求に応じて選択すればよい。

視野角制御光学素子Ｓ１２は、具体的にはレンチキュラレンズ又はフレネルレンズであり、これらを単数又は複数用いることで、スクリーンＳ１１に結像する映像の視野角を制御するものである。「レンチキュラレンズ」とは、平面上に、シリンドリカルレンズが並んだレンズである。「シリンドリカルレンズ」とは、円柱軸に平行の円柱面を屈折面とするレンズである。「フレネルレンズ」とは、同心円上にカットすることで厚さを減らしたレンズである。レンチキュラレンズ又はフレネルレンズの直径又は焦点を適切に選択することで、視野角と輝度のバランスを調整することが可能になる。スクリーンＳ１１と映像投影ユニットＰ１の間に視野角制御光学素子Ｓ１２として、レンチキュラレンズ又はフレネルレンズなどの光学部品を設置する構造は、リアプロジェクション方式のテレビなどが一般的に持つ構造である。視野角制御光学素子Ｓ１２として用いるレンチキュラレンズ又はフレネルレンズも、一般に製造されているため、構造設計の強度や光学的な特性の要求に応じて選択すればよい。

スクリーン固定部品Ｓ１３は、金属又は樹脂などによってできている。スクリーン固定部品Ｓ１３は、スクリーンユニットＳ１に振動又は加速度が加わってもスクリーンＳ１１と視野角制御光学素子Ｓ１２との相対位置がずれることがないように、固定するものである。スクリーンＳ１１及び視野角制御光学素子Ｓ１２の剛性又は重量に応じて、スクリーン固定部品Ｓ１３の強度、及び、スクリーンＳ１１と視野角制御光学素子Ｓ１２との間隔を設計する必要がある。また、表示装置に加わる振動又は加速度の強さに応じて、スクリーン固定部品Ｓ１３の強度、及び、スクリーンＳ１１と視野角制御光学素子Ｓ１２との間隔を設計する必要がある。

位置検出センサーＳ１４は、スクリーンユニットＳ１の位置変化に関する信号をスクリーンユニットセンサー信号Ｄ１９として、映像処理基板Ｃ１に対して出力する。

位置検出センサーＳ１４は、センサーに掛かる加速度を電圧やディジタル信号などの電気的な信号に変換するデバイスである。位置検出センサーＳ１４は、加速度センサー及びジャイロスコープ（ジャイロセンサー）からなる。近年では、MEMS（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いた静電容量型の加速度センサー及びジャイロスコープなどが一般に製造されている。位置検出センサーＳ１４として用いるセンサーは、表示装置に加わる振動、加速度の強さ又はスクリーンユニットＳ１の共振周波数などから、振動又は加速度の変化を十分にモニタリングし、モニタリングする範囲をセンシングできるものを適切に選択すればよい。加速度センサーとして３軸方向を検出するものを用いる場合、スクリーンユニットＳ１の互いに直行する水平、垂直及び前後方向に各検出方向が来るように、設置するのが良い。また、一般に製造されているセンサーは１軸方向を検出するものだが、スクリーンユニットＳ１の水平、垂直及び前後方向に１つずつ設置してもよい。また、ジャイロセンサーも同様に、スクリーンユニットＳ１の水平軸回り、垂直軸回り及び前後方向軸回りの角速度を検出できるように配置すればよい。また、近年では３軸加速度センサーと３軸ジャイロスコープとがパッケージ化されたセンサーユニットも製造されている。このパッケージ化されたセンサーユニットを位置検出センサーＳ１４として用いてもよい。位置検出センサーＳ１４の設置位置は、なるべくスクリーンＳ１１全体の中央部分に近いスクリーン固定部品Ｓ１３上に設置することが望ましい。

映像投影ユニットＰ１は、映像処理基板Ｃ１から映像表示素子制御信号Ｄ１４と光源制御信号Ｄ１６とを受け、スクリーンユニットＳ１に映像を投影する。映像投影ユニットＰ１は、スクリーンユニットＳ１に対して−Z軸方向に位置する。そして、映像投影ユニットＰ１は、＋Ｚ軸方向に映像を投影する。

映像投影ユニットＰ１は、光源素子、映像表示素子、映像拡大焦点制御用レンズアレイ、その他ライトガイドなどの光学系及び各要素を保持するための構造部品からなっている。これは、一般的なプロジェクターの構造であり、既存のプロジェクターに用いられている技術を用いればよい。もっとも簡単な方法としては、製品化されているフロントプロジェクターそのものを用いればよい。光源素子は、具体的には水銀ランプ又はＬＥＤなどである。また、光源素子は、投影する映像の光源となるものであり、映像表示素子の駆動と同期して光量及び点灯消灯を制御する光源制御信号Ｄ１６によって制御される。ただし、本発明の最も有効な構成としては、光源としてレーザー素子などを用いたものが望ましい。レーザー素子を用いることで、三原色である赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の周波数帯域が狭く、互いの周波数分布帯域が重ならないようになるからである。映像表示素子は、具体的には、カラーフィルター型の液晶デバイス又はDMDなどである。映像表示素子は、映像表示素子制御信号Ｄ１４に基づいて光源素子の点灯と同期して映像を表示する。光源素子と映像表示素子との同期駆動については、一般的なプロジェクターの駆動原理を用いればよいので詳しくは延べない。ライトガイドは、光源素子から発せられた光を映像表示素子に供給するための光学デバイスである。また映像拡大焦点制御用レンズアレイは、光学レンズアレイの組み合わせによって、映像表示素子にて反射又は透過にて生成された映像光をスクリーンユニットＳ１に投影する。ライトガイド及びレンズアレイについては、一般的なプロジェクターの光学系の設計技術を用いればよいので詳しくは延べない。

映像投影ユニットＰ１は、加えてスクリーンユニットＳ１に用いた位置検出センサーＳ１４と同様の位置検出センサーＰ１１を備えている。位置検出センサーＰ１１は、映像投影ユニットＰ１の位置変化に関する信号を映像投影ユニットセンサー信号Ｄ１７として、映像処理基板Ｃ１に入力する。位置検出センサーＰ１１は、映像投影ユニットＰ１の中心に近い位置に設置されることが望ましい。

映像処理基板Ｃ１は、外部映像入力Ｄ１１の入力と映像投影ユニットセンサー信号Ｄ１７とスクリーンユニットセンサー信号Ｄ１９とに基づいて、映像表示素子制御信号Ｄ１４と光源制御信号Ｄ１６とを映像投影ユニットＰ１に出力する。

映像処理基板Ｃ１は、映像信号レシーバーＣ１１と歪み補正回路Ｃ１２と映像表示素子コントローラーＣ１３と光源コントローラーＣ１４とセンサーＡ／ＤコンバーターＣ１５とセンサーＡ／ＤコンバーターＣ１６とから構成されている。映像処理基板Ｃ１は、具体的には電子基板として実装される。映像信号レシーバーＣ１１、歪み補正回路Ｃ１２、映像表示素子コントローラーＣ１３、光源コントローラーＣ１４、センサーＡ／ＤコンバーターＣ１５及びセンサーＡ／ＤコンバーターＣ１６は、ＩＣ又はＦＰＧＡなどの電子回路として実装される。あるいは、映像処理基板Ｃ１全体を１チップのＩＣとしてまとめてもよい。また、図には示していないが、実際には適当な電源系が内部に実装あるいは外部に存在し、適切な電力が供給されている。

映像信号レシーバーＣ１１は、標準的な映像信号フォーマットである外部映像入力Ｄ１１を入力として受け、歪み補正回路Ｃ１２に対して映像信号処理回路が扱いやすい内部信号である内部映像信号Ｄ１２を出力する。外部映像入力Ｄ１１の具体的な例としてはＤＶＩ(Digital Visual Interface)又はＨＤＭＩ（High-Definition Multimedia Interface）などの形式の映像信号が考えられる。こういった、標準的な映像信号入力を受け付けることで、様々な映像機器との接続が可能となる。一方で、標準的な映像信号は、信号伝送に主眼が置かれているため、差動信号であること、また暗号化が行われていることなどが多い。このため、標準的な映像信号は、映像信号処理回路では扱いにくい形式となっている。そのため、映像信号レシーバーＣ１１は、映像信号処理回路で取扱いの容易な内部映像信号Ｄ１２に変換を行った後に歪み補正回路Ｃ１２に出力する。映像信号処理回路で扱いやすい内部映像信号Ｄ１２とは、例えば映像の各画素の赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）、つまりＲＧＢレベルを表す８ｂｉｔ又は１０ｂｉｔのディジタル信号である。あるいは映像信号処理回路で扱いやすい内部映像信号Ｄ１２とは、データシンク及びデータイネーブルと呼ばれる信号の開始タイミング及び有効期間を示した信号が組み合わさった信号である。こういった標準的な映像信号フォーマットであるＤＶＩなどから、ＲＧＢレベルとデータシンクとデータイネーブルとからなる信号への変換ＩＣは一般的に製造されている。映像信号レシーバーＣ１１は、歪み補正回路Ｃ１２及び映像表示素子Ｃ１３に合わせて、扱いやすい信号に変換できるものを使用すればよい。

センサーＡ／ＤコンバーターＣ１６は、スクリーンユニットセンサー信号Ｄ１９を受け取り、適切なゲイン及びオフセットをかける。「ゲインをかける」とは増幅することである。「オフセットをかける」とはオフセットを加算又は減算することである。「オフセット」とは基準からの差で表した値のことであり、電圧信号における基準は０Ｖであることが一般的である。次にセンサーＡ／ＤコンバーターＣ１６は、ディジタル信号としてスクリーンユニットセンサー内部信号Ｄ２０を出力する。スクリーンユニットセンサー信号Ｄ１９は、例えば電圧レベルによって、センサーの加速度レベル及び角加速度レベルを示すよう出力している。センサーＡ／ＤコンバーターＣ１６は、具体的にはオペアンプ（operational amplifier）とＡ／Ｄコンバーター（アナログディジタル変換回路）とを組み合わせて構成されている。センサーＡ／ＤコンバーターＣ１６は、スクリーンユニットセンサー信号Ｄ１９に含まれる各電圧信号をオペアンプによって適切なレベルになる様にゲインをかける。次に、センサーＡ／ＤコンバーターＣ１６は、オペアンプの出力をＡ／Ｄコンバーターにて、ディジタル信号に変換する。変換された信号は、スクリーンセンサー内部信号Ｄ２０として出力される。また、スクリーンユニットセンサー信号Ｄ１９が加速度センサー３軸方向及びジャイロセンサー３軸方向の合計６軸分の電圧信号からできている場合、センサーＡ／ＤコンバーターＣ１６の内部ではオペアンプとＡ／Ｄコンバーターとの組み合わせが６系統となる。スクリーンセンサー内部信号Ｄ２０は、各系統からの６出力を合わせた信号となる。

センサーＡ／ＤコンバーターＣ１５は、映像投影ユニットセンサー信号Ｄ１７を受け取る。センサーＡ／ＤコンバーターＣ１５は、映像投影ユニットセンサー信号Ｄ１７に対して適切なゲイン及びオフセットをかけたディジタル信号として映像投影ユニットセンサー内部信号Ｄ１８を出力する。センサーＡ／ＤコンバーターＣ１５は、センサーＡ／ＤコンバーターＣ１６と同様に複数系統のオペアンプとＡ／Ｄコンバーターとからなる。

歪み補正回路Ｃ１２は、内部映像信号Ｄ１２と映像投影ユニットセンサー内部信号Ｄ１８とスクリーンユニットセンサー内部信号Ｄ２０とを入力し、映像表示素子コントローラーＣ１３に対して補正後内部映像信号Ｄ１３を出力する。つまり、歪み補正回路Ｃ１２は、映像投影ユニットセンサー内部信号Ｄ１８とスクリーンユニットセンサー内部信号Ｄ２０とによってスクリーンユニットＳ１と映像投影ユニットＰ１との相対位置の変化を算出する。そして、歪み補正回路Ｃ１２は、算出された相対位置の変化に基づき、適切な歪み補正量にて内部映像信号Ｄ１２に対して歪み補正処理を行う。適切な歪み補正量は、スクリーンユニットＳ１上に投影される映像の色収差、歪み又は表示位置のずれを打ち消すように決められる。歪み補正処理の行われた内部映像信号Ｄ１２は、補正後内部映像信号Ｄ１３として出力される。歪み補正回路Ｃ１２は、具体的にはディジタル信号処理アルゴリズムをLSI(集積回路)に実装したＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）又はＦＰＧＡ（field programmable gate array）である。歪み補正回路Ｃ１２の詳しい動作及び回路構成は後述する。

映像表示素子コントローラーＣ１３は、補正後内部映像信号Ｄ１３を入力として受ける。映像表示素子コントローラーＣ１３は、映像投影ユニットＰ１に対して映像表示素子制御信号Ｄ１４を出力する。また、映像表示素子コントローラーＣ１３は、光源コントローラーＣ１４に対して光源発光タイミング信号Ｄ１５を出力する。映像表示素子制御信号Ｄ１４は、映像投影ユニットＰ１内の映像表示素子を制御するための信号である。映像表示素子制御信号Ｄ１４は、映像表示素子である液晶素子又はＤＭＤの各画素の動作角度及びタイミングを制御している。光源発光タイミング信号Ｄ１５は、映像投影ユニットＰ１における光源素子の発光タイミングを示している。映像表示素子コントローラーＣ１３が映像表示素子制御信号Ｄ１４と光源発光タイミング信号Ｄ１５とを適切なタイミング生成することにより、映像投影ユニットＰ１は映像を投影することができる。

映像表示素子コントローラーＣ１３は、具体的には、ディジタル集積回路である。映像表示素子コントローラーＣ１３は、映像投影素子に合わせて設計されている。液晶素子又はＤＭＤに対しては、対応する集積回路が製造されている。映像表示素子コントローラーＣ１３は、液晶素子又はＤＭＤなどの映像投影素子に対応する集積回路を用いればよい。

光源コントローラーＣ１４は、光源発光タイミング信号Ｄ１５を入力として受ける。光源コントローラーＣ１４は、映像投影ユニットＰ１に対して光源制御信号Ｄ１６を出力する。光源発光タイミング信号Ｄ１５は、映像投影ユニットＰ１内の光源素子の点灯と消灯とを切り替える信号である。光源がＲＧＢの３色のLEDを使用している場合は、各LEDの点灯と消灯とを制御する３系統の信号が送られる。映像投影ユニットＰ１内の光源素子の電源のＯＮ又はＯＦＦを制御端子電圧でスイッチできる機構とした場合、光源発光タイミング信号Ｄ１５は、その制御端子に接続され電圧によって光源素子を制御する。一方、映像投影ユニットＰ１内の光源素子に電源が供給されない構成とした場合は、光源発光タイミング信号Ｄ１５そのものを光源素子へ供給する電源系の信号としてもよい。この場合、光源発光タイミング信号Ｄ１５は、電源系の信号として直接光源素子の点灯と消灯とを制御する。光源コントローラーＣ１４は、ディジタル集積回路で構成することができる。光源発光タイミング信号Ｄ１５を光源素子へ供給する電源系の信号とする場合、光源コントローラーＣ１４には、ＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field effect transistor）などからなる電気的スイッチ素子をさらに追加すればよい。

図２は、図１で示した歪み補正回路Ｃ１２のブロック図である。歪み補正回路Ｃ１２は、歪み補正ブロックＣ１２１、補正パターン算出ブロックＣ１２２及び補正量ＬＵＴブロックＣ１２３を有する。補正パターン算出ブロックＣ１２２は、映像投影ユニットセンサー内部信号Ｄ１８及びスクリーンユニットセンサー内部信号Ｄ２０が入力される。歪み補正ブロックＣ１２１は、データシンク信号Ｄ１２１、データイネーブル信号Ｄ１２２、Ｒ映像信号Ｄ１２３、Ｇ映像信号Ｄ１２４、Ｂ映像信号Ｄ１２５、補正パターン信号Ｄ２１及び補正量信号Ｄ２２が入力される。また、歪み補正ブロックＣ１２１は、データシンク信号Ｄ１３１、データイネーブル信号Ｄ１３２、補正後Ｒ映像信号Ｄ１３３、補正後Ｇ映像信号Ｄ１３４及び補正後Ｂ映像信号Ｄ１３５を出力する。補正量ＬＵＴブロックＣ１２３は、補正量信号Ｄ２２を歪み補正ブロックＣ１２１へ出力する。

歪み補正ブロックＣ１２１、補正パターン算出ブロックＣ１２２及び補正量ＬＵＴブロックＣ１２３は、集積回路である歪み補正回路Ｃ１２内に実装された、ディジタル信号処理アルゴリズムを機能的に分割したブロックである。別のチップとして実装されている歪み補正ブロックＣ１２１、補正パターン算出ブロックＣ１２２及び補正量ＬＵＴブロックＣ１２３の各ブロックを組み合わせて用いてもよい。

以下で、図２に沿って、実施の形態１による映像表示装置の構成の詳細を説明する。

歪み補正ブロックＣ１２１は、データシンク信号Ｄ１２１とデータイネーブル信号Ｄ１２２とＲ映像信号Ｄ１２３とＧ映像信号Ｄ１２４とＢ映像信号Ｄ１２５と補正パターン信号Ｄ２１と補正量信号Ｄ２２とを入力として受け取る。また、歪み補正ブロックＣ１２１は、データシンク信号Ｄ１３１とデータイネーブル信号Ｄ１３２と補正後Ｒ映像信号Ｄ１３３と補正後Ｇ映像信号Ｄ１３４と補正後Ｂ映像信号Ｄ１３５とを出力する。

データシンク信号Ｄ１２１とデータイネーブル信号Ｄ１２２とＲ映像信号Ｄ１２３とＧ映像信号Ｄ１２４とＢ映像信号Ｄ１２５とは、図１で説明した内部映像信号Ｄ１２を構成する信号である。Ｒ映像信号Ｄ１２３とＧ映像信号Ｄ１２４とＢ映像信号Ｄ１２５とはそれぞれ、映像信号レシーバーＣ１１によって変換された映像の各画素のＲ、Ｇ及びＢの信号である。データシンク信号Ｄ１２１とデータイネーブル信号Ｄ１２２とは、Ｒ映像信号Ｄ１２３、Ｇ映像信号Ｄ１２４及びＢ映像信号Ｄ１２５の映像の開始タイミングと有効期間とを表す信号である。

同様に、データシンク信号Ｄ１３１とデータイネーブル信号Ｄ１３２と補正後Ｒ映像信号Ｄ１３３と補正後Ｇ映像信号Ｄ１３４と補正後Ｂ映像信号Ｄ１３５とは、図１で説明した補正後内部映像信号Ｄ１３を構成する信号である。データシンク信号Ｄ１３１は、映像の開始タイミングを表す信号である。データイネーブル信号Ｄ１３２は、映像の有効期間を表す信号である。補正後Ｒ映像信号Ｄ１３３、補正後Ｇ映像信号Ｄ１３４及び補正後Ｂ映像信号Ｄ１３５は、映像の各画素のＲ、Ｇ及びＢの信号レベルを表す信号である。

補正量信号Ｄ２２は、補正量ＬＵＴブロックＣ１２３に記録されている複数の歪み補正量パラメータである。また、補正パターン信号Ｄ２１は、複数の歪み補正量パラメータの内いずれのパラメータを使用するかを選択する信号である。

歪み補正ブロックＣ１２１は、補正パターン信号Ｄ２１にて選択された歪み補正量パラメータを用いて、内部映像信号Ｄ１２に対して歪み補正処理を行う。歪み補正ブロックＣ１２１は、歪み補正処理を行った信号を補正後内部映像信号Ｄ１３として出力する。この際の、ディジタル信号処理による歪み補正アルゴリズムは、一般的なフロントプロジェクターなどに用いられるものと同等である。ディジタル信号処理による歪み補正アルゴリズムは、集積回路化されているものを適用してもよい。また、ディジタル信号処理による歪み補正アルゴリズムは、適当なアルゴリズムをFPGA又はASICとして実装しても良い。ただし、歪み補正は、Ｒ映像信号Ｄ１２３、Ｇ映像信号Ｄ１２４及びＢ映像信号Ｄ１２５のそれぞれに個別に、異なった歪み補正が行われる。選択される歪み補正量のパラメータは、Ｒ映像信号Ｄ１２３、Ｇ映像信号Ｄ１２４及びＢ映像信号Ｄ１２５のそれぞれに対して歪み補正を行う変形の形や強度を表した複数の数値の組み合わせである。詳しい動作と効果は後述するが、歪み補正は、Ｒ映像信号Ｄ１２３、Ｇ映像信号Ｄ１２４及びＢ映像信号Ｄ１２５に対し個別に行う。個別に歪み補正を行うことで、スクリーンユニットＳ１と映像投影ユニットＰ１との相対位置のずれによって生じる映像の歪みや表示位置ずれをなくすことができる。また、個別に歪み補正を行うことで、色収差を補正し、映像のぼやけをなくすことができる。

補正パターン算出ブロックＣ１２２は、映像投影ユニットセンサー内部信号Ｄ１８とスクリーンユニットセンサー内部信号Ｄ２０とを入力として受ける。補正パターン算出ブロックＣ１２２は、補正パターン信号Ｄ２１を出力する。補正パターン算出ブロックＣ１２２は、映像投影ユニットセンサー内部信号Ｄ１８とスクリーンユニットセンサー内部信号Ｄ２０とに基づいて、映像表示装置に加わる加速度及び振動による映像投影ユニットＰ１とスクリーンユニットＳ１との相対位置のずれを算出する。そして、そのずれによる映像の歪み、色収差及び表示位置ずれを打ち消す適切な補正量パラメータを補正量信号Ｄ２２から選択する信号として、補正パターン信号Ｄ２１を出力する。具体的な相対位置のずれの検出方法については後述する。

補正量ＬＵＴブロックＣ１２３は、補正量パラメータを保持する。補正量ＬＵＴブロックＣ１２３が保持する補正量パラメータは、映像投影ユニットＰ１とスクリーンユニットＳ１との相対位置のずれによる、映像の歪みや表示位置ずれ及び色収差を補正するためのパラメータである。補正量ＬＵＴブロックＣ１２３が保持する補正量パラメータは、映像投影ユニットＰ１とスクリーンユニットＳ１との相対位置のずれ量に対応する複数パターンの補正量である。補正量ＬＵＴブロックＣ１２３は、補正量信号Ｄ２２として、補正量を出力する。補正量ＬＵＴブロックＣ１２３が保持している補正量パラメータは、映像投影ユニットＰ１とスクリーンユニットＳ１とを固定保持する構造の剛性と、映像表示装置に加わる振動及び加速度の強度に応じて最適化される。補正量パラメータの最適化は、映像表示装置を設計する段階であらかじめ計算される。または、補正量パラメータの最適化は、表示装置の製造ばらつきに対応するため製造工程にて行う。補正量パラメータの最適化を製造工程で行った場合、製造コストは増加する。しかし、補正量パラメータの最適化を製造工程で行った場合、補正精度は高くなり、映像の歪みやボケや位置ずれをより高品位に補正することができる。

また、補正量パラメータのパターン数が多い場合、補正量信号Ｄ２２の配線が多数となる。配線が多数となることが不都合な場合は、必要な補正量パラメータのみを補正量信号Ｄ２２として出力するようにしてもよい。必要な補正量パラメータのみを補正量信号Ｄ２２として出力する場合には、歪み補正ブロックＣ１２１から補正量ＬＵＴブロックＣ１２３に対して選択する補正量パラメータのインデックス（番号）信号を送る。

また、補正量ＬＵＴブロックＣ１２３があらかじめ最適化された補正量パラメータを保持する代わりに、映像投影ユニットＰ１とスクリーンユニットＳ１との構造と光学的特性を保持し、最適な補正量パラメータを算出できるようにしてもよい。その場合、補正パターン信号は、補正量パラメータを選択する信号ではない。その場合の補正パターン信号は、補正パターン算出ブロックＣ１２２内で算出された映像投影ユニットＰ１とスクリーンユニットＳ１との相対位置のずれ量となる。

図３は、映像投影ユニットＰ１からスクリーンユニットＳ１へ映像が投影される際に起きる色収差についての説明図である。図３において、映像投影ユニットＰ１は、＋Ｚ軸方向に位置するスクリーンユニットＳ１に対して映像を投影する。図３中の一点鎖線は、映像投影ユニットＰ１とスクリーンユニットＳ１との中心線を示している。Ｌ１１１及びＬ１１２で示される実線は、映像投影ユニットＰ１から投影される映像に含まれるもっとも短い波長の光がとりうる光路の範囲を示している。また、Ｌ１２１及びＬ１２２で示される実線は、映像投影ユニットＰ１から投影される映像に含まれるもっとも長い波長の光がとりうる光路の範囲を示している。投影される映像に含まれる光は、波長によって投影される角度が異なる。これは映像投影ユニットＰ１に含まれるレンズアレイによって引き起こされる色収差である。それゆえ、映像投影ユニットＰ１に含まれる映像表示素子ひとつからＲＧＢ各色の映像がスクリーンユニットＳ１に投影されると、色により投影拡大される大きさが異なってしまい、その結果、にじんだ映像となる。

図４は、スクリーンユニットＳ１に映像が投影された際、視野角制御光学素子Ｓ１２によって引き起こされる色収差についての説明図である。図４は、図１又は図３で示したスクリーンユニットＳ１の＋Ｙ軸方向である下部を拡大した図である。つまり、スクリーンＳ１１及び視野角制御光学素子Ｓ１２の＋Ｙ軸方向である下部を拡大した図である。Ｌ２１１で示される太い実線は、投影された映像の光１つの光路を示している。Ｌ２１２で示された実線矢印は、光路Ｌ２１１を通過してきた短い波長の光の光路を示している。一方、Ｌ２１３で示された実線矢印は、光路Ｌ２１１を通過してきた長い波長の光の光路を示している。このように、スクリーンユニットＳ１に投射された映像の光は、視野角制御光学素子Ｓ１２に入光する角度が同じであっても、波長によって屈折角が異なるため、互いに光路がずれる。スクリーンユニットＳ１に投射された映像の光の光路がずれることは、色収差が発生する要因となる。

以上、図３及び図４で示したように、通常、映像投影ユニットＰ１のレンズアレイとスクリーンユニットＳ１の視野角制御光学素子Ｓ１２との２つの要因によって色収差が起きる。上記２つの要因による色収差に対し、本発明による映像表示装置では、図１及び図２に示した構成により、映像信号処理によって補正する。映像信号処理によって、色収差を補正することで、色収差によって発生する画像のぼやけをなくすことができる。また、スクリーンユニットＳ１に含まれる視野角制御光学素子Ｓ１２及び映像投影ユニットＰ１のレンズアレイを最適化することで色収差を補正する場合に比べ、光学設計コストを低減することができる。また、表示装置の個体差による色収差の発生の仕方を信号処理パラメータの変更で吸収することで、構成部品の歩留まりを上げ、製造コストを低減させる効果がある。

図５は、実施の形態１による映像表示装置に加速度又は振動が加わり、スクリーンユニットＳ１と映像投影ユニットＰ１の相対位置がずれた場合についての説明図である。図５において、映像投影ユニットＰ１から＋Ｚ軸方向に位置するスクリーンユニットＳ１への映像は、上方向（−Ｙ軸方向）にずれている。図５中の一点鎖線は、スクリーンユニットＳ１との相対位置がずれていない場合の映像投影ユニットＰ１の中心軸である。図５中の破線は、スクリーンユニットＳ１と相対位置がずれている図中の映像投影ユニットＰ１の中心軸を示している。Ｌ３１１及びＬ３１２で示される実線は、図３で示したＬ１１１及びＬ１１２と同様、映像投影ユニットＰ１から投影される映像に含まれるもっとも短い波長の光がとりうる光路の範囲を示している。また、Ｌ３２１及びＬ３２２で示される実線は、映像投影ユニットＰ１から投影される映像に含まれるもっとも長い波長の光がとりうる光路の範囲を示している。

図３に示したスクリーンユニットＳ１と映像投影ユニットＰ１との相対位置がずれていない場合と比較して、図５においては投影される映像の光の光路長さが変化している。すなわち、光路Ｌ３１１は光路Ｌ１１１に比べ長くなり、光路Ｌ３１２は光路Ｌ１１２より短くなっている。同様に、光路Ｌ３２１は光路Ｌ１２１より長くなり、光路Ｌ３２２は光路Ｌ１２２より短くなっている。光路長が長くなると、映像投影ユニットＰ１のレンズアレイによって起きる色収差がより拡大され、逆に光路長が短くなると、色収差は縮小される。それ故、スクリーンユニットＳ１と映像投影ユニットＰ１との相対位置がずれた場合、色収差による映像のぼやけ方が変わるため、映像信号処理による補正量も変更が必要となる。

さらに、図３に示したスクリーンユニットＳ１と映像投影ユニットＰ１との相対位置がずれていない場合と比較して、図５において投影される映像の光のスクリーンユニットＳ１にあたる位置が変化している。そのため、投影される映像の光が視野角制御光学素子Ｓ１２へ入光する角度も変化している。この入光角の変化からも、色収差による映像のぼやけ方が変わる。このため、映像信号処理による補正量も変更が必要となる。

図６（Ａ）は、図３に示した状況での投影像をスクリーンユニットＳ１の表示画面側である＋Ｚ軸方向から見た場合を示している。また、図６（Ｂ）は、図５に示した状況での投影像をスクリーンユニットＳ１の表示画面側である＋Ｚ軸方向から見た場合を示している。

図６（Ａ）において、Ｓ１１で示された部分は、図１におけるスクリーンＳ１１を表示画面側である＋Ｚ軸方向から見た場合の範囲を示している。また、ＩＭ１１１で示された範囲は、図３においてＬ１２１及びＬ１２２で示された長い波長の光が投影される範囲を示している。同様に、ＩＭ１２１で示された範囲は、図３においてＬ１１１及びＬ１１２で示された短い波長の光が投影される範囲を示している。通常、ＩＭ１１１及びＩＭ１２１が長方形型に投影されるよう、映像投影ユニットＰ１のレンズアレイとスクリーンユニットＳ１の視野角制御素子Ｓ１２とは光学的に設計される。そして、色収差を補正しない安価な光学では、図６（Ａ）の様に、短い波長の光が投影される範囲ＩＭ１２１より、長い波長の光が投影される範囲ＩＭ１１１の方が大きく投影される。

図６（Ｂ）において、Ｓ１１に示された部分は、図６（Ａ）のＳ１１と同様に図１におけるスクリーンＳ１１を表示画面側である＋Ｚ軸方向から見た場合の範囲を示している。また、ＩＭ１１２で示された範囲は、図５においてＬ３２１及びＬ３２２で示された長い波長の光が投影される範囲を示している。同様に、ＩＭ１２２で示された範囲は、図５においてＬ３１１及びＬ３１２で示された短い波長の光が投影される範囲を示している。映像表示装置に加速度又は振動が加わり、スクリーンユニットＳ１と映像投影ユニットＰ１との相対位置がずれた場合、図６（Ｂ）のＩＭ１１２及びＩＭ１２２の様に、スクリーンＳ１１上の表示位置のずれ及び歪みが発生する。表示位置のずれ及び歪みの発生により、図６（Ａ）のＩＭ１１１及びＩＭ１２１の色収差の関係に比べ、図６（Ｂ）のＩＭ１１２及び１２２の色収差の関係は異なっている。そのため、信号処理によって色収差及び映像の歪みを補正するには、スクリーンユニットＳ１と映像投影ユニットＰ１との相対位置のずれに応じて異なる補正量パラメータを用いた補正を行う必要がある。

図７は、映像投影ユニットＰ１のレンズアレイとスクリーンユニットＳ１の視野角制御素子Ｓ１２との光学系によって発生する色収差及び歪みを補正する方法についての説明図である。図７は、図６の右上（＋Ｘ軸方向かつ−Ｙ軸方向）を拡大した図である。図７におけるＳ１１は、スクリーンを示している。図７におけるＩＭ２１１は、ＲＧＢ原色の内でもっとも波長が短い青色（Ｂ）の光が投影されるスクリーンの範囲を示している。図７におけるＩＭ２２１は、ＲＧＢ原色の内で中間的な波長である緑色（Ｇ）の光が投影されるスクリーンの範囲を示している。図７におけるＩＭ２３１は、ＲＧＢ原色の内でもっとも波長が長い赤色（Ｒ）の光が投影されるスクリーンの範囲を示している。ＩＭ２１１、ＩＭ２１１及びＩＭ２３１の拡大量の違いは、光学的な性質によるものである。このため、信号処理による歪み補正は、拡大ではなく縮小のみ可能である。それゆえ、図７中の矢印で示すように、光学的に最も拡大量の少ない青色であるB映像ＩＭ２１１の大きさに合わせて、Ｇ映像ＩＭ２２１及びＲ映像ＩＭ２３１を縮小すればよい。すなわち、Ｒ、Ｇ及びＢの映像信号をそれぞれ異なった補正量で歪み補正を行えばよい。このようにすれば、Ｒ、Ｇ及びＢの映像を同じ大きさに投影できるので、色収差によるにじみがない良好な映像を作り出すことができる。

歪み補正は、図１で示した歪み補正回路Ｃ１２によってなされる。歪み補正方法は、プロジェクター又はプロジェクションＴＶの歪み補正、ワーピング及びキーストン補正としてさまざまのものが提案されている。提案されている方法から適切な歪み補正方法を用いればよい。また、ＲＧＢの原色の波長が急峻で独立性の高い光源を用いている場合が、最も効果を発揮する。

位置ずれは、色収差、又は、スクリーンユニットＳ１と映像投影ユニットＰ１との相対位置のずれによって発生する。位置ずれ及び映像の歪みは、補正量パラメータを適切に設計し、歪み補正回路Ｃ１２によってＲＧＢ個別に歪み補正を行うことにより補正することができる。

スクリーンユニットＳ１に投影された映像の色収差、位置ずれ及び歪みに応じた適切な歪み補正を行うためには、スクリーンユニットＳ１と映像投影ユニットＰ１との相対位置のずれを検出する必要がある。図１及び図２のように、スクリーンユニットセンサー内部信号Ｄ２０と、映像投影ユニットセンサー内部信号Ｄ１８とに基づいて、補正パターン算出ブロックＣ１２２が、補正パターン信号Ｄ２１を生成する。スクリーンユニットセンサー内部信号Ｄ２０は、スクリーンユニットＳ１に含まれる位置センサーＳ１４によって得られる加速度及び角加速度を示す信号である。映像投影ユニットセンサー内部信号Ｄ１８は、映像投影ユニットＰ１に含まれる位置検出センサーＰ１１によって得られる加速度及び角加速度を示す信号である。補正パターン信号Ｄ２１は、適切な歪み補正量パラメータを選択するための信号である。補正パターン算出ブロックＣ１２２は、信号Ｄ２０とＤ１８とをそれぞれ積分することで、スクリーンユニットＳ１と映像投影ユニットＰ１との位置変化を算出する。また、補正パターン算出ブロックＣ１２２は、算出した位置変化からスクリーンユニットＳ１と映像投影ユニットＰ１との相対位置の変化を求める。

図８及び図９を用いて、本発明による映像表示装置に振動又は加速度が掛かった場合のスクリーンユニットＳ１と映像投影ユニットＰ１との位置変化について具体的な例を示す。

図８は、本発明による映像表示装置が自動車に搭載されている場合の映像投影ユニットＰ１の位置変化を示した図である。映像投影ユニットＰ１は、走行時にエンジンなどから受ける振動によって、周期的な加速度を受けるために位置が変化する。横軸は時間の経過を表しており、縦軸は、スクリーンユニットＳ１に掛かる加速度、映像投影ユニットＰ１に掛かる加速度、及びスクリーンユニットＳ１と映像投影ユニットＰ１との相対位置を示している。Ｇ１１で示される実線は、スクリーンユニットＳ１に掛かる加速度を表している。Ｇ１２で示される実線は、映像投影ユニットＰ１に掛かる加速度を表している。Ｇ１３で示される太い実線は、スクリーンユニットＳ１と映像投影ユニットＰ１との相対位置を表している。スクリーンユニットＳ１に含まれる位置検出センサーＳ１４と映像投影ユニットＰ１に含まれる位置検出センサーＰ１１とはそれぞれ３軸方向の加速度と、３軸方向の角加速度とを検出することができる。このため、実際には、Ｇ１１及びＧ１２以外の加速度と角加速度とが存在する。しかし、ここでは、説明を簡単にするために、ある同じ方向軸のＧ１１及びＧ１２を代表として示している。残りの軸方向についても同じ様に考えることができる。スクリーンユニットＳ１は、自動車へスクリーンユニットＳ１を固定する際の構造などによってエンジンなどによる振動の影響は受けないものとする。スクリーンユニットＳ１は、Ｇ１１の様に、重力による一定の加速度が掛かり続けているとする。一方、映像投影ユニットＰ１は、自動車へ固定されており、エンジンなどから受ける振動によって、Ｇ１１の様に周期的に変化する加速度が掛かっているとする。スクリーンユニットＳ１と映像投影ユニットＰ１との相対位置変化は、それぞれに掛かる加速度の差の積分で求められる。図８中のＧ１１及びＧ１２で囲まれた斜線で示す範囲の面積が加速度の差の積分値である。そして、各時刻でのスクリーンユニットＳ１と映像投影ユニットＰ１との相対位置は、Ｇ１３で示されたように周期的に変化する。

図９は、本発明による映像表示装置が自動車に搭載されている場合のスクリーンユニットＳ１及び映像投影ユニットＰ１の位置変化を示した図である。スクリーンユニットＳ１及び映像投影ユニットＰ１は、自動車が加減速することによって、位置が変化する。図８と同じく、図９の横軸は時間の経過を表している。図９の縦軸は、スクリーンユニットＳ１に掛かる加速度、映像投影ユニットＰ１に掛かる加速度、及びスクリーンユニットＳ１と映像投影ユニットＰ１との相対位置を示している。Ｇ２１で示される細い実線は、スクリーンユニットＳ１に掛かる加速度を表している。Ｇ２２で示される太い実線は、映像投影ユニットＰ１に掛かる加速度を表している。Ｇ２３で示される太い実線は、スクリーンユニットＳ１と映像投影ユニットＰ１との相対位置を表している。図９は、自動車がはじめ徐々に加速し、次に一定の加速度に達し、やがて加速を緩め一定速度になる状況を示している。これは、例えば、自動車が発進する際から停止する際までの動作である。スクリーンユニットＳ１に掛かる加速度の変化は、自動車の加速度変化と同じであるので、Ｇ２１のような台形型で示されるような変化を示す。一方、映像投影ユニットＰ１は、自動車へ固定するにあたり、例えばダンパー機構などを必要とする。「ダンパー」とは、振動エネルギーを消散させて衝撃または振動の振幅を軽減する装置のことである。「消散」とは消し散らすことである。ダンパー機構は、振幅を軽減する機構なので、映像投影ユニットＰ１の加速度変化は、自動車自身の加速度変化に比べて遅延することとなる。そのため、映像投影ユニットＰ１の加速度変化は、Ｇ２２のような台形型で示されるような変化を示す。スクリーンユニットＳ１と映像投影ユニットＰ１との相対位置変化は、それぞれに掛かる加速度の差の積分で求められる。スクリーンユニットＳ１と映像投影ユニットＰ１との相対位置変化は、図８で示した映像投影ユニットＰ１に振動が加わる場合と同様である。図９中のＧ２１及びＧ２２で囲まれた斜線で示す範囲の面積が加速度の差の積分値である。そして、各時刻でのスクリーンユニットＳ１と映像投影ユニットＰ１との相対位置は、Ｇ２３で示されたように台形型で示されるよう変化をする。

以上、図８及び図９に示したように、本発明は、エンジンの振動や自動車の加速の影響などによる、スクリーンユニットＳ１と映像投影ユニットＰ１との相対位置のずれを検出することが可能である。それにより本発明は、適切な歪み補正量パラメータを決定することが可能である。

実施の形態２．
図１０は、本発明の実施の形態２による映像表示装置の構成を詳細に示した図である。実施の形態２による映像表示装置は、スクリーンユニットＳ２、映像投影ユニットＰ２及び映像処理基板Ｃ２からなっている。ＸＹＺ座標を用いたスクリーンユニットＳ２及び映像投影ユニットＰ２の位置関係は図１における位置関係と同様である。また、ＸＹＺ座標は、映像処理基板Ｃ２及び映像処理基板Ｃ２内部ブロックの位置関係を示すものではない。

スクリーンユニットＳ２は、映像投影ユニットＰ２から投影された映像を結像し、観察者が映像を視認するための装置である。スクリーンユニットＳ２は、映像が結像するスクリーンＳ２１と、視野角を制御するための視野角制御光学素子Ｓ２２と、スクリーンＳ２１及び視野角制御光学素子Ｓ２２を固定するためのスクリーン固定部品Ｓ２３とからなっている。スクリーンＳ２１、視野角制御光学素子Ｓ２２及びスクリーン固定部品Ｓ２３は、実施の形態１で示したスクリーンＳ１１、視野角制御光学素子Ｓ１２及びスクリーン固定部品Ｓ１３と同じものであり、その機能も同じである。

映像投影ユニットＰ２は、映像処理基板Ｃ２から映像素子制御信号Ｄ２４と光源制御信号Ｄ２６とを入力として受け、スクリーンユニットＳ２に映像を投影する。映像投影ユニットＰ２は、実施の形態１の映像投影ユニットＰ１と同じものであり、光源素子、映像表示素子、映像拡大焦点制御用レンズアレイ、その他ライトガイドなどの光学系及び各要素を保持するための構造部品からなっている。さらに映像投影ユニットＰ２は、カメラセンサーＰ２１を備えている。カメラセンサーＰ２１は、スクリーンユニットＳ２を撮影するように設置されている。カメラセンサーＰ２１は、撮像された映像をカメラセンサー信号Ｄ２７として、映像処理基板Ｃ２に出力する。カメラセンサーＰ２１は、映像投影ユニットＰ２の中心に近い位置に設置されることが望ましい。カメラセンサーＰ２１は、具体的には、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラなど製品化されているものを用いればよい。カメラセンサー信号Ｄ２７は、使用するカメラの映像信号フォーマットによってその信号の種類が決定される。例えば、信号の種類とは、同期信号又は輝度信号の３チャンネルのディジタル信号などである。

映像処理基板Ｃ２は、外部映像入力Ｄ２１及びカメラセンサー信号Ｄ２７に基づいて、映像素子制御信号Ｄ２４と光源制御信号Ｄ２６とを映像投影ユニットＰ２に出力する。

映像処理基板Ｃ２は、映像信号レシーバーＣ２１と歪み補正回路Ｃ２２と映像表示素子コントローラーＣ２３と光源コントローラーＣ２４と表示位置検出回路Ｃ２５とから構成されている。映像処理基板Ｃ２は、具体的には電子基板として実装される。映像信号レシーバーＣ２１、歪み補正回路Ｃ２２、映像表示素子コントローラーＣ２３、光源コントローラーＣ２４及び表示位置検出回路Ｃ２５は、ＩＣ又はＦＰＧＡなどの電子回路として実装される。映像信号レシーバーＣ２１、映像表示素子コントローラーＣ２３及び光源コントローラーＣ２４は、実施の形態１における映像処理基板Ｃ１に含まれる映像信号レシーバーＣ１１、映像表示素子コントローラーＣ１３及び光源コントローラーＣ１４と同じものであり、その機能も同じである。ブロック間でやり取りされる信号、外部映像入力Ｄ２１、内部映像信号Ｄ２２、補正後内部映像信号Ｄ２３、映像表示素子制御信号Ｄ２４、光源発光タイミング信号Ｄ２５及び光源制御信号Ｄ２６も、図１に示される実施の形態１の外部映像入力Ｄ１１、内部映像信号Ｄ１２、補正後内部映像信号Ｄ１３、映像表示素子制御信号Ｄ１４、光源発光タイミング信号Ｄ１５及び光源制御信号Ｄ１６と同じである。

表示位置検出回路Ｃ２５は、カメラセンサー信号Ｄ２７を入力し、表示位置内部信号Ｄ２８を歪み補正回路Ｃ２２に出力する。表示位置検出回路Ｃ２５は、カメラセンサー信号Ｄ２７から、スクリーンユニットＳ２と映像投影ユニットＰ２との相対位置のずれを算出する。スクリーンユニットＳ２と映像投影ユニットＰ２との相対位置のずれを算出する方法としては、画像認識によりカメラセンサーＰ２１により撮像された画像上のスクリーンユニットＳ２の領域を識別し、その位置から算出する方法がある。すなわち、スクリーンユニットＳ２と映像投影ユニットＰ２との相対位置がずれた場合、映像投影ユニットＰ２に固定されているカメラセンサーＰ２１によって撮像されるスクリーンユニットＳ２の位置が変化する。そのずれ量から表示位置検出回路Ｃ２５は、スクリーンユニットＳ２と映像投影ユニットＰ２との相対位置のずれを逆算することができる。表示位置内部信号Ｄ２８は、算出されたスクリーンユニットＳ２と映像投影ユニットＰ２との相対位置のずれ量をディジタル信号で表したものである。

歪み補正回路Ｃ２２は、図２で説明した実施の形態１の歪み補正回路Ｃ１２とほぼ同じ構造を持ち、基本的に同じ機能を有する。すなわち、歪み補正回路Ｃ２２は、歪み補正ブロックＣ１２１と補正パターン算出ブロックＣ１２２と補正量ＬＵＴブロックＣ１２３とに相当するブロックを有している。本実施の形態２においては、補正パターン算出ブロックＣ１２２に相当するブロックの機能及び入力が以下に述べるように実施の形態１と差異を有している。実施の形態１の歪み補正回路Ｃ１２は、補正パターン算出ブロックＣ１２２の入力として映像投影ユニットセンサー内部信号Ｄ１８とスクリーンユニットセンサー内部信号Ｄ２０とを入力として受ける。歪み補正回路Ｃ１２は、スクリーンユニットＳ１と映像投影ユニットＰ１との相対位置のずれを算出し、適切な補正量パターン信号Ｃ１２２を出力する。これに対し、実施の形態２における歪み補正回路Ｃ２２は、補正パターン算出ブロックＣ１２２に相当するブロックにおいて、表示位置内部信号Ｄ２８を入力として、補正量パターン信号Ｃ１２２に相当する適切な信号を出力する。表示位置内部信号Ｄ２８は、スクリーンユニットＳ２と映像投影ユニットＰ２との相対位置のずれ量を表している。これにより、補正パターン算出ブロックＣ１２２に相当するブロック内でスクリーンユニットＳ２と映像投影ユニットＰ２との相対位置のずれ量を算出する必要がない。

また、本発明による映像表示装置のスクリーンユニットと映像投影ユニットとの相対位置を検出する方法として、上記実施の形態１及び実施の形態２に示した以外のセンサー又は方法を用いても良い。

また、本発明による映像表示装置を搭載した乗り物において、本発明は効果を有する。ここで乗り物とは、車両、船舶及び飛行機などを言う。特に、走行する際に地面と接することによる振動が伝わる車両において顕著な効果を有する。

Ｉ１ 映像表示装置、Ｓ１ スクリーンユニット、Ｐ１ 映像投影ユニット、Ｃ１ 映像処理基板、Ｓ１１ スクリーン、Ｓ１２ 視野角制御光学素子、Ｓ１３ スクリーン固定部品、Ｓ１４ 位置検出センサー、Ｐ１１ 位置検出センサー、Ｃ１１ 映像信号レシーバー、Ｃ１２ 歪み補正回路、Ｃ１３ 映像表示素子コントローラー、Ｃ１４ 光源コントローラー、Ｃ１５ センサーＡ／Ｄコンバーター、Ｃ１６ センサーＡ／Ｄコンバーター、Ｄ１１ 外部映像入力、Ｄ１２ 内部映像信号、Ｄ１３ 補正後内部映像信号、Ｄ１４ 映像表示素子制御信号、Ｄ１５ 光源発光タイミング信号、Ｄ１６ 光源制御信号、Ｄ１７ 映像投影ユニットセンサー信号、Ｄ１８ 映像投影ユニットセンサー内部信号、Ｄ１９ スクリーンユニットセンサー信号、Ｄ２０ スクリーンユニットセンサー内部信号、Ｃ１２１ 歪み補正ブロック、Ｃ１２２ 補正パターン算出ブロック、Ｃ１２３ 補正量ＬＵＴブロック、Ｄ２１ 補正パターン信号、Ｄ２２ 補正量信号、Ｄ１２１ データシンク信号、Ｄ１２２ データイネーブル信号、Ｄ１２３ Ｒ映像信号、Ｄ１２４ Ｇ映像信号、Ｄ１２５ Ｂ映像信号、Ｄ１３１ データシンク信号、Ｄ１３２ データイネーブル信号、Ｄ１３３ 補正後Ｒ映像信号、Ｄ１３４ 補正後Ｇ映像信号、Ｄ１３５ 補正後Ｂ映像信号、Ｌ１１１ もっとも短い波長の光がとりうる光路の範囲の境界、Ｌ１１２ もっとも短い波長の光がとりうる光路の範囲の境界、Ｌ１２１ もっとも長い波長の光がとりうる光路の範囲の境界、Ｌ１２２ もっとも長い波長の光がとりうる光路の範囲の境界、Ｌ２１１ 投影された映像の光１つの光路、Ｌ２１２ 光路Ｌ２１１を通過してきた短い波長の光の光路、Ｌ２１３ 光路Ｌ２１１を通過してきた長い波長の光の光路、Ｌ３１１ もっとも短い波長の光がとりうる光路の範囲の境界、Ｌ３１２ もっとも短い波長の光がとりうる光路の範囲の境界、Ｌ３２１ もっとも長い波長の光がとりうる光路の範囲の境界、Ｌ３２２ もっとも長い波長の光がとりうる光路の範囲の境界、ＩＭ１１１ 長い波長の光が投影される範囲、ＩＭ１２１ 短い波長の光が投影される範囲、ＩＭ１１２ 長い波長の光が投影される範囲、ＩＭ１２２ 短い波長の光が投影される範囲、ＩＭ２１１ 青色（Ｂ）の光が投影される範囲、ＩＭ２２１ 緑色（Ｇ）の光が投影される範囲、ＩＭ２３１ 赤色（Ｒ）の光が投影される範囲、Ｇ１１ スクリーンユニットＳ１に掛かる加速度、Ｇ１２ 映像投影ユニットＰ１に掛かる加速度、Ｇ１３ スクリーンユニットＳ１と映像投影ユニットＰ１の相対位置、Ｇ２１ スクリーンユニットＳ１に掛かる加速度、Ｇ２２ 映像投影ユニットＰ１に掛かる加速度、Ｇ２３ スクリーンユニットＳ１と映像投影ユニットＰ１の相対位置、Ｓ２ スクリーンユニット、Ｐ２ 映像投影ユニット、Ｃ２ 映像処理基板、Ｃ２１ 映像信号レシーバー、Ｃ２２ 歪み補正回路、Ｃ２３ 映像表示素子コントローラー、Ｃ２４ 光源コントローラー、Ｃ２５ 表示位置検出回路、Ｓ２１ スクリーン、Ｓ２２ 視野角制御光学素子、Ｓ２３ スクリーン固定部品、Ｐ２１ カメラセンサー、Ｄ２１ 外部映像入力、Ｄ２２ 内部映像信号、Ｄ２３ 補正後内部映像信号、Ｄ２４ 映像表示素子制御信号、Ｄ２５ 光源発光タイミング信号、Ｄ２６ 光源制御信号、Ｄ２７ カメラセンサー信号、Ｄ２８ 表示位置内部信号。

Claims (8)

1. 映像を拡大して投影する映像投影ユニットと、
   前記映像が投影されるスクリーンユニットと、
   映像信号を入力し、前記映像投影ユニット及び前記スクリーンユニットの間の動的な相対位置を基に前記映像信号の歪み補正を行い、前記映像投影ユニットに出力する映像処理基板とを備え、
   前記映像投影ユニットは、前記映像投影ユニットの振動又は加速度を検出した結果を映像投影ユニットセンサー信号として前記映像処理基板に出力し、
   前記スクリーンユニットは、前記スクリーンユニットの振動又は加速度を検出した結果をスクリーンユニットセンサー信号として前記映像処理基板に出力し、
   前記映像処理基板は、歪み補正回路を有し、
   前記歪み補正回路は、
   前記スクリーンユニットセンサー信号及び前記映像投影ユニットセンサー信号を基に前記動的な相対位置を算出し、前記映像信号の歪みを補正する
   ことを特徴とした映像表示装置。
2. 前記映像処理基板は、さらに映像表示素子コントローラー及び光源コントローラーを有し、
   前記映像表示素子コントローラーは、
   前記補正後内部映像信号に基づいて、前記映像投影ユニットが映像を投影するよう光源素子を制御する信号を前記映像投影ユニットに出力し、
   前記映像投影ユニットの有する光源の発光のタイミングを制御する光源発光タイミング信号を前記光源コントローラーに出力し、
   前記光源コントローラーは、
   前記光源発光タイミング信号から赤色、緑色及び青色それぞれの前記光源素子の点灯と消灯とのタイミングを制御する光源制御信号を前記映像投影ユニットに出力する
   ことを特徴とした請求項１に記載の映像表示装置。
3. 前記スクリーンユニットに視野角制御光学素子を備える
   ことを特徴とする請求項２に記載の映像表示装置。
4. 前記映像投影ユニット又は前記スクリーンユニットの少なくとも一方に、加速度センサー、ジャイロセンサー又はカメラセンサーの少なくとも一つを備える
   ことを特徴とする請求項１または３に記載の映像表示装置。
5. 前記映像処理基板は、前記映像投影ユニットと前記スクリーンユニットとの動的な相対位置に応じて、Ｒ画像、Ｇ画像及びＢ画像それぞれ別々の補正量で歪み補正を行う
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の映像表示装置。
6. 前記歪み補正量を切り替える映像処理基板は、
   カメラセンサー信号を入力とし表示位置内部信号を出力する表示位置検出回路とをさらに備える
   ことを特徴とした請求項１から５のいずれか１項に記載の映像表示装置。
7. 前記歪み補正回路は、
   補正パターン信号を出力する補正パターン算出ブロックと
   補正量信号を出力する補正量ＬＵＴブロックと
   前記補正パターン信号と前記補正量信号を入力とする歪み補正ブロックとを備える
   ことを特徴とする請求項６に記載の映像表示装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の映像表示装置を搭載した輸送機関。

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