JP2016180979A - 投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】映像光を照明光として利用するようにした投写型表示装置において、光変調素子の画素構造が視認しにくくなるようにする。【解決手段】信号受信回路から出力される信号が、映像解析回路で解析される。映像解析回路で、映像表示信号であると解析されると、ＤＭＤからの映像光の画素のシフトを行う画素シフト素子を制御する画素シフト素子コントローラを映像モードにする。映像解析回路で、照明用信号であると判断されると画素シフト素子コントローラを照明モードにする。映像モードでは、画素が第１の位置と第２の位置との間を急峻にシフトし、照明モードでは、画素が第１の位置と第２の位置間を緩やかにシフトするように画素シフト素子を制御する。【選択図】図９Ａ

Description

本開示は、投写型表示装置に関し、特に照明光としての光を投写することができる投写型表示装置に関する。

特許文献１においては、投影画像の画素の位置をシフトさせて、高精細表示をする投影表示装置が開示されている。

特開平４−１１３３０８号公報

本開示は、光源からの光を、光変調素子を駆動して変調し、変調して得られた映像光を出射する光変調素子の画素構造を視認しにくくすることができ、投写型表示装置を照明装置として使用する場合に、自然な照明光が得られるようにした投写型表示装置を提供する。

本開示の投写型表示装置は、光源と、光変調素子と、投写レンズと、画素シフト素子と、コントローラと、を備える。光変調素子は光源から入射される光を入力信号で変調する。投写レンズは光変調素子からの出射光を拡大投写する。画素シフト素子は、光変調素子と投写レンズとの間に配置され、光変調素子からの出射光の光路を変位させることによってスクリーン上に表示される画素の表示位置を、所定の周期で、第１の位置と第１の位置から所定距離離間した第２の位置との間で、シフトさせる。コントローラは、画素が第１の位置と第２の位置との間を第１のモードまたは第２のモードでシフトし、第１のモードと第２のモードでは画素のシフト速度が異なるように、画素シフト素子を制御する。

投写光を照明光として使用するとき、画素構造を見えにくくすることができ、スポットライトのような質感を再現できる。

本開示の投写型表示装置の使用状態を示す図 本開示の投写型表示装置の光学構成を示す図 本開示の投写型表示装置で使用される蛍光基板を示す図 本開示の投写型表示装置の光変調素子の画素構造を示す図 本開示の投写型表示装置で使用される画素シフト素子を説明するための図 実施の形態１に係る投写型表示装置のブロック図 実施の形態１に係る投写型表示装置のサブフレーム分割方法を示す図 実施の形態１に係る投写型表示装置の映像モードにおける画素シフトの態様を示す図 実施の形態１に係る投写型表示装置の映像モードにおける投写画像の輝度を示す図 実施の形態１に係る投写型表示装置の照明モードにおける画素シフトの態様を示す図 実施の形態１に係る投写型表示装置の照明モードにおける投写画像の輝度を示す図 実施の形態１に係る投写型表示装置の他の照明モードにおける画素シフトの態様を示す図 実施の形態１に係る投写型表示装置の他の照明モードにおける投写画像の輝度を示す図 実施の形態２に係る投写型表示装置の照明モードにおける画素シフトの態様を示す図 実施の形態２に係る投写型表示装置の照明モードにおける投写画像の輝度を示す図 実施の形態２に係る投写型表示装置の照明モード（他の位相）における画素シフトの態様を示す図 実施の形態２に係る投写型表示装置の照明モード（他の位相）における投写画像の輝度を示す図 実施の形態３に係る投写型表示装置のブロック図 実施の形態３に係る投写型表示装置の画素シフトの態様を示す図

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（実施の形態１）
以下、図１〜図１０Ｂを用いて、実施の形態１を説明する。

［１−１］構成
まず、実施の形態１に係る投写型表示装置の構成について、図１〜図５を参照しながら説明する。図１は、本開示の投写型表示装置１０１の使用状態を示す図である。投写型表示装置１０１は、外観が円筒状をなしており、投写角度調整が自在なジョイント１０３を介して、天井に取り付けられたレール１０２に取り付けられ、投写面１０４に映像光や照明光を投写する。

すなわち、本開示の投写型表示装置１０１は、通常のプロジェクタのように、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）や、ＤＶＤ再生機からの映像信号を投写映像として投写面１０４に投写する映像モードと、照明用信号を照明光として投写する照明モードとを備える。

図２は本開示の投写型表示装置１０１の光学構成を示す図である。固体光源ユニット２３は、固体光源である青色光のレーザ光を出射する半導体レーザ２０と、放熱板２１と、半導体レーザ２０のレーザ光を集光し平行光に変換するコリメートレンズである集光レンズ２２を備える。この放熱板２１には、ヒートシンク２４が取り付けられる。半導体レーザ２０が出射する青色光は、直線偏光を有し、偏光方向がＳ偏光となっている。

集光レンズ２２からの光は、レンズ２５を通り、全反射ミラー２６で反射されて、レンズ２７、拡散板２８を経て、ダイクロイックミラー２９に入射する。ダイクロイックミラー２９は、Ｓ偏光の青色光を反射し、Ｐ偏光の青色光を透過する特性を有するとともに、後述する蛍光体の発光光に対しても透過する特性を有する。拡散板２８は平板ガラスの表面に細かな凹凸が設けられており、レーザ光を拡散する。

拡散板２８を透過したＳ偏光の青色光は、ダイクロイックミラー２９で反射され、位相差板である１／４波長板３０を透過する。１／４波長板３０に入射したＳ偏光の光は円偏光に変換され、コンデンサレンズ３１に入射する。コンデンサレンズ３１により集光された青色光は蛍光体ホイール装置３６の蛍光基板３２を照射する。図２は、固体光源ユニット２３から出射する各光束の様相と、ダイクロイックミラー２９に対する光の偏光方向をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸で示している。

図３（ａ）に示されているように、円形の蛍光基板３２は、３つのセグメント（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に分割された領域を有し、そのうち２つのセグメント（Ｇ、Ｒ）は、緑色蛍光体３８が塗布された蛍光領域４１と、赤色蛍光体３７が塗布された蛍光領域４０であり、他の１つのセグメントＢは反射膜３３のみを形成した反射領域４２である。緑成分を含む光を蛍光発光する緑色蛍光体３８としてはＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、赤色成分を含む光を蛍光発光する赤色蛍光体３７として、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋を用いている。反射領域４２の反射膜３３にはアルミニウムの金属膜を用いている。

図３（ｂ）は、蛍光領域４１と反射領域４２の厚み方向の３Ｂ−３Ｂ断面図を示している。蛍光基板３２は、アルミニウム基板３４上に、反射膜３３を形成し、その反射膜の上に蛍光体層を０．１〜０．２ｍｍ程度の厚みで印刷または塗布されている。蛍光体層の蛍光領域４０、４１に入射した光は、緑、赤成分の色光を蛍光発光し、蛍光基板３２から出射する。また、蛍光領域４０、４１の反射膜３３側に発光する光は反射膜３３で反射し、蛍光基板３２から出射する。一方、反射領域４２の反射膜３３に入射した円偏光の青色光は、逆周りの円偏光となり、蛍光基板３２から出射する。

蛍光基板３２には、モータ３５が取り付けられ、モータ３５は蛍光基板３２を回転させる。このように、蛍光体ホイール装置３６は、蛍光基板３２にモータ３５が取り付けられて構成される。

１／４波長板３０を透過した青色光は、コンデンサレンズ３１によって、蛍光基板３２の周縁の近くで、蛍光体の幅よりも小さいスポットＳを形成するように集光する。従って、蛍光基板３２がモータ３５によりＲ方向に回転すると、コンデンサレンズ３１からの青色光は、赤色蛍光体３７、緑色蛍光体３８、反射領域４２の反射膜３３を順次照射することになる。青色光が緑色蛍光体３８を照射すると、緑色蛍光体３８は緑色の蛍光光を発光し、青色光が赤色蛍光体３７を照射すると、赤色蛍光体３７は赤色の蛍光光を発光する。これら、緑色光と赤色光は非偏光光であり、コンデンサレンズ３１で集光される。また、反射膜３３で反射され、逆回りの円偏光となった青色光はコンデンサレンズ３１で集光される。

コンデンサレンズ３１で集光された緑色光と赤色光は、図２に示すように、１／４位相差板３０及びダイクロイックミラー２９をそのまま透過する。また、コンデンサレンズ３１で集光された逆回りの円偏光の青色光は、１／４位相差板３０によってＰ偏光に変換され、ダイクロイックミラー２９を透過する。このようにして、蛍光基板３２からは、モータ３５で回転駆動されることによって、時系列的に赤、緑、青の色光が出射される。

ダイクロイックミラー２９を透過した光は、複数のレンズ素子から構成される第１のレンズアレイ板１３０に入射する。第１のレンズアレイ板１３０に入射した光束は多数の光束に分割される。分割された多数の光束は、複数のレンズから構成される第２のレンズアレイ板１３１に収束する。第１のレンズアレイ板１３０のレンズ素子はＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）１３６と相似形の開口形状である。第２のレンズアレイ板１３１のレンズ素子は第１のレンズアレイ板１３０とＤＭＤ１３６が略共役関係となるようにその焦点距離を決めている。

第２のレンズアレイ板１３１から出射した光は重畳用レンズ１３２に入射する。重畳用レンズ１３２は第２のレンズアレイ板１３１の各レンズ素子からの出射した光をＤＭＤ１３６上に重畳照明するためのレンズである。重畳用レンズ１３２からの光は、ミラー１３３で反射された後、フィールドレンズ１３４に入射する。フィールドレンズ１３４は照明光を効率よく投写レンズ１３７に集光する。フィールドレンズ１３４からの照明光は全反射プリズム１３５に入射する。このようにして、図２の破線で囲まれた部分は、照明装置１０を構成する。

全反射プリズム１３５は２つのプリズムから構成され、互いのプリズムの近接面には薄い空気層を形成し、空気層は臨界角以上の角度で入射する光を全反射する。全反射プリズム１３５は、フィールレンズ１３４からの照明光を全反射させて、ＤＭＤ１３６を照明するとともに、ＤＭＤ１３６から出射する投写光を透過する。

ＤＭＤ１３６に入射する光は映像信号に応じて、画像形成に必要な光束のみを偏向し、全反射プリズム１３５を透過後、画素シフト素子４００を介して、投写レンズ１３７に入射する。投写レンズ１３７はＤＭＤ１３６で変調形成される画像光を拡大投写する。ＤＭＤ１３６は光変調素子の一例である。照明装置１０は、投写画像の均一性を確保するためのインテグレータ光学系として、２枚のレンズアレイ板１３０、１３１を用いているが、ロッドを用いて構成してもよい。

次に、光変調素子であるＤＭＤ１３６の画素構造を説明する。図４はＤＭＤ１３６の画素構造を説明するための図である。図４に示すように、１つの画素は画素部Ｐと黒領域部Ｂからなり、黒領域部Ｂは互いに隣り合う画素部Ｐの間に存在する。本実施の形態では、図４に示すように、１つの画素は、０．８画素分の画素部Ｐと０．２画素分の黒領域部Ｂとから構成されている。

図５は、画素シフト素子４００の動作原理を示す図であり、画素シフト素子４００は、平行平板ガラス４１０と、それを搖動駆動する駆動装置（図示せず）からなる。平行平板ガラス４１０の面が、入力光線Ｌｉに対して直交しているとき、入力光線Ｌｉは、平行平板ガラス４１０と空気の界面において屈折せずに直進する。入力光線Ｌｉは、屈折せずに平行平板ガラス４１０を通過し、空気に出る界面においても、平行平板ガラス４１０が平行平面を有し光線と界面が直交しているため、屈折せずに直進する。このため入力光線Ｌｉが映像光である場合、画像の画素の表示位置はシフトしない。

一方、平行平板ガラス４１０が、図５の破線で示すように、駆動装置で駆動されることにより、入力光線Ｌｉに対して直交していないとき、入力光線Ｌｉは、平行平板ガラス４１０と空気の界面において屈折する。入力光線Ｌｉは、屈折して平行平板ガラス４１０に入射後、平行平板ガラス４１０を通過し、空気に出る界面においても、平行平板ガラス４１０が平行平面を有し光線と界面が直交していないため、屈折する。

平行平板ガラス４１０に入射するときに屈折する角度と、平行平板ガラス４１０から出射するときに屈折する角度は等しいため、入力光線Ｌｉが映像光であると、出力光線Ｌｏの映像光は平行平板ガラスの傾き方向に平行移動する。この結果、平行平板ガラス４１０から出力され投写される画像の画素の表示位置がシフトすることになる。

図６は、実施の形態１に係る投写型表示装置１０１の要部ブロック図である。ＤＶＤ再生機やＰＣ（パーソナルコンピュータ）など、投写型表示装置１０１に接続される外部映像ソース５１０からの映像信号、及び投写型表示装置１０１に設けられた照明パターン生成部５２０からの照明用信号が信号受信回路５３０に入力される。信号受信回路５３０は、入力された信号を映像解析回路５４０と信号変換回路５７０に供給する。映像解析回路５４０は入力された信号が、外部映像ソース５１０からの映像信号か、照明パターン生成部５２０からの照明用信号かを解析し、その解析結果をモード切替回路５６０に供給する。具体的には、映像解析回路５４０は、入力された信号の高周波数成分の有無を検知し、高周波成分があれば映像信号と判断し、高周波成分が無ければ照明用信号と判断する。映像解析回路５４０は、空間周波数検出部の一例である。

モード切替回路５６０は解析結果に応じて、画素シフト素子コントローラ５８０を映像モードまたは、照明モードで動作させるための指令を供給する。ユーザ入力部５５０は、ユーザが手動で、モード切替回路５６０を操作し、画素シフト素子コントローラ５８０を映像モードまたは、照明モードで動作させるようにする。

信号変換回路５７０は、入力された信号をＤＭＤ１３６の画素数に合った複数のサブフレームの信号に変換し、ＤＭＤ１３６に供給する。画素シフト素子コントローラ５８０は、コントローラの一例であり、マイクロコンピュータによって構成することができる。

ＤＭＤ１３６は、照明装置１０からの光をサブフレームの信号で変調する。ＤＭＤ１３６から出射される変調された光は画素シフト素子４００に供給される。画素シフト素子４００は、画素シフト素子コントローラ５８０によって駆動され、ＤＭＤ１３６からの被変調光の光路を変えることによって画素シフトを行い、被変調光が投写レンズ１３７から投写面に拡大投写される。

［１−２］画素シフト動作
以下、映像光または照明光を構成する画素を上下方向にシフトさせる場合を一例として説明する。信号変回路５７０は、入力信号を画素シフトの方向に応じて、入力信号の各画素をサブフレームに分割する。図７は上下方向の画素シフト用のサブフレーム分割方法について示しており、この例では入力信号は４×４画素の信号である。上下方向の画素シフトの場合、上画素用サブフレームは入力信号から奇数行を抽出し、下画素用サブフレームは入力信号から偶数行を抽出する。左右方向の画素シフトの場合は、左画素用サブフレームが奇数列、右画素用サブフレームが偶数列をそれぞれ入力信号から抽出する。

図７では上下方向の画素シフトの例であるので、入力信号から、２×４画素の上画素用サブフレームと、２×４画素の下画素用サブフレームが生成され、それぞれが交互にＤＭＤ１３６に供給される。すなわち、ＤＭＤ１３６の画素数に等しい画素のサブフレームが生成されて、このサブフレームがＤＭＤ１３６に供給され、ＤＭＤ１３６は入力信号の倍の周波数で駆動される。

これにより投写面では、図７に示すように、画素シフト素子４００により上画素が下画素に対して光変調素子の０．５画素分上方向にシフトした状態で投写映像が表示される。尚、図６に示すように、信号受信回路５３０からは同期信号が画素シフト素子コントローラ５８０に供給されるようになっており、画素シフト素子コントローラ５８０は入力信号に同期して、画素シフト素子４００を制御する。

（映像モード）
信号受信回路５３０に、外部映像ソース５１０から信号が供給されると、映像解析回路５４０は、その信号を解析して映像信号であるという解析結果をモード切替回路５６０に供給する。モード切替回路５６０は解析結果を受けると、画素シフト素子コントローラ５８０に対して、第１のモードである映像モードで画素シフト素子４００を駆動するように指示をする。映像モードへの切替えは、ユーザがユーザ入力部５５０で切替えを行えば、手動で映像モードに設定できる。

図８Ａ及び図８Ｂは映像モードにおける画素シフトの態様を示しており、図８Ａは時間対画素シフト量を示す図、図８Ｂは、投写画像とその輝度レベルを示す図である。図８Ｂ（ｂ）に示す白色光の輝度レベルは、図８Ｂ（ｃ）に示す赤色光を発するセグメントＲの輝度レベル、図８Ｂ（ｄ）に示す緑色光を発するセグメントＧの輝度レベル、図８Ｂ（ｅ）に示す青色光を発するセグメントＢの輝度レベルとして分解して示すことができる。

なお、本実施の形態では、図８Ａに示すように、赤、緑、青の色光の出射のタイミングは、青色光が下画素表示期間及び上画素表示期間の中央に位置する場合を例示している。しかし、本実施の形態は、赤、緑、青の色光の出射のタイミングと画素シフトの制御波形の位相との関係を限定するものではなく、この関係については実施の形態２で説明する。

図８Ａに示すように、映像モードでは、解像感を最大化するため、下画素から上画素への画素シフトを急峻に行う態様で画素シフト素子４００が制御される。このときの画素シフト量は０．５画素分となる。

詳細には、図８Ａに示すように、画素シフトの態様は、時間対画素シフト量の波形が矩形波状の軌跡を描くように、画素が第１の位置（画素シフト量０の位置）と第２の位置（画素シフト量０．５の位置）との間をシフトする。画素は矩形波状の軌跡の立ち上がり期間Ｕ、及び立下り期間Ｄにおいて急峻にシフトする。換言すれば、画素が速い速度でシフトするように、画素シフト素子コントローラ５８０が画素シフト素子４００を制御する。このような画素シフトの態様を第２のシフト態様と呼ぶ。なお、１周期Ｔは、図８Ａに示すように、画素シフトの動作において、下画素表示期間の中間点から上画素表示期間を経て次の下画素表示期間の中間点までの周期である。

このような制御で、ＤＭＤ１３６を全てオンした白輝度１００％の画像を投写すると、図８Ｂ（ａ）に示すように、投写画像の一部に画素部Ｐと黒領域部Ｂとが重なる領域が現れ、図８Ｂ（ｂ）に示すように、この部分の輝度が低下する。これは、図８Ｂ（ｃ）〜（ｅ）に示すように、赤色光、緑色光、青色光のそれぞれについても輝度の段差が生じていることと等価である。

従って、この映像モードで照明モードのような単一色の静止画の映像を表示した場合、黒領域部Ｂの重なりによる横縞が目立つことになる。

尚、映像モードでは、図８Ａに示す時間対画素シフト量の波形は、完全な矩形波である必要はないが、立ち上がり期間Ｕ、立下り期間Ｄは出来るだけ短い方が好ましい。

（照明モード１）
信号受信回路５３０に、照明パターン生成部５２０から信号が供給されると、映像解析回路５４０は、その信号を解析して照明用信号であるという解析結果をモード切替回路５６０に供給する。モード切替回路５６０は解析結果を受けると、画素シフト素子コントローラ５８０に対して、第２のモードである照明モード１で画素シフト素子４００を駆動するように指示をする。照明モード１への切替えは、ユーザがユーザ入力部５５０で切替えを行えば、手動でも照明モード１に設定できる。

図９Ａ及び図９Ｂは照明モード１における画素シフトの態様を示しており、図９Ａは時間対画素シフト量を示す図、図９Ｂは投写画像とその輝度レベルを示す図である。図９Ｂ（ｂ）に示す白色光の輝度レベルは、図９Ｂ（ｃ）に示す赤色光を発するセグメントＲの輝度レベル、図９Ｂ（ｄ）に示す緑色光を発するセグメントＧの輝度レベル、図９Ｂ（ｅ）に示す青色光を発するセグメントＢの輝度レベルとして分解して示すことができる。

図９Ａに示すように、照明モード１では、画素間の黒領域部Ｂが視認しにくくなるようにするため、図８Ａに示す映像モードに比べて、所定の周期Ｔにおいて下画素から上画素への画素シフトを緩やかに行う態様で画素シフト素子４００が制御される。このときの画素シフト量は、映像モードの場合同じ０．５画素分である。下画素と上画素間の画素の移動は緩やかに行われるため、画素シフトの軌跡はピークツーピークが０．５画素幅の正弦波状の波形となる。

詳細には、図９Ａに示すように、画素シフトの態様は、時間対画素シフト量の波形が正弦波状の軌跡を描くように、画素が第１の位置（画素シフト量０の位置）から第２の位置（画素シフト量０．５の位置）の間をシフトする。即ち、画素は、下画素表示期間の中間点においてピークＰ１を迎え第１の位置に達し、上画素表示期間の中間点においてピークＰ２を迎え第２の位置に達する。このように、画素が正弦波状の軌跡を描いて半周期（Ｔ／２）におけるピークツーピーク（Ｐ１−Ｐ２）間で緩やかにシフトするように、画素シフト素子コントローラ５８０によって画素シフト素子４００が制御されることによって行われる。このような画素シフトの態様を第１のシフト態様とも呼ぶ。

図８Ａと図９Ａとの比較から明らかなように、映像モードにおける画素のシフト速度と照明モード１における画素のシフト速度とは異なっている。すなわち、照明モード１における画素のシフト速度は、映像モードにおける画素のシフト速度よりも遅いことに留意すべきである。

このような制御で、ＤＭＤ１３６を全てオンした白輝度１００％の映像を写すと、０．２画素分の黒領域部Ｂが０．５画素分緩やかにシフトするため、図９Ｂ（ａ）のように、投写画像は黒領域部Ｂと画素部Ｐとが重なる領域が広がったものになる。この場合の投写画像の輝度レベルは、黒領域部Ｂが緩やかにシフトしているため、図９Ｂ（ｂ）に示すように、黒領域部Ｂと画素部と重なる領域において輝度が僅かに低下するだけになる。これは、図９Ｂ（ｃ）〜（ｅ）に示すように、赤色光、緑色光、青色光のそれぞれについても輝度段差が殆どなくなることと等価である。

従って、この照明モード１で単一色の照明光を表示した場合、黒領域部Ｂによる横縞が目立つことが軽減され、より自然な照明光が得られる。

（照明モード２）
信号受信回路５３０に、照明パターン生成部５２０から信号が供給されると、映像解析回路５４０は、その信号を解析して照明用信号であるという解析結果をモード切替回路５６０に供給する。モード切替回路５６０は解析結果を受けると、画素シフト素子コントローラ５８０に対して、照明モード１と同じく第２のモードである照明モード２で画素シフト素子４００を駆動するように指示をする。

照明モード２への切替えは、ユーザがユーザ入力部５５０で切替えを行えば、手動でも照明モード２に設定できる。

図１０Ａ及び図１０Ｂはこの照明モード２における画素シフトの態様を示しており、図１０Ａは時間対画素シフト量を示す図、図１０Ｂは投写画像とその輝度レベルを示す図である。図１０Ｂ（ｂ）に示す白色光の輝度レベルは、図１０Ｂ（ｃ）に示す赤色光を発するセグメントＲの輝度レベル、図１０Ｂ（ｄ）に示す緑色光を発するセグメントＧの輝度レベル、図１０Ｂ（ｅ）に示す青色光を発するセグメントＢの輝度レベルとして分解して示すことができる。

すなわち図１０Ａに示すように、照明モード２では、投写面において画素構造が見えなくなるようにするため、図９Ａに示す照明モード１と同様に、下画素から上画素への画素シフトを緩やか行う態様で画素シフト素子４００が制御される。但し、このときの画素シフト量は、照明モード１の場合と異なり同じ０．８画素分である。下画素と上画素間の画素の移動は緩やかに行われるため、画素シフトの軌跡はピークツーピークが０．８画素分の正弦波状の波形となる。

詳細には、図１０Ａに示すように、画素シフトの態様は、時間対画素シフト量の波形が正弦波状の軌跡を描くように、画素が第１の位置（画素シフト量０の位置）から第２の位置（画素シフト量０．８の位置）の間をシフトする。即ち、画素は、下画素表示期間の中間点においてピークＰ１を迎え第１の位置に達し、上画素表示期間の中間点においてピークＰ２を迎え第２の位置に達する。このように、画素が正弦波状の軌跡を描いて半周期（Ｔ／２）におけるピークツーピーク（Ｐ１−Ｐ２）間で緩やかにシフトするように、画素シフト素子コントローラ５８０によって画素シフト素子４００が制御される。かかる画素シフトの態様は第１のシフト態様であり、上記照明モード１の第１のシフト態様に対して画素シフト量が増大されている。

画素構造が図４に示すように、画素領域と画素間の黒領域の幅の比率が０．８：０．２の場合、図１０Ａに示すように画素シフト量を０．８画素分とし、下画素と上画素間の画素の移動は、時間対画素シフト量の波形のピークツーピークが０．８画素分の正弦波状で緩やかな画素シフトの動作となる。

画素構造が見える要因としては、光変調素子の画素部と画素部Ｐ間の黒領域部Ｂとの輝度差が原因となる。そこで、照明モードでは、画素シフトを行う際、画素間の黒領域が画素部領域全体を走査するよう０．８画素分緩やかにシフトさせることで、光変調素子のすべての領域が均一な輝度となるようにする。

図８Ａと図１０Ａから明らかなように、照明モード１と同様に、映像モードにおける画素のシフト速度と照明モード２における画素のシフト速度とは異なっている。すなわち、照明モード２における画素のシフト速度は、映像モードにおける画素のシフト速度よりも遅いことに留意すべきである。

このような制御で、ＤＭＤ１３６を全てオンした白輝度１００％の映像を写すと、０．２画素分の黒領域部Ｂが０．８画素分緩やかにシフトするため、投写画像は、図１０Ｂ（ａ）に示すように、黒領域部Ｂと画素部Ｐとが重なる領域が全体に広がったものになる。そのため、投写画像の輝度レベルは、図１０Ｂ（ｂ）に示すように、投写画像全体の輝度が均一になる。これは、図１０Ｂ（ｄ）〜（ｆ）に示すように、赤色光、緑色光、青色光のそれぞれについても輝度段差がなくなり均一になることと等価である。

この照明モード２で単一色の照明光を表示した場合、黒領域部Ｂによる輝度差が無くなり、更に自然な照明光が得られる。

［１−３］効果
本実施の形態によれば、照明モードでは画素構造を視認しにくくしてスポットライトの質感を実現し、映像モードでは、光変調素子の解像度以上の解像感を実現できる。

（実施の形態２）
［２−１］構成
以下、図１１Ａ、図１１Ｂと図１２Ａ、図１２Ｂを用いて、実施の形態２を説明する。実施の形態２と上記実施の形態１との相違点は、画素シフト素子コントローラ５８０の制御動作にあり、構成そのものは実施の形態１の投写型表示装置１０１と同じであるので、その重複説明は省略する。

［２−２］画素シフト動作
実施の形態１で説明したように、蛍光基板３２より時系列的に赤、緑、青の色光を出射するため、これらの色光はそれぞれ異なる画素シフトの状態で映像を表示することになる。

実施の形態１の照明モード２のように緩やかに０．８画素分画素シフトを行う制御をしても、図１１Ａに示すように、緑色光が下画素表示期間及び上画素表示期間の中央に位置する画素シフトの制御波形の位相では、画素シフト量が０画素分及び０．８画素分に近い期間が緑色光に割り当てられるため、緑色光は画素が急峻に遷移した場合に近い解像感をもつことになる。つまり、図１１Ｂ（ｄ）に示すように、緑色光については画素構造が見えやすくなる。人間の視感度を考慮すれば、緑色光は赤色光、青色光に対して、輝度が高く、視認しやすいため、解像感を高める上では好ましいが、照明モードでは、緑色光において画素構造が見えやすくなることは好ましくない。即ち、視感度の高い緑色光の影響により、図１１Ｂ（ｂ）に示すように、白色光においても画素構造が見えやすくなる。

なお、赤色光、青色光は、図１１Ａに示すように、下画素表示期間及び上画素表示期間の前後部に位置するため画素シフト量は小さく、図１１Ｂ（ｃ）（ｅ）に示すように、画素構造は見えにくい。また、全体の画素シフト量は０．８画素分であるので、図１１Ｂ（ａ）に示すように、黒領域部Ｂは画素部Ｐと全領域で重複する。

そこで、実施の形態２の照明モードでは、図１２Ａに示すように、画素シフトの制御波形の位相をずらし、輝度の低い青色光が画素シフトの下画素表示期間及び上画素表示期間の中央に位置するように制御する。正弦波状の時間対画素シフト量の波形において画素シフト量がピークとなる０画素分または０．８画素分に近い期間が青色光に割り当てられるように画素シフトの制御をする。

すなわち、照明モードでは、図１２Ａに示すように光源からＤＭＤ１３６に低輝度色である青色光が入射されるタイミングで、画素が第１の位置（画素シフト量０：画素分）、または第２の位置（画素シフト量：０．８画素分）に在るように画素シフト素子を制御する。換言すれば、正弦波状の時間対画素シフト量の波形におけるピークＰ１、Ｐ２のタイミングでは、青色光が照射されることになる。

［２−３］効果
本実施の形態では、光源からＤＭＤ１３６に入射する赤、緑、青の色光のタイミングに応じて、画素シフトの位相を制御することにより、実施の形態１より照明用途向けの画素構造を見えにくさと映像表示向けの高解像感を更に向上させることができる。

（実施の形態３）
［３−１］構成
以下、図１３と図１４を用いて、実施の形態３を説明する。実施の形態３と、上記実施の形態１の相違点は、投写型表示装置の要部ブロック図の一部の構成が異なることと画素シフト素子コントローラ５８０の制御動作にあり、光学構成自体は実施の形態１と同じである。従って、実施の形態１と同一構成部分には同一符号を付して、以下に於いては、その重複説明はしないこともある。

図１３は、実施の形態３の投写型表示装置２０１の要部ブロック図である。実施の形態１の図６のブロック図と異なり、文字表示信号生成部５９０が設けられるとともに、信号変換回路５７０ａが設けられ、一方で、ユーザ入力部とモード切替回路が設けられていない。

実施の形態１では、映像モードと照明モードを分け、それぞれに画素シフトの制御方法を変えていた。しかし、ユーザによっては照明用途のような画素間のない（画素構造が見えない）スポットライトに文字を表示したいという要望もある。その場合、実施の形態１では、映像モード又は照明モードの画素シフトの制御波形のどちらかを選択することになる。しかし、この選択は、スポットライト又は文字のどちらを優先するかというトレードオフになり、スポットライト及び文字の双方に対応できない。そのため、映像モードと照明モードの中間的な画素シフトの制御波形を生成し適用することもできる。

本実施の形態では、図１４に示すように、信号変換回路５７０ａは入力信号の１フレームからサブフレームを細分化し、映像モードの画素シフトの制御波形で画素シフトを行うサブフレーム（映像サブフレーム）と、照明モードの画素シフトの制御波形で画素シフトを行うサブフレーム（照明サブフレーム）を生成する。映像サブフレームは、文字表示期間に対応するサブフレームの一例であり、照明サブフレームは、照明表示期間に対応するサブフレームの一例である。

すなわち、映像解析回路５４０が信号受信回路５３０からの信号の高周波成分の有無を判定し、文字表示信号生成部５９０からの文字信号のような高周波成分を有する画素の場合は、映像サブフレームで表示する。この映像サブフレームでは、画素シフトは第２のシフト態様となる。

一方、映像解析回路５４０が信号受信回路５３０からの信号の高周波成分の有無を判定し、照明パターン生成部５２０からの信号のような高周波成分のない画素の場合は、照明サブフレームで表示する。この照明サブフレームでは、画素シフトは第１のシフト態様となる。

［３−２］効果
本実施の形態では、照明パターンに文字が表示されるような場合において、照明用途向けに画素構造を目立ち難くすることと映像表示向けに解像感を高めることを両立することができる。

（その他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。

なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

上記実施の形態１の照明モード１または２において、映像解析回路５４０に入力される照明用信号の空間周波数が高いと判断したときは、第１の位置と第２の位置との間を急峻に画素シフトするように画素シフト素子４００を制御するようにした映像モードに自動的に切り替わるようにすることができる。

本開示における光学構成はＤＭＤを１枚使用する場合について示しているが、ＤＭＤを３枚使うような光学系においても画素シフト素子を用いて同様の制御を行うことで、同等の効果を得ることができる。

本開示は、映像モードと照明モードを備えた投写型表示装置に関する。

２３ 固体光源ユニット
１０１，２０１ 投写型表示装置
１３６ ＤＭＤ
１３７ 投写レンズ
４００ 画素シフト素子
５４０ 映像解析回路
５８０ 画素シフト素子コントローラ
５９０ 文字表示信号生成部

Claims (7)

1. 光源と、
   前記光源から入射される光を入力信号で変調する光変調素子と、
   前記光変調素子からの出射光を拡大投写する投写レンズと、
   前記光変調素子と前記投写レンズとの間に配置され、前記光変調素子からの出射光の光路を変位させることによってスクリーン上に表示される画素の表示位置を、所定の周期で、第１の位置と前記第１の位置から所定距離離間した第２の位置との間で、シフトさせる画素シフト素子と、
   前記画素シフト素子を制御するコントローラと、を備え、
   前記コントローラは、前記画素が前記第１の位置と前記第２の位置との間を第１のモードまたは第２のモードでシフトし、前記第１のモードと前記第２のモードでは前記画素のシフト速度が異なるように、前記画素シフト素子を制御する、投写型表示装置。
2. 前記第１のモードは、前記光変調素子が、前記光源から入射される光を映像信号で変調して映像光として出射する映像モードであり、
   前記第２のモードは、前記光変調素子が、前記光源から入射される光を照明用信号に基づき照明光として出射する照明モードであり、
   前記照明モードにおける前記画素の前記シフト速度は、前記映像モードにおける前記画素の前記シフト速度よりも遅い、請求項１に記載の投写型表示装置。
3. 前記コントローラは、
   前記映像モードでは、前記画素が、前記第１の位置と前記第２の位置との間を、矩形波状の時間対画素シフト量の波形の立ち上がり、及び立下り期間においてシフトし、
   前記照明モードでは、前記画素が、前記第１の位置と前記第２の位置の間を、正弦波状の時間対画素シフト量の波形の半周期におけるピークツーピーク間でシフトするように、前記画素シフト素子を制御する、請求項２に記載の投写型表示装置。
4. 前記コントローラは、
   前記照明モードにおける前記画素シフト量が前記映像モードにおける前記画素シフト量とは異なるように、前記画素シフト素子を制御する、請求項２または３に記載の投写型表示装置。
5. 前記コントローラは、
   前記照明モードでは、前記光源から前記光変調素子に低輝度色光が入射されるタイミングで、前記画素が前記第１の位置または前記第２の位置に在るように、前記画素シフト素子を制御する、請求項２〜４のいずれかに記載の投写型表示装置。
6. 空間周波数検出部をさらに備え、
   前記空間周波数検出部は、入力される前記入力信号の空間周波数に基づいて、前記映像モードまたは前記照明モードを判断し、
   前記コントローラは、前記空間周波数検出部の判断に基づき前記画素シフト素子を制御する、請求項２〜５のいずれかに記載の投写型表示装置。
7. 文字表示信号生成部をさらに備え、
   前記所定の周期において、文字表示期間と照明表示期間が設けられ、
   前記光変調素子は、前記文字表示期間では前記文字表示信号生成部からの文字信号に基づいた表示光を出射し、前記照明表示期間では前記照明用信号に基づいた照明光を出射し、
   前記コントローラは、前記文字表示期間では前記映像モードで、前記照明表示期間では前記照明モードで、前記画素シフト素子を制御する、請求項２〜６のいずれかに記載の投写型表示装置。