JP3829752B2 - 画像表示方法および画像表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１フィールドの画像を複数のサブフィールド画像に分割して多階調表示を行う画像表示方法と、この表示方法を応用した画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ホームシアター、プレゼンテーションといった大画面表示が近年にわかに注目を集めており、最近ではプラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰと記す）やデジタルマイクロミラーデバイス（以下、ＤＭＤと記す）を用いたプロジェクタが商品化されている。
【０００３】
ＤＭＤは空間光変調素子（ＳＬＭ：Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）の１タイプであり、プロジェクタとして用いられる。ＤＭＤは、１画素に相当する極めて微小なミラーを、１個のチップに数十万または百万個以上を有する。このミラーを傾斜させて、ミラーへ入射する光線の出射角度を変えることで、オン／オフを制御できる。
【０００４】
このような２値的な発光を用いて階調表示を行うディスプレイとして、ＰＤＰがよく知られており、それぞれ重み付けされた複数の２値画像を時間的に重ね合わせることで中間調を表現するサブフィールド法が用いられている。
【０００５】
ＤＭＤを用いた画像表示装置を例に挙げて説明する。図１２にその概略図を示す。図１２において１２１はカラーホイール、１２２はＤＭＤ素子、１２３はランプ、１２４は投写レンズ、１２５はスクリーン、１２６はモータ、１２７はフィールドレンズである。
ＤＭＤ素子を１枚だけ用いる１チップＤＭＤプロジェクタは、カラーホイール１２１を用いて時間方向にＲＧＢを色順次表示することでカラー表示を行う。従来の色順次表示装置の動作について図１２を用いて説明する。
ランプ１２３はキセノン、メタルハライドランプ、超高圧水銀灯などの放電タイプの高出力ランプであり、凹面鏡のほぼ焦点位置に配置し、ランプ１２３より出射する白色光が楕円形状の凹面鏡によりカラーホイール１２１のカラーフィルタ上に集光するように配置する。カラーホイール１２１は、赤、青、緑の各色の色フィルタが円盤状に配置されるように構成され、それぞれのフィルタがランプより出射する白色光線を遮るのに同期してＤＭＤ素子１２２は光線の色に対応する画像フレームを表示する。
単一画像フレーム、通常は１／６０秒に対してカラーホイール１２１を画像フレーム毎に１回転、または毎分３６００回転（ｒ．ｐ．ｍ）で回転している。この様なシステムでは、１フレーム周波数間に６つのカラーサブフレームが存在し、その各々は赤、緑、青、赤、緑、青であって、このように色分離された光線がフィールドレンズ１２７により平行光となってＤＭＤ素子１２２に照射される。
それぞれの色に対してＤＭＤ素子１２２は非常に高速に表示画像を切り替え、変調された各色光線は投写レンズ１２４を用いてスクリーン１２５に拡大投影される。スクリーンに投写された表示は１／６０秒の間にＲ、Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の映像が順次表示されるため、目では残像として見え、フルカラーの映像が認識される。
【０００６】
例えば、ＤＭＤを表示デバイスとして用いるプロジェクタにおいて、ＤＭＤのマイクロミラーがオンオフする最小のスイッチング時間は１０〜２０マイクロ秒といわれている。この時間がサブフィールド法におけるＬＳＢ（Ｌｅａｓｔ Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ Ｂｉｔ）となり、このＬＳＢをもとに１フィールド時間に表現可能な階調数が決まる。一般的なビデオ信号は６０Ｈｚのフィールド周波数を有するので、可能な階調数は
１秒／６０Ｈｚ／１５マイクロ秒＝１１１１、
おおよそ２の１０乗、すなわち１０ビットの階調表示が可能となってくる。
【０００７】
ただし、図９のようなカラーホイールを用いて色順次表示する１チップＤＭＤプロジェクタでは、１フィールド間にＲ、Ｇ、Ｂの３色の階調を表示しなくてはならないため、さらに１／３以下の時間しか表現できない。これでは実際、２の８乗すなわち８ビットの階調表現しかできず、とても十分な階調とはいえない。特に低階調領域では表示階調不足による偽輪郭を生じ、画質劣化の要因となる。図１１に示すようなガンマ特性曲線において、ＣＲＴを用いるアナログディスプレイでは画像の強度は電圧の関数であって、図１１の曲線のように表される。
注意すべきは低電圧領域では強度はほとんど平坦であるのに対し、中間から高電圧領域に移るに従って、急速に増大する点である。これを補正するためにディスプレイへの伝送はあらかじめ逆向けのガンマ特性を付与した曲線で与えられ、これらが補正されて直線で示される線形の階調表示特性が得られる。このような逆ガンマ特性は階調表示に制約のあるディスプレイでは低階調領域で表現しきれず課題となっている。
一方でこの偽輪郭を目立ちにくくする手法として、ディザや誤差拡散といった、本来の階調と表示階調の誤差を、空間的または時間的に伝播させて表現する手法も取り入れられているが、それでもまだ十分とはいえない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来のサブフィールドを用いた階調表示方法では、動画像に対して疑似輪郭状のノイズが見られ、画質が劣化するという問題があった。動画像の疑似輪郭の発生については文献１（「サブフィールド表示におけるＰＤＰの動画質改善に関する検討」：電子情報通信学会技術報告、ＥＩＤ９７−５４（１９９７−１０） , ｐｐ . ４３ - ４８）に記載されている。これは、動画像に対しては視線がそれを追従し動くので、目が時間的に積分する位置が視線の移動に従い空間的に変化するためである。すなわち、視線が１フィールド表示期間内に複数の画素を移動する速度で動くと、サブフィールドの加算が１つの画素内のみではなく複数の画素にまたがって行われ、このため、本来の画像が得られなくなり、画質が劣化する。本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、サブフィールド法における動画像の疑似輪郭を防止する画像表示方法と画像表示装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため本発明の画像表示方法は、１フレームを、輝度の重みの異なる複数のサブフィールドで構成された第１のサブフレームと、前記第１のサブフレームの複数のサブフィールドと同じ複数のサブフィールドで構成された第２のサブフレームと、最下位ビットのサブフィールドとに分割し、前記第１のサブフレームおよび前記第２のサブフレームにおける同じ輝度の重みのサブフィールドの組み合わせと、前記最下位ビットのサブフィールドとを画素毎に選択的にオンオフすることを特徴とする。このような構成にすることにより、動画像の疑似輪郭を抑えた表示が可能となる。
【００１１】
また本発明の画像表示装置は、１フレームを、輝度の重みの異なる複数のサブフィールドで構成された第１のサブフレームと、前記第１のサブフレームの複数のサブフィールドと同じ複数のサブフィールドで構成された第２のサブフレームと、最下位ビットのサブフィールドとに分割し、前記第１のサブフレームおよび前記第２のサブフレームにおける同じ輝度の重みのサブフィールドの組み合わせと、前記最下位ビットのサブフィールドとを、画素毎に選択的にオンオフするように制御するサブフィールド生成部を有することを特徴とする。
また別の構成の画像表示装置は、白色光を出射する光源と、光源より出射する白色光線を時系列でＲＧＢ光線に変換するカラーホイールと、画像を形成する空間光変調素子と、ランプより出射する光線を空間光変調素子へ集光する照明光学系と、空間光変調素子に形成された画像をスクリーンへ拡大投影する投写光学系と、上記のサブフィールド生成部を具備したことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００１３】
（実施の形態１）
本発明における第１の実施形態である画像表示方法のサブフィールド構成図を図１に示す。
【００１４】
1フレームは2つのサブフレームより構成されている。第1のサブフレームは8個のサブフィールドＳＦ１〜ＳＦ８から構成され、輝度の重みの小さいものから、ＳＦ１、ＳＦ２、ＳＦ３、・・・・、ＳＦ８と呼び、それらサブフィールドの重みの比はそれぞれ、２0＝１、２1＝２、２2＝４、・・・・、２7＝１２８である。１フィールド内の中間調表示は、これらのサブフィールドのオンオフを選択することにより行われ、人間の残光特性により、人間の目に感じる輝度はオンしたサブフィールドのおのおの輝度の和で表される。
【００１５】
第2のサブフレームは9個のサブフィールドＳＦ９〜ＳＦ１７から構成され、輝度の重みの小さいものから、ＳＦ９、ＳＦ１０、ＳＦ１１、・・・・、ＳＦ１７と呼び、それらサブフィールドの重みの比はそれぞれ、２0＝１、２0＝１、２1＝２、２2＝４、・・・・、２7＝１２８である。第1のサブフレームと第２のサブフレームのサブフィールド配列の構成はまったく同じであり、最下位ビット（ＬＳＢ）であるＳＦ９が第 1 のサブフレームと第２のサブフレームとの間に構成されている。
ＬＳＢ以外はすべて2つのサブフィールドが組み合わせでオンすることで所定の輝度レベルを表現する。図1では２1＝２、２2＝４、・・・・、２8＝２５６の輝度レベルを表現するサブフィールドはすべて２つのサブフィールドの組み合わせで構成される。例えば輝度レベル「２」はＳＦ１とＳＦ１０、輝度レベル「４」はＳＦ２とＳＦ１１、輝度レベル「２５６」はＳＦ８とＳＦ１７を組み合わせてオンすることで表現できる。
図1では２つのサブフレーム、階調数５１２を例にあげたが、特にこれ以外にも適応できることは言うまでもない。また２のべき乗で階調数が増える例をあげたが、特にこれにもこだわるものではない。
【００１６】
（実施の形態２）
本発明における第２の実施の形態である画像表示方法とそれを用いた画像表示装置の全体構成図を図２に示す。
【００１７】
図２の画像表示装置において、入力端子より入力された映像信号２１は、ＡＤ変換部２２でデジタルデータに変換され、画像データ生成部２３に入力する。画像データ生成部２３では、入力された画像データのうち、複数枚を１枚にまとめて新しい画像データを作成する。この出力データはサブフィールド生成部２４へ入力される。サブフィールド生成部２４は、各画素の階調データを電圧印加時間幅に対応したパルスに変換し、ＸおよびＹドライバ２５に与えることで、画像表示部２６に中間調表示を行っている。同期分離部２７において映像信号２１より同期信号を分離し、入力映像信号に同期したタイミング信号をタイミング発生部２８で作成して各部に与えている。
【００１８】
例えば６０Ｈｚの映像信号を例に挙げて本発明の第２の実施の形態例を説明する。奇数フィールドと偶数フィールドの画像を画像データ生成部２３において演算処理して新しい画像データを形成する。この演算処理の手法は動きベクトル検出やメディアン値検出など複雑な処理が施されると推定されるが、本発明では特にその手法については問わない。この新たに生成された画像データは１秒間に３０枚、すなわち３０Ｈｚの映像信号となる。これは１フィールドの時間が処理前に比べて２倍になったことを意味する。小型ディスプレイでコマ落ちしても、高画質の映像を表示したい場合に有効である。従来のディジタルディスプレイでは、映像のフィールド時間を長くすると、フリッカーが目立ったり、動画表示時に本来はないはずの疑似輪郭が感知されるなどの弊害が目立った。
【００１９】
図３に本発明におけるサブフィールドのビットパターンを示す。（ａ）が従来のサブフィールドを示すビットパターンを示す図である。これは１フィールドを輝度の重みの異なる８枚のサブフィールドで構成するものであり、輝度の重みの小さいものから、ＳＦ１、ＳＦ２、ＳＦ３、・・・・、ＳＦ８と呼び、それらのサブフィールドの重みの比はそれぞれ、２0＝１、２1＝２、２2＝４、・・・・、２7＝１２８である。１フィールド内の中間調表示は、これらのサブフィールドのオンオフを選択することにより行われ、人間の残光特性により、人間の目に感じる輝度はオンのサブフィールドのおのおのの輝度の和で表される。この中間調表示方法で表現できる中間調は、１フィールド内のサブフィールド数、すなわち２の８乗＝２５６通りが可能である。
【００２０】
このようなサブフィールド法による階調表示方法は、「１」と「０」の２つの階調しか表現できないデジタルディスプレイでも、多階調表現が可能な優れた技術である。しかしながら、例えば、濃淡が緩やかに変化する画像で、動きのある映像が表示された場合、疑似輪郭の発生という課題がある。この現象は視覚特性からくるもので、その映像信号レベルが上記の２５６階調表示の場合、１２８、６４、３２、１６といった２のＮ乗の境界付近に沿って、あたかも階調が失われたように見え、本来とは異なる色が縞状、輪郭状に見える現象である。しかし、静止画ではこのような疑似輪郭は感知されない。
【００２１】
一方、本発明のように１フィールド時間が２倍になると、（ｂ）に示すように２５６の重みを有するサブフィールドＳＦ９が追加できるので、全体で５１２階調の表現が可能となってくる。しかし（ｂ）のようなサブフィールドの配置では前述した理由から、各サブフィールドの切り替わりで大きなビットパターンの変化が発生するので疑似輪郭が顕著に発生する問題があった。
【００２２】
そこで本発明ではこれらの課題を鑑みて、（ｃ）に示すようなサブフィールドを用いれば疑似輪郭が大幅に改善できるとともに、画像のコマ数が減少したことに起因するフリッカーも低減できることを見出した。（ｃ）では元の６０Ｈｚの映像を表示するときに用いたサブフィールドのビットパターンをそのまま連続させると共に、ＬＳＢを２回目のビットパターンの始めに新たに付け加えているものである。ＬＳＢ以外の、２1＝２、２2＝４、・・・・、２8＝２５６を表現するサブフィールドはすべて２つのサブフィールドの組み合わせで構成される。例えば２はＳＦ１とＳＦ１０、４はＳＦ２とＳＦ１１、２５６はＳＦ８とＳＦ１７を同時にオンすることで表現できる。
【００２３】
図２に示すような画像表示装置を用い、図３（ｃ）に示すようなパターンのサブフィールドを用いて画像表示を行うことで、階調特性を向上させると共に、フィールド長を伸ばしたために発生しやすい表示フリッカーや動画疑似輪郭を抑えた表示が可能となる。
【００２４】
（実施の形態３）
本発明における第３の実施形態である画像表示方法とそれを用いた画像表示装置の全体構成図を図４に示す。図４の画像表示装置において、入力端子より入力された映像信号４１は、ＡＤ変換部４２でデジタルデータに変換され、２：３プルダウン４９、画像データ生成部４３に入力する。
図５は本発明で用いる映像信号を模式的に示したものである。図５を用いて２：３プルダウン４９の動作を説明する。映画ソースなど２４ｐで撮影された映像を６０ｐの映像に変換するために、同じ画像を２回と３回交互に繰り返すことで作成するのが一般的である。図４の２：３プルダウン４９および画像データ生成部４３では、これをまったく反対に、このようにして作成された６０ｐの映像ソースをフィールド間のデータ差を判定しながら、もとの２４ｐのデータに変換していく。この出力データはサブフィールド生成部４４へ入力される。サブフィールド生成部４４は、各画素の階調データを電圧印加時間幅に対応したパルスに変換し、ＸおよびＹドライバ４５に与えることで、画像表示部４６に中間調表示を行っている。同期分離４７において映像信４１より同期信号を分離し、入力映像信号に同期したタイミング信号をタイミング発生部４８で作成して各部に与えている。
この新たに生成された画像データは１秒間に２４枚、すなわち２４Ｈｚの映像信号となる。これは１フィールドの時間が処理前に比べて２．５倍になったことを意味する。従来のディジタルディスプレイでは、映像のフィールド時間を長くすると、フリッカーが目立ったり、動画表示時に本来はないはずの疑似輪郭が感知されるなどの弊害が目立った。
【００２５】
図６に本発明におけるサブフィールドのビットパターンを示す。（ａ）が従来のサブフィールドを示すビットパターンを示す図である。これは１フィールドを輝度の重みの異なる8枚のサブフィールドで構成するものであり、輝度の重みの小さいものから、ＳＦ１、ＳＦ２、ＳＦ３、・・・・、ＳＦ８と呼び、それらのサブフィールドの重みの比はそれぞれ、２0＝１、２1＝２、２2＝４、・・・・、２7＝１２８である。１フィールド内の中間調表示は、これらのサブフィールドのオンオフを選択することにより行われ、人間の残光特性により、人間の目に感じる輝度はオンのサブフィールドのおのおのの輝度の和で表される。この中間調表示方法で表現できる中間調は、１フィールド内のサブフィールド数、すなわち２の８乗＝２５６通りが可能である。
【００２６】
このようなサブフィールド法による階調表示方法は、１と０の２つの階調しか表現できないデジタルディスプレイでも、多階調表現が可能な優れた技術である。しかしながら、例えば、濃淡が緩やかに変化する画像で、動きのある映像が表示された場合、疑似輪郭の発生という課題がある。この現象は視覚特性からくるもので、その映像信号レベルが上記の２５６階調表示の場合、１２８、６４、３２、１６といった２のＮ乗の境界付近に沿って、あたかも階調が失われたように見え、本来とは異なる色が縞状、輪郭状に見える現象である。しかし、静止画ではこのような疑似輪郭は感知されない。
【００２７】
一方、本発明のように１フィールド時間が２．５倍になると、（ｂ）に示すように２５６の重みを有するサブフィールドＳＦ９が追加できるので、全体で５１２階調の表現が可能となってくる。しかし（ｂ）のようなサブフィールドの配置では前述した理由から、各サブフィールドの切り替わりで大きなビットパターンの変化が発生するので疑似輪郭が顕著に発生する問題があった。
【００２８】
そこで本発明ではこれらの課題を鑑みて、（ｃ）に示すようなサブフィールドを用いれば疑似輪郭が大幅に改善できるとともに、画像のコマ数が減少したことに起因するフリッカーも低減できることを見出した。（ｃ）では元の６０Ｈｚの映像を表示するときに用いたサブフィールドのビットパターンをそのまま連続させると共に、ＬＳＢを２回目のビットパターンの始めに新たに付け加えているものである。ＬＳＢ以外の、２1＝２、２2＝４、・・・・、２8＝２５６を表現するサブフィールドはすべて２つのサブフィールドの組み合わせで構成される。例えば２はＳＦ１とＳＦ１０、４はＳＦ２とＳＦ１１、２５６はＳＦ８とＳＦ１７を同時にオンすることで表現できる。
【００２９】
図４に示すような画像表示装置を用い、図６（ｃ）に示すようなパターンのサブフィールドを用いて画像表示を行うことで、階調特性を向上させると共に、フィールド長を伸ばしたために発生しやすい表示フリッカーや動画疑似輪郭を抑えた表示が可能となる。
１フィールド期間内でのＲＧＢのカラーフレームの出現回数が少ないと、視線が移動した際に不要な色付きが視認されるカラーセパレーションが発生し、動画画質劣化となる。これまでの経験から６０Ｈｚの映像信号では、１フィールドに５回以上の単色でのカラーサブフレームが出現するとカラーセパレーションは目立ちにくくなる。従って２４Ｈｚで表示する場合、カラーサブフレームは少なくとも１０回以上出現することが望ましい。
【００３０】
（実施の形態４）
本発明における第４の実施形態である画像表示方法とそれを用いた画像表示装置の全体構成図を図７に示す。図７の画像表示装置において、入力端子より入力された映像信号７１は、ＡＤ変換部７２でデジタルデータに変換され、２：３プルダウン７９、画像データ生成部７３に入力する。
図８は本発明で用いる映像信号を模式的に示したものである。図８を用いて２：３プルダウン７９の動作を説明する。映画ソースなど２４ｐで撮影された映像を６０ｐの映像に変換するために、同じ画像を２回と３回交互に繰り返すことで作成するのが一般的である。図７の２：３プルダウン７９および画像データ生成部７３では、これをまったく反対に、このようにして作成された６０ｐの映像ソースをフィールド間のデータ差を判定しながら、４８ｐのデータに変換していく。同じ画像２回ずつ繰り返せば、４８ｐの映像信号となる。この出力データはサブフィールド生成部７４へ入力される。サブフィールド生成部７４は、各画素の階調データを電圧印加時間幅に対応したパルスに変換し、ＸおよびＹドライバ７５に与えることで、画像表示部７６に中間調表示を行っている。同期分離７７において映像信号７１より同期信号を分離し、入力映像信号に同期したタイミング信号をタイミング発生部７８で作成して各部に与えている。
この新たに生成された画像データは１秒間に４８枚、すなわち４８Ｈｚの映像信号となる。これは１フィールドの時間が処理前に比べて１．２５倍になったことを意味する。従来のディジタルディスプレイでは、映像のフィールド時間を長くすると、フリッカーが目立ったり、動画表示時に本来はないはずの疑似輪郭が感知されるなどの弊害が目立った。
【００３１】
図９に本発明におけるサブフィールドのビットパターンを示す。（ａ）が従来のサブフィールドを示すビットパターンを示す図である。これは１フィールドを輝度の重みの異なる8枚のサブフィールドで構成するものであり、輝度の重みの小さいものから、ＳＦ１、ＳＦ２、ＳＦ３、・・・・、ＳＦ８と呼び、それらのサブフィールドの重みの比はそれぞれ、２0＝１、２1＝２、２2＝４、・・・・、２7＝１２８である。１フィールド内の中間調表示は、これらのサブフィールドのオンオフを選択することにより行われ、人間の残光特性により、人間の目に感じる輝度はオンのサブフィールドのおのおのの輝度の和で表される。この中間調表示方法で表現できる中間調は、１フィールド内のサブフィールド数、すなわち２の８乗＝２５６通りが可能である。
【００３２】
このようなサブフィールド法による階調表示方法は、１と０の２つの階調しか表現できないデジタルディスプレイでも、多階調表現が可能な優れた技術である。しかしながら、例えば、濃淡が緩やかに変化する画像で、動きのある映像が表示された場合、疑似輪郭の発生という課題がある。この現象は視覚特性からくるもので、その映像信号レベルが上記の２５６階調表示の場合、１２８、６４、３２、１６といった２のＮ乗の境界付近に沿って、あたかも階調が失われたように見え、本来とは異なる色が縞状、輪郭状に見える現象である。しかし、静止画ではこのような疑似輪郭は感知されない。
【００３３】
一方、本発明のように１フィールド時間が２．５倍になると、（ｂ）に示すように２５６の重みを有するサブフィールドＳＦ９が追加できるので、全体で５１２階調の表現が可能となってくる。しかし（ｂ）のようなサブフィールドの配置では前述した理由から、各サブフィールドの切り替わりで大きなビットパターンの変化が発生するので疑似輪郭が顕著に発生する問題があった。
【００３４】
そこで本発明ではこれらの課題を鑑みて、（ｃ）に示すようなサブフィールドを用いれば疑似輪郭が大幅に改善できるとともに、画像のコマ数が減少したことに起因するフリッカーも低減できることを見出した。（ｃ）では元の６０Ｈｚの映像を表示するときに用いたサブフィールドのビットパターンをそのまま連続させると共に、ＬＳＢを２回目のビットパターンの始めに新たに付け加えているものである。ＬＳＢ以外の、２1＝２、２2＝４、・・・・、２8＝２５６を表現するサブフィールドはすべて２つのサブフィールドの組み合わせで構成される。例えば２はＳＦ１とＳＦ１０、４はＳＦ２とＳＦ１１、２５６はＳＦ８とＳＦ１７を同時にオンすることで表現できる。
【００３５】
図７に示すような画像表示装置を用い、図９（ｃ）に示すようなパターンのサブフィールドを用いて画像表示を行うことで、階調特性を向上させると共に、フィールド長を伸ばしたために発生しやすい表示フリッカーや動画疑似輪郭を抑えた表示が可能となる。
【００３６】
（実施の形態５）
本発明における第５の実施形態である画像表示装置の概略図を図１０に示す。図１０において１０１はカラーホイール、１０２はＤＭＤ素子、１０３は凹面鏡を含むランプ、１０４は投写レンズ、１０５はスクリーン、１０６はモータ、１０７はフィールドレンズである。ＤＭＤ素子１０２はＳＬＭの１つであり、１つのミラーが１画素に対応し、これがマトリクス状に配列された構成で、映像信号によって高速でミラーの傾きが変化して表示の切り替えが可能である。ビデオレートの動画を表示するためには１フィールド内に６０フレームの映像を表示できることが必要であり、例えばＤＭＤ素子は高速応答可能な液晶パネルであっても構わない。そのためには液晶の応答速度としては少なくとも１／６０＝１６．７ｍ秒以下が要求される。好ましくはさらにこの間にＲＧＢ３色の表示が可能であるためには、応答速度として５．６ｍ秒が要求される。このような高速応答の液晶は例えば強誘電液晶、反強誘電液晶、ＯＣＢ(Optically Compensated Bend)液晶などが挙げられる。前記において、ＯＣＢ液晶とはベンド配向セルを用い、液晶の複屈折により視野角方向の変化を自己補償する方式であり、負の光学補償フィルムと組み合わせることで、広視野角にできることに加え、高速応答が可能となる液晶である。
【００３７】
本発明の画像表示装置の動作について説明する。ランプ１０３はキセノン、メタルハライドランプ、超高圧水銀灯などの放電タイプの高出力ランプであり、凹面鏡のほぼ焦点位置に配置し、ランプより出射する白色光が楕円形状の凹面鏡によりカラーホイール１０１のカラーフィルタ上で、外周部の領域に集光するように配置される。
【００３８】
カラーホイール１０１は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色の色フィルタが円盤状に配置されるように構成され、それぞれのフィルタが光線を遮るのに同期してＤＭＤ素子１０２は光線の色の画像フレームを表示する。単一画像フレーム、通常は１／６０秒に対してカラーホイール１０１を画像フレーム毎に６回転、または毎分２１６００回転でモータ１０６により回転させている。
【００３９】
この様なシステムでは、１フレーム周波数間に１８のカラーサブフレームが存在し、その各々はＲ、Ｇ、Ｂが６回繰り返し出現するのであって、それぞれの色に対してＤＭＤ素子６２は非常に高速に表示画像を切り替え、変調された各色光線は投写レンズ１０４を用いてスクリーン１０５に拡大投影される。スクリーンに投写された表示は１／６０秒の間にＲ、Ｇ、Ｂの各色の映像が順次表示されるため、目にはこれらが残像として見え、フルカラーの映像として認識される。
【００４０】
このときカラーホイール１０１の色と、ＤＭＤ素子１０２の表示する映像とが同調しなければならない。信号インターフェースは、様々な種類の入力信号を受けることができ、例えばここでは水平および垂直同期成分を有する標準ビデオ信号であるものと仮定する。以下に説明されるように、垂直同期信号は、カラーホイール１０１の速度を調節するための基準信号として用いられる。入力信号はＰＣなどのグラフィックスデータでもよく、基準信号は他の信号源から来るものでもかまわない。
本発明の（実施の形態１）で説明した画像表示方法を用いて、入力端子より入力された映像信号を、ＡＤ変換部でデジタルデータに変換し、画像データ生成部で入力された画像データのうち、複数枚を１枚にまとめて新しい画像データを作成する。この出力データはサブフィールド生成部へ入力され、各画素の階調データを電圧印加時間幅に対応したパルスに変換し、ＤＭＤ素子１０２に中間調表示を行っている。
【００４１】
例えば６０Ｈｚの映像信号が入力される場合、奇数フィールドと偶数フィールドの画像を画像データ生成部において演算処理して新しい画像データを形成する。この新たに生成された画像データは１秒間に３０枚、すなわち３０Ｈｚの映像信号となる。この信号を表示するＤＭＤ素子１０２には図３（ｃ）で示したようなビットパターンで駆動される。
【００４２】
さらにＤＭＤ素子１０２の駆動を詳細に説明する。ディスプレイメモリは、データプロセッサから処理された画素データを受ける。ディスプレイメモリは、該データを入力または出力上において「ビットプレーン」形式にフォーマットし、該ビットプレーンをＤＭＤ素子１０２へ供給する。該ビットプレーンフォーマットは、ＤＭＤ素子１０２のそれぞれの画素に対し一時に１ビットを供給し、それぞれの画素は、そのビットの値に従ってオンまたはオフが切り替わる。例えば、それぞれの画素が３色のそれぞれに対する８ビットにより表される場合は、３×８＝２４ビットプレーン毎フレームが存在する。
【００４３】
典型的な表示システムにおいては、メモリは二重バッファメモリであり、これは、それが少なくとも２つのディスプレイフレーム用の容量を有することを意味する。１ディスプレイフレーム用のバッファは、もう１つのディスプレイフレーム用のバッファが書込まれている間に、ＤＭＤ素子１０２へ読出されうる。これらの２バッファは、データが連続的にＤＭＤ素子１０２へ得られるように、交互に制御される。
【００４４】
ＤＭＤ素子１０２上に入射する光は、回転するカラーホイール１０１を通して送られる。それぞれの色に対するデータはシーケンス化され、前記データの表示は、ＤＭＤ素子１０２へ送られつつある光を通過させているカラーホイール６１の部分が、表示されている前記データに対応するように、同期せしめられる。本説明の例においては、それぞれの画素はＲＧＢデータ値によって表され、これは、それぞれの画素が赤値、緑値、および青値を有することを意味する。フレーム内の全画素の、それぞれの色に対する値が表示されつつある時、カラーホイール６１は、光が対応する赤、青、または緑のフィルタを通過するように回転する。これら３つの値の組み合せが、それぞれの画素に対する所望の色を生じる。
【００４５】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明の画像表示方法および画像表示装置によれば、動画像の擬似輪郭を改善し、画質劣化を防ぐことができる。
【００４６】
さらに、フィールド長を伸ばした際に発生しやすい表示フリッカーを抑えた表示が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像表示方法における（実施の形態１）での表示装置の駆動シーケンスを説明する概略図
【図２】本発明の画像表示方法と画像表示装置における（実施の形態２）を説明する構成図
【図３】本発明の画像表示方法における（実施の形態２）での表示装置の駆動シーケンスを説明する概略図
【図４】本発明の画像表示方法と画像表示装置における（実施の形態３）を説明する構成図
【図５】本発明の画像表示方法における（実施の形態３）での画像生成を説明する概略図
【図６】本発明の画像表示方法における（実施の形態３）での表示装置の駆動シーケンスを説明する概念図
【図７】本発明の画像表示方法と画像表示装置における（実施の形態４）を説明する構成図
【図８】本発明の画像表示方法における（実施の形態４）での画像生成を説明する概略図
【図９】本発明の画像表示方法における（実施の形態４）での表示装置の駆動シーケンスを説明する概念図
【図１０】本発明の画像表示装置における（実施の形態５）を説明する概略図
【図１１】一般的な表示装置におけるガンマ特性の説明概略図
【図１２】従来の画像表示装置の概略図
【符号の説明】
２１ 映像信号
２２ ＡＤ変換部
２３ 画像データ生成部
２４ サブフィールド生成部
２５ ＸおよびＹドライバ
２６ 画像表示部
２７ 同期分離部
２８ タイミング発生部
１０１ カラーホイール
１０２ ＤＭＤ素子
１０３ ランプ
１０４ 投写レンズ
１０５ スクリーン
１０６ モータ
１０７ フィールドレンズ
【発明の属する技術分野】
本発明は、１フィールドの画像を複数のサブフィールド画像に分割して多階調表示を行う画像表示方法と、この表示方法を応用した画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ホームシアター、プレゼンテーションといった大画面表示が近年にわかに注目を集めており、最近ではプラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰと記す）やデジタルマイクロミラーデバイス（以下、ＤＭＤと記す）を用いたプロジェクタが商品化されている。
【０００３】
ＤＭＤは空間光変調素子（ＳＬＭ：Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）の１タイプであり、プロジェクタとして用いられる。ＤＭＤは、１画素に相当する極めて微小なミラーを、１個のチップに数十万または百万個以上を有する。このミラーを傾斜させて、ミラーへ入射する光線の出射角度を変えることで、オン／オフを制御できる。
【０００４】
このような２値的な発光を用いて階調表示を行うディスプレイとして、ＰＤＰがよく知られており、それぞれ重み付けされた複数の２値画像を時間的に重ね合わせることで中間調を表現するサブフィールド法が用いられている。
【０００５】
ＤＭＤを用いた画像表示装置を例に挙げて説明する。図１２にその概略図を示す。図１２において１２１はカラーホイール、１２２はＤＭＤ素子、１２３はランプ、１２４は投写レンズ、１２５はスクリーン、１２６はモータ、１２７はフィールドレンズである。
ＤＭＤ素子を１枚だけ用いる１チップＤＭＤプロジェクタは、カラーホイール１２１を用いて時間方向にＲＧＢを色順次表示することでカラー表示を行う。従来の色順次表示装置の動作について図１２を用いて説明する。
ランプ１２３はキセノン、メタルハライドランプ、超高圧水銀灯などの放電タイプの高出力ランプであり、凹面鏡のほぼ焦点位置に配置し、ランプ１２３より出射する白色光が楕円形状の凹面鏡によりカラーホイール１２１のカラーフィルタ上に集光するように配置する。カラーホイール１２１は、赤、青、緑の各色の色フィルタが円盤状に配置されるように構成され、それぞれのフィルタがランプより出射する白色光線を遮るのに同期してＤＭＤ素子１２２は光線の色に対応する画像フレームを表示する。
単一画像フレーム、通常は１／６０秒に対してカラーホイール１２１を画像フレーム毎に１回転、または毎分３６００回転（ｒ．ｐ．ｍ）で回転している。この様なシステムでは、１フレーム周波数間に６つのカラーサブフレームが存在し、その各々は赤、緑、青、赤、緑、青であって、このように色分離された光線がフィールドレンズ１２７により平行光となってＤＭＤ素子１２２に照射される。
それぞれの色に対してＤＭＤ素子１２２は非常に高速に表示画像を切り替え、変調された各色光線は投写レンズ１２４を用いてスクリーン１２５に拡大投影される。スクリーンに投写された表示は１／６０秒の間にＲ、Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の映像が順次表示されるため、目では残像として見え、フルカラーの映像が認識される。
【０００６】
例えば、ＤＭＤを表示デバイスとして用いるプロジェクタにおいて、ＤＭＤのマイクロミラーがオンオフする最小のスイッチング時間は１０〜２０マイクロ秒といわれている。この時間がサブフィールド法におけるＬＳＢ（Ｌｅａｓｔ Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ Ｂｉｔ）となり、このＬＳＢをもとに１フィールド時間に表現可能な階調数が決まる。一般的なビデオ信号は６０Ｈｚのフィールド周波数を有するので、可能な階調数は
１秒／６０Ｈｚ／１５マイクロ秒＝１１１１、
おおよそ２の１０乗、すなわち１０ビットの階調表示が可能となってくる。
【０００７】
ただし、図９のようなカラーホイールを用いて色順次表示する１チップＤＭＤプロジェクタでは、１フィールド間にＲ、Ｇ、Ｂの３色の階調を表示しなくてはならないため、さらに１／３以下の時間しか表現できない。これでは実際、２の８乗すなわち８ビットの階調表現しかできず、とても十分な階調とはいえない。特に低階調領域では表示階調不足による偽輪郭を生じ、画質劣化の要因となる。図１１に示すようなガンマ特性曲線において、ＣＲＴを用いるアナログディスプレイでは画像の強度は電圧の関数であって、図１１の曲線のように表される。
注意すべきは低電圧領域では強度はほとんど平坦であるのに対し、中間から高電圧領域に移るに従って、急速に増大する点である。これを補正するためにディスプレイへの伝送はあらかじめ逆向けのガンマ特性を付与した曲線で与えられ、これらが補正されて直線で示される線形の階調表示特性が得られる。このような逆ガンマ特性は階調表示に制約のあるディスプレイでは低階調領域で表現しきれず課題となっている。
一方でこの偽輪郭を目立ちにくくする手法として、ディザや誤差拡散といった、本来の階調と表示階調の誤差を、空間的または時間的に伝播させて表現する手法も取り入れられているが、それでもまだ十分とはいえない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来のサブフィールドを用いた階調表示方法では、動画像に対して疑似輪郭状のノイズが見られ、画質が劣化するという問題があった。動画像の疑似輪郭の発生については文献１（「サブフィールド表示におけるＰＤＰの動画質改善に関する検討」：電子情報通信学会技術報告、ＥＩＤ９７−５４（１９９７−１０） , ｐｐ . ４３ - ４８）に記載されている。これは、動画像に対しては視線がそれを追従し動くので、目が時間的に積分する位置が視線の移動に従い空間的に変化するためである。すなわち、視線が１フィールド表示期間内に複数の画素を移動する速度で動くと、サブフィールドの加算が１つの画素内のみではなく複数の画素にまたがって行われ、このため、本来の画像が得られなくなり、画質が劣化する。本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、サブフィールド法における動画像の疑似輪郭を防止する画像表示方法と画像表示装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため本発明の画像表示方法は、１フレームを、輝度の重みの異なる複数のサブフィールドで構成された第１のサブフレームと、前記第１のサブフレームの複数のサブフィールドと同じ複数のサブフィールドで構成された第２のサブフレームと、最下位ビットのサブフィールドとに分割し、前記第１のサブフレームおよび前記第２のサブフレームにおける同じ輝度の重みのサブフィールドの組み合わせと、前記最下位ビットのサブフィールドとを画素毎に選択的にオンオフすることを特徴とする。このような構成にすることにより、動画像の疑似輪郭を抑えた表示が可能となる。
【００１１】
また本発明の画像表示装置は、１フレームを、輝度の重みの異なる複数のサブフィールドで構成された第１のサブフレームと、前記第１のサブフレームの複数のサブフィールドと同じ複数のサブフィールドで構成された第２のサブフレームと、最下位ビットのサブフィールドとに分割し、前記第１のサブフレームおよび前記第２のサブフレームにおける同じ輝度の重みのサブフィールドの組み合わせと、前記最下位ビットのサブフィールドとを、画素毎に選択的にオンオフするように制御するサブフィールド生成部を有することを特徴とする。
また別の構成の画像表示装置は、白色光を出射する光源と、光源より出射する白色光線を時系列でＲＧＢ光線に変換するカラーホイールと、画像を形成する空間光変調素子と、ランプより出射する光線を空間光変調素子へ集光する照明光学系と、空間光変調素子に形成された画像をスクリーンへ拡大投影する投写光学系と、上記のサブフィールド生成部を具備したことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００１３】
（実施の形態１）
本発明における第１の実施形態である画像表示方法のサブフィールド構成図を図１に示す。
【００１４】
1フレームは2つのサブフレームより構成されている。第1のサブフレームは8個のサブフィールドＳＦ１〜ＳＦ８から構成され、輝度の重みの小さいものから、ＳＦ１、ＳＦ２、ＳＦ３、・・・・、ＳＦ８と呼び、それらサブフィールドの重みの比はそれぞれ、２0＝１、２1＝２、２2＝４、・・・・、２7＝１２８である。１フィールド内の中間調表示は、これらのサブフィールドのオンオフを選択することにより行われ、人間の残光特性により、人間の目に感じる輝度はオンしたサブフィールドのおのおの輝度の和で表される。
【００１５】
第2のサブフレームは9個のサブフィールドＳＦ９〜ＳＦ１７から構成され、輝度の重みの小さいものから、ＳＦ９、ＳＦ１０、ＳＦ１１、・・・・、ＳＦ１７と呼び、それらサブフィールドの重みの比はそれぞれ、２0＝１、２0＝１、２1＝２、２2＝４、・・・・、２7＝１２８である。第1のサブフレームと第２のサブフレームのサブフィールド配列の構成はまったく同じであり、最下位ビット（ＬＳＢ）であるＳＦ９が第 1 のサブフレームと第２のサブフレームとの間に構成されている。
ＬＳＢ以外はすべて2つのサブフィールドが組み合わせでオンすることで所定の輝度レベルを表現する。図1では２1＝２、２2＝４、・・・・、２8＝２５６の輝度レベルを表現するサブフィールドはすべて２つのサブフィールドの組み合わせで構成される。例えば輝度レベル「２」はＳＦ１とＳＦ１０、輝度レベル「４」はＳＦ２とＳＦ１１、輝度レベル「２５６」はＳＦ８とＳＦ１７を組み合わせてオンすることで表現できる。
図1では２つのサブフレーム、階調数５１２を例にあげたが、特にこれ以外にも適応できることは言うまでもない。また２のべき乗で階調数が増える例をあげたが、特にこれにもこだわるものではない。
【００１６】
（実施の形態２）
本発明における第２の実施の形態である画像表示方法とそれを用いた画像表示装置の全体構成図を図２に示す。
【００１７】
図２の画像表示装置において、入力端子より入力された映像信号２１は、ＡＤ変換部２２でデジタルデータに変換され、画像データ生成部２３に入力する。画像データ生成部２３では、入力された画像データのうち、複数枚を１枚にまとめて新しい画像データを作成する。この出力データはサブフィールド生成部２４へ入力される。サブフィールド生成部２４は、各画素の階調データを電圧印加時間幅に対応したパルスに変換し、ＸおよびＹドライバ２５に与えることで、画像表示部２６に中間調表示を行っている。同期分離部２７において映像信号２１より同期信号を分離し、入力映像信号に同期したタイミング信号をタイミング発生部２８で作成して各部に与えている。
【００１８】
例えば６０Ｈｚの映像信号を例に挙げて本発明の第２の実施の形態例を説明する。奇数フィールドと偶数フィールドの画像を画像データ生成部２３において演算処理して新しい画像データを形成する。この演算処理の手法は動きベクトル検出やメディアン値検出など複雑な処理が施されると推定されるが、本発明では特にその手法については問わない。この新たに生成された画像データは１秒間に３０枚、すなわち３０Ｈｚの映像信号となる。これは１フィールドの時間が処理前に比べて２倍になったことを意味する。小型ディスプレイでコマ落ちしても、高画質の映像を表示したい場合に有効である。従来のディジタルディスプレイでは、映像のフィールド時間を長くすると、フリッカーが目立ったり、動画表示時に本来はないはずの疑似輪郭が感知されるなどの弊害が目立った。
【００１９】
図３に本発明におけるサブフィールドのビットパターンを示す。（ａ）が従来のサブフィールドを示すビットパターンを示す図である。これは１フィールドを輝度の重みの異なる８枚のサブフィールドで構成するものであり、輝度の重みの小さいものから、ＳＦ１、ＳＦ２、ＳＦ３、・・・・、ＳＦ８と呼び、それらのサブフィールドの重みの比はそれぞれ、２0＝１、２1＝２、２2＝４、・・・・、２7＝１２８である。１フィールド内の中間調表示は、これらのサブフィールドのオンオフを選択することにより行われ、人間の残光特性により、人間の目に感じる輝度はオンのサブフィールドのおのおのの輝度の和で表される。この中間調表示方法で表現できる中間調は、１フィールド内のサブフィールド数、すなわち２の８乗＝２５６通りが可能である。
【００２０】
このようなサブフィールド法による階調表示方法は、「１」と「０」の２つの階調しか表現できないデジタルディスプレイでも、多階調表現が可能な優れた技術である。しかしながら、例えば、濃淡が緩やかに変化する画像で、動きのある映像が表示された場合、疑似輪郭の発生という課題がある。この現象は視覚特性からくるもので、その映像信号レベルが上記の２５６階調表示の場合、１２８、６４、３２、１６といった２のＮ乗の境界付近に沿って、あたかも階調が失われたように見え、本来とは異なる色が縞状、輪郭状に見える現象である。しかし、静止画ではこのような疑似輪郭は感知されない。
【００２１】
一方、本発明のように１フィールド時間が２倍になると、（ｂ）に示すように２５６の重みを有するサブフィールドＳＦ９が追加できるので、全体で５１２階調の表現が可能となってくる。しかし（ｂ）のようなサブフィールドの配置では前述した理由から、各サブフィールドの切り替わりで大きなビットパターンの変化が発生するので疑似輪郭が顕著に発生する問題があった。
【００２２】
そこで本発明ではこれらの課題を鑑みて、（ｃ）に示すようなサブフィールドを用いれば疑似輪郭が大幅に改善できるとともに、画像のコマ数が減少したことに起因するフリッカーも低減できることを見出した。（ｃ）では元の６０Ｈｚの映像を表示するときに用いたサブフィールドのビットパターンをそのまま連続させると共に、ＬＳＢを２回目のビットパターンの始めに新たに付け加えているものである。ＬＳＢ以外の、２1＝２、２2＝４、・・・・、２8＝２５６を表現するサブフィールドはすべて２つのサブフィールドの組み合わせで構成される。例えば２はＳＦ１とＳＦ１０、４はＳＦ２とＳＦ１１、２５６はＳＦ８とＳＦ１７を同時にオンすることで表現できる。
【００２３】
図２に示すような画像表示装置を用い、図３（ｃ）に示すようなパターンのサブフィールドを用いて画像表示を行うことで、階調特性を向上させると共に、フィールド長を伸ばしたために発生しやすい表示フリッカーや動画疑似輪郭を抑えた表示が可能となる。
【００２４】
（実施の形態３）
本発明における第３の実施形態である画像表示方法とそれを用いた画像表示装置の全体構成図を図４に示す。図４の画像表示装置において、入力端子より入力された映像信号４１は、ＡＤ変換部４２でデジタルデータに変換され、２：３プルダウン４９、画像データ生成部４３に入力する。
図５は本発明で用いる映像信号を模式的に示したものである。図５を用いて２：３プルダウン４９の動作を説明する。映画ソースなど２４ｐで撮影された映像を６０ｐの映像に変換するために、同じ画像を２回と３回交互に繰り返すことで作成するのが一般的である。図４の２：３プルダウン４９および画像データ生成部４３では、これをまったく反対に、このようにして作成された６０ｐの映像ソースをフィールド間のデータ差を判定しながら、もとの２４ｐのデータに変換していく。この出力データはサブフィールド生成部４４へ入力される。サブフィールド生成部４４は、各画素の階調データを電圧印加時間幅に対応したパルスに変換し、ＸおよびＹドライバ４５に与えることで、画像表示部４６に中間調表示を行っている。同期分離４７において映像信４１より同期信号を分離し、入力映像信号に同期したタイミング信号をタイミング発生部４８で作成して各部に与えている。
この新たに生成された画像データは１秒間に２４枚、すなわち２４Ｈｚの映像信号となる。これは１フィールドの時間が処理前に比べて２．５倍になったことを意味する。従来のディジタルディスプレイでは、映像のフィールド時間を長くすると、フリッカーが目立ったり、動画表示時に本来はないはずの疑似輪郭が感知されるなどの弊害が目立った。
【００２５】
図６に本発明におけるサブフィールドのビットパターンを示す。（ａ）が従来のサブフィールドを示すビットパターンを示す図である。これは１フィールドを輝度の重みの異なる8枚のサブフィールドで構成するものであり、輝度の重みの小さいものから、ＳＦ１、ＳＦ２、ＳＦ３、・・・・、ＳＦ８と呼び、それらのサブフィールドの重みの比はそれぞれ、２0＝１、２1＝２、２2＝４、・・・・、２7＝１２８である。１フィールド内の中間調表示は、これらのサブフィールドのオンオフを選択することにより行われ、人間の残光特性により、人間の目に感じる輝度はオンのサブフィールドのおのおのの輝度の和で表される。この中間調表示方法で表現できる中間調は、１フィールド内のサブフィールド数、すなわち２の８乗＝２５６通りが可能である。
【００２６】
このようなサブフィールド法による階調表示方法は、１と０の２つの階調しか表現できないデジタルディスプレイでも、多階調表現が可能な優れた技術である。しかしながら、例えば、濃淡が緩やかに変化する画像で、動きのある映像が表示された場合、疑似輪郭の発生という課題がある。この現象は視覚特性からくるもので、その映像信号レベルが上記の２５６階調表示の場合、１２８、６４、３２、１６といった２のＮ乗の境界付近に沿って、あたかも階調が失われたように見え、本来とは異なる色が縞状、輪郭状に見える現象である。しかし、静止画ではこのような疑似輪郭は感知されない。
【００２７】
一方、本発明のように１フィールド時間が２．５倍になると、（ｂ）に示すように２５６の重みを有するサブフィールドＳＦ９が追加できるので、全体で５１２階調の表現が可能となってくる。しかし（ｂ）のようなサブフィールドの配置では前述した理由から、各サブフィールドの切り替わりで大きなビットパターンの変化が発生するので疑似輪郭が顕著に発生する問題があった。
【００２８】
そこで本発明ではこれらの課題を鑑みて、（ｃ）に示すようなサブフィールドを用いれば疑似輪郭が大幅に改善できるとともに、画像のコマ数が減少したことに起因するフリッカーも低減できることを見出した。（ｃ）では元の６０Ｈｚの映像を表示するときに用いたサブフィールドのビットパターンをそのまま連続させると共に、ＬＳＢを２回目のビットパターンの始めに新たに付け加えているものである。ＬＳＢ以外の、２1＝２、２2＝４、・・・・、２8＝２５６を表現するサブフィールドはすべて２つのサブフィールドの組み合わせで構成される。例えば２はＳＦ１とＳＦ１０、４はＳＦ２とＳＦ１１、２５６はＳＦ８とＳＦ１７を同時にオンすることで表現できる。
【００２９】
図４に示すような画像表示装置を用い、図６（ｃ）に示すようなパターンのサブフィールドを用いて画像表示を行うことで、階調特性を向上させると共に、フィールド長を伸ばしたために発生しやすい表示フリッカーや動画疑似輪郭を抑えた表示が可能となる。
１フィールド期間内でのＲＧＢのカラーフレームの出現回数が少ないと、視線が移動した際に不要な色付きが視認されるカラーセパレーションが発生し、動画画質劣化となる。これまでの経験から６０Ｈｚの映像信号では、１フィールドに５回以上の単色でのカラーサブフレームが出現するとカラーセパレーションは目立ちにくくなる。従って２４Ｈｚで表示する場合、カラーサブフレームは少なくとも１０回以上出現することが望ましい。
【００３０】
（実施の形態４）
本発明における第４の実施形態である画像表示方法とそれを用いた画像表示装置の全体構成図を図７に示す。図７の画像表示装置において、入力端子より入力された映像信号７１は、ＡＤ変換部７２でデジタルデータに変換され、２：３プルダウン７９、画像データ生成部７３に入力する。
図８は本発明で用いる映像信号を模式的に示したものである。図８を用いて２：３プルダウン７９の動作を説明する。映画ソースなど２４ｐで撮影された映像を６０ｐの映像に変換するために、同じ画像を２回と３回交互に繰り返すことで作成するのが一般的である。図７の２：３プルダウン７９および画像データ生成部７３では、これをまったく反対に、このようにして作成された６０ｐの映像ソースをフィールド間のデータ差を判定しながら、４８ｐのデータに変換していく。同じ画像２回ずつ繰り返せば、４８ｐの映像信号となる。この出力データはサブフィールド生成部７４へ入力される。サブフィールド生成部７４は、各画素の階調データを電圧印加時間幅に対応したパルスに変換し、ＸおよびＹドライバ７５に与えることで、画像表示部７６に中間調表示を行っている。同期分離７７において映像信号７１より同期信号を分離し、入力映像信号に同期したタイミング信号をタイミング発生部７８で作成して各部に与えている。
この新たに生成された画像データは１秒間に４８枚、すなわち４８Ｈｚの映像信号となる。これは１フィールドの時間が処理前に比べて１．２５倍になったことを意味する。従来のディジタルディスプレイでは、映像のフィールド時間を長くすると、フリッカーが目立ったり、動画表示時に本来はないはずの疑似輪郭が感知されるなどの弊害が目立った。
【００３１】
図９に本発明におけるサブフィールドのビットパターンを示す。（ａ）が従来のサブフィールドを示すビットパターンを示す図である。これは１フィールドを輝度の重みの異なる8枚のサブフィールドで構成するものであり、輝度の重みの小さいものから、ＳＦ１、ＳＦ２、ＳＦ３、・・・・、ＳＦ８と呼び、それらのサブフィールドの重みの比はそれぞれ、２0＝１、２1＝２、２2＝４、・・・・、２7＝１２８である。１フィールド内の中間調表示は、これらのサブフィールドのオンオフを選択することにより行われ、人間の残光特性により、人間の目に感じる輝度はオンのサブフィールドのおのおのの輝度の和で表される。この中間調表示方法で表現できる中間調は、１フィールド内のサブフィールド数、すなわち２の８乗＝２５６通りが可能である。
【００３２】
このようなサブフィールド法による階調表示方法は、１と０の２つの階調しか表現できないデジタルディスプレイでも、多階調表現が可能な優れた技術である。しかしながら、例えば、濃淡が緩やかに変化する画像で、動きのある映像が表示された場合、疑似輪郭の発生という課題がある。この現象は視覚特性からくるもので、その映像信号レベルが上記の２５６階調表示の場合、１２８、６４、３２、１６といった２のＮ乗の境界付近に沿って、あたかも階調が失われたように見え、本来とは異なる色が縞状、輪郭状に見える現象である。しかし、静止画ではこのような疑似輪郭は感知されない。
【００３３】
一方、本発明のように１フィールド時間が２．５倍になると、（ｂ）に示すように２５６の重みを有するサブフィールドＳＦ９が追加できるので、全体で５１２階調の表現が可能となってくる。しかし（ｂ）のようなサブフィールドの配置では前述した理由から、各サブフィールドの切り替わりで大きなビットパターンの変化が発生するので疑似輪郭が顕著に発生する問題があった。
【００３４】
そこで本発明ではこれらの課題を鑑みて、（ｃ）に示すようなサブフィールドを用いれば疑似輪郭が大幅に改善できるとともに、画像のコマ数が減少したことに起因するフリッカーも低減できることを見出した。（ｃ）では元の６０Ｈｚの映像を表示するときに用いたサブフィールドのビットパターンをそのまま連続させると共に、ＬＳＢを２回目のビットパターンの始めに新たに付け加えているものである。ＬＳＢ以外の、２1＝２、２2＝４、・・・・、２8＝２５６を表現するサブフィールドはすべて２つのサブフィールドの組み合わせで構成される。例えば２はＳＦ１とＳＦ１０、４はＳＦ２とＳＦ１１、２５６はＳＦ８とＳＦ１７を同時にオンすることで表現できる。
【００３５】
図７に示すような画像表示装置を用い、図９（ｃ）に示すようなパターンのサブフィールドを用いて画像表示を行うことで、階調特性を向上させると共に、フィールド長を伸ばしたために発生しやすい表示フリッカーや動画疑似輪郭を抑えた表示が可能となる。
【００３６】
（実施の形態５）
本発明における第５の実施形態である画像表示装置の概略図を図１０に示す。図１０において１０１はカラーホイール、１０２はＤＭＤ素子、１０３は凹面鏡を含むランプ、１０４は投写レンズ、１０５はスクリーン、１０６はモータ、１０７はフィールドレンズである。ＤＭＤ素子１０２はＳＬＭの１つであり、１つのミラーが１画素に対応し、これがマトリクス状に配列された構成で、映像信号によって高速でミラーの傾きが変化して表示の切り替えが可能である。ビデオレートの動画を表示するためには１フィールド内に６０フレームの映像を表示できることが必要であり、例えばＤＭＤ素子は高速応答可能な液晶パネルであっても構わない。そのためには液晶の応答速度としては少なくとも１／６０＝１６．７ｍ秒以下が要求される。好ましくはさらにこの間にＲＧＢ３色の表示が可能であるためには、応答速度として５．６ｍ秒が要求される。このような高速応答の液晶は例えば強誘電液晶、反強誘電液晶、ＯＣＢ(Optically Compensated Bend)液晶などが挙げられる。前記において、ＯＣＢ液晶とはベンド配向セルを用い、液晶の複屈折により視野角方向の変化を自己補償する方式であり、負の光学補償フィルムと組み合わせることで、広視野角にできることに加え、高速応答が可能となる液晶である。
【００３７】
本発明の画像表示装置の動作について説明する。ランプ１０３はキセノン、メタルハライドランプ、超高圧水銀灯などの放電タイプの高出力ランプであり、凹面鏡のほぼ焦点位置に配置し、ランプより出射する白色光が楕円形状の凹面鏡によりカラーホイール１０１のカラーフィルタ上で、外周部の領域に集光するように配置される。
【００３８】
カラーホイール１０１は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色の色フィルタが円盤状に配置されるように構成され、それぞれのフィルタが光線を遮るのに同期してＤＭＤ素子１０２は光線の色の画像フレームを表示する。単一画像フレーム、通常は１／６０秒に対してカラーホイール１０１を画像フレーム毎に６回転、または毎分２１６００回転でモータ１０６により回転させている。
【００３９】
この様なシステムでは、１フレーム周波数間に１８のカラーサブフレームが存在し、その各々はＲ、Ｇ、Ｂが６回繰り返し出現するのであって、それぞれの色に対してＤＭＤ素子６２は非常に高速に表示画像を切り替え、変調された各色光線は投写レンズ１０４を用いてスクリーン１０５に拡大投影される。スクリーンに投写された表示は１／６０秒の間にＲ、Ｇ、Ｂの各色の映像が順次表示されるため、目にはこれらが残像として見え、フルカラーの映像として認識される。
【００４０】
このときカラーホイール１０１の色と、ＤＭＤ素子１０２の表示する映像とが同調しなければならない。信号インターフェースは、様々な種類の入力信号を受けることができ、例えばここでは水平および垂直同期成分を有する標準ビデオ信号であるものと仮定する。以下に説明されるように、垂直同期信号は、カラーホイール１０１の速度を調節するための基準信号として用いられる。入力信号はＰＣなどのグラフィックスデータでもよく、基準信号は他の信号源から来るものでもかまわない。
本発明の（実施の形態１）で説明した画像表示方法を用いて、入力端子より入力された映像信号を、ＡＤ変換部でデジタルデータに変換し、画像データ生成部で入力された画像データのうち、複数枚を１枚にまとめて新しい画像データを作成する。この出力データはサブフィールド生成部へ入力され、各画素の階調データを電圧印加時間幅に対応したパルスに変換し、ＤＭＤ素子１０２に中間調表示を行っている。
【００４１】
例えば６０Ｈｚの映像信号が入力される場合、奇数フィールドと偶数フィールドの画像を画像データ生成部において演算処理して新しい画像データを形成する。この新たに生成された画像データは１秒間に３０枚、すなわち３０Ｈｚの映像信号となる。この信号を表示するＤＭＤ素子１０２には図３（ｃ）で示したようなビットパターンで駆動される。
【００４２】
さらにＤＭＤ素子１０２の駆動を詳細に説明する。ディスプレイメモリは、データプロセッサから処理された画素データを受ける。ディスプレイメモリは、該データを入力または出力上において「ビットプレーン」形式にフォーマットし、該ビットプレーンをＤＭＤ素子１０２へ供給する。該ビットプレーンフォーマットは、ＤＭＤ素子１０２のそれぞれの画素に対し一時に１ビットを供給し、それぞれの画素は、そのビットの値に従ってオンまたはオフが切り替わる。例えば、それぞれの画素が３色のそれぞれに対する８ビットにより表される場合は、３×８＝２４ビットプレーン毎フレームが存在する。
【００４３】
典型的な表示システムにおいては、メモリは二重バッファメモリであり、これは、それが少なくとも２つのディスプレイフレーム用の容量を有することを意味する。１ディスプレイフレーム用のバッファは、もう１つのディスプレイフレーム用のバッファが書込まれている間に、ＤＭＤ素子１０２へ読出されうる。これらの２バッファは、データが連続的にＤＭＤ素子１０２へ得られるように、交互に制御される。
【００４４】
ＤＭＤ素子１０２上に入射する光は、回転するカラーホイール１０１を通して送られる。それぞれの色に対するデータはシーケンス化され、前記データの表示は、ＤＭＤ素子１０２へ送られつつある光を通過させているカラーホイール６１の部分が、表示されている前記データに対応するように、同期せしめられる。本説明の例においては、それぞれの画素はＲＧＢデータ値によって表され、これは、それぞれの画素が赤値、緑値、および青値を有することを意味する。フレーム内の全画素の、それぞれの色に対する値が表示されつつある時、カラーホイール６１は、光が対応する赤、青、または緑のフィルタを通過するように回転する。これら３つの値の組み合せが、それぞれの画素に対する所望の色を生じる。
【００４５】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明の画像表示方法および画像表示装置によれば、動画像の擬似輪郭を改善し、画質劣化を防ぐことができる。
【００４６】
さらに、フィールド長を伸ばした際に発生しやすい表示フリッカーを抑えた表示が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像表示方法における（実施の形態１）での表示装置の駆動シーケンスを説明する概略図
【図２】本発明の画像表示方法と画像表示装置における（実施の形態２）を説明する構成図
【図３】本発明の画像表示方法における（実施の形態２）での表示装置の駆動シーケンスを説明する概略図
【図４】本発明の画像表示方法と画像表示装置における（実施の形態３）を説明する構成図
【図５】本発明の画像表示方法における（実施の形態３）での画像生成を説明する概略図
【図６】本発明の画像表示方法における（実施の形態３）での表示装置の駆動シーケンスを説明する概念図
【図７】本発明の画像表示方法と画像表示装置における（実施の形態４）を説明する構成図
【図８】本発明の画像表示方法における（実施の形態４）での画像生成を説明する概略図
【図９】本発明の画像表示方法における（実施の形態４）での表示装置の駆動シーケンスを説明する概念図
【図１０】本発明の画像表示装置における（実施の形態５）を説明する概略図
【図１１】一般的な表示装置におけるガンマ特性の説明概略図
【図１２】従来の画像表示装置の概略図
【符号の説明】
２１ 映像信号
２２ ＡＤ変換部
２３ 画像データ生成部
２４ サブフィールド生成部
２５ ＸおよびＹドライバ
２６ 画像表示部
２７ 同期分離部
２８ タイミング発生部
１０１ カラーホイール
１０２ ＤＭＤ素子
１０３ ランプ
１０４ 投写レンズ
１０５ スクリーン
１０６ モータ
１０７ フィールドレンズ
Claims (3)
- １フレームを、輝度の重みの異なる複数のサブフィールドで構成された第１のサブフレームと、前記第１のサブフレームの複数のサブフィールドと同じ複数のサブフィールドで構成された第２のサブフレームと、最下位ビットのサブフィールドとに分割し、前記第１のサブフレームおよび前記第２のサブフレームにおける同じ輝度の重みのサブフィールドの組み合わせと、前記最下位ビットのサブフィールドとを画素毎に選択的にオンオフすることを特徴とする画像表示方法。
- １フレームを、輝度の重みの異なる複数のサブフィールドで構成された第１のサブフレームと、前記第１のサブフレームの複数のサブフィールドと同じ複数のサブフィールドで構成された第２のサブフレームと、最下位ビットのサブフィールドとに分割し、前記第１のサブフレームおよび前記第２のサブフレームにおける同じ輝度の重みのサブフィールドの組み合わせと、前記最下位ビットのサブフィールドとを、画素毎に選択的にオンオフするように制御するサブフィールド生成部を有することを特徴とする画像表示装置。
- 白色光を出射する光源と、前記光源より出射される白色光を時系列でＲＧＢの各光線に変換するカラーホイールと、画像を形成する空間光変調素子と、前記ＲＧＢの各光源を前記空間光変調素子へ集光する照明光学系と、前記空間光変調素子によって形成された画像をスクリーンへ拡大投影する投写光学系と、請求項２に記載のフィールド生成部とを具備した画像表示装置。
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