JP4882407B2

JP4882407B2 - 映像投射装置

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Publication number: JP4882407B2
Application number: JP2006041151A
Authority: JP
Inventors: 恒生林
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2006-02-17
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2026-02-17
Also published as: JP2007219282A

Description

本発明は、例えば、ＤＭＤ（Digital MicromirrorDevice）やＧＬＶ（Grating Light Valve）などの素子を使用したプロジェクタに適用して好適な映像投射装置に関し、特に、画面分割駆動技術に関する。

プロジェクタなどの画像形成装置において、画像の解像度を上げる手法として、１次元の画像表示素子からの光束を光走査手段で走査しながら画像形成手段に投影し、２次元画像を形成する方法が知られている。１次元の画像表示用の光変調素子として、米国ＳｉｌｉｃｏｎＬｉｇｈｔＭａｃｈｉｎｅ社が開発した静電駆動型の光回折変調素子、いわゆる回折ライトバルブ（ＧＬＶ）が知られている。この光回折変調素子は、光の回折を利用したマイクロマシン位相反射型回折格子より成り、光スイッチングの作用とともに、光の階調を電気的にコントロールすることが可能となっている。そしてこの光回折変調素子を多数配置して１次元アレイ構造とし、光変調されたライン状の光をスキャンミラーで走査することによって、２次元画像が得られる。そのため、通常の２次元表示装置と比較して、このＧＬＶ型光回折変調素子を用いる場合は、画面の縦方向の画素数は１次元アレイの画素数と同じになるが、横方向は少なくとも１画素幅あれば良いので、２次元画像表示に必要な画素（ピクセル）数は少なくて済む。またこの光回折変調素子は、その光変調機能を発現する領域の寸法を小さく構成することが可能であり、高い解像度、高速なスイッチング速度及び広い帯域幅の表示が可能である。さらに、低い印加電圧で動作されるので、非常に小型化された表示装置を実現することが期待されている。

このＧＬＶ型光回折変調素子の動作原理を、図２０及び図２１を参照して説明する。図２０は、１次元画像を表示するＧＬＶ型の光回折変調素子の一例の要部の概略斜視構成図である。図２０に示すように、光回折変調素子１００は、シリコン等より成る基板上に、ポリシリコン薄膜などから成る共通電極１１０が形成され、この共通電極１１０と所定の間隔を保って、条帯（ストリップ）状の可動リボン１０１ａ〜１０１ｄと、不動リボン１０２ａ〜１０２ｃとが交互に形成されている。可動リボン１０１ａ〜１０１ｄは、駆動電圧電源１０３に接続され、不動リボン１０２ａ〜１０２ｃは、固定電位とされる。また、図示しないがこれら可動リボン１０１ａ〜１０１ｄ、不動リボン１０２ａ〜１０２ｃの少なくとも上面はアルミ又はアルミ合金等より成る反射膜が形成されており、反射部材として作用する。光回折変調素子１の動作時には、可動リボン１０１ａ〜１０１ｄが駆動電圧に応じて、反射膜の反射面と直交する方向に移動可能であり、可動リボン１０１ａ〜１０１ｄの反射面の高さ（例えば基板に対する距離）を変えることができる。不動リボン１０２ａ〜１０２ｃは固定されており、反射面の高さは不変である。なお、１つの画素（ピクセル）に対応する光回折変調素子内の可動リボン及び不動リボンの数は適宜変更可能である。

図２１に動作時の一例を示すように、可動リボン１０１ａ〜１０１ｃの移動量ｚ１を例えば入射光の波長λに対しλ／４とすると、入射方向と逆向きに反射される０次回折光（図示せず）と、±１次回折光Ｌｒ（＋１）及びＬｒ（−１）が回折光として反射される。例えば＋１次回折光のみを利用することにより、１本の回折光だけを空間フィルタを通してスクリーン上に結像し、画像表示用に利用することができる。非動作時（駆動電圧をゼロとする場合）には＋１次回折光は生じないため、このオフ状態は画面の暗状態に対応し、表示画面が黒になる。すなわち、可動リボン１０１ａ〜１０１ｃへの駆動電圧を外部からの画像情報に対応して調整して、移動量ｚ１を制御することによって、画素のオン／オフとこの間の階調表示が可能となる。

このように、反射回折光のうち１本の回折光を利用する構成とすることにより、光利用率を高めることができるため、プロジェクタ等の映像投射装置としてＧＬＶを用いることが有望視されている。

また、このような装置において、動画像の画質を向上させる手法として、フレームレートを高くし、時間再現性を向上させる手法が知られている。フレームレートの向上には、素子の反応速度の高速化が有効である他、素子を駆動する駆動回路の処理の高速化も有効である。例えば、画像表示範囲を複数に分割し、さらに各領域を上下方向に複数台スタックさせた光変調部から、複数本の走査線を投射させて画像を表示する方法が知られている。このように構成することで、１つの表示領域を同時に複数本の走査線により走査させることが可能となり、フレームレートの向上が可能となる。例えば、光回折変調素子を使用した映像投射装置において線順次走査がされる場合において、表示領域を垂直方向に３分割して駆動させた場合の説明図を、図２２に示してある。図２２に示すように、表示領域を領域Ｒ１、領域Ｒ２、領域Ｒ３に３分割してあり、各領域を上下に２台スタックされた光変調部に順次走査させる構成としてある。

図２３は、分割された各領域における、１次元変調光の走査の状態を示した図である。横軸は画像表示領域の水平方向の位置Ｘを示し、縦軸は垂直方向の位置Ｙを示してある。スクリーン５０は、画面左から領域Ｒ１、領域Ｒ２、領域Ｒ３の３領域に分割されてある。さらに、分割された各領域に表示させるフレームをそれぞれ２分割し、上下に２台スタックした各映像投射装置より、各フレームを走査させる構成としてある。図２３において、１次元変調光Ｌ１ａ、Ｌ２ａ、Ｌ３ａは、上下にスタックされた映像投射装置のうち、上段の映像投射装置から投射される１次元変調光であり、１次元変調光Ｌ１ｂ、Ｌ２ｂ、Ｌ３ｂは下段の映像投射装置から投射される１次元変調光であり、１次元変調光Ｌ１ａ、Ｌ２ａ、Ｌ３ａと１次元変調光Ｌ１ｂ、Ｌ２ｂ、Ｌ３ｂの走査開始時間を１フレーム周期ずらして走査させる構成としてある。このように表示領域を分割して走査させることで、同じデータ量を表示させる場合も各領域における走査のスピードは１／２で済み、分割前のフレームレートが例えば１２０ｆｐｓ（frame per second）であった場合は、２倍の２４０ｆｐｓで画像を表示させることが可能となる。

特許文献１には、撮像の段階で入射光を分配することによりフレームレートの高い画像を撮像し、出力時には画像信号に対応する画像の表示を制御することによって、高フレームレートの映像を表示させる手法についての開示がある。
特開２００５−１３６８６８号公報

ところが、表示領域を分割して駆動させる場合、複数の領域（この場合は３領域）で同時に同一のフレームを表示させると、動画像に劣化が生じるという問題があった。図２４を参照して説明すると、上方向に移動する動画像を表示する場合、分割駆動を行わない例を示す図２４（ａ）では、上昇するヘリコプターが観察者に問題なく認識されるのに対し、３分割駆動を行った例を示す図２４（ｂ）では、画像が左右方向で分割されて認識されてしまう。分割表示させている境界領域で、同一時刻に異なるフレームが表示されるためである。図２５（ｂ）に、この場合における１次元変調光の走査が各フレーム期間に行われる状態を示してあり、画面を３分割し、さらにフレームを２分割して駆動させてある。図２５（ａ）は画面の分割駆動をしていない場合の図である。両図において横軸は時間であり、縦軸は表示領域の水平方向の位置Ｘを示してあり、縦軸のプラス方向が表示領域における右方向を示している。垂直方向に引かれたラインにより区切られた範囲は１フレーム周期を示してある。斜めに引かれた実線及び破線は１次元変調光の走査の変化の軌跡を示しており、実線及び破線に付されたｎ、ｎ＋１等の符号は、１次元変調光により走査されるフレームのフレーム番号を示している。例えば図２５（ａ）において、１フレーム周期ごとにフレームがｎ−２フレーム目、ｎ−１フレーム目といったように順次走査されていることがわかる。

図２５（ｂ）において水平方向に引かれたラインｂ１及びｂ２は各領域間の境界線を示しており、境界線で区切られた範囲は、縦軸の下方向から順に領域Ｒ１、領域Ｒ２、領域Ｒ３を示している。図中のＬｋａ及びＬｋｂとは、分割された各領域を走査する２本の１次元変調光を示しており、Ｌｋａは１次元変調光Ｌ１ａ〜Ｌ３ａを示し、図中の実線はその走査の軌跡を示している。Ｌｋｂは１次元変調光Ｌ１ｂ〜Ｌ３ｂを示し、図中の破線はその走査の軌跡を示している。画面分割を行った場合は、図２５（ｂ）に示されているように、例えばｎフレーム目の走査が領域線ｂ１で分断されており、境界線ｂ上で、同一時刻に領域Ｒ１ではｎフレーム目の画像が、領域Ｒ２ではｎ＋１フレーム目の画像が表示されてしまう。このため、図２４（ｂ）に示すように、動画像が不連続なものとして認識されてしまう。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、表示領域を分割させて、分割した各領域を複数の１次元変調光により走査させる場合における、動画像の画質劣化を防ぐことを目的とする。

本発明は、光源からの照射光を光変調素子に照射し、前記光変調素子からの射出光により画像を形成する場合において、画像表示範囲を複数の領域に分割し、分割した各領域をそれぞれ複数個ずつの光変調素子に走査させたうえで、分割した領域の数に対応させて入力映像信号を複数個の映像信号に分割し、分割された複数個の映像信号に、各領域の光変調素子の個数分のフレーム周期ずつの時間差を設け、この分割されて時間差を設けられた各領域毎の映像信号を、それぞれ１フレーム分ずつ分割して当該領域の複数個の光変調素子に振り分け、この振り分けられた各映像信号により、各領域の複数個の光変調素子を駆動させるようにしたものである。

このようにしたことで、分割された画像表示領域の境界部において同一フレームの走査が分断されることが無くなるため、境界部で動画像が不連続なものとして認識されることがなくなる。

本発明によると、画像表示領域の境界部をまたいで同一フレームの画像が表示されるため、境界部で動画像が不連続なものとして表示されるといった画質劣化を起こすことなく、良好な画像を表示させることが可能になる。

この場合、表示領域の分割駆動及び各分割領域におけるフレームの分割駆動させているため、高フレームレートでの画像表示が可能となり、滑らかな動画像を表示させることが可能となる。

以下、本発明の第１の実施の形態を、図１〜図７を参照して説明する。

本例においては、ＧＬＶ素子を使用した映像投射装置に適用したものであり、画像表示領域を３領域に分割すると共に、分割された各領域を、上下方向に２台スタックした各映像投射装置によって走査させ、各映像投射装置間の走査のタイミングを１フレーム周期ずつずらす構成としたものである。

図１は、本例の映像投射装置の構成例を示す図である。図１に示すように、表示領域を領域Ｒ１、領域Ｒ２、領域Ｒ３に３分割してあり、領域Ｒ１を光変調部４１ａと光変調部４１ｂの２台に走査させ、領域Ｒ２は光変調部４２ａと光変調部４２ｂ、領域Ｒ３は光変調部４３ａと光変調部４３ｂに走査させる構成としてある。

図２は、光変調部の構成の例を示す図である。図２に示す光変調部４０は、光源４０１、照明光学系４０２、入射光が１次元画像を表示する光に変調される光回折変調素子４０３、この光回折変調素子４０３の可動リボンに電圧を印加する駆動電圧電源４０８、更に対物レンズ４０４ａ、空間フィルタ４０５、投影レンズ４０４ｂ、スキャンミラー４０６を有し、スキャンミラー４０６により走査される画像表示光がスクリーン５０に照射される構成としてある。

光源４０１は、例えば半導体レーザなどのコヒーレントな光を射出する発光装置が用いられる。カラー画像表示を行う場合は、３原色である赤、緑及び青色の光束を射出する光源をそれぞれ含む構成としてもよい。照明光学系４０２は、光回折変調素子４０３の反射領域の形状に合わせて、光源４０１からの光ビームスポット径やスポット形状を変換して光回折変調素子４０３に照射する。

この光回折変調素子４０３は、可動リボンに駆動電圧を印加しない状態では、可動リボン及び不動リボンが略同一平面に配置され、照明光学系４０２から入射された光をほぼ反射する。これがオフ状態となる。また、可動リボンに駆動電圧を印加すると、静電力により可動リボンが下部電極側に移動し、不動リボンと所定の光路差を生じる段差が形成され、回折格子として作用する。光が入射されると、回折作用により±１次回折光などの回折光４０７ａ、４０７ｃが射出され、０次光４０７ｂと異なる各方向に進行する。この状態がオン状態となる。そして、図に示す光回折変調素子４０３として利用する場合は、例えば１０８０画素が１次元に配列されており、表示する画像に対応する駆動電圧の印加によって階調動作し、入射した照明光を反射又は回折し、反射光又は回折光を射出する。

対物レンズ４０４ａは、光回折変調素子４０３からの反射光４０７ｂ、又は回折光４０７ａ及び４０７ｃを平行光に変換して、空間フィルタ４０５に照射する。そしてこの空間フィルタ４０５において、対物レンズ４０４ａから射出された平行光に含まれている±１次回折光４０７ａ、４０７ｃが透過され、対物レンズ４０４ａから射出された反射光又は０次光４０７ｂが遮蔽される。透過した±１次回折光４０７ａ、４０７ｃはさらに投影レンズ４０４ｂによってスクリーン５０上に像を結ぶように結像され、途中設けられたガルバノミラー等より成るスキャンミラー４０６によって水平方向に走査され、逐次的に１次元画像から２次元画像への展開が行われ、スクリーン５０において２次元の画像が表示される。

図３は、映像信号が各光変調部に分配される状態を説明するブロック図である。領域分割出力部１１は、入力映像信号Ｓ１を、分割した領域の数に対応させて３つに分割するようにしてあり、図３に示されるように映像信号Ｓ１、映像信号Ｓ２、映像信号Ｓ３に分割する。分割された映像信号のうち、領域２、領域３の映像信号である映像信号Ｒ２及び映像信号Ｒ３には、フレーム遅延部により遅延が加えられるようにしてある。本例においては、分割された各領域を２本の１次元変調光により走査させる構成としてあるため、例えば映像信号Ｓ２は映像信号Ｓ１に対して２フレーム周期分遅延して出力させる必要があり、各映像信号に加えられるフレーム遅延量は、映像信号Ｓ２には２フレーム遅延部２１によって２フレーム、映像信号Ｓ３には４フレーム遅延部２２により４フレームとなる。フレーム分割出力部３０ａ〜ｃは、分割された各映像信号を、さらに、２台スタックされた各光変調部用に１フレームずつ振り分け、映像信号の出力速度より光変調部の走査の速度が小さい場合には、映像信号を光変調部の走査の速度に対応させてスキャンレート変換させた上で、各光変調部へ順次供給する構成としてある。光変調部４１ａ〜ｂ、４２ａ〜ｂ、４３ａ〜ｂは、入力された映像信号に応じて１次元光の時間変調を行い、それに同期させて１次元変調光を走査するようにしてある。

次に、図４を参照して、フレーム分割出力部３０により各フレームに加えられるフレーム遅延量について説明を行う。図４における数字は入力映像信号のフレーム番号を示す。光変調部ｋａとは、図１及び図３における光変調部４１ａ〜４３ａを示し、１つの領域を走査する２本の１次元変調光のうち、最初の１本を出力する光変調部を示す。同様に、光変調部ｋｂは光変調部４１ｂ〜４３ｂを示し、２本の１次元変調光のうち２本目を出力する光変調部を示す。図４が示すように、入力映像信号のフレームレートが２４０ｆｐｓであるのに対し、光変調部ｋａ及びｋｂの走査期間がその２倍の１２０ｆｐｓかかる場合において、２４０ｆｐｓのフレームレートでの動画表示を実現させたい場合は、１つの領域を走査する１次元変調光の本数を２倍にすればよく、つまり光変調部を２台スタックさせればよい。

図４にて示されているように、フレーム分割出力部３０に入力された入力映像信号は、光変調部ｋａ及びｋｂの素子の走査の速度に合わせて１２０ｆｐｓにレート変換されたうえで、１フレーム目は光変調部ｋａ用、２フレーム目は光変調部ｋｂ用といったように順次振り分けられる。つまり、本例のように光変調部２台で１つの領域を走査させる場合は、光変調部ｋ１に出力される映像信号は、入力映像信号の奇数番目のフレームの映像信号となり、光変調部ｋ２に出力される映像信号は、入力映像信号の偶数番目のフレームの映像信号となる。

次に、図５を参照して、上述した処理によって入力映像信号が３つの領域及び２つのフレームに分割される様子を説明する。ブロック構成は図３と同じであり、同一符号を付して説明を省略する。なお、図５で説明する領域分割やフレーム分割の概念は、本発明の他の実施の形態においても共通して適用されるものとする。図５において、横軸は時間（ｔ）を示す。図５（ａ）では、入力信号Ｓ１０が、領域分割出力部１１によって映像信号Ｓ１〜Ｓ３に３分割される様子を示してある。映像信号に付与された符号のうち、アルファベット部分は対応する表示領域の位置を示しており、Ｌｇは左端、Ｃｎは中央、Ｒｇは右端を示す。数字は、Ｌｇ、Ｃｎ、Ｒｇで構成される１画面を単位として、１から順に時系列に付与してある。ひし形で表現された１コマは、分割された各領域における映像信号の１フレーム分を示しており、ひし形の横方向の長さは１フレーム周期を示している。図５（ａ）に示されるように、入力映像信号Ｓ１０は映像信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３に分割され、入力映像信号Ｓ１０のうち領域Ｌｇ用の映像信号であるＬｇ１〜Ｌｇ４が映像信号Ｓ１として、領域Ｃｎ用映像信号であるＣｎ１〜Ｃｎ４が映像信号Ｓ２として、領域Ｒｇ用映像信号であるＲｇ１〜Ｒｇ４が映像信号Ｓ３として、それぞれ１番目の映像信号から順に出力される。映像信号Ｓ１〜Ｓ３の出力は同時に行われ、領域分割出力部１１からは、Ｌｇ１・Ｃｎ１・Ｒｇ１、Ｌｇ２・Ｃｎ２・Ｒｇの順に出力される。

図５（ｂ）では、領域分割出力部１１にて分割された映像信号が、２フレーム遅延部２１及び４フレーム遅延部２２によって、領域毎に２フレーム周期ずつ遅延される様子を示してある。映像信号Ｓ１には遅延を加えずフレーム分割出力部３０へ入力させるのに対し、映像信号Ｓ２は、映像信号Ｓ１に対して２フレーム遅延させ、映像信号Ｓ１のＬｇ２フレーム目が出力されたタイミングと同タイミングでＣｎ１の出力を行う。映像信号Ｓ３は、映像信号Ｓ２に対して２フレーム、つまり映像信号Ｓ１からは４フレーム遅延させ、映像信号Ｓ１のＬｇ４フレーム目が出力されたタイミングと同タイミングでＲｇ１を出力するようにしてある。

図５（ｃ）は、フレーム分割出力部３０で各領域用の映像信号がフレーム分割される様子を示す図である。ここでは、映像信号Ｓ１がフレーム分割され、分割された各フレームが、２台の光変調部用の映像信号Ｓ１ａ、Ｓ１ｂに振り分けられる様子が示してある。映像信号Ｓ１のＬｇ１フレーム目は映像信号Ｓ１ａとして出力され、順にＬｇ２フレーム目の映像信号は映像信号Ｓ１ｂとして、Ｌｇ３フレーム目の映像信号はＳ１ａとして、Ｌｇ４フレーム目の映像信号は映像信号Ｓ１ｂとして分割して出力される。

次に、図６及び図７を参照して、分割された各領域を１次元変調光が走査する様子を説明する。図６は、走査開始より一定時間経過したある特定の時点において、１次元変調光が各領域を走査する状態を示す図である。横軸は画像表示領域の水平方向の位置Ｘを示し、縦軸は垂直方向の位置Ｙを示してある。スクリーン５０は、画面左から領域Ｒ１、領域Ｒ２、領域Ｒ３の３領域に分割されてある。さらに、１つの領域を２本の１次元変調光が走査する構成としてあるため、ある特定の時点においては、６本の１次元変調光Ｌ１ａ〜Ｌ３ｂがスクリーン５０の６つの異なる領域を同時に走査していることになる。

図７は、１次元変調光の走査が各フレーム期間に行われる様子を示した図である。横軸は時間ｔ（秒）であり、縦軸は領域の水平方向の位置を示すＸである。図中で水平方向に引かれたラインは各領域間の境界線を示しており、境界線ｂ１及びｂ２で区切られた範囲は、縦軸の下方向から順に領域Ｒ１、領域Ｒ２、領域Ｒ３を示している。垂直方向に引かれたラインで区切られた範囲は、入力映像信号の１フレーム周期を示してある。斜めに引かれた実線及び破線は１次元変調光の走査の変化の軌跡を示しており、Ｌｋａは図４にて説明した光変調部ｋａより出射される、１次元変調光Ｌ１ａ〜Ｌ３ａを示し、実線で記されているのに対し、Ｌｋｂは光変調部ｋｂより出射される１次元変調光Ｌ１ｂ〜Ｌ３ｂを示し、破線で記されている。実線及び破線に付されたｎ、ｎ＋１等の符号は、１次元変調光により走査されるフレームのフレーム番号を示しており、例えば領域Ｒ１において１次元変調光Ｌｋａがｎフレーム目を走査している時、１次元変調光Ｌｋｂはｎ−１フレーム目を走査していることがわかる。

このように構成することで、各領域の境界線ｂ１、ｂ２において、例えばｎフレーム目の走査が分断されることが無くなるため、表示される動画像が不連続なものとして認識されることも無くなり、動画像の画質向上を図れる。

なお説明を分かり易くするため、図７で示される各１次元変調光の走査範囲には、ブランキング期間、つまり１次元変調光の走査が右端まで進んだ後に走査開始位置である左端へ戻る時間を入れていないが、次の図８にブランキング期間が非零の場合の説明図を示しておく。図８において、図７と対応する部分には同一符号を付し、説明を省略する。図８ではブランキング期間を考慮してあるため、例えば図中に丸で示した部分において、同じｎフレーム目の走査が領域Ｒ１とＲ２の境界部で不連続となり、ｎフレーム目の画像は異なる時間に表示されることとなるが、時間差が小さいため、画質上は問題とならない。以降、１次元変調光の走査の軌跡について説明するにあたり、図７と同様のブランキング期間を考慮しない図を用いる場合も、同様の説明が適応されるものとする。

また、上述した実施の形態では、領域分割出力部１１とフレーム分割出力部３０との間にフレーム遅延部を設け、各映像信号に遅延を発生させるようにしたが、フレームメモリを使用して映像信号を順次バッファさせ、所定のフレームずつ遅延させて光変調部に入力させるようにしてもよい。この場合の構成例を、図９のブロック図にて示してある。図９に示すように、領域・フレーム分割出力部６０は、分割する領域の数をｎ、１つの領域を走査する１次元変調光の本数をｍとした場合、入力映像信号Ｓ１をｎ×ｍ個の領域及びフレームに分割すると共に、分割した映像信号をフレームメモリ６１に入力するようにしてある。フレームメモリ６１は、１フレームもしくは複数フレーム分の映像信号を記憶することができるようにしてあり、フレームメモリ６１に記憶された各映像信号は、領域・フレーム分割出力部６０により所定のフレーム周期ずつ遅延が加えられ、順次光変調部４０１−１〜４０ｎ−ｍに出力される構成としてある。このように構成することで、分割された各信号にフレーム遅延部を設ける構成と同様の効果が得られる。

次に、本発明の第２の実施の形態を、図１０〜図１３を参照して説明する。この図１０〜図１３において、第１の実施の形態で説明した図１〜図７に対応する部分には同一符号を付す。

本例においても第１の実施の形態と同様に、ＧＬＶ素子を使用した映像投射装置に適用したものであり、画像表示領域を水平方向に３分割、垂直方向に２分割の計６領域に分割すると共に、分割された各領域を、上下方向に２台スタックした各映像投射装置によって走査させ、走査のタイミングを１フレーム周期ずつずらす構成としたものである。図１０は、本例の映像投射装置の構成例を示す図である。図１０に示すように、表示領域を領域Ｒ１〜Ｒ６の６領域に分割してあり、光変調部４１ａと光変調部４１ｂは領域Ｒ１を、光変調部４２ａと光変調部４２ｂは領域Ｒ２を、光変調部４３ａと光変調部４３ｂは領域Ｒ３を、光変調部４４ａと光変調部４４ｂは領域Ｒ４を、光変調部４５ａと光変調部４５ｂは領域Ｒ５を、光変調部４６ａと光変調部４６ｂは領域Ｒ６を走査する構成としてある。なお、領域Ｒ１とＲ４は共に表示領域の左側を構成しており、光変調部による走査も両領域においては同タイミングで行われるものとする。領域Ｒ２とＲ５、領域Ｒ３とＲ６も同様であり、光変調部による走査は、表示領域を水平方向に３分割した各領域を構成する上下の２つの領域（領域Ｒ１とＲ４等）においては同タイミングで行われ、水平方向に分割された３つの領域間では所定のフレーム周期ずつずれて行われる。走査のタイミングの詳細については後述する。

図１１は、映像信号が各光変調部に分配される状態を説明するブロック図である。領域分割出力部１１は、入力映像信号Ｓ１を、分割した領域の数に対応させて６つに分割するようにしてあり、図１１に示されるように映像信号Ｓ１〜Ｓ６に分割する。本例においては、分割された各領域を２本の１次元変調光により走査させる構成としてあるため、例えば映像信号Ｓ２は映像信号Ｓ１に対して２フレーム周期分遅延して出力させる必要があり、映像信号Ｓ３は、映像信号Ｓ１に対して４フレーム周期分遅延して出力させる必要がある。映像信号Ｓ４〜Ｓ６は、対応する表示領域の水平方向の位置が映像信号Ｓ１〜Ｓ３と同一であるため、加えられる遅延も映像信号Ｓ１〜Ｓ３と同量となる。よって、映像信号Ｓ４にはＳ１と同様にフレーム遅延なし、映像信号Ｓ５にはＳ２と同様に２フレーム、映像信号Ｓ６にはＳ３と同様に４フレームの遅延が加えられる。フレーム分割出力部３０ａ〜ｆは、分割された各映像信号を、さらに、２台スタックされた各光変調部用に１フレームずつ振り分け、所定のフレーム周期単位の遅延を加えた上で、各光変調部へ供給する構成としてある。光変調部４１ａ〜４６ａ、４１ｂ〜４６ｂは、入力された映像信号に応じて１次元光の時間変調を行い、それに同期させて１次元変調光を走査するようにしてある。なお、フレーム分割出力部３０の処理は図４で説明した処理と同様であるものとし、説明を省略する。

次に、図１２及び図１３を参照して、分割された各領域を１次元変調光が走査する様子を説明する。図１２は、走査開始より一定時間経過したある特定の時点において、１次元変調光が各領域を走査する状態を示す図である。横軸は画像表示領域の水平方向の位置Ｘを示し、縦軸は垂直方向Ｙの位置を示してある。スクリーン５０は、画面左上から領域Ｒ１、Ｒ４、Ｒ２、Ｒ５、Ｒ３、Ｒ６の６領域に分割されてある。さらに、１つの領域を２本の１次元変調光が走査する構成としてあるため、ある特定の時点においては、１２本の１次元変調光Ｌ１ａ〜Ｌ６ｂがスクリーン５０の１２の異なる領域を同時に走査していることになる。

図１３は、１次元変調光の走査が各フレーム期間に行われる様子を示した図である。横軸は時間ｔ（秒）であり、縦軸は領域の水平方向Ｘの位置を示す。図１０に示されたように、スクリーン５０は垂直方向には領域Ｒ１〜Ｒ３と、領域Ｒ４〜Ｒ６の２領域に分割されており、両領域において、１次元変調光の走査の開始位置や、付与される遅延量は同一となる。両領域における走査の様子が分かるように、図を分けており、図１３（ａ）には領域Ｒ１〜Ｒ３における１次元変調光の走査の様子を示してあり、図１３（ｂ）には領域Ｒ４〜Ｒ６における１次元変調光の走査の様子を示してある。図中で水平方向に引かれたラインは各領域間の境界線を示しており、図１３（ａ）において境界線ｂ１、ｂ２で区切られた範囲は、縦軸の下方向から順に領域Ｒ１〜領域Ｒ３を示しており、図１３（ｂ）において境界線ｂ３、ｂ４で区切られた範囲は、縦軸の下方向から順に領域Ｒ４〜Ｒ６を示している。垂直方向に引かれたラインで区切られた範囲は、入力映像信号の１フレーム周期を示してある。斜めに引かれた実線及び破線は１次元変調光の走査の変化の軌跡を示しており、実線は１次元変調光Ｌｋａの走査、破線は１次元変調光Ｌｋｂの走査の変化の軌跡を示している。実線及び破線に付されたｎ、ｎ＋１等の符号は、１次元変調光により走査されるフレームのフレーム番号を示しており、例えば領域Ｒ１及びＲ４において１次元変調光Ｌｋａがｎフレーム目を走査している時、１次元変調光Ｌｋｂはｎ−１フレーム目を走査していることがわかる。

このように構成することで、各領域の境界線ｂ１、ｂ２及びｂ３、ｂ４において、例えばｎフレーム目の走査が分断されることが無くなるため、表示される動画像が不連続なものとして認識されることも無くなり、動画像の画質向上を図れる。

なお、以上説明した第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、入力信号の１フレームを１次元変調光が２フレーム周期かけて走査する場合を説明したが、他の走査期間を持つ光変調部を用いる場合にも適用が可能である。図１４は、入力信号の１フレームを、１次元変調光が１フレームの走査期間で走査する場合のフレーム分割出力部３０の処理例を示す図であり、光変調部をｍ台スタックさせてある。光変調部において、入力映像信号の出力速度と同じ速度で走査が可能な高速なデバイスを使用した場合の例として示してある。フレーム分割出力部３０は、上述した実施の形態における処理と同様に、入力映像信号を光変調部ｋ１〜ｋｍ用映像信号に分割し、順次１フレームずつ遅延をさせて出力する制御を行う。光変調部のスタック数がｍであるため、入力映像信号は、光変調部ｋ１〜ｋｍに順次振り分けられる。よって、光変調部ｋ１用映像信号に振り分けられる映像信号は、１フレーム目の次はｍ＋１フレーム目となり、続いて２ｍ＋１となる。同様に、光変調部ｋ２には２、ｍ＋２、２ｍ＋２フレーム目が割り当てられ、光変調部ｋｍにはｍ、ｍ＋ｍ、２ｍ＋ｍフレーム目が割り当てられる。

また、第１及び第２の実施の形態では、領域分割出力部１１とフレーム分割出力部３０との間に個別にフレーム遅延部を設け、各映像信号にそれぞれ適正な遅延量の遅延を発生させるようにしたが、領域及びフレームの分割処理を行うためのフレームメモリを使用して、分割処理と遅延処理を同時に行うようにしてもよい。この場合の構成例を、図１５のブロック図にて示してある。図１５に示すように、入力映像信号Ｓ１０が供給される領域・フレーム分割出力部６０を設ける。この領域・フレーム分割出力部６０では、分割する領域の数をｎ、１つの領域を走査する１次元変調光の本数をｍとした場合、入力映像信号Ｓ１をｎ×ｍ個の領域及びフレームに分割すると共に、分割した映像信号を必要により遅延させるようにしたもので、その分割と遅延を、フレームメモリ６１に入力映像信号Ｓ１０を一旦記憶させて、その記憶された映像信号の読出しタイミングの設定で遅延を行うようにしてある。フレームメモリ６１は、複数フレーム分の映像信号を記憶することができるようにしてある。分割されて必要により遅延された映像信号は、対応する光変調部４０に出力される。このように構成することで、分割された各信号にフレーム遅延部を設ける構成と同様の効果が得られる。

また、図１６のブロック図に例示されるように、領域分割出力部１１の前にフレームレート変換部７０を設け、入力映像信号Ｓ１のフレームレートをハイフレームレートに変換させてから領域分割出力部１１に入力する構成としてもよい。入力映像信号Ｓ１のフレームレートが例えば６０Ｈｚである場合、フレームレート変換部により１２０Ｈｚまたは２４０Ｈｚの映像信号に変換後に画面分割駆動を行わせるよう構成すれば、より高いフレームレートでの表示を得ることができ、動画像の画質がより良好なものとなる。

次に、本発明の第３の実施の形態を、図１７〜図１９を参照して説明する。この図１７〜図１９において、第１の実施の形態で説明した図１〜図７及び第２の実施の形態で説明した図１０〜図１３に対応する部分には同一符号を付す。

本例においても第１の実施の形態と同様にＧＬＶ素子を使用した映像投射装置に適用したものであり、画像表示領域を３領域に分割し、各領域においてフレームを２分割した上で、奇数番目領域における走査と偶数番目の領域における走査とを逆方向に行わせるようにしたものである。

図１７は、映像信号が各光変調部に分配される状態を説明するブロック図である。領域・フレーム分割出力部６０は、分割する領域の数をｎ、１つの領域を走査する１次元変調光の本数をｍとした場合、入力映像信号Ｓ１をｎ×ｍ個の領域及びフレームに分割すると共に、分割した映像信号をフレームメモリ６１に入力するようにしてある。フレームメモリ６１は、１フレームもしくは複数フレーム分の映像信号を記憶することができるようにしてあり、フレームメモリ６１に記憶された各映像信号は、領域・フレーム分割出力部６０により奇数番目の領域と偶数番目の領域においては逆方向に読み出しが行われた上で、所定のフレーム周期単位で遅延が加えられて、光変調部に４０出力される構成としてある。光変調部４０では、入力された映像信号に応じて１次元光の時間変調を行い、それに同期させて１次元変調光を走査するようにしてある。

次に、図１８及び図１９を参照して、分割された各領域を１次元変調光が走査する様子を説明する。図１８は、走査開始より一定時間経過したある特定の時点において、１次元変調光が各領域を走査する状態を示す図である。横軸は画像表示領域の水平方向の位置Ｘを示し、縦軸は垂直方向の位置Ｙを示してある。スクリーン５０は、画面左から領域Ｒ１、領域Ｒ２、領域Ｒ３の３領域に分割されてある。図１８に示されるように、ある特定の時点において、領域Ｒ１を走査する１次元変調光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂと、領域Ｒ３を走査するＬ３ａ、Ｌ３ｂは横軸プラス方向に走査を行っているのに対し、領域Ｒ２を走査する１次元変調光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは横軸マイナス方向に走査を行っている。

図１９は、１次元変調光の走査が各フレーム期間に行われる様子を示した図である。横軸は時間ｔ（秒）であり、縦軸は領域の水平方向の位置Ｘを示す。図中で水平方向に引かれたラインｂ１及びｂ２は各領域間の境界線を示しており、境界線で区切られた範囲は、縦軸の下方向から順に領域Ｒ１、領域Ｒ２、領域Ｒ３を示している。垂直方向に引かれたラインにより区切られた範囲は、入力映像信号の１フレーム周期を示してある。斜めに引かれた実線及び破線は１次元変調光の走査の変化の軌跡を示しており、実線は１次元変調光Ｌｋａ、破線は１次元変調光Ｌｋｂの走査の変化の軌跡を示している。実線及び破線に付されたｎ、ｎ＋１等の符号は、１次元変調光により走査されるフレームのフレーム番号を示しており、例えば領域Ｒ１と領域Ｒ１において、１次元変調光Ｌｋａがｎ−２フレーム目を横軸のプラス方向に走査している時、領域Ｒ２の１次元変調光Ｌｋａは同じｎ−２フレーム目を横軸のマイナス方向に走査していることがわかる。

このように構成した場合でも、本例第１及び第２の実施の形態と同様に、分割された表示領域間の境界線ｂ１及びｂ２上で、同一のフレームの画像が分断して表示されることがなくなるため、表示される動画像の画質劣化を防ぐことが可能となる。

なお、本例の構成によれば、第１の実施の形態及び第２の実施の形態と比べて、フレーム遅延量が少なくなるため、より少ないフレーム量での映像表示が可能となり、データを保存するディスクの容量を削減できるため、低コスト化を図ることができる。ただし、動画像の画質は第１の及び第２の実施の形態の方が良好となるため、動画像の画質を重視する場合は、第１及び第２の実施の形態を採用することが好ましい。

また、ここまで説明した各実施の形態では、ＧＬＶ素子を使用した映像投射装置に適用した例としたが、ＤＭＤ素子などのその他の素子を使用したプロジェクタにも適用可能である。

本発明の第１の実施の形態による映像投射装置の構成例を示す説明図である。本発明の第１の実施の形態による光変調部の構成の例を示す構成図である。本発明の第１の実施の形態による映像信号の流れを示すブロック図である。本発明の第１の実施の形態によるフレーム分割出力部の処理例を示す説明図である。本発明の第１の実施の形態による領域分割の状態を示す説明図である。本発明の第１の実施の形態による各領域における１次元変調光の走査の例を示す説明図である。本発明の第１の実施の形態による各フレーム期間における１次元変調光の走査の例を示す説明図である。本発明の第１の実施の形態によるブランキング有りの場合の各フレーム期間における１次元変調光の走査の例を示す説明図である。本発明の第１の実施の形態による映像信号の流れを示すブロック図である。本発明の第２の実施の形態による映像投射装置の構成例を示す説明図である。本発明の第２の実施の形態による映像信号の流れを示すブロック図である。本発明の第２の実施の形態による各領域における１次元変調光の走査の例を示す説明図である。本発明の第２の実施の形態による各フレーム期間における１次元変調光の走査の例を示す説明図である。本発明の実施の形態の変形例によるフレーム分割出力部の処理例を示す説明図である。本発明の実施の形態の変形例による映像信号の流れを示すブロック図である。本発明の実施の形態の変形例による映像信号の流れを示すブロック図である。本発明の第３の実施の形態による映像信号の流れを示すブロック図である。本発明の第３の実施の形態による各領域における１次元変調光の走査の例を示す説明図である。本発明の第３の実施の形態による各フレーム期間における１次元変調光の走査の例を示す説明図である。光回折変調素子の動作原理を示す構成図である。光回折変調素子の回折態様を示す説明図である。従来の映像投射装置の構成例を示す説明図である。従来の各領域における１次元変調光の走査の例を示す説明図である。動画像の表示例を示す説明図である。従来の各フレーム期間における１次元変調光の走査の例を示す説明図である。

符号の説明

１１…領域分割出力部、２１…２フレーム遅延部、２２…４フレーム遅延部、３０…フレーム分割出力部、４０〜４６…光変調部、５０…スクリーン、６０…領域・フレーム分割出力部、６１…フレームメモリ、７０…フレームレート変換部、１００…光回折変調素子、１０１…可動リボン、１０２…固定リボン、１０３…駆動電圧電源、１１０…共通電極、４０１…光源、４０２…照明光学系、４０３…光回折変調素子、４０４…対物レンズ、４０５…空間フィルタ、４０５ａ…回折部、４０５ｂ…光透過部、４０５ｃ…遮光部、４０６…スキャンミラー、ｂ１〜ｂ４…境界線、Ｌ１〜Ｌ６…１次元変調光、Ｌｋａ、Ｌｋｂ…１次元変調光、Ｒ１〜Ｒ６…領域、Ｓ１〜Ｓ６…映像信号

Claims

光源からの照射光を光変調素子に照射し、前記光変調素子からの射出光により画像を形成する映像投射装置であり、
画像表示範囲を複数の領域に分割し、分割した各領域をそれぞれ複数個ずつの前記光変調素子に走査させる映像投射装置において、
前記分割した領域の数に対応させて、入力映像信号を複数個の映像信号に分割する領域分割出力部と、
前記領域分割出力部で分割された複数個の映像信号に、前記各領域の前記光変調素子の個数分のフレーム周期ずつの時間差を設ける遅延部と、
前記領域分割出力部で分割されて前記遅延部で時間差を設けられた前記各領域毎の映像信号を、それぞれ１フレーム分ずつ分割して当該領域の前記複数個の光変調素子に振り分けるフレーム分割出力部と、
前記フレーム分割出力部で振り分けられた各映像信号で、前記各領域の前記複数個の光変調素子を駆動する駆動部とを備える
映像投射装置。
請求項１記載の映像投射装置において、
入力映像信号のフレームレートをハイフレームレートに変換するフレームレート変換部を備え、
前記フレーム周期はハイフレームレートのフレーム周期である
映像投射装置。