JP6122289B2 - 投影装置、投影装置の制御方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、投影装置、投影装置の制御方法およびプログラムに関する。特に、デジタルミラーデバイス（以下、「ＤＭＤ素子」と記載する）を空間変調素子として使用する投影装置、その制御方法およびプログラムに関する。

従来、ＤＭＤ素子を１枚だけ使った投影装置は、１フレームの表示を行うために回転ホイールを各色のフィールドに分割し、フィールドを切り替えて各色を投影している。各色のフィールドによる投影は、回転ホイールによって、ＲＧＢ（Ｒ：赤、Ｇ：緑、Ｂ：青）の光成分だけを抜き出して、その光成分に応じた光変調を行なうことによって、画像を再現するような表示方法である。例えば、６０Ｈｚのフレーム時間、１６ｍｓにおいて、５ｍｓごとにＲＧＢを切り替えて表示するものである。できるだけ明るく表示するために、例えば、特許文献１に示すように、６０Ｈｚの周期内にＲＧＢＷ（Ｗ：白）というように、ＲＧＢの光成分にＷの光成分を追加する投影装置もある。

また各色のフィールド内において階調を出すために、サブフィールドを使用して投影表示を行なうものもある。サブフィールドを用いた表示は、各色のフィールド領域中に、長短の表示時間に対応する複数のサブフィールドを設け、ＯＮとＯＦＦの動作を行う２値の空間変調素子を用いて、長短のサブフレームの表示を切り替えて階調のある画像を表示するものである。

特開２０１１−９５４０２号公報 特開２０１０−１６９７２３号公報 特開２００７−２６４４２７号公報

ここで、上述のように、６０Ｈｚのフレーム時間として、例えば、１６ｍｓにおいて、５ｍｓごとにＲＧＢを切り替えて６０Ｈｚの各色によるフィールド表示を行なうと、カラーブレーキング現象と呼ばれる妨害が発生する。これは、動いている物体を表示すると、物体の尾引きが赤や緑に色づいて見えるものであり、視聴者にとって非常に見づらい表示となり得る。特許文献１のようにＲＧＢの光成分にＷ（白）の光成分を追加したとしても、ＲＧＢＷ中のＲＧＢ表示時間が各色５ｍｓから４ｍｓに代わる程度なので、やはりカラーブレーキング現象が生じる。

ＲＧＢの各色の発光時間を、例えば、短い時間として６０Ｈｚ周期中の２分の１以下の期間内に発光させるようにすると、各色あたりの発光時間は２ｍｓ程度の短い時間となるため、カラーブレーキング現象は目立たなくなる。しかしながらＲＧＢの各色の短い時間の発光はインパルス発光に近くなるため、フリッカー現象と言われる、ちらちらした妨害感が発生してしまうという問題が生じる。

そこで、表示色をはやく切り替えて、６０Ｈｚの周期内にＲＧＢＲＧＢというように、各色、２回ずつ発光する投影装置も提案されている。また、特許文献２のように、６０Ｈｚの周期内にＲＧＢＹＭＣ（Ｙ：黄、Ｍ：マゼンタ、Ｃ：シアン）というように、異なる６色で発光させる投影装置も提案されている。これらの方法によると、カラーブレーキング現象およびフリッカー現象を低減させることができるが、これらの方法をとると、動いている物体が２重に見えるという妨害感が発生してしまうという問題が生じる。

例えば、オレンジ色を表示する時、ＲとＧが光り、次に間をおいてからＹとＭが光るので、ＲＧとＹＭによるオレンジ色の２重線になってしまうことになる。これを防ぐために、元画像から中間画像を作成し、１２０ＨｚでＲＧＢ表示する方法も考えられるが、中間画像を作成するためには規模が大きい回路が必要であるし、中間画像の作成ミスによる乱れた画像部分が妨害として見えてしまうこともあり得る。そこで、明るく表示しながらもフリッカーを防ぐために、例えば、特許文献３に示すように、ＲＧＢＷの発光のうち、Ｗだけを高周波で発光させる投影装置も提案されている。

しかしながら、特許文献３による方法では、ＤＭＤ素子は階調を出すためにサブフィールドを用いて表示を行なうので、Ｗ光を高周波で発行させると、サブフィールド中にＯＮ・ＯFF が生じることとなる。このため、階調を正しく表示することできなくなるため、空間変調素子としてのＤＭＤ素子のサブフィールドによる階調表示方法では、階調を正しく表示することできなくなるという問題も生じ得る。

そこで本発明は、ＤＭＤ素子を用いた表示において、カラーブレーキングおよびフリッカーの発生を抑制することが可能な投影技術の提供を目的とする。

上記の目的を達成する本発明の一つの側面に係る撮影装置は、複数の色に対応する複数の発光手段と、入力された映像信号に基づく隣接する元画像の間に表示させるためのモノクロ画像を中間画像として生成する生成手段と、前記入力された映像信号に基づく元画像を表示させるために、前記複数の発光手段を第１の発光モードで発光させ、前記生成手段により生成された中間画像を表示させるために、前記複数の発光手段を第２の発光モードで発光させる制御手段とを有し、前記第１の発光モードは前記第２の発光モードよりも明るく短く発光する発光モードであることを特徴とする。

本発明によれば、ＤＭＤ素子を用いた表示において、カラーブレーキングおよびフリッカーの発生を抑制することが可能になる。

第１乃至第３実施形態に係る投影装置の概略的な構成を示す図。 ＬＥＤとＤＭＤ素子とを使用した投影装置の回路構成を示す図。 フリッカーの評価実験を説明する図。 第１実施形態を適用した場合の映像の見え方を従来例と比較した図。 第１実施形態におけるＬＥＤの発光状態を例示する図。 第２実施形態におけるＬＥＤの発光状態を例示する図。 第３実施形態におけるＬＥＤの発光状態を例示する図。 第４、第５実施形態に係る投影装置の概略的な構成を示す図。 第４実施形態における投影装置の発光状態を例示する図。 第５実施形態における投影装置の発光状態を例示する図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。

（第１実施形態）
本発明の実施形態にかかる投影装置の構成を説明する。図１は、光源に３色のＬＥＤを使用したＤＭＤによる投影装置の概略的な構成を示す図である。図中、１１は赤色光源になるＲ−ＬＥＤ、１２は緑色光源になるＧ−ＬＥＤ、１３は青色光源になるＢ−ＬＥＤ、１４は光合成用のプリズム、１５は集光補正光学系、１６はＤＭＤ素子である空間変調素子、１７は投射レンズである。光源となる３色のＬＥＤ１１、１２、１３は、３方向に配置されているが、その出力である光束は、合成プリズム１４にて一方向に向きが揃えられる。合成プリズム１４によって一方向に向きが揃えられた光は、集光補正光学系１５に集光し、集光補正光学系１５によって平行光に変換される。集光補正光学系１５によって変換された平行光が空間変調素子１６（変調素子）に入射し、空間変調素子１６（変調素子）から変調された光が出力される。そして投射レンズ１７によって拡大された光が不図示のスクリーンに投影される。

図２は、本発明の第１実施形態に係る、ＬＥＤとＤＭＤ素子とを使用した投影装置の回路構成を示す図である。画質調整回路２０１は入力された映像を表示装置や視聴者の設定にあわせて画質を調整する。白色計算回路２０２（演算回路）は白色値を計算する。コントローラ２０３（制御回路）は、ＤＭＤ素子の動作タイミングおよびＬＥＤ光源の発光タイミングを制御する。

ＬＥＤの発光には光の明るさが第１の輝度であり光の発光時間が第１の発光時間である第１の発光モードと、光の明るさが第１の輝度よりも暗い第２の輝度であり光の発光時間が第１の発光時間よりも長い第２の発光時間である第２の発光モードとがある。コントローラ２０３は第１の発光モードおよび第２の発光モードを組み合わせた、映像信号の一つのフレーム内における発光部（Ｒ−ＬＥＤ１１、Ｇ−ＬＥＤ１２、Ｂ−ＬＥＤ１３）の発光と、発光部の発光に対応した空間変調素子１６の動作と、を制御する。

ＤＡコンバータ２０４はコントローラ２０３（制御回路）からの制御信号を変換して、各ＬＥＤを駆動するためのドライバ２０５、２０６、２０７に変換した制御信号を入力する。ドライバ２０５はＲ−ＬＥＤ１１（赤色光源となるＲ−ＬＥＤ）を駆動し、ドライバ２０６はＧ−ＬＥＤ１２（緑色光源となるＧ−ＬＥＤ）を駆動し、そしてドライバ２０７はＢ−ＬＥＤ１３（青色光源となるＢ−ＬＥＤ）を駆動する。また、コントローラ２０３からの制御信号は、ＤＭＤドライバ２１１（変調素子駆動部）に入力され、ＤＭＤドライバ２１１は、コントローラ２０３から入力された制御信号に基づいて空間変調素子１６（ＤＭＤ）の駆動を制御する。

次に、図２の回路構成における動作を説明する。画質調整回路２０１は入力された映像信号（ＹｐｂＰｒ信号）に対して、ＤＭＤパネルの特性や視聴者の好みをパラメータとして画質調整を行ない、最適の画像としてＲＧＢ信号を白色計算回路２０２およびコントローラ２０３に出力する。画質調整回路２０１はＲＧＢ信号とともに、入力された映像信号（ＹｐｂＰｒ信号）を白色計算回路２０２に出力することも可能である。白色計算回路２０２は、白色で出すべき階調値を、元画像における白色成分の比率および、フリッカーの関係から計算する。

コントローラ２０３は、予め定められたタイミング、例えば、６０Ｈｚでスキャンするようなタイミング信号と、ＲＧＢ信号から階調データに応じたサブフィールド信号とを生成し、ＤＭＤドライバ２１１に対して出力する。そして、ＤＭＤドライバ２１１は、コントローラ２０３から入力されたタイミング信号とサブフィールド信号とを用いて空間変調素子１６は駆動され、空間変調がおこなわれることで映像が表示される。

次にＬＥＤ光源の動作について説明する。コントローラ２０３は、ＤＡコンバータ２０４に対して、ＬＥＤに流す電流設定値に相当する電圧値を出力する。例えば、ＬＥＤの発光時の電流値が２０ｍＡを流すのであれば電流設定値を２Ｖとし、発光時の電流が４ｍAを流すのであれば電流設定値を０．４Ｖとすることにする。コントローラ２０３は、ＬＥＤが発光に要する時間だけ電流設定値をかけておき、発光時間が終われば０Ｖに戻すように制御する。コントローラ２０３は、ＲＧＢのＬＥＤごとに、電圧値の出力と電圧値の切り替えを制御する。コントローラ２０３による電圧値の出力制御により、例えば、図４（ｃ）などに示すような所望の発光状態が得られる。 ここで、フリッカーを抑えるために、ＬＥＤを２度発光させる場合、どれぐらいの光束比率で発光すればよいかを、評価実験により求めた。図３（ａ）は、表示パッチ３３に対して２度のＬＥＤを発光させた場合の輝比率とフリッカーの主観評価の関係を実験した結果を示す図である。図３（ａ）は、輝度とフリッカーの主観的評価の関係を示す図である。フリッカーの主観的評価を以下の５つの段階に分けて評価実験を行っている。
５：全くフリッカーを感じない
４：わずかにフリッカーがあるのがわかる
３：我慢できる程度のフリッカーを感じる
２：我慢できない程度のフリッカーを感じる
１：フリッカーが強すぎて見ていられない
図３（ｂ）は表示パッチ３３を例示する図であり、本実施形態では表示パッチ３３を矩形としているが、本発明の趣旨はこの例に限定されるものではなく、他の形状であってもよい。表示パッチは、面積を３００ｍｍ^２で全白表示とした。 図３（ｃ）は、２回のＬＥＤの発光時間と、それぞれの発光に対する輝度の関係を例示する図である。コントローラ２０３は、ＤＭＤドライバ２１１を制御して、２回のＬＥＤの発光について、輝度の合計による値が２００Ｃｄ／ｍ^２で一定になるようにして、１度目の発光による輝度３１と２度目の発光による輝度３２の比率を変化させる。図３（ｃ）の例では、２回目の発光による輝度は１回目の発光による輝度に比べて低い場合を例示しているが、本発明の趣旨はこの例に限定されるものではなく、輝度の合計による値が２００Ｃｄ／ｍ^２で一定となれば、例えば、２回目の発光による輝度が１回目の発光による輝度に比べて高い輝度となるように制御することも可能である。

主観評価結果により、輝度の比率が１.０：０．４以上の場合に主観評価値が４以上になり、この場合にフリッカーが許容範囲になることがわかった。ここで、後の計算をし易くするため、１.０：０．４を正規化して、０．７：０．３と置き換える。この値は、２００Ｃｄ／ｍ^２のときの値なので、プロジェクターとしては明るく白色成分の多い表示状態の時に、１度目のＬＥＤの発光による輝度と２度目のＬＥＤの発光による輝度の比を０．７：０．３とすればよい。画面輝度値は、画面光束値に比例するので、２度目の発光による光束値は、２度の合計の光束値に対して、目安値として３０％あればよいことがわかった。

図５は、本発明の第１実施形態におけるＬＥＤの発光状態を例示する図である。コントローラ２０３は第１の発光モードでは、発光部（Ｒ−ＬＥＤ１１、Ｇ−ＬＥＤ１２、Ｂ−ＬＥＤ１３）を色ごとに単独で、順番に発光させ、第２の発光モードでは、発光部を同時に発光させるように発光部を制御する。

図５（ｂ）の横軸は時間経過、縦軸は画面光束値を示す。図５（ａ）は図５（ｂ）の時間経過に対応する、各フレームにおけるＲ画像、Ｇ画像、Ｂ画像、共通画像（Ｗ画像）の表示順を例示する図である。図５（ｂ）において、２１は第１フレームの赤色の光束、２２は第１フレームの緑色の光束、２３は第１フレームの青色の光束、２４は第１フレームの白色の光束である。２５は第２フレームの赤色の光束、２６は第２フレームの緑色の光束、２７は第２フレームの青色の光束、２８は第２フレームの白色の光束である。各色ＬＥＤ１１、１２、１３の発光によって生じた光束は、合成プリズム１４および集光補正光学系１５で若干減少し、空間変調素子１６で表示の平均映像レベル（ＡＰＬ）分だけ減少し、投射レンズ１７でも若干減少して、出力光束となる。

光束２１および光束２５のように短くて明るい赤色の光束は、ドライバ２０５によってＲ−ＬＥＤ１１に対し、たとえば４００ｍＡなどの大電流を２ｍｓなどの短時間だけ流すことによって得られる。光束２２、２６の緑色の光束、および光束２３、２７の青色の光束は、赤色の光束と同様に、ドライバ２０６、ドライバ２０７によって、Ｇ−ＬＥＤ１２、Ｂ−ＬＥＤ１３に対し、例えば、４００ｍＡの大電流を２ｍｓだけ流すことによって得られる。

次に、暗くて長い白色の光束は、３つのドライバ２０５、２０６、２０７から同時に、例えば４０ｍＡなどの低い電流を、例えば、８ｍｓなどの長時間流すことで得られる。ここで、各ＬＥＤの光変換効率によって、ＬＥＤ間に流す電流の比率を変える必要があるが、ここでは説明を簡略化するために、ＲＧＢの３つのＬＥＤに同じ電流を流した場合に白色が得られるものとする。例えば、６０Ｈｚ（１６．７ｍｓ）の画像フレーム内で、例えば４００ｍＡなどの大電流を２ｍｓ等の短時間だけ流すことで、明るくて短い発光時間によるＲＧＢのＬＥＤをそれぞれ発光させる（第１の発光モード）。更に、この画像フレーム内で、ＲＧＢのＬＥＤのそれぞれの発光に比べて輝度が暗く、発光時間が長くなるようにＲＧＢのＬＥＤを同時に発光させる（第２の発光モード）。

光束の量は、電流×デューティ時間に比例するので、短く明るい光束量は、３色それぞれ、４００×２／１６．７＝４８であり、白色の光束量は、４０×８／１６．７ ＝１９である。よって、この場合の光束値の比率は、０．７２：０．２８となる。図３の主観評価値の結果より、０．７：０．３が許容値の目安なので、０．７２：０．２８は、許容値に近く問題がない値である。

次に、画像データとして、例えば、リニア階調で２５６階調として、Ｒ＝３０、Ｇ＝８０、Ｂ＝１２０の場合を考える。白色の階調を求めるには、最も階調が低いＲに注目するとＲ＝３０である。この値を光束値の比率０．７２：０．２８で配分すると、赤色の階調として３０×０．７２＝２２階調、白色として３０×０．２８＝８階調を表示することになる。

青（Ｂ）はＢ＝８０−８＝７２階調を表示することとなり、緑（Ｇ）はＧ＝１２０−８＝１１２の階調を表示することになる。空間変調素子１６は、サブフィールドを用いて、２５６階調を実現する場合、短くて明るいＲＧＢの光束２２，２３，２４の２ｍｓにおいて、Ｒ＝２２階調、Ｇ＝７２階調、Ｂ＝１１２階調を出力すればよい。

暗くて長い白色２４の時間は８ｍｓなので、各ＲＧＢに対するデューティ比が４倍となり、出力すべき階調が８（＝３０×０．２８）であればその４分の１でよいので、ＲＧＢの各ＬＥＤは、Ｒ＝２階調、Ｇ＝２階調、Ｂ＝２階調を同時に出力すればよい。

ここで、サブフィールドによる階調表示方法について、補足説明する。各ＲＧＢＷのそれぞれが、各色のフィールド内で２５６階調を出すために、８個のサブフィールドを使用するものとする。サブフィールド１は２５６分の１の時間、サブフィールド２は１２８分の１の時間、・・・・サブフィールド７は４分の１、サブフィールド８は２分の１の時間とする。ＲＧＢのそれぞれの発光時間は２ｍｓなので、２ｍｓを各サブフィールドに配分すると、サブフィールド１は７．８μs、サブフィールド２は１５．６μs、・・・・サブフィールド７は５００μs、サブフィールド８は１ms、となる。

Ｗの発光時間は８ｍｓなので、８ｍｓを各サブフィールドに配分すると、サブフィールド１は３１．２５μs、サブフィールド２は６２．５μs、・・サブフィールド７は２ｍｓ、サブフィールド８は４ｍｓ、となる。たとえば、Ｒ＝２２階調を２進数で表現すると０００１０１１０（０×２^７(サブフィールド８)＋０×２^６(サブフィールド７) ＋０×２^５(サブフィールド６) ＋１×２^４(サブフィールド５) ＋０×２^３(サブフィールド４) ＋１×２^２(サブフィールド３) ＋１×２^１(サブフィールド２) ＋０×２^０(サブフィールド１)）となる。従って、Ｒ＝２２階調を出力するためには、サブフィールド２、３，５にて、ＤＭＤの当該ミラーを駆動（ＯＮ）すればよい。また、Ｗで＝２階調を出力するためには、２進数で００００００１０なので、サブフィールド２にて、ＤＭＤの当該ミラーを駆動（ＯＮ）すればよい。 以上は説明のために単純な例を示したが、８個のサブフィールドを用いた場合、絵割れと呼ばれる妨害が生じることがある。そこで一番長いサブフィールド（サブフィールド８）を２等分して９個のサブフィールドを使用し、長いサブフィールドを時間的に離して配置するような改善を加えた方法を使用することも可能である。

ＬＥＤ１１、１２、１３の発光を、図５に示したように、１フレーム内で明るく短い発光時間による各ＲＧＢの単独発光と、単独発光よりも暗くて長い発光時間によりＷを発光（ＲＧＢを同時発光）することで、図４（ｃ）に示すような良好な表示が得られる。この表示は、表示装置における物体の動きの見え方として自然であり、視聴者に許容されやすい見え方である。

図４は、本発明の実施形態を適用した場合の映像の見え方を従来例と比較した図である。図４（ａ）は、ホールド発光で明暗をつけた２段点灯表示の見え方を示す図（従来例）、図４（ｂ）は、インパルス発光による２度点灯表示の見え方を示す図（従来例）、図４（ｃ）は、本発明の実施形態を適用した場合の点灯表示の見え方を示す図である。各図において、表示している物体は球状をしており、フレームごとに右から左へと移動していく状態を示している。図の縦軸は時間を表わし、６０Ｈｚの映像の場合、１６．６７ｍｓごとに映像が切り替わる。矢印は視線の動きを示す。

図４（ａ）では、第１発光期間において、発光状態が保持されたホールド的な明るい発光によって見える形が物体表示１１５である。第２発光期間において、発光状態が保持されたホールド的な暗い発光によって見える形が物体表示１１６である。それらを視線の動きに合わせて合成して見える形が物体表示１１７であり、明るい楕円と尾引きのように見える暗い楕円が、視聴者に見える。

図４（ｂ）では、球状に見えるように、インパルス的にＬＥＤを発光させた状態を示している。物体表示１１８は、球の映像がインパルス的な１度目の発光により１フレーム内で見えた形状を示す。物体表示１１９は、球の映像がインパルス的な２度目の発光により１フレーム内で見えた形状を示す。物体表示１２０は、球の映像がインパルス的な発光により数フレームの合成で見えた形状を示す。この図では、インパルス的な１回目の発光によって見える形が物体表示１１８であり、インパルス的な発光なので球に近く見える。また２回目のインパルス的な発光によって見える形も球であるが物体表示１１９のように、時間的に遅れて表示されるので、視線の動きから外れてしまう。それらを視線の動きに合わせて合成して見える形は物体表示１２０のように球を２重にしたような形である。これは、２重ブレと呼ばれる画質品位的に良くない見え方である。

本発明の実施形態を適用した見え方を図４（ｃ）に示す。物体表示１２１は、球の映像がインパルス的な明発光により１フレーム内で見えた形状を示す。物体表示１２２は、球の映像がホールド的な暗発光により１フレーム内で見えた形状を示す。物体表示１２３は、球の映像が本発明の実施形態による発光により数フレームの合成で見えた形状を示す。この図では、１度目のインパルス的な明るい発光によって見える形が物体表示１２１であり、インパルス的な発光なので球に近く見える。２度目のホールド的な暗い発光によって見える形が物体表示１２２であり、暗い楕円状になっている。それらを視線の動きに合わせて合成して見える形は物体表示１２３のようになる。

この合成した形状は、明るい球状の画像に、暗い楕円がつながっているものである。つまり、動いている形状と同じ形状が明るく見えて、後方に尾引きのような暗い映像がつながっているように見える。この物体表示１２３の見え方は、物体表示１１７のように形状が変わっているわけではないし、物体表示１２０のように２重に見えていることもない。暗い尾引きが見えるが、それは表示装置における物体の動きの見え方として、自然であり視聴者に許容されやすい見え方である。図４（ｃ）のような表示は、本実施形態だけではなく、後に説明する第２ないし第５実施形態の構成によっても表示可能である。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態として、６０Ｈｚの元画像からモノクロの中間画像を作成し、１２０Ｈｚで表示する場合について、画像とＬＥＤの発光との関係を説明する。図６は、第２実施形態におけるＬＥＤの発光状態を例示する図である。本実施形態において用いるＬＥＤとＤＭＤ素子とを使用した投影装置の回路構成は第１実施形態の構成と同様のものである。コントローラ２０３は、映像信号に応じたカラーの元画像と、モノクロの中間画像を交互に表示させるように、空間変調素子１６の光の変調を制御する。

図６（ｂ）の横軸は時間経過、縦軸は画面光束値を示す。図６（ａ）は図６（ｂ）の時間経過に対応する、各フレームにおけるＲ画像、Ｇ画像、Ｂ画像、中間共通画像の表示順を例示する図である。図６（ｂ）において、３１は第１フレーム元画像に対する赤色の光束、３２は第１フレーム元画像に対する緑色の光束、３３は第１フレーム元画像に対する青色の光束、３４は第１フレームおよび第２フレーム間の中間画像に対する白色の光束である。３５は第２フレーム元画像に対する赤色の光束、３６は第２フレーム元画像に対する緑色の光束、３７は第２フレーム元画像に対する青色の光束、３８は第２フレームおよび第３フレーム間の中間画像に対する白色の光束である。

第２実施形態では、元画像と中間画像とをそれぞれ独立して、表示すべきＲＧＢ階調とＷ階調とを計算する。明るく短いＲＧＢ発光に関しては、元画像から計算したＲＧＢ階調値を使用し、暗くて長いＷ発光に関しては、中間画像から計算したＷ階調値を使用する。そうすることによって、動画の時には尾引きが存在しない、より一層良好な動画像が得られる。また、中間画像の作成ミスにより生じ得る妨害感については、ＲＧＢ単独の発光による光束の合計量に対して、Ｗの発光による光束がＲＧＢ単独の発光による光束の４０％程度以下に抑えられているので、視聴者は妨害感をあまり感じにくい。

（第３実施形態）
図７は、第３実施形態におけるＬＥＤの発光状態を例示する図である。本実施形態において用いるＬＥＤとＤＭＤ素子とを使用した投影装置の回路構成は第１実施形態の構成と同様のものである。

コントローラ２０３は、第１の発光モードとして、発光部（Ｒ−ＬＥＤ１１、Ｇ−ＬＥＤ１２、Ｂ−ＬＥＤ１３）を色ごとに単独で、順番に発光させる。また、コントローラ２０３は、第１の発光モードによる発光に続く第２の発光モードとして、発光部を色ごとにそれぞれのＬＥＤを単独で、第１の発光モードの順番と同一の順番で発光させるように発光部を制御する。図７（ｂ）の横軸は時間経過、縦軸は画面光束値を示す。図７（ａ）は図７（ｂ）の時間経過に対応する、各フレームにおけるＲ画像、Ｇ画像、Ｂ画像の表示順を例示する図である。図７（ｂ）において、４１は第１フレーム元画像に対する赤色の光束、４２は第１フレーム元画像に対する緑色の光束、４３は第１フレーム元画像に対する青色の光束である。４４は第１フレームおよび第２フレーム間の中間画像に対する赤色の光束、４５は第１フレームおよび第２フレーム間の中間画像に対する緑色の光束、４６は第１第フレームおよび２フレーム間の中間画像に対する青色の光束である。

４７は第２フレーム元画像に対する赤色の光束、４８は第２フレーム元画像に対する緑色の光束、４９は第２フレーム元画像に対する青色の光束である。４０１は第２フレームおよび第３フレーム間の中間画像に対する赤色の光束、４０２は第２フレームおよび第３フレーム間の中間画像に対する緑色の光束、４０３は第２フレームおよび第３フレーム間の中間画像に対する青色の光束である。

以下、具体的な数字を挙げて説明する。元画像に対するＲＧＢ発光（単独発光）は、切れの良い画像が得られるように、できるだけ短い時間の方がよいが、サブフィールドを構成するためにある程度の長さが必要なので２ｍｓにする。中間画像用のＲＧＢ発光の時間は、変換ミスによる妨害感を目立たせなくするために、できるだけ長い方が望ましいので、１フレームの時間、１６．６７ｍｓ（６０Ｈｚ）の残りの時間のうちできるだけ長い時間を確保する。例えば、各色の時間を３ｍｓとする。

次に、中間画像用に、表示すべきＲＧＢ階調を計算する。画像データとして、リニア階調で２５６階調として、Ｒ＝３０、Ｇ＝８０、Ｂ＝１２０の場合を考える。元画像用の画素ごとのＲＧＢ階調は、そのままの階調（Ｒ＝３０階調、Ｇ＝８０階調、Ｂ＝１２０階調）を使用すればよい。

中間画像では、上記の主観評価の結果より、輝度の比率が１.０：０．４以上の場合に主観評価値が４以上になり、この場合にフリッカーが許容範囲になるので、この比にする。発光時間が２ｍｓと３ｍｓとでは、デューティ比が１．５倍なので、０．４／１．５より、０．２６７倍の階調数にすればよい。すなわち、中間画像の赤Ｒ＝３０×０．２６７＝８階調、中間画像の緑Ｇ＝８０×０．２６７＝２１階調、中間画像の青Ｂ＝１２０×０．２６７＝３２階調にすればよい。

第３実施形態のように中間画像を使用する場合は、第２実施形態のようにＷ（白）に相当する階調を計算することなく、中間画像をＲＧＢ発光させても、動画の時には、第１実施形態のような尾引きが存在しない良好な同画像が得られる。また、中間画像の作成ミスにより生じる妨害感については、元画像用のＲＧＢ発光による光束の合計量に対して、中間画像用のＲＧＢ発光による光束光束が４０％程度に抑えられているので、視聴者は妨害感を感じにくくなる。

第１ないし第３実施形態においては、一例として単板のＤＭＤ素子を使用した場合を説明したが、ＲＧＢそれぞれの色ごとに、３枚のＤＭＤ素子などの空間変調素子を用いた構成としても、同様に光源を制御することで、同様の効果を得ることができる。

（第４実施形態）
第１ないし第３実施形態では、ＬＥＤ光源を使用した投影装置について説明したが、本実施形態では、ランプ光源を使用した場合の実施形態について説明する。ランプ光源を用いた場合は、ランプの光量をごく短時間で変更することは困難である。そこでＬＥＤ光源の場合とは異なるとして、回転ホイール５２を有する構成について説明する。図８は、第４実施形態の、ランプ光源と回転ホイールを使用した液晶プロジェクターによる投影装置の概略的な構成を示す図である。図中、５１は光源となるランプ（ランプ光源）、１５は集光補正光学系、１６はＤＭＤ素子などの空間変調素子、５２は回転ホイール、１７は投射レンズである。回転ホイール５２（調整部）は、複数の異なる色の光学フィルターおよび中間調の光学フィルターのいずれか一つを空間変調素子１６により変調された光が透過するように切り替えて、透過する光の色および輝度および透過時間を調整する。

回転ホイール５２は正面（空間変調素子１６側）から見ると、各単色のＲＧＢ色（ＲＧＢ）の光学フィルターでスリット間隔が狭い部分と、ハーフグレイ（Ｇｒａｙ：中間調）の光学ＮＤフィルターでスリット間隔が広い部分が、繰り返すように並んでいる。コントローラ２０３は、この回転ホイール５２を表示のタイミングに合わせて回転させる。図８に示す回転ホイール５２では、１回転で１周期の表示に対応する構成としたが、この例に限定されるものではなく、例えば、回転ホイール５２の１回転で２周期以上の表示に対応するように、フィルターを構成することも可能である。この場合、回転ホイール５２の回転数を落として表示制御を行うことができる点で有利である。

光源となるランプ光源５１は、前方に拡散する光を照射する。ランプ光源５１から照射された光は集光補正光学系１５に集光し、集光補正光学系１５によって平行光に変換される。集光補正光学系１５によって変換された平行光が空間変調素子１６に入射し、空間変調素子１６に表示されている画像によって、変調された光が出力される。この回転ホイール５２の単色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）あるいはハーフグレイ（Ｇｒａｙ）のスリット部を通ったものだけが、投射レンズ１７に向かう。そして、投射レンズ１７によって拡大された光が不図示のスクリーンに投影される。

第４実施形態では、ランプ光源５１はＬＥＤ光源のように短時間での光量制御が難しいので、回転ホイール５２を回転させて、短く明るい発光状態と、長くて暗い発光状態とを、発生させるものである。図２で説明したコントローラ２０３（制御回路）は、回転ホイール５２の回転を制御する。本実施形態において、回転ホイール５２の光学フィルターを光が透過する透過モードには第１の透過モードと第２の透過モードがある。第１の透過モードは、複数の異なる色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の光学フィルターのそれぞれについて、透過する光の明るさが第１の輝度であり、光の透過時間が第１の透過時間である。また、第２の透過モードは、中間調の光学フィルター（Gray）について、透過する光の明るさが第１の輝度よりも暗い第２の輝度であり、光の透過時間が第１の透過時間よりも長い第２の透過時間である。コントローラ２０３は、映像信号の一つのフレーム内において、第１の透過モードと第２の透過モードとによる光の透過が映像信号の一つのフレーム内において行われるように回転ホイール５２（調整部）の回転（切り替え）を制御する。

コントローラ２０３（制御回路）による回転ホイール５２の回転制御により、ランプ光源５１からの光について、短く明るい発光状態と、長くて暗い発光状態とを短時間で切り替えることを可能にする。またランプ光源５１は、一般的に、ＬＥＤ光源に比べて光量が多くとれるので、回転ホイール５２で減少する分を差し引いても、ＬＥＤ光源を使用した投影装置よりも明るい投影をすることが可能である。

図９は、第４実施形態における投影装置の発光状態を例示する図である。図９（ｂ）の横軸は時間経過、縦軸は画面光束値を示す。図９（ａ）は図９（ｂ）の時間経過に対応する、各フレームにおけるＲ画像、Ｇ画像、Ｂ画像の表示順を例示する図である。図９（ｂ）において、６１は第１フレームの明るく短い赤色の光束、６２は第１フレームの明るく短い緑色の光束、６３は第１フレームの明るく短い青色の光束、６４は第１フレームの暗くて長い白色の光束である。６５は第２フレームの明るく短い赤色の光束、６６は第２フレームの明るく短い緑色の光束、６７は第２フレームの明るく短い青色の光束、６８は第２フレームの暗くて長い白色の光束である。

図９に示すような各光束は、空間変調素子１６と回転ホイール５２によって、作り出すことができる。ＲＧＢの短く明るい光束に対応する部分は、回転ホイール５２のスリットの幅が狭いＲＧＢのフィルター部分で、空間変調素子を以下に示すような階調で動作させる。暗く長い白色の光束に対応する部分は、回転ホイール５２のスリットの幅が広いグレーのフィルター部分で、空間変調素子１６を以下に示すような階調で動作させる。以下に一例として、具体的な数値をあげて説明する。回転ホイール５２のフィルターの透過率は、簡略化のために理想状態として以下の値とする。

Ｒフィルター：Ｒ＝１．０、Ｇ＝０、Ｂ＝０
Ｇフィルター：Ｒ＝０、Ｇ＝１．０、Ｂ＝０
Ｂフィルター：Ｒ＝０、Ｇ＝０、Ｂ＝１．０
グレーフィルター：Ｒ＝０．１５、Ｇ＝０．１５、Ｂ＝０．１５
また、回転ホイールの１周期あたりのスリット幅は、以下のようにする。

Ｒフィルター：０．１
Ｇフィルター：０．１
Ｂフィルター：０．１
グレーフィルター：０．３
残りの０．５は、光を通さない回転ホイール５２のスポークにあたる。このような回転ホイール５２であれば、ＲＧＢ光は明るくて短いものになり、Ｗ光は暗くて長いものにしやすい。その時の階調の比率は透過率かけるスリット幅に比例するので、単色と白色との比は、単色：白色＝ １．０×０．１：０．１５×０．３となり、正規化すると、０．６９：０．３１になる。この比率は、図３で説明したように主観評価値の許容値の目安である０．７：０．３とほぼ同じ値である。

次に、画像データとして、例えば、リニア階調で２５６階調として、Ｒ＝３０、Ｇ＝８０、Ｂ＝１２０の場合を考える。白色の階調を求めるには、最も階調が低いＲに注目するとＲ＝３０である。この値を光束値の比率０．６９：０．３１で配分すると、赤色の階調として３０×０．６９＝２１階調、白色として３０×０．３１＝９階調を表示する。

青（Ｂ）はＢ＝８０−９＝７１階調を表示することとなり、緑（Ｇ）はＧ＝１２０−９＝１１１の階調を表示することになる。各色フィルターの透過率は、１．０なので、そのままの値が階調値となり、空間変調素子１６は、ＲＧＢの順に２１，７１、１１１の階調を出力すればよい。

次に、暗くて長い白色６４は、単色に比べて、透過率が０．１倍で時間が４倍なので、階調数で９を出すためには、９／０．４＝２３なので、空間変調素子１６は、ＲＧＢＷの順に２１、７１、１１１、２３の階調を出力すればよい。本実施形態においても、図４（ｃ）に示したような表示が得られる。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態として、６０Ｈｚの元画像から中間画像を作成し、１２０Ｈｚで表示する場合について、画像と回転ホイールとの関係を説明する。図１０は、第５実施形態における投影装置の発光状態を例示する図である。本実施形態において用いるＤＭＤ素子を使用した投影装置の回路構成は第４実施形態の構成と同様のものである。

図１０（ｂ）の横軸は時間経過、縦軸は画面光束値を示す。図１０（ａ）は図１０（ｂ）の時間経過に対応する、各フレームにおけるＲ画像、Ｇ画像、Ｂ画像、中間共通画像の表示順を例示する図である。図１０（ｂ）において、７１は第１フレーム元画像に対する短く明るい赤色の光束、７２は第１フレーム元画像に対する短く明るい緑色の光束である。７３は第１フレーム元画像に対する短く明るい青色の光束、７４は第１フレームおよび第２フレーム間の中間画像に対する長くて暗い白色の光束である。７５は第２フレーム元画像に対する短く明るい赤色の光束、７６は第２フレーム元画像に対する短く明るい緑色の光束である。７７は第２フレーム元画像に対する短く明るい青色の光束、７８は第２フレームおよび第３フレーム間の中間画像に対する暗くて長い白色の光束である。

第５実施形態では、元画像と中間画像とをそれぞれ独立して、表示すべきＲＧＢ階調とＷ階調とを計算する。明るく短いＲＧＢ発光に関しては、元画像から計算したＲＧＢ階調値を使用し、暗くて長いＷ発光に関しては、中間画像から計算したＷ階調値を使用する。そうすることによって、動画の時には、尾引きが存在しないより一層良好な画像が得られる。また、中間画像の作成ミスにより生じ得る妨害感については、ＲＧＢ単独の発光による光束の合計量に対して、Ｗの発光による光束がＲＧＢ単独の発光の４０％程度に抑えられているので、視聴者は妨害感を感じにくくなる。また、先に説明した第４、５実施形態におけるランプ光源の代わりに、白色ＬＥＤを使用することも同様に可能である。

上述の各実施形態によれば、カラーブレーキングおよびフリッカーの発生を抑制しつつ、ＤＭＤ素子を用いた表示において、階調を正しく表示することが可能になる。

あるいは、単板のＤＭＤ素子を使用する投影装置において階調のある動画を表示する場合に、中間画像を使う場合はもちろんのこと元画像のみでも、カラーブレーキングや２重に見えるような妨害感の少ない画が得られる。

（その他の実施形態）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (8)

1. 複数の色に対応する複数の発光手段と、
   入力された映像信号に基づく隣接する元画像の間に表示させるためのモノクロ画像を中間画像として生成する生成手段と、
   前記入力された映像信号に基づく元画像を表示させるために、前記複数の発光手段を第１の発光モードで発光させ、前記生成手段により生成された中間画像を表示させるために、前記複数の発光手段を第２の発光モードで発光させる制御手段とを有し、
   前記第１の発光モードは前記第２の発光モードよりも明るく短く発光する発光モードであることを特徴とする投影装置。
2. 前記制御手段は、
   前記第１の発光モードでは、前記複数の発光手段を順次発光させ、前記第２の発光モードでは、前記複数の発光手段を同時に発光させるように前記複数の発光手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の投影装置。
3. 前記制御手段は、前記第２の発光モードで発光される光の輝度は前記第１の発光モードで発光される光の輝度の合計よりも低く、前記第２の発光モードにおいて前記複数の発光手段が発光する時間は前記第１の発光モードにおいて前記複数の発光手段の何れかが発光する時間よりも長くなるように前記複数の発光手段を制御することを特徴とする請求項２に記載の投影装置。
4. 前記制御手段は、
   前記第１の発光モードでは、色が異なる前記複数の発光手段を順次発光させ、当該第１の発光モードに続く前記第２の発光モードでは、前記複数の発光手段を前記第１の発光モードと同一の順番で発光させるように前記複数の発光手段を制御し、
   前記第２の発光モードで発光される光の輝度の合計は前記第１の発光モードで発光される光の輝度の合計よりも低く、前記第２の発光モードにおける各発光手段の発光時間は前記第１の発光モードにおける各発光手段の発光時間よりも長くなるように前記複数の発光手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の投影装置。
5. 前記複数の発光手段は、赤色の光を発する発光手段と、緑色の光を発する発光手段と、青色の光を発する発光手段であることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の投影装置。
6. 前記入力された映像信号に応じて前記複数の発光手段からの光を変調する変調手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の投影装置。
7. 複数の色に対応する複数の発光手段と、入力された映像信号に基づく隣接する元画像の間に表示させるためのモノクロ画像を中間画像として生成する生成手段と、を有する投影装置の制御方法であって、
   制御手段が、前記入力された映像信号に基づく元画像を表示させるために、前記複数の発光手段を第１の発光モードで発光させ、前記生成手段により生成された中間画像を表示させるために、前記複数の発光手段を第２の発光モードで発光させる制御工程を有し、
   前記第１の発光モードは前記第２の発光モードよりも明るく短く発光する発光モードであることを特徴とする投影装置の制御方法。
8. コンピュータを、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の投影装置の制御手段として機能させるためのプログラム。

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