JP7218106B2 - 映像表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、可視光映像と赤外光映像の双方を表示する映像表示装置に関する。
飛行機やヘリコプターの操縦訓練では実際に飛行する訓練だけでなく、さまざまな場面を再現できる訓練用シミュレータシステムによる訓練が有効である。
特にヘリコプター等の夜間飛行において、主操縦士と副操縦士の一方が裸眼で操縦を行い、他方が暗視ゴーグルを装着して操縦を行なう場合がある。このため、スクリーンに可視光映像と赤外光映像とを表示させ、裸眼の操縦士と暗視ゴーグルを装着した操縦士が同時に訓練するシミュレータシステムが開発されている。特許文献１には、同一の表示装置において可視光映像及び赤外光映像の双方を投影するプロジェクタについて記載されている。
特表２０１３－５２４６６２号公報
夜間飛行を想定したシミュレータシステムで表示する映像では、可視光映像は暗い映像になるため、可視光映像の光強度は低い。一方、赤外光映像の表示では赤外光の光強度を高くする必要がある。このため、１台の装置で可視光映像と赤外光映像とを交互に表示するとき、クロストークが発生する場合があり、このクロストークを軽減させることが課題となる。
本発明は、可視光映像と赤外光映像とを交互に表示する映像表示装置において、クロストークの発生を軽減させることを目的とする。
本発明は、表示素子と、可視光照明光を照射する可視光光源と、赤外光照明光を照射する赤外光光源と、可視光映像用映像信号のフレームと赤外光映像用映像信号のフレームとが交互に繰り返される混合映像信号に基づき、フレーム内での前記表示素子の印加電圧のオンオフを示すサブフレームデータを生成するサブフレームデータ生成部と、前記サブフレームデータ生成部で生成したサブフレームデータに基づき前記表示素子を駆動する画素回路と、前記可視光光源のオンオフを制御する光源制御部とを備え、前記サブフレームデータ生成部は、前記混合映像信号の階調が所定の階調以下の場合、前記可視光映像用映像信号又は、前記赤外光映像用映像信号のフレームの開始から第１の所定の時間までの期間、前記表示素子の印加電圧がオフとなるように前記サブフレームデータを生成し、前記光源制御部は、前記可視光映像用映像信号のフレームの開始から第２の所定の時間経過後に前記可視光光源をオンとし、前記可視光映像用映像信号のフレームが終了するタイミングで前記可視光光源をオフとすることを特徴とする映像表示装置を提供する。
本発明によれば、可視光映像と赤外光映像とを交互に表示する映像表示装置において、クロストークの発生を軽減させることができる。
本発明による映像表示装置を示す概略構成図である。 液晶表示素子の駆動回路を示すブロック図である。 信号処理の一例を示す図である。 駆動階調テーブルの一例を示す図である。 映像信号が表示されるまでの流れを説明するための図である。 駆動階調テーブルの他の例を示す図である。
以下、本発明に係る映像表示装置の一実施形態について、添付図面を参照して説明する。本実施形態では、反射型液晶表示素子を備えたプロジェクタ装置を映像表示装置の例として説明するが、これに限定せず、透過型液晶表示素子を用いる構成としても良い。
図１は、映像表示装置１００の概略構成を示す図である。映像表示装置１００は、可視光光源１、赤外光光源２、ダイクロイックミラー３、照明光学系４、偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳという）５、液晶表示素子６、投射レンズ７を備える。
可視光光源１は、可視光照明光をダイクロイックミラー３に向けて照射する。赤外光光源２は、赤外光照明光をダイクロイックミラー３に向けて照射する。ダイクロイックミラー３は、可視光の波長帯域（４５０ｎｍ～６５０ｎｍ）を透過し、赤外光の波長帯域（７００ｎｍ以上）を反射する特性を有する。可視光光源１から照射された可視光照明光はダイクロイックミラー３を透過し、照明光学系４に入射する。赤外光光源２から射出された赤外光照明光はダイクロイックミラー３を反射し、照明光学系４に入射する。以降、可視光照明光と赤外光照明光をまとめて、照明光と称する。
ＰＢＳ５は、ｓ偏光とｐ偏光の一方を反射し他方を透過する特性を有する。本実施形態では、ＰＢＳ５がｓ偏光を反射し、ｐ偏光を透過する構成とする。照明光学系４を通過した照明光のｓ偏光成分はＰＢＳ５で反射し、液晶表示素子６に入射する。照明光学系４を通過した照明光のｐ偏光成分はＰＢＳ５を透過し、照明光としては使用されない。照明光学系４は、既知の方法で照明光の偏光状態をｓ偏光に揃える構成としても良い。
液晶表示素子６は、後述するサブフレームデータに基づき、ｓ偏光の照明光を光変調してｐ偏光の映像光を生成する。液晶表示素子６により生成されたｐ偏光の映像光はＰＢＳ５を透過し、投射レンズ７により射出され、図示しないスクリーン等に投射されて映像が表示される。
図２は液晶表示素子６を駆動する駆動回路１０２の構成例を示すブロック図である。駆動回路１０２は、信号合成部１０、信号処理部１１、サブフレームデータ生成部１２、画素回路１３、及び光源制御部１４を備える。信号合成部１０は、入力された可視光映像用映像信号ＶＩＳと赤外光映像用映像信号ＩＲＳとを合成して、フレームシーケンシャル信号ＦＳＳを生成する。図３では例として、可視光映像用映像信号ＶＩＳと赤外光映像用映像信号ＩＲＳのフレームレートがともに６０Ｈｚの場合の信号合成部１０での処理を示している。可視光映像用映像信号ＶＩＳと赤外光映像用映像信号ＩＲＳは、それぞれ表示速度が２倍に変換され、交互に並べ替えられてフレームレート１２０Ｈｚのフレームシーケンシャル信号ＦＳＳに変換される。
図３では、信号合成部１０を経て信号処理部１１に入力される可視光映像用映像信号ＶＩＳと赤外光映像用映像信号ＩＲＳが６０Ｈｚで入力される様子を示したが、入力信号は６０Ｈｚに限定されず他の周波数（例えば５０Ｈｚや２４Ｈｚなど）でもよい。また信号処理部１１は映像信号を２倍の周波数の信号に変換するが、周波数の変換は２倍に限定されず、これ以上でもよい。また、１倍（等倍）でもよい。
また、可視光映像と赤外光映像の表示時間は同じでなくても良い。例えば、６０Ｈｚの期間内で可視光映像を１／３期間表示し、赤外光映像を２／３期間表示する構成としても良い。可視光映像に対し赤外光映像の階調は高いことが想定されるので、赤外光映像の表示期間を長くすることで赤外光映像の光強度を強く保つことができる。
信号処理部１１は、フレームシーケンシャル信号ＦＳＳに対し、周辺画素間やフレーム間の演算を行うことでＮ（Ｎは自然数）階調の映像データを生成し、生成した映像データをサブフレームデータ生成部１２に送る。サブフレームデータ生成部１２は駆動階調テーブルに基づき、Ｎ階調の映像データを１と０からなるサブフレームデータに変換する。
本実施形態では１フレームをＮ個のサブフレームに分割し、各サブフレームのオンオフを切り換えることで階調表示を行なう。尚、時間的に前のサブフレームから順にＳＦ１，ＳＦ２，・・・ＳＦＮとする。図４に示す駆動階調テーブルの縦の欄は階調を示し、映像データの階調に対応した駆動階調テーブルの値に基づき、サブフレームデータを生成する。
画素回路１３はサブフレームデータに基づき液晶表示素子６の印加電圧をオンオフする。サブフレームデータの０は印加電圧オフに対応し、１は印加電圧オンに対応する。
本実施形態では、Ｎ＝１２の場合を例として説明する。尚、Ｎの値は１２に限定せず種々設定可能である。例えばＮの値は３２や６４でも良い。駆動階調テーブルの一例を図４に示す。本実施形態の駆動階調テーブルは、階調が高くなるに連れて、時間的に後のサブフレームから時間的に前のサブフレームに向けてオンとなるサブフレームが伸びてゆくテーブルとなっている。
図２に戻り、信号処理部１１は、フレームシーケンシャル信号ＦＳＳと同期した光源制御信号を生成し、光源制御部１４に送る。光源制御部１４は、光源制御信号に基づき、可視光光源１と赤外光光源２のオンオフをそれぞれ切り換える。
信号合成部１０、信号処理部１１、サブフレームデータ生成部１２、光源制御部１４は、ハードウェアである集積回路で構成されてもよいし、コンピュータの中央処理装置（ＣＰＵ）及びメモリで構成し、メモリに記憶されたコンピュータプログラム（ソフトウェア）をＣＰＵによって実行させることによって所定の動作を行なう構成としても良い。ハードウェアとソフトウェアとの使い分けは任意である。
フレームシーケンシャル信号ＦＳＳに基づいて映像信号が表示されるまでの様子を図５に示す。Ｓ１は、可視光映像用映像信号ＶＩＳと赤外光映像用映像信号ＩＲＳとを合成したフレームシーケンシャル信号ＦＳＳを示す。夜間飛行を想定したシミュレータシステムで表示する映像では、可視光映像は暗い映像になるため、可視光映像の光強度は低い。一方、赤外光映像の表示では赤外光の強度を強くする必要がある。このため、可視光映像用映像信号は低階調、赤外光映像用映像信号は高階調であることが想定される。
Ｓ２は、フレームシーケンシャル信号ＦＳＳに基づいて生成されたサブフレームデータ信号を示す。可視光映像用映像信号ＶＩＳは低階調なので、印加電圧オンとなる期間は短い。一方、赤外光映像用映像信号ＩＲＳは高階調なので、印加電圧オンとなる期間は長い。
Ｓ３は液晶表示素子６の駆動状態を示す。Ｓ３の縦軸は光強度を示し、液晶表示素子６に照明光を照射し続けた場合に、液晶表示素子６から照射される映像光の光強度が変化する様子を示す。液晶表示素子６から照射される光強度は、液晶表示素子６への印加電圧をオンにすることにより、ある時定数をもって増加し、印加電圧をオフにすることにより、ある時定数をもって減少する。
可視光映像用映像信号ＶＩＳの階調は低いので、印加電圧がオフとなった後に光強度が早く減少し、可視光映像用映像信号が赤外光映像の表示に与える影響は小さい。一方、赤外光映像用映像信号ＩＲＳの階調は高く、印加電圧がオフとなってから光強度が減少するまでに時間がかかるため、赤外光映像用映像信号が可視光映像の表示に与える影響は大きい。具体的には、可視光映像は本来の階調よりも明るく表示されてしまう。可視光映像用映像信号の階調は低いので、赤外光映像用映像信号による影響度合いは大きい。
Ｓ４は光源制御部１４により制御される可視光光源１のオンオフ状態を示す。Ｓ５は光源制御部１４により制御される赤外光光源２のオンオフ状態を示す。
可視光光源１は、フレームシーケンシャル信号ＦＳＳが可視光映像用映像信号ＶＩＳに切り替わってもすぐにはオンにならず、所定時間後にオンになる。また、フレームシーケンシャル信号ＦＳＳが赤外光映像用映像信号ＩＲＳに切り換わると同時にオフになる。
Ｓ５に示すように、赤外光光源用制御信号は、フレームシーケンシャル信号ＦＳＳが赤外光映像用映像信号ＩＲＳに切り替わると同時にオンになり、可視光映像用映像信号ＶＩＳに切り替わると同時にオフになる。
Ｓ６は投射レンズ７から照射される可視光映像の光強度の変化を、Ｓ７は投射レンズ７から照射される赤外光映像の光強度の変化をそれぞれ示す。Ｓ６とＳ７の縦軸は光強度を示している。Ｓ６に示すように、可視光光源１は、フレームシーケンシャル信号ＦＳＳが可視光映像用映像信号に切り換わった直後はオフのままで、所定の時間後にオンになるので、赤外光映像用映像信号ＩＲＳが可視光映像の光強度に与える影響を抑制することができる。一方、赤外光光源２は、フレームシーケンシャル信号ＦＳＳが赤外光映像用映像信号に切り換わった直後にオンとなるが、Ｓ７に示すように赤外光映像用映像信号ＩＲＳによる光強度は、可視光映像用映像信号ＶＩＳによる光強度と比較して十分に大きいので、可視光映像用映像信号の影響は無視できる程度に小さい。
可視光映像は赤外光映像と比較して階調が低いため、可視光映像用映像信号が赤外光映像に与えるクロストークの影響度合いは小さい、このため、赤外光映像用映像信号のフレームの全期間で赤外光光源２をオンにしてもクロストークの影響度合いは小さい。更に赤外光光源２は常時オンのままとしても良い。赤外光光源２を常時オンにした時の赤外光映像の光強度をＳ８に示す。赤外光映像用映像信号と比較して可視光映像用映像信号が十分に小さく、可視光用映像信号の影響度合いが小さいことがわかる。
赤外光用光源２を常時オンとすることで、オンオフを繰り返す場合と比較して光源制御を簡素化することができる。
本実施形態によれば、可視光映像用映像信号のフレームに切り替わった直後に可視光光源１をオンにせず、所定の時間経過後にオンするため、赤外光映像用映像信号ＩＲＳの可視光映像への影響を抑制することができ、クロストークを改善することができる。
駆動階調テーブルの他の例と可視光光源１のオンオフ制御のタイミングについて、以下に説明する。
上記では、図４に示すように、階調が高くなるにつれて、オンになるサブフレームが時間的に後のサブフレームから時間的に前のサブフレームに順番に伸びる駆動階調テーブルを例として説明したが、駆動階調テーブルはこれに限定されるものではない。駆動階調テーブルは、低階調の時に時間的に前のサブフレームがオフとなるものであれば良い。
駆動階調テーブルの他の例を図６に示す。図６の駆動階調テーブルによれば、階調１の時にＳＦ４がオンとなり、階調が上がるにつれてオンとなるサブフレームが時間的に後方に伸び、階調１０でＳＦ１がオンになる。つまり、階調９まではＳＦ１からＳＦ３まではオンにならない。このとき光源制御部１４は、ＳＦ１からＳＦ３に相当する期間程度まで可視光光源１がオンにならないように制御すればよい。
従って、映像信号の階調が所定の階調以下の場合、フレーム期間における時間的に前から第１の所定の時間までオフである駆動階調テーブルに基づいてサブフレームデータを生成し、光源制御部１４は可視光光源１を可視光映像用映像信号のフレーム期間に切り換わってから第２の所定の時間経過後にオンにする構成とすれば良い。
上記で説明した所定の階調とは、全階調をＡＰＬ１００とした時、例えばＡＰＬ７５であり、第１の所定の時間は、フレーム期間全体を１００％とした時に例えばフレーム開始から２５％の期間であり、第２の所定の時間は例えばフレーム開始から２０％の期間である。第２の所定の時間は第１の所定の時間以下とすることが望ましい。所定の階調、第１の所定の時間、および第２の所定の時間については適宜設定可能である。
なお。本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。
１ 可視光光源、２ 赤外光光源、３ ダイクロイックミラー、
６ 液晶表示素子、１０ 信号合成部、１１ 信号処理部、
１２ サブフレームデータ生成部、 １３ 画素回路、１４ 光源制御部、
１００ 映像表示装置

Claims (2)

  1. 表示素子と、
    可視光照明光を照射する可視光光源と、
    赤外光照明光を照射する赤外光光源と、
    可視光映像用映像信号のフレームと赤外光映像用映像信号のフレームとが交互に繰り返される混合映像信号を生成する信号合成部と、
    前記混合映像信号に基づき、Ｎ階調（Ｎは自然数）の映像データを生成する信号処理部と、
    Ｎ階調と前記映像データの１フレームがＮ個に分割されたサブフレームとの対応関係が設定されている駆動階調テーブルに基づいて、Ｎ階調の前記映像データからフレーム内での前記表示素子の印加電圧のオンオフを示すサブフレームデータを生成するサブフレームデータ生成部と、
    前記サブフレームデータ生成部で生成したサブフレームデータに基づき前記表示素子を駆動する画素回路と、
    前記赤外光光源のオンオフと前記可視光光源のオンオフとを制御する光源制御部と、
    を備え、
    前記駆動階調テーブルにおいて、前記混合映像信号の階調が所定の階調以下の場合、前記可視光映像用映像信号又は、前記赤外光映像用映像信号のフレームの開始から第１の所定の時間までの期間、前記表示素子の印加電圧がオフとなるように設定され、
    前記光源制御部は、前記赤外光映像用映像信号のフレームの開始直後から前記赤外光光源をオンとし、前記赤外光映像用映像信号のフレームが終了するタイミングで前記赤外光光源をオフとし、前記駆動階調テーブルに基づいて前記赤外光映像用映像信号のフレームが終了した直後のタイミングである前記可視光映像用映像信号のフレームの開始から第２の所定の時間経過後に前記可視光光源をオンとし、前記可視光映像用映像信号のフレームが終了するタイミングで前記可視光光源をオフとする
    ことを特徴とする映像表示装置。
  2. 前記第２の所定の時間は前記第１の所定の時間以下とする
    ことを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。

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