JPWO2017013706A1 - 画像表示装置及び画像表示方法 - Google Patents
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Abstract
Description
カラーホイールは、赤色フィルタ領域、緑色フィルタ領域及び青色フィルタ領域を備えたホイール部を有し、このホイール部が回転することで、光源からの白色光が各色フィルタ領域に順に入射し、赤色(R)光、緑色(G)光及び青色(B)光を順に出射するように構成されている。カラーホイールより出射した光(RGB)は、DMDに照射される。
カラーホイールの回転動作に同期してDMDの画像形成動作が行われる。DMDは、赤、緑及び青色それぞれの色に対応する画像フレームに基づいて赤色画像、緑色画像及び青色画像を順に形成する。投射光学系は、DMDにより形成された赤色画像、緑色画像及び青色画像をスクリーン上に拡大投影する。
上記のような色順次表示方式の画像表示装置において、カラーブレーキング(色割れ)と呼ばれる現象が生じることが知られている。このカラーブレーキング現象は、例えば、動いている物体の映像を表示した場合に、赤、緑及び青の各色の残像がうまく重ならずに、物体の尾引きが赤や緑に色づいて見える現象である。
特許文献2には、サブフィールド周波数を高くしてカラーブレーキングを抑制した単板型のDLP(Digital Light Processing)プロジェクタが記載されている。「DLP」は登録商標である。
DLPプロジェクタは、半導体レーザーと、蛍光体領域を備える蛍光体ホイールと、半導体レーザーからのレーザー光で蛍光体領域を走査する走査体と、蛍光体領域から放出された蛍光を変調して画像を形成するDMD等のマイクロミラー素子と、その画像を投射する投射レンズとを有する。
蛍光体領域は、周方向に72分割され、赤色蛍光体領域、緑色蛍光体領域及び青色蛍光体領域が分割領域に順に配置されている。赤色蛍光体領域は、レーザー光により励起されて赤色の蛍光を発する蛍光体を含む。緑色蛍光体領域は、レーザー光により励起されて緑色の蛍光を発する蛍光体を含む。青色蛍光体領域は、レーザー光により励起されて青色の蛍光を発する蛍光体を含む。
7200回転/分で蛍光体ホイールを回転させ、レーザー光で蛍光体領域を走査すると、蛍光体ホイールから赤色蛍光、緑色蛍光及び青色蛍光が順に放出される。この場合の赤、緑及び青の各色の蛍光の繰り返し周波数(サブフィールド周波数)は2880Hzであり、1倍速での色の繰り返し周波数を60Hzとした場合の48倍速に相当する。この倍速数であれば、カラーブレーキングを抑制することが可能である。
特許文献2に記載のプロジェクタにおいては、RGBフィールドのサブフィールド周波数を高くしたことにより、カラーブレーキングを抑制することができるものの、以下のような問題がある。
PWM方式でDMDを駆動する場合、例えば、1フィールドに少なくともRGBの3色を表示し、8ビットの階調表示を行うためには、ミラーの応答速度が21.7μs(=16.7ms/3/256)より速くなければ最小ビット(LSB)を表現できない。例えば、非特許文献1のP32に記載されているように、DMDの応答速度は15μsであり、この応答速度であれば、最小ビット(LSB)を表現できる。
しかし、特許文献2に記載のプロジェクタにおいては、カラーブレーキングを抑制するために、RGBフィールドのサブフィールド周波数を高くており、それに伴って、要求されるDMDの応答速度も15μsより速くなっている。このため、最小ビット(LSB)を表現できない場合があり、階調数が減少する、あるいは、階調を表示できないといった問題を生じる。
上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、
複数の色の光を順次出力する光源部と、
複数の画素からなる画素領域を備え、前記光源部より出力した前記複数の色の光が順に前記画素領域に入射し、各画素が入射光を変調することにより複数の色の画像が順に形成される画像形成手段と、
前記画像形成手段の画像形成動作を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、複数の画素により形成された組み合せ画素を画素単位として、前記複数の色の画像のうちの少なくとも1つの色の画像を形成させ、前記組み合せ画素の各画素のオン状態とオフ状態を個別に制御する、画像表示装置が提供される。
本発明の別の態様によれば、
複数の画素からなる画素領域を備え、複数の色の光が順に前記画素領域に入射し、各画素が入射光を変調することにより複数の色の画像が順に形成される画像表示装置において行われる画像表示方法であって、
複数の画素により形成された組み合せ画素を画素単位として、前記複数の色の画像のうちの少なくとも1つの色の画像を前記画素領域に形成し、前記組み合せ画素の各画素のオン状態とオフ状態を個別に制御する、画像表示方法が提供される。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態による画像表示装置の光学系の概略構成を示す模式図である。
図1を参照すると、画像表示装置は、単板型のDLPプロジェクタであって、光源部11、集光レンズ102、ライトトンネル103、レンズ系104〜106、反射ミラー107、TIR(Total Internal Reflection)プリズム108、DMDパネル109及び投射レンズ110を有する。
光源部11は、ダイクロイックミラー11a、11b及び光源11R、11G、11Bを有する。光源11R、11G、11Bはそれぞれ、レーザーダイオード(LD)や発光ダイオード(LED)などの固体光源と、その固体光源の出力光を平行光束にするためのコリメートレンズを有する。光源11Rは、赤色光を出力し、光源11Gは緑色光を出力し、光源11Bは青色光を出力する。光源11Rは、光源11Bと対向するように配置されている。光源11R、11G、11Bは連続的に点灯させてもよく、個別に点灯させてもよい。
光源11Rより出力した赤色光は、ダイクロイックミラー11aの一方の面に略45°の入射角で入射し、光源11Gより出力した緑色光及び光源11Bより出力した青色光はそれぞれ、ダイクロイックミラー11aの他方の面に略45°の入射角で入射する。また、光源11Bより出力した青色光は、ダイクロイックミラー11bの一方の面に略45°の入射角で入射し、光源11Rより出力した赤色光及び光源11Gより出力した緑色光はそれぞれ、ダイクロイックミラー11bの他方の面に略45°の入射角で入射する。ここで、入射角は、入射光線と入射点に立てた法線とのなす角度である。
ライトトンネル103は、光均一化素子であって、一方の端面が入射面であり、他方の端面が出射面である。光源11Rより出力した赤色光は、ダイクロイックミラー11aにより反射され、その反射光が、集光レンズ102を介してライトトンネル103の入射面に入射する。光源11Bより出力した青色光は、ダイクロイックミラー11bにより反射され、その反射光が、集光レンズ102を介してライトトンネル103の入射面に入射する。光源11Gより出力した緑色光は、ダイクロイックミラー11a、11bを透過し、集光レンズ102を介してライトトンネル103の入射面に入射する。ライトトンネル103は、中空のミラーや中実のガラスロッドにより構成されてもよい。ライトトンネル103の代わりに、フライアイレンズを用いたインテグレータ光学系を用いてもよい。
ライトトンネル103の出射面より出射した光は、レンズ系104〜106及び反射ミラー107を介してTIRプリズム108の入射面に入射する。TIRプリズム108に入射した光は、内部の全反射面で全反射されて直角プリズムの第2の面より出射する。この第2の面より出射した光は、DMDパネル109に照射される。
DMDパネル109は、それぞれが画素を形成するマトリクス状に配置された複数の微小ミラーからなる画素領域を有する。微小ミラーは、駆動電圧に応じて角度が変化するように構成されており、オン状態を示す駆動電圧が供給された場合とオフ状態を示す駆動電圧が供給された場合とで反射角度が異なる。映像信号に応じて各微小ミラーをオンオフ制御することで、入射光束を空間的に変調して画像を形成する。
DMDパネル109で形成された画像は、TIRプリズム108を介して投射レンズ110により不図示のスクリーン上に拡大投射される。
図2は、本実施形態の画像表示装置の処理/制御部分の構成を示すブロック図である。
図2を参照すると、画像表示装置は、映像入力部1と、光源11R、11G、11Bをそれぞれ駆動する光源駆動部5と、DMDパネル109を駆動するDMD駆動部6と、光源の光出力動作及びDMDパネル109の画像形成動作を制御する制御部10とを有する。制御部10は、スケーラー2、3及び信号フォーマット変換回路4を有する。
スケーラー2、3は、映像信号S1の解像度をDMDパネル109での表示に最適な解像度に変換する解像度変換回路である。ここでは、便宜上、DMDパネル109は、[1920(水平)×1080(垂直)]個の微小ミラーを有しており、最大で、フルHD(High Definition)と呼ばれる解像度を提供できるように構成されている。ただし、DMDパネル109の解像度は、フルHDに限定されない。
スケーラー2は、映像信号S1の解像度をDMDパネル109の画素数(1920×1080)で決まる解像度(フルHD)の1/4であるQHD(Quarter High Definition)の解像度に変換する。スケーラー2は、解像度(960×540)のRGB信号をスケーラー3に供給する。
スケーラー3は、スケーラー2から供給されたRGB信号それぞれの解像度を、DMDパネル109の最大解像度であるフルHDと同じ解像度に変換する。スケーラー3は、解像度(1920×1080)のRGB信号を信号フォーマット変換回路4に供給する。
画像形成動作の制御において、信号フォーマット変換回路4は、RGB信号に基づき、複数の画素により形成された組み合せ画素、例えば、2行2列の4個の隣接画素により形成された組み合せ画素を画素単位として画像を形成させる。そして、信号フォーマット変換回路4は、組み合せ画素を構成する各微小ミラーに対して、階調表示に必要なオンオフ制御を行う。
さらに、光源駆動動作の制御において、信号フォーマット変換回路4は、画像形成動作と同期して、光源11R、11G、11Bを時分割で点灯させる。その結果、DMDパネル109において、(1920×1080)個の微小ミラーよりなる画素領域上に、QHDの解像度(960×540)を有する赤、緑及び青の各色の画像が順に形成される。
図3Aに示すように、DMDパネル109は、最大で、1920(水平)×1080(垂直)の解像度の画像を形成することができる。図3Bに示すように、信号フォーマット変換回路4は、2行2列の4つの画素A、B、C、Dにより形成された組み合せ画素を画素単位としてDMDパネル109に画像を形成させる。この場合の画像の解像度は960(水平)×540(垂直)であり、図3Aに示した画像よりも低い。しかし、組み合せ画素を構成する画素A、B、C、Dを個別に制御できるため、画像の階調数は図3Aに示した画像よりも増大する。
図4中、0%、25%、50%、75%、100%のそれぞれの輝度の段には、4つの微小ミラーのオンオフの状態を示すパターンが模式的に示されている。このパターンにおいて、破線で示した4つの枠はそれぞれ微小ミラーに対応し、「0」はオフを示し、「1」はオンを示す。
輝度25%の状態には、4つのパターンがある。第1のパターンは、左上ミラー、左下ミラー、右上ミラー、右下ミラーがそれぞれ1、0、0、0とされた状態を示す。第2のパターンは、左上ミラー、左下ミラー、右上ミラー、右下ミラーがそれぞれ0、1、0、0とされた状態を示す。第3のパターンは、左上ミラー、左下ミラー、右上ミラー、右下ミラーがそれぞれ0、0、0、1とされた状態を示す。第4のパターンは、左上ミラー、左下ミラー、右上ミラー、右下ミラーがそれぞれ0、0、1、0とされた状態を示す。これら第1乃至第4のパターンのいずれかを用いることで、輝度25%の組み合せ画素を提供することができる。
輝度75%の状態には、4つのパターンがある。第1のパターンは、左上ミラー、左下ミラー、右上ミラー、右下ミラーがそれぞれ0、1、1、1とされた状態を示す。第2のパターンは、左上ミラー、左下ミラー、右上ミラー、右下ミラーがそれぞれ1、0、1、1とされた状態を示す。第3のパターンは、左上ミラー、左下ミラー、右上ミラー、右下ミラーがそれぞれ1、1、1、0とされた状態を示す。第4のパターンは、左上ミラー、左下ミラー、右上ミラー、右下ミラーがそれぞれ1、1、0、1とされた状態を示す。これら第1乃至第4のパターンのいずれかを用いることで、輝度75%の組み合せ画素を提供することができる。
本実施形態の画像表示装置では、信号フォーマット変換回路4は、組み合せ画素の各画素を個別に制御して組み合せ画素の輝度を変化させる処理(組み合せ画素の輝度制御)と、組み合せ画素の各画素をPWM方式で駆動して階調表示を行わせる処理(PWM方式の変調制御)とを実行する。
PWM方式の変調制御において、信号フォーマット変換回路4は、1フレームの画像を表示する時間単位となるフィールドが複数のビットそれぞれに対応する時間幅を備えた複数のサブフィールドからなり、該サブフィールドの組み合せにより複数の階調を規定した変調信号を生成する。変調信号は、スケーラー3からのRGB信号(ビット信号)に基づいて生成される。例えば、信号フォーマット変換回路4は、B信号(ビット信号)に基づき図3Bに示した画像(青色画像)を形成させる場合に、組み合せ画素の輝度値を、該輝度値に対応する時間幅を備えたサブフィールドにより規定した変調信号を生成する。そして、信号フォーマット変換回路4は、変調信号に基づいて組み合せ画素の各画素のオンオフ制御を行う。このように、パルスの時間幅の長さにより階調を規定し、2進数に基づいたサブフィールドでの重みづけを行うことで、例えば、8ビットの階調表示(256階調)を行うことができる。
図6に、8ビットの階調表示を行うPWM方式の変調制御に、2行2列の4つの画素からなる組み合せ画素の輝度制御を組み合わせた場合の変調動作の一例を示す。フレーム周波数は60Hzであり、1フレーム期間は16.67msである。赤、緑及び青の各色の画像を順に表示してカラー画像を得る場合の各色の画像の割り当て期間(サブフィールド)は、それぞれ5.56msである。図6において、上段の分図(a)は組み合せ画素の駆動タイミングを示す変調信号(変調パターン)を示し、下段の分図(b)は組み合せ画素の輝度を示す。図6の分図(a)及び分図(b)において、横軸は時間を示す。図6の分図(b)において、縦軸は組み合せ画素の輝度(%)を示す。
DMDパネル109の各組み合せ画素は、変調信号に基づくサブフィールドの組み合わせにより中間調を表示する。例えば、「173」に相当する輝度は、重み付けが「128」のサブフィールド、重み付けが「32」のサブフィールド、重み付けが「8」のサブフィールド、重み付けが「4」のサブフィールド、及び重み付けが「1」のサブフィールドで微小ミラーをオン状態にすることによって得られる。
信号フォーマット変換回路4は、図6の分図(a)に示したパルス幅を規定した変調信号に基づいてDMDパネル109の各組み合せ画素の各微小ミラーを駆動する。同時に、信号フォーマット変換回路4は、変調信号の最小ビットについては、図6の分図(b)に示した組み合せ画素の輝度に応じて、駆動させる微小ミラーを決定する。例えば、輝度50%の場合は、信号フォーマット変換回路4は、変調信号の最小ビットについて、図5に示したように、画素A、Bに対応する微小ミラーをオン状態とし、画素C、Dに対応する微小ミラーをオフ状態とする。これにより、全体で11ビットの階調表現、すなわち2048階調を実現できる。
図6に示した変調動作によれば、4つの最小ビットについて組み合せ画素の輝度を変化させることで、3ビットの階調増加の効果がある。この場合、図7に示すように、8ビットの階調表示(256階調)の中間調表現に必要なサブフィールド期間は、0.74msである。したがって、元のサブフィールド周波数180Hz(5.56ms(=16.67ms÷3))に対して、サブフィールド周波数を1350Hzに上げることができ、良好な階調表現で、カラーブレーキングを抑制できる。
なお、本実施形態では、赤、緑及び青それぞれの色の画像について、組み合せ画素を単位画素としてDMDパネル109の駆動制御を行っているが、これに限定されない。例えば、赤、緑及び青の各色の画像のうちの少なくとも1つの色の画像について、組み合せ画素を用いた駆動制御を行うことができればよい。
加えて、組み合せ画素を用いた駆動制御を行うと、階調表示を向上できるが、反対に、解像度は低下する。人間の目の視感度特性によれば、人間の目は、青色に対して鈍感であり、解像度の低下も認識し難い。
また、本実施形態では、スケーラー2、3により解像度変換を行っているが、信号フォーマット変換回路4が、スケーラー2、3と同様の解像度変換の機能を備えていてもよい。この場合、DMDパネル109の最大解像度と同じ解像度の映像信号が外部装置から信号フォーマット変換回路4に供給された場合に、信号フォーマット変換回路4は、解像度変換になしに、複数の画素により形成された組み合せ画素を画素単位として画像をDMDパネル109に形成させてもよい。
図9は、本発明の第2の実施形態による画像表示装置の光学系の概略構成を示す模式図である。
図9を参照すると、画像表示装置は、2板型のプロジェクタであって、光源部200、ライトトンネル209、レンズ系210、211、213、反射ミラー212、TIRプリズム214、ダイクロイックプリズム215、DMDパネル217、218、及び投射レンズ219を有する。
光源部200は、レーザー光源21、22、レンズ系201a、201b、202a、202b、ダイクロイックミラー203、206、集光レンズ204、207、蛍光ホイール205、及びカラーホイール208を有する。
レーザー光源21、22はそれぞれ、複数の青色半導体レーザーよりなる。青色半導体レーザーの数が増加すると、光源21、22の光出力強度が増加する。
ダイクロイックミラー203は、光源21からレンズ系201a、202aを介して入射した青色光を反射する。ダイクロイックミラー203からの青色反射光は、集光レンズ204によって蛍光体ホイール205上に集光される。
図10Aに、蛍光ホイール205を模式的に示す。図10Aに示すように、蛍光ホイール205は、励起光(例えば青色光)で励起されて黄色の蛍光を放出する蛍光体を含む黄色蛍光体領域803を有する。黄色蛍光体領域803は、周方向に形成されており、全体として環状の形状である。
光源22より出力した青色光は、レンズ系201b、202bによって光束径が変換され、平行光束となる。レンズ系201b、202bを通過した青色光の光束は、ダイクロイックミラー203を透過した黄色蛍光の光束と交差し、この交差位置に、ダイクロイックミラー206が配置されている。
ダイクロイックミラー203を透過した黄色蛍光は、略45°の入射角でダイクロイックミラー206の一方の面に入射する。レンズ系201b、202bを通過した青色光は、略45°の入射角でダイクロイックミラー206の他方の面に入射する。ダイクロイックミラー206は、ダイクロイックミラー202と同様、可視光波長域のうち、青色波長域の光を反射し、それ以外の波長域の光を透過するような分光反射率特性を有する。
ライトトンネル209は、図1に示したライトトンネル103と同様のものであって、一方の端面が入射面であり、他方の端面が出射面である。集光レンズ207は、黄色蛍光及び青色光をライトトンネル209の入射面上に集光する。
カラーホイール208を所定の速度で回転させながら、集光レンズ204からの光束(青色光及び黄色蛍光)がカラーホイール208の分割領域801、802に順に照射される。波長選択膜Yを透過した赤色及び緑色の光(RG光)と、波長選択膜Mを透過した赤色及び青色の光(RB光)とが時分割でカラーホイール208から出射される。なお、分割領域801、802及び波長選択膜Y、Mの数や周方向における各波長選択膜の幅は適宜に設定することができる。
ダイクロイックプリズム215は、第1及び第2のプリズムからなり、これらプリズムの接合界面に、赤色の波長域の光を反射し、緑色の波長域の光及び青色の波長域の光を透過する特性を備えたダイクロイック膜216が形成されている。第1のプリズムは、三角プリズムであって、三角形の各線分を構成する第1乃至第3の面を有する。第2のプリズムは、多角プリズムであって、第1乃至第4の面を有し、第1の面は第2の面と対向し、第3の面は第4の面と対向するように配置されている。
第1のプリズムの第1の面より入射した光(赤色光、緑色光及び青色光)がダイクロイック膜216に入射する。ダイクロイック膜216で反射した赤色光は、第1のプリズムの第1の面で全反射し、その後、第1のプリズムの第3の面より出射する。この第3の面より出射した赤色光は、DMDパネル218に照射される。
DMDパネル218は、赤色の画像を形成する。DMDパネル218からの赤色の画像光は、第1のプリズムの第3の面より入射し、ダイクロイック膜216で反射され、第1のプリズムの第1の面より出射される。この第1の面より出射した赤色の画像光は、TIRプリズム214を透過して投射レンズ219に入射する。
ダイクロイック膜216を透過した光(緑色光及び青色光)は、第2のプリズムの第2の面より出射する。この第2の面より出射した光(緑色光及び青色光)は、DMDパネル217に照射される。
投射レンズ219は、DMDパネル217にて時分割で形成された緑色及び青色の画像とDMDパネル218にて形成された赤色の画像とを拡大投射する。
本実施形態では、第1の実施形態と比較して、単位時間当たりの赤、緑及び青の各色の光量を増大することができるので、高輝度のカラー画像を提供することができる。
なお、レンズ202bとダイクロイックミラー206との間に拡散板を配置してもよい。これにより、レーザー光のスペックルを軽減することができ、その結果、投射画像の画質を向上することができる。
図11は、本実施形態の画像表示装置の処理/制御部分の構成を示すブロック図である。
図11を参照すると、画像表示装置は、制御部30、映像入力部31、カラーホイール駆動部36及びDMD駆動部37、38を有する。制御部30は、スケーラー32、33、34及び信号フォーマット変換回路35を有する。
映像入力部31は、図1に示した映像入力部1と同じものであって、外部装置から映像信号を受信し、映像信号S1をスケーラー32、34にそれぞれ供給する。外部装置は、例えば、パーソナルコンピュータやレコーダ等の映像機器である。
スケーラー32は、映像信号S1の解像度をDMDパネル217の画素数(1920×1080)で決まる解像度(フルHD)の1/4であるQHD(Quarter High Definition)の解像度に変換する。スケーラー32は、解像度(960×540)のB信号をスケーラー33に供給する。
スケーラー33は、スケーラー32から供給されたB信号の解像度を、DMDパネル217の最大解像度であるフルHDと同じ解像度に変換する。スケーラー33は、解像度(1920×1080)のB信号を信号フォーマット変換回路35に供給する。
カラーホイール駆動部36は、信号フォーマット変換回路35からの回転制御信号S10に従ってカラーホイール208を回転させ、その回転数を示す回転数検出信号S11を信号フォーマット変換回路35に供給する。DMD駆動部37は、信号フォーマット変換回路35からのDMD制御信号S13に従ってDMDパネル217を駆動する。DMD駆動部38は、信号フォーマット変換回路35からのDMD制御信号S14に従ってDMDパネル218を駆動する。
信号フォーマット変換回路35は、スケーラー33から供給されたB信号及びスケーラー34から供給されたRG信号に基づいて、DMD駆動部37、38による画像形成動作を制御するとともに、この画像形成動作に同期してカラーホイール駆動部36によるカラーホイール回転動作を制御する。
図12に、DMDパネル217、218に照射される色光の時間変化を示す。DMDパネル218には、常時、赤色光が照射される。一方、DMDパネル217には、緑色光と青色光が交互に照射される。青色光の照射期間(サブフィールド期間)は、緑色光の照射期間(サブフィールド期間)よりも短い。
信号フォーマット変換回路35は、常時、R信号に基づく赤色画像をDMDパネル218に形成させる。また、信号フォーマット変換回路35は、回転数検出信号S11に基づいて青色光の照射期間(サブフィールド期間)を検出する。そして、信号フォーマット変換回路35は、青色光の照射期間において、B信号に基づく青色画像をDMDパネル217に形成させ、それ以外の期間(緑色光の照射期間)において、G信号に基づく緑色画像をDMDパネル217に形成させる。
一方、緑色画像に関しては、信号フォーマット変換回路35は、図3Aに示したように、1920(水平)×1080(垂直)の解像度の画像をDMDパネル217に形成させる。これと同様に、赤色画像に関しても、信号フォーマット変換回路35は、1920(水平)×1080(垂直)の解像度の画像をDMDパネル218に形成させる。
本実施形態の画像表示装置によれば、青色画像に関して、組み合せ画素を画素単位として画像を形成し、かつ、組み合せ画素の各画素を個別に制御することで、緑及び青のサブフィールド周波数を増大する場合の微小ミラーの応答速度に基づく制約を緩和することができる。その結果、サブフィールド周波数を高くして、カラーブレーキングを大幅に低減でき、かつ、階調表示の品質も維持又は向上することができる。
本実施形態においても、第1の実施形態で説明した変形を適用することができる。
(第3の実施形態)
第3の実施形態の画像表示装置は、第1の実施形態の画像表示装置と同じ構成であるが、信号フォーマット変換回路4による画像形成制御の一部が第1の実施形態と異なる。
本実施形態では、信号フォーマット変換回路4は、複数の画素からなる組み合せ画素を画素単位として画像をDMDパネル109に形成させる場合に、1フィールド期間内で、組み合せ画素のオン状態の画素とオフ状態の画素の組み合せパターンを切り替える。具体的には、信号フォーマット変換回路4は、1フィールド期間内で、組み合せ画素のオン状態の画素とオフ状態の画素の組み合せを、オン状態の画素とオフ状態の画素の割合が変化しないように切り替える。
サブフィールドSF1の期間において、信号フォーマット変換回路4は、画素Aをオン状態、画素B、C、Dをそれぞれオフ状態とする(図4に示した輝度20%の第1のパターン)。サブフィールドSF2の期間において、信号フォーマット変換回路4は、画素Bをオン状態、画素A、C、Dをそれぞれオフ状態とする(図4に示した輝度20%の第2のパターン)。サブフィールドSF3の期間において、信号フォーマット変換回路4は、画素Cをオン状態、画素A、B、Dをそれぞれオフ状態とする(図4に示した輝度20%の第3のパターン)。サブフィールドSF4の期間において、信号フォーマット変換回路4は、画素Dをオン状態、画素A、B、Cをそれぞれオフ状態とする(図4に示した輝度20%の第4のパターン)。
赤色画像及び緑色画像も、青色画像と同様の組み合せパターンの切り替え動作を行うことができる。
本実施形態で説明した組み合せ画素のオン状態の画素とオフ状態の画素の組み合せの切り替えは、第2の実施形態の画像表示装置にも適用可能である。
以上説明した各実施形態の画像表示装置は、本発明の一例であり、その構成及び動作は適宜に変更可能である。
信号フォーマット変換回路4は、RGB信号に基づき、赤、緑及び青の各色の画像それぞれについて、1フレームの画像を表示する時間単位となる画像フィールドを第1及び第2のサブフィールドに分割し、それぞれのサブフィールドに対応して画像信号G1、G2を生成する。
第1のサブフィールド期間において、DMD駆動部6は、画像信号G1に基づく画像をDMDパネル109に形成させる。第2のサブフィールド期間において、DMD駆動部6は、画像信号G2に基づく画像をDMDパネル109に形成させる。
図13A及び図13Bに示すように、画像形成領域702は、画像形成領域701に対して、縦方向(列方向)及び横方向(行方向)のそれぞれの方向に1画素分だけシフトしている。すなわち、画像形成領域702は、画像形成領域701に対して、右斜め下方向にシフトしている。ここで、右斜め下方向は、組み合せ画素の対角線の方向に等しい。
図13A及び図13Bに示したように、画像A、B間で互いの画像形成領域を縦方向及び横方向にそれぞれ1画素分だけシフトさせることにより、投射面上では、画像A、Bは、互いの対応する画素(すなわち、組み合せ画素)が0.5画素だけ縦方向及び横方向にそれぞれずれたものとなる。この場合、画像Aと画像Bの重畳画像は、DMDパネル109の画素数に相当する画素数を有する画像として観察される。これにより、組み合せ画素を単位画素として画像を表示した場合に生じる画像の解像度の低下を抑制することができる。
例えば、1行2列の2つの画素からなる組み合せ画素を単位画素として第1及び第2の画像を時分割で形成する場合は、第1及び第2の画像の間で互いの画像形成領域を1画素だけ列方向にずらす。この場合、観察画像は、列方向に画素数が倍増した画像となる。
また、2行1列の2つの画素からなる組み合せ画素を単位画素として第1及び第2の画像を時分割で形成する場合は、第1及び第2の画像の間で互いの画像形成領域を1画素だけ行方向にずらす。この場合、観察画像は、行方向に画素数が倍増した画像となる。
以上説明した実施形態及び変形例において、画像形成手段としてDMDパネルを用いているが、本発明はこれに限定されない。画像形成手段として、液晶パネルなどを用いることができる。
また、本発明は、プロジェクタに限定されない。本発明は、直視型のモニタ、例えば、MEMS(Micro Electro Mechanical System)ディスプレイ)にも適用できる。
2014年2月7日に国際出願された国際出願番号PCT/JP2014/052863により開示された内容の全てをここに取り込む。
[付記1]
複数の色の光を順次出力する光源部と、
複数の画素からなる画素領域を備え、前記光源部より出力した前記複数の色の光が順に前記画素領域に入射し、各画素が入射光を変調することにより複数の色の画像が順に形成される画像形成手段と、
前記画像形成手段の画像形成動作を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、複数の画素により形成された組み合せ画素を画素単位として、前記複数の色の画像のうちの少なくとも1つの色の画像を形成させ、前記組み合せ画素の各画素のオン状態とオフ状態を個別に制御する、画像表示装置。
[付記2]
付記1に記載の画像表示装置において、
前記制御手段は、入力された映像信号に基づき、前記組み合せ画素を構成する各画素のオン状態とオフ状態を切り替え、オン状態の画素をパルス幅変調により制御する、画像表示装置。
[付記3]
付記2に記載の画像表示装置において、
1フレームの画像を表示する時間単位となるフィールドが複数のビットそれぞれに対応する時間幅を備えた複数のサブフィールドからなり、前記制御手段は、前記複数のビットに基づく変調信号に応じて前記パルス幅変調を行うとともに、前記変調信号の少なくとも最小ビットの期間は、前記組み合せ画素の各画素のオン状態とオフ状態を切り替えて前記組み合せ画素の輝度を制御する、画像表示装置。
[付記4]
付記1から3のいずれか1つに記載の画像表示装置において、
前記制御手段は、1フレームの画像を表示する時間単位となるフィールド期間内で、前記組み合せ画素のオン状態の画素とオフ状態の画素の組み合せを、オン状態の画素とオフ状態の画素の割合が変化しないように切り替える、画像表示装置。
[付記5]
付記1から4のいずれか1つに記載の画像表示装置において、
前記制御手段は、前記少なくとも1つの色の画像について、前記組み合せ画素を画素単位として複数の画像を順次形成させることによりフレーム画像を形成させ、前記複数の画像のうち、時間的に連続して形成される2つの画像について、一方の画像を他方の画像に対して前記画素領域の画素ピッチに相当する距離だけ所定の方向にシフトした位置に形成させる、画像表示装置。
[付記6]
付記5に記載の画像表示装置において、
前記組み合せ画素は、2行2列の4つの画素よりなり、前記所定の方向が行方向及び列方向である、画像表示装置。
[付記7]
付記11から5のいずれか1つに記載の画像表示装置において、
前記複数の色の画像は、赤色画像、緑色画像及び青色画像を含み、
前記制御手段は、前記組み合せ画素を画素単位として少なくとも前記青色画像を形成させる、画像表示装置。
[付記8]
付記7に記載の画像表示装置において、
投射レンズを、さらに有し、
前記光源部は、赤色光を出力する赤色固体光源と、緑色光を出力する緑色固体光源と、青色光を出力する青色固体光源と、を有し、
前記画像形成手段は、前記赤色固体光源より出力された前記赤色光と前記緑色固体光源より出力された前記緑色光と前記青色固体光源より出力された前記青色光とが順次照射され、前記赤色画像、緑色画像及び青色画像を順次形成するDMDパネルを有し、
前記投射レンズは、前記DMDパネルにより順次形成された前記赤色画像、緑色画像及び青色画像を投射する、画像表示装置。
[付記9]
付記7に記載の画像表示装置において、
投射レンズ及び照明光学系をさらに有し、
前記画像形成手段は、第1及び第2のDMDパネルを有し、
前記光源部は、緑色波長域の光と赤色波長域の光とを含む黄色の蛍光と青色光とを合成した光を、前記赤色波長域の光と前記緑色波長域の光を含む第1の色光と、前記赤色波長域の光と青色波長域の光を含む第2の色光とに分離し、該第1及び第2の色光を交互に出力し、
前記照明光学系は、前記第1及び第2の色光が入射し、該入射光に含まれる前記赤色波長域の光を前記第1のDMDパネルに照射し、該入射光に含まれる前記緑色波長域の光と前記青色波長域の光とを交互に前記第2のDMDパネルに照射し、
前記第1のDMDパネルは、前記赤色波長域の光を変調して前記赤色画像を形成し、
前記第2のDMDパネルは、前記緑色波長域の光を変調して前記緑色画像を形成し、前記青色波長域の光を変調して前記青色画像を形成し、
前記投射レンズは、前記第1のDMDパネルにより形成された前記赤色画像を投射するとともに、前記第2のDMDパネルにより順次形成された前記緑色画像及び青色画像を投射する、画像表示装置。
[付記10]
複数の画素からなる画素領域を備え、複数の色の光が順に前記画素領域に入射し、各画素が入射光を変調することにより複数の色の画像が順に形成される画像表示装置において行われる画像表示方法であって、
複数の画素により形成された組み合せ画素を画素単位として、前記複数の色の画像のうちの少なくとも1つの色の画像を前記画素領域に形成し、前記組み合せ画素の各画素のオン状態とオフ状態を個別に制御する、画像表示方法。
[付記11]
付記10に記載の画像表示方法において、
入力された映像信号に基づき、前記組み合せ画素を構成する各画素のオン状態とオフ状態を切り替え、オン状態の画素をパルス幅変調により制御する、ことをさらに含む、画像表示方法。
[付記12]
付記11に記載の画像表示方法において、
1フレームの画像を表示する時間単位となるフィールドが複数のビットそれぞれに対応する時間幅を備えた複数のサブフィールドからなり、前記複数のビットに基づく変調信号に応じて前記パルス幅変調を行うとともに、前記変調信号の少なくとも最小ビットの期間は、前記組み合せ画素の各画素のオン状態とオフ状態を切り替えて前記組み合せ画素の輝度を制御することをさらに含む、画像表示方法。
[付記13]
付記10から12のいずれか1つに記載の画像表示方法において、
1フレームの画像を表示する時間単位となるフィールド期間内で、前記組み合せ画素のオン状態の画素とオフ状態の画素の組み合せを、オン状態の画素とオフ状態の画素の割合が変化しないように切り替えることをさらに含む、画像表示方法。
[付記14]
付記10から13のいずれか1つに記載の画像表示方法において、
前記少なくとも1つの色の画像について、前記組み合せ画素を画素単位として複数の画像を順次形成させることによりフレーム画像を形成させ、前記複数の画像のうち、時間的に連続して形成される2つの画像について、一方の画像を他方の画像に対して前記画素領域の画素ピッチに相当する距離だけ所定の方向にシフトした位置に形成させることをさらに含む、画像表示方法。
[付記15]
付記14に記載の画像表示方法において、
前記組み合せ画素は、2行2列の4つの画素よりなり、前記所定の方向が行方向及び列方向である、画像表示方法。
[付記16]
付記10から15のいずれか1つに記載の画像表示方法において、
前記複数の色の画像は、赤色画像、緑色画像及び青色画像を含み、前記少なくとも1つの色の画像は前記青色画像である、画像表示方法。
2、3 スケーラー
4 信号フォーマット変換回路
5 光源駆動部
6 DMD駆動部
10 制御部
11 光源部
11a、11b ダイクロイックミラー
11R、11G、11B 光源
102 集光レンズ
103 ライトトンネル
104〜106 レンズ系
107 反射ミラー
108 TIRプリズム
109 DMDパネ
110 投射レンズ
光源22より出力した青色光は、レンズ系201b、202bによって光束径が変換され、平行光束となる。レンズ系201b、202bを通過した青色光の光束は、ダイクロイックミラー203を透過した黄色蛍光の光束と交差し、この交差位置に、ダイクロイックミラー206が配置されている。
ダイクロイックミラー203を透過した黄色蛍光は、略45°の入射角でダイクロイックミラー206の一方の面に入射する。レンズ系201b、202bを通過した青色光は、略45°の入射角でダイクロイックミラー206の他方の面に入射する。ダイクロイックミラー206は、ダイクロイックミラー203と同様、可視光波長域のうち、青色波長域の光を反射し、それ以外の波長域の光を透過するような分光反射率特性を有する。
カラーホイール208を所定の速度で回転させながら、集光レンズ207からの光束(青色光及び黄色蛍光)がカラーホイール208の分割領域801、802に順に照射される。波長選択膜Yを透過した赤色及び緑色の光(RG光)と、波長選択膜Mを透過した赤色及び青色の光(RB光)とが時分割でカラーホイール208から出射される。なお、分割領域801、802及び波長選択膜Y、Mの数や周方向における各波長選択膜の幅は適宜に設定することができる。
第1のプリズムの第1の面より入射した光(赤色光、緑色光及び青色光)がダイクロイック膜216に入射する。ダイクロイック膜216で反射した赤色光は、第1のプリズムの第1の面で全反射し、その後、第1のプリズムの第3の面より出射する。この第3の面より出射した赤色光は、DMDパネル218に照射される。
DMDパネル218は、赤色の画像を形成する。DMDパネル218からの赤色の画像光は、第1のプリズムの第3の面より入射し、ダイクロイック膜216で反射され、第1のプリズムの第1の面より出射される。この第1の面より出射した赤色の画像光は、TIRプリズム214を透過して投射レンズ219に入射する。
ダイクロイック膜216を透過した光(緑色光及び青色光)は、第2のプリズムの第2の面より出射する。この第2の面より出射した光(緑色光及び青色光)は、DMDパネル217に照射される。
サブフィールドSF1の期間において、信号フォーマット変換回路4は、画素Aをオン状態、画素B、C、Dをそれぞれオフ状態とする(図4に示した輝度25%の第1のパターン)。サブフィールドSF2の期間において、信号フォーマット変換回路4は、画素Bをオン状態、画素A、C、Dをそれぞれオフ状態とする(図4に示した輝度25%の第2のパターン)。サブフィールドSF3の期間において、信号フォーマット変換回路4は、画素Cをオン状態、画素A、B、Dをそれぞれオフ状態とする(図4に示した輝度25%の第3のパターン)。サブフィールドSF4の期間において、信号フォーマット変換回路4は、画素Dをオン状態、画素A、B、Cをそれぞれオフ状態とする(図4に示した輝度25%の第4のパターン)。
図13A及び図13Bに示すように、画像形成領域702は、画像形成領域701に対して、縦方向(列方向)及び横方向(行方向)のそれぞれの方向に1画素分だけシフトしている。すなわち、画像形成領域702は、画像形成領域701に対して、右斜め下方向にシフトしている。ここで、右斜め下方向は、組み合せ画素の対角線の方向に等しい。
Claims (10)
- 複数の色の光を順次出力する光源部と、
複数の画素からなる画素領域を備え、前記光源部より出力した前記複数の色の光が順に前記画素領域に入射し、各画素が入射光を変調することにより複数の色の画像が順に形成される画像形成手段と、
前記画像形成手段の画像形成動作を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、複数の画素により形成された組み合せ画素を画素単位として、前記複数の色の画像のうちの少なくとも1つの色の画像を形成させ、前記組み合せ画素の各画素のオン状態とオフ状態を個別に制御する、画像表示装置。 - 請求項1に記載の画像表示装置において、
前記制御手段は、入力された映像信号に基づき、前記組み合せ画素を構成する各画素のオン状態とオフ状態を切り替え、オン状態の画素をパルス幅変調により制御する、画像表示装置。 - 請求項2に記載の画像表示装置において、
1フレームの画像を表示する時間単位となるフィールドが複数のビットそれぞれに対応する時間幅を備えた複数のサブフィールドからなり、前記制御手段は、前記複数のビットに基づく変調信号に応じて前記パルス幅変調を行うとともに、前記変調信号の少なくとも最小ビットの期間は、前記組み合せ画素の各画素のオン状態とオフ状態を切り替えて前記組み合せ画素の輝度を制御する、画像表示装置。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の画像表示装置において、
前記制御手段は、1フレームの画像を表示する時間単位となるフィールド期間内で、前記組み合せ画素のオン状態の画素とオフ状態の画素の組み合せを、オン状態の画素とオフ状態の画素の割合が変化しないように切り替える、画像表示装置。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載の画像表示装置において、
前記制御手段は、前記少なくとも1つの色の画像について、前記組み合せ画素を画素単位として複数の画像を順次形成させることによりフレーム画像を形成させ、前記複数の画像のうち、時間的に連続して形成される2つの画像について、一方の画像を他方の画像に対して前記画素領域の画素ピッチに相当する距離だけ所定の方向にシフトした位置に形成させる、画像表示装置。 - 請求項5に記載の画像表示装置において、
前記組み合せ画素は、2行2列の4つの画素よりなり、前記所定の方向が行方向及び列方向である、画像表示装置。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の画像表示装置において、
前記複数の色の画像は、赤色画像、緑色画像及び青色画像を含み、
前記制御手段は、前記組み合せ画素を画素単位として少なくとも前記青色画像を形成させる、画像表示装置。 - 請求項7に記載の画像表示装置において、
投射レンズを、さらに有し、
前記光源部は、赤色光を出力する赤色固体光源と、緑色光を出力する緑色固体光源と、青色光を出力する青色固体光源と、を有し、
前記画像形成手段は、前記赤色固体光源より出力された前記赤色光と前記緑色固体光源より出力された前記緑色光と前記青色固体光源より出力された前記青色光とが順次照射され、前記赤色画像、緑色画像及び青色画像を順次形成するDMDパネルを有し、
前記投射レンズは、前記DMDパネルにより順次形成された前記赤色画像、緑色画像及び青色画像を投射する、画像表示装置。 - 請求項7に記載の画像表示装置において、
投射レンズ及び照明光学系をさらに有し、
前記画像形成手段は、第1及び第2のDMDパネルを有し、
前記光源部は、緑色波長域の光と赤色波長域の光とを含む黄色の蛍光と青色光とを合成した光を、前記赤色波長域の光と前記緑色波長域の光を含む第1の色光と、前記赤色波長域の光と青色波長域の光を含む第2の色光とに分離し、該第1及び第2の色光を交互に出力し、
前記照明光学系は、前記第1及び第2の色光が入射し、該入射光に含まれる前記赤色波長域の光を前記第1のDMDパネルに照射し、該入射光に含まれる前記緑色波長域の光と前記青色波長域の光とを交互に前記第2のDMDパネルに照射し、
前記第1のDMDパネルは、前記赤色波長域の光を変調して前記赤色画像を形成し、
前記第2のDMDパネルは、前記緑色波長域の光を変調して前記緑色画像を形成し、前記青色波長域の光を変調して前記青色画像を形成し、
前記投射レンズは、前記第1のDMDパネルにより形成された前記赤色画像を投射するとともに、前記第2のDMDパネルにより順次形成された前記緑色画像及び青色画像を投射する、画像表示装置。 - 複数の画素からなる画素領域を備え、複数の色の光が順に前記画素領域に入射し、各画素が入射光を変調することにより複数の色の画像が順に形成される画像表示装置において行われる画像表示方法であって、
複数の画素により形成された組み合せ画素を画素単位として、前記複数の色の画像のうちの少なくとも1つの色の画像を前記画素領域に形成し、前記組み合せ画素の各画素のオン状態とオフ状態を個別に制御する、画像表示方法。
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