JP2004004463A

JP2004004463A - 投写型映像表示装置及び照明装置

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Publication number: JP2004004463A
Application number: JP2002295354A
Authority: JP
Inventors: Mineki Taoka; 田岡　峰樹; Haruhiko Murata; 村田　治彦; Toshiya Iinuma; 飯沼　俊哉; Koji Ishii; 石井　孝治; Kazuki Bashijiyu; 橋住　和樹; Kazuhiro Arai; 新井　一弘; Hideyuki Kanayama; 金山　秀行; Takashi Ikeda; 池田　貴司; Shoichi Yoshii; 吉居　正一; Yoshihiro Yokote; 横手　恵紘
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2002-10-08
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2022-10-08
Also published as: JP3802473B2

Abstract

【目的】小型化可能な光学系にてホールド型表示素子上に光スクロールを行ない、ホールドブラーリングと呼ばれる動画像表示の際の画質劣化を改善できる投写型映像表示装置を提供する。
【構成】レンズアレイホイール４は、その回転軸に平行な方向から照射された光を受けて当該光に循環的な偏向を生じさせる。各液晶表示パネル７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ上では循環的に光がスクロールし、実質的な間欠照明の効果が生じ、ホールドブラーリングが軽減される。パネル駆動部１５は、各液晶表示パネル７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ上で照明領域が通り過ぎる位置に存在する画素に対して次のフレームの画素駆動信号を供給し始める。
【選択図】　　　　　　　図８

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、投写型映像表示装置及び照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示パネル（ＬＣＤ）、ディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）といったディスプレイは、ホールド型ディスプレイと呼ばれている。これは、図１に示すように、陰極線管（ＣＲＴ）がインパルス状の画像出力をするのに対し、ＬＣＤ等は、次の画像出力までその状態を維持することを意味する。このようなホールド型ディスプレイでは、動画像を表示した際に、ＣＲＴとは異なり、画像が不明瞭になってしまうという問題がある。
【０００３】
従来、動画像を表示した際のこれらの画質劣化は、デバイスの表示応答の遅さによるものであると考えられてきた。しかし、近年視覚の研究が進むにつれ、表示デバイスの応答速度が向上し、仮に即時応答となった場合においても、ある一定の画質劣化は避けられないことが判ってきた。このような画質劣化をホールドブラーリング（Ｈｏｌｄ　Ｂｌｕｒｉｎｇ）と呼ぶ。
【０００４】
ホールドブラーリングは人間の視覚情報処理系の積算効果によるものであり、図２に示すように、ＣＲＴ等のインパルス出力のディスプレイデバイスでは生じない現象である。人間は動画像を観測する際に、動画像中の物体を視線で追いかける。この時、眼球の追従速度は急激に変化できないため、通常の動画像のリフレッシュ期間（１７ｍｓ）では、ほぼ一定速度で運動する。しかし、ホールド型ディスプレイデバイスでは、図３及び図４（ａ）に示すように、同じ位置に所定期間（１７ｍｓ）同じ映像が出力される。このため、図４（ｂ）及び図５（ａ）に示すように、視線位置に対して表示されている映像は相対的に後退することになり、網膜上には後退する動きを伴った像が投影される。
【０００５】
ただし、これらは視覚情報処理系の前段でのことであり、実際に認知される速度は１７ｍｓよりも十分に遅い。これらの画像は、図５（ｂ）に示すように、一定期間内の積算が行われ、積算された画像が視覚として認知される。この結果、認知される画像は一定期間に網膜上で動いた軌跡を重ね合わせたようなぼやけたものとなる。この積算期間はブロッホの定理として知られており、５０ｍｓ〜８０ｍｓ程度といわれている。これに対してＣＲＴの場合、図６（ａ）（ｂ）に示すように、一瞬出力された映像が積算されるだけである。追随によって積算を行っても、視線に対して戻る画像が網膜に投影されることがないため、鮮明な画像が認知されることとなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ホールドブラーリングを改善する最も一般的な手法は、ＣＲＴに近づけることである。ＣＲＴはインパルス出力であるため、前述のような問題は発生しない。このため、ホールド型ディスプレイの動画像表示特性を向上させる最も有力な方法は、図７（ａ）（ｂ）に示すように、液晶やＤＭＤへの照射光を間欠照射することにより、間欠表示を行うことである（特開平９−３２５７１５号公報参照：ＩＰＣ　Ｇ０９Ｆ　９／３５）。
【０００７】
しかし、実際には照射時間を６０％程度に制限するため、液晶の輝度も６０％に低下する。また、６０％という照射時間の制限は、ホールド障害による画質劣化の改善として十分なものとは言えない。当然ながら照射時間を短くすればする程改善効果はあがるが、明るいバックライトが必要となったり、電源等が大型化するなど、コストの上昇が大きな問題となる。
【０００８】
また、このような方法は高出力のランプを使用する液晶プロジェクターでは実現が困難である。ランプの点滅はランプへのダメージが激しく寿命に影響を及ぼす。またシャッタリングを行った場合にも、シャッターされた光の多くは熱となるため、放熱の問題が生じる。
【０００９】
直視型液晶ディスプレイにおいてバックライトを分離し、それぞれの点滅をスクロールすることによりシャッタリングと同じ効果を得る方法（特開２００１−２３５７２０号公報参照：ＩＰＣ　Ｇ０２Ｆ　１／１３３）がある。この方法も上述した方法と同様、同期の調整が困難であり、表示輝度が低下するという問題がある。また、回路も大型化し、製造コストが大幅に増加する。
【００１０】
また、ホールド型ディスプレイの表示の際に一定期間毎に黒レベル表示を挿入する方法が提案されている（特開平１１−１０９９２１号公報参照：ＩＰＣ　Ｇ０９Ｆ　９／３６）。通常この一定期間は、フレームのリフレッシュ期間の間に位置しており、例えば１７ｍｓ期間中９ｍｓ期間は画像を表示し、残りの８ｍｓ期間は黒を表示するという方法をとる。この方法を用いた場合、同期は安定するが、表示輝度の低下は避けられない。また液晶等の場合では応答速度が速いデバイスが必要となる。
【００１１】
間欠表示以外のホールドブラーリング抑制方法としては、フレームレート変換がある。これはホールド型ディスプレイの場合、１７ｍｓ期間同じ画像が提示された結果、ブレが生じてしまうことに着目し、この期間に途中の画像を提示するものである。具体的には６０Ｈｚの画像を出力する際、それぞれの画像から各画像の中間に相当する画像を６０枚生成し、１２０Ｈｚの画像として表示する。この結果ホールドブラーリングの原因となる同じ画像が提示される期間が半分となる。この結果認識されるブラーリングは半分となり、６０Ｈｚの画像を表示した際よりも鮮明な画像が得られる。
【００１２】
しかしこの方法は中間の画像にある程度の正確性が要求され、現在の技術ではこのような中間画像を確実に生成できていない。
【００１３】
液晶プロジェクターに関し、特開２００２−６８１５号公報（Ｇ０９Ｇ　３／３６）には、集光ミラーによってパネル上に光スクロールする方法が開示されている。しかしながら、ここで開示されている集光システム（ポリゴンミラー）では反射作用によって光スクロールを行なうため、プロジェクターを構成した場合に光学系が非常に大きくなる欠点がある。
【００１４】
本発明は、上記の事情に鑑み、小型化可能な光学系にてホールド型表示素子上に光スクロールを行ない、ホールドブラーリングと呼ばれる動画像表示の際の画質劣化を改善できる投写型映像表示装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明の投写型映像表示装置は、照射された光を受けて透過および／または反射させる際に当該光に循環的な偏向を生じさせる回転駆動型の光偏向手段と、光偏向手段からの光を３原色に分離して３つのホールド型表示素子に各々導く色分離手段と、各ホールド型表示素子を経て得られる各色映像光を合成して投写する投写手段と、各ホールド型表示素子に画素駆動信号を与える素子駆動手段とを備え、各ホールド型表示素子上で当該素子よりも小さな面積で集光される各色光が循環的にスクロールされるように構成されたことを特徴とする。
【００１６】
上記の構成であれば、各ホールド型表示素子上で当該素子よりも小さな面積で集光される各色光が循環的にスクロールされるため、ホールド型表示素子に対して実質的に光の間欠照射が行なわれることになり、ホールドブラーリングを抑制することができる。そして、光スクロールを生じさせるための光偏向手段は、照射された光を受けて主に透過させる際に当該光に循環的な偏向を生じさせるから、ポリゴンミラーのようなシステムに比べて光学系の小型化が容易となる。
【００１７】
前記素子駆動手段は、各ホールド型表示素子上で照明領域が通り過ぎる位置に存在する画素に対して次のフレームの画素駆動信号を供給し始めるように構成されているのがよい。これによれば、スクロール光の照射期間（表示時）を画素の応答終了時点（表示目標値達成時点）に合わせることが容易となる。
【００１８】
画素駆動信号の供給をフレームレートのＮ倍（Ｎは２以上の整数）で行い、画素への照明タイミングと当該画素の応答平坦化時とを一致させるように構成されているのがよい。ここで、画素の応答は指数関数的に変化するため、スクロール光の照射期間中において画素の輝度変化が生じ、二重映像が感じられてしまうが、上記のごとく画素への照明タイミングと当該画素の応答平坦化時とを一致させることで、輝度変化による二重映像を低減することができる。
【００１９】
上記画素応答の平坦化を図る構成において、画素の必要応答値が得られる画素駆動信号よりも過大な画素駆動信号を供給して遅れ補償を行なうように構成されているのがよい。これによれば、画素の応答速度が低い場合にも対応できる。そして、かかる構成においては、前フレームの最終画素値と今回の画素値とによって前記過大な画素駆動信号のデータが得られるテーブルを備えるのがよい。
【００２０】
フレーム周期と光偏向手段による偏向周期とのずれを検出し、このずれが解消されるように又はずれが一定に生じるように偏向周期を補正制御する制御手段を備えているのがよい。これによれば、光偏向手段の回転精度にばらつきがある場合にも対応できる。
【００２１】
また、上記ずれを生じた際の画素の応答と当該画素への光照射期間とで定まる画素の輝度値を、ずれを生じない場合の予定輝度値に一致させる制御を行なうのがよい。これによれば、輝度変化の追従不足を解消できる。かかる構成においては、前記ずれに応じて画素応答の目標値よりも高い値を設定して画素駆動信号を供給するようにしてもよいし、或いは、前記ずれに応じて画素駆動信号の供給タイミングを制御するようにしてもよい。
【００２２】
光源から出射されて集光された光を光偏向手段に導くためのロッドプリズムを備えてもよい。また、このロッドプリズムは光の分散を緩和するようにテーパ形状を有しているのがよい。
【００２３】
前記光偏向手段としては、円盤状に複数の凸レンズから成る機能部を円周方向に沿って配置して成るレンズアレイホイールを用いてもよいし、プリズムを回転自在に設けて成るスクローリングプリズムを用いても良いし、渦状に形成された光透過部を有し、この光透過部以外の領域に反射面を有する円盤部材から成るものを用いてもよし、周面に周期的に光透過部と反射部とが交互に形成された円筒状部材を用いてもよい。また、ロッドプリズムは光入射方向と光出射方向とが異なるように折り曲げられ、光偏向手段は周面に周期的に光透過部と反射部とが交互に形成された円筒状部材から成り、前記円筒状部材の内側に前記ロッドプリズムの全部又は一部が位置していてもよい。また、この発明の照明装置は、光源から照射された光を受けて透過させる際に当該光に循環的な偏向を生じさせる回転駆動型の照明装置において、光入射方向と光出射方向とが異なる折り曲げ型のロッドプリズムと、周面に周期的に光透過部と反射部とが交互に形成された円筒状部材とを備えて成り、前記円筒状部材の内側に前記ロッドプリズムの全部又は一部が位置していることを特徴とする。
【００２４】
前記渦状に形成された光透過部を有する構成、当該円盤部材を光照射方向に対して斜めに配置し、前記円盤部材の反射面からの光を受ける位置に補助ミラーを設け、補助ミラーにて反射させた光を前記円盤部材の光透過部に導くように構成してもよい。前記円盤部材は透明部材から成り、この透明部材の表裏両面に反射面が形成されていてもよい。
【００２５】
これらの投写型映像表示装置において、前記色分離手段により色分離された各色光は互いに等しい光路長で各色用のホールド型素子に導かれるように構成されているのがよい。かかる構成において、色分離前の光の光軸上に３原色光の二光と他の一光を分離する手段及び分離された３原色を合成する手段が配置され、前記光軸を中心に二光の光路と一光の光路は対称とされ、前記二光の光路の途中箇所でそのなかの一光が分離されて前記光軸上に導かれるように構成されていてもよい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態の投写型映像表示装置を図８乃至図４１に基づいて説明する。
【００２７】
（実施形態１）
図８はこの実施形態の投写型映像表示装置を示したブロック図である。光源１は、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等から成る。集光部２は、光源１から出射された光を受けて反射する楕円鏡、或いは放物面鏡と集光レンズとの組み合わせ等から成る。集光部２にて集光された光はインテグレータ（ロッドプリズム）３に入射し、その内面で全反射作用を繰り返した後に均一な面光源となって出射される。そして、このようにインテグレートされた光は光偏向手段であるレンズアレイホイール（ＬＡＷ）４に向けて出射される。レンズアレイホイール４上における光照射領域（大きさ）は、後述する液晶表示パネル上においてその横の長さと略同一で縦の長さが例えば１／３となる大きさとしている。なお、インテグレータ３として、受光側の面よりも出射側の面の方が大きくなるテーパ形状を有するものを用いれば、出射光においてその分散をできるだけ緩和することができる。
【００２８】
レンズアレイホイール４は、円盤形状に複数の凸レンズ機能部を円周方向に沿って配置して成るものである。凸レンズ機能部は通常の凸レンズを扇型に切り取った形状を有する。このレンズアレイホイール４は、その円盤形状の中心部を回転中心（回転軸）とし、モータ１１によって回転駆動され、前記回転中心（回転軸）と平行な方向から光を受ける。これにより、複数の凸レンズ機能部は前記インテグレータ３の光出射面側を循環的に通過することになり、凸レンズ機能部の周期的な位置変位が生じて光偏向が周期的に行なわれることになる。
【００２９】
リレーレンズ光学系５は偏向された光を入射し、映像光生成系６における色分離ダイクロイックプリズム６ａへと像伝達を行なう。色分離ダイクロイックプリズム６ａに入射した光はＲ（赤）光、Ｇ（緑）光、Ｂ（青）光に分離され、それぞれＲ用の液晶表示パネル７Ｒ、Ｇ用の液晶表示パネル７Ｇ、Ｂ用の液晶表示パネル７Ｂに導かれる。前記のレンズアレイホイール４による光偏向により、各液晶表示パネル７Ｒ，７Ｇ，７Ｂに導かれる色光（照射形状は短冊状）は、当該パネル上に各々同じタイミングでスクロール照射される。このスクロール照射の様子を図１０乃至図１６に示す。なお、これら図１０乃至図１６において、レンズアレイホイール４と液晶表示パネルとの間に位置させたレンズ状の部材は、リレー光学系５及び色分離ダイクロイックプリズム６ａ等を表している。
【００３０】
そして、各液晶表示パネル７Ｒ，７Ｇ，７Ｂに入射した各色光は当該パネル上の画素の応答（光透過度）の状態で変調され、この変調により得られた各色映像光は、色合成ダイクロイックプリズム６ｂにて合成されてカラー映像光となり、投写レンズ８にてスクリーン９に投影される。
【００３１】
このように、各色の短冊状の照明光が液晶表示パネル７上で循環的にスクロールすることにより、当該パネルの一画素に着目するとフレーム期間中の一部の期間のみ表示し、残りの期間は黒となる結果、間欠表示が実現され、動画像を表示した場合のブラーリングが改善される。例えば、短冊状の照明領域をパネル（画面）全体の１／３にした場合には、図１７（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、１／３期間表示で２／３期間非表示という間欠表示と等価となる。
【００３２】
次に、信号処理系について説明していく。パネル駆動部１５は入力された映像信号に基づいて各液晶表示パネル７Ｒ，７Ｇ，７Ｂを駆動する。すなわち、映像信号に基づいて各液晶表示パネルの各画素の光透過度を設定する素子駆動電圧を生成して各画素に与える。同期分離回路１４は映像信号から垂直同期信号を取り出してスクロール位相検出部１２に与える。スクロール位相検出部１２はレンズアレイホイール４の回転周期と垂直同期とから位相差を検出する。レンズアレイホイール４の回転周期情報は、例えば、ロータリエンコーダの構成によって得ることができる。モータ１１の回転を制御する回転制御部１３は、前記位相差を示す信号をスクロール位相検出部１２から受け取り、レンズアレイホイール４の回転周期を垂直同期に合致させるよう制御を行なう。この制御内容を図９のフローチャートに示す。回転周期が垂直同期から遅れれば回転速度を高めるべくモータ１１への供給電圧（或いはパルス数やパルス幅等）を増加し、早ければ回転速度を低くするべくモータ１１への供給電圧（或いはパルス数やパルス幅等）を減少し、一致すればそのままとする。
【００３３】
ところで、液晶表示パネルの応答速度が高速であれば問題はないのであるが、通常の液晶表示パネルでは十分な応答速度が得られないため、スクロール光の照射期間中に画素の最終応答が完了していないことが生じる。こように画素の最終応答が完了していないと、画像データに対応した輝度値が得られていないことになる。そこで、図１８に示すように、照射光がスクロールした直後の画素に次のフレームデータを書き込む。液晶の応答例を図１９に示す。液晶は図のように反応するため、理想的には▲２▼で示す期間において光照射が行なわれるようにする。すなわち、図２０に示すように、液晶応答と表示（パネル照明）のタイミングを設定することとする。しかし、通常の透過型液晶プロジェクターに用いる液晶パネルはフレーム期間、つまり１７ｍｓ期間では応答出来ない。このためフレームの書き込みタイミングに至っても２フレーム前の画像が液晶パネル上に残存していることになり、全期間を通じて常に二重像が表示されていることになる。このようなパネルを用いて照射光のスクローリングによる間欠表示を行った場合、二重像が強調される結果となり、画質が向上したという印象が得られない。このため、パネルへのデータ書き込みにオーバードライブという手法を用いて１７ｍｓ期間での応答を実現し、二重像を低減する。透過型液晶プロジェクターでは、例えば１００→２００に液晶を応答させる場合には書き込み期間内に１８０までしか応答しないとする。しかし、例えば２００ではなく２３０を入力した場合に書き込み期間内に２００まで応答するのであれば、この場合の入力値としては２００ではなく２３０を用いれば良い。この様子を図２１に示す。これらは１７ｍｓで応答しないパネルの例である。図２１（ａ）では２フレーム期間で所望の値に応答していることがわかる。このため、図２１（ｂ）に示すように変化分を強調することにより、液晶の応答を速くする。この結果、１７ｍｓ期間内に液晶が応答し、二重像を低減することが可能となる。また、図１９に示すように照射光はフレーム書き込みの期間に略一致するのが望ましい。液晶応答が変化している期間には二重像が発生しているためである。この場合、照射光の期間は図１８に示すように書き込み期間の直前に合わせることが考えられる。しかしこの場合照射開始点では強い二重像となっており、この結果表示した画像からは比較的強い二重像が認識される。この場合、図１９の▲２▼に示すように書き込み期間を若干超えることにより比較的良い結果が得られる。これは動き部分の両側に薄い影のように像が見えるようになる、所謂薄い三重像の状態である。この状態の方が主観画質が高いという結果が得られている。以下の実施例では、混乱を避けるためにフレーム書き込みの直前に照射光を合わせるものとして説明を行うが、この照射パターンに限定されるものではなく、前述の説明のようにフレーム書き込み期間に略一致させることにより、主観的な画質を向上させる手法を用いることに何ら制約を与えないことを付記しておく。
【００３４】
（実施形態２）
実施形態２の投写型映像表示装置の構成を図２６に示す。そして、図２１乃至図２５及び図２７によって問題点を示しつつ、この問題点を解決できるこの実施形態の投写型映像表示装置を説明していく。
【００３５】
図２１（ａ）には実施形態１による液晶応答状態を模式的に示し、図２１（ｂ）には実施形態２による液晶応答状態を模式的に示している。
【００３６】
ここで、液晶の応答は指数関数的な変化となり、理想的な光照射を行った場合でも、図２２に示すように表示期間中に輝度の変化があり、これが二重像となって認識されてしまう。そこで、液晶画素への照明タイミングと当該液晶画素の応答平坦化時とを一致させる。具体的には、図２３に示すように、液晶画素への書き込みをフレームレートの整数倍で行う。例えば６０Ｈｚで駆動する系では１２０Ｈｚで書き込みを行う。そして最初の非表示の１／１２０秒期間内に希望値（目標値）まで液晶を応答させ、残りの表示期間である１／１２０秒期間において液晶応答を一定とする。
【００３７】
ただし、ほとんどの液晶は１２０Ｈｚでは応答できないため、希望の値に液晶が応答するように、図２６に示すオーバードライブ回路２１にてオーバードライブ制御を行う。オーバードライブ制御は液晶に希望の値よりも大きな変化値を入力して、遅れを補償するものである。図２２に示すように、希望する値を入力しても書き込み期間内に液晶は応答できない場合が多い。このため、例えば１００→２００に液晶を応答させる場合には書き込み期間内に１８０までしか応答しないとする。しかし、例えば２００ではなく２３０を入力したとして書き込み期間内に２００まで応答するのであれば、２００ではなく２３０を入力すればよい。この書き込み期間内に希望値まで液晶が応答する値は、液晶の現在の状態と目標とする状態、つまり前のフレームでの値と書き込むフレームでの値とにより決定される。また、これらの値は線形ではないため、関数ではなくテーブル的に決定される。テーブルは書き込む前の状態の画素値（前のフレームでの値）及び次に書き込みたい画素値（書き込むフレームでの値）を入力（読出アドレス）とする構成とすればよい。そして、このテーブルでは、出力データとして、１７ｍｓ後に書き込みたい画素値（目標値）になるために必要とするパネルへの入力データ値（過大な書込値）が得られる。このためには、前のフレームの画素値をフレームメモリ２２（図２６参照）に記憶し、各画素に対しフレームメモリ２２上の値と書き込もうとする値とをアドレスとしてテーブルを参照ことにより、書き込む画素データ（パネルへの入力データ値）がテーブルから得られる。
【００３８】
通常ドライブとオーバードライブの比較を図２４に示す。同図（ａ）は通常ドライブの液晶応答であり、同図（ｂ）がオーバードライブの液晶応答である。同図（ｂ）の応答状態とパネル照明期間との関係を図２５に示す。この図２５から分かるように、パネル照明期間と当該液晶画素の応答平坦化時とが一致することになり、パネル照明期間内での輝度変化を抑え、二重映像防止が図られる。
【００３９】
図２７はオーバードライブ回路２１の書込タイミングを表示素子上で表した図である。表示が終了した部分（照明領域が過ぎ去った箇所）から次のフレームデータを書き込むが、これは上述したような応答速度対応が必要なためにオーバードライブ書き込みを行うことになる。そして表示期間に入る前に正規の値を書き込むことで、以降の表示期間（１フレーム期間の残り）における液晶応答を平坦状態に保持する。
【００４０】
（実施形態３）
実施形態３の投写型映像表示装置の構成を図３０に示す。そして、図２８及び図２９に基づいて前述の実施形態の構成での問題点を示しつつこの実施形態を説明していく。
【００４１】
問題とするはレンズアレイホイール３の回転精度（モータ１１の回転精度）である。照明位置がフレーム書き込みのタイミングに必ず一致するのであれば問題ないのであるが、通常のモータ１１の回転速度は完全には安定しない。このため、光の照射期間（表示期間）はフレーム期間中で前後することになる。この現象は、２つの状態に分けられる（図１９参照）。まず、理想的な状態は、図２８（ａ）に示すように、表示期間が垂直同期の位相に略合致する状態である。これに対し、図２８（ｂ）に示すように、表示期間が垂直同期の位相に対して大きくシフトした場合には二重像が知覚されることになる。この段階では液晶が応答中であるため、液晶パネルに表示されているのは前フレーム画像と書き込んだフレーム画像とが表示された二重像である。この結果、知覚される画像も二重像となり、大きな画質劣化として認識される。図２８ではフレームレートと書き込みレートが同じ場合を示している。なお、図２５に示したごとく、画素応答を早めて平坦化させる場合においては、フレーム周期と光偏向手段による偏向周期とのずれが、フレーム周期の位相に対して画素への光照射期間が早まる側で生じるように偏向周期を補正制御するようにしてもよい。
【００４２】
この実施形態３では、上記二重像の問題に対して、図２８（ｃ）に示すようなオーバードライブ法による解決を開示する。ここでのオーバードライブは、光の照射期間（表示期間）で二重像が消えるように応答を間に合わせることにある。すなわち、光の照射期間（表示期間）の箇所で液晶応答が間に合うように、入力画素値よりもオーバーした値を画素値として入力する（強調する）。例えば、５０から１００に変化する場合に１３０を、１００から５０に変化する場合に３０を入力する。これらの値は液晶応答速度、及び照射しているタイミングによって決定され、照射したタイミング（垂直同期との位相差の程度）で二重像が消えるように入力値が強調される。
【００４３】
ここでのオーバードライブでは、テーブルの入力に更に位相差が入ることになる。この場合の目標値は、図２８（ｃ）のパターンで形成される面積が図２８（ａ）のパターンでの面積と同じになるように決定されるべきである。このため、前のフレームの値及び書き込もうとする画素データの値（目標値）、そして位相差により実際の書込値が決定される。
【００４４】
この場合に注意が必要なのは、通常のオーバードライブとこの実施形態３におけるオーバードライブとの相違である。通常のオーバードライブでは、入力された画素値が最終目標値となるように書き込みを行うため、液晶応答のフレーム期間の最終値は入力画素データと同一である。従って、次のフレームの書き込みを行う場合には前記入力画素データと次のフレームの入力画素データとを比較し、書込値を決定すればよい。これに対し、この実施形態３の位相差を加味したオーバードライブは、垂直同期との位相差の程度に対応してオーバードライブの程度が変わることになり、フレーム期間の最終値もこれによって変わる。従って、フレーム期間の最終値は入力画素データと同一にはならない。ゆえに、次のフレームの書き込みを行う場合にはフレーム期間の最終値に相当するデータをオーバードライブ回路３１の側からフレームメモリ３２に対して書き込んでおき、このフレーム期間の最終値に相当するデータと次のフレームの入力画素データとを比較し、書込値を決定することになる。
【００４５】
繰り返しになるが、通常のオーバードライブと位相差を加味したオーバードライブとの相違を更に以下に述べていく。図２９において、点線は通常のオーバードライブを用いた場合の液晶応答を示している。Ａは画素値（フレームの入力画素データ）であり、この画素値Ａよりも大きな値を液晶表示パネルに入力することにより、液晶は実線のような応答を示す。液晶はフレームの切り替えのタイミングで画素値、つまり目標レベルまで応答しているため、通常のオーバードライブにおいては、次のフレームでのオーバードライブは画素値Ａに基づいて行えばよい。だが、位相差を加味したオーバードライブでは、実際に光が照射されている期間の面積を目標値として入力するため、フレーム期間の最終値はＣのようになる。このため、次のフレームのオーバードライブは、このＣの値を基準に行うことになる。オーバードライブ回路３１は、フレームの入力画素データ（Ａ）と、位相差を加味したオーバードライブによる実際の書込値（印加電圧Ｂ）と、によってフレーム期間の最終値（Ｃ）が与えられるテーブルを内部に搭載し、フレーム期間の最終値（Ｃ）をフレームメモリ３２に与える。そして、次のフレームにおいてはそのフレームの入力画素データと、フレームメモリ３２から受け取った前記フレーム期間の最終値（Ｃ）とスクロール位相検出部１２から受け取った位相差情報とにより、オーバードライブを行なうことになる。
【００４６】
（実施形態４）
実施形態４の投写型映像表示装置を図３１乃至図３３に基づいて説明する。この実施形態では、実施形態３と同様、二重像の問題を解決するものであるが、実施形態３とは異なる手法を提案するものである。
【００４７】
この実施形態の投写型映像表示装置は、図３１に示すように、映像データを格納するメモリ４１及び読出タイミング制御回路４２を備える。メモリ４１によって映像データ（フレーム）を記憶し、実際に供給されてくるフレームより１フレーム前の映像データを読出タイミング制御回路４２に与える。読出タイミング制御回路４２は、メモリ４１から順次画素データを読み出してこれをパネル駆動部１５に供給するのであるが、スクロール位相検出部１２から位相差情報を受け取り、この位相情報（スクロールずれ）に応じて前記画素データの供給タイミングを調整する。これにより、図３３における（ａ）に示す位相ずれ無しの状態から図３３における（ｂ）に示すような位相ずれが生じると、これがセンサ（スクロール位相検出部１２）の出力（位相情報）として現れ、読出タイミング制御回路４２の制御により、データの書き込み位置（パネルへの供給タイミング）は早い期間にシフトされる。これにより、図３２（ｃ）に示すように、垂直同期と照明パターンのずれに合わせて、データを読み出すタイミングと液晶パネルに書き込むタイミングが調整され、表示輝度が保証されることになる。
【００４８】
なお、レンズアレイホイール（ＬＡＷ）に替えて、スクロール円盤４Ａを用いることができる。このスクロール円盤４Ａは一部に透明部分を設け、残りをミラーとしたものに相当する。このスクロール円盤４Ａを図３４に示す。図３４において、４Ａａが透明部分であり、４Ａｂがミラー部分である。これにより、図３５に示すように、例えばスクロール円盤の透過部分の期間のみ白色光が液晶表示パネルに投射され、残りはロッドインテグレータ３内部に戻り、反射して再利用されることになる。
【００４９】
図３６に光偏向手段として白黒ホイール４Ｂを示す。光を入射する部分に角度を設けたインテグレータ３′を構成し、その周囲に円筒状の白黒ホイール４Ｂを形成する。このホイール４Ｂはインテグレータ３′の出射光を、フレーム期間毎に一部透過、残りを反射するという回転構成になっており、このホイール４Ｂを回転することにより液晶パネル上にスクロール光を得る。
【００５０】
通常のロッドインテグレータ（３）は直線的な形状をしているが、そのままでは白黒ホイール４Ｂ内において周面側へと光を照射できない。このため、途中で折り曲げたロッドインテグレータ３′を用いて光を入射する。ホイールの黒色部分は内部への反射面、白い部分は透明な透過面を示している。黒色の反射面に照射された光は内部に戻り、再利用される。透過面が画面の一部（図では約１／３）の領域となっているため、この領域に集光された光が液晶パネルに照射され、この白黒ホイール４Ｂを回転することにより照射光がスクロールすることになる。
【００５１】
図３６に示す構成では、ロッドインテグレータ３′の光入射側を折り曲げているが、図３７に示すように、光出射側を折り曲げたロッドインテグレータ３″を用い、小径の白黒ホイール４Ｃを用いることもできる。この場合には構造が横方向に長くなるが、小径の白黒ホイール４Ｃを用いることができるため、高速回転のモータが使用できる。一般にモータは高速回転の方が制御しやすく、二重像の発生を防止する面からも効果が高い。
【００５２】
また、図３８に示すように、スクローリングプリズム４Ｄを用いることができる。このスクローリングプリズム４Ｄは、立方体形状を成し、図において紙面垂直方向に回転軸を設定し、ロッドインテグレータ３の光出射面に対して４つの面が周期的に角度を変えて対面し、光の屈折作用にて出射光がスクロールするように構成されたものである。
【００５３】
なお、以上説明した実施形態では、透過型の液晶表示パネルを用いたが、これに限るものではなく、反射型の液晶表示パネルやマトリクス状に配置された微小鏡を各々画素データに基づいて駆動するデバイスなども用いることができる。
【００５４】
図３９にスクロール円盤４４Ａを示す。図の太線四角枠は光源からの光が導かれる一次像形成領域を示している。また、図において、スクロール円盤４４Ａの光反射領域をハッチングにより示している。図４０にスクロール円盤４４ＡにおけるＡ−Ａ断面を示す。同図（ａ）（ｂ）（ｃ）はスクロール円盤４４Ａが回転することで光透過状態が変化する様子を示している。スクロール円盤４４Ａは、光軸に対して４５°傾いて配置されている。そして、光源からの導入光を阻害しない位置においてスクロール円盤４４Ａに対面させて補助ミラー４５を設けている。スクロール円盤４４Ａの光反射領域にて反射した光は、補助ミラー４５に導かれ、この補助ミラー４５にて反射した光はスクロール円盤４４Ａの光透過領域を透過する。スクロール円盤４４Ａの光透過領域の透過作用と前述の反射作用とにより、スクロール円盤４４Ａの一次像形成領域に導かれた光源からの光は無駄にされずに液晶表示パネルに導かれることになるので、表示映像の輝度向上が図れることになる。
【００５５】
図３９，４０に示したスクロール円盤４４Ａは透明円盤の片面に光反射領域を形成したが、透明円盤の両面に光反射領域を形成してもよい。透明円盤の両面を光反射に用いることで、片面のみ光反射面とする場合の制約から解放され、スクロール円盤の設計容易化等が図れる。
【００５６】
また、図４１に照射光学系１００を示す。光源１０１は、メタルハライドランプやキセノンランプ等から成り、その照射光はパラボラリフレクタによって平行光となって出射され、インテグレータレンズ１０２へと導かれる。
【００５７】
インテグレータレンズ１０２は一対のレンズ群にて構成されており、個々のレンズ対が光源１０１から出射された光をスクロール光学系１０５の光入射領域へ導くようになっている。前述した一次像形成領域（スクロール用照明領域）は液晶表示パネルサイズに対して垂直方向に短くされており、インテグレータレンズ１０２の各レンズはこれに対応して垂直方向に短くされている。スクロール光学系１０５は、前述したレンズアレイホイール４やスクロール円盤４Ａ，４４Ａ等を用いて構成することができる。インテグレータレンズ１０２を経た光は、集光レンズ１０３、ミラー１０４、スクロール光学系１０５等を経た後、クロス配置されたダイクロイックミラー１０６ａ，１０６ｂへと導かれる。
【００５８】
ダイクロイックミラー１０６ａは赤色光成分及び緑色光成分を反射し、青色光成分は透過させる。ダイクロイックミラー１０６ａは青色光成分を反射し、赤色光成分及び緑色光成分は透過させる。ダイクロイックミラー１０６ａ，１０６ｂは、色分離前の光（一次像形成領域上の光）の光軸上に配置されている。また、同光軸上に色合成ダイクロイックプリズム６ｂが配置されている。前記光軸を中心に二光（赤色光及び緑色光）の光路と一光（青色光）の光路は対称とされ、前記二光の光路の途中箇所でそのなかの緑色光がダイクロイックミラー１１０によって分離されてミラー１１１により前記光軸上に導かれる。これにより、ダイクロイックミラー１０６ａからミラー１０９及びミラー１０８を経て赤色用の液晶表示パネル７Ｒまでの光路長と、ダイクロイックミラー１０６ａからダイクロイックミラー１１０及びミラー１１１を経て緑色用の液晶表示パネル７Ｇまでの光路長と、ダイクロイックミラー１０６ｂからミラー１１２及びミラー１１３を経て青色用の液晶表示パネル７Ｇまでの光路長は、互いに等しくなっている。
【００５９】
ダイクロイックプリズムによる色合成光学系を用いる一般的な構成では、例えば、青色光の光路上にリレー光学系を配置することが行われているが、このような光学系をそのまま流用した場合、リレー光学系によって照射青色光のスクロールの方向が他の色光のスクロール方向と逆になることが生じる。上述のごとく、色分離してから各色の液晶表示パネルまでの光路長を等しくしたことで、ダイクロイックプリズムによる一般的な色合成光学系の構成を用いつつリレー光学系を不要にできることになり、スクロール方向の整合性確保と同時に光学部材の削減といった優れた効果が得られることになる。
【００６０】
なお、赤色光とシアン色光とに分離し、シアン色光の光路上において緑色光を分離する構成とし、上記と同様に各色光の光路長を等しくすることもできる。
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、小型化可能な光学系にてホールド型表示素子上に光スクロールを行ない、ホールドブラーリングと呼ばれる動画像表示の際の画質劣化を改善できる。更に、画素応答の平坦化による輝度変化低減（二重映像防止）や光偏向手段の回転ブレによる不具合等も解消して表示映像品質の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＲＴ及びホールド型表示素子の入力信号に対する光出力特性を示した説明図である。
【図２】ＣＲＴにおける表示画像及び視認特性を示した説明図である。
【図３】ホールド型表示素子における表示画像及び視認特性を示した説明図である。
【図４】同図（ａ）（ｂ）はホールド型表示素子における二重映像の発生を説明する説明図である。
【図５】同図（ａ）（ｂ）はホールド型表示素子における二重映像の発生を説明する説明図である。
【図６】同図（ａ）（ｂ）はＣＲＴでは二重映像が発生しないことを説明する説明図である。
【図７】同図（ａ）（ｂ）はホールド型表示素子において間欠照明を行なうことで二重映像が軽減されることを示した説明図である。
【図８】この発明の実施形態１の投写型映像表示装置を示したブロック図である。
【図９】映像同期信号とスクロール位相検出回路の出力とによってモータ制御を行なうことを示したフローチャートである。
【図１０】液晶パネル上への照明光のスクロールの様子を示した説明図である。
【図１１】液晶パネル上への照明光のスクロールの様子を示した説明図である。
【図１２】液晶パネル上への照明光のスクロールの様子を示した説明図である。
【図１３】液晶パネル上への照明光のスクロールの様子を示した説明図である。
【図１４】液晶パネル上への照明光のスクロールの様子を示した説明図である。
【図１５】液晶パネル上への照明光のスクロールの様子を示した説明図である。
【図１６】液晶パネル上への照明光のスクロールの様子を示した説明図である。
【図１７】同図（ａ）（ｂ）（ｃ）は液晶応答とスクロールによる間欠照明での液晶輝度との関係を示した説明図である。
【図１８】画面上でのスクロールの様子と画素データ書込との関係を示した説明図である。
【図１９】液晶応答と照明期間とによる表示映像品質の関係を示した説明図である。
【図２０】液晶応答と照明期間との関係を示した説明図である。
【図２１】同図（ａ）は同期の倍速でデータ書込を行なう場合の液晶応答を示し、同図（ｂ）は同書込において前半でオーバードライブを行い、後半で目標値のデータ書込を行なう場合（液晶応答平坦化）を示した説明図である。
【図２２】液晶応答と照明期間との関係を示した説明図である。
【図２３】液晶応答と照明期間との関係を示した説明図である。
【図２４】同図（ａ）は通常の書込を示し、同図（ｂ）はオーバードライブによる液晶応答平坦化を示した説明図である。
【図２５】オーバードライブによる液晶応答平坦化時に照明タイミング（表示）を合わせることを示した説明図である。
【図２６】この発明の第２実施形態の投写型映像表示装置を示したブロック図である。
【図２７】画面上でのスクロールの様子と画素データ書込との関係を示した説明図である。
【図２８】同図（ａ）（ｂ）（ｃ）は、フレーム期間内での照明期間のずれにより画素輝度に変化が生じること及びその解決策（オーバードライブ手法）を示した説明図である。
【図２９】フレーム期間内での照明期間のずれにより画素輝度に変化が生じることを解決する方法を示した説明図である。
【図３０】この発明の第３実施形態の投写型映像表示装置を示したブロック図である。
【図３１】この発明の第４実施形態の投写型映像表示装置を示したブロック図である。
【図３２】同図（ａ）（ｂ）（ｃ）は、フレーム期間内での照明期間のずれにより画素輝度に変化が生じること及びその解決策（フレーム読出制御）を示した説明図である。
【図３３】同図（ａ）は通常のフレーム読出制御を示し、同図（ｂ）は上記解決策のフレーム読出制御を示した説明図である。
【図３４】光偏向手段の他の例を示した説明図である。
【図３５】図３４の光偏向手段を用いた構成例を示した説明図である。
【図３６】光偏向手段の他の例を示した説明図であり、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は正面図である。
【図３７】光偏向手段の他の例を示した説明図であり、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は正面図である。
【図３８】光偏向手段の他の例を示した説明図である。
【図３９】光偏向手段の他の例であるスクロール円盤を示した説明図である。
【図４０】図３９のスクロール円盤におけるＡ−Ａ断面を示した図であって、同図（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれスクロール円盤が回転することで光透過状態が変化する様子を示している。
【図４１】照射光学系を示した説明図である。
【符号の説明】
１　　光源
２　　集光部
３　　インテグレータ
４　　レンズアレイホイール
４Ａ　スクロール円盤
４Ｂ　白黒ホイール
４Ｃ　白黒ホイール
４Ｄ　スクローリングプリズム
５　　リレーレンズ
６　　映像光生成系
７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ　液晶表示パネル
１１　ステッピングモータ
１２　スクロール位相検出部
１３　回転制御部
１４　同期分離部
１５　パネル駆動部
２１　オーバードライブ回路
２２　フレームメモリ
３１　オーバードライブ回路
３２　フレームメモリ
４１　メモリ
４２　読出タイミング制御部
４４Ａ　スクロール円盤
４５　　補助ミラー
１００　照射光学系
１０１　光源
１０２　インテグレータレンズ
１０５　スクロール光学系
１０６ａダイクロイックミラー
１０６ｂダイクロイックミラー
１１０　ダイクロイックミラー

Claims

照射された光を受けて透過ないしは反射させる際に当該光に循環的な偏向を生じさせる回転駆動型の光偏向手段と、光偏向手段からの光を３原色に分離して３つのホールド型表示素子に各々導く色分離手段と、各ホールド型表示素子を経て得られる各色映像光を合成して投写する投写手段と、各ホールド型表示素子に画素駆動信号を与える素子駆動手段とを備え、各ホールド型表示素子上で当該素子よりも小さな面積で集光される各色光が循環的にスクロールされるように構成されたことを特徴とする投写型映像表示装置。
請求項１に記載の投写型映像表示装置において、前記素子駆動手段は、各ホールド型表示素子上で照明領域が通り過ぎる位置に存在する画素に対して次のフレームの画素駆動信号を供給し始めるように構成されたことを特徴とする投写型映像表示装置。
請求項２に記載の投写型映像表示装置において、画素駆動信号の供給をフレームレートのＮ倍（Ｎは２以上の整数）で行い、画素への照明タイミングと当該画素の応答平坦化時とを一致させるように構成されたことを特徴とする投写型映像表示装置。
請求項３に記載の投写型映像表示装置において、画素の必要応答値が得られる画素駆動信号よりも変化を強調した画素駆動信号を供給して遅れ補償を行なうように構成されたことを特徴とする投写型映像表示装置。
請求項４に記載の投写型映像表示装置において、前フレームの最終画素値と今回の画素値とによって前記変化を強調した画素駆動信号のデータが得られるテーブルを備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の投写型映像表示装置において、フレーム周期と光偏向手段による偏向周期とのずれを検出し、このずれが解消されるように又はずれが一定に生じるように偏向周期を補正制御する制御手段を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
請求項６に記載の投写型映像表示装置において、前記ずれを生じた際の画素の応答と当該画素への光照射期間とで定まる画素の輝度値を、ずれを生じない場合の予定輝度値に近づける制御を行なうように構成されたことを特徴とする投写型映像表示装置。
請求項７に記載の投写型映像表示装置において、前記ずれに応じて、画素応答の目標値よりも変化を強調した値を設定して画素駆動信号を供給することを特徴とする投写型映像表示装置。
請求項７に記載の投写型映像表示装置において、前記ずれに応じて画素駆動信号の供給タイミングを制御することを特徴とする投写型映像表示装置。
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の投写型映像表示装置において、光源から出射されて集光された光を光偏向手段に導くためのロッドプリズムを備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
請求項１０に記載の投写型映像表示装置において、前記ロッドプリズムは光の分散を緩和するようにテーパ形状を有していることを特徴とする投写型映像表示装置。
請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の投写型映像表示装置において、前記光偏向手段は、円盤状に複数の凸レンズから成る機能部を円周方向に沿って配置して成るレンズアレイホイールであることを特徴とする投写型映像表示装置。
請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の投写型映像表示装置において、前記光偏向手段は、プリズムを回転自在に設けて成る構成であることを特徴とする投写型映像表示装置。
請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の投写型映像表示装置において、前記光偏向手段は、渦状に形成された光透過部を有し、この光透過部以外の領域に反射面を有する円盤部材から成ることを特徴とする投写型映像表示装置。
請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の投写型映像表示装置において、前記光偏向手段は、周面に周期的に光透過部と反射部とが交互に形成された円筒状部材から成ることを特徴とする投写型映像表示装置。
請求項１０又は請求項１１に記載の投写型映像表示装置において、前記ロッドプリズムは光入射方向と光出射方向とが異なるように折り曲げられ、光偏向手段は周面に周期的に光透過部と反射部とが交互に形成された円筒状部材から成り、前記円筒状部材の内側に前記ロッドプリズムの全部又は一部が位置していることを特徴とする投写型映像表示装置。
請求項１４に記載の投写型映像表示装置において、前記円盤部材を光照射方向に対して斜めに配置し、前記円盤部材の反射面からの光を受ける位置に補助ミラーを設け、補助ミラーにて反射させた光を前記円盤部材の光透過部に導くように構成されたことを特徴とする投写型映像表示装置。
請求項１７に記載の投写型映像表示装置において、前記円盤部材は透明部材から成り、この透明部材の表裏両面に反射面が形成されていることを特徴とする投写型映像表示装置。
請求項１乃至請求項１８のいずれかに記載の投写型映像表示装置において、前記色分離手段により色分離された各色光は互いに等しい光路長で各色用のホールド型素子に導かれるように構成されたことを特徴とする投写型映像表示装置。
請求項１９に記載の投写型映像表示装置において、色分離前の光の光軸上に３原色光の二光と他の一光を分離する手段及び分離された３原色を合成する手段が配置され、前記光軸を中心に二光の光路と一光の光路は対称とされ、前記二光の光路の途中箇所でそのなかの一光が分離されて前記光軸上に導かれるように構成されていることを特徴とする投写型映像表示装置。
光源から照射された光を受けて透過させる際に当該光に循環的な偏向を生じさせる回転駆動型の照明装置において、光入射方向と光出射方向とが異なる折り曲げ型のロッドプリズムと、周面に周期的に光透過部と反射部とが交互に形成された円筒状部材とを備えて成り、前記円筒状部材の内側に前記ロッドプリズムの全部又は一部が位置していることを特徴とする照明装置。