JP6390944B2 - 投写型映像表示装置 - Google Patents

Description

本開示は、映像光の光路を所定の周期でシフトしながら映像を投写可能な投写型映像表示装置に関する。

従来、高解像度で高品質な映像を実現するために、液晶表示素子などの映像生成部で生成された映像光の光路を制御し、投写面上で表示させる位置を変化させる素子である、所謂、ウォブリング素子を備えた投写型映像表示装置が知られている。

このウォブリング素子を用いることにより、投写型映像表示装置は、映像生成部の解像度よりも高い解像度の映像入力信号が入力された場合でも、高解像度の映像を提供することができる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６-０４７４１４号公報

従来の投写型映像表示装置では、映像光の光路変更に同期して、サブフレームの映像を順次表示する。このため、サブフレーム映像を切り替えるたびにウォブリング素子を駆動し、投写面上での映像光の表示位置を変更する。しかしながら、ウォブリング素子を高速で駆動すると、表示位置が変更される間の映像の切り替わりにより映像がぼやけてしまい、映像の品質が低下するという問題があった。

本開示は、映像光の光路を所定の周期でシフトすることで高解像度の映像を投写可能な投写型映像表示装置であって、映像品質の低下を抑制する投写型映像表示装置を提供することを目的とする。

本開示の投写型映像表示装置は、映像光を生成する映像生成部と、映像光を投写面に投写する光学系と、映像光の光路上に設けられ、映像光の前記投写面上での表示位置を変更する光路変更部と、映像入力信号に基いて映像生成部および光路変更部を制御する制御部とを備える。制御部は、映像入力信号の各フレームの信号を空間的に分割して複数種類のサブフレームの信号を生成する。制御部は、映像信号のフレームの切り替わりの前後において、映像光の投写面上での表示位置が維持されるように光路変更部を制御する。さらに、制御部は、フレームの切り替わり直前のフレームにおける最後のサブフレームの種類と、フレームの切り替わり直後のフレームにおける最初のサブフレームの種類とが同じになるように映像生成部を制御する。

制御部は、映像入力信号から、立体映像用の左眼用映像信号と右眼用映像信号を生成してもよい。制御部は、直前のフレームの最後のサブフレームの映像光が左眼用の映像である場合は、直後のフレームの最初のサブフレームにおいて左眼用の映像光を生成し、直前のフレームの最後のサブフレームの映像光が右眼用の映像の場合は、前記直後のフレームの最初のサブフレームにおいて右眼用の映像光を生成するように、映像生成部を制御してもよい。

本開示によれば、光路を変更する回数を低減させることができ、映像の品質を維持しながら、高い解像度感を有する映像を表示することが可能となる。

本開示に係る投写型映像表示装置の外観斜視図 本開示に係る投写型映像表示装置の構成を示すブロック図 本開示に係る投写型映像表示装置の光学的構成を説明した図 第１実施形態における投写型映像表示装置の映像生成部から投写光学系までの光学的構成を示す図 投写型映像表示装置の制御部の構成を説明するブロック図 映像入力信号の解像度と表示素子の解像度とが同じ場合における映像入力信号と映像出力信号の画素の対応を説明した図 映像入力信号の解像度が表示素子の解像度の４倍である場合における映像入力信号と映像出力信号の画素の対応関係を説明した図 映像入力信号の解像度が表示素子の解像度の４倍である場合における映像入力信号と映像出力信号の画素の対応関係を説明した図。 光路変更部によりシフトされる、複数のサブフレームのスクリーン上での表示位置（投写位置）を説明した図。 圧電素子の駆動電圧と、サブフレームの表示順（スクリーン上での表示位置）とのタイミングチャート（図１０（ａ）は本開示による制御を示し、図１０（ｂ）は比較例の制御を示す。） 第２実施形態の投写型映像表示装置における映像生成部から投写光学系までの光学的構成を示す図 第２実施形態における光路変更部のレンズユニットの一例を示す図 第２実施形態における、映像入力信号の解像度が表示素子の解像度の４倍である場合における映像入力信号と映像出力信号の画素の対応関係を説明した図 第２実施形態における、光路変更部を介して投写されるときの、複数のサブフレームのスクリーン上での表示位置の関係を説明した図 第２実施形態における、（ａ）レンズをＸ方向にシフトさせる圧電素子の駆動電圧、（ｂ）レンズをＹ方向にシフトさせる圧電素子の駆動電圧、および（ｃ）サブフレームの表示順（及びスクリーン上での表示位置）とのタイミングチャート。 第２実施形態の比較例における、（ａ）レンズをＸ方向にシフトさせる圧電素子の駆動電圧、（ｂ）レンズをＹ方向にシフトさせる圧電素子の駆動電圧、および（ｃ）サブフレームの表示順（及びスクリーン上での表示位置）のタイミングチャート 第３実施形態における立体映像を表示可能な投写型映像表示装置の外観斜視図である。 第３実施形態における、（ａ）圧電素子の駆動電圧、（ｂ）液晶シャッタの切替信号、及び（ｃ）サブフレームの表示順（及びスクリーン上での表示位置）のタイミングチャート 第３実施形態の比較例における、（ａ）圧電素子の駆動電圧、（ｂ）液晶シャッタの切替信号、及び（ｃ）サブフレームの表示順（及びスクリーン上での表示位置）のタイミングチャート 液晶表示素子を備えた光路変更部の構成を説明するための図 ２つのガラス部材を備え、映像光の光路を二軸方向にシフト可能な光路変更部の構成を説明するための図 ２つの液晶表示素子を備え、映像光の光路を二軸方向にシフト可能な光路変更部の構成を説明するための図

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、出願人は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

〔第１実施形態〕
１．投写型映像表示装置の構成
投写型映像表示装置の構成について図１および図２を用いて説明する。図１は、投写型映像表示装置１００の外観斜視図である。図１に示すように、投写型映像表示装置１００は、映像入力信号に応じて生成した映像光をスクリーン（投写面）２００へ投写する。

図２は、投写型映像表示装置１００の構成を示すブロック図である。投写型映像表示装置１００は、光源部１０と、映像入力信号に応じて映像光を生成する映像生成部２０と、光源部１０からの光を映像生成部２０へ導く導光光学系５０と、生成された映像光をスクリーン２００へ投写する投写光学系６０と、光源部１０や映像生成部２０などの制御を行う制御部７０とを有する。

投写型映像表示装置１００は、映像生成部２０にて生成された映像光の光路を変更するための光路変更部８０をさらに備える。具体的には、光路変更部８０は、映像生成部２０にて生成された映像光の、スクリーン２００上での表示位置を、画素ピッチ以下の範囲（例えば、１／２画素）内でずらす（この動作の詳細は後述）。これにより、投写型映像表示装置１００は解像度感の高い映像を提供することができる。

１．１ 投写型映像表示装置の光学的な構成
投写型映像表示装置１００の光学的な構成について図３を用いて説明する。図３は、投写型映像表示装置１００の光学的な構成を示す模式図である。

光源部１０から出射した白色光は導光光学系５０に入射する。導光光学系５０に入射した光は、まずレンズ５２に入射し、ロッド５４の入射面近傍で集光される。ロッド５４に入射した光は、ロッド内部で複数回反射することによって、光強度分布が実質的に均一化されて出射する。ロッド５４から出射した光は、レンズ５６によって集光される。レンズ５６は、ロッド５４の出射面の像を後述するＤＭＤ（Digital Mirror Device）に結像させるリレー系のレンズである。レンズ５６から出射した光は、ミラー５８で反射した後、映像生成部２０に入射する。

映像生成部２０に入射した光は、レンズ２２を介して全反射プリズム２４に入射する。レンズ２２は、入射した光を略平行に集光するレンズである。

全反射プリズム２４は２つのプリズムから構成され、互いのプリズムの近接面には薄い空気層２６が介在している。空気層２６は臨界角以上の角度で入射する光を全反射する。レンズ２２を介して、全反射プリズム２４に入射した光は、空気層２６（全反射面）で反射されて、カラープリズム２８に入射する。

カラープリズム２８は３つのプリズムからなり、それぞれのプリズムの近接面には、青反射のダイクロイック膜３０と赤反射のダイクロイック膜３２が形成されている。カラープリズム２８に入射した光は、青反射のダイクロイック膜３０と赤反射のダイクロイック膜３２とによって、青、赤、緑の光に分離され、それぞれＤＭＤ３４、３６、３８に入射する。ＤＭＤ３４、３６、３８は、映像入力信号に応じてマイクロミラーを偏向させることで入射した光の反射方向を変更し、投写光学系６０を構成する投写レンズに入射させたり、投写レンズの有効領域外へ進行させたりする。

ＤＭＤ３４、３６、３８によって反射された光は、再度、カラープリズム２８を透過する。カラープリズム２８を透過する過程で、分離された青、赤、緑の各色光は合成され、全反射プリズム２４に入射する。全反射プリズム２４に入射した光は空気層２６に臨界角以下で入射するため、透過して、投写光学系６０に入射する。このようにして、ＤＭＤ３４、３６、３８によって形成された映像光がスクリーン上に投写される。

映像表示素子としてＤＭＤ３４、３６、３８を用いているため、液晶表示素子（液晶パネル）に比べて、耐光性、耐熱性が高い投写型映像表示装置を構成できる。さらに、青、赤、緑の各色に対して３つのＤＭＤを用いているため、色再現が良好で、明るく高精細な投写映像を得ることができる。

１．２ 光路変更部の構成
光路変更部８０の構成について図４を用いて説明する。図４は、映像生成部２０から投写光学系６０までの光学的な構成を示す模式図である。

光路変更部８０は、屈折率の変化を利用して映像生成部２０からの映像光の光路を屈折させるガラス部材８２と、ガラス部材８２の配置角度を変化させる圧電素子８４とから構成される。圧電素子８４には、圧電素子８４に電力を供給し、圧電素子８４の伸縮を制御する圧電素子駆動部７２が接続されている。ガラス部材８２は、映像光の光軸に直交する軸を中心に回転可能であり、配置角度が変化され得るようになっている。

圧電素子８４は、所定の電圧を加えられると伸長し、ガラス部材８２に接触する。圧電素子８４により押圧されたガラス部材８２は、映像光の光軸に直交する軸を中心に配置角度が変化し、それにより、ガラス部材８２へ入射する映像光の入射角度が変化する。その結果、映像光の進行方向が微小に変化し、スクリーン２００上での映像光の表示位置が移動する。

２．投写型映像表示装置の動作
投写型映像表示装置１００は、映像投写モードとして、通常モードと、通常モード時よりも高い解像度で映像を投写する高解像度モードとを有する。通常モードでは、ＤＭＤ３４、３６、３８の解像度と同じ解像度の映像を投写する。

２．１ 光路変更部の動作
投写型映像表示装置１００の制御部７０による制御について図５〜図１０を用いて説明する。図５は、制御部７０の構成を示すブロック図である。制御部７０は、映像信号生成部７４と、表示素子駆動部７６と、圧電素子駆動部７２とから構成される。

２．１．１ 通常モードでの動作
映像信号生成部７４は、制御部７０に入力された映像入力信号を、ＤＭＤ３４、３６、３８へ出力する映像出力信号に変換する。さらに、映像信号生成部７４は、映像入力信号を、ＤＭＤ３４、３６、３８で生成される映像光と圧電素子８４の駆動間の同期を取るための同期信号に変換する。すなわち、映像信号生成部７４は、映像入力信号に基いて、映像出力信号と同期信号とを生成する。

映像信号生成部７４は、ＤＭＤ３４、３６、３８と同じ解像度の映像入力信号を入力したときは、図６に示すように、ＤＭＤ３４、３６、３８の各画素に対応している映像入力信号を、そのまま映像出力信号として表示素子駆動部７６へ出力する。

一方、ＤＭＤ３４、３６、３８の解像度の４倍の解像度の映像入力信号を入力したときは、映像信号生成部７４は次にようにして映像出力信号を生成する。１フレームの映像の全領域において、２×２画素で構成される複数の領域（以下「ブロック」という）を設定する。映像信号生成部７４は、図７に示すように、例えば、各ブロック内の４画素のうち、左上の画素（○を付した画素）の信号をサンプリングした信号を映像出力信号として表示素子駆動部７６へ出力する。または、映像信号生成部７４は、各ブロック内の４画素の信号値の平均値を算出して、補間画素の信号を求め、ＤＭＤ３４、３６、３８の各画素への映像出力信号として出力してもよい。

２．１．２ 高解像度モードでの動作
高解像度モードの場合、制御部７０は、光路変更部８０を駆動して、ＤＭＤ３４、３６、３８の解像度の２倍密の映像を表示する。映像信号生成部７４は、１フレーム分（例えば、Ｎフレーム目）の映像入力信号を画素毎に（空間的に）分割して、画素位置が異なる２種類のサブフレームを生成する。２種類のサブフレームは１フレーム期間内において順次出力される。具体的には、図８に示すように、例えば、２×２画素を含むブロック内の４画素の信号のうち、左上の画素（○を付した画素）の信号を第１サブフレームの映像信号とし、右下の画素（△を付した画素）の信号を第２サブフレームの映像出力信号として、この順に表示素子駆動部７６へ出力する。一方、圧電素子駆動部７２は、ＤＭＤ３４、３６、３８において第１サブフレームと第２サブフレームとが切り替わるタイミングと、光路変更部８０がスクリーン２００上の表示位置をずらす（映像光の光路を変更する）タイミングとが一致するように同期信号を出力する。

図９に示すように、光路変更部８０は、ＤＭＤ３４、３６、３８において第１サブフレームの映像を表示している間、スクリーン２００上の破線で示す位置に映像光を投写する。ＤＭＤ３４、３６、３８において第２サブフレームの映像を表示している間、光路変更部８０は、スクリーン２００上の実線で示す位置、詳細には、第１サブフレームの映像の表示位置に対して、縦横の両方向に１／２画素だけシフトした位置に映像光を投写するように、光路を変更する。これにより、元の映像入力信号の画素位置と、第２サブフレームの映像信号の画素位置との整合性が取れると共に、ＤＭＤ３４、３６、３８の解像度の２倍の解像度感のある映像を表示することができる。

次に、Ｎフレーム目の映像からＮ＋１フレーム目の映像へ切り替わるときの制御について説明する（Ｎは自然数）。映像信号生成部７４は、図１０（ａ）に示すように、Ｎフレーム目からＮ＋１フレーム目へ切り替わり点において、スクリーン２００上での映像光の表示位置が維持されるように、光路変更部８０を制御する。

具体的には、映像信号生成部７４は、Ｎ＋１フレーム目の映像入力信号の、２×２画素を含むブロック内の４画素の信号のうち、左上の画素の信号を第１サブフレームとし、右下の画素の信号を第２サブフレームとして映像出力信号を生成する。映像信号生成部７４は、生成された第２サブフレームと第１サブフレームを、この順に表示素子駆動部７６へ出力する。一方、映像信号生成部７４は、圧電素子駆動部７２に対しては、ＤＭＤ３４、３６、３８の表示が第２サブフレームから第１サブフレームへ切り替わるタイミングと、光路変更部８０がスクリーン２００上の表示位置をずらすタイミングとが一致するように同期信号を生成して出力する。

すなわち、映像信号生成部７４は、ＤＭＤ３４、３６、３８において、Ｎフレーム目の第２サブフレームの次に、Ｎ＋１フレーム目の第２サブフレームを表示するように制御する。すなわち、映像信号生成部７４は、フレームの切り替わり点において、スクリーン２００上の表示位置を変更しないように、同じ種類のサブフレームを表示するように制御している。例えば、フレームの切り替わり直前に第１サブフレーム（または第２サブフレーム）が表示されるときは、切り替わり直後においても同じ第１サブフレーム（または第２サブフレーム）が表示されるように制御される。換言すれば、フレームの切り替わり点において、圧電素子８４を駆動させないように制御している。

図１０（ｂ）は、第１サブフレームと第２サブフレームの切り替わり毎に圧電素子８４を駆動する場合の圧電素子８４への印加電圧の変化を示した図である。図１０（ｂ）では、第１サブフレーム（Ｎフレーム目）→第２サブフレーム（Ｎフレーム目）→第１サブフレーム（Ｎ＋１フレーム目）→第２サブフレーム（Ｎ＋１フレーム目）の順に映像を表示している。

図１０（ａ）に示すような本実施形態の圧電素子の駆動方法により、図１０（ｂ）に示すような第１サブフレームと第２サブフレームの切り替わり毎に圧電素子８４を駆動する場合に比べ、圧電素子８４の駆動周波数を１／２に低減することができる。これにより、圧電素子の駆動に起因する騒音を低減でき、さらに、映像の品質を維持することができるほか、圧電素子の信頼性の向上も期待できる。また、圧電素子を高速で駆動した場合、駆動音が発生し得る場合があり、その駆動音はユーザにとって騒音として認知される。このような場合に、本実施形態の圧電素子の駆動方法により騒音の発生を抑制できる。

３．効果、等
以上のように投写型映像表示装置１００は、映像光を生成する映像生成部２０と、映像光を投写面２００に投写する光学系５０、６０と、映像光の光路上に設けられ、映像光の投写面２００上での表示位置を変更する光路変更部８０と、映像入力信号に基いて、映像生成部２０および光路変更部８０を制御する制御部７０と、を備える。制御部７０は、映像入力信号の各フレームの信号を空間的に分割して複数種類のサブフレームの信号を生成する。制御部７０は、映像信号のフレームの切り替わりの前後において、映像光の投写面２００上での表示位置が維持されるように（すなわち、映像光の投写面上でのフレーム切り替わり前の表示位置とフレーム切り替わり後の表示位置とが同じになるように）、光路変更部８０を制御する。さらに、制御部７０は、フレームの切り替わりの直前のフレームにおける最後のサブフレームの種類（第１／第２サブフレーム）と、フレームの切り替わりの直後のフレームにおける最初のサブフレームの種類とが同じになるように映像生成部２０を制御する。

上記の構成により、映像光の光路を変更する回数を低減でき、映像の品質を維持でき、圧電素子の信頼性の向上、低騒音化といった効果も期待できる。

〔第２実施形態〕
投写型映像表示装置の別の構成例を示す。本実施形態の投写型映像表示装置は、基本的には、実施の形態１の投写型映像表示装置と同様の構成を有するが、光路変更部の構成が実施の形態１のものと異なる。また、本実施形態の投写型映像表示装置の高解像度モードでは、映像光の投写面上での表示位置をＸ方向及び／またはＹ方向にそれぞれ１／２画素ずつシフトしながら第１〜第４サブフレームを時分割で順次表示する。

本実施形態における投写型映像表示装置の光路変更部８０の構成について図１１を用いて説明する。図１１は、本実施形態の投写型映像表示装置における、映像生成部２０から投写光学系６０までの光学的な構成を示す模式図である。

光路変更部８０は、２つのレンズ８６、８７を含み、屈折率を打ち消しあうように構成されるレンズユニット８５と、投写光学系６０の光軸に垂直な面においてレンズユニット８５の一方のレンズを２方向に移動させる圧電素子８８、８９とから構成される。圧電素子８８、８９には、圧電素子８８、８９に電力を供給し、圧電素子８８、８９の伸縮を制御する圧電素子駆動部７２が接続されている。レンズユニット８５は、３枚以上のレンズを含んでもよい。

レンズユニット８５のレンズ８６は、全反射プリズム２４側が平坦な面を有し、レンズ８７側が凹レンズとなる平凹レンズである。レンズ８６の平坦な面は、全反射プリズム２４に接した状態で固定されている。レンズユニット８５のレンズ８７は、レンズ８６側が凸レンズで、投写光学系６０側が平坦な面を有する平凸レンズである。レンズ８７は、投写光学系６０及びレンズ８６との間に所定の間隔をあけて、投写光学系６０とレンズ８６の間に配置されている。

レンズユニット８５の圧電素子８８、８９は、圧電素子駆動部７２に接続されており、圧電素子駆動部７２からの駆動信号（印加電圧）に応じて、レンズ８７を、投写光学系６０の光軸に垂直な面内において、少なくとも２つ以上の方向に移動させる。

図１２は、レンズユニット８５の構成の一例を説明するための模式図である。図１２に示すように、レンズユニット８５の圧電素子８８、８９は、レンズ外枠２０１、レンズ内枠２０２、及びガラス基板からなるレンズ固定部材２０３を有する。

レンズ内枠２０２には、支柱２０４、支柱２０５、支柱２０６、及び支柱２０７が設けられている。また、レンズ外枠２０１には、受穴２０８、受穴２０９、受穴２１０、及び受穴２１１が設けられている。支柱２０４は受穴２０８に挿入され、支柱２０５は受穴２０９に挿入され、支柱２０６は受穴２１０に挿入され、支柱２０７は受穴２１１に挿入されている。各穴の断面積は、各支柱の断面積よりも大きい。従って、レンズ内枠２０２は、レンズ外枠２０１に対して移動可能に保持されている。

レンズ固定部材２０３には、支柱２１２、支柱２１３、支柱２１４、及び支柱２１５が設けられている。レンズ内枠２０２には、受穴２１６、受穴２１７、受穴２１８、及び受穴２１９が設けられている。支柱２１２は受穴２１６に挿入され、支柱２１３は受穴２１７に挿入され、支柱２１４は受穴２１８に挿入され、支柱２１５は受穴２１９に挿入されている。各穴の断面積は、各支柱の断面積よりも大きい。従って、レンズ固定部材２０３は、レンズ内枠２０２に対して移動可能に保持されている。

圧電素子８８、８９は、電圧の印加により長さが変動する素子で、電圧を印加することにより伸長し、電圧の印加を停止することにより短縮する動作を行う。圧電素子８９はレンズ外枠２０１に固定され、レンズ内枠２０２に接している。圧電素子８８は、レンズ内枠２０２に固定されレンズ固定部材２０３に接している。圧電素子８８、８９は、圧電素子駆動部７２に接続され、圧電素子駆動部７２は、圧電素子８８、８９それぞれに個別の駆動信号（電圧）を供給する。圧電素子８８、８９は、圧電素子駆動部７２から駆動信号が供給されると、伸長する動作を行う。

バネ２２２は、圧電素子８９近傍に配置され、両端がそれぞれレンズ外枠２０１及びレンズ内枠２０２に固定されている。バネ２２２は、圧電素子８９が伸長する方向の力に抗するように、レンズ内枠２０２とレンズ外枠２０１とを引きよせる引張力を加えている。圧電素子８９が伸長し、レンズ内枠２０２を押すことで、レンズ内枠２０２は、レンズ外枠２０１に対してＸ軸のマイナス方向に移動する。また、圧電素子８９が短縮し、バネ２２２がレンズ内枠２０２を引くことで、レンズ内枠２０２は、レンズ外枠２０１に対してＸ軸のプラス方向に移動する。

バネ２２３は、圧電素子８８近傍に配置され、両端がそれぞれレンズ内枠２０２及びレンズ固定部材２０３に固定されている。バネ２２３は、圧電素子８８が伸長する方向の力に抗するように、レンズ固定部材２０３とレンズ内枠２０２とを引きよせる引張力を加えている。圧電素子８８が伸長し、レンズ固定部材２０３を押すことで、レンズ８７は、レンズ固定部材２０３と共にレンズ内枠２０２に対してＹ軸のプラス方向に移動する。また、圧電素子８８が短縮し、バネ２２３がレンズ固定部材２０３を引くことで、レンズ８７は、レンズ固定部材２０３と共に、レンズ内枠２０２に対してＹ軸のマイナス方向に移動する。

圧電素子８９とバネ２２２は、レンズ８７と、そのレンズ８７を保持するレンズ保持部としてのレンズ内枠２０２、及びレンズ固定部材２０３とから構成されるレンズ部のＹ軸方向の重心Ｇ１近傍に配置されている。圧電素子８８とバネ２２３は、レンズ部のＸ軸方向の重心Ｇ２近傍に配置されている。

上記の光路変更部８０の構成により、本実施形態では、高解像度モードにおいて、ＤＭＤ３４、３６、３８の解像度の４倍の解像度の映像を表示することが可能となる。以下に、４倍の解像度を実現するための制御について図１３、図１４を用いて説明する。

ＤＭＤ３４、３６、３８の解像度の４倍の解像度の映像を表示するために、映像信号生成部７４は、１フレーム分（例えば、Ｎフレーム目）の映像入力信号を画素毎に（空間的に）分割して、画素位置が異なる４種類のサブフレームを生成する。４種類のサブフレームは１フレーム期間内において順次出力される。具体的には、図１３に示すように、映像信号生成部７４は、例えば、２×２の４画素を含むブロック内の画素の信号のうち、左上の画素の信号を第１サブフレームの映像信号として（図１３（ｂ）参照）、右上の画素の信号を第２サブフレームの映像信号として（図１３（ｃ）参照）、右下の画素の信号を第３サブフレームの映像信号として（図１３（ｄ）参照）、そして、左下の画素の信号を第４サブフレームの映像出力信号として（図１３（ｅ）参照）、この順に表示素子駆動部７６へ出力する。また、映像信号生成部７４は、圧電素子駆動部７２に対して、各サブフレームが切り替わるタイミングと、光路変更部８０がスクリーン２００上の表示位置をずらす（映像光の光路を変更する）タイミングとを一致させるための同期信号を出力する。

光路変更部８０は、ＤＭＤ３４、３６、３８において第１サブフレームの映像を表示している間（図１４（ａ１）参照）、スクリーン２００上の所定の位置（基準位置）に映像光を投写する（図１４（ａ２）参照）。次に、ＤＭＤ３４、３６、３８において第２サブフレームの映像を表示している間（図１４（ｂ１）参照）、光路変更部８０は、破線で示す基準位置から左方向に１／２画素移動した実線で示す位置に映像光を投写するように、光路を変更する（図１４（ｂ２）参照）。具体的には、圧電素子８９が伸長し、レンズユニット８５が映像光の光路を曲げる。

ＤＭＤ３４、３６、３８において第３サブフレームの映像を表示している間（図１４（ｃ１）参照）、光路変更部８０は、さらに下方向に１／２画素移動し、基準位置から縦横それぞれ１／２画素移動した実線で示す位置に映像光を投写するように、光路を変更する（図１４（ｃ２）参照）。最後に、ＤＭＤ３４、３６、３８において第４サブフレームの映像を表示している間（図１４（ｄ１）参照）、光路変更部８０は、右方向に１／２画素移動し、基準位置から下方向に１／２画素移動した実線で示す位置に映像光を投写するように、光路を変更する（図１４（ｄ２）参照）。これにより、元の映像入力信号の画素位置との整合が取れると共に、ＤＭＤ３４、３６、３８の解像度の４倍の解像度感のある映像を表示することができる。

次に、Ｎフレーム目の映像からＮ＋１フレーム目の映像へ切り替わるときの制御について説明する。図１５に、本実施形態における圧電素子８８、８９に対する駆動電圧波形を示す。図１５（ａ）は、レンズ８７をＸ方向に移動させる圧電素子８９に対する駆動電圧の変化を示す。図１５（ｂ）は、レンズ８７をＹ方向に移動させる圧電素子８８に対する駆動電圧の変化を示す。図１５（ｃ）は、スクリーン上でのシフトされた画像の投写位置を示す。本実施形態においても、第１実施形態と同様に、フレームの切り替わり前後において表示されるサブフレームの種類（第１〜第４サブフレーム）が同じになるようにサブフレームの切り替えを制御する。例えば、フレームの切り替わり直前に第１サブフレーム（または第４サブフレーム）が表示されるときは、切り替わり直後においても同じ第１サブフレーム（または第４サブフレーム）が表示されるように制御される。映像信号生成部７４は、図１５に示すように、Ｎフレーム目からＮ＋１フレーム目へ切り替わるとき、スクリーン２００上での映像光の表示位置が維持されるように、光路変更部８０を制御する。

具体的には、Ｎ＋１フレーム目において、映像信号生成部７４は、Ｎフレーム目と同様に、Ｎ＋１フレーム目の映像入力信号の、２×２画素を含むブロックの画素の信号のうち、左上の画素の信号を第１サブフレーム、右上の画素の信号を第２サブフレーム、右下の画素の信号を第３サブフレーム、左下の画素の信号を第４サブフレームの映像出力信号として生成する。そして、映像信号生成部７４は、第４サブフレーム、第３サブフレーム、第２サブフレーム、第１サブフレームの順に映像出力信号を表示素子駆動部７６へ出力する。また、映像信号生成部７４は、圧電素子駆動部７２に対して、ＤＭＤ３４、３６、３８における各サブフレームに切り替わるタイミングと、光路変更部８０がスクリーン２００上の表示位置をずらすタイミングとを一致させるための同期信号を出力する。

すなわち、映像信号生成部７４は、ＤＭＤ３４、３６、３８において、Ｎフレーム目の第４サブフレームの次に、Ｎ＋１フレーム目の第４サブフレームを表示する（１→２→３→４→４→３→２→１→１→２）ように制御する。

図１６は、サブフレームの順を１→２→３→４→１→２→３→４→１→２の順に切り替えながら映像を表示する場合の圧電素子８８、８９の駆動電圧を示した図である。図１６（ａ）は、レンズ８７をＸ方向に移動させる圧電素子８９に対する駆動電圧の変化を示す。図１６（ｂ）は、レンズ８７をＹ方向に移動させる圧電素子８８に対する駆動電圧の変化を示す。図１６（ｃ）は、スクリーン上でのシフトされた画像の投写位置を示す。

表示させるサブフレームを図１６に示すように切り替える場合に比べ、図１５に示すように本実施形態のようにサブフレームを切り替えることにより、圧電素子８８の駆動周波数を１／２に低減することができる（図１５（ｂ）、図１６（ｂ）参照）。したがって、本実施形態においても、映像の品質を維持することができ、圧電素子の信頼性の向上や低騒音化といった効果も期待できる。

〔第３実施形態〕
本実施形態では、第１実施形態の原理を立体映像の表示に応用した構成を説明する。本実施形態の投写型映像表示装置の構成、動作は基本的に実施の形態１で示したものと同様である。以下の説明では、第３実施形態の投写型映像表示装置について、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

本実施形態では、左眼用映像と右眼用映像の各々の表示位置に対応する４つのサブフレームの出力順を切り替える。光路変更部８０および立体映像を鑑賞する際に装着する液晶シャッタメガネの開閉タイミングを制御することにより、光路変更部８０の圧電素子および液晶シャッタメガネ３０１の液晶シャッタの動作周波数を半分にする。これにより、立体表示による輝度低下を低減することが可能となる。

本実施形態における立体映像を表示可能な投写型映像表示装置の構成について図１７を用いて説明する。図１７は、立体映像を表示可能な投写型映像表示装置３００の外観斜視図である。本実施形態の投写型映像表示装置３００は、制御部７０により、映像入力信号に応じて生成した左眼用画像と右眼用画像を生成する。そして、図１７に示すように、投写型映像表示装置３００は、映像入力信号に応じて生成した左眼用画像と右眼用画像を示す映像光を時間的に交互にスクリーン２００へ投写する。投写型映像表示装置３００は、表示する画像に同期して液晶シャッタメガネ３０１の開閉を制御する制御信号を出力するためのエミッタ３０２を備える。液晶シャッタメガネ３０１は、エミッタ３０２からの制御信号を受信する受光部（不図示）を備える。液晶シャッタメガネ３０１は、制御信号にしたがい、投写型映像表示装置３００が表示する画像に同期して、左眼用の液晶シャッタと右眼用の液晶シャッタのいずれか一方を閉じるように制御する。

次に、投写型映像表示装置３００の映像出力動作について説明する。図１８（ａ）は、圧電素子８４に対する駆動電圧の変化を示した図である。図１８（ｂ）は、液晶シャッタメガネ３０１の液晶シャッタの切替信号の変化を示した図である（Ｈｉｇｈのとき、左眼用シャッタが開かつ右眼用シャッタが閉、Ｌｏｗのとき、左眼用シャッタが閉かつ右眼用シャッタが開）。図１８（ｃ）は、表示されるサブフレームの種類及びスクリーン上でのシフトされた画像の投写位置を示した図である。

本実施形態においては、フレームの切り替わり前後において同じ種類の画像（左眼用映像／右眼用映像およびサブフレーム）を表示するようにしている。例えば、フレームが切り替わる直前において第１サブフレームの左眼画像を表示する場合、フレームが切り替わった直後においても第１サブフレームの左眼画像を表示するようにする。または、フレームが切り替わる直前において第２サブフレームの右眼画像を表示する場合、フレームが切り替わった直後においても第２サブフレームの右眼画像を表示する。

すなわち、投写型映像表示装置３００は、図１８に示すように、Ｎフレーム目の、左眼用第１サブフレーム（Ｌ１）→左眼用第２サブフレーム（Ｌ２）→右眼用第２サブフレーム（Ｒ２）→右眼用第１サブフレーム（Ｒ１）→Ｎ＋１フレーム目の、右眼用第１サブフレーム（Ｒ１）→右眼用第２サブフレーム（Ｒ２）→左眼用第２サブフレーム（Ｌ２）→左眼用第１サブフレーム（Ｌ１）の順に表示する。すなわち、通常のフレームレート（例えば、６０Ｈｚ）の４倍の速度（例えば、２４０Ｈｚ）でサブフレームを出力する。

図１９は、左眼画像および右眼画像のそれぞれにおいて最初に第１サブフレームを表示し、次に第２サブフレームを表示するように制御する場合の、（ａ）圧電素子８４への駆動電圧、（ｂ）液晶シャッタの切替信号、及び（ｃ）表示されるサブフレームの種類及びスクリーン上での投写位置をそれぞれ示した図である。

左眼用映像および右眼用映像の出力順序及び表示するサブフレームの順序を図１８に示すように制御することで、圧電素子８４および液晶シャッタの動作周波数が、図１９に示すような場合の半分になる。

すなわち、映像信号生成部７４は、Ｎフレーム目は、Ｌ１→Ｌ２→Ｒ２→Ｒ１の順で出力し、Ｎ＋１フレーム目は、Ｒ１→Ｒ２→Ｌ２→Ｌ１の順で出力する。これにより、Ｎフレーム目における２番目のサブフレームから３番目のサブフレームへ映像が切り替わるとき、および、Ｎフレーム目の映像からＮ＋１フレーム目の映像へ切り替わるとき、スクリーン２００上での映像光の表示位置が維持されるので、圧電素子の動作周波数を、図１９に示すように、フレーム毎に左眼画像、右眼画像の順に表示し、かつ左眼画像または右眼画像において第１サブフレーム、第２サブフレームの順に表示する場合に比べて半分にすることができる。

本実施形態では、出力される映像に同期して、液晶シャッタメガネ３０１は、通常のフレームレート（例えば、６０Ｈｚ）と同じ速度（例えば、６０Ｈｚ）で左眼または右眼の切替を行なう。すなわち、切替タイミングは、Ｎフレーム目において、２番目のサブフレームから３番目のサブフレームへ映像が切り替わるとき、左眼側液晶シャッタが閉、右眼側液晶シャッタが開となる。そして、Ｎ＋１フレーム目において、２番目のサブフレームから３番目のサブフレームへ映像が切り替わるとき、左眼側液晶シャッタが開、右眼側液晶シャッタが閉となる。

以上のように、本実施形態では、制御部７０は映像入力信号から、立体映像用の左眼用映像信号と右眼用映像信号を生成する。制御部７０は、直前のフレームの最後のサブフレームの映像光が左眼用の映像である場合は、直後のフレームの最初のサブフレームにおいて左眼用の映像光を生成するように映像生成部２０を制御する。また、制御部７０は、直前のフレームの最後のサブフレームの映像光が右眼用の映像の場合は、直後のフレームの最初のサブフレームにおいて右眼用の映像光を生成するように映像生成部２０を制御する。

本実施形態によれば、図１９に示す通常の動作と同様の視聴体験を、圧電素子および液晶シャッタの駆動周波数を半分にしても実現することができる。よって、映像表示に使用できる期間が増加し、立体表示による輝度低下を抑制することができる。

〔その他の実施形態〕
上述の実施形態では、光源部１０を具体的には規定しなかったが、ランプ光源や固体光源、特に、レーザ光源と蛍光体とを組み合わせた光源などを用いることができる。３枚のＤＭＤを備える映像生成部２０の構成を説明したが、これに限定されるものではない。映像生成部が１枚のＤＭＤのみを備えるようにしてもよい。また、表示素子として、ＤＭＤに代えて、透過型および反射型の液晶表示素子を用いることもできる。

上述の実施形態では、光路変更部８０を振動させる駆動源として圧電素子を用いて説明したが、これに限定されるものではなく、ボイスコイルモータなども用いることができる。光路変更部８０は、映像生成部２０と投写光学系６０との間に配置したが、映像生成部２０からスクリーン２００までの間に配置されればよく、例えば、投写光学系６０内のレンズ間に挿入されてもよい。レンズユニット８５において、映像生成部２０を基準にして、平凹レンズ８６、平凸レンズ８７の順に配置した構成を説明したが、これに限定されるものではない。レンズユニット８５内の２つのレンズは屈折率を打ち消しあうように構成されていればよい。従って、映像生成部２０を基準にして、平凸レンズ８７、平凹レンズ８６の順に配置してもよい。

第１の実施形態では、高解像度モードにおいて、２倍密の映像表示を実現するため、左上の画素の信号を第１サブフレームとし、右下の画素の信号を第２サブフレームとする例を説明したが、サブフレームはこれに限定されるものではない。例えば、右上の画素の信号を第１サブフレームとし、左下の画素の信号を第２サブフレームとしてもよい。この場合、光路変更部は、サンプリングする画素の位置に合わせて、映像光の投写面上の表示位置が右上と左下を移動するように映像光の光路を制御する。

上述の実施形態では、映像信号生成部におけるサブフレームの映像信号の生成について、ブロック内の左上の画素の信号を第１サブフレームとして説明したが、これに限定されるものではない。他の位置の画素の信号を第１サブフレームとして設定してもよい。または、画素間の補間信号を生成して、第１サブフレームとして設定することも可能である。

上記の実施形態において、光路変更部は、光路変更部材として、ガラス部材やレンズを用いたが、光路変更部材として液晶表示素子を用いてもよい。すなわち、液晶表示素子の屈折率を変更させることで光路をシフトさせても良い。図２０に、液晶表示素子を用いた光路変更部の構成を示す。光路変更部８０ｂは、液晶表示素子８３と、液晶表示素子８３を駆動する駆動回路７２ｂとで構成される。駆動回路７２ｂは、液晶表示素子８３への印加電圧を制御することで、液晶表示素子の屈折率を変化させ、透過光の光路を所定の方向にシフトさせる。このような構成を有する光路変更部によっても、光路をシフトさせることができる。なお、光路変更部８０ｂに対する駆動制御として、図１０（ａ）に示したような駆動電圧及びサブフレームの切替え制御の考え方が同様に適用できる。

また、第２実施形態では、図１１及び図１２に示すように、レンズ８７を２軸方向（Ｘ方向、Ｙ方向）にシフトさせることで光路を変更させる構成を説明したが、光路変更部の構成はこれに限定されるものではない。例えば、第１実施形態で示したようなガラス部材を２つ組み合わせて、２軸方向に光路をシフト可能な光路変更部を構成してもよい。図２１にその構成を示す。光路変更部８０ｃは、屈折率の変化を利用して映像生成部２０からの映像光の光路を屈折させるガラス部材８２ａ、８２ｂと、ガラス部材８２ａ、８２ｂの配置角度をそれぞれ変化させる圧電素子８４ａ、８４ｂとから構成される。ガラス部材８２ａは、画素の投写位置をＹ方向にシフトさせ、ガラス部材８２ｂは、画素の投写位置をＸ方向にシフトさせる。圧電素子８４ａ、８４ｂは圧電素子駆動部７２により駆動される。２つのガラス部材８２ａ、８２ｂを組合せることで、光路をＸ方向及びＹ方向にシフトさせることができる。

また、映像光の光路を２つの液晶表示素子を用いて２軸方向にシフトさせても良い。図２２に、２つの液晶表示素子を用いて２軸方向に光路をシフトさせるための光路変更部の構成を示す。光路変更部８０ｄは、Ｙ方向に光路をシフトさせる液晶表示素子８３ａと、Ｘ方向に光路をシフトさせる液晶表示素子８３ｂと、液晶表示素子８３ａ、８３ｂを駆動する駆動回路７２ｂとから構成される。なお、光路変更部８０ｃ、８０ｄに対する駆動制御として、図１５に示したような駆動電圧及びサブフレームの切替え制御の考え方が同様に適用できる。

第３の実施形態では、液晶シャッタメガネ３０１を用いて説明したが、これに限定されるものではなく、他のフィールドシーケンシャル３Ｄ方式で実現されても良い。例えば、偏光メガネを用いる方式でも、投写される映像光の偏光方向を変調する装置の駆動周波数を半分にすることができる。また、波長分割方式においては、多層膜のフィルタの切り替え周波数を半分にすることができる。

以上のように、添付図面および詳細な説明によって、ベストモードと考える実施の形態と他の実施の形態とを提供した。これらは、特定の実施の形態を参照することにより、当業者に対して、特許請求の範囲に記載の主題を例証するために提供されるものである。したがって、特許請求の範囲またはその均等の範囲において、上述の実施の形態に対して、種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示は、プロジェクタ等の投写型映像表示装置に適用できる。

１０ 光源部
２０ 映像生成部
２２、５２、５６、８６、８７ レンズ
２４ 全反射プリズム
２６ 空気層
２８ カラープリズム
３０、３２ ダイクロイック膜
３４、３６、３８ ＤＭＤ
５０ 導光光学系
５４ ロッド
５８ ミラー
６０ 投写光学系
７０ 制御部
７２ 圧電素子駆動部
７４ 映像信号生成部
７６ 表示素子駆動部
８０ 光路変更部
８２ ガラス部材
８４、８８、８９ 圧電素子
８５ レンズユニット
１００、３００ 投写型映像表示装置
２００ スクリーン
２０１ レンズ外枠
２０２ レンズ内枠
２０３ レンズ固定部材
２０４、２０５、２０６、２０７、２１２、２１３、２１４、２１５ 支柱
２０８、２０９、２１０、２１１、２１６、２１７、２１８、２１９ 受穴
２２２、２２３ バネ
３０１ 液晶シャッタメガネ
３０２ エミッタ

Claims (5)

1. 映像光を生成する映像生成部と、
   前記映像光を投写面に投写する光学系と、
   前記映像光の光路上に設けられ、前記映像光の前記投写面上での表示位置を変更する光路変更部と、
   映像入力信号に基いて、前記映像生成部および前記光路変更部を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記映像入力信号の各フレームの信号を空間的に分割して複数種類のサブフレームの信号を生成し、
   前記制御部は、映像信号のフレームの切り替わりの前後において、前記映像光の前記投写面上での表示位置が維持されるように前記光路変更部を制御し、さらに、
   フレームの切り替わり直前のフレームにおける最後のサブフレームの種類と、フレームの切り替わり直後のフレームにおける最初のサブフレームの種類とが同じになるように前記映像生成部を制御し、
   さらに、前記制御部は、前記映像入力信号から、立体映像用の左眼用映像信号と右眼用映像信号を生成し、前記直前のフレームの最後のサブフレームの映像光が左眼用の映像である場合は、前記直後のフレームの最初のサブフレームにおいて左眼用の映像光を生成し、前記直前のフレームの最後のサブフレームの映像光が右眼用の映像の場合は、前記直後のフレームの最初のサブフレームにおいて右眼用の映像光を生成するように、前記映像生成部を制御する
   ことを特徴とする投写型映像表示装置。
2. 前記光路変更部は、第１の方向に映像光の光路をシフトすることが可能な第１の光路変更部材と、前記第１の方向とは異なる第２の方向に映像光の光路をシフトすることが可能な第２の光路変更部材とを備え、
   前記制御部は、前記フレームの切り替わりの前後において、前記第１の光路変更部材による前記第１の方向における映像光のシフト位置及び前記第２の光路変更部材による前記第２の方向における映像光のシフト位置が維持されるように、前記光路変更部を制御する、
   請求項１記載の投写型映像表示装置。
3. 前記制御部は、前記映像入力信号の１フレームが示す映像の領域を複数のブロックに分割して得られる各ブロック内の所定の画素をサンプリングすることでサブフレームの映像信号を生成する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の投写型映像表示装置。
4. 前記光路変更部はガラス部材、液晶表示素子、およびレンズのいずれかを含む、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の投写型映像表示装置。
5. 前記映像生成部は、ＤＭＤ(Digital Mirror Device)および液晶表示素子のいずれかを含む、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の投写型映像表示装置。

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