JP2006171174A - 映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＤＬＰ方式のプロジェクタで、色割れを防止するためにフィールド周波数を上げたときにも、多重像現象が発生しないようにする。
【解決手段】 入力映像信号のフィールド周波数のＮ倍にし、面順次化してＤＭＤ素子４に供給し、光源１５からの光をカラーホイール１０を介してＤＭＤ素子４に照射し、その反射光をスクリーン５に映し出す。制御回路８は、入力映像信号の１フィールドを複数の発光ブロックに分割し、各発光ブロック毎に光量を重み付けし、光源駆動回路１６により、各発光ブロック毎に光量を重み付けされた駆動電流で、光源１５を発光させる。例えば、中間付近が最大で、両端にいくに従って明るさが減少するように、各発光ブロック毎に光量を重み付けすることで、中央付近のフィールドの画像が強調され、両端のフィールドのときの画像が目立たなくなり、多重像現象が抑圧できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＤＬＰ(Digital Light Processing)等を用いた映像表示装置に関するもので、特に、色割れの防止のために、フィールド周波数を上げた場合にも、多重像現象が発生することがないようにしたものに係わる。

近年、ＤＭＤ(Digital Micromirror Device)素子を使用したＤＬＰ方式によるプロジェクタが製品化されている。ＤＭＤ素子は表面に無数の微小なミラーを配置し、その角度を画素毎に変えられるデバイスである。ＤＬＰ方式ではＤＭＤ素子に光源からの光を照射し、ＤＭＤ素子の表面のミラーの角度によって光の進路を変え、画素単位で光のオン／オフを行い、映像表示を行う。こうして得られた画像情報の光をスクリーンに照射して画像表示を行うのがＤＬＰ方式のプロジェクタである。

ＤＬＰ方式のプロジェクタでは、一般的には１枚のDＭＤ素子を用いるため、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）の３原色を得るために、３色に塗り分けられた、回転するカラーホイールを用いる。映像信号を面順次化し、カラーホイールをＤＭＤ素子のＲＧＢ単位の映像表示周期と同期して回転させることで、ＲＧＢのカラー表示を可能とする。

ＤＬＰ方式のプロジェクタでは、１フィールドの映像におけるＲＧＢの３色を順番で表示するために、静止画を表示している、或いは視聴者の視線が固定されているときには問題無いが、動画を表示したり、視聴者の目線が動いたとき、絵柄によっては、ＲＧＢの発光が時間的にずれていることが検知されて、色割れと呼ばれる、本来ないはずの色が見えてしまう現象が現れる。

図３は、色割れの発生を説明したもので、静止した画面中央部のウィンドウＷ１が静止しているときには、図３（Ａ）に示すように色割れは生じないが、右に動き始めると、図３（Ｂ）に示すように、ウィンドウＷ１の前縁、後縁に、本来ないはずの色が付く。この例では、ウィンドウＷ１の一方の縁に黄色と赤の色が付き、その他方の縁に青とシアンの色が付いている。その幅は動き量に応じて変化し、動きが大きい程激しくなる。

図４は、色割れの発生原理を表した図である。図４において、縦方向は時間、横方向は画面上のポジションを表し、白のウィンドウ（ＲＧＢが面順次で順に発光して白となる）が右方向に３ドット／フィールドで動いている様子を表す。

このとき、目線はウィンドウの動きに合わせて移動し、網膜上の位置Ｌ１〜Ｌ３はウィンドウの後縁、網膜上の位置Ｌ４〜Ｌ６はウィンドウの前縁を見ていることに相当する。ウィンドウ部分の発光は図のようにＲＧＢの順で行われるが、網膜上の位置Ｌ３或いはＬ４では常にＲＧＢ３色の光が目に入って来るのに対して、網膜上の位置Ｌ１，Ｌ２或いはＬ５，Ｌ６ではそうはならずにアンバランスであるのがわかる。網膜上の位置Ｌ１では青のみ、網膜上の位置Ｌ２では緑と青だけとなるので、結果的に図３（Ｂ）に示すように、青とシアンの色がウィンドウＷ１の一方の縁に付くことになる。他方の縁部も同様で、網膜上の位置Ｌ５では赤と緑、網膜上の位置Ｌ６では赤だけになるので、それぞれ黄色と赤色が付く。

この色割れ現象の対応策として、ＤＭＤ素子の映像表示周期をＮ倍以上に上げ、同時にカラーホイールの回転も同期して上げる手法が良く取られる。

図５は、フィールド周波数を２倍にした例を示す。すなわち、図５（Ａ）に示すような面順次の１フィールドの映像信号は、図５（Ｂ）に示すように、同じフィールドを２回表示することで、２倍のフィールド周波数の面順次の映像信号となる。

このように、フィールド周波数を２倍にすると、図６に示すように、色の付く範囲が狭くなり、色割れ現象が目立ちにくくなる。このように、映像表示周期を高くすれば高くする程、改善度合いも高くなる。こうしたＲＧＢの表示時間のずれを人間の目の検知限以下に抑え、色割れ現象を低減する手法が良く取られる。

なお、例えば特許文献１及び特許文献２には、ダイナミックレンジを拡大するために、光量を変化させることが提案されている。
特開平１１−６５５２８号公報 特開２００１−１００６９９号公報

上述のように、ＤＭＤ素子を用いたＤＬＰ方式のプロジェクタでは、フィールド周波数を上げて、色割れの発生を防ぐようにしている。ところが、ＤＬＰ方式のプロジェクタでフィールド周波数を上げると、多重像現象が生じるという問題が発生する。

つまり、図７は黒い背景に「Ｘ」の白い文字が表示されている様子を表す。文字が静止しているときには、図７（Ａ）に示すように、正常に表示される。

ところが、色割れ対策を施したプロジェクタのように、フィールド周波数を１００Ｈｚとしているときに右又は左に動き始めると、あるフィールドの同じ画像が２回表示されることになる。

図８は幅１ドットの画像が右へ２ドットずつ移動している様子を示す。目線は先程と同じく画面上の移動に合わせて移動する。しかし、同じフィールドの画像を２回表示しているために、網膜上の位置Ｌ２のすぐ横の網膜上の位置Ｌ１にもう一度同じ映像が映る。しかしすでに１回目の表示とは網膜上の位置がずれているために、左へずれた画像として認識される。

図８の網膜上の位置Ｌ１及びＬ２の近傍では、先程の色割れ現象が観測されるが、幅は短くなっているため目立たなくなっているので説明は割愛する。また、図では省略したが、２倍速化或いはそれ以上の高速化した場合の各回目の表示の間には、実際にはブラックアウトしている期間が存在するので、網膜上の位置Ｌ１及びＬ２の映像は離れて独立した２つの像として認識される。

このように、ＤＬＰ方式のプロジェクタでフィールド周波数を上げると、多重像現象が生じる。この多重像現象は、色割れ対策のために、フィールド周波数を高速化すればするほど、３重像、４重像という具合に程度が悪くなって行く。

本発明は、上述の課題を鑑み、ＤＬＰ方式のプロジェクタにおける色割れを防止するために、フィールド周波数を上げたときにも、多重像現象が発生しないようにした映像表示装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、請求項１の発明に係る映像表示装置は、入力映像信号を入力映像信号のフィールド周波数で書き込み、入力映像信号のフィールド周波数のＮ倍（Ｎは正の整数）のフィールド周波数で読み出して、入力映像信号のフィールド周波数のＮ倍のフィールド周波数の画像信号を形成する倍速化手段と、Ｎ倍のフィールド周波数の映像信号を面順次化する面順次化手段と、面順次化されたＮ倍のフィールド周波数の映像信号が供給される表示素子と、面順次化されたＮ倍のフィールド周波数の映像信号に同期して回転し、ＲＧＢに塗り分けられたカラーホイールと、発光期間を複数の発光ブロックに分割し、各発光ブロック毎に光量を重み付けする光源制御手段と、光源制御手段の制御により、その光量が制御される光源とを備え、光源からの投射光をカラーホイールを介して表示素子に投射し、表示素子でその投射光を透過又は反射させて映像を映し出すようにしたことを特徴とする。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、光源制御手段は、入力映像信号の１フィールドの期間に同期して、１フィールドの期間より短い期間の発光ブロックを設定するようにしたことを特徴とする。

請求項３の発明では、請求項１の発明において、光源制御手段は、各発光ブロックのうちで、所定のブロックのときの光量が最大になり、所定ブロックから離れるに従って、光量が減少するように、光量を重み付けするようにしたことを特徴とする。

請求項４の発明では、請求項３の発明において、各発光ブロックのうちで、中間ブロックのときの光量が最大になり、両端ブロックにいくに従って、光量が減少するように、光量を重み付けするようにしたことを特徴とする。

請求項５の発明では、請求項４の発明において、光源制御手段は、各ブロック毎に光量を重み付けした後の光量の総和が重み付けする前の光量の総和に等しくなるように重み付けするようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、入力映像信号をＮ倍速化することにより、色割れの発生を防止すると共に、入力映像信号の１フィールドを複数の発光ブロックに分け、例えば、光量を、中間付近が最大で、両端にいくに従って明るさが減少するように、各発光ブロック毎に光量を重み付けしている。このため、光源からの光量が中間付近が最大で、両端にいくに従って明るさが減少するように変化し、中央付近のフィールドの画像が強調され、両端のフィールドのときの画像が目立たなくなり、多重像現象が抑圧できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態を示すものである。図１において、入力端子１からの映像信号は、Ｎ倍速化回路２に供給される。Ｎ倍速化回路２は、画像メモリを備えており、Ｎ倍速化回路２で、入力映像信号を入力映像信号のフィールド周波数で画像メモリに書き込み、そのＮ倍のフィールド周波数で画像メモリから読み出すことで、映像信号のフィールド周波数がＮ倍（Ｎは正の整数）に上げられる。

Ｎ倍速化回路２の出力信号は、面順次信号形成回路３に供給される。面順次信号形成回路３により、ＲＧＢ信号が順に面順次化される。面順次信号形成回路３の出力信号がＤＭＤ素子４に供給される。ＤＭＤ素子４は表面に無数の微小なミラーを配置し、その角度を画素毎に変えられるデバイスである。

同期回路７には、入力映像信号の水平同期信号ＨＳｙｎｃ及び垂直同期信号ＶＳｙｎｃが供給される。同期回路７からの水平同期信号ＨＳｙｎｃ及び垂直同期信号ＶＳｙｎｃ、並びに、Ｎ倍の周波数の水平同期信号ＮＨＳｙｎｃ及び垂直同期信号ＮＶＳｙｎｃは、Ｎ倍速化回路２に供給される。

また、同期回路７からのＮ倍の垂直同期信号ＮＶＳｙｎｃは、制御回路８に供給される。制御回路８で、カラーホイール１０を回転させるためのモータ制御信号及び光源を制御するための光源制御信号が形成される。

カラーホイール１０には、ＲＧＢの各色が塗り分けられている。カラーホイール１０は、モータ１１により回転される。制御回路８からは、Ｎ倍の垂直同期信号ＮＶＳｙｎｃに同期して、モータ制御信号が出力され、このモータ制御信号がモータ駆動回路１２を介して、モータ１１に供給される。これにより、カラーホイール１０は、Ｎ倍の垂直同期信号ＮＶＳｙｎｃに同期して回転される。

光源１５は、カラーホイール１０を介して、ＤＭＤ素子４に光を投射するものである。光源１５の光量は、光源駆動回路１６の駆動電流により制御される。後に説明するように、制御回路８からの駆動電流により、入力映像信号の１フィールドが複数の発光ブロックに分割され、光源１５の駆動電流が各発光ブロック毎に重み付けされる。

光源１５からの投射光は、カラーホイール１０を介して、ＤＭＤ素子４に照射される。ＤＭＤ素子４からの反射光がスクリーン５に照射され、スクリーン５には、映像が映し出される。

本発明の実施形態の動作について、図２を参照して説明する。図２は、入力映像信号を６倍速化した場合の例を示すものである。入力映像信号のフィールド周波数は、図２（Ａ）に示すように、例えば６０Ｈｚ（例えばＮＴＳＣ方式）である。Ｎ倍速化回路２でこの映像信号が例えば６倍速化される。この場合、この映像信号がＮ倍速化回路２で６倍速化され、フィールド周波数が３６０Ｈｚの映像信号が形成される。この映像信号は、面順次信号形成回路３で面順次化され、図２（Ｂ）に示すような６倍速の面順次の映像信号が面順次信号形成回路３から出力される。

図２において、期間Ｆ１が入力映像信号のフィールド周期を示し、期間ｆ１、ｆ２、…、ｆ６が６倍速化されたフィールド周期を示す。例えば入力映像信号を６倍速化した場合、フィールドｆ１〜ｆ６で同じ画像が６回繰り返し表示される。

この例では、カラーホイール１０には、同じ色が１周で２回現れるように、ＲＧＢの各色が塗り分けられている。このカラーホイール１０の１回転は、Ｎ倍速の映像信号の２フィールド分に相当する。カラーホイール１０は、図２（Ｃ）に示すように、６倍の映像信号の２フィールドで１回、６倍の垂直同期信号６ＶＳｙｎｃに同期して、１８０Ｈｚで回転される。

光源１５には、図２（Ｄ）に示すように、入力映像信号の１フィールドの期間Ｆ１が複数の発光ブロックＢ０、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６に分割され、発光ブロックＢ０、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６のうち、中間付近が最大で、両端にいくに従って明るさが減少するように、駆動電流が重み付けされる。したがって、図２（Ｄ）に示すような６倍速化された面順次の映像信号に対して、光源１５からの出射光の光量は、図２（Ｅ）に示すように、山型に変化する。

図２（Ｂ）に示すような面順次の映像信号がＤＭＤ素子４に供給され、図２（Ｅ）に示すように光量が変化する光が光源１５から投射され、この投射光が図２（Ｃ）に示すように回転するカラーホイール１０を介してＤＭＤ素子４に照射され、ＤＭＤ素子４からの反射光がスクリーン５に照射される。

このように、本発明の実施形態では、入力映像信号のフィールド周波数が例えば６倍に上げられる。このため、色割れの発生を防ぐことができる。

これと共に、光源１５には、図２（Ｄ）に示したように、入力映像信号の１フィールドの期間Ｆ１が複数の発光ブロックＢ０、Ｂ１，Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５，Ｂ６に分割され、発光ブロックＢ０、Ｂ１，Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５，Ｂ６のうち、中間付近が最大で、両端にいくに従って明るさが減少するように、駆動電流が重み付けされる。これにより、多重像現象の発生を抑圧することができる。

すなわち、従来では、図２（Ｆ）に示すように、同一の駆動電流が光源に流され、光源の光量が一定とされている。これに対して、本発明の実施形態では、図２（Ｄ）に示すように、入力映像信号の１フィールドが複数の発光ブロックに分割され、中間付近が最大で、両端にいくに従って明るさが減少するように、重み付けされている。

多重像現象は、同じフィールドの画像を複数回表示しているために発生する。本発明の実施形態では、フィールドｆ１〜ｆ６で同じ画像が表示されるが、光源１５からの光量が中間付近が最大で、両端にいくに従って明るさが減少するように変化しているので、中央付近のフィールドの画像が強調され、両端のフィールドのときの画像が目立たなくなる。このため、多重像現象が抑圧できる。

なお、本発明の実施形態では、全体の光量を中間付近が最大で、両端にいくに従って明るさが減少するように重み付けする際に、全体の光量自体は、重み付け後も重み付け前と変わらないように重み付けされる。このため、映像の輝度は保ったまま、多重像を軽減できる。

上述の例は、中間付近が最大で、両端にいくに従って明るさが減少するように、光量が重み付けされているが、これに限るものではない。要は、入力映像信号の１フィールドに対する光源の光量を複数の発光ブロックに分けて制御し、所定の発光ブロックのときの光量が最大になり、所定発光ブロックから離れるに従って、光量が減少するように、重み付けすれば良い。

また、この例では、入力映像信号を６倍速化し、発光ブロックをこれに合わせて６ブロックに分割しているが、入力映像信号の倍速数と、発光ブロックの数は、必ずしも対応させる必要はない。発光ブロックは、入力映像信号に同期し、入力映像信号の１フィールドの期間よりも短い期間であれば、どのように設定しても良い。

また、上述の例では、光源からの投射光をＤＭＤ素子で反射させてスクリーンに表示させるようにプロジェクタを構成しているが、本発明は、映像信号により変調される表示素子に対して、光源からの投射光を透過又は反射させるプロジェクタであれば、どのような構成のものでも適用できる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

本発明は、ＤＭＤ素子を用いたＤＬＰ方式のプロジェクタで、色割れの発生を抑制するために、フィールド周波数を上げる場合に、多重像の発生を防止するのに用いることができる。

本発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態の動作説明に用いるタイミングチャートである。 色割れの発生の説明図である。 ＤＭＤ素子を用いたＤＬＰプロジェクタにおける色割れの発生の説明図である。 ＤＭＤ素子を用いたＤＬＰプロジェクタにおける色割れの改善の説明図である。 色割れの改善の説明図である。 多重像の発生の説明図である。 ＤＭＤ素子を用いたＤＬＰプロジェクタにおける多重像の発生の説明図である。

符号の説明

２ Ｎ倍速化回路
３ 面順次信号形成回路
４ ＤＭＤ素子
５ スクリーン
１０ カラーホイール
１５ 光源
１６ 光源駆動回路

Claims (5)

1. 入力映像信号を前記入力映像信号のフィールド周波数で書き込み、前記入力映像信号のフィールド周波数のＮ倍（Ｎは正の整数）のフィールド周波数で読み出して、前記入力映像信号のフィールド周波数のＮ倍のフィールド周波数の画像信号を形成する倍速化手段と、
   前記Ｎ倍のフィールド周波数の映像信号を面順次化する面順次化手段と、
   前記面順次化されたＮ倍のフィールド周波数の映像信号が供給される表示素子と、
   前記面順次化されたＮ倍のフィールド周波数の映像信号に同期して回転し、ＲＧＢに塗り分けられたカラーホイールと、
   発光期間を複数の発光ブロックに分割し、前記各発光ブロック毎に光量を重み付けする光源制御手段と、
   前記光源制御手段の制御により、その光量が制御される光源とを備え、
   前記光源からの投射光を前記カラーホイールを介して前記表示素子に投射し、前記表示素子でその投射光を透過又は反射させて映像を映し出すようにしたことを特徴とする映像表示装置。
2. 前記光源制御手段は、前記入力映像信号の１フィールドの期間に同期して、前記１フィールドの期間より短い期間の発光ブロックを設定するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
3. 前記光源制御手段は、前記各発光ブロックのうちで、所定のブロックのときの光量が最大になり、所定ブロックから離れるに従って、光量が減少するように、光量を重み付けするようにしたことを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
4. 前記各発光ブロックのうちで、中間ブロックのときの光量が最大になり、両端ブロックにいくに従って、光量が減少するように、光量を重み付けするようにしたことを特徴とする請求項３に記載の映像表示装置。
5. 前記光源制御手段は、前記各ブロック毎に光量を重み付けした後の光量の総和が重み付けする前の光量の総和に等しくなるように重み付けするようにした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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