JP6364609B2 - 投写型画像表示装置、及び画像信号生成装置 - Google Patents

Description

本開示は、プロジェクタ等の投写型画像表示装置に関する。

従来、後レンズ群と前レンズ群との間に、光路変更部と光路変更部を移動させる駆動部とを備え、この光路変更部が、映像光の光路を光軸に対して垂直な方向にシフトさせる投写型画像表示装置が知られている。

これにより、この投写型画像表示装置は、ライトバルブが表示する画像の解像度よりも高い解像度の画像を、質の低下を伴うことなく提供できる（例えば、特許文献１）。

特開２００５−２２７３３４号公報

入力画像信号の種類によらず、最適な表示が可能な投写型画像表示装置を提供する。

本開示の投写型画像表示装置は、高解像度画像信号である第１画像信号、および第１画像信号より低解像度な画像信号であり画素シフト処理が施された第２画像信号のいずれかが入力画像信号として入力される画像信号入力部と、画像信号入力部に入力される入力画像信号が、第１画像信号か第２画像信号かを判別する信号判別部と、画像信号入力部に入力される１フレームの第１画像信号に対して互いに異なるサンプル位置でリサンプルすることにより第２画像信号と同じ解像度を有し同じフレームレートで表示されるリサンプル画像信号を生成するリサンプリング部と、信号判別部の判別結果に基づき、リサンプリング部でリサンプル画像信号を生成する処理と、第２画像信号を出力する処理のいずれかの処理をする画像信号処理部と、光源からの光を前記画像信号処理部から得られるリサンプル画像信号または第２画像信号に基づいて変調した映像光を生成する光変調素子と、光変調素子から出射される映像光をフレーム単位で画素シフトさせる画像シフト部とを備える。

本開示によれば、高解像度の映像を投写できる投写型画像表示装置において、入力画像信号の種類によらず、最適な表示が可能となる。

投写型画像表示装置の光学構成の一例を示す図 実施の形態で使用される画像表示システムを示すブロック図 実施の形態で使用される光学素子駆動装置の概略図 光学素子駆動装置で使用される部品を示す図 平行平板ガラスによる光路変更の原理を説明するための図 実施の形態で使用される平行平板ガラスの平面図 実施の形態で使用される平行平板ガラスの動きを説明するための図 投写画像のベースとなるベース画像信号の模式図 ベース画像信号から生成される２倍密画像用のサブフレーム画像を示す図 サブフレーム画像を２倍密画像になるようにシフトさせた状態を示す図 ベース画像信号から生成される４倍密画像用のサブフレーム画像を示す図 サブフレーム画像を４倍密画像になるようにシフトさせた状態を示す図 入力信号により処理を切り換える制御のブロック図 入力信号により処理を切り換える制御の具体例を示す図 入力信号により処理を切り換える制御の別の具体例を示す図 ＰＣのシステムを示すブロック図 ＰＣによる画像生成の手法を示す図 ＰＣによる第１サブフレーム画像の生成手法を示す図 ＰＣによる第２サブフレーム画像の生成手法を示す図 入力画像信号により別々のシステムを構成する場合のブロック図

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、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

以下、図１〜図２０を用いて、実施の形態を説明する。
［プロジェクタの光学構成］
プロジェクタ１００の概要について図１の光学構成の模式図を用いて説明する。

プロジェクタ１００は、発光管１１０と発光管１１０で発光した白色光を反射するリフレクタ１２０とから構成される光源１３０を備える。発光管１１０は、互いに波長域が異なる赤色の光、緑色の光および青色の光を含む白色の光束を射出する。発光管１１０は、例えば、超高圧水銀ランプやメタルハライドランプで構成される。リフレクタ１２０は、一の焦点位置に配置された発光管１１０から射出された光束を反射させ、前方に平行光として出射する。

光源１３０からの白色光は、照明光学系に入力される。照明光学系は、レンズ１６０、ロッド１７０、レンズ１８０およびミラー１９０を有する。照明光学系は、光源１３０から射出された光束をデジタルミラーデバイス（以下、ＤＭＤと称する）２４０、２５０、２６０に導く。ロッド１７０は、内部で光を全反射させる柱状ガラス部材である。光源１３０から射出された光束は、ロッド１７０内で複数回反射する。これにより、ロッド１７０の出射面での光強度分布は実質的に均一になる。

レンズ１８０は、ロッド１７０の出射面の光束をＤＭＤ２４０、２５０、２６０に結像するリレーレンズである。ミラー１９０は、レンズ１８０を介した光束を反射する。反射した光束は、フィールドレンズ２００に入射する。フィールドレンズ２００は、入射した光を略平行な光束に変換するレンズである。フィールドレンズ２００を介した光束は、全反射プリズムに入射する。

全反射プリズムは、プリズム２７０とプリズム２８０とで構成される。プリズム２７０とプリズム２８０との近接面には空気層２１０が存在する。空気層２１０は薄い空気層である。空気層２１０は、臨界角以上の角度で入射する光束を全反射する。全反射した光束は、カラープリズムに入射する。

カラープリズムは、プリズム２２１、プリズム２３１およびプリズム２９０で構成される。プリズム２２１とプリズム２３１との近接面には青色の光を反射するダイクロイック膜２２０が設けられている。また、プリズム２３１とプリズム２９０との近接面には赤色の光を反射するダイクロイック膜２３０が設けられている。カラープリズムにはＤＭＤ２４０、２５０、２６０が配備される。

ＤＭＤ２４０、ＤＭＤ２５０およびＤＭＤ２６０は、１９２０×１０８０個のマイクロミラーを有する。ＤＭＤ２４０、ＤＭＤ２５０およびＤＭＤ２６０は、画像信号に応じて、各マイクロミラーを偏向させる。これにより、ＤＭＤ２４０、ＤＭＤ２５０およびＤＭＤ２６０は、投写光学系３００に入射させる光と、投写光学系３００の有効範囲外へ反射する光とに画像信号に応じて分けることによって、ＤＭＤに入射される光を変調する。なお、ＤＭＤ２４０には、緑色の光が入射する。ＤＭＤ２５０には、赤色の光が入射する。ＤＭＤ２６０には、青色の光が入射する。

ＤＭＤ２４０、ＤＭＤ２５０およびＤＭＤ２６０で反射された光束のうち投写光学系３００に入射する光束は、カラープリズムにて合成される。合成された光束は、全反射プリズムに入射する。全反射プリズムに入射した光束は、空気層２１０に臨界角以下で入射する。従って、この光束は空気層２１０を透過して投写光学系３００に入射する。

投写光学系３００は、入射した光束を拡大するための光学系である。投写光学系３００は、フォーカス機能やズーム機能を有し、ＤＭＤからの画像光を投写面上に投写することにより、投写面上に画像を映出する。

プロジェクタ１００は、投写光学系の光軸に垂直な面内に配置され、後述するような動作が可能な光学素子として平行平板ガラス４００を備える。プロジェクタ１００は、この平行平板ガラス４００を動作させることでＤＭＤにより生成される画像を構成する画素の投写面（スクリーン）上での表示位置を画素ピッチ以下の間隔でずらす。これにより、プロジェクタ１００は高解像度の画像を投写できる。
［プリズムと投写レンズとの間の構成］
次に、全反射プリズムおよびカラープリズムからなるプリズムブロックと、投写光学系３００との間に配置される平行平板ガラス４００を駆動する光学素子駆動装置ついて説明する。

図２は、本実施の形態にかかる光学素子駆動装置の全体の回路構成を示すブロック図であり、図３は図２の回路によって駆動される光学素子駆動装置の概略構成を示す図である。図２で示す回路構成は、それに接続されるパーソナルコンピュータ（ＰＣ）などの外部装置を除きプロジェクタ内に配備されるものである。

本実施の形態では、光学素子として平面円形状の平行平板ガラス４００を使用している。平行平板ガラス４００の端部は連結部材４０６ａ、４０６ｂ、４０６ｃ、４０６ｄによって４個のアクチュエータＡ４０１ａ、アクチュエータＢ４０１ｂ、アクチュエータＣ４０１ｃ、アクチュエータＤ４０１ｄの可動部４０７ａ、４０７ｂ、４０７ｃ、４０７ｄと、それぞれ連結されている。

本実施の形態ではアクチュエータ４０１としてボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を使用している。図４はＶＣＭの構造の一例を示しており、ロ字型をしたヨーク４０１１の内部に異なる磁極の永久磁石（Ｎ極の永久磁石４０１２とＳ極の永久磁石４０１３）が一定の距離を隔てて対向するよう配置され、その対向配置された永久磁石４０１２、４０１３の間に可動部４０７が配置される。

この可動部４０７にはガイド窓４０７０が開設されており、このガイド窓４０７０にヨーク４０１１が挿通され、可動部４０７に設けられたコイル４０１４が、対向配置された永久磁石４０１２、４０１３の間に配備される。コイル４０１４に駆動信号電流を流すと可動部４０７は矢印方向の一軸方向に移動する。この可動部４０７の移動量はコイル４０１４に流れる信号電流の大きさに応じて、基準位置から正方向または負方向に移動する。可動部４０７の移動量は、可動部４０７に取り付けられた位置センサ４０２を、図２に示す位置検出回路４０３が検出することによって検出される。コイル４０１４が取り付けられた可動部４０７と永久磁石４０１２、４０１３との間には僅かながら隙間が生じている。従って、可動部４０７は駆動信号電流により駆動される一軸方向に対して垂直方向の力が加わっても、その僅かな隙間分で許容される距離だけ変位が可能で、可動部４０７は傾くことができる。

アクチュエータ４０１の可動部４０７が結合される連結部材４０６は、図６に示すように平行平板ガラス４００の面中心Ｏで互いに直交するＡ−Ｃ軸とＢ−Ｄ軸上において、各辺の中央の端部ＥＡ、ＥＢ、ＥＣ、ＥＤで連結されている。

４つのアクチュエータＡ４０１ａ、アクチュエータＢ４０１ｂ、アクチュエータＣ４０１ｃ、アクチュエータＤ４０１ｄは、１つのマイクロコンピュータ４０５の制御信号によって制御される駆動回路４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃ、４０４ｄによって駆動される。駆動回路４０４ａ〜４０４ｄからの駆動信号電流によってアクチュエータＡ４０１ａ〜アクチュエータＤ４０１ｄは、一軸方向にその可動部４０７ａ〜４０７ｄが進退するように駆動される。可動部４０７ａ〜４０７ｄの位置は、それに設けられた位置センサ４０２ａ〜４０２ｄが位置検出回路４０３ａ〜４０３ｄによって検出される。そして、位置検出回路４０３ａ〜４０３ｄの検出出力はマイクロコンピュータ４０５に入力され、マイクロコンピュータ４０５はこの検出信号に基づいて、アクチュエータＡ４０１ａ〜アクチュエータＤ４０１ｄの可動部４０７ａ〜４０７ｄの位置を常時監視し、アクチュエータＡ４０１ａ〜アクチュエータＤ４０１ｄをサーボ制御するようになっている。

マイクロコンピュータ４０５には入力画像信号が画像信号処理部４１０で処理された後に得られるサブフレーム画像信号が入力され、この画像信号に基づいて駆動回路４０４ａ〜４０４ｄに供給する同期信号を生成するとともにＤＭＤ駆動部４１１を制御するＤＭＤ駆動信号及び同期信号を生成する。

各アクチュエータＡ〜Ｄの可動部４０７ａ〜４０７ｄの移動量は、シフト量操作部４１２を操作することにより調整量を示す信号がマイクロコンピュータ４０５に入力され、マイクロコンピュータ４０５が駆動回路４０４ａ〜４０４ｄを制御することにより調整される。シフト量操作部４１２は、例えばプロジェクタ１００本体に設けられる操作キーであってもよく、プロジェクタ１００を操作するリモートコントローラに割り当てられたキーであっても良い。

以上のように構成された光学素子駆動装置について、その動作を以下説明する。

図５に示すように、平行平板ガラス４００の面が、入力光線Ｌｉに対して直交しているとき、入力光線Ｌｉは、平行平板ガラス４００と空気の界面において屈折せずに直進する。入力光線が屈折せずに平行平板ガラス４００を通過し、また空気に出る界面においても、平行平板ガラス４００が平行平面であるために、光線と界面が直交しているため、屈折せずに直進する。このため入力光線が画像光である場合、画像の移動（シフト）は発生しない。

一方、平行平板ガラス４００が、図５の破線で示すように入力光線に対して直交していないとき、入力光線は、平行平板ガラス４００と空気の界面において屈折する。入力光線Ｌｉが屈折して平行平板ガラス４００に入射後、平行平板ガラス４００を通過し、空気に出る界面においても、平行平板ガラス４００が平行平面であるために、光線と界面が直交していないため屈折する。

平行平板ガラス４００に入射するときに屈折する角度と、平行平板ガラス４００から出射するときに屈折する角度は等しいため、入力光線Ｌｉが画像光であると、出力光線Ｌｏの画像光は平行平板ガラスの傾き方向に平行移動する。この結果、平行平板ガラス４００から出力され投写される画像の表示位置が移動（シフト）することになる。

このような原理を利用して、図６に示す本実施の形態で使用する平行平板ガラス４００の中心Ｏを通る互いに直交するＡ−Ｃ軸とＢ−Ｄ軸上にあるガラス端部ＥＡとＥＣ、及びＥＢとＥＤを各アクチュエータの連結部材で可動部と搖動自在に連結する。そして、アクチュエータを駆動することによって、中心Ｏの位置を一定に保持しつつ、例えば、図７に示すＡ−Ｃ軸を、Ｂ−Ｄ軸を回転軸中心として端部ＥＡを所定量上方に移動させ、端部ＥＣを所定量下方に移動させるとともに、Ｂ−Ｄ軸を、Ａ−Ｃ軸を回転軸中心として端部ＥＢを所定量下方に移動させて、端部ＥＤを所定量上方に移動させる。これによって、ガラス板に入射する画像光の光路が変更され所定の位置に画素が表示される。この状態から、同様にして各端部を上下方向に制御することによって、画素の表示位置を移動させる、画素シフトを行うことができる。

画像信号処理部４１０では、入力された画像信号の１フレーム毎に、光学素子駆動装置による投写位置の移動に対応した２枚、もしくは４枚のサブフレーム画像信号を生成する。なお、サブフレーム画像信号の画素数は、ＤＭＤ２４０、２５０、２６０の対応画素数と同じである。
［２倍密画像の出力動作］
マイクロコンピュータ４０５は、画像信号処理部４１０で生成した２枚のサブフレーム信号から、ＤＭＤ駆動部４１１とアクチュエータの駆動回路４０４ａ〜４０４ｄの同期信号を生成する。ＤＭＤ駆動部４１１は、画像信号処理部４１０で生成した２枚のサブフレーム信号を、出力フレームレートの２倍の速度で出力するようＤＭＤ駆動信号を生成する。アクチュエータの駆動回路４０４ａ〜４０４ｄは、ＤＭＤ駆動部４１１に同期してアクチュエータ４０４ａ〜４０４ｄを駆動し、画素の投写位置を移動させるよう、アクチュエータ駆動信号を生成する。

画像出力システム４０００の具体的な動作例について図８、図９を用いて説明する。ここで、プロジェクタ１００において、ＤＭＤ２４０、２５０、２６０は水平方向１９２０画素×垂直方向１０８０画素の画像を出力可能である。また、平行平板ガラス４００をアクチュエータで駆動することにより、水平方向１／２画素分、垂直１／２画素分だけ投写位置をずらす（シフトする）ように設定されている。ここで、１／２画素分（または、半画素分）ずらすとは、画素を画素間のピッチの半分の位置まで移動させることを意味する。

図８は、プロジェクタ１００の画像出力システム４０００においてサブフレーム画像を作成するためのベースとなる画像信号であり、水平方向３８４０画素×垂直方向２１６０画素の、いわゆる４Ｋ２Ｋ画像である。このベース画像信号の画素数は、ＤＭＤ２４０、２５０、２６０の画素数の４倍である。このベース画像信号は、外部機器から直接入力された画像信号であっても良いし、より低解像度の入力画像をシステム内部においてアップコンバートした信号であっても良い。

画像信号処理部４１０におけるサブフレーム画像信号作成方法について説明する。図９は、図８で示す１フレームのベース画像信号から互いに異なるサンプル位置でリサンプルすることにより２枚のサブフレーム信号（リサンプル画像信号）を作成する方法を示したものである。図８のベース画像信号において、水平方向に画素の列番号が０、１、２、３、４、５・・・・と付され、垂直方向に画素の行番号が０、１、２、３・・・・・と付されている。
１）水平方向に列番号０から数えて何番目の列番号であるかを示す数値を２で除した余りが０であり、かつ、垂直方向に行番号０から数えて何番目の行番号であるかを示す数値を２で除した余りが０である画素をサンプリングした信号を、第１サブフレーム信号とする。
２）水平方向に列番号０から数えて何番目の列番号であるかを示す数値を２で除した余りが１であり、かつ、垂直方向に行番号０から数え何番目の行番号であるかを示す数値を２で除した余りが１である画素をサンプリングした信号を、第２サブフレーム信号とする。

ＤＭＤ２４０、２５０、２６０は、出力フレームレートの２倍の速度で２枚のサブフレームを出力する。具体的には、出力フレームレートを６０Ｈｚとすると、サブフレームは１２０Ｈｚで出力され、アクチュエータは６０Ｈｚで駆動される。図１０はこのときのアクチュエータに指示する変位（ＶＣＭ変位量）とサブフレーム画像の移動の様子を模式的に示している。この場合、図１０に示すようにアクチュエータＡに対しては変位Ａを指示し、アクチュエータＣに対しては変位Ａを反転した変位Ｃを指示する。アクチュエータＢとアクチュエータＤは変位を変化させない。これによって、平行平板ガラス４００はＢ−Ｄ軸を回転軸として搖動することになるので、これにより入力画像光の光路が変更され、互いに半画素ずれた第１サブフレーム画像（第１ＳＦ）と第２サブフレーム画像（第２ＳＦ）が投写されることになる。
［４倍密画像の出力動作］
画像信号処理部４１０では、入力された画像信号の１フレーム毎に、平行平板ガラス４００およびアクチュエータ４０１ａ〜４０１ｄによる投写位置の移動に対応した４枚のサブフレーム画像信号を生成する。

画像信号処理部４１０で生成した４枚のサブフレーム画像信号を、マイクロコンピュータ４０５からＤＭＤ駆動部４１１に送り、出力フレームレートの４倍の速度で出力するようＤＭＤ駆動信号を生成する。ＤＭＤ駆動部４１１に同期して平行平板ガラス４００を駆動し画素の投写位置を移動させるよう、マイクロコンピュータ４０５でアクチュエータ駆動信号を生成し、駆動回路４０４ａ〜４０４ｄに出力する。

２方向に投写位置を移動可能な場合の画像出力システム動作について図１１、図１２を用いて説明する。なお、表示素子の対応解像度およびベース画像信号の解像度は２倍密度画像の出力動作で説明した場合と同様である。

画像信号処理部４１０におけるサブフレーム信号作成方法について説明する。図１１は図８で示す１フレームのベース画像信号から、互いに異なるサンプル位置でリサンプルすることにより４枚のサブフレーム信号（リサンプル画像信号）を作成する方法を示したものである。

図８に示すベース画像信号において、
１）水平方向に０から数え何番目であるかを示す数値を２で除した余りが０であり、かつ、垂直方向に０から数え何番目であるかを示す数値を２で除した余りが０である画素をサンプリングした信号を、第１サブフレームとする。
２）水平方向に０から数え何番目であるかを示す数値を２で除した余りが１であり、かつ、垂直方向に０から数え何番目であるかを示す数値を２で除した余りが０である画素をサンプリングした信号を、第２サブフレームとする。
３）水平方向に０から数え何番目であるかを示す数値を２で除した余りが１であり、かつ、垂直方向に０から数え何番目であるかを示す数値を２で除した余りが１である画素をサンプリングした信号を、第３サブフレームとする。
４）水平方向に０から数え何番目であるかを示す数値を２で除した余りが０であり、かつ、垂直方向に０から数え何番目であるかを示す数値を２で除した余りが１である画素をサンプリングした信号を、第４サブフレームとする。

ＤＭＤ２４０、２５０、２６０は、出力フレームレートの４倍の速度で４枚のサブフレームを出力する。具体的には、出力フレームレートを６０Ｈｚとすると、サブフレームは２４０Ｈｚで出力され、アクチュエータは６０Ｈｚで駆動される。

図１２はこのときのアクチュエータに指示する変位（ＶＣＭ変位）とサブフレーム画像の移動の様子を模式的に示している。この場合、アクチュエータＡに対しては変位Ａを指示し、アクチュエータＣに対しては変位Ａを反転した変位Ｃを指示する。アクチュエータＢに対しては変位Ｂを指示し、アクチュエータＤに対しては変位Ｂを反転した変位Ｄを指示する。そして、アクチュエータＡとアクチュエータＣに指示する変位波形に対してアクチュエータＢとアクチュエータＤに指示する変位波形は、位相が９０°移相されている。これによって、平行平板ガラス４００は、Ｂ−Ｄ軸及びＡ−Ｃ軸を回転軸として搖動することになるので、入力画像光の光路が水平、垂直方向に変位され、互いに半画素ずれた第１サブフレーム画像（第１ＳＦ）、第２サブフレーム画像（第２ＳＦ）、第３サブフレーム画像（第３ＳＦ）、第４サブフレーム画像（第４ＳＦ）が投写される。
［入力信号による処理の切り換え］
本実施の形態では、入力画像信号の種類によって、適正な画像信号処理を選択するようにしている。

図１３は図２に記載された駆動回路、アクチュエータ、位置センサ、位置検出回路、シフト量操作部を、シフト制御部４１３として１つのブロックとしてまとめて記載している。
図１３の回路構成は、ＰＣ４１７以外はプロジェクタ１００内に配備されるものである。

本実施の形態においては、プロジェクタに供給される画像信号は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）４１７で生成され、ＰＣ４１７より出力される画像信号は、画像信号入力部４１４に入力される。このとき同時に、ＰＣ４１７より出力される制御信号は制御信号入力部４１５に入力される。

信号判別部４１６は、画像信号入力部４１４に入力された画像信号と制御信号入力部４１５に入力された制御信号から画像の種類を判別する。ここで言う画像の種類の判別とは、リサンプリングが必要な画像かどうか、画素シフト処理が施されている画像かどうか等を判別することである。

画像信号処理部４１０は、信号判別部４１６において判別された結果を基に、画像信号に対しリサンプリング部４１００においてリサンプル処理を施す。同期信号生成部はマイクロコンピュータ４０５で構成されており、ＤＭＤによる画像出力と画素シフトを同期して動作させるための同期信号を生成する。ＤＭＤ駆動部４１１は、同期信号生成部から出力された同期信号に従って画像信号処理部４１０から出力された画像が表示されるようＤＭＤを駆動する。シフト制御部４１３は、画素シフトが行われる場合、マイクロコンピュータ４０５から出力された同期信号に従って投写面上に投写された画像の表示位置がシフトするよう光学素子駆動装置を駆動する。

図１４は、ＰＣ４１７で生成される具体的な画像信号の例を示す。

ＰＣ４１７から画像信号が入力されるプロジェクタ１００のＤＭＤの解像度は横１９２０画素×縦１０８０画素（２Ｋ）であり、画素シフトをすることにより解像度は横３８４０画素×縦２１６０画素（４Ｋ）となる。図１４では、ＰＣ４１７から出力された画像信号は、１本の画像信号ケーブルにより伝送され、プロジェクタ１００に入力される。また、制御信号ケーブルは、ＰＣ４１７からのタイミング指定信号をプロジェクタ１００に入力する。

図１４のケース（Ａ）では、ＰＣ４１７は解像度が４Ｋ、フレームレートが６０Ｈｚの画像信号を生成し、この画像信号をプロジェクタの画像信号入力部４１４に入力する場合を示している。

画像信号入力部４１４では、入力された画像の解像度と周波数（フレームレート）の情報を取得し、信号判別部４１６に供給する。また、制御信号として一定電圧の信号がＰＣ４１７から制御信号入力部４１５に入力される。

画像信号入力部４１４では、入力された入力画像信号の１秒間あたりの垂直同期信号の個数から入力画像信号のフレームレートを判別するとともに、入力画像信号の水平同期信号、垂直同期信号、及びピクセルクロックに基づいて、入力画像信号の解像度を判別する。

このケース（Ａ）では、信号判別部４１６は、解像度が４Ｋで画像信号の周波数が６０Ｈｚであることから、リサンプリングと画素シフトが必要な高解像度画像であると判断する。このときＰＣ４１７から制御信号入力部４１５に入力される制御信号はＬｏｗレベルの信号であるが、解像度が４Ｋでフレームレートが６０Ｈｚであることが判別された時点で、入力画像信号は画素シフト表示すべき信号であることが分かるので、制御信号の内容によって画素シフトすべき信号であるという判別は行われない。

画像信号入力部４１４から画像信号処理部４１０に入力された画像信号は、画像信号処理部４１０のリサンプリング部４１００でリサンプルリング（リサンプル）される。これにより、画像信号処理部４１０は、４Ｋの画像から４つの２Ｋのリサンプル画像であるサブフレーム画像を生成する。このリサンプリング処理は、上述した［４倍密画像の出力動作］の項目で説明した通りである。

同期信号生成部であるマイクロコンピュータ４０５は、画像信号処理部４１０におけるサブフレーム画像の生成タイミングに基づいて、４枚のサブフレーム画像の表示と画素シフトのタイミングが合うように、同期信号を生成する。具体的には、第１サブフレームの表示タイミングを示す同期信号を生成する。ＤＭＤ駆動部は、この同期信号に合わせて第１サブフレームを表示し、第２、第３、第４サブフレームを順次表示する。表示周波数は６０Ｈｚの４倍の２４０Ｈｚとなる。

シフト制御部４１３は、同期信号に合わせて、第１サブフレームが左上に表示されるように光学素子駆動装置を制御する。さらに、第２、第３、第４サブフレームがそれぞれ右上、右下、左下に表示されるよう、光学素子駆動装置を制御する。図では、第１サブフレーム及び第３サブフレームの画素位置だけを代表として図示している。尚、ケース（Ａ）では、制御信号は特に必要がないので、制御信号のケーブルが接続されてない場合も、同様に処理することができる。

このように、ケース（Ａ）の場合は、画素シフトにより、投写面上に表示される画像の解像度は４Ｋ画像に相当する。

ケース（Ｂ）では、ＰＣ４１７は解像度が２Ｋ、フレームレートが２４０Ｈｚの画像信号を生成し、画像信号入力部４１４に入力している。

画像信号入力部４１４では、入力された画像の解像度と周波数（フレームレート）の情報を取得し、信号判別部４１６に供給する。また、制御信号として第１サブフレームのタイミングを示す信号ＳがＰＣ４１７から制御信号入力部４１５に与えられる。信号Ｓは第４サブフレームの開始より後で且つ第１サブフレームの開始より前に供給され、次のフレームが第１サブフレームであることを示す。制御信号入力部４１５に入力された制御信号は、信号判別部４１６及び画像信号処理部４１０に入力される。

信号判別部４１６では、画像信号入力部４１４に入力された入力画像信号の解像度が２Ｋで画像信号の周波数（フレームレート）が２４０Ｈｚであることを判別し、リサンプリングが不要な画像であると判断する。従って、この場合、画像信号処理部４１０のリサンプリング部４１００ではリサンプリングは行わない。また、制御信号がサブフレームを区別するタイミングを示す信号（同期信号）であることから、画素シフトが必要な画素シフト処理が施された画像であると判断する。

同期信号生成部であるマイクロコンピュータ４０５は、４枚のサブフレーム画像の表示と画素シフトのタイミングが合うように、同期信号を生成する。具体的には、画像信号処理部４１０に入力された第１サブフレームのタイミングを示す信号Ｓに基づいて、第１サブフレームの表示タイミングを示す同期信号を生成する。ＤＭＤ駆動部は、同期信号に合わせて第１サブフレームを表示し、第２、第３、第４サブフレームを順次表示する。このときの表示周波数は２４０Ｈｚである。

シフト制御部は、同期信号に合わせて、第１サブフレームが左上に表示されるように光学素子駆動装置を制御する。さらに、第２、第３、第４サブフレームがそれぞれ右上、右下、左下に表示されるよう、光学素子駆動装置を制御する。図では、第１サブフレーム及び第３サブフレームの画素位置だけを代表として図示している。

このように、ケース（Ｂ）の場合は、画素シフトが行われるので投写面上に表示される画像の解像度は４Ｋ画像に相当する。

ケース（Ｃ）では、ＰＣ４１７は解像度が２Ｋ、フレームレートが２４０Ｈｚの画像信号を生成し、画像信号入力部４１４に入力している。

画像信号入力部４１４では、入力された画像の解像度と周波数（フレームレート）の情報を取得し、信号判別部４１６に供給する。また、制御信号として一定電圧の信号がＰＣ４１７から制御信号入力部４１５に入力される。

信号判別部４１６では、画像信号入力部４１４に入力された入力画像信号の解像度が２Ｋで画像信号の周波数（フレームレート）が２４０Ｈｚであることを判別し、リサンプリングが不要な画像であると判断する。また、制御信号が一定電圧の信号であることから、画素シフトが不要な画像であると判断する。画像処理部ではリサンプリングは行わない。同期信号生成部であるマイクロコンピュータ４０５は、４枚のサブフレーム画像の表示タイミングを指定する同期信号を生成する。ＤＭＤ駆動部は、同期信号に合わせて第１サブフレームを表示し、第２、第３、第４サブフレームを順次表示する。

このように、ケース（Ｃ）の場合は、画素シフトが行われないので投写面上に表示される画像の解像度は２Ｋ画像に相当する。

なお、ケース（Ｃ）では、制御信号のケーブルが接続されてない場合も、同様に処理するとよい。
［実施の形態の変形例］
図１５は、実施の形態の変形例を示す。

この変形例のプロジェクタ１０００において、上記の実施の形態におけるプロジェクタ１００と異なるところはＤＭＤの解像度が異なっている点にある。すなわち、この変形例のプロジェクタ１０００のＤＭＤの解像度は横２５６０画素×縦１４４０画素（２．５Ｋ）であり、画素シフトにより解像度は横５１２０画素×縦２８８０画素（５Ｋ）となる。

図１５では、ＰＣ４１７から出力された画像は、４本の画像信号ケーブルにより伝送され、プロジェクタ１０００に入力される。また、制御信号ケーブルは、６０Ｈｚ画像か２４０Ｈｚ画像かを示す信号と、画素シフトの必要／不要を示す信号を伝送しプロジェクタ１０００に入力する。

図１５のケース（Ａ）では、ＰＣ４１７は解像度が５Ｋ、フレームレートが６０Ｈｚの画像信号を生成し、４つの２．５Ｋ、６０Ｈｚの部分画像に分割してプロジェクタ１０００の画像信号入力部４１４に入力している。

画像信号入力部４１４では、入力された画像の解像度の情報を取得し、信号判別部４１６に供給する。また、制御信号として６０Ｈｚ画像（２．５Ｋ２４０ＨｚモードＯＦＦ）であることを示す信号（Ｌｏｗ信号）がＰＣ４１７から制御信号入力部４１５に入力される。このときＰＣ４１７から制御信号入力部４１５に入力される制御信号はＬｏｗレベルの信号であるが、解像度が５Ｋでフレームレートが６０Ｈｚであることが判別された時点で、入力画像信号は画素シフト表示すべき信号であることが分かるので、制御信号の内容によって画素シフトすべき信号であるという判別は行われない。

信号判別部４１６では、解像度の情報と制御信号の情報から、リサンプリングが必要で画素シフトが必要な高解像度画像であると判断する。画像信号処理部では、４つの２．５Ｋの部分画像から、４つの２．５Ｋのサブフレーム画像（画素シフト画像）をリサンプリングにより生成する。すなわち、プロジェクタは４つの２．５Ｋの部分画像から、５Ｋの１フレームのベース画像（ＰＣで生成された５Ｋ６０Ｈｚの画像）を生成し、先の実施の形態と同様にして、画像信号処理部４１０のリサンプリング部４１００でリサンプルリング（リサンプル）して４つの２．５Ｋのサブフレーム画像を生成する。

同期信号生成部であるマイクロコンピュータ４０５は、画像信号処理部４１０におけるサブフレーム画像の生成タイミングに基づいて、４枚のサブフレーム画像の表示と画素シフトのタイミングが合うように、同期信号を生成する。具体的には、第１サブフレームの表示タイミングを示す同期信号を生成する。ＤＭＤ駆動部は、同期信号に合わせて第１サブフレームを表示し、第２、第３、第４サブフレームを順次表示する。表示周波数は６０Ｈｚの４倍の２４０Ｈｚとなる。

シフト制御部４１３は、同期信号に合わせて、第１サブフレームが左上に表示されるように光学素子駆動装置を制御する。さらに、第２、第３、第４サブフレームがそれぞれ右上、右下、左下に表示されるよう、光学素子駆動装置を制御する。図では、第１サブフレーム及び第３サブフレームの画素位置だけを代表として図示している。

このように、ケース（Ａ）の場合は、画素シフトにより、投写面上に表示される画像の解像度は５Ｋ画像に相当する。

ケース（Ｂ）では、ＰＣ４１７は解像度が２．５Ｋでフレームレートが２４０Ｈｚの画像信号を生成し、次いでこの映像信号からフレームレートが６０Ｈｚの４つの画像信号を生成し、それぞれを４本のケーブル（映像１、映像２、映像３、映像４）を使用して画像信号入力部４１４に入力している。４つの画像信号はそれぞれ第１、第２、第３、第４サブフレーム画像である。

画像信号入力部４１４では、入力された画像の解像度の情報を取得し、信号判別部４１６に供給する。また、制御信号として２４０Ｈｚ画像（２．５Ｋ２４０ＨｚモードＯＮ）であることを示す信号（Ｈｉｇｈ信号）、及び画素シフトが必要であることを示す信号（Ｈｉｇｈ信号）がＰＣ４１７から制御信号入力部４１５に入力される。

信号判別部４１６では、解像度の情報と制御信号の情報から、リサンプリングが不要で画素シフトが必要な画素シフト画像であると判断する。従って、画像信号処理部ではリサンプリングを行わない。

同期信号生成部であるマイクロコンピュータ４０５は、４つのサブフレーム画像の表示と画素シフトのタイミングが合うように、同期信号を生成する。具体的には、第１サブフレームの表示タイミングを示す同期信号を生成する。ＤＭＤ駆動部は、同期信号に合わせて第１サブフレームを表示し、第２、第３、第４サブフレームを順次表示する。表示周波数は２４０Ｈｚである。

シフト制御部は、同期信号に合わせて、第１サブフレームが左上に表示されるように光学素子駆動装置を制御する。さらに、第２、第３、第４サブフレームがそれぞれ右上、右下、左下に表示されるよう、光学素子駆動装置を制御する。図では、第１サブフレーム及び第３サブフレームの画素位置だけを代表として図示している。

このように、ケース（Ｂ）の場合は、画素シフトにより、投写面上に表示される画像の解像度は５Ｋ画像に相当する。

なお、本ケースでは、ＰＣ４１７は解像度が２．５Ｋでフレームレートが２４０Ｈｚの画像信号を生成し、次いでこの映像信号からフレームレートが６０Ｈｚの４つの画像信号を生成し、それぞれを４本のケーブル（映像１、映像２、映像３、映像４）を使用して画像信号入力部４１４に入力しているが、ＰＣ４１７は解像度が２．５Ｋでフレームレートが２４０Ｈｚの画像信号を生成し、４本のケーブルを使用して、映像１、映像２、映像３、映像４、映像１、映像２、映像３、映像４のような順序で順次、画像信号入力部４１４に入力してもよい。

ケース（Ｃ）では、ＰＣ４１７は解像度が２．５Ｋでフレームレートが２４０Ｈｚの画像信号を生成し、次いでこの映像信号からフレームレートが６０Ｈｚの４つの画像信号を生成し、それぞれを４本のケーブル（映像１、映像２、映像３、映像４）を使用して画像信号入力部４１４に入力している。４つの画像信号はそれぞれ第１、第２、第３、第４サブフレーム画像である。

画像信号入力部４１４では、入力された画像の解像度の情報を取得し、信号判別部４１６に供給する。また、制御信号として２４０Ｈｚ画像（２．５Ｋ２４０ＨｚモードＯＮ）であることを示す信号（Ｈｉｇｈ信号）、及び画素シフトが不要であることを示す信号（Ｌｏｗ信号）が制御信号入力部４１５に入力される。

信号判別部４１６では、解像度の情報と制御信号の情報から、リサンプリングが不要で画素シフトが不要な画像であると判断する。従って、画像処理部ではリサンプリングを行わない。

同期信号生成部であるマイクロコンピュータ４０５は、４枚のサブフレーム画像の表示タイミングを指定する同期信号を生成する。ＤＭＤ駆動部は、同期信号に合わせて第１サブフレームを表示し、第２、第３、第４サブフレームを順次表示する。

このように、ケース（Ｃ）の場合は、投写面上に表示される画像の解像度は２．５Ｋ画像に相当する。

次に、ＰＣにおける画像生成の方法の一例を示す。ＰＣ４１７は、図１６のように、画像生成部４１７ａと、画像生成部４１７ａで生成した画像信号を出力する画像信号出力部４１７ｂを含む。

図１７から図１９を用いて、コンピュータグラフィックス（ＣＧ）による画像生成処理を示す。図１７のように、ＣＧでは仮想空間にモデルデータを配置する。また、視点と視線方向、画角を設定し、投影面、解像度を指定する。以上の情報から投影面上の各画素の位置が決まる。さらに、１秒間に画像を生成する回数（周波数）を指定する。そして、図１８のように、視点と投影面の各画素を結ぶ直線とモデルデータの交点を演算し、最も視点に近い交点の色情報を各画素の画素情報とする。

図１４のケース（Ａ）では、ＰＣ４１７は、解像度を４Ｋ、周波数を６０ＨｚとしてＣＧにより画像を生成する。

図１４のケース（Ｂ）、及びケース（Ｃ）では、ＰＣ４１７は解像度を２Ｋ、周波数を２４０ＨｚとしてＣＧにより画像を生成する。

図１５のケース（Ａ）では、ＰＣ４１７は解像度を５Ｋ、周波数を６０ＨｚとしてＣＧにより画像を生成する。

図１５のケース（Ｂ）、及びケース（Ｃ）では、ＰＣ４１７は解像度を２．５Ｋ、周波数を２４０ＨｚとしてＣＧにより画像を生成する。

さらに、図１４のケース（Ｂ）、図１５のケース（Ｂ）では、画素位置をフレームごとに１画素未満の範囲（例えば画素ピッチの１／２）で周期的に切り替える画素シフト処理を行いながら画像生成を行ってフレーム画像信号を取得する。この場合、周波数は２４０Ｈｚなので、１秒間にフレーム番号０〜２３９のフレーム画像を生成する。フレーム番号を４で除した剰余が０のフレームを第１サブフレームとし、同様にフレーム番号を４で除した剰余が１、２、３のフレームをそれぞれ第２、第３、第４サブフレームとする。そして、第１、第２、第３、第４サブフレームの画素位置を変化させる。第１フレーム同士、第２フレーム同士、第３フレーム同士、第４フレーム同士は、画素位置は同じである。

シフトの仕方は図１９のように、第１フレームの画素位置に対して、第２フレームの画素位置は右側にシフトする。図示しないが第２フレームの画素位置に対して、第３フレームの画素位置は下側にシフトする。同様に第３フレームの画素位置に対して、第４フレームの画素位置は左側にシフトする。シフト量はいずれも画素ピッチの２分の１である。画素位置のシフトは、視線方向と画角の変更によって実現できる。

以上の構成では、リサンプリングを行うケースと行わないケースが混在する。これらは本来異なるシステムである。例えば図２０（ａ）のように解像度が４Ｋで周波数が６０Ｈｚの画像信号を受ける場合と、図２０（ｂ）のように解像度が２Ｋで周波数が２４０Ｈｚの画像信号を受ける場合とで異なる構成をとる方法が考えられる。

本開示では、図１３のように１つのシステムとすることで、画像処理部以外の構成を共有し、２つのシステムを共存させることができる。そして、各々別々のシステムを準備することなく、さまざまな入力に対応が可能となる。

例えばＰＣでは、４Ｋ６０Ｈｚの画像と２Ｋ２４０Ｈｚの画像が、選択的に出力される。デスクトップ表示では４Ｋ６０Ｈｚの画像が出力される。一方で、コンピュータグラフィックスを利用するソフトウェアを起動すると、２Ｋ２４０Ｈｚの画像の出力が可能となる。さらに、画素シフト機能を持たないソフトウェアでは、単に２Ｋ２４０Ｈｚの画像が出力されるが、画素シフト機能を持つソフトウェアであれば、２Ｋ２４０Ｈｚで画素シフトした画像を出力できる。本開示では、これらのいずれのケースであって、自動的に最適な表示が可能となる。

以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。

本開示は、画素の表示位置をシフトし高精細な投写画像を映出することができる投写型画像表示装置に適用可能である。

１００、１０００ プロジェクタ
１３０ 光源
２４０、２５０、２６０ ＤＭＤ
４００ 平行平板ガラス
４０５ マイクロコンピュータ
４１０ 画像信号処理部
４１１ ＤＭＤ駆動部
４１３ シフト制御部
４１４ 画像信号入力部
４１５ 制御信号入力部
４１６ 信号判別部
４１７ ＰＣ
４１７ａ 画像生成部
４１７ｂ 画像信号出力部
４０００ 画像出力システム
４１００ リサンプリング部

Claims (2)

1. 高解像度画像信号である第１画像信号、および前記第１画像信号より低解像度な画像信号であり画素シフト処理が施された第２画像信号のいずれかが入力画像信号として入力される画像信号入力部と、
   前記画像信号入力部に入力される入力画像信号が、第１画像信号か第２画像信号かを判別する信号判別部と、
   前記画像信号入力部に入力される１フレームの第１画像信号に対して互いに異なるサンプル位置でリサンプルすることにより前記第２画像信号と同じ解像度を有し同じフレームレートで表示されるリサンプル画像信号を生成するリサンプリング部と、
   前記信号判別部の判別結果に基づき、前記リサンプリング部でリサンプル画像信号を生成する処理と、第２画像信号を出力する処理のいずれかの処理をする画像信号処理部と、
   光源からの光を前記画像信号処理部から得られるリサンプル画像信号または第２画像信号に基づいて変調した映像光を生成する光変調素子と、
   前記光変調素子から出射される映像光をフレーム単位で画素シフトさせる画像シフト部と、
   を備える投写型画像表示装置。
2. 請求項１に記載の投写型画像表示装置に入力する入力画像信号を生成する画像信号生成装置であって、
   フレーム毎に生成する画素位置を１画素未満の範囲で周期的に切り替える画素シフト処理を行いながら画像生成を行ってフレーム画像信号を生成する画像生成部と、
   前記画像生成部が生成する画像信号を前記第２画像信号として出力する画像信号出力部と、
   を備える画像信号生成装置。