JPWO2015118651A1 - プロジェクタ及び画像表示方法 - Google Patents

Abstract

本発明のプロジェクタは、画像形成手段として高精細な表示パネルを用いる場合に、ＭＴＦ値がパネルの空間周波数に対して所定値未満の投射レンズを用いることができ、投射レンズの大型化やコスト増大を抑制することを目的とする。本発明のプロジェクタは、画像を形成するＤＭＤと、ＤＭＤにより形成した画像を投射面上に投射する投射レンズと、ＤＭＤの画像形成動作を制御する表示制御部と、を有する。表示制御部は、複数の画素（３０２）により形成された組み合わせ画素（３０３ａ、３００ｂ）により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、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ＤＭＤ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。

Description

本発明は、ディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）や液晶パネルなどの表示パネルを備え、表示パネルにて形成された画像を拡大投射するプロジェクタに関する。

プロジェクタの表示パネルに関しては、市場からの要求、デザインの進歩、製造方法の改良などにより、日々進化を遂げており、画素の微細化による表示パネルの高精細化や小型化が進んでいる。

最近のプロジェクタには、高精細な表示パネルを備えたプロジェクタ、例えば４Ｋ対応プロジェクタもある。ここで、４Ｋ対応プロジェクタとは、４Ｋ×２Ｋの画素数（例えば、３，８４０×２，１６０の画素数や４，０９６×２，１６０の画素数）を有する表示パネルを備えたプロジェクタである。

一方で、高精細な表示パネルを用いなくても投射画像の画素数を増大することができる技術も提案されている。

例えば、特許文献１には、表示パネルの画素数の２倍の画素数を有する投射画像を提供できる投影表示装置が記載されている。

特許文献１に記載の投影表示装置は、表示用液晶パネルと、表示用液晶パネルにて形成された画像をスクリーン上に拡大投射する投射光学系と、駆動電圧発生器と、該駆動電圧発生器より供給される駆動電圧によって駆動され、表示用液晶パネルと投射光学系との間に設けられた、偏光方向制御用液晶パネル及び水晶板からなるシフト手段と、を有する。

シフト手段は、水晶板の複屈折現象を利用して光路をシフトさせるものである。具体的には、水晶板に垂直に入射した光のうち、第１の偏光方向の光（通常光線）は屈折することなくそのまま水晶板を通過するため、入射光路と出射光路は一致する。一方、第２の偏光方向の光（異常光線）は、水晶板で屈折するため、入射光路に対して出射光路はシフトする。この通常光線と異常光線の関係を利用して光路シフトを制御する。

表示用液晶パネルは、第１の偏光方向の光を偏光方向制御用液晶パネルに供給する。

駆動電圧が偏光制御用液晶パネルに供給されている状態において、第１の偏光方向の光は、偏光制御用液晶パネルをそのまま通過して水晶板に入射する。この場合、光路のシフトは生じない。

一方、駆動電圧が偏光制御用液晶パネルに供給されていない状態において、第１の偏光方向の光は偏光制御用液晶パネルを通過するが、その際に偏光方向が９０度回転する。その結果、偏光制御用液晶パネルを通過した光は第２の偏光方向の光となって水晶板に入射する。この場合、光路のシフトが生じる。

表示用液晶パネルの画素数の２倍の画素数を有する原画像を水平方向に１画素おきに間引いて２枚の画像Ｉ１，Ｉ２に分解し、画像Ｉ１，Ｉ２を時分割で表示用液晶パネルに表示させる。画像Ｉ１の表示期間は、駆動電圧を偏光制御用液晶パネルに供給し、画像Ｉ２の表示期間は、偏光制御用液晶パネルへの駆動電圧の供給を停止する。

スクリーン上では、画像Ｉ１の投射画像と画像Ｉ２の投射画像が時分割で表示される。画像Ｉ２の投射画像は、画像Ｉ１の投射画像に対して、水平方向に画素ピッチの１／２だけシフトした位置に表示される。画像Ｉ１，Ｉ２の表示周期を人間の眼の残像期間より短くすることで、画像Ｉ１，Ｉ２の投射画像を重畳した画像を観察することができる。この観察画像（画像Ｉ１，Ｉ２の重畳画像）は、原画像と同等の画素数を有する。

特開平４−１１３３０８号公報

上述した高精細な表示パネルを備えたプロジェクタにおいては、以下のような問題がある。

一般に、プロジェクタの投射レンズは、その性能を表すＭＴＦ（Modulation Transfer Function）値が表示パネルの画素の大きさによって決まる空間周波数（例えば、白黒表示のときの空間周波数）の５０％以上になるように設計される。これは、ＭＴＦ値が表示パネルの空間周波数の５０％未満である投射レンズを用いると、表示パネルによって形成された画像の解像度に対する投射レンズの解像力が不足し、投射画像の画質劣化を招くという理由による。ここで、空間周波数は、１ｍｍの幅の中に何本のラインペアが並ぶかを示し、その単位はｌｐ／ｍｍ（ラインペアー/ミリメートル）である。空間周波数が大きくなると、ライン幅が細くなるので、解像度が高くなる。

したがって、高精細な表示パネルを用いる場合は、その表示パネルの解像度に応じた解像力を有する投射レンズを用いる必要がある。

しかし、表示パネルの空間周波数が高くなると、ＭＴＦ値が空間周波数の５０％以上という条件を満たすために、例えば、収差の少ない高価なレンズを使用したり、収差補正に必要なレンズの枚数を増やしたりする必要がある。このため、高精細な表示パネルを用いると、投射レンズが大型のものになり、コストも増大するという問題を生じる。

また、今後は、表示パネルの画素の更なる微細化が進むことが予想され、空間周波数の増大により、ＭＴＦ値が空間周波数の５０％以上という条件を満たすことが困難になることも考えられる。

特許文献１に記載の投影表示装置においては、表示パネルの画素の大きさはそのままで、実際には表示パネルの画素数の２倍の画素数を有する投射画像を提供できるため、上記の高精細な表示パネルを備えたプロジェクタと比較して、上記の投射レンズの大型化やコスト増大を抑制することができる。

しかしながら、特許文献１に記載の投影表示装置においては、光路中にシフト手段を設ける必要があるため、装置が大型化し、コストが増大するといった問題がある。

本発明の目的は、上記問題を解決し、表示パネルの空間周波数に対して十分なＭＴＦ値を有していない投射レンズを用いて高精細な投射画像を提供することができる、プロジェクタ及び画像表示方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のプロジェクタは、光源と、複数の画素からなる画素領域を備え、前記複数の画素が前記光源から発せられた光を入力映像信号に基づき変調して画像を形成する画像形成手段と、前記画像形成手段により形成した前記画像を投射する投射手段と、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、を有する。前記制御手段は、複数の画素により形成された組み合わ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。

本発明の画像表示方法は、光源から発せられた光を入力映像信号に基づき変調して画像を形成する表示パネルを備え、該表示パネルにより形成した画像を投射面上に投射するプロジェクタ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わせ画素を画素単位として複数の画像を前記表示パネルにて順次形成させることによりフレーム画像を表示させ、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表示パネル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含む。

本発明の一実施形態であるプロジェクタの光学系に関わる部分を示す模式図である。 本発明の一実施形態であるプロジェクタの表示動作に関わる部分の概略構成を示すブロック図である。 図１に示すプロジェクタのＤＭＤの一部の画素を示す模式図である。 図１に示すプロジェクタのＤＭＤにより形成される画像の一部の画素を示す模式図である。 図１に示すプロジェクタのＤＭＤにて形成される画像の画像形成領域を示す模式図である。 図１に示すプロジェクタのＤＭＤにて形成される別の画像の画像形成領域を示す模式図である。 図１に示すプロジェクタのＤＭＤにて形成される画像の画素を説明するための模式図である。 図１に示すプロジェクタのＤＭＤとして用いるフルＨＤ対応のＤＭＤの一例を示す模式図である。 図１に示すプロジェクタのＤＭＤとして用いる４Ｋ対応のＤＭＤの一例を示す模式図である。 図６Ａに示すＤＭＤで使用される投射レンズのＭＴＦ特性を示す特性図である。 図１に示すプロジェクタにおける時分割で形成される画像の画像形成領域の一例を示す模式図である。 図１に示すプロジェクタにおける時分割で形成される画像の画像形成領域の別の例を示す模式図である。

１ 表示制御部
２ パネル駆動部
３ 光源駆動部
４ ホイール駆動部
１０１ 光源
１０２ カラーホイール
１０３ 均一化素子
１０４、１０６ レンズ
１０５ ミラー
１０７ ＴＩＲプリズム
１０８ ＤＭＤ
１０９ 投射レンズ

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態であるプロジェクタの光学系に関わる部分を示す模式図である。

図１を参照すると、プロジェクタは、光源１０１、カラーホイール１０２、均一化素子１０３、レンズ１０４、１０６、ミラー１０５、ＴＩＲ（Total Internal Reflection）プリズム１０７、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）１０８及び投射レンズ１０９を有する。

光源１０１は、例えば白色放電ランプ等の白色光源である。光源１０１は、収束光を出射するように構成されている。

均一化素子１０３は、ライトトンネルやロッドインテグレーターなどの光学素子よりなり、一方の端面が入射面とされ、他方の端面が出射面とされている。光源１０１からの白色光（収束光）が、均一化素子１０３の入射面に入射する。ライトトンネル等の代わりにフライアイレンズを用いてもよい。

カラーホイール１０２は、均一化素子１０３の入射端近傍に配置されている。カラーホイール１０２は、赤（Ｒ）の波長帯域の光を透過させる特性を有するフィルタＲ、緑（Ｇ）の波長帯域の光を透過させる特性を有するフィルタＧ、及び青（Ｂ）の波長帯域の光を透過させる特性を有するフィルタＢが周方向に所定の順番で形成されたホイールを有し、ホイールの中心部がモータの回転軸により支持されている。ホイールを回転させることで、赤色光、緑色光、青色光が時分割で出射される。なお、フィルタＲ、Ｇ、Ｂの数や周方向における各フィルタの幅は適宜に設定することができる。

均一化素子１０３の射出端側には、光路を折り曲げる手段として、レンズ１０４、ミラー１０５及びレンズ１０６が順に配置されており、折り曲げた光路上にＴＩＲプリズム１０７が配置されている。

ＴＩＲプリズム１０７は、第１及び第２の直角プリズムからなる、内部に全反射面を備えた全反射プリズムアセンブリである。第１及び第２の直角プリズムはそれぞれ、三角形の直角をなす辺を構成する第１及び第２の面と斜辺を構成する第３の面とを有し、互いの第３の面が対向するように配置されている。

第１の直角プリズムの第１の面がＴＩＲプリズム１０７の入射面であり、ＤＭＤ１０８が、第１の直角プリズムの第２の面と対向するように配置されている。第２の直角プリズムの第２の面がＴＩＲプリズム１０７の出射面であり、この出射面側に、投射レンズ１０９が配置されている。

均一化素子１０３の射出端から出た光は、レンズ１０４、ミラー１０５、レンズ１０６を順次通過してＴＩＲプリズム１０７の入射面に入射する。ＴＩＲプリズム１０７に入射した光は、内部の全反射面で全反射されて第１の直角プリズムの第２の面より出射する。この第２の面より出射した光は、ＤＭＤ１０８に照射される。

均一化素子１０３は、ＤＭＤ１０８に照射される光束の断面における照度分布を均一化するためのものである。均一化素子１０３の射出端近傍に、照度分布が均一な矩形の照明情報が形成される。この矩形の照明情報が、レンズ１０４、ミラー１０５、レンズ１０６及びＴＩＲプリズム１０７を介してＤＭＤ１０８上に結像される。

ＤＭＤ１０８は、表示パネルであって、複数の微小ミラーを有する。各微小ミラーは、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。画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。

ＤＭＤ１０８で形成された画像は、ＴＩＲプリズム１０７を介して投射レンズ１０９により不図示のスクリーン上に拡大投射される。

次に、本実施形態のプロジェクタの表示動作に関わる部分について説明する。

図２は、表示動作に関わる部分の概略構成を示すブロック図である。

図２を参照すると、プロジェクタは、ＤＭＤ１０８を駆動するパネル駆動部２と、光源１０１を駆動する光源駆動部３と、カラーホイール１０２を駆動するホイール駆動部４と、これらパネル駆動部２、光源駆動部３及びホイール駆動部４を動作させて表示制御を行う表示制御部１とを有する。

表示制御部１は、外部装置からの映像信号Ｓ１を入力とし、入力された映像信号Ｓ１に基づく画像をＤＭＤ１０８にて形成するようにパネル駆動部２を動作させるとともに、画像の形成動作に同期して、光源駆動部３及びホイール駆動部４を動作させる。

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。ＤＭＤ１０８の画像形成動作と光源駆動部３及びホイール駆動部４の動作とを同期させるための同期信号は、映像信号Ｓ１に含まれていてもよく、また、映像信号Ｓ１とは別に外部装置より供給されてもよい。

表示制御部１は、画素ずらし方式と呼ばれる手法により、ＤＭＤ１０８の画像形成動作を制御する。この画像形成動作において、表示制御部１は、複数の画素により形成された組み合わせ画素を画素単位（投射画像の画素単位）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、それら画像のうち、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ＤＭＤ１０８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。

例えば、表示制御部１は、ＤＭＤ１０８の各微小ミラーにより形成される画像の画素をそれぞれサブ画素とし、１画素（上記組み合わせ画素）が複数のサブ画素により構成された複数の画像を時分割でＤＭＤ１０８にて形成させることでフレーム画像を構成し、各画像間で互いの画像形成領域が１サブ画素分（ＤＭＤ１０８の画素ピッチ）だけ所定の方向にずれるように制御する。

以下、画素ずらしの制御について具体的に説明する。

表示制御部１は、映像信号Ｓ１から時分割で形成する画像を示す画像信号Ｓ２、Ｓ３を生成する。画像信号Ｓ２、Ｓ３のそれぞれの解像度は、映像信号Ｓ１の解像度の１／ｎである。ここで、ｎは、時分割で形成する画像の１画素を構成するサブ画素の数である。

例えば、ＤＭＤ１０８が３８４０（横）×２１６０（縦）の解像度を有する４Ｋ対応パネルであり、時分割で形成する画像の１画素が２×２個のサブ画素よりなり、映像信号Ｓ１として、３８４０（横）×２１６０（縦）の解像度の画像を示す信号が供給された場合は、画像信号Ｓ２、Ｓ３はそれぞれ、１９２０（横）×１０８０（縦）の解像度を有する画像を示す信号である。この場合、画像信号Ｓ２、Ｓ３において、画素を構成する２×２個のサブ画素に対して、当該画素に対する信号（データ）が共通に与えられる。

表示制御部１は、映像信号Ｓ１の１フレームを第１及び第２のサブフレームに２分割し、第１のサブフレームの期間に、画像信号Ｓ２をパネル駆動部２に供給し、第２のサブフレームの期間に、画像信号Ｓ３をパネル駆動部２に供給する。

より具体的には、表示制御部１は、映像信号Ｓ１の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Ｓ２、Ｓ３を生成してパネル駆動部２に供給する。

第１のサブフレーム（または、第１のサブフィールド）の期間において、パネル駆動部２は、画像信号Ｓ２に基づく画像をＤＭＤ１０８に形成させる。第２のサブフレーム（または、第２のサブフィールド）の期間において、パネル駆動部２は、画像信号Ｓ３に基づく画像をＤＭＤ１０８に形成させる。

時分割で形成する画像の１画素を２×２個のサブ画素より構成する場合は、例えば、図３Ａに示すように、ＤＭＤ１０８の２×２個の画素ａ〜ｄをそれぞれサブ画素４００とし、図３Ｂに示すように、時分割で形成する画像の１つの画素４０１を、４つのサブ画素４００により構成する。

また、画像信号Ｓ２に基づく画像と画像信号Ｓ３に基づく画像とは、互いの画像形成領域が１サブ画素分だけ所定の方向にシフトしたものになっている。

図４Ａに、画像信号Ｓ２に基づく画像Ａの一部を形成する画像形成領域７０１を示し、図４Ｂに、画像信号Ｓ３に基づく画像Ｂの一部を形成する画像形成領域７０２を示す。

図４Ａ及び図４Ｂ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サブ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、右下方向にシフトしている。ここで、右下方向は、図３Ｂに示した画素４０１の対角線の方向（サブ画素ａ、ｄの並び方向）である。

上記の画素ずらしの制御によれば、投射面上で、画像信号Ｓ２に基づく画像Ａと画像信号Ｓ３に基づく画像Ｂとが時分割で表示されるが、人間の目の残像現象により、画像Ａと画像Ｂを重畳した画像が観察される。

また、図３Ａ及び図３Ｂに示したように、画像Ａ、Ｂをそれぞれ１画素が２×２個のサブ画素によりなる画像とし、さらに、図４Ａ及び図４Ｂ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サブ画素分だけシフトさせる。これにより、投射面上では、画像Ａ、Ｂは、互いの対応する画素が０．５画素（１サブ画素）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、ＤＭＤ１０８のサブ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とになり、実質的に、ＤＭＤ１０８の画素数である３８４０（横）×２１６０（縦）の画素数を有する画像を提供することができる。

上記の画素ずらしの制御により投射画像の画素数を確実に増大させるために、表示制御部１は、画像Ａと画像Ｂの内容（例えば、輝度値）が異なるように画像信号Ｓ２、Ｓ３を生成することができる。

例えば、表示制御部１は、図３Ａに示した４つのサブ画素４００に関するデータ（例えば、輝度値）の平均を求め、その平均値を図３Ｂに示した画素４０１のデータとするといった処理を、映像信号Ｓ１に基づく画像の全てのサブ画素について行うことにより画像信号Ｓ２を生成する。さらに、表示制御部１は、画像信号Ｓ２に基づく画像の各画素４０１に対して重み付けを行うことで画像信号Ｓ３を生成する。

ただし、画像信号Ｓ２、Ｓ３の生成手法は、上記手法に限定されるものではなく、互いの対応する画素のデータが異なるのであれば、他の手法で画像信号Ｓ２、Ｓ３を生成してもよい。例えば、画素を間引くことで映像信号Ｓ１から画像信号Ｓ２、Ｓ３を生成してもよい。また、画像信号Ｓ２と画像信号Ｓ３とで、平均を求める４つのサブ画素の組合せを異ならせてもよい。

なお、本実施形態では、映像信号Ｓ１として、赤色の画像を示す映像信号Ｒと、緑色の画像を示す映像信号Ｇと、青色の画像を示す映像信号Ｂとが時分割で表示制御部１に供給される。表示制御部１は、映像信号Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれについて、上述した画素ずらしの制御による画像形成の処理を実行する。

以上説明した本実施形態のプロジェクタによれば、以下のような作用効果を奏する。

ＤＭＤ１０８と同じ解像度の画像を示す映像信号Ｓ１が入力された場合に、映像信号Ｓ１に基づく画像をそのままＤＭＤ１０８にて形成させる場合は、投射レンズ１０９のＭＴＦ値をＤＭＤ１０８の空間周波数の５０％以上にしないと、ＤＭＤ１０８にて形成された画像に対する投射レンズ１０９の解像力が不足して投射画像の画質劣化を招くことがある。

本実施形態のプロジェクタでは、映像信号Ｓ１に基づく画像をそのままＤＭＤ１０８にて形成させるのではなく、上述の画素ずらしの制御により、映像信号Ｓ１の解像度の１／ｎ（ｎは時分割で形成する画像の１画素を構成するサブ画素の数である）の解像度を有する複数の画像を時分割でＤＭＤ１０８にて形成する。

例えば、図３Ａ及び図３Ｂに示したように、時分割で形成する画像の１画素が２×２個のサブ画素によりなる場合、図５に示すように、１サブ画素の大きさが５．４μｍであるのに対して、時分割で形成する画像の１画素（組合せ画素）の大きさは１０．８μｍであり、サブ画素に対して縦横が倍の大きさになる。

上記の場合、ＤＭＤ１０８の空間周波数をＮ（ｌｐ／ｍｍ）とすると、時分割で形成する画像の空間周波数は０．５Ｎ（ｌｐ／ｍｍ）である。この場合、時分割で形成する画像に対して要求される解像力は、ＤＭＤ１０８に対して要求されていた解像力と比較して半減する。よって、投射レンズ１０９のＭＴＦ値は、ＤＭＤ１０８の空間周波数の５０％未満であっても、時分割で形成する画像の画素の大きさによって決まる空間周波数の５０％以上であれば、形成された画像に対する解像力不足は生じない。

また、時分割で形成する複数の画像によりフレーム画像を形成しており、各画像の画素（画像の形成に使用される組合せ画素）は、フレーム画像がサブ画素単位で形成されるように構成されている。具体的には、時間的に連続して形成される各画像間で、互いの対応する画素（画像の形成に使用される組合せ画素）の形成領域を１画素分だけ所定の方向にシフトさせている。このため、投射画像を観察した場合に、観察画像（各画像の重畳画像であるフレーム画像）として、ＤＭＤ１０８と同等の画素数を有する高精細な画像を提供することができる。

上記のように、本実施形態のプロジェクタによれば、ＤＭＤ１０８として高精細な表示パネルを用いる場合に、ＭＴＦ値がパネルの空間周波数の５０％未満の投射レンズを用いることができるので、投射レンズの大型化やコスト増大を抑制することができる。

また、高精細な表示パネルの寸法に変更がなければ、投射レンズを含む光学系を変更する必要もないため、光学系の大型化やコスト増大を抑制することができる。

以下、具体例を挙げて、本実施形態のプロジェクタにおける作用効果を詳細に説明する。

図６Ａに示すフルＨＤ（Full High Definition）対応のＤＭＤ２０１を備えたプロジェクタにおいて、ＤＭＤ２０１に代えて、図６Ｂに示す４Ｋ対応のＤＭＤ２０２を用いる場合を考える。

フルＨＤ対応のＤＭＤ２０１は、１９２０（横）×１０８０（縦）の画素数を備えた画像形成領域を有する。画像形成領域の対角寸法はＬインチで、１画素のサイズは、Ｖ（縦）×ｈ（横）である。

一方、４Ｋ対応のＤＭＤ２０２は、３８４０（横）×２１６０（縦）の画素数を備えた画像形成領域を有する。画像形成領域の対角寸法はＬインチで、フルＨＤ対応のＤＭＤ２０１のそれと同じである。１画素のサイズは、０．５Ｖ（縦）×０．５ｈ（横）であり、フルＨＤ対応のＤＭＤ２０１の画素サイズの１／４の大きさである。

上記のシチュエーションにおいて、フルＨＤ対応のＤＭＤ２０１を４Ｋ対応のＤＭＤ２０２と置き換えると、ＤＭＤの空間周波数が増大する。例えば、ｈ＝ｖ＝１０．８μｍである場合、フルＨＤ対応のＤＭＤ２０１の空間周波数は４６．３ｌｐ／ｍｍ（ラインペア／ミリメートル）であるの対して、４Ｋ対応のＤＭＤ２０２の空間周波数は９２．６ｌｐ／ｍｍである。

４Ｋ対応のＤＭＤ２０２の空間周波数はフルＨＤ対応のＤＭＤ２０１の空間周波数の２倍であるため、フルＨＤ対応のＤＭＤ２０１で使用していた投射レンズをそのまま使用すると、４Ｋ対応のＤＭＤ２０２によって形成された画像に対して、投射レンズの解像力が不足して、画質劣化を招く。

図７に、フルＨＤ対応のＤＭＤ２０１で使用していた投射レンズのＭＴＦ特性を示す。横軸は空間周波数（ｌｐ／ｍｍ）を示し、縦軸はＭＴＦ値を示す。ＭＴＦ値は、投射画像のコントラストをどの程度忠実に再現できるかを周波数特性によって表したものである。

図７のＭＴＦ特性において、横軸上の（ａ）、（ｂ）で示したポイントの空間周波数の値がそれぞれ、４６．３ｌｐ／ｍｍ、９２．６ｌｐ／ｍｍである。空間周波数４６．３ｌｐ／ｍｍに対してＭＴＦ値は５０％を超えているため、解像力は不足しないが、空間周波数９２．６ｌｐ／ｍｍに対しては、ＭＴＦ値は５０％を大きく下回っているため、解像力が不足する。

本実施形態のプロジェクタでは、上述した画素ずらしの制御を行うことで、上記で生じる投射レンズの解像力不足の問題を解消することができる。

具体的には、表示制御部１は、４Ｋ対応のＤＭＤ２０２の各画素をそれぞれサブ画素とし、３８４０（横）×２１６０（縦）の解像度の映像信号Ｓ１から画像信号Ｓ２、Ｓ３を生成する。ここで、画像信号Ｓ２の画像Ａ及び画像信号Ｓ３の画像Ｂはそれぞれ、１画素が２×２個のサブ画素からなる画像、すなわち、１９２０（横）×１０８０（縦）の画素数を備えた画像である。

表示制御部１は、画像Ａ及び画像Ｂを時分割で４Ｋ対応のＤＭＤ２０２にて形成させるとともに、画像Ｂの画像形成領域を画像Ａの画像形成領域に対して縦方向及び横方向にそれぞれ１サブ画素だけずらす。これにより、投射面上で観察される画像（画像Ａ、Ｂの重畳画像）は、３８４０（横）×２１６０（縦）の画素数を有する画像となる。

上記の場合、投射レンズ１０９は、１９２０（横）×１０８０（縦）の画素数を備えた画像Ａ、Ｂを投射することになるので、そのＭＴＦ値が、画像Ａ、Ｂそれぞれの画素の大きさによって決まる空間周波数の５０％以上であれば、解像力不足は生じない。ここで、画像Ａ、Ｂそれぞれの画素の大きさによって決まる空間周波数は、フルＨＤ対応のＤＭＤ２０１の空間周波数である４６．３ｌｐ／ｍｍと同じであるので、フルＨＤ対応のＤＭＤ２０１で使用していた投射レンズを使用しても解像力は不足しない。

なお、４Ｋ対応のＤＭＤ２０２の対角寸法は、フルＨＤ対応のＤＭＤ２０１と同じであるため、投射レンズを含む光学系を変更する必要もない。

以上の説明では、投射画像の画質への影響が最も大きい解像に着目したが、その他の重要な項目としては、投射画像のコンバーゼンス（画素ずれ）がある。この画素ずれに対する条件としては、ＲＧＢの３色のうちの２色間の画素ずれ量を０．５画素以内にするというのが一般的であり、投射レンズの仕様では、倍率色収差特性に相当する。解像の場合と同様、この画素ずれについても、表示パネルの画素サイズに対して最適化が行われている。

例えば、フルＨＤ用のプロジェクタにおいて、画素サイズが「□１０．８μｍ」（１０．８μｍ×１０．８μｍを示す）である場合、画素ずれを０．５画素分に相当する５．４μｍ以下にするという条件を満たすように投射レンズを設計する。この投射レンズを４Ｋ対応の表示パネルに使用する場合、画素サイズ（□５．４μｍ）（５．４μｍ×５．４μｍを示す）に対して０．５画素のずれ量に相当する倍率色収差は、わずか２．７μｍである。このような倍率色収差の補正は、投射レンズの大型化やコスト増大の問題を招く。

本実施形態のプロジェクタによれば、画素ずらしの制御により、例えば、ＤＭＤにて形成される画像の画素サイズは、ＤＭＤの画素サイズの倍の値（□１０．８μｍ）になるので、上記の投射レンズの大型化やコスト増大の抑制することができる。

以上説明したプロジェクタは、本発明の一実施形態であり、その構成や動作については、種々の変形が可能である。

例えば、ＤＭＤ１０８は、複数の画素からなる画素領域を有し、この画素領域の一部は、黒表示のための黒表示領域（例えば、枠に相当する領域）であってもよい。この場合、表示制御部１は、画素領域のうちの黒表示領域以外の領域内で複数の画像を時分割で形成させてもよい。

例えば、図８Ａに示すように、ＤＭＤ１０８は、複数のサブ画素３０２からなる画素領域３００を有し、画素領域３００の最外周の部分が黒表示領域３０１となっている。

第１のサブフレームの期間において、表示制御部１は、画素領域３００の黒表示領域３０１以外の領域に第１の画像を形成させる。この例では、第１の画像として、左上から右下の方向に４つの画素３０３ａが並んだ画像が形成されている。

次いで、第２のサブフレームの期間において、表示制御部１は、画素領域３００の黒表示領域３０１以外の領域に第２の画像を形成させる。この例では、第２の画像として、左上から右下の方向に３つの画素３０３ｂが並んだ画像が形成されている。これら３つの画素３０３ｂは、第１の画像における、一番左上から３つの画素３０３ｂに対応し、各画素３０３ｂは、対応する画素３０３ａに対して１サブ画素分だけ右方向及び下方向にずれた位置に形成されている。なお、第２の画像において、一番右下の画素３０３ａに対応する画素は、その一部が黒表示領域３０１にかかるため、削除されている（表示されない）。

上記の第１の画像と第２の画像の重畳画像は、画素領域３００の黒表示領域３０１以外の領域内に収まるように形成される。この重畳画像は、２２個の画素３００ｃからなる画像に相当する。

別の画像形成手法として、表示制御部１は、画素領域のうちの黒表示領域以外の領域を使用して複数の画像を時分割で形成させてもよい。

例えば、図８Ｂに示すように、第１のサブフレームの期間において、表示制御部１は、画素領域３００に第１の画像を形成させる。この例では、第１の画像として、左上から右下の方向に４つの画素３０３ａが並んだ画像が形成されている。

次いで、第２のサブフレームの期間において、表示制御部１は、画素領域３００の黒表示領域３０１を含む領域に第２の画像を形成させる。この例では、第２の画像として、左上から右下の方向に４つの画素３０３ｂが並んだ画像が形成されおり、右下の画素３０３ｂが黒表示領域３０１に位置する。４つの画素３０３ｂはそれぞれ第１の画像における４つの画素３０３ａに対応し、各画素３０３ｂは、対応する画素３０３ａに対して１サブ画素分だけ右方向及び下方向にずれた位置に形成されている。

上記の第１の画像と第２の画像の重畳画像は、画素領域３００内に収まるように形成される。この重畳画像は、２５個の画素３００ｃからなる画像に相当する。

また、本実施形態のプロジェクタにおいて、時分割で形成する画像は、１画素がｎ（行）×ｍ（列）の複数のサブ画素よりなる画像であればよい。ここで、ｎ及びｍは正の整数である（ただし、ｎ＝１かつｍ＝１となる場合を除く）。この場合、１×２、２×１、２×２、３×３等、様々な画素の形態をとり得る。

例えば、１画素が１行２列の２つのサブ画素からなる第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サブ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、１画素が２行１列の２つのサブ画素からなる第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サブ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。

また、１画素が３行３列の９つのサブ画素からなる画像を時分割で形成する場合は、第１乃至第３の画像をそれぞれ示す第１乃至第３の画像信号を生成する。さらに、１フレームを第１乃至第３のサブフレーム（またはサブフィールド）に分割する。そして、第１のサブフレームの期間に第１の画像信号に基づく第１の画像を形成し、第２のサブフレームの期間に第２の画像信号に基づく第２の画像を形成し、第３のサブフレームの期間に第３の画像信号に基づく第３の画像を形成する。この場合、第１及び第２の画像間で互いの画像形成領域を行方向及び列方向のそれぞれの方向に１サブ画素だけずらす。さらに、第２及び第３の画像間で互いの画像形成領域を行方向及び列方向のそれぞれの方向に１サブ画素だけずらす。これにより、１画素を２行２列の４つのサブ画素より構成するものよりも、観察画像の画素数が増大し、高精細な画像を提供することができる。加えて、時分割で形成する画像の画素サイズが大きくなるので、投射レンズのＭＴＦ値に対する条件がさらに緩和される。

また、本実施形態では、表示パネルとしてＤＭＤを備えた単板式のプロジェクタについて説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、単板式以外のプロジェクタ、例えば、３板式のプロジェクタにも適用することができる。

また、表示パネルとして、ＤＭＤの他に、液晶パネルなどを用いることができる。液晶パネルとして、高温ポリシリコンＴＦＴ（Thin Film Transistor）パネルや反射型液晶パネル（例えば、リキッドクリスタルオンシリコン（ＬＣｏＳ））を用いることができる。なお、液晶パネルを備えた単板式又は３板式のプロジェクタの構成はよく知られているので、その構成についての説明は省略する。

さらに、本実施形態では、作用効果の説明を明瞭に進めるために、本発明の適用例として、画素サイズが「□１０．８μｍ」のフルＨＤ対応パネルと、画素サイズが「□５．４μｍ」の４Ｋ対応パネルとを例示したが、本発明の適用例はこれに限定されない。本発明は、ＷＸＧＡ等、様々な解像度のパネルに適用することができる。

また、本実施形態では、投射レンズ１０９として、ＭＴＦ値がＤＭＤ１０８の空間周波数の５０％未満で、時分割で形成する画像の画素の大きさによって決まる空間周波数の５０％以上のものを使用する。ここで、「５０％」は一般に設定されているＭＴＦ値の条件に基づく閾値であるが、製造業者によってはこの閾値を「６０％」にする場合もある。したがって、本発明では、閾値は、解像度不足を生じない値に設定さればよく、望ましくは「５０％」で、より望ましくは「６０％」である。

さらに、本実施形態では、表示制御部１は、入力映像信号Ｓ１に基づいて、時分割で形成する複数の画像それぞれを示す複数の画像信号を生成しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、時分割で形成する複数の画像それぞれを示す複数の画像信号が外部装置から表示制御部１に供給されてもよい。

また、本発明は、以下の付記１〜１４のような形態をとり得るが、これら形態に限定されない。
［付記１］
光源と、
複数の画素からなる画素領域を備え、前記複数の画素が前記光源から発せられた光を入力映像信号に基づき変調して画像を形成する画像形成手段と、
前記画像形成手段により形成した前記画像を投射する投射手段と、
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わ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、プロジェクタ。
［付記２］
前記組合せ画素は、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、付記１に記載のプロジェクタ。
［付記３］
前記投射手段は、ＭＴＦ値が前記画素領域の画素の大きさによって決まる空間周波数に対して所定の値未満で、かつ、前記組合せ画素の大きさによって決まる空間周波数に対して前記所定の値以上である投射レンズを有する、付記１または２に記載のプロジェクタ。［付記４］
前記所定の値が５０％である、付記３に記載のプロジェクタ。
［付記５］
前記画素領域の一部は、黒表示のための黒表示領域を含む、付記１から４のいずれか１つに記載のプロジェクタ。
［付記６］
前記制御手段は、前記画素領域のうちの前記黒表示領域以外の領域内に前記フレーム画像を形成させる、付記５に記載のプロジェクタ。
［付記７］
前記入力映像信号は、前記画素領域と同じ画素数を有する画像を示す信号であり、
前記制御手段は、前記入力映像信号から前記複数の画像それぞれを示す複数の画像信号を生成し、
前記画像形成手段は、前記複数の画像信号に基づいて前記複数の画像を時分割で形成する、付記１から６のいずれか１つに記載のプロジェクタ。
［付記８］
光源から発せられた光を入力映像信号に基づき変調して画像を形成する表示パネルを備え、該表示パネルにより形成した画像を投射面上に投射するプロジェクタ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わせ画素を画素単位として複数の画像を前記表示パネルにて順次形成させることによりフレーム画像を表示させ、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表示パネル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、画像表示方法。
［付記９］
前記組合せ画素は、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、付記８に記載の画像表示方法。
［付記１０］
ＭＴＦ値が前記表示パネルの画素の大きさによって決まる空間周波数に対して所定の値未満で、かつ、前記組合せ画素の大きさによって決まる空間周波数に対して前記所定の値以上である投射レンズを用いて、前記表示パネルにより形成された画像を投射する、付記８または９に記載の画像表示方法。
［付記１１］
前記所定の値が５０％である、付記１０に記載の画像表示方法。
［付記１２］
前記表示パネルは、一部が黒表示のための黒表示領域により形成された画素領域を有し、
前記画素領域全体に前記フレーム画像を形成する、付記８から１１のいずれか１つに記載の画像表示方法。
［付記１３］
前記表示パネルは、一部が黒表示のための黒表示領域により形成された画素領域を有し、
前記画素領域のうちの前記黒表示領域以外の領域内に前記フレーム画像を形成する、付記８から１１のいずれか１つに記載の画像表示方法。
［付記１４］
前記入力映像信号は、前記表示パネルと同じ画素数を有する画像を示す信号であり、
前記入力映像信号から前記複数の画像それぞれを示す複数の画像信号を生成し、該複数の画像信号に基づいて前記複数の画像を時分割で前記表示パネルにて形成する、付記８から１３のいずれか１つに記載の画像表示方法。

上記付記１〜７に記載のプロジェクタにおいて、制御手段は表示制御部１に対応し、画像形成手段は、ＤＭＤ１０８及びパネル駆動部２などに対応する。投射手段は、投射レンズ１０９を含む。

上記プロジェクタによれば、例えば、ＭＴＦ値が画素領域の画素の大きさによって決まる空間周波数の５０％未満の投射レンズを用いた場合でも、その投射レンズのＭＴＦ値が組合せ画素の大きさによって決まる空間周波数の５０％以上であれば、解像不足による画質低下は生じない。

加えて、フレーム画像が画素単位で形成されるので、画素領域と同等の画素数を有する投射画像を提供することができる。

上記付記８〜１４の画像表示方法も、上記プロジェクタと同様の効果を奏する。

Claims (14)

1. 光源と、
   複数の画素からなる画素領域を備え、前記複数の画素が前記光源から発せられた光を入力映像信号に基づき変調して画像を形成する画像形成手段と、
   前記画像形成手段により形成した前記画像を投射する投射手段と、
   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わ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、プロジェクタ。
2. 前記組合せ画素は、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、請求項１に記載のプロジェクタ。
3. 前記投射手段は、ＭＴＦ値が前記画素領域の画素の大きさによって決まる空間周波数に対して所定の値未満で、かつ、前記組合せ画素の大きさによって決まる空間周波数に対して前記所定の値以上である投射レンズを有する、請求項１または２に記載のプロジェクタ。
4. 前記所定の値が５０％である、請求項３に記載のプロジェクタ。
5. 前記画素領域の一部は、黒表示のための黒表示領域を含む、請求項１から４のいずれか１項に記載のプロジェクタ。
6. 前記制御手段は、前記画素領域のうちの前記黒表示領域以外の領域内に前記フレーム画像を形成させる、請求項５に記載のプロジェクタ。
7. 前記入力映像信号は、前記画素領域と同じ画素数を有する画像を示す信号であり、
   前記制御手段は、前記入力映像信号から前記複数の画像それぞれを示す複数の画像信号を生成し、
   前記画像形成手段は、前記複数の画像信号に基づいて前記複数の画像を時分割で形成する、請求項１から６のいずれか１項に記載のプロジェクタ。
8. 光源から発せられた光を入力映像信号に基づき変調して画像を形成する表示パネルを備え、該表示パネルにより形成した画像を投射面上に投射するプロジェクタ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わせ画素を画素単位として複数の画像を前記表示パネルにて順次形成させることによりフレーム画像を表示させ、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表示パネル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、画像表示方法。
9. 前記組合せ画素は、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、請求項８に記載の画像表示方法。
10. ＭＴＦ値が前記表示パネルの画素の大きさによって決まる空間周波数に対して所定の値未満で、かつ、前記組合せ画素の大きさによって決まる空間周波数に対して前記所定の値以上である投射レンズを用いて、前記表示パネルにより形成された画像を投射する、請求項８または９に記載の画像表示方法。
11. 前記所定の値が５０％である、請求項１０に記載の画像表示方法。
12. 前記表示パネルは、一部が黒表示のための黒表示領域により形成された画素領域を有し、
    前記画素領域全体に前記フレーム画像を形成する、請求項８から１１のいずれか１項に記載の画像表示方法。
13. 前記表示パネルは、一部が黒表示のための黒表示領域により形成された画素領域を有し、
    前記画素領域のうちの前記黒表示領域以外の領域内に前記フレーム画像を形成する、請求項８から１１のいずれか１項に記載の画像表示方法。
14. 前記入力映像信号は、前記表示パネルと同じ画素数を有する画像を示す信号であり、
    前記入力映像信号から前記複数の画像それぞれを示す複数の画像信号を生成し、該複数の画像信号に基づいて前記複数の画像を時分割で前記表示パネルにて形成する、請求項８から１３のいずれか１項に記載の画像表示方法。

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