JP2016170232A

JP2016170232A - 投写型表示装置

Info

Publication number: JP2016170232A
Application number: JP2015048859A
Authority: JP
Inventors: 昌弘原口; Masahiro Haraguchi
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2015-03-11
Filing date: 2015-03-11
Publication date: 2016-09-23

Abstract

【課題】画素シフト機能を備える投写型表示装置において、画素シフト時のぼやけを回避するとともに、画像の輝度や階調低下を防ぐこと。【解決手段】光源コントローラ５５０は、画素シフト素子コントローラ５４０から得られる第１位置と第２位置の間の遷移タイミングをトリガとして、画素シフト期間における赤色光と緑色光光源の出射光量を減少させる。さらに光源コントローラ５５０は、光源の出射光量を減少させたセグメントと同色のセグメントに対して、画素が第１の位置、または第２の位置にあるときに、画素シフト期間に減少させた分に等しいだけ出射光量を増加させる。【選択図】図７

Description

本開示は、投写型表示装置に関し、特に投写映像光の画素をシフトさせるシフト機能を備える投写型表示装置に関する。

投射型映像表示装置では、ＬＣＤやＤＬＰ（登録商標）などの画素構造をもつ映像表示素子と画素シフト構造を組み合わせることで、映像表示素子のもつ解像度以上の映像表現を実現する技術が開発されている。

特許文献１では、画素シフトと映像表示を同時に行うため、画素シフト素子の状態が遷移している間は画素がぼやけるという課題に着目し、その期間に遮光部を設けて、画素シフト遷移期間中の画素ぼやけを回避する方法が開示されている。

特開平４−１１３３０８号公報

本開示は、画素シフト機能を備える投写型映像表示装置において、画素シフト時のぼやけを回避するとともに、画像の輝度低下を防ぐようにした。

本開示の投写型映像表示装置は、光源と、回転可能に設けられた基板と、この基板上に回転方向に沿って配置され、光源から出射する光から異なる複数の色光を時分割に生成する複数のセグメントを有するホイールと、入力される映像信号に基づいて複数の色光から映像光を生成する表示素子と、映像光の画素の投写位置を少なくとも第１位置および第２位置の間でシフトさせる画素シフト素子と、画素シフト素子を制御する画素シフト素子コントローラと、光源の出射光量を制御する光源コントローラとを備え、光源コントローラは、画素シフト素子が前記画素シフト素子コントローラにより駆動されることにより、画素が少なくとも第１位置および第２位置の間を遷移している期間は出射光量を減少させ、画素シフト素子が第１位置または第２位置に位置する期間に出射光量の減少分だけ出射光量を増加させるようにした。

本開示によれば、画素シフト機能を備える投写型表示装置において、画素シフト時のぼやけを回避するとともに、画像の輝度や階調低下を防ぐことができる。

本開示の投写型表示装置の投写使用状態を示す図本開示の投写型表示装置の光学構成を示す図本開示の投写型表示装置で使用される蛍光基板を示す図本開示の投写型表示装置で使用される画素シフト素子を説明するための図実施の形態に係る投写型表示装置の要部ブロック図実施の形態に係る投写型表示装置のサブフレーム分割方法を示す図実施の形態に係る投写型表示装置の画素シフトの制御例を示す図実施の形態に係る投写型表示装置の画素シフトの他の制御例を示す図

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。

また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
（実施の形態１）
以下、図１〜図８を用いて、実施の形態を説明する。

［１−１］構成
図１は、本開示の投写型表示装置１００の使用状態を示す図であり、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）や、ＤＶＤ再生機からの映像信号を投写映像として投写面１１０に投写する。

図２は本開示の投写型表示装置１００の光学構成を示す図である。固体光源ユニット２３は、固体光源である青色光のレーザ光を出射する半導体レーザ２０と、放熱板２１と、半導体レーザ２０のレーザ光を集光し平行光に変換するコリメートレンズである集光レンズ２２を備える。この放熱板２１には、ヒートシンク２４が取り付けられる。半導体レーザが出射する青色光は直線偏光をもち偏光方向がＳ偏光となっている。

集光レンズ２２からの光は、レンズ２５を通り、全反射ミラー２６で反射されて、レンズ２７、拡散板２８を経て、ダイクロイックミラー２９に入射する。ダイクロイックミラー２９は、Ｓ偏光の青色光を反射し、Ｐ偏光の青色光を透過する特性を有するとともに、後述する蛍光体の発光光に対しても透過する特性を有する。拡散板２８は平板ガラスの表面に細かな凹凸が設けられておりレーザ光を拡散してスペックルノイズの低減をする。

拡散板２８を透過したＳ偏光の青色光は、ダイクロイックミラー２９で反射され、位相差板である１／４波長板３０を透過する。１／４波長板３０に入射したＳ偏光光は円偏光に変換され、コンデンサレンズ３１に入射する。コンデンサレンズ３１に入射された青色光は、蛍光体ホイール３６の蛍光基板３２を照射する。図２において、固体光源ユニット２３から出射する各光束の様相と、ダイクロイックミラー２９へ入射および出射する光の偏光方向をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸で示している。

図３（ａ）に示されているように、蛍光体ホイール３６の円形の蛍光基板３２は、８つのセグメントに分割された領域を有し、そのうち２つのセグメントは赤色蛍光体４０が塗布された蛍光領域であり、他の２つのセグメントは緑色蛍光体４１が塗布された蛍光領域である。また、更に他の２つのセグメントは反射膜のみを形成した反射領域４２であり、残余の２つのセグメントは、黄色蛍光体４３が塗布形成された蛍光領域である。緑成分を含む光を蛍光発光する緑色蛍光体４１としてはＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、赤色成分を含む光を蛍光発光する赤色蛍光体４０として、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋を用いている。黄色蛍光体４３としては、Ｃｅ不活ＹＡＧ系蛍光体を用いている。反射領域４２は蛍光体が形成されずアルミニウム基板３４上に形成された反射膜３３によって形成されている。これら、蛍光体と反射領域は、本実施の形態では、図３（ｃ）に示すように蛍光体ホイール３６の回転中心を中心としてそれぞれ４５°の等角度で、図３（ａ）の矢印ＲＯ方向に赤色蛍光体４０、緑色蛍光体４１、反射領域４２、黄色蛍光体４３の順で配列されている。

図３（ｂ）は、蛍光領域と反射領域の厚み方向のＡ−Ｂ断面図を示している。アルミニウム基板３４上に、反射膜３３を形成し、その反射膜の上に蛍光体層を０．１〜０．２ｍｍ程度の厚みで印刷または塗布されている。蛍光体層の蛍光領域セグメントに入射した光は、緑、赤、黄色成分の色光を蛍光発光し、蛍光基板３２から出射する。また、各蛍光領域の反射膜３３側に発光する光は反射膜３３で反射し、蛍光基板３２から出射する。一方、反射領域４２の反射膜３３に入射した円偏光の青色光は、反射膜３３で反射されて逆周りの円偏光となり、蛍光基板３２から出射する。

蛍光体ホイール３６の蛍光基板３２には、モータ３５が取り付けられており、モータ３５は蛍光基板３２を回転させる。１／４波長板３０を透過した青色光は、コンデンサレンズ３１によって、蛍光基板３２の周縁の近くで、蛍光体の幅よりも小さいスポットＳを形成するように照射される。

従って、蛍光基板３２がモータ３５によりＲＯ方向に回転すると、コンデンサレンズ３１からの青色光は、赤色蛍光体４０、緑色蛍光体４１、反射領域４２、黄色蛍光体４３を順次照射することになる。青色光が赤色蛍光体４０を照射すると、赤色蛍光体４０は赤色の蛍光光を発光し、青色光が緑色蛍光体４１を照射すると、緑色蛍光体４１は緑色光を発光する。青色光が黄色蛍光体４３を照射すると、黄色蛍光体４３は黄色光を発光する。これら、赤色光、緑色光、黄色光は非偏光光であり、コンデンサレンズ３１で集光される。また、反射膜３３で反射され、逆回りの円偏光となった青色光はコンデンサレンズ３１で集光される。

コンデンサレンズ３１で集光された赤色光、緑色光、黄色光は、１／４位相差板３０及びダイクロイックミラー２９をそのまま透過する。また、コンデンサレンズ３１で集光された逆回りの円偏光の青色光は、１／４位相差板３０によってＰ偏光に変換され、ダイクロイックミラー２９を透過する。このようにして、蛍光基板３２からは、モータ３５で回転駆動されることによって、蛍光基板３２からは、図３（ｃ）のような位相関係で、順次赤色光、緑色光、青色光、黄色光の色光が時系列的に出射される。

ダイクロイックミラー２９を透過した光は、複数のレンズ素子から構成される第１のレンズアレイ板１３０に入射する。第１のレンズアレイ板１３０に入射した光束は多数の光束に分割される。分割された多数の光束は、複数のレンズから構成される第２のレンズアレイ板１３１に収束する。第１のレンズアレイ板１３０のレンズ素子はＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）１３６と相似形の開口形状である。第２のレンズアレイ板１３１のレンズ素子は第１のレンズアレイ板１３０とＤＭＤ１３６が略共役関係となるようにその焦点距離を決めている。ＤＭＤ１３６は表示素子の一例である。

第２のレンズアレイ板１３１から出射した光は重畳用レンズ１３２に入射する。重畳用レンズ１３２は第２のレンズアレイ板１３１の各レンズ素子からの出射した光をＤＭＤ１３６上に重畳照明するためのレンズである。重畳用レンズ１３２からの光は、ミラー１３３で反射された後、フィールドレンズ１３４に入射する。フィールドレンズ１３４は照明光を効率よく投写レンズ１３７に集光する。フィールドレンズ１３４からの照明光は全反射プリズム１３５に入射する。このようにして、図２の破線で囲まれた部分は、照明装置１０を構成する。

全反射プリズム１３５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を形成し、空気層は臨界角以上の角度で入射する光を全反射する。フィールレンズ１３４からの照明光は全反射させて、ＤＭＤ１３６を照明するとともに、ＤＭＤから出射する投写光を透過する。

ＤＭＤ１３６に入射する光は映像信号に応じて、画像形成に必要な光束のみを偏向し、全反射プリズム１３５を透過後、画素シフト素子４００を介して、投写レンズ１３７に入射する。投写レンズ１３７はＤＭＤ１３６で変調形成される画像光を拡大投写する。投写画像の均一性を確保するためのインテグレータ光学系として、２枚のレンズアレイ板を用いているが、ロッドを用いて構成してもよい。

図４は、画素シフト素子４００の動作原理を示す図であり、画素シフト素子４００は、平行平板ガラス４１０と、それを搖動駆動する図示しない駆動装置からなる。平行平板ガラス４１０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４１０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４１０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４１０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映像光である場合、画像の画素の表示位置はシフトしない。

一方、平行平板ガラス４１０が、図４の破線で示すように、駆動装置で駆動されることにより、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４１０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４１０に入射後、平行平板ガラス４１０を通過し、空気に出る界面においても、平行平板ガラス４１０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４１０に入射するときに屈折する角度と、平行平板ガラス４１０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が映像光であると、出力光線Ｌｏの映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４１０から出力され投写される画像の画素の表示位置がシフトすることになる。

図５は、実施の形態１に係る投写型表示装置の要部ブロック図である。
図５に示すように制御ユニット５００は、信号受付部５１０と、信号変換部５３０と、蛍光基板コントローラ５２０と、画素シフト素子コントローラ５４０と、光源コントローラ５５０を有する。

信号受付部５１０は、ＤＶＤ再生機やＴＶチューナなどの外部機器から入力信号を受け付ける。信号受付部５１０で受信された信号は、信号変換部５３０と蛍光基板コントローラ５２０に供給される。

信号変換部５３０は、入力信号をＤＭＤの画素数に合った複数のサブフレームに変換し、ＤＭＤ１３６に供給する。ＤＭＤ１３６は、照明装置１０からの光をサブフレームの信号で変調する。

蛍光基板コントローラ５２０は、信号受付部５１０からの入力信号の同期信号が供給され、これにもとづき、蛍光基板３２の同期回転制御を行う。蛍光基板コントローラ５２０は、さらに信号変換部５３０と、画素シフト素子コントローラ５４０と、光源コントローラ５５０に、蛍光基板のセグメントの切り替わりタイミングを通知する。画素シフト素子制御部は蛍光基板のセグメント切り替わりタイミングに同期して、画素シフトを制御する。

光源コントローラ５５０は、蛍光基板コントローラ５２０からのタイミング信号にもとづいて、固体光源ユニット２３の出射光量を制御する。

ＤＭＤ１３６から出射される変調された光は画素シフト素子４００に供給される。画素シフト素子４００は、画素シフト素子コントローラ５４０によって駆動され、ＤＭＤ１３６からの被変調光の光路を変えることによって画素シフトが行われ、投写レンズ１３７から投写面に拡大投写される。

尚、蛍光基板コントローラ５２０、画素シフト素子コントローラ５４０と、光源コントローラ５５０は、１つのマイクロコンピュータによって構成することができるが、それぞれ個別のマイクロコンピュータによって構成しても良い。

［１−２］画素シフト動作
以下、映像光を構成する画素を上下方向にシフトさせる場合を一例として説明する。

信号変換部５３０では、入力信号を画素シフト方向に応じて、入力信号の各画素をサブフレームに分割する。図６は上下方向の画素シフト用のサブフレーム分割方法について示しており、この例では入力信号は４×４画素の信号である。サブフレームは上下方向の画素シフトの場合、上画素用サブフレームは入力信号から奇数行を抽出し、下画素用サブフレームは入力信号から偶数行を抽出する。左右方向の画素シフトの場合は左画素用サブフレームが奇数列、右画素用サブフレームが偶数列をそれぞれ入力信号から抽出する。

図６では上下方向の画素シフトであるので、２×４画素の上画素用サブフレームと、２×４画素の下画素用サブフレームが生成され、それぞれが交互にＤＭＤ１３６に供給される。すなわち、ＤＭＤの画素数に等しい画素のサブフレームが生成されて、このサブフレームがＤＭＤに供給され、ＤＭＤは入力信号の倍の周波数で駆動される。

これにより投写面では、画素シフト素子４００により上画素が下画素に対して表示素子の０．５画素分上方向にシフトした状態で表示される。

図７は蛍光基板から得られる色光と画素のシフト位置の関係を示しており、図７（ａ）は蛍光基板か得られる色光を示す図、図７（ｂ）は時間対画素シフト量と出射光、及び光源駆動電流（電流値）との関係を示す図である。

蛍光基板コントローラ５２０は、信号受付部５１０より得られる入力信号の同期信号に基づいて、蛍光基板３２を回転させるとともに、信号変換部５３０と画素シフト素子コントローラ５４０と光源コントローラ５５０にセグメントの切り替わりタイミングを通知する。

画素シフト素子コントローラ５４０は蛍光基板３２のセグメント切り替わりタイミングに同期して、画素シフトを制御する。映像を表示する場合の画素シフトでは、解像感を最大化するため、画素シフト期間において画素シフトを図７（ｂ）に示すように急峻になるように制御する。

図７（ａ）の各色光に対するセグメント（ここでは、各セグメントを簡易的に扇形で示す）の模様と、同図（ｂ）の出射光の模様とは対応している。

この実施の形態では、画素シフト期間では、赤色光と緑色光がＤＭＤに照射されるが、この期間においては、光源の駆動電流を基準値より低下させることによって、光源からの出射光量を減少させる。これによって、画像ボケが改善される。すなわち、光源コントローラ５５０は、画素シフト素子コントローラ５４０から得られる第１位置と第２位置の間の遷移タイミングをトリガとして、画素シフト期間における赤色光と緑色光光源の出射光量を減少させる。

さらに光源コントローラ５５０は、光源の出射光量を減少させたセグメントと同色のセグメントに対して、画素が第１の位置、または第２の位置にあるときに、画素シフト期間に減少させた分に等しい出射光量を増加させる。図７では、ＤＭＤ１３６に照射する色光が緑色光Ｇ、赤色光Ｒのタイミングで出射光量を増減している。

図７のように画素シフト期間と各色のセグメントの開始/終了位置が一致することが望ましいが、図８のように一致しない場合がある。この場合、図８（ａ）の時間対画素シフト量と光源駆動電流の関係を示す図のように画像シフト期間にかかるＲセグメント、及びセグメントＹとＧの一部期間の出射光量を減少させ、その減少させた分、次のＹＲＧのセグメント期間で出射光量を増加させるようにしてもよい。また、図８（ｂ）の時間対画素シフト量と光源駆動電流の関係を示す図のように、少なくとも、画素シフト期間は含まれるように、ＹＲＧのセグメントの全期間において出射光量を減少させ、次のＹＲＧのセグメントの全期間で出射光量を減少させた分増加させるように制御してもよい。

［１−３］効果
本実施の形態によれば、画素シフト機能を備える投写型表示装置において、画素シフト時のぼやけを回避するとともに、画像の輝度や階調低下を防ぐことができる。

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。

なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示は、画素シフト機能を備えた投写型表示装置に関する。

２３固体光源ユニット
３２蛍光基板
３６蛍光体ホイール
４０赤色蛍光体
４１緑色蛍光体
４２反射領域
４３黄色蛍光体
１３６ＤＭＤ
４００画素シフト素子
５２０蛍光基板コントローラ
５４０画素シフト素子コントローラ
５５０光源コントローラ

Claims

光源と、
回転可能に設けられた基板と、この基板上に回転方向に沿って配置され、前記光源から出射する光から異なる複数の色光を時分割に生成する複数のセグメントを有するホイールと、
入力される映像信号に基づいて前記複数の色光から映像光を生成する表示素子と、
前記映像光の画素の投写位置を少なくとも第１位置および第２位置の間でシフトさせる画素シフト素子と、
前記画素シフト素子を制御する画素シフト素子コントローラと、
前記光源の出射光量を制御する光源コントローラと、を備え、
前記光源コントローラは、
前記画素シフト素子が前記画素シフト素子コントローラにより駆動されることにより、前記画素が少なくとも第１位置および第２位置の間を遷移している期間は出射光量を減少させ、前記画素シフト素子が第１位置または第２位置に位置する期間に前記出射光量の減少分だけ出射光量を増加させる、投写型表示装置。
前記複数のセグメントは、前記複数の色光のうち少なくとも１つの比較的低輝度な色光に対応するセグメントが配置される第１領域と、前記第１領域と同色の色光に対応するセグメントが配置される第２領域を有しており、
前記画素が第１位置および第２位置の間を遷移している期間と同期するタイミングで前記ホイールの第１領域を照射する前記光源の出射光量を減少させ、第１位置または第２位置に位置する期間と同期するタイミングで前記第２領域を照射する前記光源の出射光量を、前記第１領域を照射する出射光量の減少分だけ増加させる、請求項１に記載の投写型表示装置。