画像表示装置
【課題】偽色を抑制するとともに解像感を高める。
【解決手段】本発明の画像表示装置１は、配列された複数の画素により構成された画像を表示画面に表示可能であり、画像の画素は互いに波長が異なる色光に対応した複数のサブ画素により構成されており、表示画面に表示された表示画像の１画素を構成する複数のサブ画素のうちの少なくとも１つのサブ画素が他のサブ画素と異なる位置に表示される。表示画像を観察する観察者の表示画像に対する画角１°の範囲で画素の配列方向に並ぶ画素数が２０ピクセル以上になるように、表示画像のサイズを変更するサイズ変更部７を備えている。
【解決手段】本発明の画像表示装置１は、配列された複数の画素により構成された画像を表示画面に表示可能であり、画像の画素は互いに波長が異なる色光に対応した複数のサブ画素により構成されており、表示画面に表示された表示画像の１画素を構成する複数のサブ画素のうちの少なくとも１つのサブ画素が他のサブ画素と異なる位置に表示される。表示画像を観察する観察者の表示画像に対する画角１°の範囲で画素の配列方向に並ぶ画素数が２０ピクセル以上になるように、表示画像のサイズを変更するサイズ変更部７を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、画像表示装置の１つとしてプロジェクターが知られている。プロジェクターは、設置が容易であることや、大画面の画像を表示可能であること等の特長を有している。従来のプロジェクターとして、例えば特許文献１に開示されている構成のものがある。
【０００３】
特許文献１のプロジェクターは、光源、色分離光学系、３つの液晶ライトバルブ、色合成光学系、および投射レンズを備えている。光源から射出された光は、色分離光学系により、赤、緑、青の色光に分離される。３種の色光の各々は、対応する液晶ライトバルブに入射して変調される。変調された３種の色光は、色合成光学系により互いの画素の位置がスクリーン上で一致するように合成される。合成された光が投射レンズによりスクリーンに投射されることにより、カラー画像が表示される。
【０００４】
ところで、プロジェクターには、表示画像の高解像化が期待されている。液晶ライトバルブ等の光変調素子により形成された画像を表示する場合に、表示画像の画素数は、通常は光変調素子の画素数と同じになる。光変調素子を高解像度にすると、表示画像も高解像度になるが、製造コストが著しく増加してしまう。
【０００５】
光変調素子を高解像度にしなくとも高解像度の表示画像が得られる技術として、特許文献２に開示されている技術が挙げられる。特許文献２の画像表示装置では、赤画像、緑画像、青画像のうちの１つ（例えば緑画像）の画素が、他の色画像の画素とずれた位置に表示される。緑画像の画素の輝度が、赤画像や青画像の画素の輝度と独立して認識され、見かけ上の画素数が増えることにより解像感が高められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−１５０４８７号公報
【特許文献２】特開２００９−１１６２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２の技術によれば、装置コストの高騰を招くことなく表示画像の解像感を高めることができるが、表示画像に偽色（色づき）を生じて画像品質が低下することがある。これは、表示画像のサイズや視聴者からスクリーンまでの距離等の条件によって、画素の位置のずれが画素の色の違いにより認識されるためと考えられる。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑み成されたものであって、偽色の発生を抑制しつつ解像感を高めることが可能な画像表示装置を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では、上記の目的を達成するために以下の手段を採用している。
本発明の画像表示装置は、配列された複数の画素により構成された画像を表示画面に表示可能であり、前記画像の画素は互いに波長が異なる色光に対応した複数のサブ画素により構成されており、前記表示画面に表示された表示画像の複数の画素の各々を構成する前記複数のサブ画素のうちの少なくとも１つのサブ画素が他のサブ画素と異なる位置に表示される、画像表示装置であって、前記表示画像に対する観察者の画角の１°の範囲で前記画素の配列方向に並ぶ画素数が２０ピクセル以上になるように、前記表示画像のサイズを変更するサイズ変更部を備えていることを特徴とする。
【００１０】
本願発明者は、色を区別可能な解像度が、輝度を区別可能な解像度と異なることに着目し、官能評価実験を行って人間の視覚特性について調査した。その詳細については後に説明するが、調査結果から画角１°の範囲で画素の配列方向に並ぶ画素数が２０ピクセル以上であれば、輝度の区別は可能であるものの色の区別ができなくなることという知見を得た。以下の説明で、画角１°の範囲で画素の配列方向に並ぶ画素数を表示解像度（単位はピクセル／°）と称すことがある。
【００１１】
本発明の画像表示装置によれば、表示解像度が上記の条件を満たすようにサイズ変更部が表示画像のサイズを変更するので、表示画像において位置がずれているサブ画素の各々の輝度が認識され、かつ表示画像のサブ画素の位置ずれによる色のずれが認識されなくなる。このようにして、偽色の発生を抑制しつつ解像感を高めることができる。
【００１２】
本発明に係る画像表示装置は、代表的な態様として以下のような態様をとりえる。
【００１３】
前記複数のサブ画素の各々に対応する色光を射出する照明系と、前記照明系から射出された複数の色光の各々を変調する光変調素子を含んだ複数の光変調素子と、前記複数の光変調素子により変調された色光を合成する色合成光学系と、前記色合成光学系により合成された色光が示す画像に対する表示画像の倍率を変更するズームレンズ機構を含み該表示画像を前記表示画面に投射する投射光学系と、を備え、前記サイズ変更部は、前記観察者と前記表示画面との間の視距離、前記投射光学系の投射距離、および前記表示画像の画素数に基づいて前記倍率を求め、該倍率に基づいて前記ズームレンズ機構を制御するとよい。
【００１４】
このようにすれば、照明系から射出された複数の色光が、色光ごとに複数の光変調素子により変調された後に色合成光学系により合成され、合成された色光が投射光学系により投射されて表示画像が表示される。サイズ変更部が、視距離、投射距離、および表示画像の画素数に基づいて倍率を求め、倍率に基づいてズームレンズ機構を制御するので、表示画像のサイズを上記の条件を満たすように高精度に制御することができる。
【００１５】
前記複数の画素の各々を構成する前記複数のサブ画素のうちで最も人間の視感度が高い色光に対応するサブ画素が、他のサブ画素とずれた位置に表示されるとよい。
このようにすれば、視感度が高い色光に対応するサブ画素の輝度が視認されやすくなり、表示画像の解像度を効果的に高めることができる。
【００１６】
前記複数の画素の各々を構成する前記複数のサブ画素の少なくとも１つが、他の画素を構成するサブ画素間に配置されるとよい。
このようにすれば、画素間の隙間を減らすことができ、表示画像の解像度を効果的に高めることができる。
【００１７】
前記サイズ変更部は、前記視距離および前記投射距離を検出し、この検出結果に基づいて前記倍率を求めてもよい。
【００１８】
このようにすれば、検出された視距離および投射距離を用いて倍率を求めるので、視距離や投射距離の変化に応じて、表示画像のサイズを自動的に制御することができる。
【００１９】
前記サイズ変更部は、使用者から入力された前記視距離を示すデータおよび前記投射距離を示すデータに基づいて前記倍率を求めてもよい。
【００２０】
このようにすれば、視距離を示すデータの入力値、および投射距離を示すデータの入力値に基づいて倍率を求めるので、視距離や投射距離を検出するセンサーを設ける必要性が低くなり、画像表示装置の構成をシンプルにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（ａ）は画素ずらしによる画像表示方法の概念図、（ｂ）は表示画面での画素配列の一例を示す図である。
【図２】第１実施形態のプロジェクターの概略構成を示す模式図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は画素ずれを生じさせる構成例を示す図である。
【図４】プロジェクター、表示画面および観察者の視点の位置関係を示す図である。
【図５】画像を表示するときのプロジェクターの処理フローを示す図である。
【図６】視距離に対する解像感の主観評価指標値の実験結果を示すグラフである。
【図７】第２実施形態におけるサイズ変更部の構成を示す図である。
【図８】使用環境と関連付けられた視距離の例を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。説明に用いる図面において、特徴的な部分を分かりやすく示すために、図面中の構造の寸法や縮尺を実際の構造に対して異ならせている場合がある。また、実施形態において同様の構成要素については、同じ符号を付して図示し、その詳細な説明を省略する場合がある。
【００２３】
［第１実施形態］
図１（ａ）は画素ずらしによる画像表示方法の概念図、（ｂ）は表示画面での画素配列の一例を示す図である。
図１（ａ）に示すようにプロジェクター１は、色光Ｌ１〜Ｌ３をスクリーン等の表示画面Ｓに投射する。色光Ｌ１〜Ｌ３は、互いに波長が異なっており、互いに独立して変調されている。例えば、色光Ｌ１が赤の色光であり、色光Ｌ２が緑の色光、色光Ｌ３が青の色光である。プロジェクター１から射出された後の色光ごとの光路に着目すると、本実施形態では色光Ｌ１の光路が色光Ｌ３の光路と略一致しており、色光Ｌ２の光路が色光Ｌ１、Ｌ３の光路からずれている。
【００２４】
表示画面Ｓには、色光Ｌ１により第１の色画像Ｂ１が表示され、色光Ｌ２により第２の色画像Ｂ２が、色光Ｌ３により第３の色画像Ｂ３がそれぞれ表示される。第１〜第３の色画像Ｂ１〜Ｂ３が合わさって、カラーの表示画像Ｂが表示される。色光Ｌ２の光路が色光Ｌ１、Ｌ３の光路からずれていることにより、第２の色画像Ｂ２は、第１、第３の色画像Ｂ１、Ｂ３と異なる位置に表示される。
【００２５】
図１（ｂ）に示すように表示画像Ｂは、複数の画素Ｐを含んでいる。複数の画素Ｐの各々は、赤の色光に対応するサブ画素Ｐ１、緑の色光に対応するサブ画素Ｐ２、および青の色光に対応するサブ画素Ｐ３を含んでいる。サブ画素Ｐ１は、色光Ｌ１により表示され、サブ画素Ｐ２は色光Ｌ２により、またサブ画素Ｐ３は色光Ｌ３により、それぞれ表示される。
【００２６】
同じ画素Ｐに属するサブ画素Ｐ１〜Ｐ３の表示画面Ｓ上での表示位置に着目すると、本実施形態では、サブ画素Ｐ１がサブ画素Ｐ３と略同じ位置に表示され、サブ画素Ｐ２は、サブ画素Ｐ１、Ｐ３と異なる位置に表示される。サブ画素Ｐ１〜Ｐ３は、いずれも二次元的（Ｘ方向およびＹ方向）に配列されている。１つの画素Ｐが一組のサブ画素Ｐ１〜Ｐ３により構成されるので、複数の画素Ｐは二次元的（Ｘ方向およびＹ方向）に配列されていることになる。例えば、Ｘ方向が水平走査方向であり、Ｙ方向が垂直走査方向である。
【００２７】
本実施形態では、１つの画素Ｐに属するサブ画素Ｐ２は、この画素Ｐに属するサブ画素Ｐ１、Ｐ３の一部と重なっているとともに、この画素Ｐに隣接する他の画素Ｐに属するサブ画素Ｐ１、Ｐ３の一部と重なっている。画素Ｐの配列方向の各々（Ｘ方向またはＹ方向）におけるサブ画素Ｐ２のピッチは、サブ画素Ｐ１、Ｐ３のピッチと略同じになっている。画素Ｐの配列方向（Ｘ方向またはＹ方向）において、サブ画素Ｐ１、Ｐ３に対するサブ画素Ｐ２の位置のずれ量は、この方向におけるサブ画素のピッチの略半分になっている。
【００２８】
プロジェクター１により表示された表示画像Ｂは、サブ画素Ｐ２の輝度がサブ画素Ｐ１、Ｐ３の輝度と別に識別され、３つのサブ画素を１つの画素としたときの画素数よりも高解像度の画像として観察される。
【００２９】
赤、緑、青の色光のうちで、最も人間の視感度（人間の錐体細胞の光吸収率）が高い色光は緑の色光である。緑の色光に対応するサブ画素Ｐ２の位置が他のサブ画素Ｐ１、Ｐ３の位置からずれているので、効果的に解像感を高めることができる。また、サブ画素Ｐ２が隣の画素Ｐと重なるようにずれているので、画素Ｐの間の隙間を観察されにくくなり、特にサブ画素Ｐ２の位置のずれ量がサブ画素のピッチの略半分になっているので、解像感を効果的に高めることができる。
【００３０】
詳しくは後述するが、観察者の表示画像Ｂに対する画角１°の範囲で画素Ｐの配列方向に並ぶ画素数が２０個以上、すなわち表示解像度が２０（ピクセル／°）以上になるように、表示画像Ｂのサイズが制御されている。これにより、サブ画素Ｐ１、Ｐ３と、サブ画素Ｐ２とで色の違いが識別されなくなり、偽色の発生を抑制可能になっている。
【００３１】
次に、プロジェクター１の構成例について説明する。図２は、第１実施形態のプロジェクター１の概略構成を示す模式図である。
図２に示すようにプロジェクター１は、照明系２、色分離光学系３、複数の光変調素子４、色合成光学系５、投射光学系６、およびサイズ変更部７を含んでいる。複数の光変調素子４として、第１の光変調素子４ａ、第２の光変調素子４ｂ、および第３の光変調素子４ｃが設けられている。
【００３２】
プロジェクター１は、概略すると以下のように動作する。照明系２から射出された光Ｌは、色分離光学系３により複数の色光Ｌ１〜Ｌ３に分離される。色分離光学系３により分離された複数の色光Ｌ１〜Ｌ３は、色光ごとに異なる光変調素子４に入射し、色光ごとに光変調素子４により変調される。光変調素子４により変調された複数の色光Ｌ１〜Ｌ３は、色合成光学系５に入射して進行方向が揃えられる。色合成光学系５から射出された色光Ｌ１〜Ｌ３は、投射光学系６により表示画面Ｓに投射される。投射光学系６は、サイズ変更部７により指定されたズームの倍率で表示画像Ｂを拡大または縮小可能なズームレンズ機構６１を含んでいる。サイズ変更部７は、偽色の発生を抑制すべくズームレンズ機構６１のズームの倍率を制御する。
【００３３】
次に、プロジェクター１の構成要素について詳しく説明する。
照明系２は、光源２１、第１のレンズアレイ２２、第２のレンズアレイ２３、偏光変換素子２４、および重畳レンズ２５を有している。照明系２を構成する構成要素は、光源２１の光軸２０に沿って配列されている。
【００３４】
光源２１は、光源ランプ２１１および放物面リフレクター２１２を有している。光源ランプ２１１から放射された光Ｌは、放物面リフレクター２１２によって一方向に反射されて略平行な光線束となる。光源ランプ２１１は、例えばメタルハライドランプ、キセノンランプ、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ等により構成される。また、放物面リフレクター２１２の代わりに楕円リフレクター、球面リフレクター等によりリフレクターを構成してもよい。リフレクターの形状に応じて、リフレクターから射出された光を平行化する平行化レンズが用いられることがある。
【００３５】
第１のレンズアレイ２２は、光源２１の光軸２０に略直交する面に配列された複数のレンズ要素２２１を有している。第２のレンズアレイ２３は、レンズ要素２２１と同様に複数のレンズ要素２３１を有している。レンズ要素２２１、２３１は、例えばマトリックス状に配列されており、光軸２０に直交する平面での平面形状が、光変調素子４の被照明領域と相似形状（ここでは、略矩形）になっている。被照明領域は、光変調素子４において複数の変調要素が配列された領域の全体を含む領域である。
【００３６】
偏光変換素子２４は、複数の偏光変換ユニット２４１を有している。偏光変換ユニット２４１は、その詳細な構造を図示しないが、偏光ビームスプリッター膜（以下、ＰＢＳ膜という）、１／２位相板および反射ミラーを有している。
【００３７】
レンズ要素２２１は、レンズ要素２３１と１対１で対応している。レンズ要素２３１は、偏光変換ユニット２４１と１対１で対応している。互いに対応関係にあるレンズ要素２２１、２３１および偏光変換ユニット２４１は、光軸２０と略平行な軸に沿って並んでいる。
【００３８】
光源２１から射出された光Ｌは、第１のレンズアレイ２２の複数のレンズ要素２２１に空間的に分かれて入射し、レンズ要素２２１に入射した分割光線束ごとに集光される。レンズ要素２２１により集光された分割光線束は、このレンズ要素２２１と対応するレンズ要素２３１に結像する。すなわち、第２のレンズアレイ２３の複数のレンズ要素２３１の各々に二次光源像が形成される。レンズ要素２３１に形成された二次光源像からの光は、このレンズ要素２３１に対応する偏光変換ユニット２４１に入射する。
【００３９】
偏光変換ユニット２４１に入射した光は、ＰＢＳ膜に対するＰ偏光とＳ偏光とに分離される。分離された一方の偏光は、反射ミラーで反射した後に１／２位相板を通り、他方の偏光と偏光状態が揃えられる。複数の偏光変換ユニット２４１の各々から射出された光（分割光線束）は、重畳レンズ２５に入射して屈折し、光変調素子４の被照明領域に重畳される。複数の分割光線束の各々が被照明領域の略全域を照明することにより、複数の分割光線束の照度分布が平均化され、被照明領域での照度が均一化される。
【００４０】
色分離光学系３は、ダイクロイックミラー３１、３２、ミラー３３〜３５、フィールドレンズ３６ａ〜３６ｃ、リレーレンズ３７、３８を含んでいる。ダイクロイックミラー３１、３２は、例えばガラス表面に誘電体多層膜を積層したものである。ダイクロイックミラー３１、３２は、所定の波長帯域の色光を選択的に反射させ、それ以外の波長帯域の色光を透過させる特性を有している。ここでは、ダイクロイックミラー３１は、緑の色光Ｌ２と青の色光Ｌ３とを反射させ、赤の色光Ｌ１を透過させる。ダイクロイックミラー３２は、緑の色光Ｌ２を反射させ、青の色光Ｌ３を透過させる。
【００４１】
照明系２から射出された光Ｌは、ダイクロイックミラー３１に入射する。光Ｌのうちの赤の色光Ｌ１は、ダイクロイックミラー３１を通ってミラー３３に入射し、ミラー３３で反射してフィールドレンズ３６ａに入射する。赤の色光Ｌ１は、フィールドレンズ３６ａにより平行化された後に、第１の光変調素子４ａに入射する。
光Ｌのうちの緑の色光Ｌ２と青の色光Ｌ３は、ダイクロイックミラー３１で反射して、ダイクロイックミラー３２に入射する。緑の色光Ｌ２は、ダイクロイックミラー３２で反射してフィールドレンズ３６ｂに入射する。緑の色光Ｌ２は、フィールドレンズ３６ｂにより平行化された後に、第２の光変調素子４ｂに入射する。
ダイクロイックミラー３２を通った青の色光Ｌ３は、リレーレンズ３７を通りミラー３４で反射した後、リレーレンズ３８を通りミラー３５で反射してフィールドレンズ３６ｃに入射する。青の色光Ｌ３は、フィールドレンズ３６ｃにより平行化された後に、第３の光変調素子４ｃに入射する。
【００４２】
光変調素子４は、複数の変調要素が配列された空間光変調素子により構成される。複数の変調要素は、互いに独立して入射光をスイッチングすることが可能なものである。空間光変調素子としては、例えば透過型の液晶ライトバルブや、反射型の液晶ライトバルブ、変調要素としてのＭＥＭＳミラーが配列されたデジタルミラーデバイス（以下、ＤＭＤという）等が挙げられる。本実施形態の光変調素子４は、複数の変調要素が二次元的に配列された透過型の液晶ライトバルブにより構成されている。
【００４３】
光変調素子４は、表示すべき画像のデータを含んだ画像信号を供給するＰＣ等の信号源（図示略）と電気的に接続されている。光変調素子４は、供給された画像信号に基づいて、入射光を変調要素ごとに変調して画像を形成する。第１の光変調素子４ａは、赤色画像を形成し、第２の光変調素子４ｂは緑色画像を、第３の光変調素子４ｃは青色画像を、それぞれ形成する。
【００４４】
画素ずらしの対象となる緑の色光Ｌ２を変調する第２の光変調素子４ｂには、レンダリング処理等により補正された補正画像データが供給される。補正画像データを生成するには、例えば、サブ画素の位置が揃っている場合の緑画像のデータを用いて、ずれた位置ごとのサブ画素の階調値を補間法等により求める。
【００４５】
色合成光学系５は、ダイクロイックプリズム等により構成される。ダイクロイックプリズムは、４つの三角柱プリズムが互いに貼り合わされた構造になっている。三角柱プリズムにおいて貼り合わされる面は、ダイクロイックプリズムの内面になる。ダイクロイックプリズムの内面に、赤の色光Ｌ１が反射し緑の色光Ｌ２が透過するミラー面と、青の色光Ｌ３が反射し緑の色光Ｌ２が透過するミラー面とが互いに直交して形成されている。
【００４６】
ダイクロイックプリズムに入射した緑の色光Ｌ２は、ミラー面を通ってそのまま射出される。ダイクロイックプリズムに入射した赤の色光Ｌ１および青の色光Ｌ３は、ミラー面で選択的に反射あるいは透過して、緑の色光Ｌ２の射出方向と略同じ方向に射出される。このようにして３種の色光の光線束が重ね合わされて合成される。
【００４７】
本実施形態では、表示画面Ｓ上にて、緑の色光Ｌ２が示すサブ画素Ｐ２の位置が、赤の色光Ｌ１が示すサブ画素Ｐ１の位置および青の色光Ｌ２が示すサブ画素Ｐ３の位置からずれるように、ダイクロイックプリズムに対する第１〜第３の光変調素子４ａ〜４ｃの相対位置が調整されている。
【００４８】
図３（ａ）、（ｂ）は画素ずれを生じさせる構成例を示す図である。
図３（ａ）に示す第１の構成例では、色合成光学系５に対する第２の光変調素子４ｂの相対位置を変化させる移動部４１が設けられている。移動部４１は、第２の光変調素子４ｂに画像データが供給されるタイミングと同期して制御され、画素ずらしを行うタイミングで第２の光変調素子４ｂを移動させる。第２の光変調素子４ｂの位置が変化すると、第２の光変調素子４ｂから射出される緑の色光Ｌ２の光路が変化し、色合成光学系５から射出された段階で、色光Ｌ２の光路が色光Ｌ１、Ｌ３の光路からずれるようになる。なお、画素ずれが生じるように、第１〜第３の光変調素子４ａ〜４ｃの位置が調整されて固定されていてもよい。
【００４９】
図３（ｂ）に示す第２の構成例では、光学素子４２および移動部４３が設けられている。光学素子４２は、第２の光変調素子４ｂと色合成光学系５との間の光路に配置されている。光学素子４２は、例えば表裏両面が略平行な透明平板により構成される。移動部４３は、光学素子４２を変位させ、第２の光変調素子４ｂと色合成光学系５との間の光路（色光Ｌ２の主光線の進行方向）が光学素子４２の法線方向と角度を変化させる。この角度を変化させると、光学素子４２から射出後の色光Ｌ２の光路が、光学素子４２に入射前の光路から平行にシフトし、色合成光学系５から射出された状態で、色光Ｌ２の光路が色光Ｌ１、Ｌ３の光路からずれるようになる。
【００５０】
画素ずれを生じさせる構成については、第１、第２の構成例に限定されない。例えば、光変調素子としてＤＭＤを採用する場合には、画素ずらしの対象の色光を反射させる場合と、画素ずらしの対象外の色光を反射させる場合とでＭＥＭＳミラーの振幅を異ならせることにより画素ずれを生じさせることができる。
【００５１】
画素ずらしにおけるサブ画素Ｐ１〜Ｐ３の位置関係についても、特に限定されない。例えば、３つのサブ画素の位置がいずれも一致しない配置であってもよいし、２つのサブ画素の位置が一致しており、これら２つのサブ画素に対して残りの１つのサブ画素の位置がずれていてもよい。また、サブ画素がずれている方向については、画素の２つの配列方向の一方にずれていてもよいし、一方および他方にずれていてもよい。
【００５２】
第１〜第３の色光によるサブ画素の位置が揃っている第１の表示モードと、第１〜第３の色光によるサブ画素の位置が互いにずれている第２の表示モードを切替えて、画像を表示することもできる。例えば、１フレームの表示期間を、第１の表示モードによる表示期間と第２の表示モードによる表示期間とに分割することも可能である。
【００５３】
図２の説明に戻り、投射光学系６は、ズームレンズ機構６１を含んでいる。投射光学系６は、第１〜第３の光変調素子４ａ〜４ｃにより形成された画像を、指定されたズームの倍率で拡大または縮小して投射する。ズームレンズ機構６１は、例えば１以上のレンズ６２、レンズ６２を移動させる移動部６３を含んでいる。
【００５４】
移動部６３は、例えばリニアアクチュエータ等により構成され、レンズ６２をズームの倍率に応じた距離だけ移動させる。これにより、結像位置を同一面に保ちつつ、投射光学系６の焦点距離を変化させることができる。ズームレンズ機構６１としては、複数のレンズが一体として移動する光学補正式のものや、複数のレンズが互いに連携して移動する機械補正式のもの、電子補正式を併用したもの等を採用することができる。
【００５５】
サイズ変更部７は、視距離センサー７１、投射距離センサー７２、および演算部７３を含んでいる。サイズ変更部７は、概略すると以下のように動作する。視距離センサー７１は、表示画面Ｓと観察者との間の距離である視距離を検出する。投射距離センサー７２は、投射距離を検出する。演算部７３は、視距離センサー７１により検出された視距離、投射距離センサー７２により検出された投射距離、表示画像Ｂの画素数に基づいて、ズームレンズ機構６１のズームの倍率を決定する。表示画像Ｂの画素数は、光変調素子４あたりの変調要素の数により定まり、既知の値である。サイズ変更部７は、決定したズームの倍率となるようにズームレンズ機構６１を制御する。
【００５６】
視距離センサー７１は、観察者と表示画面Ｓとの間の視距離を検出し、検出結果を演算部７３に出力する。視距離センサー７１の構成について特に限定されない。視距離センサー７１としては、例えば下記の第１〜第３の視距離センサーを用いることができる。
【００５７】
第１の視距離センサーは、発光部、受光部、および演算部により構成される。発光部は、観察者が直接的に操作することにより赤外光等の光を発するものであり、例えばプロジェクター１を操作するためのリモコン等に併設される。受光部は、例えばプロジェクター本体に設けられ、発光部から発せられた光を受けて、この光の強度やこの光が発せられた方向を検出し、検出結果を演算部に出力する。この検出結果に基づいて、視距離センサー７１の演算部は、プロジェクター本体と観察者との距離を算出し、プロジェクター本体と表示画面Ｓとの間の距離（投射距離）を加味して、観察者と表示画面Ｓとの間の距離（視距離）を算出する。
【００５８】
第２の視距離センサーは、例えばＣＣＤカメラ等の撮像部および演算部により構成される。撮像部は、プロジェクター本体から離れた位置に設けられて、例えば表示画面Ｓと観察者とを俯瞰的に撮影する。演算部は、撮像部による撮像画像にパターン認証などの処理を施して、表示画面Ｓの位置および観察者の位置を検出し、撮像部の設置位置を加味して、上記の視距離を算出する。第１、第２の視距離センサーでは光学的に観察者の位置を検出しているが、超音波や電波等により観察者の位置を検出してもよい。
【００５９】
第３の視距離センサーは、表示画面Ｓに併設される第１の位置検出部、観察者が操作するリモコン等に併設される第２の位置検出部、および演算部により構成される。第１、第２の位置検出部は、例えばＧＰＳ等により構成される。演算部は、第１の位置検出部から出力される表示画面Ｓの位置情報と、第２の位置検出部から出力される観察者の位置情報とに基づいて視距離を検出する。
第１〜第３の視距離センサーの演算部は、演算部７３と共通化されていてもよい。
【００６０】
投射距離センサー７２は、例えばＣＣＤカメラ等により表示画像Ｂを撮像して表示画像Ｂのピントを判定し、ピントが合っているときの投射光学系６の焦点距離に基づいて、投射距離を検出する。投射距離センサーとしては、表示画面Ｓに向けて例えば赤外光を射出し、表示画面Ｓで反射した赤外光を受光するとともにその強度を検出して、検出された強度により投射距離を算出するアクティブ型のものであってもよい。投射光学系に、オートフォーカス機構を含む場合には、オートフォーカス機構の一部または全部を利用して投射距離を検出することができる。
【００６１】
上記の第２の例の視距離センサーを採用する場合には、視距離センサーを投射距離センサーとして用いることもできる。また、上記の第３の例の視距離センサーを採用する場合に、プロジェクター本体に第３の位置検出部を設けておき、第１、第３の位置検出部の検出結果を比較することにより投射距離を求めるようにしてもよい。
【００６２】
なお、投射光学系６の光学特性が既知であるので、投射光学系６により投射された光の結像面と投射光学系６との距離は既知である。通常は、ピントが合った状態でプロジェクターが使用されるので、結像面と投射光学系６との間の距離を投射距離として用いることもできる。
【００６３】
次に、プロジェクター１において表示画像のサイズを変更する仕組みについて説明する。図４は、プロジェクター１、表示画面Ｓ、および観察者の視点Ｖの位置関係を示す平面図、図５は画像を表示するときのプロジェクターの処理フローを概略して示す図である。
【００６４】
図４中の符号ｄ０は、画素の１つの配列方向（例えばＸ方向）での表示画像Ｂのサイズを示し、符号ｄ１は視距離を、符号ｄ２は投射距離を、符号θは画角をそれぞれ示す。サイズｄ０［ｍ］は、投射光学系６のズームの倍率、および投射距離ｄ２［ｍ］より定まる。画角θ［°］は、下記の式（１）で表される。
θ＝３６０／π×ａｒｃｔａｎ（ｄ０／２ｄ１） ・・・式（１）
Ｘ方向に並ぶ画素数がＮ個（Ｎは正の整数）であるとすると、Ｘ方向で画角１°に含まれる画素数、すなわち表示解像度はＮ／θ［ピクセル／°］になる。表示解像度は、画素ピッチから求めることもでき、画素ピッチに相当する画角の逆数が、表示解像度になる。
【００６５】
図２に示した演算部７３は、表示解像度（Ｎ／θ）が、２０以上６０以下の範囲から選択される固定値または可変値の設定値になる画角θ（以下、最適画角という）を算出する。式（１）に示したように画角θはサイズｄ０の関数であり、サイズｄ０はズームの倍率の関数である。演算部７３は、画角θが最適画角となるズームの倍率を算出し、算出したズームの倍率（以下、最適倍率という）になるようにズームレンズ機構６１を制御する。
【００６６】
表示解像度（Ｎ／θ）を小さくすると、表示画像Ｂのサイズｄ０が大きくなる。本実施形態では、表示解像度（Ｎ／θ）の設定値を上記の範囲の下限値である２０にしており、上記の条件を満たす範囲で表示画像Ｂのサイズを最大化することができる。
【００６７】
図５に示すように、画像を表示するには、視距離センサー７１により視距離を測定する（ステップＳ１１）。また、投射距離センサー７２により投射距離を測定する（ステップＳ１２）。そして、視距離センサー７１の測定結果および投射距離センサー７２の測定結果を用いて、演算部７３により表示画像Ｂが投射光学系６のズームの最適倍率を算出する（ステップＳ１３）。そして、演算部７３によりズームレンズ機構６１を制御して、最適倍率になるように表示画像サイズを拡大または縮小する（ステップＳ１４）。そして、光変調素子４に画像データを供給して画像を形成させる（ステップＳ１５）。形成された画像が、投射光学系６により最適倍率で投射され、最適なサイズの表示画像Ｂが表示される。
【００６８】
視距離ｄ１に応じて投射光学系６のズームの倍率が調整された状態で画像を表示すると、観察者は、表示画像Ｂのサブ画素単位での色の区別ができなくなり、画素ずれによる偽色の発生が認識されなくなる。画素の２つの配列方向で画素ピッチが異なる場合には、画素ピッチの小さい方向において上記の条件を満たすことにより、偽色の発生を抑制する効果が得られる。画素ピッチが大きい方向において上記の条件を満たすことにより、偽色の発生を抑制する効果が高められる。
【００６９】
なお、画像を表示するたびに最適倍率を算出する必要はなく、観察者や他のユーザー等のプロジェクターの使用者の指令により最適倍率を算出するようにしてもよい。また、常に偽色を抑制するように自動的に表示画像のサイズを変更するのではなく、偽色を抑制する表示モードと、使用者の指定するサイズで画像を表示する表示モードとが切替可能になっていてもよい。
【００７０】
以下、表示解像度（Ｎ／θ）と画質との関係について調査した結果について説明する。
調査方法としては、被験者に表示画像を鑑賞させてこの表示画像の画質を総合的に評価させる主観評価法を採用し、国際規格のＩＴＵ−Ｒ ＢＴ．５００に規定されているＤＳＣＱＳ法（二重刺激連続品質尺度法）に準拠させた。主観評価法の国際規格では、被験者として１５名以上の非専門家を選定すること、評価対象を正常視力、正常色覚で正しく判断する能力を有する者を選定すること、誤差の少ない安定した評価が可能な者を選択することが定められており、これらの条件を満たすようにした。
【００７１】
実験方法の概要は、下記の通りである。
表示画面上に、本発明を適用した実施例の画像と、比較例の画像とを並べて表示して１つの評価画像とした。実施例の画像は、画素の配列方向の２方向にて緑のサブ画素をサブ画素のピッチの略半分ずらした画像である。比較例の画像は、画素ずらしを行っていない画像である。実施例では、比較例の画像と同じ元画像のデータに対して、レンダリング処理を施したデータにより、緑のサブ画素の位置と階調値を整合させた画像を表示させた。被験者ごとに複数の評価画像を観察させ、評価画像ごとに実施例の画質および比較例の画質を、１．０（非常に悪い）〜５．０（非常によい）の範囲の評価値として評価させた。
【００７２】
実施例と比較例とで画像の並びをランダムに変更して、変更前後の評価画像をそれぞれ評価させた。また、評価画像に加えて、同じ画像（例えば画素ずらしを行っていない画像）を２つ並べたダミーの評価画像に対して評価させ、この結果を被験者の評価の安定性や評価誤差の判定に供した。次の評価画像を観察させる前に、グレー画像を観察させる機会を設けて、前の評価画像に対する印象が次の評価画像に対する印象に影響を及ぼさないように留意した。
【００７３】
画質は、解像性、鮮鋭性、細線再現性、シャギーの有無、モアレの有無等の要素を含んだ総合的な解像感として評価させた。偽色が観察されると色のにじみ等により画質の評価が低くなると考えられ、偽色の発生の有無が評価結果に反映されると考えられる。被験者ごとに、視距離を異ならせて同様の実験を行った。すなわち、表示画像のサイズを固定しつつ視距離を異ならせることにより、画角１°に含まれる画素数を変化させた。
【００７４】
実験条件は、下記のように設定した。
偽色の発生を確認する予備実験を行って、偽色が明確に認識される視距離を避けて、視距離を変化させる範囲を選定した。視距離は、１ｍ、２ｍ、３ｍの３段階とした。投射距離は３．５４ｍとし、表示画像のサイズは対角７５インチとした。表示画像全体の画素数は、１９２０×１０８０（フルＨＤ形式）とした。表示画像のうちで、略半分が実施例の画像であり、残りの半分が比較例の画像である。評価画像として、風景画、人物画、静物画の３種類の画像を供した。
【００７５】
実験結果を下記のようにして解析した。
まず、得られた評価値を０〜１００（％）に正規化し、実施例の画像と比較例の画像とで正規化した評価値の差分を求めた。被験者ごとの評価値を被験者全体の評価値の平均と比較して、被験者の信頼性を判定した。被験者全体の平均と著しく異なる評価を行っている被験者については、その評価値を異常値として除去した。そして、異常値を除いたデータについて、評価値の平均値と標準偏差を算出した。この平均値を心理評価値とし、また標準偏差から評価値の９５％信頼区間を算出した。心理評価値と信頼区間から、有意差を判定した。
【００７６】
図６は、視距離に対する解像感の主観評価指標値を示すグラフであり、上記の実験、解析の結果に基づくものである。図６のグラフの横軸は、視距離[ｍ]であり、図６に視距離に相当する表示解像度［ピクセル／°］を併記した。縦軸は、比較例に対する実施例の主観評価指標値[％]を示している。主観評価指標値は、画質の低下を正の値として示す相対値であり、主観評価指標値が負でありその絶対値が大きくなるほど、実施例の画質が比較例の画質よりも高く感じられたことを示す。
【００７７】
図６に示すように、表示解像度が２０以上６０以下の範囲で、評価画像１〜３のいずれについても、実施例の画質は比較例の画質よりも優れていると評価されており、この表示解像度の範囲で画素ずらしにより解像感が高められることが分かる。
【００７８】
表示解像度が高くなるにつれて、主観評価指標値の絶対値は単調に減少して０に漸近している。これは、表示解像度が高くなるにつれて画素サイズが小さくなり、位置をずらしたサブ画素の輝度がサブ画素単位では区別できなくなるためと考えられる。すなわち、画素ずらしによる見かけ上の画素数の増分が減ることにより、実施例と比較例とで解像感が変わらなくなると考えられる。このことから、解像感を効果的に高めるため、また表示画像のサイズを最大化するためには、表示解像度を２０にすればよいことが分かる。
【００７９】
ところで、偽色が発生すると偽色がノイズとなり画質が低下すると考えられる。仮に、表示解像度が２０以上６０以下の範囲で偽色が発生していたとすると、偽色が発生しなくなる表示解像度付近で主観評価指標値が下に凸となり極小値を示すと考えられる。図７のグラフで主観評価指標値の絶対値は、表示解像度の増加とともに単調減少しており、表示解像度が２０であるときに最大値になっているので、表示解像度が２０で偽色が発生していないと考えられる。また、表示解像度が高くなるほど偽色が発生する可能性が低くなることから、表示解像度が２０以上であれば偽色の発生が抑制されると考えられ、予備実験の結果の正当性が確認された。
【００８０】
以上のような構成のプロジェクター１にあっては、表示画像Ｂのサブ画素Ｐ２の輝度がサブ画素Ｐ１、Ｐ３の輝度と別に識別され、表示画像Ｂの解像感が高められる。赤、緑、青の色光のうちで最も人間の視感度が高い緑の色光に対応するサブ画素Ｐ２の位置が他のサブ画素Ｐ１、Ｐ３の位置からずれているので、効果的に解像感が高められる。サブ画素Ｐ２が隣の画素Ｐと重なるようにずれており、特にサブ画素Ｐ２の位置のずれ量がサブ画素のピッチの略半分になっているので、解像感が効果的に高められる。
【００８１】
また、画角１°の範囲で画素Ｐの配列方向に並ぶ画素数、すなわち表示解像度が２０以上になるように、表示画像Ｂのサイズが制御されるので、サブ画素Ｐ１、Ｐ３とサブ画素Ｐ２の色の違いがサブ画素単位では識別されなくなり、偽色の発生が実質的に抑制される。特に、表示解像度が２０にしているので、解像感を効果的に高めるとともに表示画像のサイズを最大化することができる。
【００８２】
以上のように、光変調素子４の変調要素の数を増やさなくとも偽色の発生を抑制しつつ解像感が得られるので、光変調素子４のコストを下げることが可能になり、低コストでありながら高品質な表示画像が得られるプロジェクター１にすることができる。また、３種の色光の光路を揃えて時分割で画素ずらしによる表示を行う場合と比較して、光路を変化させる機構をシンプルにすることができる。
【００８３】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態のプロジェクターについて説明する。第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、サイズ変更部が、使用者から入力された視距離を示すデータおよび投射距離を示すデータに基づいて投射光学系６のズームの倍率を求める点である。
【００８４】
図７は第２実施形態におけるサイズ変更部８の構成図、図８は使用環境と関連付けられた視距離の例を示す表である。
図７に示すようにサイズ変更部８は、入力部８１、演算部８２、および記憶部８３を含んでいる。入力部８１は、観察者や観察者以外のユーザー等のプロジェクターの使用者から、視距離を示すデータの入力および投射距離を示すデータの入力を受け付ける。視距離を示すデータや投射距離を示すデータは、例えば、実際の視距離や投射距離を示す数値である。本実施形態では、使用者が表示モードを選択して入力する形態で、実質的に、視距離を示すデータおよび投射距離を示すデータが入力された状態になるように、サイズ変更部８が構成されている。
【００８５】
一般にプロジェクターは、使用する用途や使用環境が想定されて設計されており、推奨される投射距離や視距離はカタログ等に記載されている。図８の表１に示すように、使用環境により使用空間サイズの基準値が概ね定まり、使用空間サイズの基準値により視距離の基準値が概ね定まる。見やすい表示画像のサイズは、概ね視距離により定まることが知られており、表示画像のサイズから投射距離の基準値が概ね定まる。
【００８６】
記憶部８３は、例えば不揮発メモリー等により構成され、記憶部８３に視距離の基準値および投射距離の基準値が、表示モードと関連付けられて格納されている。記憶部８３に記憶されている表示モードを示すデータは、例えば図示略の表示パネルに画像として表示され、使用者はプロジェクターの用途や使用環境に応じて表示モードを選択し、選択した表示モードを入力部８１に入力する。演算部８２は、使用者の入力結果を受けて、対象となる表示モードに関連付けられた視距離の基準値および投射距離の基準値を記憶部８３から読み出す。そして、演算部８２は、視距離の基準値および投射距離の基準値を、実際の視距離あるいは投射距離であるとして、第１実施形態と同様にして投射光学系６のズームの倍率を算出する。そして、演算部８２は、算出されたズームの倍率となるようにズームレンズ機構６１を制御する。これにより、偽色の発生を抑制するように、表示画像Ｂのサイズが変更される。
【００８７】
第２実施形態のプロジェクターにあっては、第１実施形態と同様の理由により、低コストでありながら、偽色の発生を抑制しつつ解像感が得られる画像を表示可能になっている。また、視距離を測定するセンサーや投射距離を測定するセンサーを省くことが可能になり、シンプルな構成のプロジェクターにすることができる。
【００８８】
なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない範囲内で多様な変形が可能である。例えば、上記の実施形態では、三板式のプロジェクターを例に説明しているが、単板式のプロジェクターであってもよい。単板式のプロジェクターは、１つの光変調素子により２以上の色光を変調するものである。単板式のプロジェクターとしては、マイクロレンズアレイを通して赤、緑、青の色光を含んだ光を光変調素子に入射させ、マイクロレンズアレイにより３種の色光を変調要素ごとに空間的に振り分けるものが挙げられる。
【００８９】
上記の実施形態では、観察者が１人である例を用いて説明しているが、観察者が複数である場合に本発明を適用することもできる。例えば、複数の観察者の各々の視距離を検出し、最も視距離が短いすなわち画角１°あたりの画素数が最少の観察者を基準にして、表示画像のサイズを制御するようにしてもよい。また、複数の観察者の視距離の分布に基づいて公知の重み付け評価等を行うことにより、偽色を抑制する効果が複数の観察者で最適化されるように、表示画像のサイズを制御するようにしてもよい。また、プロジェクター１の用途等に応じて、複数の観察者の視点をいずれかの視点で代表させて表示画像のサイズを制御するようにしてもよい。
本発明は、ヘッドマウントディスプレイやビューファインダー、直視型の表示パネル等にも適用可能である。
【符号の説明】
【００９０】
１・・・プロジェクター、２・・・照明系、３・・・色分離光学系、
４・・・光変調素子、４ａ・・・第１の光変調素子、４ｂ・・・第２の光変調素子、
４ｃ・・・第３の光変調素子、５・・・色合成光学系、６・・・投射光学系、
７、８・・・サイズ変更部、２０・・・光軸、２１・・・光源、
２２・・・第１のレンズアレイ、２３・・・第２のレンズアレイ、
２４・・・偏光変換素子、２５・・・重畳レンズ、
３１、３２・・・ダイクロイックミラー、３３〜３５・・・ミラー、
３６ａ〜３６ｃ・・・フィールドレンズ、３７、３８・・・リレーレンズ、
４１・・・移動部、４２・・・光学素子、４３・・・移動部、
６１・・・ズームレンズ機構、６２・・・レンズ、６３・・・移動部、
７１・・・視距離センサー、７２・・・投射距離センサー、７３・・・演算部、
８１・・・入力部、８２・・・演算部、８３・・・記憶部、２１１・・・光源ランプ、
２１２・・・放物面リフレクター、２２１、２３１・・・レンズ要素、
２４１・・・偏光変換ユニット、Ｂ・・・表示画像、Ｂ１・・・第１の色画像、
Ｂ２・・・第２の色画像、Ｂ３・・・第３の色画像、Ｌ・・・光、Ｌ１・・・赤の色光、Ｌ２・・・緑の色光、Ｌ３・・・青の色光、Ｐ・・・画素、Ｐ１〜Ｐ３・・・サブ画素、
Ｓ・・・表示画面、Ｖ・・・視点、ｄ０・・・表示画像のサイズ、ｄ１・・・視距離、
ｄ２・・・投射距離
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、画像表示装置の１つとしてプロジェクターが知られている。プロジェクターは、設置が容易であることや、大画面の画像を表示可能であること等の特長を有している。従来のプロジェクターとして、例えば特許文献１に開示されている構成のものがある。
【０００３】
特許文献１のプロジェクターは、光源、色分離光学系、３つの液晶ライトバルブ、色合成光学系、および投射レンズを備えている。光源から射出された光は、色分離光学系により、赤、緑、青の色光に分離される。３種の色光の各々は、対応する液晶ライトバルブに入射して変調される。変調された３種の色光は、色合成光学系により互いの画素の位置がスクリーン上で一致するように合成される。合成された光が投射レンズによりスクリーンに投射されることにより、カラー画像が表示される。
【０００４】
ところで、プロジェクターには、表示画像の高解像化が期待されている。液晶ライトバルブ等の光変調素子により形成された画像を表示する場合に、表示画像の画素数は、通常は光変調素子の画素数と同じになる。光変調素子を高解像度にすると、表示画像も高解像度になるが、製造コストが著しく増加してしまう。
【０００５】
光変調素子を高解像度にしなくとも高解像度の表示画像が得られる技術として、特許文献２に開示されている技術が挙げられる。特許文献２の画像表示装置では、赤画像、緑画像、青画像のうちの１つ（例えば緑画像）の画素が、他の色画像の画素とずれた位置に表示される。緑画像の画素の輝度が、赤画像や青画像の画素の輝度と独立して認識され、見かけ上の画素数が増えることにより解像感が高められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−１５０４８７号公報
【特許文献２】特開２００９−１１６２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２の技術によれば、装置コストの高騰を招くことなく表示画像の解像感を高めることができるが、表示画像に偽色（色づき）を生じて画像品質が低下することがある。これは、表示画像のサイズや視聴者からスクリーンまでの距離等の条件によって、画素の位置のずれが画素の色の違いにより認識されるためと考えられる。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑み成されたものであって、偽色の発生を抑制しつつ解像感を高めることが可能な画像表示装置を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では、上記の目的を達成するために以下の手段を採用している。
本発明の画像表示装置は、配列された複数の画素により構成された画像を表示画面に表示可能であり、前記画像の画素は互いに波長が異なる色光に対応した複数のサブ画素により構成されており、前記表示画面に表示された表示画像の複数の画素の各々を構成する前記複数のサブ画素のうちの少なくとも１つのサブ画素が他のサブ画素と異なる位置に表示される、画像表示装置であって、前記表示画像に対する観察者の画角の１°の範囲で前記画素の配列方向に並ぶ画素数が２０ピクセル以上になるように、前記表示画像のサイズを変更するサイズ変更部を備えていることを特徴とする。
【００１０】
本願発明者は、色を区別可能な解像度が、輝度を区別可能な解像度と異なることに着目し、官能評価実験を行って人間の視覚特性について調査した。その詳細については後に説明するが、調査結果から画角１°の範囲で画素の配列方向に並ぶ画素数が２０ピクセル以上であれば、輝度の区別は可能であるものの色の区別ができなくなることという知見を得た。以下の説明で、画角１°の範囲で画素の配列方向に並ぶ画素数を表示解像度（単位はピクセル／°）と称すことがある。
【００１１】
本発明の画像表示装置によれば、表示解像度が上記の条件を満たすようにサイズ変更部が表示画像のサイズを変更するので、表示画像において位置がずれているサブ画素の各々の輝度が認識され、かつ表示画像のサブ画素の位置ずれによる色のずれが認識されなくなる。このようにして、偽色の発生を抑制しつつ解像感を高めることができる。
【００１２】
本発明に係る画像表示装置は、代表的な態様として以下のような態様をとりえる。
【００１３】
前記複数のサブ画素の各々に対応する色光を射出する照明系と、前記照明系から射出された複数の色光の各々を変調する光変調素子を含んだ複数の光変調素子と、前記複数の光変調素子により変調された色光を合成する色合成光学系と、前記色合成光学系により合成された色光が示す画像に対する表示画像の倍率を変更するズームレンズ機構を含み該表示画像を前記表示画面に投射する投射光学系と、を備え、前記サイズ変更部は、前記観察者と前記表示画面との間の視距離、前記投射光学系の投射距離、および前記表示画像の画素数に基づいて前記倍率を求め、該倍率に基づいて前記ズームレンズ機構を制御するとよい。
【００１４】
このようにすれば、照明系から射出された複数の色光が、色光ごとに複数の光変調素子により変調された後に色合成光学系により合成され、合成された色光が投射光学系により投射されて表示画像が表示される。サイズ変更部が、視距離、投射距離、および表示画像の画素数に基づいて倍率を求め、倍率に基づいてズームレンズ機構を制御するので、表示画像のサイズを上記の条件を満たすように高精度に制御することができる。
【００１５】
前記複数の画素の各々を構成する前記複数のサブ画素のうちで最も人間の視感度が高い色光に対応するサブ画素が、他のサブ画素とずれた位置に表示されるとよい。
このようにすれば、視感度が高い色光に対応するサブ画素の輝度が視認されやすくなり、表示画像の解像度を効果的に高めることができる。
【００１６】
前記複数の画素の各々を構成する前記複数のサブ画素の少なくとも１つが、他の画素を構成するサブ画素間に配置されるとよい。
このようにすれば、画素間の隙間を減らすことができ、表示画像の解像度を効果的に高めることができる。
【００１７】
前記サイズ変更部は、前記視距離および前記投射距離を検出し、この検出結果に基づいて前記倍率を求めてもよい。
【００１８】
このようにすれば、検出された視距離および投射距離を用いて倍率を求めるので、視距離や投射距離の変化に応じて、表示画像のサイズを自動的に制御することができる。
【００１９】
前記サイズ変更部は、使用者から入力された前記視距離を示すデータおよび前記投射距離を示すデータに基づいて前記倍率を求めてもよい。
【００２０】
このようにすれば、視距離を示すデータの入力値、および投射距離を示すデータの入力値に基づいて倍率を求めるので、視距離や投射距離を検出するセンサーを設ける必要性が低くなり、画像表示装置の構成をシンプルにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（ａ）は画素ずらしによる画像表示方法の概念図、（ｂ）は表示画面での画素配列の一例を示す図である。
【図２】第１実施形態のプロジェクターの概略構成を示す模式図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は画素ずれを生じさせる構成例を示す図である。
【図４】プロジェクター、表示画面および観察者の視点の位置関係を示す図である。
【図５】画像を表示するときのプロジェクターの処理フローを示す図である。
【図６】視距離に対する解像感の主観評価指標値の実験結果を示すグラフである。
【図７】第２実施形態におけるサイズ変更部の構成を示す図である。
【図８】使用環境と関連付けられた視距離の例を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。説明に用いる図面において、特徴的な部分を分かりやすく示すために、図面中の構造の寸法や縮尺を実際の構造に対して異ならせている場合がある。また、実施形態において同様の構成要素については、同じ符号を付して図示し、その詳細な説明を省略する場合がある。
【００２３】
［第１実施形態］
図１（ａ）は画素ずらしによる画像表示方法の概念図、（ｂ）は表示画面での画素配列の一例を示す図である。
図１（ａ）に示すようにプロジェクター１は、色光Ｌ１〜Ｌ３をスクリーン等の表示画面Ｓに投射する。色光Ｌ１〜Ｌ３は、互いに波長が異なっており、互いに独立して変調されている。例えば、色光Ｌ１が赤の色光であり、色光Ｌ２が緑の色光、色光Ｌ３が青の色光である。プロジェクター１から射出された後の色光ごとの光路に着目すると、本実施形態では色光Ｌ１の光路が色光Ｌ３の光路と略一致しており、色光Ｌ２の光路が色光Ｌ１、Ｌ３の光路からずれている。
【００２４】
表示画面Ｓには、色光Ｌ１により第１の色画像Ｂ１が表示され、色光Ｌ２により第２の色画像Ｂ２が、色光Ｌ３により第３の色画像Ｂ３がそれぞれ表示される。第１〜第３の色画像Ｂ１〜Ｂ３が合わさって、カラーの表示画像Ｂが表示される。色光Ｌ２の光路が色光Ｌ１、Ｌ３の光路からずれていることにより、第２の色画像Ｂ２は、第１、第３の色画像Ｂ１、Ｂ３と異なる位置に表示される。
【００２５】
図１（ｂ）に示すように表示画像Ｂは、複数の画素Ｐを含んでいる。複数の画素Ｐの各々は、赤の色光に対応するサブ画素Ｐ１、緑の色光に対応するサブ画素Ｐ２、および青の色光に対応するサブ画素Ｐ３を含んでいる。サブ画素Ｐ１は、色光Ｌ１により表示され、サブ画素Ｐ２は色光Ｌ２により、またサブ画素Ｐ３は色光Ｌ３により、それぞれ表示される。
【００２６】
同じ画素Ｐに属するサブ画素Ｐ１〜Ｐ３の表示画面Ｓ上での表示位置に着目すると、本実施形態では、サブ画素Ｐ１がサブ画素Ｐ３と略同じ位置に表示され、サブ画素Ｐ２は、サブ画素Ｐ１、Ｐ３と異なる位置に表示される。サブ画素Ｐ１〜Ｐ３は、いずれも二次元的（Ｘ方向およびＹ方向）に配列されている。１つの画素Ｐが一組のサブ画素Ｐ１〜Ｐ３により構成されるので、複数の画素Ｐは二次元的（Ｘ方向およびＹ方向）に配列されていることになる。例えば、Ｘ方向が水平走査方向であり、Ｙ方向が垂直走査方向である。
【００２７】
本実施形態では、１つの画素Ｐに属するサブ画素Ｐ２は、この画素Ｐに属するサブ画素Ｐ１、Ｐ３の一部と重なっているとともに、この画素Ｐに隣接する他の画素Ｐに属するサブ画素Ｐ１、Ｐ３の一部と重なっている。画素Ｐの配列方向の各々（Ｘ方向またはＹ方向）におけるサブ画素Ｐ２のピッチは、サブ画素Ｐ１、Ｐ３のピッチと略同じになっている。画素Ｐの配列方向（Ｘ方向またはＹ方向）において、サブ画素Ｐ１、Ｐ３に対するサブ画素Ｐ２の位置のずれ量は、この方向におけるサブ画素のピッチの略半分になっている。
【００２８】
プロジェクター１により表示された表示画像Ｂは、サブ画素Ｐ２の輝度がサブ画素Ｐ１、Ｐ３の輝度と別に識別され、３つのサブ画素を１つの画素としたときの画素数よりも高解像度の画像として観察される。
【００２９】
赤、緑、青の色光のうちで、最も人間の視感度（人間の錐体細胞の光吸収率）が高い色光は緑の色光である。緑の色光に対応するサブ画素Ｐ２の位置が他のサブ画素Ｐ１、Ｐ３の位置からずれているので、効果的に解像感を高めることができる。また、サブ画素Ｐ２が隣の画素Ｐと重なるようにずれているので、画素Ｐの間の隙間を観察されにくくなり、特にサブ画素Ｐ２の位置のずれ量がサブ画素のピッチの略半分になっているので、解像感を効果的に高めることができる。
【００３０】
詳しくは後述するが、観察者の表示画像Ｂに対する画角１°の範囲で画素Ｐの配列方向に並ぶ画素数が２０個以上、すなわち表示解像度が２０（ピクセル／°）以上になるように、表示画像Ｂのサイズが制御されている。これにより、サブ画素Ｐ１、Ｐ３と、サブ画素Ｐ２とで色の違いが識別されなくなり、偽色の発生を抑制可能になっている。
【００３１】
次に、プロジェクター１の構成例について説明する。図２は、第１実施形態のプロジェクター１の概略構成を示す模式図である。
図２に示すようにプロジェクター１は、照明系２、色分離光学系３、複数の光変調素子４、色合成光学系５、投射光学系６、およびサイズ変更部７を含んでいる。複数の光変調素子４として、第１の光変調素子４ａ、第２の光変調素子４ｂ、および第３の光変調素子４ｃが設けられている。
【００３２】
プロジェクター１は、概略すると以下のように動作する。照明系２から射出された光Ｌは、色分離光学系３により複数の色光Ｌ１〜Ｌ３に分離される。色分離光学系３により分離された複数の色光Ｌ１〜Ｌ３は、色光ごとに異なる光変調素子４に入射し、色光ごとに光変調素子４により変調される。光変調素子４により変調された複数の色光Ｌ１〜Ｌ３は、色合成光学系５に入射して進行方向が揃えられる。色合成光学系５から射出された色光Ｌ１〜Ｌ３は、投射光学系６により表示画面Ｓに投射される。投射光学系６は、サイズ変更部７により指定されたズームの倍率で表示画像Ｂを拡大または縮小可能なズームレンズ機構６１を含んでいる。サイズ変更部７は、偽色の発生を抑制すべくズームレンズ機構６１のズームの倍率を制御する。
【００３３】
次に、プロジェクター１の構成要素について詳しく説明する。
照明系２は、光源２１、第１のレンズアレイ２２、第２のレンズアレイ２３、偏光変換素子２４、および重畳レンズ２５を有している。照明系２を構成する構成要素は、光源２１の光軸２０に沿って配列されている。
【００３４】
光源２１は、光源ランプ２１１および放物面リフレクター２１２を有している。光源ランプ２１１から放射された光Ｌは、放物面リフレクター２１２によって一方向に反射されて略平行な光線束となる。光源ランプ２１１は、例えばメタルハライドランプ、キセノンランプ、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ等により構成される。また、放物面リフレクター２１２の代わりに楕円リフレクター、球面リフレクター等によりリフレクターを構成してもよい。リフレクターの形状に応じて、リフレクターから射出された光を平行化する平行化レンズが用いられることがある。
【００３５】
第１のレンズアレイ２２は、光源２１の光軸２０に略直交する面に配列された複数のレンズ要素２２１を有している。第２のレンズアレイ２３は、レンズ要素２２１と同様に複数のレンズ要素２３１を有している。レンズ要素２２１、２３１は、例えばマトリックス状に配列されており、光軸２０に直交する平面での平面形状が、光変調素子４の被照明領域と相似形状（ここでは、略矩形）になっている。被照明領域は、光変調素子４において複数の変調要素が配列された領域の全体を含む領域である。
【００３６】
偏光変換素子２４は、複数の偏光変換ユニット２４１を有している。偏光変換ユニット２４１は、その詳細な構造を図示しないが、偏光ビームスプリッター膜（以下、ＰＢＳ膜という）、１／２位相板および反射ミラーを有している。
【００３７】
レンズ要素２２１は、レンズ要素２３１と１対１で対応している。レンズ要素２３１は、偏光変換ユニット２４１と１対１で対応している。互いに対応関係にあるレンズ要素２２１、２３１および偏光変換ユニット２４１は、光軸２０と略平行な軸に沿って並んでいる。
【００３８】
光源２１から射出された光Ｌは、第１のレンズアレイ２２の複数のレンズ要素２２１に空間的に分かれて入射し、レンズ要素２２１に入射した分割光線束ごとに集光される。レンズ要素２２１により集光された分割光線束は、このレンズ要素２２１と対応するレンズ要素２３１に結像する。すなわち、第２のレンズアレイ２３の複数のレンズ要素２３１の各々に二次光源像が形成される。レンズ要素２３１に形成された二次光源像からの光は、このレンズ要素２３１に対応する偏光変換ユニット２４１に入射する。
【００３９】
偏光変換ユニット２４１に入射した光は、ＰＢＳ膜に対するＰ偏光とＳ偏光とに分離される。分離された一方の偏光は、反射ミラーで反射した後に１／２位相板を通り、他方の偏光と偏光状態が揃えられる。複数の偏光変換ユニット２４１の各々から射出された光（分割光線束）は、重畳レンズ２５に入射して屈折し、光変調素子４の被照明領域に重畳される。複数の分割光線束の各々が被照明領域の略全域を照明することにより、複数の分割光線束の照度分布が平均化され、被照明領域での照度が均一化される。
【００４０】
色分離光学系３は、ダイクロイックミラー３１、３２、ミラー３３〜３５、フィールドレンズ３６ａ〜３６ｃ、リレーレンズ３７、３８を含んでいる。ダイクロイックミラー３１、３２は、例えばガラス表面に誘電体多層膜を積層したものである。ダイクロイックミラー３１、３２は、所定の波長帯域の色光を選択的に反射させ、それ以外の波長帯域の色光を透過させる特性を有している。ここでは、ダイクロイックミラー３１は、緑の色光Ｌ２と青の色光Ｌ３とを反射させ、赤の色光Ｌ１を透過させる。ダイクロイックミラー３２は、緑の色光Ｌ２を反射させ、青の色光Ｌ３を透過させる。
【００４１】
照明系２から射出された光Ｌは、ダイクロイックミラー３１に入射する。光Ｌのうちの赤の色光Ｌ１は、ダイクロイックミラー３１を通ってミラー３３に入射し、ミラー３３で反射してフィールドレンズ３６ａに入射する。赤の色光Ｌ１は、フィールドレンズ３６ａにより平行化された後に、第１の光変調素子４ａに入射する。
光Ｌのうちの緑の色光Ｌ２と青の色光Ｌ３は、ダイクロイックミラー３１で反射して、ダイクロイックミラー３２に入射する。緑の色光Ｌ２は、ダイクロイックミラー３２で反射してフィールドレンズ３６ｂに入射する。緑の色光Ｌ２は、フィールドレンズ３６ｂにより平行化された後に、第２の光変調素子４ｂに入射する。
ダイクロイックミラー３２を通った青の色光Ｌ３は、リレーレンズ３７を通りミラー３４で反射した後、リレーレンズ３８を通りミラー３５で反射してフィールドレンズ３６ｃに入射する。青の色光Ｌ３は、フィールドレンズ３６ｃにより平行化された後に、第３の光変調素子４ｃに入射する。
【００４２】
光変調素子４は、複数の変調要素が配列された空間光変調素子により構成される。複数の変調要素は、互いに独立して入射光をスイッチングすることが可能なものである。空間光変調素子としては、例えば透過型の液晶ライトバルブや、反射型の液晶ライトバルブ、変調要素としてのＭＥＭＳミラーが配列されたデジタルミラーデバイス（以下、ＤＭＤという）等が挙げられる。本実施形態の光変調素子４は、複数の変調要素が二次元的に配列された透過型の液晶ライトバルブにより構成されている。
【００４３】
光変調素子４は、表示すべき画像のデータを含んだ画像信号を供給するＰＣ等の信号源（図示略）と電気的に接続されている。光変調素子４は、供給された画像信号に基づいて、入射光を変調要素ごとに変調して画像を形成する。第１の光変調素子４ａは、赤色画像を形成し、第２の光変調素子４ｂは緑色画像を、第３の光変調素子４ｃは青色画像を、それぞれ形成する。
【００４４】
画素ずらしの対象となる緑の色光Ｌ２を変調する第２の光変調素子４ｂには、レンダリング処理等により補正された補正画像データが供給される。補正画像データを生成するには、例えば、サブ画素の位置が揃っている場合の緑画像のデータを用いて、ずれた位置ごとのサブ画素の階調値を補間法等により求める。
【００４５】
色合成光学系５は、ダイクロイックプリズム等により構成される。ダイクロイックプリズムは、４つの三角柱プリズムが互いに貼り合わされた構造になっている。三角柱プリズムにおいて貼り合わされる面は、ダイクロイックプリズムの内面になる。ダイクロイックプリズムの内面に、赤の色光Ｌ１が反射し緑の色光Ｌ２が透過するミラー面と、青の色光Ｌ３が反射し緑の色光Ｌ２が透過するミラー面とが互いに直交して形成されている。
【００４６】
ダイクロイックプリズムに入射した緑の色光Ｌ２は、ミラー面を通ってそのまま射出される。ダイクロイックプリズムに入射した赤の色光Ｌ１および青の色光Ｌ３は、ミラー面で選択的に反射あるいは透過して、緑の色光Ｌ２の射出方向と略同じ方向に射出される。このようにして３種の色光の光線束が重ね合わされて合成される。
【００４７】
本実施形態では、表示画面Ｓ上にて、緑の色光Ｌ２が示すサブ画素Ｐ２の位置が、赤の色光Ｌ１が示すサブ画素Ｐ１の位置および青の色光Ｌ２が示すサブ画素Ｐ３の位置からずれるように、ダイクロイックプリズムに対する第１〜第３の光変調素子４ａ〜４ｃの相対位置が調整されている。
【００４８】
図３（ａ）、（ｂ）は画素ずれを生じさせる構成例を示す図である。
図３（ａ）に示す第１の構成例では、色合成光学系５に対する第２の光変調素子４ｂの相対位置を変化させる移動部４１が設けられている。移動部４１は、第２の光変調素子４ｂに画像データが供給されるタイミングと同期して制御され、画素ずらしを行うタイミングで第２の光変調素子４ｂを移動させる。第２の光変調素子４ｂの位置が変化すると、第２の光変調素子４ｂから射出される緑の色光Ｌ２の光路が変化し、色合成光学系５から射出された段階で、色光Ｌ２の光路が色光Ｌ１、Ｌ３の光路からずれるようになる。なお、画素ずれが生じるように、第１〜第３の光変調素子４ａ〜４ｃの位置が調整されて固定されていてもよい。
【００４９】
図３（ｂ）に示す第２の構成例では、光学素子４２および移動部４３が設けられている。光学素子４２は、第２の光変調素子４ｂと色合成光学系５との間の光路に配置されている。光学素子４２は、例えば表裏両面が略平行な透明平板により構成される。移動部４３は、光学素子４２を変位させ、第２の光変調素子４ｂと色合成光学系５との間の光路（色光Ｌ２の主光線の進行方向）が光学素子４２の法線方向と角度を変化させる。この角度を変化させると、光学素子４２から射出後の色光Ｌ２の光路が、光学素子４２に入射前の光路から平行にシフトし、色合成光学系５から射出された状態で、色光Ｌ２の光路が色光Ｌ１、Ｌ３の光路からずれるようになる。
【００５０】
画素ずれを生じさせる構成については、第１、第２の構成例に限定されない。例えば、光変調素子としてＤＭＤを採用する場合には、画素ずらしの対象の色光を反射させる場合と、画素ずらしの対象外の色光を反射させる場合とでＭＥＭＳミラーの振幅を異ならせることにより画素ずれを生じさせることができる。
【００５１】
画素ずらしにおけるサブ画素Ｐ１〜Ｐ３の位置関係についても、特に限定されない。例えば、３つのサブ画素の位置がいずれも一致しない配置であってもよいし、２つのサブ画素の位置が一致しており、これら２つのサブ画素に対して残りの１つのサブ画素の位置がずれていてもよい。また、サブ画素がずれている方向については、画素の２つの配列方向の一方にずれていてもよいし、一方および他方にずれていてもよい。
【００５２】
第１〜第３の色光によるサブ画素の位置が揃っている第１の表示モードと、第１〜第３の色光によるサブ画素の位置が互いにずれている第２の表示モードを切替えて、画像を表示することもできる。例えば、１フレームの表示期間を、第１の表示モードによる表示期間と第２の表示モードによる表示期間とに分割することも可能である。
【００５３】
図２の説明に戻り、投射光学系６は、ズームレンズ機構６１を含んでいる。投射光学系６は、第１〜第３の光変調素子４ａ〜４ｃにより形成された画像を、指定されたズームの倍率で拡大または縮小して投射する。ズームレンズ機構６１は、例えば１以上のレンズ６２、レンズ６２を移動させる移動部６３を含んでいる。
【００５４】
移動部６３は、例えばリニアアクチュエータ等により構成され、レンズ６２をズームの倍率に応じた距離だけ移動させる。これにより、結像位置を同一面に保ちつつ、投射光学系６の焦点距離を変化させることができる。ズームレンズ機構６１としては、複数のレンズが一体として移動する光学補正式のものや、複数のレンズが互いに連携して移動する機械補正式のもの、電子補正式を併用したもの等を採用することができる。
【００５５】
サイズ変更部７は、視距離センサー７１、投射距離センサー７２、および演算部７３を含んでいる。サイズ変更部７は、概略すると以下のように動作する。視距離センサー７１は、表示画面Ｓと観察者との間の距離である視距離を検出する。投射距離センサー７２は、投射距離を検出する。演算部７３は、視距離センサー７１により検出された視距離、投射距離センサー７２により検出された投射距離、表示画像Ｂの画素数に基づいて、ズームレンズ機構６１のズームの倍率を決定する。表示画像Ｂの画素数は、光変調素子４あたりの変調要素の数により定まり、既知の値である。サイズ変更部７は、決定したズームの倍率となるようにズームレンズ機構６１を制御する。
【００５６】
視距離センサー７１は、観察者と表示画面Ｓとの間の視距離を検出し、検出結果を演算部７３に出力する。視距離センサー７１の構成について特に限定されない。視距離センサー７１としては、例えば下記の第１〜第３の視距離センサーを用いることができる。
【００５７】
第１の視距離センサーは、発光部、受光部、および演算部により構成される。発光部は、観察者が直接的に操作することにより赤外光等の光を発するものであり、例えばプロジェクター１を操作するためのリモコン等に併設される。受光部は、例えばプロジェクター本体に設けられ、発光部から発せられた光を受けて、この光の強度やこの光が発せられた方向を検出し、検出結果を演算部に出力する。この検出結果に基づいて、視距離センサー７１の演算部は、プロジェクター本体と観察者との距離を算出し、プロジェクター本体と表示画面Ｓとの間の距離（投射距離）を加味して、観察者と表示画面Ｓとの間の距離（視距離）を算出する。
【００５８】
第２の視距離センサーは、例えばＣＣＤカメラ等の撮像部および演算部により構成される。撮像部は、プロジェクター本体から離れた位置に設けられて、例えば表示画面Ｓと観察者とを俯瞰的に撮影する。演算部は、撮像部による撮像画像にパターン認証などの処理を施して、表示画面Ｓの位置および観察者の位置を検出し、撮像部の設置位置を加味して、上記の視距離を算出する。第１、第２の視距離センサーでは光学的に観察者の位置を検出しているが、超音波や電波等により観察者の位置を検出してもよい。
【００５９】
第３の視距離センサーは、表示画面Ｓに併設される第１の位置検出部、観察者が操作するリモコン等に併設される第２の位置検出部、および演算部により構成される。第１、第２の位置検出部は、例えばＧＰＳ等により構成される。演算部は、第１の位置検出部から出力される表示画面Ｓの位置情報と、第２の位置検出部から出力される観察者の位置情報とに基づいて視距離を検出する。
第１〜第３の視距離センサーの演算部は、演算部７３と共通化されていてもよい。
【００６０】
投射距離センサー７２は、例えばＣＣＤカメラ等により表示画像Ｂを撮像して表示画像Ｂのピントを判定し、ピントが合っているときの投射光学系６の焦点距離に基づいて、投射距離を検出する。投射距離センサーとしては、表示画面Ｓに向けて例えば赤外光を射出し、表示画面Ｓで反射した赤外光を受光するとともにその強度を検出して、検出された強度により投射距離を算出するアクティブ型のものであってもよい。投射光学系に、オートフォーカス機構を含む場合には、オートフォーカス機構の一部または全部を利用して投射距離を検出することができる。
【００６１】
上記の第２の例の視距離センサーを採用する場合には、視距離センサーを投射距離センサーとして用いることもできる。また、上記の第３の例の視距離センサーを採用する場合に、プロジェクター本体に第３の位置検出部を設けておき、第１、第３の位置検出部の検出結果を比較することにより投射距離を求めるようにしてもよい。
【００６２】
なお、投射光学系６の光学特性が既知であるので、投射光学系６により投射された光の結像面と投射光学系６との距離は既知である。通常は、ピントが合った状態でプロジェクターが使用されるので、結像面と投射光学系６との間の距離を投射距離として用いることもできる。
【００６３】
次に、プロジェクター１において表示画像のサイズを変更する仕組みについて説明する。図４は、プロジェクター１、表示画面Ｓ、および観察者の視点Ｖの位置関係を示す平面図、図５は画像を表示するときのプロジェクターの処理フローを概略して示す図である。
【００６４】
図４中の符号ｄ０は、画素の１つの配列方向（例えばＸ方向）での表示画像Ｂのサイズを示し、符号ｄ１は視距離を、符号ｄ２は投射距離を、符号θは画角をそれぞれ示す。サイズｄ０［ｍ］は、投射光学系６のズームの倍率、および投射距離ｄ２［ｍ］より定まる。画角θ［°］は、下記の式（１）で表される。
θ＝３６０／π×ａｒｃｔａｎ（ｄ０／２ｄ１） ・・・式（１）
Ｘ方向に並ぶ画素数がＮ個（Ｎは正の整数）であるとすると、Ｘ方向で画角１°に含まれる画素数、すなわち表示解像度はＮ／θ［ピクセル／°］になる。表示解像度は、画素ピッチから求めることもでき、画素ピッチに相当する画角の逆数が、表示解像度になる。
【００６５】
図２に示した演算部７３は、表示解像度（Ｎ／θ）が、２０以上６０以下の範囲から選択される固定値または可変値の設定値になる画角θ（以下、最適画角という）を算出する。式（１）に示したように画角θはサイズｄ０の関数であり、サイズｄ０はズームの倍率の関数である。演算部７３は、画角θが最適画角となるズームの倍率を算出し、算出したズームの倍率（以下、最適倍率という）になるようにズームレンズ機構６１を制御する。
【００６６】
表示解像度（Ｎ／θ）を小さくすると、表示画像Ｂのサイズｄ０が大きくなる。本実施形態では、表示解像度（Ｎ／θ）の設定値を上記の範囲の下限値である２０にしており、上記の条件を満たす範囲で表示画像Ｂのサイズを最大化することができる。
【００６７】
図５に示すように、画像を表示するには、視距離センサー７１により視距離を測定する（ステップＳ１１）。また、投射距離センサー７２により投射距離を測定する（ステップＳ１２）。そして、視距離センサー７１の測定結果および投射距離センサー７２の測定結果を用いて、演算部７３により表示画像Ｂが投射光学系６のズームの最適倍率を算出する（ステップＳ１３）。そして、演算部７３によりズームレンズ機構６１を制御して、最適倍率になるように表示画像サイズを拡大または縮小する（ステップＳ１４）。そして、光変調素子４に画像データを供給して画像を形成させる（ステップＳ１５）。形成された画像が、投射光学系６により最適倍率で投射され、最適なサイズの表示画像Ｂが表示される。
【００６８】
視距離ｄ１に応じて投射光学系６のズームの倍率が調整された状態で画像を表示すると、観察者は、表示画像Ｂのサブ画素単位での色の区別ができなくなり、画素ずれによる偽色の発生が認識されなくなる。画素の２つの配列方向で画素ピッチが異なる場合には、画素ピッチの小さい方向において上記の条件を満たすことにより、偽色の発生を抑制する効果が得られる。画素ピッチが大きい方向において上記の条件を満たすことにより、偽色の発生を抑制する効果が高められる。
【００６９】
なお、画像を表示するたびに最適倍率を算出する必要はなく、観察者や他のユーザー等のプロジェクターの使用者の指令により最適倍率を算出するようにしてもよい。また、常に偽色を抑制するように自動的に表示画像のサイズを変更するのではなく、偽色を抑制する表示モードと、使用者の指定するサイズで画像を表示する表示モードとが切替可能になっていてもよい。
【００７０】
以下、表示解像度（Ｎ／θ）と画質との関係について調査した結果について説明する。
調査方法としては、被験者に表示画像を鑑賞させてこの表示画像の画質を総合的に評価させる主観評価法を採用し、国際規格のＩＴＵ−Ｒ ＢＴ．５００に規定されているＤＳＣＱＳ法（二重刺激連続品質尺度法）に準拠させた。主観評価法の国際規格では、被験者として１５名以上の非専門家を選定すること、評価対象を正常視力、正常色覚で正しく判断する能力を有する者を選定すること、誤差の少ない安定した評価が可能な者を選択することが定められており、これらの条件を満たすようにした。
【００７１】
実験方法の概要は、下記の通りである。
表示画面上に、本発明を適用した実施例の画像と、比較例の画像とを並べて表示して１つの評価画像とした。実施例の画像は、画素の配列方向の２方向にて緑のサブ画素をサブ画素のピッチの略半分ずらした画像である。比較例の画像は、画素ずらしを行っていない画像である。実施例では、比較例の画像と同じ元画像のデータに対して、レンダリング処理を施したデータにより、緑のサブ画素の位置と階調値を整合させた画像を表示させた。被験者ごとに複数の評価画像を観察させ、評価画像ごとに実施例の画質および比較例の画質を、１．０（非常に悪い）〜５．０（非常によい）の範囲の評価値として評価させた。
【００７２】
実施例と比較例とで画像の並びをランダムに変更して、変更前後の評価画像をそれぞれ評価させた。また、評価画像に加えて、同じ画像（例えば画素ずらしを行っていない画像）を２つ並べたダミーの評価画像に対して評価させ、この結果を被験者の評価の安定性や評価誤差の判定に供した。次の評価画像を観察させる前に、グレー画像を観察させる機会を設けて、前の評価画像に対する印象が次の評価画像に対する印象に影響を及ぼさないように留意した。
【００７３】
画質は、解像性、鮮鋭性、細線再現性、シャギーの有無、モアレの有無等の要素を含んだ総合的な解像感として評価させた。偽色が観察されると色のにじみ等により画質の評価が低くなると考えられ、偽色の発生の有無が評価結果に反映されると考えられる。被験者ごとに、視距離を異ならせて同様の実験を行った。すなわち、表示画像のサイズを固定しつつ視距離を異ならせることにより、画角１°に含まれる画素数を変化させた。
【００７４】
実験条件は、下記のように設定した。
偽色の発生を確認する予備実験を行って、偽色が明確に認識される視距離を避けて、視距離を変化させる範囲を選定した。視距離は、１ｍ、２ｍ、３ｍの３段階とした。投射距離は３．５４ｍとし、表示画像のサイズは対角７５インチとした。表示画像全体の画素数は、１９２０×１０８０（フルＨＤ形式）とした。表示画像のうちで、略半分が実施例の画像であり、残りの半分が比較例の画像である。評価画像として、風景画、人物画、静物画の３種類の画像を供した。
【００７５】
実験結果を下記のようにして解析した。
まず、得られた評価値を０〜１００（％）に正規化し、実施例の画像と比較例の画像とで正規化した評価値の差分を求めた。被験者ごとの評価値を被験者全体の評価値の平均と比較して、被験者の信頼性を判定した。被験者全体の平均と著しく異なる評価を行っている被験者については、その評価値を異常値として除去した。そして、異常値を除いたデータについて、評価値の平均値と標準偏差を算出した。この平均値を心理評価値とし、また標準偏差から評価値の９５％信頼区間を算出した。心理評価値と信頼区間から、有意差を判定した。
【００７６】
図６は、視距離に対する解像感の主観評価指標値を示すグラフであり、上記の実験、解析の結果に基づくものである。図６のグラフの横軸は、視距離[ｍ]であり、図６に視距離に相当する表示解像度［ピクセル／°］を併記した。縦軸は、比較例に対する実施例の主観評価指標値[％]を示している。主観評価指標値は、画質の低下を正の値として示す相対値であり、主観評価指標値が負でありその絶対値が大きくなるほど、実施例の画質が比較例の画質よりも高く感じられたことを示す。
【００７７】
図６に示すように、表示解像度が２０以上６０以下の範囲で、評価画像１〜３のいずれについても、実施例の画質は比較例の画質よりも優れていると評価されており、この表示解像度の範囲で画素ずらしにより解像感が高められることが分かる。
【００７８】
表示解像度が高くなるにつれて、主観評価指標値の絶対値は単調に減少して０に漸近している。これは、表示解像度が高くなるにつれて画素サイズが小さくなり、位置をずらしたサブ画素の輝度がサブ画素単位では区別できなくなるためと考えられる。すなわち、画素ずらしによる見かけ上の画素数の増分が減ることにより、実施例と比較例とで解像感が変わらなくなると考えられる。このことから、解像感を効果的に高めるため、また表示画像のサイズを最大化するためには、表示解像度を２０にすればよいことが分かる。
【００７９】
ところで、偽色が発生すると偽色がノイズとなり画質が低下すると考えられる。仮に、表示解像度が２０以上６０以下の範囲で偽色が発生していたとすると、偽色が発生しなくなる表示解像度付近で主観評価指標値が下に凸となり極小値を示すと考えられる。図７のグラフで主観評価指標値の絶対値は、表示解像度の増加とともに単調減少しており、表示解像度が２０であるときに最大値になっているので、表示解像度が２０で偽色が発生していないと考えられる。また、表示解像度が高くなるほど偽色が発生する可能性が低くなることから、表示解像度が２０以上であれば偽色の発生が抑制されると考えられ、予備実験の結果の正当性が確認された。
【００８０】
以上のような構成のプロジェクター１にあっては、表示画像Ｂのサブ画素Ｐ２の輝度がサブ画素Ｐ１、Ｐ３の輝度と別に識別され、表示画像Ｂの解像感が高められる。赤、緑、青の色光のうちで最も人間の視感度が高い緑の色光に対応するサブ画素Ｐ２の位置が他のサブ画素Ｐ１、Ｐ３の位置からずれているので、効果的に解像感が高められる。サブ画素Ｐ２が隣の画素Ｐと重なるようにずれており、特にサブ画素Ｐ２の位置のずれ量がサブ画素のピッチの略半分になっているので、解像感が効果的に高められる。
【００８１】
また、画角１°の範囲で画素Ｐの配列方向に並ぶ画素数、すなわち表示解像度が２０以上になるように、表示画像Ｂのサイズが制御されるので、サブ画素Ｐ１、Ｐ３とサブ画素Ｐ２の色の違いがサブ画素単位では識別されなくなり、偽色の発生が実質的に抑制される。特に、表示解像度が２０にしているので、解像感を効果的に高めるとともに表示画像のサイズを最大化することができる。
【００８２】
以上のように、光変調素子４の変調要素の数を増やさなくとも偽色の発生を抑制しつつ解像感が得られるので、光変調素子４のコストを下げることが可能になり、低コストでありながら高品質な表示画像が得られるプロジェクター１にすることができる。また、３種の色光の光路を揃えて時分割で画素ずらしによる表示を行う場合と比較して、光路を変化させる機構をシンプルにすることができる。
【００８３】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態のプロジェクターについて説明する。第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、サイズ変更部が、使用者から入力された視距離を示すデータおよび投射距離を示すデータに基づいて投射光学系６のズームの倍率を求める点である。
【００８４】
図７は第２実施形態におけるサイズ変更部８の構成図、図８は使用環境と関連付けられた視距離の例を示す表である。
図７に示すようにサイズ変更部８は、入力部８１、演算部８２、および記憶部８３を含んでいる。入力部８１は、観察者や観察者以外のユーザー等のプロジェクターの使用者から、視距離を示すデータの入力および投射距離を示すデータの入力を受け付ける。視距離を示すデータや投射距離を示すデータは、例えば、実際の視距離や投射距離を示す数値である。本実施形態では、使用者が表示モードを選択して入力する形態で、実質的に、視距離を示すデータおよび投射距離を示すデータが入力された状態になるように、サイズ変更部８が構成されている。
【００８５】
一般にプロジェクターは、使用する用途や使用環境が想定されて設計されており、推奨される投射距離や視距離はカタログ等に記載されている。図８の表１に示すように、使用環境により使用空間サイズの基準値が概ね定まり、使用空間サイズの基準値により視距離の基準値が概ね定まる。見やすい表示画像のサイズは、概ね視距離により定まることが知られており、表示画像のサイズから投射距離の基準値が概ね定まる。
【００８６】
記憶部８３は、例えば不揮発メモリー等により構成され、記憶部８３に視距離の基準値および投射距離の基準値が、表示モードと関連付けられて格納されている。記憶部８３に記憶されている表示モードを示すデータは、例えば図示略の表示パネルに画像として表示され、使用者はプロジェクターの用途や使用環境に応じて表示モードを選択し、選択した表示モードを入力部８１に入力する。演算部８２は、使用者の入力結果を受けて、対象となる表示モードに関連付けられた視距離の基準値および投射距離の基準値を記憶部８３から読み出す。そして、演算部８２は、視距離の基準値および投射距離の基準値を、実際の視距離あるいは投射距離であるとして、第１実施形態と同様にして投射光学系６のズームの倍率を算出する。そして、演算部８２は、算出されたズームの倍率となるようにズームレンズ機構６１を制御する。これにより、偽色の発生を抑制するように、表示画像Ｂのサイズが変更される。
【００８７】
第２実施形態のプロジェクターにあっては、第１実施形態と同様の理由により、低コストでありながら、偽色の発生を抑制しつつ解像感が得られる画像を表示可能になっている。また、視距離を測定するセンサーや投射距離を測定するセンサーを省くことが可能になり、シンプルな構成のプロジェクターにすることができる。
【００８８】
なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない範囲内で多様な変形が可能である。例えば、上記の実施形態では、三板式のプロジェクターを例に説明しているが、単板式のプロジェクターであってもよい。単板式のプロジェクターは、１つの光変調素子により２以上の色光を変調するものである。単板式のプロジェクターとしては、マイクロレンズアレイを通して赤、緑、青の色光を含んだ光を光変調素子に入射させ、マイクロレンズアレイにより３種の色光を変調要素ごとに空間的に振り分けるものが挙げられる。
【００８９】
上記の実施形態では、観察者が１人である例を用いて説明しているが、観察者が複数である場合に本発明を適用することもできる。例えば、複数の観察者の各々の視距離を検出し、最も視距離が短いすなわち画角１°あたりの画素数が最少の観察者を基準にして、表示画像のサイズを制御するようにしてもよい。また、複数の観察者の視距離の分布に基づいて公知の重み付け評価等を行うことにより、偽色を抑制する効果が複数の観察者で最適化されるように、表示画像のサイズを制御するようにしてもよい。また、プロジェクター１の用途等に応じて、複数の観察者の視点をいずれかの視点で代表させて表示画像のサイズを制御するようにしてもよい。
本発明は、ヘッドマウントディスプレイやビューファインダー、直視型の表示パネル等にも適用可能である。
【符号の説明】
【００９０】
１・・・プロジェクター、２・・・照明系、３・・・色分離光学系、
４・・・光変調素子、４ａ・・・第１の光変調素子、４ｂ・・・第２の光変調素子、
４ｃ・・・第３の光変調素子、５・・・色合成光学系、６・・・投射光学系、
７、８・・・サイズ変更部、２０・・・光軸、２１・・・光源、
２２・・・第１のレンズアレイ、２３・・・第２のレンズアレイ、
２４・・・偏光変換素子、２５・・・重畳レンズ、
３１、３２・・・ダイクロイックミラー、３３〜３５・・・ミラー、
３６ａ〜３６ｃ・・・フィールドレンズ、３７、３８・・・リレーレンズ、
４１・・・移動部、４２・・・光学素子、４３・・・移動部、
６１・・・ズームレンズ機構、６２・・・レンズ、６３・・・移動部、
７１・・・視距離センサー、７２・・・投射距離センサー、７３・・・演算部、
８１・・・入力部、８２・・・演算部、８３・・・記憶部、２１１・・・光源ランプ、
２１２・・・放物面リフレクター、２２１、２３１・・・レンズ要素、
２４１・・・偏光変換ユニット、Ｂ・・・表示画像、Ｂ１・・・第１の色画像、
Ｂ２・・・第２の色画像、Ｂ３・・・第３の色画像、Ｌ・・・光、Ｌ１・・・赤の色光、Ｌ２・・・緑の色光、Ｌ３・・・青の色光、Ｐ・・・画素、Ｐ１〜Ｐ３・・・サブ画素、
Ｓ・・・表示画面、Ｖ・・・視点、ｄ０・・・表示画像のサイズ、ｄ１・・・視距離、
ｄ２・・・投射距離
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配列された複数の画素により構成された画像を表示画面に表示可能であり、前記画像の画素は互いに波長が異なる色光に対応した複数のサブ画素により構成されており、前記表示画面に表示された表示画像の複数の画素の各々を構成する前記複数のサブ画素のうちの少なくとも１つのサブ画素が他のサブ画素と異なる位置に表示される、画像表示装置であって、
前記表示画像に対する観察者の画角の１°の範囲で前記画素の配列方向に並ぶ画素数が２０ピクセル以上になるように、前記表示画像のサイズを変更するサイズ変更部を備えていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記複数のサブ画素の各々に対応する色光を射出する照明系と、
前記照明系から射出された複数の色光の各々を変調する光変調素子を含んだ複数の光変調素子と、
前記複数の光変調素子により変調された色光を合成する色合成光学系と、
前記色合成光学系により合成された色光が示す画像に対する表示画像の倍率を変更するズームレンズ機構を含み該表示画像を前記表示画面に投射する投射光学系と、
を備え、
前記サイズ変更部は、前記観察者と前記表示画面との間の視距離、前記投射光学系の投射距離、および前記表示画像の画素数に基づいて前記倍率を求め、該倍率に基づいて前記ズームレンズ機構を制御することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記複数の画素の各々を構成する前記複数のサブ画素のうちで最も人間の視感度が高い色光に対応するサブ画素が、他のサブ画素とずれた位置に表示されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記複数の画素の各々を構成する前記複数のサブ画素の少なくとも１つが、他の画素を構成するサブ画素間に配置されること特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記サイズ変更部は、前記視距離および前記投射距離を検出し、この検出結果に基づいて前記倍率を求めることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記サイズ変更部は、使用者から入力された前記視距離を示すデータおよび前記投射距離を示すデータに基づいて前記倍率を求めることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の画像表示装置。
【請求項１】
配列された複数の画素により構成された画像を表示画面に表示可能であり、前記画像の画素は互いに波長が異なる色光に対応した複数のサブ画素により構成されており、前記表示画面に表示された表示画像の複数の画素の各々を構成する前記複数のサブ画素のうちの少なくとも１つのサブ画素が他のサブ画素と異なる位置に表示される、画像表示装置であって、
前記表示画像に対する観察者の画角の１°の範囲で前記画素の配列方向に並ぶ画素数が２０ピクセル以上になるように、前記表示画像のサイズを変更するサイズ変更部を備えていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記複数のサブ画素の各々に対応する色光を射出する照明系と、
前記照明系から射出された複数の色光の各々を変調する光変調素子を含んだ複数の光変調素子と、
前記複数の光変調素子により変調された色光を合成する色合成光学系と、
前記色合成光学系により合成された色光が示す画像に対する表示画像の倍率を変更するズームレンズ機構を含み該表示画像を前記表示画面に投射する投射光学系と、
を備え、
前記サイズ変更部は、前記観察者と前記表示画面との間の視距離、前記投射光学系の投射距離、および前記表示画像の画素数に基づいて前記倍率を求め、該倍率に基づいて前記ズームレンズ機構を制御することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記複数の画素の各々を構成する前記複数のサブ画素のうちで最も人間の視感度が高い色光に対応するサブ画素が、他のサブ画素とずれた位置に表示されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記複数の画素の各々を構成する前記複数のサブ画素の少なくとも１つが、他の画素を構成するサブ画素間に配置されること特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記サイズ変更部は、前記視距離および前記投射距離を検出し、この検出結果に基づいて前記倍率を求めることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記サイズ変更部は、使用者から入力された前記視距離を示すデータおよび前記投射距離を示すデータに基づいて前記倍率を求めることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１７４９９３（Ｐ２０１１−１７４９９３Ａ）
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３７２７９（Ｐ２０１０−３７２７９）
【出願日】平成２２年２月２３日（２０１０．２．２３）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【出願人】（３０４０２１８３１）国立大学法人 千葉大学 (601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２３日（２０１０．２．２３）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【出願人】（３０４０２１８３１）国立大学法人 千葉大学 (601)
【Ｆターム（参考）】
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