JP2000227561A - 投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スクリーンに画像を投射せずともホワイトバ
ランス調整可能な構成としたことで、ホワイトバランス
調整を簡単に行うことができ、映像品位を向上させる。 【解決手段】 デジタルマイクロミラーデバイス３を用
いた投射型表示装置において、前記デジタルマイクロミ
ラーデバイス３から反射された光のうち、第１の方向に
反射された光をスクリーン５に投射して画像を表示し、
第２の方向に反射された光を光センサ１６で受光して光
情報を測定する。そして、測定された光情報を利用し
て、映像信号のレベルを制御し、ホワイトバランスの調
整を行う。これにより、スクリーン以外に反射される光
を測定してホワイトバランスの調整に利用することがで
き、且つ前記スクリーンを全黒の状態にしてホワイトバ
ランスの調整が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディジタルマイク
ロミラーデバイス（ＤＭＤ：Digital Micromirror Devi
ceで、以下、ＤＭＤと称す）素子を用いて構成された反
射型投射装置に係り、特にこのＤＭＤからの反射光情報
を検出し、該検出結果に基づき投射画像のホワイトバラ
ンス調整を行うことのできる投射型表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、投射型ディスプレイにおいて
は、光源からの光利用効率向上や、高解像度化が望まれ
ている。光利用効率を向上させ、また高解像度化を図る
ことにより、より鮮明で明るい映像を写し出すことが可
能である。

【０００３】このような要求を満足するために、従来よ
り投射型ディスプレイにおいては、光源装置の改良やラ
イトバルブ素子の改良、あるいは駆動回路等の改良がな
されている。特にライトバルブ素子の改良は、直接高解
像度化に大きく影響するために重要である。

【０００４】近年、投射型ディスプレイでは、ライトバ
ルブ素子として液晶が用いられた液晶投射型方式に変え
て、液晶に替わるライトバルブ素子として超精密電子部
品ＤＭＤを用いたＤＬＰ（Digital Light Processing）
方式のディジタル制御システムが採用されようとしてい
る。

【０００５】このＤＬＰ方式のキーデバイスである上記
ＤＭＤ素子は、例えば図３に示すように、わずか１７ｍ
ｍ×１３ｍｍの小さな長方形の中の半導体素子上に、約
８０万個の微細なミラーエレメント３ａ（以下、簡単に
ミラーと記す）を敷き詰め、１枚のパネル状に形成した
ものである。シリコン等の半導体素子上のそれぞれの微
細なミラー３ａは、図示はしないが支柱に載置された１
個以上のヒンジに取り付けられることで、それぞれ±１
０度程度傾けることが可能に装着されている。つまり、
１つのミラーが１つの画素に対応し、例えば＋１０度に
傾いたときに光源からの光が投射レンズに反射するよう
にし、−１０度に傾いた時には投射レンズに反射光が入
らないよう作用させることが可能である。したがって、
ミラーひとつひとつが傾斜角度を変え、光源から発せら
れた光のオン／オフを行う仕組みになっており、オン／
オフというデジタルで色階調を制御できるため、色ムラ
のない鮮明な画像を得ることができるプロジェクタとし
て構成することが可能である。

【０００６】このようなＤＭＤ素子の基本的な動作状態
が図４に示されている。ＤＭＤ素子３のミラー３ａに
は、これを駆動するためのデジタル電気信号が供給され
るようになっている。このデジタル信号がハイレベル
（以下、ＨＩと称す）の場合には、ミラー３ａは波線で
示す状態（オン状態）になり、逆にローレベル（以下、
ＬＯと称す）の場合には、実線で示す状態（オフ状態）
となるように傾きが駆動制御される。したがって、図中
に示す光源１から照射される照射光は、デジタル電気信
号がＨＩのときはＢ方向へと反射し、逆にＬＯのときに
はＡ方向に反射することになる。

【０００７】図５に上記光学特性を有するＤＭＤ素子を
用いて構成された従来の単板式プロジェクタの概略構成
を示す。

【０００８】図５に示す単板式プロジェクタは、光源
１，カラーホイール２，ＤＭＤ素子３，投射レンズ４，
スクリーン５及び光収集体６等で主に構成されている。
なお、前記カラーホイール２とＤＭＤ素子３との間に、
該ＤＭＤ素子３へ平方光を与えるためのコンデンサレン
ズ等の光学系レンズを設けて構成することもある。

【０００９】上記構成のプロジェクタにおいて、光源１
からの光は、カラーホイール２の色フィルタ２ｂを透過
し、ＤＭＤ素子３上に照射される。このＤＭＤ素子３
は、映像信号に応じて各セルのミラー３ａを傾け、光源
からの光はこのミラー３ａの傾きによって、上記の如く
２通りの方向に反射することになる。つまり、ＤＭＤ素
子３に入力するデジタル電気信号がＨＩのとき、ミラー
３ａの反射光は投射レンズ４を介してスクリーン５へと
投射され、逆にデジタル電気信号がＬＯのときには、光
収集体６の方向へと反射し、スクリーン５には投射され
ない。

【００１０】このＤＭＤ素子３をコントロールするデジ
タル電気信号は、周期的にＨＩ／ＬＯを繰り替えすよう
な信号であり、このデジタル電気信号のデューティレシ
オを制御することにより、スクリーン５上に投射される
映像の輝度をコントロールすることが可能である。つま
り、ＨＩの時間が長いほど、スクリーン５上に投射され
る映像は明るくなる。

【００１１】また、上記構成の単板式プロジェクタに用
いられたＤＭＤ素子３では、単に光の反射をコントロー
ルするのみであるので、色を表現することは不可能であ
る。そこで、図中に示すようなカラーホイール２と呼ば
れるものを使用している。

【００１２】カラーホイール２は、円盤にＲＧＢ各色の
フィルター２ｂを取り付けたものである。これを光路上
に設置し、軸着されるモータ２ａで超高速回転させるこ
とにより、ＤＭＤ素子３を照明する光の色がＲ，Ｇ，Ｂ
と順番に変化する。つまり、カラーホイール２を超高速
回転させることにより、光源１からの白色光をＲ，Ｇ，
Ｂの３つの色に時間的に分ける役割を果たす。

【００１３】したがって、カラーフィルタ２ａを透過し
ＤＭＤ素子３に照射される光は、ある時間はＲのみ、あ
る時間はＧのみ、ある時間はＢのみの光となる。つま
り、ＤＭＤ素子３上にＲの光が当たっているときには、
ＤＭＤ素子３のミラー３ａの傾きをＲの映像信号によっ
てコントロールし、Ｇの光が当たっているときには、Ｄ
ＭＤ素子３のミラー３ａの傾きをＧの映像信号によって
コントロールし、Ｂの光が当たっているときには、ＤＭ
Ｄ素子３のミラー３ａの傾きをＢの映像信号でコントロ
ールしてあげれば、スクリーン５上には、カラーの投射
画像を表現することが可能となる。このように、投射画
像は、ＲＧＢが順番に表示されることになるが、十分に
速く切り替わるので、色が混ざって知覚されることにな
る。

【００１４】ところで、このようなＤＬＰ方式の投射型
表示装置では、その投射画像をより鮮明に映出するため
には、ホワイトバランス調整が重要である。

【００１５】通常、上記構成において、スクリーン５上
のホワイトバランスは、光源１の白色純度、ミラーの反
射特性、投射レンズ４の特性やスクリーン５の特性によ
ってばらつきが生じることがある。この場合、これらの
ばらつき要因の内、投射レンズ４やスクリーン５との特
性が占める割合は低く、殆どが投射レンズ４に入射され
る以前での光学系経路による要因が支配的である。よっ
て、支配的な投射レンズ入射以前の光学経路において、
このばらつきを防止し、安定したホワイトバランスが得
られるような手段が望まれている。

【００１６】しかしながら、例えば複数のプロジェクタ
で構成されたマルチスクリーンディスプレイ等のシステ
ムでは、ホワイトバランス調整をするためには、各々の
プロジェクタにホワイトバランス測定用の治具を配置し
なければならず、またこのホワイトバランス測定用の治
具を用いたホワイトバランス調整方法が採用されている
ことから、結果として、システムを設置した後で、スク
リーン上に映出された画像を見ながらホワイトバランス
の調整をする必要があり、非常に面倒であるという問題
点があった。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く、従来のＤ
ＭＤ素子を用いた投射型表示装置では、より鮮明な投射
画像を得るために、ホワイトバランス調整を行っている
が、特に複数のプロジェクタで構成されたマルチスクリ
ーンディスプレイ等のシステムでは、ホワイトバランス
調整をするためには、各々のプロジェクタにホワイトバ
ランス測定用の治具を配置しなければならず、またこの
ホワイトバランス測定用の治具を用いたホワイトバラン
ス調整方法が採用されていることから、結果として、シ
ステムを設置した後で、スクリーン上に映出された画像
を見ながらホワイトバランスの調整をする必要があり、
非常に面倒であるという問題点があった。

【００１８】そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなさ
れたもので、スクリーンに画像を投射せずともホワイト
バランス調整可能な構成とすることで、ホワイトバラン
ス調整を簡単に行うことができ、画像品位を向上させる
ことのできる投射型表示装置の提供を目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、白色光源と、
前記白色光源からの光を入力し、複数の原色光を順次連
続的に出力するカラーホイールと、前記カラーホイール
からの光が照射される複数のミラーエレメントを有し、
各ミラーエレメントの傾斜状態を映像信号に応答して制
御することにより、前記照射された光を第１，又は第２
の方向に反射するデジタルマイクロミラーデバイスと、
前記第１の方向に反射された光をスクリーンに投射して
画像を表示するための投射手段と、前記第２の方向に反
射された光を受光し、受光した光情報を測定する測定手
段と、前記測定手段によって測定された光情報レベルに
応じて、前記映像信号のレベルを制御するホワイトバラ
ンス調整手段とを具備したことを特徴とする投射型表示
装置である。

【００２０】本発明によれば、スクリーン以外に反射さ
れる光を測定してホワイトバランスの調整に利用するこ
とができ、且つ前記スクリーンを全黒の状態にしてホワ
イトバランスの調整が可能である。

【００２１】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態について図面を
参照して説明する。図１は本発明の投射型表示装置の一
実施の形態を示し、該装置の構成を示す構成図である。
尚、図１に示す装置は、図５に示す装置と同様の構成要
素については同一の符号を付している。

【００２２】本発明の投射型表示装置は、図１に示すよ
うに、光源１，カラーホイール２，ＤＭＤ素子３，投射
レンズ４，スクリーン５及び光センサ１６等で主に構成
されている。なお、前記カラーホイール２とＤＭＤ素子
３との間に、該ＤＭＤ素子３へ平方光を与えるためのコ
ンデンサレンズ等の光学系レンズを設けて構成すること
もある。

【００２３】上記構成のプロジェクタにおいて、光源１
からの光は、カラーホイール２の色フィルタ２ｂを透過
し、ＤＭＤ素子３上に照射される。このＤＭＤ素子３
は、映像信号に応じて各セルのミラー３ａを傾け、光源
からの光はこのミラー３ａの傾きによって、従来技術で
説明したように２通りの方向に反射することになる。つ
まり、ＤＭＤ素子３に入力するデジタル電気信号がＨＩ
のとき、ミラー３ａの反射光は投射レンズ４を介してス
クリーン５へと投射され、逆にデジタル電気信号がＬＯ
のときには、光センサ１６の方向へと反射し、スクリー
ン５には投射されない。

【００２４】このＤＭＤ素子３をコントロールするデジ
タル電気信号は、周期的にＨＩ／ＬＯを繰り替えすよう
な信号であり、このデジタル電気信号のデューティレシ
オを制御することにより、スクリーン５上に投射される
映像の輝度をコントロールすることが可能である。つま
り、ＨＩの時間が長いほど、スクリーン５上に投射され
る映像は明るくなる。

【００２５】また、上記構成の単板式プロジェクタに用
いられたＤＭＤ素子３では、単に光の反射をコントロー
ルするのみであるので、色を表現することは不可能であ
る。そこで、図中に示すようなカラーホイール２と呼ば
れるものを使用している。

【００２６】カラーホイール２は、円盤にＲＧＢ各色の
フィルター２ｂを取り付けたものである。これを光路上
に設置し、軸着されるモータ２ａで超高速回転させるこ
とにより、ＤＭＤ素子３を照明する光の色がＲ，Ｇ，Ｂ
と順番に変化する。つまり、カラーホイール２を超高速
回転させることにより、光源１からの白色光をＲ，Ｇ，
Ｂの３つの色に時間的に分ける役割を果たす。

【００２７】したがって、カラーフィルタ２ａを透過し
ＤＭＤ素子３に照射される光は、ある時間はＲのみ、あ
る時間はＧのみ、ある時間はＢのみの光となる。つま
り、ＤＭＤ素子３上にＲの光が当たっているときには、
ＤＭＤ素子３のミラー３ａの傾きをＲの映像信号によっ
てコントロールし、Ｇの光が当たっているときには、Ｄ
ＭＤ素子３のミラー３ａの傾きをＧの映像信号によって
コントロールし、Ｂの光が当たっているときには、ＤＭ
Ｄ素子３のミラー３ａの傾きをＢの映像信号でコントロ
ールしてあげれば、スクリーン５上には、カラーの投射
画像を表現することが可能となる。このように、投射画
像は、ＲＧＢが順番に表示されることになるが、十分に
速く切り替わるので、色が混ざって知覚されることにな
る。

【００２８】ところで、本実施の形態では、投射型表示
装置におけるホワイトバランス調整を容易に行うため
に、従来の光収集体６（図５参照）に代えて、ホワイト
バランス測定手段としての光センサ１６が同じ位置に設
けられている。つまり、ＤＭＤ素子３を用いて構成され
た投射型表示装置では、例えばＤＭＤ素子３に入力する
デジタル電気信号がＨＩのとき、ミラー３ａの反射光は
投射レンズ４を介してスクリーン５へと投射されるが、
逆にデジタル電気信号がＬＯのときには、光センサ１６
の方向へと反射されることになるというＤＭＤ素子３の
基本的な動作を利用することにより、ホワイトバランス
調整に必要な光情報を上記光センサ１６によって検出す
るようにしている。

【００２９】さらに詳細に本実施の形態における動作原
理を図２を用いて説明する。

【００３０】図２はＤＭＤ素子３の基本的な反射特性を
説明するためのもので、図２（ａ）はＤＭＤ３のミラー
３ａがオフ状態の場合の光学経路を示し、図２（ｂ）は
ミラー３ａがオン状態の場合の光学経路を示している。

【００３１】即ち、図２（ｂ）は、スクリーン５に表示
する映像として、全白信号を供給した場合を示してい
る。この場合、ＤＭＤ素子３の各ミラー３ａはＨＩの電
気信号が入力されて、オン状態となり、ＤＭＤ素子３に
入射した光は全て投射レンズ４に向かって反射され、ス
クリーン５には全白画像が表示される。

【００３２】また、図２（ａ）は、スクリーン５に表示
する映像として、全黒信号を供給した場合を示してい
る。この場合、ＤＭＤ素子３の各ミラー３ａはＬＯの電
気信号が入力されて、オフ状態となり、ＤＭＤ素子３に
入射した光は全て光センサ１６の側に反射され、スクリ
ーン５には全黒画像が表示される。

【００３３】つまり、光センサ１６に入る光情報と、ス
クリーン５に表示される画像の光情報は、互いにネガテ
ィブ等価な情報であり、スクリーンに全黒画像を表示し
ているときは、前記光センサ１６には全白画像の光情報
が入力されることになるから、このときに光センサ１６
に入力された光情報を利用すれば、ホワイトバランスの
調整が可能となる。

【００３４】したがって、本実施の形態では、図２
（ａ）に示すようにミラー３ａがオフしているときの全
黒映像における光情報を、光センサ１６によって得るよ
うにしている。

【００３５】本実施の形態のホワイトバランス調整回路
において、上記光センサ１６は、ミラー３ａがオフして
いるときの反射光を測定して検出する。その後、光セン
サ１６によって得られた検出光情報、即ち全黒映像にお
ける光情報は、図１に示すように該プロジェクタ内部に
搭載されたホワイトバランス制御部１７に与える。

【００３６】ホワイトバランス制御部１７は、供給され
た光情報に基づき最適なホワイトバランスとなるよう
に、該プロジェクタ内の信号処理部、例えばＤＭＤ素子
３を駆動するための信号処理部を制御する。これによ
り、投射画像のホワイトバランス調整を行うことが可能
となる。またホワイトバランスのばらつきは、主に投射
レンズ以前の光学系経路において生じるが、前記光セン
サ１６で検出される光情報は上記主要因となる光学経路
を経たものであるため、ホワイトバランスの調整により
上記ばらつきを十分に補正できる。

【００３７】なお、図１に示すホワイトバランス制御部
１７は、光センサ１６からの検出光情報に基づき、自動
的にホワイトバランス調整を行うように制御するもので
はあるが、必要であれば、ユーザが任意に手動操作で調
整することができるように操作部等の調整手段１８を、
前記ホワイトバランス調整制御部１７に接続するように
設けて構成しても良い。

【００３８】次に、本実施の形態における特徴となる動
作を図１及び図２を参照しながら詳細に説明する。

【００３９】いま、図１に示すプロジェクタの電源を投
入して使用可能状態にし、ホワイトバランス調整を行う
ものとする。この場合、拡大投射する映像ソースとして
の映像信号が該プロジェクタ内の信号処理回路系に供給
され、入力映像信号に基づく画像光がＤＭＤ素子３によ
るオン／オフ駆動制御によって反射されることになる。

【００４０】このとき、上記ＤＭＤ素子３のミラー３ａ
がオフされると、この場合は全黒映像受像時であるの
で、このときの全ての画像光は、図２（ａ）に示すよう
に光センサ１６へと反射される。

【００４１】すると、光センサ１６は、検出した光情報
をホワイトバランス制御部１７へと与える。即ち、この
検出した光情報は、全白映像受像時の光情報と等価的な
ものであるので、ホワイトバランス調整するのに必要な
光情報として用いることができる。

【００４２】そして、ホワイトバランス制御部１７によ
って、供給された光情報に基づき最適なホワイトバラン
スとなるように、該プロジェクタ内の信号処理部、例え
ばＤＭＤ素子３を駆動するための信号処理部が制御され
る。例えば、ＤＭＤ素子３に供給する映像信号の振幅を
変えることにより、ホワイトバランスの調整が制御され
る。つまり、このホワイトバランス調整は、ホワイトバ
ランスのばらつきの主要要因となる投射レンズ入射以前
の光学系経路にて実施されるので、ばらつきを確実にな
くすことができ、しかも自動的に効果的にホワイトバラ
ンス調整を行うことができる。

【００４３】したがって、本実施の形態によれば、ＤＭ
Ｄを用いて構成されたプロジェクタにおいて、スクリー
ンに映像を投射せずとも、自動的にホワイトバランス調
整を行えるのことにより、ホワイトバランス調整の簡略
化に大きく寄与する。

【００４４】尚、上記実施の形態では、光情報測定手段
として、光センサ１６を配置した場合について説明した
が、光情報を検出できれば、これに変えて他の測定手
段、あるいは検出手段を同じ位置に配置して設けても良
い。

【００４５】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
スクリーンに画像を投射せずともホワイトバランス調整
可能な構成としたことで、ホワイトバランス調整を簡単
にしかも確実に行うことができ、映像品位を向上させる
ことができるという効果を得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投射型表示装置の構成を示す構成図。

【図２】本発明の投射型表示装置に使用するホワイトバ
ランス調整回路の動作を概略的に説明する説明図。

【図３】ＤＬＰ方式の単板式プロジェクタに用いられた
ＤＭＤ素子を示す概略構成図。

【図４】ＤＭＤ素子における基本的な光学作用を説明す
るための説明図。

【図５】ＤＭＤ素子を用いて構成された従来のＤＬＰ方
式の単板式プロジェクタの一例を示す概略構成図。

【符号の説明】

１…光源、 ２…カラーホイール、 ２ａ…色フィルタ、 ２ｂ…モータ、 ３…ＤＭＤ素子（デジタルマイクロミラーデバイス）、 ４…投射レンズ、 ５…スクリーン、 １６…光センサ（光情報検出手段）、 １７…ホワイトバランス制御部、 １８…調整手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H041 AA06 AB14 AC06 5C060 BA03 BD00 BE00 CD00 GA01 GB10 GD00 5C066 AA03 AA11 AA13 AA15 CA13 EA14 GA01 KL00 5C094 AA08 AA48 AA54 AA56 BA16 BA63 BA71 BA84 BA92 CA19 CA24 DA09 EA06 EB03 EB04 ED03 ED11 FA01 GA10

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 白色光源と、 前記白色光源からの光を入力し、複数の原色光を順次連
   続的に出力するカラーホイールと、 前記カラーホイールからの光が照射される複数のミラー
   エレメントを有し、各ミラーエレメントの傾斜状態を映
   像信号に応答して制御することにより、前記照射された
   光を第１，又は第２の方向に反射するデジタルマイクロ
   ミラーデバイスと、 前記第１の方向に反射された光をスクリーンに投射して
   画像を表示するための投射手段と、 前記第２の方向に反射された光を受光し、受光した光情
   報を測定する測定手段と、 前記測定手段によって測定された光情報レベルに応じ
   て、前記映像信号のレベルを制御するホワイトバランス
   調整手段とを具備したことを特徴とする投射型表示装
   置。
2. 【請求項２】 前記ホワイトバランス調整手段は、前記
   デジタルマイクロミラーデバイスの各ミラーエレメント
   をオフ状態にして前記スクリーンに全黒の画像を表示す
   るとともに、このときに前記測定手段で測定した光情報
   に基づいて前記映像信号のレベルを制御するようにした
   ことを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
3. 【請求項３】 前記測定手段は、光センサを含むことを
   特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。