JP2005107211A - 画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示画像の色分布を崩さずに非常に明るい画像を投影表示すること。
【解決手段】入力された画像データに応じて表示デバイス１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ上に形成した画像を、観察者が観察可能なように、光源としてのＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂからの照明光によって被投影面に対し投影する画像投影装置において、適応色バランスベクトル算出部２１にて、入力された画像データが色空間内で分布する領域を認識し、投影条件制御手段２３によって、その認識した領域に基づき、上記被投影面に対し投影する画像の色バランスを変えず且つ輝度が増すように、上記入力された画像データを変換して上記表示デバイス１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂに送ると共に、このデータ変換に連係して上記ＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂが発光する照明光の輝度を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画像を表示する画像表示装置、特に、入力された画像データに応じて表示デバイス上に形成した画像を、観察者が観察可能なように、光源からの照明光によって被投影面に対し投影する画像投影装置に関する。

画像を表示する画像表示装置には、照明装置からの照明光を液晶やマイクロミラーなどの表示デバイスを使ってその透過量または反射量を制御して変調し、階調表現することによって画像を形成し表示する装置がある。液晶モニター、プロジェクタ等の画像投影装置などがそれである。カラー画像の表示では、原色毎に照明光を変調し、それらを空間的にまたは時間的に合成することによりカラー画像を生成する場合が多い。カラー画像を表示する場合、色の再現性を確保するために各原色の照明光量の合成比率のバランスを調整する必要がある。そのため、通常は各原色の入力画像データが同一である場合に、その合成色が白に見えるように所謂ホワイトバランスの調整を固定的に行う。

一般に原色の照明光は、白色ランプからダイクロイック・ミラーやカラーフィルタなどの色分離光学素子を使って固定的に原色光を分離して作り出すため、柔軟に各原色の照明光量を制御することはできない。従って、初期段階において原色照明光のバランスが所定の比になるよう光学的に設定したり、入力画像データに対する表示デバイスの変調量を所定の変換ルールに則って補正するようにしてホワイトバランスを調整する。

一方、照明光の明るさ或いは表示デバイスによる変調の結果得られる表示画像の明るさは、各原色の照明光の最大出力によって作り出す方が、表示可能な明るさを最大限にすることができる。但し、一般には、各原色の照明光の最大出力が偶然にもホワイトバランスがとれているような光源は見当たらないので、この場合は上述の説明のようにホワイトバランスが崩れ、表示画像の色再現性を劣化せざるを得なくなる。即ち、照明光を最大限明るくしようとすれば、色再現性が確保されず、色再現性を重視しようとすれば、光源が有する最大限の照明光量を引き出すことが困難となると言う解決しがたい課題が存在する。

このような課題を解決しようとして、例えば特許文献１に開示されている方法がある。この方法によれば、入力画像データを構成する各原色画像データの階調レベルが全て最大及び最小の場合に限って、各原色の照明光の最大出力によって表示するようにし、それ以外は所定のホワイトバランスを維持した表示になるように工夫されている。従って上記階調レベルが全て最大及び最小のときの表示画像の明るさは最大、最小を示すが色のバランスは崩れ、一般にホワイトバランスが取れた状態とはなっていないが、比較的色バランスを悪化させることなく、表示可能な明るさを高めることができるとされている。

また、特許文献２では、原色照明光を表示デバイスに順次照明して観察者の視覚上で画像合成し表示画像を生成する所謂カラー面順次方式の画像表示装置において、各原色の照明期間の間毎に白色の照明を行う実施の形態が開示されている。この方法は、入力画像データの白成分を強調することによって生成される画像の明るさを向上させようとするものである。従来のカラー面順次方式では、原色の照明光が切り替わる期間の混色状態が発生することによる画質劣化を防ぐために、原色の照明光及び対応する表示デバイスの変調画像の切り替わり期間は非表示としている場合が多い。しかし、非表示期間が存在している分、照明光の利用期間が短くなり、明るさの低下を招くと言う問題があるが、この点を特許文献２は解決しようとしている。但し、各原色の照明期間及び白色の照明を行う期間は所定の値に固定されている。

その他、画像表示装置に限らず、原色の照明光の光量バランスを種々の目的によって調整設定する実施の形態がある。例えば、特許文献３のようなカラー面順次照明方式の電子内視装置において、撮像センサの分光感度の偏りを相殺するために原色の照明光のバランスを調整し設定しているものなどがある。

これら開示されている実施の形態は、画像表示装置の表示画像において、色バランスを過度に悪化させることなく表示可能な明るさを高めたり、照明光の色バランスを調整することで撮像系の特性を補正し色再現性の良い画像を得ようとするものである。
特開２００２−５１３５３号公報 特開２００２−８２６５２号公報 特開２００２−１１２９６２号公報

しかしながら、上記実施の形態は全て照明光の色バランスを予め調整し、固定的に設定する形式を取るものである。表示しようとする画像の色成分は個々に特徴的な分布を有するものも多く、特にビジネス用途や文教用途でのプレゼンテーション用画像では特定の背景色が使われたり、染色した試料の顕微鏡画像、また医療用内視鏡画像のように赤色成分を多く含む画像など、色成分の偏りある画像は多い。

特徴的な色分布を有する画像に対し、従来のように固定的な般化性のあるホワイトバランスを適用するのでは、却って各原色の照明光の最大出力を有効に活用することを困難にしていると言う未だ解決されていない課題が残っている。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、ＬＥＤのような原色を電気的に容易に光量制御が可能な光源を照明光とし、表示しようとする画像の色分布に応じて基準の色ベクトルを算出し、その基準の色ベクトルから各原色の照明光量のバランスをその都度適応的に設定すると共に、光源の照明光の出力能力を必要にして十分なレベルまで引き上げて有効に活用することにより、表示画像の色分布を崩さずに、非常に明るい画像を投影表示する画像投影装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明による画像投影装置は、
入力された画像データに応じて表示デバイス上に形成した画像を、観察者が観察可能なように、光源からの照明光によって被投影面に対し投影する画像投影装置（プロジェクタ以外も含む）において、
前記入力された画像データが色空間内で分布する領域を認識する分布領域認識手段と、
前記分布領域認識手段が認識した領域に基づき、前記被投影面に対し投影する画像の色バランスを変えず且つ輝度が増すように、
前記入力された画像データを変換し前記表示デバイスに送ると共に、
このデータ変換に連係して前記光源が発光する照明光の輝度を制御する、
投影条件制御手段と、
を有することを特徴とする。

この構成は、図１乃至図１７に対応するものである。
即ち、請求項１に記載の発明の画像投影装置によれば、表示しようとする画像の色分布に応じて基準の色ベクトルを算出し、その基準の色ベクトルから各原色の照明光量のバランスをその都度適応的に設定すると共に、光源の照明光の出力能力を必要にして十分なレベルまで引き上げて有効に活用することにより、表示画像の色分布を崩さずに、非常に明るい画像を投影表示することができる。

また、請求項２に記載の発明による画像投影装置は、
前記光源は複数色の照明光を発光可能であり、
各色の照明光は自らの色に対応するカラー画像データに応じた画像が形成された表示デバイスを照明する請求項１に記載の画像投影装置であって、
前記投影条件制御手段は、
前記表示デバイスで形成する所定の上限画像データ値を前記入力された画像データ値で割った各色毎のデータ比を求め、前記データ比の逆数の比を用いて前記光源の各色照明光の発光光量を設定する照明光量設定手段と、
前記入力された画像データ値を前記所定の上限画像データ値に変更する画像データ変換手段と、
を有することを特徴とする。

この構成は、図４及び図５に対応するものである。
即ち、請求項２に記載の発明の画像投影装置によれば、制御前の表示画像のカラー光量分布が、制御後の表示画像のカラー光量分布となるように、画像データがもつ色分布を必要十分に表示し得る表示可能範囲を特定し、その表示可能範囲を色の分布を崩さずにより明るく表現できるよう投影条件（照明光量及びデータ変換）を適応的に設定することができる。

また、請求項３に記載の発明による画像投影装置は、請求項２に記載の発明による画像投影装置において、
前記表示デバイスで形成する所定の上限画像データ値は、前記表示デバイスで形成可能な最大階調のデータ値であることを特徴とする。

即ち、請求項３に記載の発明の画像投影装置によれば、表示デバイスで形成可能な階調の全てを使って画像を表現できる。

また、請求項４に記載の発明による画像投影装置は、請求項２に記載の発明による画像投影装置において、
前記照明光量設定手段は、前記設定した各色照明光の発光光量値が、各色光源の最大発光光量値を超えた場合には、その設定した発光光量値に近傍する最大発光光量以内の発光光量値に置き換えることを特徴とする。

この構成は、図１０に対応するものである。
即ち、請求項４に記載の発明の画像投影装置によれば、投影画像データの中のより多くの画素を明るく投影することができるようになる。

また、請求項５に記載の発明による画像投影装置は、請求項４に記載の発明による画像投影装置において、
前記近傍する最大発光光量以内の発光光量値は、色空間内において前記設定した各色照明光の発光光量値から最もユークリッド距離が短い最大発光光量内の光量値であることを特徴とする。

即ち、請求項５に記載の発明の画像投影装置によれば、発光光量値が置き換えられた画素を色合いの近いカラーで表現できる。

また、請求項６に記載の発明による画像投影装置は、請求項４に記載の発明による画像投影装置において、
前記近傍する最大発光光量以内の発光光量値は、色空間内において前記設定した各色照明光の発光光量値と色空間原点とを結んだ直線上における最大発光光量内の光量値であることを特徴とする。

この構成は、図１０に対応するものである。
即ち、請求項６に記載の発明の画像投影装置によれば、色バランスを崩すことなく発光光量値を置き換えることができる。

また、請求項７に記載の発明による画像投影装置は、
前記光源は複数色の照明光を発光可能であり、
各色の照明光は自らの色に対応するカラー画像データに応じた画像が形成された表示デバイスを照明する請求項１に記載の画像投影装置であって、
前記投影条件制御手段は、
前記光源が発光する所定の上限発光光量値を前記光源が発光する発光光量の初期値で割った各色毎の発光光量比を求め、前記発光光量比の逆数の比を用いて前記入力された画像データ値をデータ変換する画像データ変換手段と、
前記初期値で設定された各色毎の光源の発光光量を前記所定の上限発光光量値に設定する照明光量設定手段と、
を有することを特徴とする。

この構成は、図７及び図８に対応するものである。
即ち、請求項７に記載の発明の画像投影装置によれば、画像データがもつ色分布を必要十分に表示し得る表示可能範囲を特定し、その表示可能範囲を色の分布を崩さずにより明るく表現できるよう投影条件（照明光量及びデータ変換）を適応的に設定することができる。

また、請求項８に記載の発明による画像投影装置は、請求項７に記載の発明による画像投影装置において、
前記光源が発光する所定の上限発光光量値は、各色の光源が発光可能な最大光量の発光光量値であることを特徴とする。

即ち、請求項８に記載の発明の画像投影装置によれば、光源の性能を最大限に利用できる。

また、請求項９に記載の発明による画像投影装置は、請求項１に記載の発明による画像投影装置において、
前記分布領域認識手段は、色空間内での前記画像データの各色ベクトルを任意のベクトルに投影した際に、分散が最大となるような任意のベクトルを適応色バランスベクトルとして用いて前記入力された画像データが分布する領域を認識することを特徴とする。

この構成は、図３に対応するものである。
即ち、請求項９に記載の発明の画像投影装置によれば、適切な領域を認識できる。

また、請求項１０に記載の発明による画像投影装置は、請求項１に記載の発明による画像投影装置において、
前記分布領域認識手段は、前記入力された画像データのうち、各色毎の最大値を求め、この各色毎の最大値を用いて前記画像データが分布する領域を認識することを特徴とする。

即ち、請求項１０に記載の発明の画像投影装置によれば、容易に画像データが分布する領域を認識することができる。

また、請求項１１に記載の発明による画像投影装置は、請求項１に記載の発明による画像投影装置において、
前記分布領域認識手段は、
前記入力された画像データにおける各輝度毎のヒストグラムを求め、
輝度値として削除しても観察者に違和感を与えない輝度値の上限を前記ヒストグラムを用いて設定し、
この設定した各色毎の上限値を用いて前記画像データが分布する領域を認識する、
ことを特徴とする。

この構成は、図１１に対応するものである。
即ち、請求項１１に記載の発明の画像投影装置によれば、輝度値として削除しても観察者に違和感を与えない輝度値は削除して認識された画像データが分布する領域に基づいて輝度を上げるので、より明るい投影画像を得ることができる。

また、請求項１２に記載の発明による画像投影装置は、請求項１に記載の発明による画像投影装置において、
前記画像データは画像ファイル単位で画像投影装置に入力され、
前記分布領域認識手段は、前記入力された画像ファイル毎に、画像データが色空間内で分布する領域を認識すると共に、
前記投影条件制御手段は、前記入力された画像ファイル毎に、前記光源が発光する照明光の輝度を制御する、
ことを特徴とする。

この構成は、図１に対応するものである。
即ち、請求項１２に記載の発明の画像投影装置によれば、画像ファイル毎に照明光の輝度を制御するので、その画像ファイルに最適な投影が行える。

また、請求項１３に記載の発明による画像投影装置は、請求項１２に記載の発明による画像投影装置において、
前記分布領域認識手段は、前記入力された画像ファイル内の複数フレームにおける画像データの色空間での分布を用いて、前記領域を認識することを特徴とする。

即ち、請求項１３に記載の発明の画像投影装置によれば、画像ファイル内の複数フレームに基づいて照明光の輝度を制御するので、フレーム毎に明るさが変わるような不自然な投影を防ぐことができる。

また、請求項１４に記載の発明による画像投影装置は、請求項１に記載の発明による画像投影装置において、
前記画像データは動画像データとして画像投影装置に入力され、
前記分布領域認識手段は、前記入力された動画像データにおける一連のフレーム群毎に、画像データが色空間内で分布する領域を認識すると共に、
前記投影条件制御手段は、前記フレーム群毎に、前記光源が発光する照明光の輝度を制御する、
ことを特徴とする。

この構成は、図１に対応するものである。
即ち、請求項１４に記載の発明の画像投影装置によれば、動画像データにおける一連のフレーム群毎に照明光の輝度を制御するので、一連のフレーム群内で明るさが変わるような不自然な投影を防ぐことができる。

また、請求項１５に記載の発明による画像投影装置は、請求項１４に記載の発明による画像投影装置において、
前記フレーム群毎は、前記入力された動画像データにおける一連のシーン毎であることを特徴とする。

即ち、請求項１５に記載の発明の画像投影装置によれば、フレーム群を一連のシーンとしているので、シーン毎に最適な明るさに制御することができる。

また、請求項１６に記載の発明による画像投影装置は、請求項１４に記載の発明による画像投影装置において、
前記分布領域認識手段は、前記一連のフレーム群内の複数フレームにおける画像データの色空間での分布を用いて、前記領域を認識することを特徴とする。

即ち、請求項１６に記載の発明の画像投影装置によれば、一連のフレーム群内の複数フレームから画像データの分布領域を認識するようにしているので、より適切な分布領域を認識できる。

また、請求項１７に記載の発明による画像投影装置は、請求項１５に記載の発明による画像投影装置において、
画像投影装置に入力される前記動画像データは、時系列に連続するフレーム間でデータ圧縮処理されたデータであって、
前記分布領域認識手段及び前記投影条件制御手段は、前記動画像データのフレーム毎のデータ量の変化からシーンの切り替わりを認識する、
ことを特徴とする。

即ち、請求項１７に記載の発明の画像投影装置によれば、簡単にシーンの切り替わりを認識できる。

また、請求項１８に記載の発明による画像投影装置は、請求項１に記載の発明による画像投影装置において、
前記入力された画像データが色空間内で分布する領域の情報が予め記憶された分布領域記憶手段を更に有し、
前記分布領域認識手段は、前記分布領域記憶手段が記憶した領域の情報を読み出すことによって領域を認識する、
ことを特徴とする。

この構成は、図１、図１２及び図１３に対応するものである。
即ち、請求項１８に記載の発明の画像投影装置によれば、予め記憶しておいた領域の情報を選択使用するため、入力画像データから画像データが分布する領域を認識する処理が不要となり、高速動作が可能となる。

また、請求項１９に記載の発明による画像投影装置は、請求項１８に記載の発明による画像投影装置において、
前記画像データは画像ファイル単位で画像投影装置に入力され、
前記分布領域記憶手段は、画像ファイル単位に画像ファイル内の画像データが色空間内で分布する領域の情報を記憶する、
ことを特徴とする。

即ち、請求項１９に記載の発明の画像投影装置によれば、画像ファイル単位の分布領域の情報を記憶しているので、画像ファイル毎に容易に照明光の輝度を制御することができる。

また、請求項２０に記載の発明による画像投影装置は、請求項１８に記載の発明による画像投影装置において、
前記画像データは動画像データとして画像投影装置に入力され、
前記分布領域記憶手段は、動画像データにおける一連のフレーム群毎に、画像データが色空間内で分布する領域の情報を記憶する、
ことを特徴とする。

即ち、請求項２０に記載の発明の画像投影装置によれば、動画像データにおける一連のフレーム群毎に分布領域の情報を記憶しているので、一連のフレーム群毎に容易に照明光の輝度を制御することができる。

また、請求項２１に記載の発明による画像投影装置は、請求項２０に記載の発明による画像投影装置において、
前記フレーム群毎は、前記入力された動画像データにおける一連のシーン毎であることを特徴とする。

即ち、請求項２１に記載の発明の画像投影装置によれば、フレーム群を一連のシーンとしているので、シーン毎に制御することができる。

また、請求項２２に記載の発明による画像投影装置は、請求項１８に記載の発明による画像投影装置において、
複数の表示モードに応じた画像を投影する請求項１８に記載の画像投影装置であって、
前記複数の表示モードのうち１つを観察者が選択可能な表示モード選択手段を更に有し、
前記分布領域記憶手段は、前記複数の表示モードに対応する前記領域の情報を複数記憶すると共に、
前記分布領域認識手段は、前記分布領域記憶手段が記憶した複数の領域の情報から、前記表示モード選択手段で選択された表示モードに応じた領域の情報を読み出し、この読み出した領域の情報を前記入力された画像データが色空間内で分布する領域として認識する、
ことを特徴とする。

この構成は、図１に対応するものである。
即ち、請求項２２に記載の発明の画像投影装置によれば、複数の表示モードのうち１つを観察者が選択するだけで、容易且つ高速に光源の輝度の制御が行える。

また、請求項２３に記載の発明による画像投影装置は、請求項２または７に記載の発明による画像投影装置において、
前記光源は、発光色が異なる複数のＬＥＤによって構成されていることを特徴とする。

この構成は、図１乃至図１７に対応するものである。
即ち、請求項２３に記載の発明の画像投影装置によれば、光源としてＬＥＤを使用することで、発光光量の調整が容易に行え、また、消費電力を抑えることができる。

また、請求項２４に記載の発明による画像投影装置は、請求項２または７に記載の発明による画像投影装置において、
前記表示デバイスは、被投影面に対し投影する画像において用いる色毎に複数有し、
前記複数の表示デバイスのうちの各表示デバイスは、前記入力された画像データの色毎の情報に応じてそれぞれ同時に画像を形成し、
前記光源の複数色の照明光は、自らの色に対応する前記表示デバイスをそれぞれ同時に照明する、
ことを特徴とする。

この構成は、図２及び図１５に対応するものである。
即ち、請求項２４に記載の発明の画像投影装置によれば、例えば３個の表示デバイスを使用して、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色の光源を用いることで、カラー画像の投影を容易に行うことができる。

また、請求項２５に記載の発明による画像投影装置は、請求項２または７に記載の発明による画像投影装置において、
前記表示デバイスは、１つのデバイスによって構成され、
前記１つの表示デバイスは、前記入力された画像データの色毎の情報に応じて順次画像を形成し、
前記光源の複数色の照明光は、自らの色に対応する画像を形成する前記表示デバイスを順次照明する、
ことを特徴とする。

この構成は、図１６に対応するものである。
即ち、請求項２５に記載の発明の画像投影装置によれば、表示デバイスに画像データのＲ，Ｇ，Ｂ各色の画像を順次形成し、その色の画像に応じた色の照明光で順次に表示デバイスを照明することで、カラー画像の投影を容易に行うことができる。

また、請求項２６に記載の発明による画像投影装置は、請求項２または７に記載の発明による画像投影装置において、
前記照明光設定手段は、前記光源に印加する電圧値と電流値のうち少なくとも１つを設定することを特徴とする請求項２または７に記載の画像投影装置。

この構成は、図１乃至図１５に対応するものである。
即ち、請求項２６に記載の発明の画像投影装置によれば、光源が発光する照明光の輝度を容易に設定できる。

また、請求項２７に記載の発明による画像投影装置は、請求項２または７に記載の発明による画像投影装置において、
前記照明光設定手段は、前記光源に印加する電圧値と電流値と前記光源の発光時間のうち少なくとも１つを設定することを特徴とする。

この構成は、図１６及び図１７に対応するものである。
即ち、請求項２７に記載の発明の画像投影装置によれば、光源が発光する照明光の輝度を容易に設定できる。

本発明によれば、表示画像の入力データより基準の色ベクトルを適応的に設定することにより表示のための照明光の色バランスを設定し、且つその色バランスを維持して照明光量を最大限に制御することができるため、表示画像の色再現性を大きく崩さずに非常に明るい表示画像を得ることが可能となる画像投影装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態に係る画像投影装置の電気的構成を示す図であり、図２は本実施形態に係る画像投影装置の光学的構成を示す図である。

本実施形態に係る画像投影装置は、図２に示すように、入力された画像データに応じて表示デバイス上に形成した画像を、観察者が観察可能なように、光源からの照明光によって被投影面（スクリーン１）に対し投影する画像投影装置であり、光源として、発光色が異なる複数のＬＥＤ、ここでは発光色が赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂを用いている。また、表示デバイスも、スクリーン１面に対し投影する画像において用いる色毎に複数（Ｒ，Ｇ，Ｂ表示デバイス１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ）有し、それら複数の表示デバイスのうちの各表示デバイスは、入力された画像データの色毎の情報に応じてそれぞれ同時に画像を形成し、ＬＥＤの複数色の照明光は、自らの色に対応する表示デバイスをそれぞれ同時に照明するよう構成されている。即ち、常時点灯される各ＬＥＤからの光を、対応するテーパーロッド１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂにより導光し、偏光変換素子１４を介して、対応する表示デバイス１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂに照射するようにしている。ここで、テーパーロッドは、その入射端面の面積よりもその出射端面の面積の方が大きく構成され、ＬＥＤからの拡散光のＮＡを小さく変換する、即ち、ＬＥＤからの拡散光を略平行光に変換するものである。また、偏光変換素子１４は、表示デバイス１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂとして本実施形態ではＬＣＤ（液晶パネル）を使用するものとしているため、偏波方向を揃えるために入れられている。そして、それら表示デバイス１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂに表示された画像に応じて光変調された光が、ダイクロイック・クロス・プリズム１５によって合成され、投影レンズ１６によって投影光１７としてスクリーン１に投影される。なお、本実施形態では、表示デバイスを光透過型の液晶デバイスとしている。また、図では省略したが、この液晶デバイスの出力側（光が射出する側）には、偏光板が付設されている。

上記ＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの発光光量及び表示デバイス１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂの表示データは、入力される画像データに従って以下のようにして設定される。

即ち、図１に示すように、画像データ入力処理部１８により、パーソナルコンピュータやビデオ機器などの不図示の画像出力装置から出力された画像データを取得し、画像データ記憶部１９に一旦記憶させる。

そして、この画像データ記憶部１９に記憶された画像データは、演算対象画像フレーム設定部２０にて読み出され、次段の適応色バランスベクトル算出部２１で用いる画素の色分布をどの範囲の画像データにより求めるかを設定する。

例えば、入力画像データとして、画像ファイル単位で入力されるプレゼンテーション用の静止画像であったとすると、そのようなプレゼンテーション用静止画像は背景色に偏りのある色を使うケースが多いので、複数の画像フレームで構成される報告資料の単位を対象画像フレームとすれば良い。また、自然画の静止画像であれば、色の偏りが無ければ一枚単位を対象画像フレームとすれば効果的である。

一方、動画像が画像データとして入力される場合には、その入力された動画像データにおける一連のフレーム群毎、例えばシーンチェンジの単位を対象画像フレームとすれば良い。このシーンチェンジは、ＭＰＥＧなどの時系列に連続するフレーム間でデータ圧縮処理を行っている圧縮データを扱う場合は、圧縮データが急激に増加するフレーム位置によって特定する方法も考えられる。また、フレーム間の相関値を常に検出し、色や輝度の急激な変化により、特定していくことも他の方法として考えられる。さらには、既に動画像データにシーンチェンジ情報が付帯しているフォーマットでは、その情報を容易に利用でき便利である。

また、どのような範囲を演算対象画像フレームとして設定するかは、モード切替部２２によって操作者が任意に指定するようにしても良い。

適応色バランスベクトル算出部２１は、上記演算対象画像フレーム設定部２０から与えられる演算対象画像フレームの画像データから、後述するようにして適応色バランスベクトルを算出し、入力画像データが色空間内で分布する領域を認識する。

適応色バランスベクトル算出部２１により算出された適応色バランスベクトルは、投影条件制御手段２３に入力される。この投影条件制御手段２３では、その入力された適応色バランスベクトルと上記画像データ記憶部１９からの投影対象となる画像データ（各原色毎の画像データから構成されるデータ）から、スクリーン１面に対し投影する画像の色バランスを変えず且つ輝度が増すように、各原色画像の照明光の光量設定及び画像データの階調データ変換を行う。即ち、詳細は後述するように、入力された画像データを階調変換して、Ｒ，Ｇ，Ｂ各原色毎に、Ｒ，Ｇ，Ｂ表示デバイス変調制御駆動部２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂに送り、階調変換された画像データをＲ，Ｇ，Ｂ各表示デバイス１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂに表示させる。また、このデータ変換に連係して決定される発光光量を表す信号若しくはデータを、Ｒ，Ｇ，Ｂ各原色毎に、Ｒ，Ｇ，Ｂ光源発光制御駆動部２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂに送り、そのような発光光量でＲ，Ｇ，Ｂ各光源としてのＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂを発光させる。なお、発光光量は、ＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂに印加する電圧値と電流値のうち少なくとも１つを設定することで制御できる。

また、上記適応色バランスベクトル算出部２１で算出された適応色バランスベクトルは、色バランスベクトル記録部２６に記録しておき、同様の画像データが入力された時には、それを利用することで、適応色バランスベクトルの算出処理を省略することもできる。更には、この色バランスベクトル記録部２６には、予め想定される画像データ種毎に、適応色バランスベクトルを記録しておいても良い。例えば、体内を写した医療用画像や染色した試料の顕微鏡画像では特定の色の成分が多く含まれているので、そのような画像では逐次算出するのではなく、予め適応色バランスベクトルを求め、この色バランスベクトル記録部２６に記録しておいて設定値として選択して利用できるようにしておくことが合理的である。そのため、本実施形態に係る画像投影装置は、更に、使用者が所望のデータ種を指定入力するための画像データ種設定入力部２７と、該画像データ種設定入力部２７からの画像種ＩＤに従って色バランスベクトル記録部２６から対応する色バランスベクトルを選択する色バランスベクトル選択部２８とを備えている。

なお、適応色バランスベクトルを算出する表示モードと、記録されている適応色バランスベクトルを使用する表示モードとを、モード切替部２２により、使用者が任意に切り替えられる。更に、そのような適応色バランスベクトルに基づく光量設定及び階調データ変換を行う表示モードと、そのような光量設定及び階調データ変換を行なわない表示モードとを切り替える機能も持たせても良い。

なお、上記適応色バランスベクトル算出部２１では、上記適応色バランスベクトルを、例えば図３に示すようにして求める。なおここで、説明を簡単にするため、原色が２つの照明光Ｘ，Ｙによる２次元色空間から成り立っているものとする。

図３の上側に示すように、横軸を原色Ｘのデータ値Ｄｘ、縦軸を原色Ｙのデータ値Ｄｙとして、対象とする演算対象画像フレームの画像データの各画素の色ベクトルをプロットすると、画像データのカラー分布１０１が得られる。ここで、このカラー分布１０１における原色Ｙの最大値をｄｙ１とし、それと原色Ｘについて値ｄｘ１とで定まる適応色バランスベクトルＰ２に対し、演算対象画像フレームの画像データの各画素の色ベクトルを、その適応色バランスベクトルＰ２に射影する（例えばＣ→Ｃ’）と、図３の下側に示すような発生頻度の分布が得られる。これを、適応色バランスベクトルＰ２の傾きを変えながら、即ち、例えば原色Ｘについて値ｄｘ１を順次変えながら順次行い、射影分布の分散が最大になる適応色バランスベクトルＰ２を、求める適応色バランスベクトルとする。なお、この分散が最大になるベクトルの求め方は、画像処理、符号化処理等で通常利用されるＫＬ変換、ニューラルネットワーク等を活用すれば良い。

また、上記投影条件制御手段２３は、図４に示すようにして投影条件を設定する。即ち、まず、入力画像の原色画像データの最大値が全て２５５かどうか確認する（ステップＳ１１）。なお、これは各画素各原色８ビットデータとした場合であり、他のビット数のデータの場合はそれに応じた値となることは勿論である。ここで、全て２５５であったならば、もはや階調データ変換を行うことができないので、後述するステップＳ１３に進む。これに対して、全て２５５でないならば、入力画像の原色画像Ｒの最大値が２５５に、原色画像Ｇの最大値が２５５に、原色画像Ｂの最大値が２５５になるようにデータのスケール変換を行う（ステップＳ１２）。

これを、簡単化のためにＸ，Ｙによる２次元色空間で示す図５を参照して説明する。図５において、Ｘ，Ｙはそれぞれ原色画像Ｘ，Ｙに対応する各々の原色照明光を表示デバイスＸ，Ｙによって光量変調した結果の表示画像の各画素の光量（明るさ）を示す。但し、以下、光量（明るさ）とは、各色の比視感度特性が反映された量として扱う。また、Ｄｘ，Ｄｙはそれぞれ原色画像Ｘ，Ｙの画像データ、即ち画素階調データである。一般に原色Ｙが他に比べ比視感度が大きい色とすれば、ホワイトバランスは原色Ｙの表示可能な最大値Ｙｍａｘを基準に他の原色Ｘの表示可能な最大値ｘ０を原色ＸとＹの所定の光量比率によって決定する。ｘ０とＹｍａｘは、図中のホワイトバランスベクトルＰ１の成分となっている。従って、図中の（ｘ０，Ｙｍａｘ）に照明光のホワイトバランスをとった場合の表示画像の表示可能なカラー分布領域１０２において表示が可能である。この場合、投影条件のうち各原色Ｘ，Ｙの照明光はそれぞれ表示画像の光量がｘ０，ｙ０（＝Ｙｍａｘ）となる条件である。この表示可能なカラー分布領域１０２において、図の如く投影条件制御前のカラー光量分布１０３をもった画像データに対し、投影条件制御手段２３によって投影条件を再設定する。このときの各原色の画像Ｘ，Ｙの画像データの最大レベルがそれぞれ例えば１２８，３２であったとすると、表示画像の光量として得られるのがそれぞれｘ１，ｙ１である。そこで、まず、画像Ｘの最大階調レベル１２８が２５５になるように線形的にスケール変換する。その結果、表示画像は元のｘ１の２倍の光量ｘ０になる。同様に、画像Ｙの最大階調レベル３２が２５５になるように線形的にスケール変換変換する。結果、表示画像は元のｙ１の８倍の光量ｙ０になる。

次に、適応色バランスベクトル算出部２１から適応色バランスベクトル算出部から適応色バランスベクトルＰ２のデータを入力し（ステップＳ１３）、その適応色バランスベクトルから照明光Ｒ，Ｇ，Ｂの光量比を決定する（ステップＳ１４）。その後、最大の光量比を示す照明光Ｒ，Ｇ，Ｂが何れであるかを検出して特定し（ステップＳ１５）、その特定した照明光の光量を最大にするように発光制御データを設定する（ステップＳ１６）。また、その特定した照明光に対して、残りの色の照明光の光量を、適応色バランスベクトルから求めた光量比に従って発光制御データを設定する（ステップＳ１７）。例えば、図５の例において、Ｘ照明光の増光量１０４として示すように、原色Ｘの照明光量を制御してｘ０がｘ２（＝Ｘｍａｘ）になるよう光量増加させ、また、Ｙ照明光の減光量１０５として示すように、原色Ｙの照明光量を制御してｙ０がｙ２になるよう光量減少させる。ここで、ｘ２は原色Ｘが照明可能な最大の光量を示す。ｘ２及びｙ２は適応色バランスベクトルＰ２の成分となっている。

そして、そのようなスケール変換した原画像データＲ’，Ｇ’，Ｂ’を各々の表示デバイス変調制御駆動部２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂへ出力して、各表示デバイス１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂを駆動する（ステップＳ１８）、また、設定した発光制御データをＲ，Ｇ，Ｂそれぞれの光源発光制御駆動部２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂへ出力して、ＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂを発光させる（ステップＳ１９）。このようにして、図５の例において、制御前の表示画像のカラー光量分布１０３が、制御後の表示画像のカラー光量分布１０６となるように、画像データがもつ色分布を必要十分に表示し得る表示可能範囲を特定し、その表示可能範囲を色の分布を崩さずにより明るく表現できるよう投影条件（照明光量及びデータ変換）を適応的に設定することができる。

即ち、図５の例で言えば、図６に示すように、原色画像Ｘについては、データ変換によってデータとして２倍の値になり、また、光量制御によってｘ２／ｘ０倍つまり２倍に上げ、結果的に、表示可能光量は２×２倍つまり４倍に明るくすることができる。原色画像Ｙについては、データ変換によってデータとして８倍の値になり、また、光量制御によってｘ２／ｘ０倍つまり半分に下げて、結果的に、表示可能光量は８×（１／２）倍とこちらも４倍に明るくすることができる。

つまり、投影条件制御手段２３は、表示デバイス１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂで形成可能な最大階調のデータ値を、入力された画像データ値で割った各色毎のデータ比を求め、そのデータ比の逆数の比を用いて、光源であるＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの各色照明光の発光光量を設定し、また、入力された画像データ値を上記最大階調のデータ値に変更する。例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂの最大階調のデータ値が２５６，２５６，２５６で、Ｒ，Ｇ，Ｂの入力画像データ値が６４，３２，１２８であったとするならば、各色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）毎のデータ比は４：８：２で、この逆数の比は１／４：１／８：１／２＝２：１：４なので、光源の各色照明光の発光光量をＲは２ｍ倍、Ｇはｍ倍、Ｂは４ｍ倍に設定し、Ｒ，Ｇ，Ｂの入力画像データ値を２５６，２５６，２５６に変更する（ここでｍは、ＲＧＢ各光源の発光光量が最大発光光量以内となるように調整される）。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。

本実施形態は、上記第１実施形態と同様の構成において、投影条件制御手段２３での投影条件の設定の別の例である。

即ち、投影条件制御手段２３は、図７に示すように、まず、原色照明光の発光量は全て最大かどうか確認する（ステップＳ２１）。ここで、全て最大であったならば、もはや発光量調整を行うことができないので、後述するステップＳ２３に進む。これに対して、全て最大でないならば、照明光Ｒの発光量が最大に、照明光Ｇの発光量が最大に、照明光Ｂの発光量が最大になるように発光制御データの設定を行う（ステップＳ２２）。

これを、簡単化のためにＸ，Ｙによる２次元色空間で示す図８を参照して説明する。この図における諸条件は図５と同様である。この表示可能領域において、図の如く投影条件「制御前の表示画像のカラー光量分布１０３」をもった画像データに対し、投影条件制御手段２３によって投影条件を再設定する。このときの各原色の画像Ｘ，Ｙの画像データの最大レベルがそれぞれ例えば１２８，３２であったとすると、表示画像の光量として得られるのがそれぞれｘ１，ｙ１である。ここで、Ｘ照明光の光量が最大になるようＸ照明光を光量増加させ、Ｙ照明光の光量が最大になるよう光量増加させ照明光量を制御する。この例では、Ｙ照明光は既に最大を出力しているので、事実上光量増加はない。この状態では、制御した照明光の光量による表示画像は色バランスを崩している。

次に、上記のような投影条件制御前のカラー光量分布１０３をもった画像データから適応色バランスベクトル算出部２１で算出された適応色バランスベクトルＰ２を入力し（ステップＳ２３）、その適応色バランスベクトルから画像データＤｒ，Ｄｇ，Ｄｂのデータ値の比を決定する（ステップＳ２４）。その後、最大のデータ比を示す画像データがＤｒ，Ｄｇ，Ｄｂの何れであるかを検出して特定し（ステップＳ２５）、その特定した画像データの最大量を２５５に変換する（ステップＳ２６）。なお、これは各画素各原色８ビットデータとした場合であり、他のビット数のデータの場合はそれに応じた値となることは勿論である。また、その特定した画像データに対して、残りの色の画像データを、適応色バランスベクトルから求めた比になるようにスケール変換する（ステップＳ２７）。そして、そのようなスケール変換した原画像データＤｒ’，Ｄｇ’，Ｄｂ’を各々の表示デバイス変調制御駆動部２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂへ出力して、各表示デバイス１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂを駆動する（ステップＳ２８）、また、設定した発光制御データをＲ，Ｇ，Ｂそれぞれの光源発光制御駆動部２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂへ出力して、ＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂを発光させる（ステップＳ２９）。

例えば、図８の例においては、最大のデータ比を示す画像データはＤｘであるので、画像Ｘの最大階調レベル１２８が２５５になるようにＸデータを線形的にスケール変換し、表示画像Ｘの光量最大値がｘ２になるようにする。その結果、表示画像は元のｘ１の４倍の光量になる。同様に画像Ｙの最大階調レベル３２が１２８になるように線形的にスケール変換する。結果、表示画像は元のｙ１の４倍の光量になる。従って、元のデータの光量比ｘ１：ｙ１を維持してｘ２，ｙ２を得て、表示画像を明るくできる。ここで、ｘ１：ｙ１、及びｘ２：ｙ２は、適応色バランスベクトルＰ２の成分比となっている。このようにして、画像データがもつ色分布を必要十分に表示し得る表示可能範囲を特定し、その表示可能範囲を色の分布を崩さずにより明るく表現できるよう投影条件（照明光量及びデータ変換）を適応的に設定することができる。

即ち、図８の例で言えば、図９に示すように、原色画像Ｘについては、光量制御によってＸｍａｘ／ｘ０倍つまり２倍に上げ、また、データ変換によってデータとして２倍の値になり、結果的に、表示可能光量は２×２倍つまり４倍に明るくすることができる。原色画像Ｙについては、光量制御によってＹｍａｘ／ｙ０倍つまり１倍とし、また、データ変換によってデータとして４倍の値になり、結果的に、表示可能光量は１×４倍とこちらも４倍に明るくすることができる。

つまり、投影条件制御手段２３は、各色の光源であるＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂが発光可能な最大光量の発光光量値を、それら光源が発光する発光光量の初期値（ホワイトバランスがとれた値）で割った各色毎の発光光量比を求め、その発光光量比の逆数の比を用いて、入力された画像データ値をデータ変換し、また、上記初期値で設定された各色毎の光源の発光光量を上記発光可能な最大光量の発光光量値に設定する。例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色の光源が発光可能な最大光量の発光光量値が１６００，１６００，１６００で、Ｒ，Ｇ，Ｂの光源が発光する発光光量の初期値が４００，２００，８００であったとするならば、各色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）毎の発光光量比は４：８：２で、この逆数の比は１／４：１／８：１／２＝２：１：４なので、Ｒ，Ｇ，Ｂの入力画像データ値をＲは２ｎ倍、Ｇはｎ倍、Ｂは４ｎ倍に変換し、光源の各色照明光の発光光量値を１６００，１６００，１６００に設定する（ここでｎは、表示デバイスで表示可能なデータ値以内となるように調整される）。

［第３実施形態］
適応色バランスベクトル算出部２１での適応色バランスベクトルの算出方法の別の例を、本発明の第３実施形態として説明する。

図３を用いて説明した第１実施形態では、画像データの表示可能範囲を、画像データのカラー分布を全てカバーするようなｄｘ１，ｄｙ１の値に設定していた。しかしながら、図１０に示すように、画像データのカラー分布を全てカバーしないｄｘ１，ｄｙ１の値に設定しても良い。

但しこの場合、設定した各色照明光の発光光量値が、各色光源の最大発光光量値を超えた場合には、その設定した発光光量値に近傍する最大発光光量以内の発光光量値に置き換えることが必要となる。即ち、ｄｘ１，ｄｙ１を超える範囲にある画素、例えば図中記載の画素Ａはｄｘ１，ｄｙ１以下の範囲（領域Ｃ）にある画素に割り当てる。この場合、色空間内において上記設定した各色照明光の発光光量値と色空間原点とを結んだ直線上における最大発光光量内の光量値に置き換えることが好ましい。即ち、例えば図中記載の画素Ａはｄｘ１，ｄｙ１以下の範囲（領域Ｃ）にある画素の中で、画素Ａと原点を通る線上で最大を示す画素Ａ’に割り当てれば、色バランスを維持することができる。

また、図示はしないが、最もユークリッド距離（符号間距離）が短い画素Ａ’に割当てても良い。ユークリッド距離はＤｘ−Ｄｙの座標空間において定義される距離である。この場合、ｄｘ１，ｄｙ１を超える画素は忠実な色表現は望めず、色バランスを崩したものにならざるを得ないが、その頻度が小さければ多少の色のバランスが崩れた画素が投影画像中に存在していても視感上は大きな問題とならない。

また、割り当て方は、上記でなくとも、予め視感上違和感のないことを確かめて得られる割当テーブルを作成し、それによって変換しても構わない。

また、領域Ａの画素を領域Ｃのどの画素に対応付けて変換するかは、ニューラルネットワークを構成し学習によって決定できるような仕組みにすることも有効な手段である。

本実施形態のような設定の仕方にすると、投影画像データの中のより多くの画素を明るく投影することができるようになる。

［第４実施形態］
適応色バランスベクトル算出部２１での適応色バランスベクトルの算出方法のさらに別の例を、本発明の第４実施形態として説明する。

本実施形態においては、入力された画像データにおける各輝度毎のヒストグラムを求め、輝度値として削除しても観察者に違和感を与えない輝度値の上限をそのヒストグラムを用いて設定し、この設定した各色毎の上限値を用いて画像データが分布する領域を認識するものである。

即ち、図１１に示すように、まず、画像データのカラー分布から座標軸Ｄｘ，Ｄｙそれぞれに射影した発生頻度分布を求める。そして、座標軸Ｄｘに対する発生頻度分布からＤｘの最小値と最大値の間で所定の発生割合を示す設定値ｄｘ１を定める。同様に、座標軸Ｄｙに対する発生頻度分布からＤｙの最小値と最大値の間で所定の発生割合を示す設定値ｄｙ１を定める。こうして求めたｄｘ１，ｄｘ２より適応色バランスベクトルＰ２が決定される。

これら設定値ｄｘ１，ｄｘ２は、これらの値を超える座標値をもつ画素が、これらの値以下の範囲に何れかの画素に丸め込まれても視覚上違和感の無い程度に設定される。視覚上違和感の無い程度を見つけるには、いくつものサンプル画像データにより実際に表示画像を複数の被験者が観察して経験則として決定されるものである。

なお、丸め込みの手法については、上記第３実施形態で説明した方法が利用できる。

［第５実施形態］
図１２は、本発明の第５実施形態に係る画像投影装置の構成を示す図である。本実施形態に係る画像投影装置は、入力される画像データにプロファイルデータが既にヘッダー情報として付されている場合に適用できるものである。

即ち、この画像投影装置は、上記第１実施形態における演算対象画像フレーム設定部２０、適応色バランスベクトル算出部２１、モード切替部２２、色バランスベクトル記録部２６、画像データ種設定入力部２７、及び色バランスベクトル選択部２８に代えて、画像データ記憶部１９に記憶された入力画像データから画像データプロファイルを分離する画像データプロファイル分離部２９を備えている。

図１３は、画像データ入力処理部１８に入力され画像データ記憶部１９に記憶される入力画像データ１０７のフォーマットを示す図である。即ち、入力画像データ１０７は、画像データプロファイル１０７ａと、Ｒ，Ｇ，Ｂ各原色画像データ１０７ｂ，１０７ｃ，１０７ｄからなっている。ここで、画像データプロファイル１０７ａには、当該入力画像データ１０７に適用するための色バランスベクトルの情報１０７ａ１と各原色画像データの最大値１０７ａ２，１０７ａ３，１０７ａ４とを少なくとも有している。従って、画像データプロファイル分離部２９は、この画像データプロファイル１０７ａから必要な情報を分離して、投影条件制御手段２３に対し与えることができる。即ち、上記第１乃至第４実施形態のように色バランスベクトルを算出するまでもなく、投影条件の設定プロセスに移行できる。

なお、これはフレーム画像のデータ単位での例であるが、所定の画像データ群として共通の画像データプロファイル１０７ａをもっても良い。その場合には、該画像データプロファイル１０７ａが適用されるフレームを特定するデータ（画像フレームＩＤ１０７ａ５及び帰属ファイル名１０７ａ６）が付加される。

このように、入力された画像データ１０７が、当該画像データが色空間内で分布する領域の情報が予め記憶された画像データプロファイル１０７ａを有し、画像データプロファイル分離部２９が、その画像データプロファイル１０７ａから上記領域の情報を読み出すことによって領域を認識することができる。

この場合、画像データは画像ファイル単位で入力され、画像データプロファイル１０７ａは、その画像ファイル単位に画像ファイル内の画像データが色空間内で分布する領域の情報を記憶する。あるいは、画像データは動画像データとして入力され、画像データプロファイル１０７ａは、その動画像データにおける一連のフレーム群毎に各シーンを構成する画像データが色空間内で分布する領域の情報を記憶する。この場合、フレーム群毎は入力された動画像データにおける一連のシーン毎である。

［第６実施形態］
図１４は、本発明の第６実施形態に係る画像投影装置に使用するライトエンジン３０の構成を示す図であり、図１５は、そのようなライトエンジンによる３板方式の本実施形態に係る画像投影装置の構成を示す図である。

即ち、本実施形態に係る画像投影装置は、図２の構成において、光源としてのＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの代わりに、ライトエンジン３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂを使用するものである。

この場合、各ライトエンジン３０は、平行ロッド３１と反射プリズム３２が一体的に接合されて導光部材を形成し、該導光部材が回転モータ３３の回転軸３４と結合されたロッドホルダ３５により保持されて図中矢印のように高速回転するようになっている。そして、ドラム状に形成した発光体基板３６の内周に配列した複数の光源としてのＬＥＤ１１を、上記導光部材の回転に併せて順次点灯する。この場合、平行ロッド３１の端面である入射面にＬＥＤ１１からの拡散光を導くための導光手段として平行ロッド３７が各ＬＥＤ１１毎に固定設置されている。而して、このような構成の照明装置では、上記回転に伴って変化する平行ロッド３１の位置に対応するＬＥＤ１１が発光し、そのＬＥＤ１１からの拡散光が当該ＬＥＤ１１に対し設けられた平行ロッド３７によって導光され、この平行ロッド３７の出射面から、そのとき対向している平行ロッド３１の入射面に入射されて、反射プリズム３２で反射され、テーパーロッド１３の出射面から射出される。

なお、上記ドラム状の発光体基板３６の外周には放熱板３８が設けられており、ＬＥＤ１１の発光に伴って発生される熱を放熱することで、熱によるＬＥＤ１１の特性変化を防止し、該ライトエンジン３０を連続運転しても安定した照明が得られるようになっている。また更に、その放熱板３８に接する空気を排気するための放熱ファン３９を備えている。ここで、該放熱ファン３９は、上記導光部材即ちロッドホルダ３５を回転させるための回転モータ３３の軸に連結され、上記回転モータ３３によって上記導光部材が回転すると同時に上記放熱ファン３９が回転し、放熱板３８に接する空気を排気することが可能となる。このように、導光部材を可動させる回転モータ３３とＬＥＤ１１の放熱を行なうための放熱ファン３９のモータとを同一にしているため、単一の駆動力源で２つの機能を実現することができ、効果的にこの駆動力源を活用するため、使用スペースの削減、電力の有効利用が可能となる。

このような構成のライトエンジン３０では、複数のＬＥＤ１１を順次切り替えパルス発光させ、放射光を取込む導光部材との相対位置関係をＬＥＤ１１の発光切り替えに併せて選択しながら変移させることによって、実効的に高輝度のＬＥＤが得られ、大光量の平行度の向上した光が導光部材の出射端面から得られることになる。

また、導光部材にＬＥＤ拡散光を導く平行ロッド３７が個々のＬＥＤ１１毎に設けられるため、ＬＥＤ１１の配列ピッチが密に確保できなくとも平行ロッド３７によって導かれた光があたかも密に配列されたＬＥＤから発するような状態を作り出すことが可能となる。即ち、ＬＥＤ１１の配列間隔を確保でき設計を容易にすると共にＬＥＤ１１の密なる配置を実現し、導光部材が取り込む光量の欠如状態をなくすことができ、安定した照明光を得ることができるようになる。

従って、該ライトエンジン３０に搭載するＬＥＤ１１の発光色をＲ，Ｇ，Ｂの何れか一色にすることで、図１５のように、Ｒライトエンジン３０Ｒ、Ｇライトエンジン３０Ｇ、Ｂライトエンジン３０Ｂを構成することができる。なお、図１５における表示デバイスは、透過型の液晶を用いた場合の構成例として図示してある。

そして、各ライトエンジン３０の各ＬＥＤ１１の発光光量を、上記第１乃至第６実施形態で説明したように制御すれば良い。

また、反射プリズム３２からの出射光は、回転せず図示しない保持機構により固定的に設置されたテーパーロッド１３の入射口に、円形状の入射照明形状として入射される。このテーパーロッド１３の入射口は、上記入射照明形状が該入射口にほぼ内接するような大きさの矩形形状とされている。このテーパーロッド１３に入射された光は、矩形の出射口形状をしたテーパーロッド１３の出射口から図のようにほぼ矩形の出射照明形状をした照明光として射出される。このことにより照明光の形状が矩形で得られるため、その後に矩形の受光面を持つ表示デバイス１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂに照明光を入射するときに、形状が互いに一致しているため無駄なく効率良く照明光を利用することが可能となる。

［第７実施形態］
本実施形態は、表示デバイスとして反射型の表示素子であるＤＭＤ（商標）を使用した単板方式の画像投影装置である。ここで、ＤＭＤ（商標）とは、２次元マイクロミラー偏向アレイであり、その詳細は、例えば、特開平１１−３２２７８号公報の段落［００２６］や国際公開第ＷＯ９８/２９７７３号公報の第５頁第２３行目乃至第６頁第６行目に開示されているので、説明は省略する。

図１６は、本実施形態に係る画像投影装置の構成を示す図である。即ち、本実施形態おいては、原色Ｒ，Ｇ，Ｂの光を合成して射出可能なライトエンジン４０を用い、該ライトエンジン４０から出射された光は、照明光学系４１を介して反射ミラー４２により反射し、ＤＭＤ（商標）４３に入射され変調された後、投影レンズ１６を介して投影光１７として出力する。この場合、ライトエンジン４０からの出射光とＤＭＤ（商標）４３受光面の入射光は結像関係をなすように設計された曲率形状をもった反射ミラー４２によりクリティカル照明系を構成する。ＤＭＤ（商標）４３受光面は矩形形状であり、その形状のアスペクト比に合わせてライトエンジン４０からの矩形形状の出射形状は決められている。この構成によれば、照明光路を畳み込んでいるためコンパクトに納めることができる。なお、ＤＭＤ（商標）４３の変調動作によりＤＭＤ（商標）４３から投影レンズ１６に入射されないときの所謂オフ光が反射ミラー４２及びライトエンジン４０のテーパーロッド１３の出射口に入射されないように光路設計がなされている。

なお、ライトエンジン４０の構成は、次のようになっている。即ち、ドラム状に形成した３段の基板のそれぞれ内周にＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂを実装している。ここで、各段をそれぞれ同色の発光色のＬＥＤ１１が配列されている。このようなドラムの内側には、一体可動部４４が収納されている。この一体可動部４４は、６個の平行ロッド４５と、２個の３角プリズム４６と、４個の導光パイプ４７と、４個のダイクロイックプリズム４８と、１個のテーパーロッド１３とから構成されている。

即ち、同図において、最も左の段には赤（Ｒ）色の発光色のＬＥＤ１１Ｒを配列し、対応する３角プリズム４６の対角面にには、括弧書きで示すように、赤（Ｒ）色の波長帯域の光を反射するミラーコート４９を形成する。ＬＥＤ１１Ｒ側つまり平行ロッド４５側である入射面には何も設けない。また、中央の段には緑（Ｇ）色の発光色のＬＥＤ１１Ｇを配列し、対応するダイクロイックプリズム４８の、対角面には赤（Ｒ）色の波長帯域の光を透過し且つ緑（Ｇ）色の波長帯域の光を反射するダイクロイックコート５０を形成し、ＬＥＤ１１Ｇ側つまり平行ロッド４５側である入射面には緑（Ｇ）色の波長帯域の光を透過し且つ赤（Ｒ）色の波長帯域の光を反射するダイクロイックコート５１を形成する。そして、最も右の段には青（Ｂ）色の発光色のＬＥＤ１１Ｂを配列し、対応するダイクロイックプリズム４８の、対角面には赤（Ｒ）色及び緑（Ｇ）色の波長帯域の光を透過し且つ青（Ｂ）色の波長帯域の光を反射するダイクロイックコート５２を形成し、ＬＥＤ１１Ｂ側つまり平行ロッド４５側である入射面には青（Ｂ）色の波長帯域の光を透過し且つ赤（Ｒ）色及び緑（Ｇ）色の波長帯域の光を反射するダイクロイックコート５３を形成する。なお、３角プリズム４６を、ダイクロイックプリズムに置き換えても良い。

このような構成のライトエンジン４０では、図示しない回動可能な保持具に取り付けられた一体可動部４４を図示しない回転モータで矢印方向に回転し、ドラム状に形成した基板の内周に配列した複数の光源としてのＬＥＤ１１を、上記一体可動部４４の回転に併せて順次点灯する。即ち、複数のＬＥＤ１１を順次切り替えパルス発光させ、その放射光を取込む一体可動部４４の入射端面との相対位置関係をＬＥＤ１１の発光切り替えに併せて選択しながら変移させることによって、実効的に高輝度の３色のＬＥＤが得られ、大光量の平行度の向上した３色の光が一体可動部４４の出射端面であるテーパーロッド１３の出射端面から得られることになる。

このような構成の単板方式の画像投影装置では、Ｒ，Ｇ，Ｂ時分割で重ならないように各原色のＬＥＤを発光させるものであるが、本実施形態では、更に、図１７に示すように、Ｒ，Ｇ，Ｂを全て発光させるシーケンスも含めた４つのシーケンスで、発光光量と時間とをコントロールすることで、所望の照明光量が得られる。

即ち、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの照明光量は、前述した第１乃至第５実施形態で説明した方法によって算出され、その算出された結果が、
Ｒの照明光量：ＬＲ＝（Ｉｒ×Ｔｒ）＋（Ｉｐｒ×Ｔｐ）
Ｇの照明光量：ＬＧ＝（Ｉｇ×Ｔｇ）＋（Ｉｐｇ×Ｔｐ）
Ｂの照明光量：ＬＢ＝（Ｉｂ×Ｔｂ）＋（Ｉｐｂ×Ｔｐ）
を満足するように、照明光量の発光制御がなされる。なおここで、ＬＲ，ＬＧ，ＬＢの成分比は、適応色バランスベクトルの成分比と一致させる。

［第８実施形態］
上記第１乃至第７実施形態は、スクリーン１に画像を投影表示する所謂プロジェクタに適用した場合の画像投影装置を説明したが、画像投影装置はプロジェクタ以外の装置にも種々適用可能である。

例えば、図１８に示すように、写真露光装置に適用できる。即ち、画像データ入力部５４より入力された画像データは入力処理の後、画像投影制御部５５に入力され、上記第１乃至第７実施形態で説明したような画像投影装置、例えば第１実施形態のような画像投影装置でなる画像投影部５６を制御し画像投影を行う。この投影された画像は、印画紙ロール５７から繰り出される所定の印画紙５８面に焼付け露光される。露光時間は投影画像の明るさによって最適に調整されるが、本発明を使えば、従来のＣＲＴプリンタ方式やＬＥＤアレイ方式よりも光量大きく確保することも可能であり、面記録なので工程を速くすることができる。露光された印画紙５８は定着部５９、乾燥部６０を通り、切断部６１により所望のサイズにカットされて排出される。

露光の状態を制御するには、図のように画像品質調整部６２から画像投影制御部５５に所望する色彩や明るさを調整する信号またはデータを出力すればよい。色彩は、上記実施形態で説明してきたように、各原色の照明光や表示デバイスを制御して容易に調整可能である。明るさも同様である。なお、図１８では手動で調整操作をするようにしてあるが、勿論、センサ等を設け、所定の色彩、明るさになるように自動的に調整する機構も構成できる。

また、印画紙５８に相当するところに光書き込みが可能で書き換えが容易に可能なリライタブル電子ペーパーを使えば、将来実用化されるであろうリライタブル電子ペーパー記録装置に対し本発明は有効な画像形成手段となる。

同様に、従来の線記録に代わり、面記録が可能な次世代コピー機、プリンターが出現すれば、本発明は有効な画像形成手段となる。

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。

例えば、適応色バランスベクトル算出部２１では、入力画像データのうち、各色毎の最大値を求め、この各色毎の最大値を用いて上記画像データが分布する領域を認識するようにしても良い。

本発明の第１実施形態に係る画像投影装置の電気的構成を示す図である。 第１実施形態に係る画像投影装置の光学的構成を示す図である。 適応色バランスベクトルの算出方法を説明するための図である。 投影条件制御手段における投影条件の設定動作を説明するためのフローチャートを示す図である。 データを最大化し照明光でバランス取りを行う画像に適応したカラーバランス方法を説明するための図である。 投影条件の設定された値とそれによる表示可能光量とを示す図である。 本発明の第１実施形態に係る画像投影装置の投影条件制御手段における投影条件の設定動作を説明するためのフローチャートを示す図である。 照明光を最大化しデータでバランス取りを行う画像に適応したカラーバランス方法を説明するための図である。 投影条件の設定された値とそれによる表示可能光量とを示す図である。 本発明の第３実施形態に係る画像投影装置における適応色バランスベクトルの算出方法を説明するための図である。 本発明の第４実施形態に係る画像投影装置における適応色バランスベクトルの算出方法を説明するための図である。 本発明の第５実施形態に係る画像投影装置の構成を示す図である。 入力画像データのフォーマットを示す図である。 本発明の第６実施形態に係る画像投影装置に使用するライトエンジンの構成を示す図である。 第６実施形態に係る画像投影装置の構成を示す図である。 本発明の第７実施形態に係る画像投影装置の構成を示す図である。 照明光の出力シーケンスを示す図である。 本発明の第８実施形態としての、画像投影装置を適用した写真露光装置の構成を示す図である。

符号の説明

１…スクリーン、 １１，１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ…ＬＥＤ、 １２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ…表示デバイス、 １３，１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂ…テーパーロッド、 １４…偏光変換素子、 １５…ダイクロイック・クロス・プリズム、 １６…投影レンズ、 １７…投影光、 １８…画像データ入力処理部、 １９…画像データ記憶部、 ２０…演算対象画像フレーム設定部、 ２１…適応色バランスベクトル算出部、 ２２…モード切替部、 ２３…投影条件制御手段、 ２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂ…表示デバイス変調制御駆動部、 ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂ…光源発光制御駆動部、 ２６…色バランスベクトル記録部、 ２７…画像データ種設定入力部、 ２８…色バランスベクトル選択部、 ２９…画像データプロファイル分離部、 ３０…ライトエンジン、 ３０，３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂ…ライトエンジン、 ３１，４５…平行ロッド、 ３２…反射プリズム、 ３３…回転モータ、 ３４…回転軸、 ３５…ロッドホルダ、 ３６…発光体基板、 ３７…平行ロッド、 ３８…放熱板、 ３９…放熱ファン、 ４０…ライトエンジン、 ４１…照明光学系、 ４２…反射ミラー、 ４４…一体可動部、 ４６…３角プリズム、 ４７…導光パイプ、 ４８…ダイクロイックプリズム、 ４９…ミラーコート、 ５０，５１，５２，５３…ダイクロイックコート、 ５４…画像データ入力部、 ５５…画像投影制御部、 ５６…画像投影部、 ５７…印画紙ロール、 ５８…印画紙、 ５９…定着部、 ６１…切断部、 ６２…画像品質調整部、 １０１…画像データのカラー分布、 １０２…（ｘ０，Ｙｍａｘ）に照明光のホワイトバランスをとった場合の表示画像の表示可能なカラー分布領域、 １０３…制御前の表示画像のカラー光量分布、 １０４…Ｘ照明光の増光量、 １０５…Ｙ照明光の減光量、 １０６…制御後の表示画像のカラー光量分布、 １０７…入力画像データ、 １０７ａ…画像データプロファイル、 １０７ａ１…色バランスベクトルの情報、 １０７ａ２，１０７ａ３，１０７ａ４…原色画像データの最大値、 １０７ｂ，１０７ｃ，１０７ｄ…原色画像データ、 １０７ａ５…画像フレームＩＤ、 １０７ａ６…帰属ファイル名。

Claims (27)

1. 入力された画像データに応じて表示デバイス上に形成した画像を、観察者が観察可能なように、光源からの照明光によって被投影面に対し投影する画像投影装置において、
   前記入力された画像データが色空間内で分布する領域を認識する分布領域認識手段と、
   前記分布領域認識手段が認識した領域に基づき、前記被投影面に対し投影する画像の色バランスを変えず且つ輝度が増すように、
   前記入力された画像データを変換し前記表示デバイスに送ると共に、
   このデータ変換に連係して前記光源が発光する照明光の輝度を制御する、
   投影条件制御手段と、
   を有することを特徴とする画像投影装置。
2. 前記光源は複数色の照明光を発光可能であり、
   各色の照明光は自らの色に対応するカラー画像データに応じた画像が形成された表示デバイスを照明する請求項１に記載の画像投影装置であって、
   前記投影条件制御手段は、
   前記表示デバイスで形成する所定の上限画像データ値を前記入力された画像データ値で割った各色毎のデータ比を求め、前記データ比の逆数の比を用いて前記光源の各色照明光の発光光量を設定する照明光量設定手段と、
   前記入力された画像データ値を前記所定の上限画像データ値に変更する画像データ変換手段と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の画像投影装置。
3. 前記表示デバイスで形成する所定の上限画像データ値は、前記表示デバイスで形成可能な最大階調のデータ値であることを特徴とする請求項２に記載の画像投影装置。
4. 前記照明光量設定手段は、前記設定した各色照明光の発光光量値が、各色光源の最大発光光量値を超えた場合には、その設定した発光光量値に近傍する最大発光光量以内の発光光量値に置き換えることを特徴とする請求項２に記載の画像投影装置。
5. 前記近傍する最大発光光量以内の発光光量値は、色空間内において前記設定した各色照明光の発光光量値から最もユークリッド距離が短い最大発光光量内の光量値であることを特徴とする請求項４に記載の画像投影装置。
6. 前記近傍する最大発光光量以内の発光光量値は、色空間内において前記設定した各色照明光の発光光量値と色空間原点とを結んだ直線上における最大発光光量内の光量値であることを特徴とする請求項４に記載の画像投影装置。
7. 前記光源は複数色の照明光を発光可能であり、
   各色の照明光は自らの色に対応するカラー画像データに応じた画像が形成された表示デバイスを照明する請求項１に記載の画像投影装置であって、
   前記投影条件制御手段は、
   前記光源が発光する所定の上限発光光量値を前記光源が発光する発光光量の初期値で割った各色毎の発光光量比を求め、前記発光光量比の逆数の比を用いて前記入力された画像データ値をデータ変換する画像データ変換手段と、
   前記初期値で設定された各色毎の光源の発光光量を前記所定の上限発光光量値に設定する照明光量設定手段と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の画像投影装置。
8. 前記光源が発光する所定の上限発光光量値は、各色の光源が発光可能な最大光量の発光光量値であることを特徴とする請求項７に記載の画像投影装置。
9. 前記分布領域認識手段は、色空間内での前記画像データの各色ベクトルを任意のベクトルに投影した際に、分散が最大となるような任意のベクトルを適応色バランスベクトルとして用いて前記入力された画像データが分布する領域を認識することを特徴とする請求項１に記載の画像投影装置。
10. 前記分布領域認識手段は、前記入力された画像データのうち、各色毎の最大値を求め、この各色毎の最大値を用いて前記画像データが分布する領域を認識することを特徴とする請求項１に記載の画像投影装置。
11. 前記分布領域認識手段は、
    前記入力された画像データにおける各輝度毎のヒストグラムを求め、
    輝度値として削除しても観察者に違和感を与えない輝度値の上限を前記ヒストグラムを用いて設定し、
    この設定した各色毎の上限値を用いて前記画像データが分布する領域を認識する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の画像投影装置。
12. 前記画像データは画像ファイル単位で画像投影装置に入力され、
    前記分布領域認識手段は、前記入力された画像ファイル毎に、画像データが色空間内で分布する領域を認識すると共に、
    前記投影条件制御手段は、前記入力された画像ファイル毎に、前記光源が発光する照明光の輝度を制御する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の画像投影装置。
13. 前記分布領域認識手段は、前記入力された画像ファイル内の複数フレームにおける画像データの色空間での分布を用いて、前記領域を認識することを特徴とする請求項１２に記載の画像投影装置。
14. 前記画像データは動画像データとして画像投影装置に入力され、
    前記分布領域認識手段は、前記入力された動画像データにおける一連のフレーム群毎に、画像データが色空間内で分布する領域を認識すると共に、
    前記投影条件制御手段は、前記フレーム群毎に、前記光源が発光する照明光の輝度を制御する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の画像投影装置。
15. 前記フレーム群毎は、前記入力された動画像データにおける一連のシーン毎であることを特徴とする請求項１４に記載の画像投影装置。
16. 前記分布領域認識手段は、前記一連のフレーム群内の複数フレームにおける画像データの色空間での分布を用いて、前記領域を認識することを特徴とする請求項１４に記載の画像投影装置。
17. 画像投影装置に入力される前記動画像データは、時系列に連続するフレーム間でデータ圧縮処理されたデータであって、
    前記分布領域認識手段及び前記投影条件制御手段は、前記動画像データのフレーム毎のデータ量の変化からシーンの切り替わりを認識する、
    ことを特徴とする請求項１５に記載の画像投影装置。
18. 前記入力された画像データが色空間内で分布する領域の情報が予め記憶された分布領域記憶手段を更に有し、
    前記分布領域認識手段は、前記分布領域記憶手段が記憶した領域の情報を読み出すことによって領域を認識する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の画像投影装置。
19. 前記画像データは画像ファイル単位で画像投影装置に入力され、
    前記分布領域記憶手段は、画像ファイル単位に画像ファイル内の画像データが色空間内で分布する領域の情報を記憶する、
    ことを特徴とする請求項１８に記載の画像投影装置。
20. 前記画像データは動画像データとして画像投影装置に入力され、
    前記分布領域記憶手段は、動画像データにおける一連のフレーム群毎に、画像データが色空間内で分布する領域の情報を記憶する、
    ことを特徴とする請求項１８に記載の画像投影装置。
21. 前記フレーム群毎は、前記入力された動画像データにおける一連のシーン毎であることを特徴とする請求項２０に記載の画像投影装置。
22. 複数の表示モードに応じた画像を投影する請求項１８に記載の画像投影装置であって、
    前記複数の表示モードのうち１つを観察者が選択可能な表示モード選択手段を更に有し、
    前記分布領域記憶手段は、前記複数の表示モードに対応する前記領域の情報を複数記憶すると共に、
    前記分布領域認識手段は、前記分布領域記憶手段が記憶した複数の領域の情報から、前記表示モード選択手段で選択された表示モードに応じた領域の情報を読み出し、この読み出した領域の情報を前記入力された画像データが色空間内で分布する領域として認識する、
    ことを特徴とする請求項１８に記載の画像投影装置。
23. 前記光源は、発光色が異なる複数のＬＥＤによって構成されていることを特徴とする請求項２または７に記載の画像投影装置。
24. 前記表示デバイスは、被投影面に対し投影する画像において用いる色毎に複数有し、
    前記複数の表示デバイスのうちの各表示デバイスは、前記入力された画像データの色毎の情報に応じてそれぞれ同時に画像を形成し、
    前記光源の複数色の照明光は、自らの色に対応する前記表示デバイスをそれぞれ同時に照明する、
    ことを特徴とする請求項２または７に記載の画像投影装置。
25. 前記表示デバイスは、１つのデバイスによって構成され、
    前記１つの表示デバイスは、前記入力された画像データの色毎の情報に応じて順次画像を形成し、
    前記光源の複数色の照明光は、自らの色に対応する画像を形成する前記表示デバイスを順次照明する、
    ことを特徴とする請求項２または７に記載の画像投影装置。
26. 前記照明光設定手段は、前記光源に印加する電圧値と電流値のうち少なくとも１つを設定することを特徴とする請求項２または７に記載の画像投影装置。
27. 前記照明光設定手段は、前記光源に印加する電圧値と電流値と前記光源の発光時間のうち少なくとも１つを設定することを特徴とする請求項２または７に記載の画像投影装置。

Images