JP2006221084A - プロジェクタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光量調節羽根などの機械的な動作によって光量を調節することなく連続して投影する画像毎に適正な投影光量に調節することが出来、その応答性に優れ、また動作音や耐久性の問題をもたらすことのないプロジェクタ装置を提供する。
【解決手段】本発明は上記課題を解決するために、連続して画像データを液晶パネルその他の像形成部に転送する際に、先の画像データの輝度と後続する次の画像データの輝度を比較し、両者に所定以上の輝度変化があるときには光源の光量を大小に調節する。光源としては例えばＬＥＤなど複数の発光素子を用い、面状に配列した複数の発光素子の一部を点灯して光量調整するか、或いは発光素子を所定周期で点滅するように構成して、この周期を長短に調節する。
【選択図】図６

Description

本発明はブラウン管、液晶パネルなどの像形成手段で形成した映像に光源からの光を照射し、投光レンズなどでスクリーン上に投写するフロントプロジェクタ及びリアプロジェクションＴＶ等のプロジェクタ装置に係わり、連続して投影する画像の輝度変化がスムーズで安定した投影画像が得られるプロジェクタ装置に関する。

一般にこの種の投写装置はコンピュータ、ビデオデッキその他のオーディオ機器から入力した画像データをブラウン管（ＣＲＴ）或いは液晶パネル等の像形成部で文字、映像などの画像を再現し、この像形成部にハロゲンランプなどの光源から光を照射し、投影レンズでスクリーンに投写する装置として広く知られている。この種の投影装置は、文字画像などの静止画をスクリーンに投写して各種プレゼンテーションに用いたり、或いは映像などの動画をスクリーンに投写したりするホームシアター等として用いられている。

そこでプレゼンテーション用、映像鑑賞用いずれの用途にあっても使用する環境が明るい部屋であるのか暗い部屋であるのかによって視聴者の視覚にあたえる影響は大きく、例えば明るい部屋で画像の輝度が低いと鮮明な画像が得られず、逆に暗い部屋で輝度が高いと眩しく感ずる。これと同時に順次変化する画像の輝度が例えば暗い画面から明るい画面に変化するなど大きな輝度変化が長時間繰り返されると目に疲労や光学的な刺激を及ぼす恐れがある。特に映像などの連続して異なる画像を所定周期で変化させる場合、例えば明るいシーンと暗いシーンが繰り返されるなど画像毎の輝度変化が大きく、且つ激しく変化すると鑑賞者に光学的な刺激を及ぼし、目の疲労感のみならず健康上の問題が生ずるとされている。

従ってスクリーン上に投射する画像の明るさは鑑賞者に刺激とならないように適正に調整する必要があり、暗い部屋で投写する場合には光量を小さく抑制し、明るい部屋では光量を大きくするように調整することは勿論であり、また連続して投影する画像毎の明暗が激しく変化する場合には投影する際に光量を調節し、使用者の目に与える刺激を和らげる必要がある。本出願人は、先に連続して投影する画像毎に光量を調節する絞り装置を案出し特許出願した。この方法は次に投影する画像データから輝度情報を抽出し現在投影している画像の輝度情報と比較して所定以上の変化がある場合には光量を調節する方法を採用したものである。

従来このような光量の調整には、例えば特許文献１に開示されているように光源からの光をダイクロックミラーでＲ、Ｇ、Ｂ三原色に分岐して液晶などの像形成パネルに照射する際に、この光源とダイクロックミラーとの間に光量絞り装置を配置している。同特許文献のプロジェクタ装置は光源ランプからの光をダイクロイックミラーなどの分光器でＲ、Ｇ、Ｂ三原色に分光し、この三原色の光をそれぞれ液晶パネルからなる像形成パネルに照射し、パネルを通過した光を集光して投影レンズで外部のスクリーン上に投写している。そして像形成の手段としては液晶パネルの他ブラウン管で走査線を発光する方法（ＣＲＴプロジェクタ）或いはＲ、Ｇ、Ｂ三原色のビーム光を微細なミラー面で走査光に変換するデジタル映像方法（デジタルライトプロセッシングプロジェクタ）等が知られている。

また、上記光量絞り装置は同文献には開示されていないがカメラ装置などの光学機器では光源から撮像部に至る光路に光軸中心を一致させた開口（光路開口）を有する基板を配置し、この基板の光路開口周縁に複数枚の羽根を順次重ね合わせてそれぞれ回動自在に配置する。そして各羽根の輪郭縁部は互いに鱗状に重なり合うように光路開口の周縁に所定間隔で取付けられ、各羽根の先端部が光路開口に臨むように配置され、基端部を中心にそれぞれの羽根を回動すると先端部が光路開口を大口径から小口径に覆う構造が広く知られている。

このように先端部を光路開口に臨ませた羽根部材は基端部をピンなどで基板に回動自在に支持され伝動部材で駆動モータに連結されている。駆動モータとしては種々のものが知られているがマグネットロータの外周に励磁コイルを巻回し、このコイルに電流を供給することによってロータを所定角度回転し、このロータの回転を伝動部材で羽根に伝達する構造が広く用いられている。

そこで光量の調整は外部環境の明るさを光電センサで検出し、その検出値に基づいて投影する画像の基準となる明るさを算出し、次いで羽根部材の位置を検出する。この羽根部材の位置検出は例えばマグネットロータの磁極をホールセンサで検出するポジションセンサが用いられている。そして羽根部材の適正な位置（絞り位置）を演算し羽根を開方向に動作させるか或いは閉方向に動作させる。従来かゝる励磁コイルへの電源供給回路は、所定の電圧で所定電流をコイルに印加し、この励磁コイルを駆動コイルと制動コイルで構成することによって駆動コイルに印加した電流でマグネットロータを回転し、制動コイルに生起した逆起電力でロータに制動力を付与している。

また一方で、光源としてはハロゲンランプが広く用いられているが、近年例えば特許文献２に開示されているように消費電力が小さく発熱が少ない発光ＬＥＤを用いたものが知られている。この発光素子（ＬＥＤ）として青色のものが輝度が高くしかも安価となり、赤色、緑色、青色の三原色による白色光を作り出すことが容易で特にカラー画像に好ましい光源が得られる。
特開２００３−２４１３１１号公報 特開２００４−１１００６２号公報

上述の投影する光量を調整する際に、前掲特許文献１のように光源と像形成手段との間に通過する光量を調節する羽根部材を配置して光路開口を大小に調節する方法を採用すると次の問題が生ずる。

羽根部材を機械的に開閉動する方法で連続して変化する画像毎に光量を調節すると、例えば画像の投影周期を１／６０秒とすると光量調節羽根を１／６０秒以上の高速で移動して各画像（コマ）の輝度を調整しなければならない。このため投影中に羽根部材の動作音とこれを駆動するモータの動作音が騒音となって鑑賞に不快感を及ぼし、また駆動モータとこれに連結された羽根部材を含め可動部材の耐久性に問題が生ずる。そこで本発明は、光量調節羽根などの機械的な動作によって光量を調節することなく連続して投影する画像毎に適正な投影光量に調節することが出来、その応答性に優れ、また動作音や耐久性の問題をもたらすことのないプロジェクタ装置の供給をその課題としている。

本発明は上記課題を解決するために、連続して画像データを液晶パネルその他の像形成部に転送する際に、先の画像データの輝度と後続する次の画像データの輝度を比較し、両者に所定以上の輝度変化があるときには光源の光量を大小に調節する。光源としては例えばＬＥＤなど複数の発光素子を用い、面状に配列した複数の発光素子の一部を点灯して光量調整するか、或いは発光素子を所定周期で点滅するように構成して、この周期を長短に調節する。例えば５０Ｈｚを基本周期として点滅する場合５５Ｈｚでは光量は大きく明るく、４５Ｈｚでは光量は小さく暗くなり、画像データの光量変化を和らげることが可能である。

本願発明は上記課題を解決するために以下の構成を備えたものである。
連続する画像データを順次入力する画像データ入力部と、上記画像データ入力部からの画像データに基づいて画像形成する像形成手段と、上記像形成手段に光を投射する光源と、上記像形成手段で形成した画像を投影する画像投影部とを備え、上記光源を発光素子とこの発光素子を点滅する制御手段とから構成し、上記画像データ入力部に入力された先行する画像の輝度と後続する画像の輝度とを比較する輝度変化演算手段と、後続する画像データを像形成手段に転送する際、上記制御手段は上記輝度変化演算手段からの情報に基づいて上記発光素子の発光量を調整する。

更に前記光源は、電気基板と、この基板に面状に配置された複数の発光素子と、この各発光素子を点滅制御する制御手段で構成し、前記制御手段は、上記画像データ入力部に先行する画像の輝度と後続する画像の輝度変化に応じて上記電気基板の配線パターンに通電し、前記複数の発光素子を外郭側より選択的に消灯又は点灯するように制御する。そして前記電気基板の配線パターンは基板中央部位を中心として矩形形状に形成し、前記画像投影部から投射される画郭形状と略同一形状に形成し、前記複数の発光素子は上記配線パターンに沿って略々等間隔に配置する。

本発明は液晶パネル、ＤＬＰ（デジタルライトプロセッサ）その他の像形成手段に光を照射する光源として複数個の発光素子を用い、その複数個の発光素子の光量を像形成手段が形成する画像の光量変化（投影直前の光量と投影中の光量に対する投影直前の光量の変化）に応じて画像周期例えば１／６０秒毎に調整することによって、輝度変化が比較的スムーズな状態で連続して画像を投影することが出来る。また、光量調節羽根を用いて光源から像形成手段に至る光量を調節する場合に比べ、動作音などの騒音を発することも、故障の恐れも少なく耐久性に富んだプロジェクタの提供が可能である。

以下図示の好適な実施の形態に基づいて本発明を詳述する。まず本発明はケーシング内にＲＧＢ３種類の発光ＬＥＤを一組とする複数個の白色光源からなる光源部と、この白色光源からの光をＲＧＢ三原色に分光する分光部（但し、白色光源の点灯を制御しＲＧＢ三原色の光を照射する場合には不要）と、画像データ入力部からの信号に基づいて画像を形成する画像形成部と、上記分光部から画像形成部に照射した光を投光する投光部とから構成されたプロジェクタ装置から構成される。

まず図１について説明するに、プロジェクタへの画像入力の方法としてはＲＧＢ信号、コンポーネント信号、ハイビジョン信号、ビデオ信号等があり、ＲＧＢ信号は例えばコンピュータの画像出力端子からプロジェクタに信号を送る場合であり、コンポーネント信号はＤＶＤプレーヤ、ハイビジョン信号はハイビジョンテレビなどのチューナ、ビデオ信号はビデオデッキなどの出力端子とプロジェクタ装置とを接続する。そしてこのようなプロジェクタ装置は種々のものが知られているがその一例として図２に画像形成部（像形成手段）として液晶パネルを用いた場合のレイアウト構成を示す。

図２に示すＨはプロジェクタ、Ｓは画像を投影する為のスクリーンである。プロジェクタＨには投写のための光源１が備えられ、ＲＧＢ３種類の発光ＬＥＤを一組とする複数個の白色光源からなる発光素子２が適用される。そして光源１から射出された光は各素子自体前方に配置された図示せぬ対物レンズによって集光され、インテグレータレンズ３及び中央部位に矩形の開口４ａを備えた遮光板４でほぼ矩形の平行光とし斑の少ない光として照射する。

この光は液晶パネルへの集光効率と周辺光量比を改善するインテグレータレンズ３と遮光板４を通過した光は、反射ミラー１２ａによりほぼ直角に折り曲げられる。この光は分光ミラーによってＲ、Ｇ、Ｂ三原色に分岐されるが、まずＧ光とＲ光を透過させＢ光のみを反射させる特性を持ったダイクロイックミラー１０ａにより反射分離されたＢ光は、さらに反射ミラー１２ｂを介して集光レンズ５ａに導かれ平行光に集光されて液晶パネル８ａを透過しＢ光の画像として合成プリズム１１に至るように構成されている。

また、１段目のダイクロイックミラー１０ａを透過したＧ光とＲ光は、Ｒ光を透過させＧ光を反射させる特性を持った２段目のダイクロイックミラー１０ｂにより反射分離されたＧ光は、集光レンズ５ｂで平行光に集光され液晶パネル８ｂを透過しＧ光の画像として合成プリズム１１に至る。

さらに２段目のダイクロイックミラー１０ｂを透過したＲ光は、２枚の反射ミラー１２ｃ、１２ｄを介して集光レンズ５ｃに導かれ平行光に集光されて液晶パネル８ｃを透過しＲ光の画像として合成プリズム１１に至る。そこで合成プリズム１１にはＲ、Ｇ、Ｂ三原色が１つに合成されカラー画像として投影レンズ９に導かれ、この投影レンズ９で適宜拡大され前方のスクリーンＳに投写される。

尚、図３は上述の光源１の発光素子２と、インテグレータレンズ３、及び中央部位に投影スクリーン形状に相似した矩形の開口４ａを形成した遮光板４との配置関係について示しており、従来光源としてハロゲンランプ等の高温発熱ランプ使用時に設けられた熱反射構造を取る必要が無く装置のコンパクト化を図ることが出来る。

次に、図４乃至図６に基づき上記光源１並びにその点滅制御について説明する。
まず図４（Ａ）乃至（Ｄ）は本願第１実施例に係る光源１の配線パターン構造と点灯状態を説明するための概略図である。図中、光源１の制御基板１ａには内側配線パターンｃ、それを囲むように配線された中側配線パターンｂ、更に外側に外側配線パターンａが配線され、またそれら一端側を電気的に接続した共通端子ｃｏｍが配線されている。尚、これら配線パターンは便利上一本の線で作図しているが後述する図６で示す様に各発光素子２が電気的に直列配線可能に電気配線されている。

そこで、図４（Ａ）状態は配線パターンａ乃至ｃのいずれも通電状態にしたもので、発光素子２は全灯する。また図４（Ｂ）状態は配線パターンａ乃至ｃの内で配線パターンａを非通電状態にしたもので、発光素子２は上下列を消灯し残りを点灯した状態に光量と光束範囲を減少させることが出来る。更に図４（Ｃ）状態は配線パターンａ乃至ｃの内で配線パターンａ及び配線パターンｂを非通電状態にしたもので、発光素子２は中央部位のみを点灯した状態に光量と光束範囲を更に減少させることが出来る。

従って、上述の配線パターンａ乃至ｃを適宜にスクリーンへ投影する光量を投影中の光量との変化に応じ通電、非通電を制御することで容易に投影画像の光量を適正値に制御可能となる。
また、図５は前記実施例を変化させたもので、投影光学系、スクリーン、投影画像等で予めそれ専用に若しくは配線パターンにより適宜発光素子の点滅パターンを変えることも可能である。

図６は発光素子２を点滅制御する制御回路で、スクリーンへ投影する光量を投影中の光量との変化情報を入力端子ＩＮから取り込んで装置本体に搭載されたコンピュータＣＰＵで判断し、その判断結果に基づいてトランジスターＴｒａ乃至Ｔｒｃを適宜スイッチングすることで上述の発光素子２の点滅を制御することが出来る（図中Ｖｃｃは電源を示す）。尚、スクリーンへ投影する光量と投影中の光量との変化情報は予め画像形成装置で画像を取り込むとき同時に各画像毎に光量データを持ち、その画像を当該実施例であっては図２の液晶パネル８に画像を再生する際に、同時にその光量データを装置本体に搭載されたコンピュータＣＰＵの入力端子ＩＮに入力することで容易に実施することが出来る。このように制御することによって長時間撮影状態を継続するプロジェクタ装置の使用環境下でも耐久性には殆ど問題はならない。又光量調節羽根の動作音による騒音も無い（尚、図６中におけるＲは抵抗を、Ｇは接地アースを各々示す）。

以上の実施例では複数の発光素子２の一部を消灯させて光量調整する方法を説明したが、図２で示す画像を形成する像形成手段（液晶パネル）８と、この像形成手段８に光を照射する光源１と、像形成手段８からの光を投射する画像投影部（投影レンズ）９とを備えたプロジェクタ装置Ｈであって、光源１は複数の発光素子２と図６で示す点滅制御手段から成り、その点滅制御手段のコンピュータＣＰＵは像形成手段８が形成する画像の光量変化（投影直前の光量と投影中の光量に対する投影直前の光量の変化）に応じて発光素子２への通電周期を制御することで複数の発光素子２の点滅周期を適宜に可変する様にしても良い。

次に図７に示すブロック図に従って、上述の発光素子２の制御について説明する。
ビデオ機器などの外部装置から受信した映像信号は画像データ入力部Ｋ１に送られ、デジタル信号に変換されγ補正などのプロジェクタ装置の特性に応じた画像処理を施し、バッファメモリ（ＲＡＭ）などの画像データ記憶手段Ｋ２に記憶される。この画像データ入力部Ｋ１には輝度検出手段Ｋ３が設けられ、画像データの輝度を抽出する。輝度検出手段Ｋ３では映像の１コマに相当する１画面の画像データ（以下同様）の画素毎にＲ、Ｇ、Ｂ個々の輝度（明度）値を抽出する。この輝度値は制御ＣＰＵＫ４の輝度変化演算手段Ｋ５に送られる。この各画像データの輝度検出は例えば一画面を構成する画素毎の輝度値の平均値をその画面の輝度値とするか、或いは最大輝度値と最小輝度値の中間をその画像の輝度値とする。好ましくは構成する全画素の輝度値の平均値に最大輝度値と最小輝度値で補正した値をその画面の輝度値とする。

このように各画像データから抽出した輝度値に基づいて、その画像の輝度値を算出した後、輝度変化演算手段Ｋ５は先行する先の画像の輝度値を輝度データ記憶手段Ｋ６から呼出し、両画面の輝度値を比較する。すると連続する映像画面で現在投影中の画面の輝度と次に投影する画面の輝度が比較され、輝度変化が算出されることとなる。輝度変化演算手段Ｋ５はかゝる前後の画面の輝度値（各画素の輝度値の平均値）を比較した後、後続する画面の輝度値を輝度データ記憶手段Ｋ６に記憶し、次に転送される画像データの輝度データの輝度変化の算出に備える。

一方、輝度変化演算手段Ｋ５は現在投影中の画面と次に投影する画面の各輝度値を比較し、両者が略々一致する時、先の画面に対し次の画面の輝度が明るくなる時、逆に暗くなる時それぞれ発光素子制御回路Ｋ８に映像制御回路Ｋ７を介して制御信号を送る。尚、前述の発光素子２には電源Ｋ９と図６で説明した発光素子制御回路Ｋ８が電気的に接続されている。そして映像制御回路Ｋ７からは輝度変化演算手段Ｋ５で算出した値に基づいて、画像輝度変化が大きいときには光源１の発光量を抑えるように制御信号が発光素子制御回路Ｋ８に送られる。

つまり、先の画像に比べ次の画像が明るくなり、その変化が大きいときは発光素子２の発光量が小さくなるように、逆に先の画像に比べ次の画面が暗くなり、その変化が大きいときには発光素子２の発光量を大きくするように発光素子制御回路Ｋ８に制御信号を送る。この信号に基づいて発光素子制御回路Ｋ８は先に図６で説明した方法で発光素子２の発光量を制御する。このような光源１の発光量制御と同時に映像制御回路Ｋ７は画像データ記憶手段Ｋ２に記憶されている画像を像形成手段８に転送する。そして、この画像の投影に合わせて前記発光素子制御回路Ｋ８は指示された発光量で投影する。

尚、本発明にあって図示実施例ではフロントプロジェクタ方式の投影について説明したが、リアプロジクションＴＶ方式の投影であっても同様である。

本願発明に係わるプロジェクタ装置のシステム構成を示す説明図。 本願発明に係わるプロジェクタ装置の概略構成図。 本願発明に係わる光源部のレイアウト説明図。 本願発明に係わる光源の説明図。 本願発明に係わる他の実施例である光源の説明図。 本願発明に係わる光源の制御回路図。 本願発明の発光素子の制御に係わるブロック図。

符号の説明

Ｈ プロジェクタ
１ 光源
２ 発光素子
３ インテグレータレンズ
４ 遮光板
４ａ 矩形の開口
８ａ、８ｂ、８ｃ 液晶パネル（像形成手段）
９ 投影レンズ（画像投影部）
１０ａ、１０ｂ ダイクロイックミラー
１１ 合成プリズム
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ 反射ミラー
Ｓ スクリーン

Claims (6)

1. 連続する画像データを順次入力する画像データ入力部と、
   上記画像データ入力部からの画像データに基づいて画像形成する像形成手段と、
   上記像形成手段に光を投射する光源と、
   上記像形成手段で形成した画像を投影する画像投影部と、を備えたプロジェクタ装置であって、
   上記光源を発光素子とこの発光素子を点滅する制御手段とから構成し、
   上記画像データ入力部に入力された先行する画像の輝度と後続する画像の輝度とを比較する輝度変化演算手段と、
   後続する画像データを像形成手段に転送する際、上記制御手段は上記輝度変化演算手段からの情報に基づいて上記発光素子の発光量を調整することを特徴とするプロジェクタ装置。
2. 前記光源は、ＬＥＤその他の複数の発光素子で構成され、
   前記制御手段は前記輝度変化演算手段からの信号で上記複数の発光素子の一部を点灯することによって光量調整することを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ装置。
3. 前記光源は、所定周期で点滅する発光素子で構成され、
   前記制御手段は前記輝度変化演算手段からの信号に基づいて、上記光源の点滅周期を異ならせることによって光量調整することを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ装置。
4. 連続する画像データを順次入力する画像データ入力部と、
   上記画像データ入力部からの画像データに基づいて画像形成する像形成手段と、
   上記像形成手段に光を投射する光源と、
   上記像形成手段で形成した画像を投影する画像投影部と、を備えたプロジェクタ装置であって、
   上記光源は、電気基板と、この基板に面状に配置された複数の発光素子と、この各発光素子を点滅制御する制御手段で構成され、
   上記電気基板には少なくとも２つの領域に区割され、それぞれの発光素子に電源を供給する配線が施され、
   前記制御手段は、上記画像データ入力部に先行する画像の輝度と後続する画像の輝度変化に応じて上記電気基板の配線パターンに通電することを特徴とするプロジェクタ装置。
5. 前記電気基板の配線パターンは基板中央部位を中心として前記画像投影部から投射される画郭形状と略同一形状に形成され、
   前記複数の発光素子は上記配線パターンに沿って略々等間隔に配置され、
   前記制御手段は、前記複数の発光素子を外郭側より選択的に消灯又は点灯するように制御することを特徴とする請求項４に記載のプロジェクタ装置。
6. 前記電気基板の配線パターンは基板中央部位を中心とする矩形形状に形成されていることを特徴とする請求項５に記載のプロジェクタ装置。

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