JP2010249986A

JP2010249986A - カラープロジェクタ

Info

Publication number: JP2010249986A
Application number: JP2009097888A
Authority: JP
Inventors: Shingo Ueda; 信吾植田
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2009-04-14
Filing date: 2009-04-14
Publication date: 2010-11-04

Abstract

【課題】複雑な光学系や、光学系の煩雑な調整作業を不要とし、色収差のない高品質なカラー画像を表示させることのできるカラープロジェクタを提供する。
【解決手段】複数の色に対応して分解された画像信号のうち、赤色及び青色に対応する画像信号によって駆動される画素の数を所定の係数で変更し、画素密度変換画像信号とする画素密度変換回路５０、５２と、緑色光を変調する基準光変調素子４０と、赤色光及び青色光を変調する画素密度変換光変調素子３８、４２と、変調された光を合成してスクリーン３４に投射し、カラー画像を生成する投射光学系とを備え、画素密度変換回路５０、５２は、基準光変調素子４０で変調された緑色光により前記スクリーン上に投影される画像の投影倍率と、画素密度変換光変調素子３８、４２で変調された赤色光及び青色光により前記スクリーン３４上に投影される画像の投影倍率とが等しくなるように、画素の数を変更する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の色に対応して分解された各画像信号を各色の光変調素子によって変調し、投射光学系を介してスクリーンに投射させてカラー画像を生成するカラープロジェクタに関する。

例えば、図４に示すように、多数の画素を有する３枚の光変調素子２、４、６に対して、ｒ、ｇ、ｂの三原色の照明光をそれぞれ照射し、各照明光をＲ、Ｇ、Ｂの画像信号に従って変調し、光合成部８により合成した後、投射レンズ１０を介してスクリーン１２に投射することで、拡大されたカラー画像を表示するカラープロジェクタが開発されている。なお、光変調素子としては、液晶パネルやＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等を用いることができる。

この場合、ｒ、ｇ、ｂの各色の照明光は、光合成部８、投射レンズ１０等、光路中に配設される光学部材の配置設計位置のずれや、光学部材の屈折率が波長によって異なることに基づく色収差の影響により、スクリーン１２上に結像される各色の画像の投影倍率に差が生じる倍率色収差と呼ばれる現象が発生する。

図５は、ｒ、ｇ、ｂの照明光によるスクリーン１２上での照明範囲１４ｒ、１４ｇ、１４ｂを模式的に示したものである。図５に示すように、投射された各色の照明範囲は、波長に対応して大きくなる。このように、照明範囲１４ｒ、１４ｇ、１４ｂに差があると、スクリーン１２の周辺部に行くに従い色ずれが大きくなる。特に、画像の投影倍率が大きいプロジェクタでは、周辺部での色ずれの影響が画質の劣化を惹起し、品質上極めて大きな問題となる。

このような問題を解決するため、例えば、光学系に色収差補正レンズを使用することが考えられる。また、特許文献１に開示された先行技術では、各光変調素子２、４、６を構成する各画素の有効面積を相違させ、あるいは、各光変調素子２、４、６と投射レンズとの間隔を相違させることにより、スクリーン１２上でのｒ、ｇ、ｂの照明光の照明範囲１４ｒ、１４ｇ、１４ｂが同じになるようにすることを提案している。

また、スクリーン１２上での各色の画像の投影倍率の差を考慮し、Ｒ、Ｇ、Ｂの各画像信号に対して、電気的デジタル画像処理による画像の拡大又は縮小処理を施すことも考えられる。

特開２００１−５０９８号公報

しかしながら、色収差補正レンズは構成が複雑であり、色収差補正レンズを用いて投影倍率を調整することはコストアップに繋がる。さらに、投影倍率の大きなプロジェクタの場合には、複雑な構成からなる色収差補正レンズを用いたとしても、充分な補正を実現することは困難である。

また、特許文献１の場合、特殊な構成からなる光変調素子２、４、６を製造し、あるいは、プロジェクタの光学系を厳密に設計しなければならない。それにも関わらず、各色の画像の投影倍率が個々のプロジェクタの個体差によって異なる場合があるため、色ずれを高精度に補正できるとは限らない。

さらに、画像信号を電気的デジタル画像処理により拡大又は縮小すると、画像信号に対する先鋭度処理等のフィルタリング処理に影響が出るため、適切な画像が得られなくなるおそれがある。しかも、拡大又は縮小された画像信号を同一の画素数からなる光変調素子２、４、６に供給して変調した場合、例えば、最小の拡大率に設定された画像信号を基準として各光変調素子２、４、６の画素数が設定されているものとすると、この画像信号よりも拡大率が大きく設定された画像信号に基づいて生成される画像については、光変調素子２、４、６により全ての画像範囲を生成することができなくなってしまう。

本発明は、前記の不具合を解消するためになされたものであって、複雑な光学系や、光学系の煩雑な調整作業を不要とし、色収差を低減した高品質なカラー画像を表示させることのできるカラープロジェクタを提供することを目的とする。

本発明に係るカラープロジェクタは、複数の色に対応して分解された各色の画像信号のうち、視感度の最も高い色の前記画像信号を基準画像信号とし、前記基準画像信号を除く他の色の前記画像信号によって駆動される画素の数を所定の係数で変更することにより、前記画像信号を画素密度変換画像信号とする画素密度変換部と、前記基準画像信号に基づいて、前記視感度の最も高い色に対応する光を変調する基準光変調素子と、前記画素密度変換画像信号に基づいて、前記他の色の光を変調する画素密度変換光変調素子と、前記基準光変調素子で変調された光及び前記画素密度変換光変調素子で変調された光を合成してスクリーンに投射し、カラー画像を生成する投射光学系と、を備え、前記画素密度変換部は、前記基準光変調素子で変調された光により前記スクリーン上に投影される画像の投影倍率と、前記画素密度変換光変調素子で変調された光により前記スクリーン上に投影される画像の投影倍率とが等しくなるように、前記画像信号によって駆動される画素の数を変更することを特徴とする。

前記カラープロジェクタにおいて、前記基準光変調素子及び前記画素密度変換光変調素子は、マトリクス状に配列された複数の表示画素を備え、前記表示画素の画素数は、前記基準画像信号及び前記画素密度変換画像信号に基づいて生成される前記画像を構成する前記画素の画素数以上であることを特徴とする。

前記カラープロジェクタにおいて、前記画像信号は、Ｒ、Ｇ、Ｂの色に対応した信号であり、Ｇの色が視感度の最も高い色として設定されることを特徴とする。

本発明のカラープロジェクタでは、複雑な光学系を用いることなく、また、光学系の調整作業が容易であり、色収差の低減が可能で高品質なカラー画像を極めて容易に得ることができる。

本実施形態のカラープロジェクタの構成ブロック図である。図１に示すカラープロジェクタにおける投影光学系の構成ブロック図である。図１に示すカラープロジェクタを構成する光変換素子において使用する画素範囲の説明図である。従来のカラープロジェクタの構成ブロック図である。色収差がある場合における各色の照明光によるスクリーン上の照明範囲の説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態のカラープロジェクタ３０の構成ブロック図である。カラープロジェクタ３０は、入力されたカラー画像に係る画像信号Ｓを処理し、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の光変調素子駆動信号を生成する画像信号処理部３２と、生成された光変調素子駆動信号に従ってスクリーン３４上にカラー画像を投影する投影光学系３６とから基本的に構成される。

投影光学系３６は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各光変調素子駆動信号に従い、ｒ（赤）、ｇ（緑）、ｂ（青）の照明光を変調する光変調素子３８、４２（画素密度変換光変調素子）及び光変調素子４０（基準光変調素子）と、変調された照明光ｇ及び変調された照明光ｒ、ｂを合成して投影光とする光合成部４４と、合成された投影光をスクリーン３４に投射する投射レンズ４６とを備える。

なお、光変調素子３８、４０、４２は、例えば、Ｓｉ基板に集積回路が形成されたＩＣチップとガラス基板とで液晶層を挟み込んだ構成からなる。光変調素子３８、４０、４２のＩＣチップの液晶層側には、マトリクス状に画素が配列されており、各画素の表面には反射膜が形成されている。また、ガラス基板の液晶層側には透明導電膜が形成されている。光変調素子駆動信号に従って画素と透明導電膜の間に挾持された液晶を駆動することで、入射した照明光を変調し反射する反射型液晶パネルを用いることができる。さらに、反射型液晶パネルに代えて、透過型液晶パネルやＤＭＤを用いることができる。

画像信号処理部３２は、入力された画像信号ＳをＲ、Ｇ、Ｂの画像信号に分解するとともに、Ｒ、Ｇ、Ｂの各画像信号に対して、階調処理、カラーコレクション、先鋭度強調処理等の信号処理を施す画像信号処理回路４８と、視感度の最も高いＧの画像信号（基準画像信号）を除くＲ、Ｂの画像信号に対して、スクリーン３４上におけるＧの画像に対するＲ、Ｂの投影倍率比に応じた画素密度変換を行う画素密度変換回路５０、５２と、Ｇの画像信号及び画素密度変換されたＲ、Ｂの画像信号（画素密度変換画像信号）を光変調素子駆動信号に変換し、各光変調素子３８、４０、４２に供給する光変調素子駆動回路５４、５６、５８とを備える。

図２は、投影光学系３６の詳細な構成図である。投影光学系３６は、キセノンランプ等からなる白色の照明光を出力する光源６０と、光源６０から出力された照明光より紫外光成分を除去するＵＶカットフィルタ６２と、照明光の照度むらを除去するためのインテグレータ６４、６６と、照明光をＳ偏光に変換する偏光変換素子６８と、Ｓ偏光に変換された照明光を集光する集光レンズ７０とからなる光源部７２を備える。

光源部７２からのＳ偏光である照明光は、全反射ミラー７４により反射された後、ダイクロイックミラー７６によってｒ、ｇの照明光とｂの照明光とに分離される。ｒ、ｇの照明光は、全反射ミラー７８により反射された後、ダイクロイックミラー８０によりｒの照明光とｇの照明光とに分離される。ｒの照明光は、集光レンズ８２を介して偏光ビームスプリッタ８４に入射した後、１／４波長板８６を介して光変調素子３８に供給される。ｇの照明光は、集光レンズ８８を介して偏光ビームスプリッタ９０に入射した後、１／４波長板９２を介して光変調素子４０に供給される。ダイクロイックミラー７６により分離されたｂの照明光は、全反射ミラー９３及び集光レンズ９４を介して偏光ビームスプリッタ９６に入射した後、１／４波長板９８を介して光変調素子４２に供給される。

光変調素子３８、４０、４２により変調され反射されたｒ、ｇ、ｂの照明光は、光合成部４４を構成するＸプリズム１００によって合成された後、投射レンズ４６を介してスクリーン３４に投射される。

本実施形態のカラープロジェクタ３０は、基本的には以上のように構成される。次に、カラープロジェクタ３０の動作及び作用効果について説明する。

カラープロジェクタ３０において、画素密度変換回路５０、５２によりＲ、Ｂの画像信号に画素密度変換処理を行わない場合、すなわち、ｒ、ｇ、ｂの各照明光によりスクリーン３４上に形成された画像を構成する画素数がＲ、Ｇ、Ｂの各画像信号で等しい場合、スクリーン３４上に形成された照明範囲１４ｒ、１４ｇ、１４ｂが図５に示す範囲であったとする。このとき、視感度が最も高いｇの照明光による照明範囲１４ｇを基準として、ｒ、ｂの照明光による照明範囲をそれぞれ照明範囲１４ｒ、１４ｂとし、照明範囲１４ｇに対する照明範囲１４ｒ、１４ｂの投影倍率比をＭｒ、Ｍｂとする。画素密度変換回路５０、５２には、これらの投影倍率比Ｍｒ、Ｍｂの逆数が設定される。なお、以下の説明では、スクリーン３４の水平方向ｈ（図５）に対する投影倍率比と垂直方向ｖ（図５）に対する投影倍率比とが等しいものとする。

そこで、先ず、画像信号処理部３２において、画像信号処理回路４８は、入力された画像信号ＳのＲ、Ｇ、Ｂの色成分に応じた各画像信号に対して、階調処理、カラーコレクション、先鋭度強調処理等の信号処理を施す。信号処理されたＲ、Ｇ、Ｂの画像信号のうち、Ｒ、Ｂの画像信号は、それぞれ画素密度変換回路５０、５２に供給される。

画素密度変換回路５０、５２は、設定された投影倍率比Ｍｒ、Ｍｂの逆数を用いて、Ｒ、Ｂの画像信号に対する画素密度変換処理を施す。すなわち、画素密度変換回路５０は、Ｒの画像信号の画素密度が投影倍率比Ｍｒの逆数１／Ｍｒ倍となるように画素密度変換を行う。同様に、画素密度変換回路５２は、Ｂの画像信号の画素密度が投影倍率比Ｍｂの逆数１／Ｍｂ倍となるように画素密度変換を行う。これらの画素密度変換処理により、Ｒ、Ｂの画像を構成する画素数は、画素密度変換処理前の画素数に対して、それぞれ所定の係数である１／Ｍｒ²倍、１／Ｍｂ²倍に変更される。画素密度変換回路５０、５２により画素密度変換されたＲ、Ｂの画像信号は、光変調素子駆動回路５４、５８に供給され、画素密度変換されないＧの画像信号は、直接、光変調素子駆動回路５６に供給される。

光変調素子駆動回路５４、５６、５８は、供給されたＲ、Ｇ、Ｂの画像信号を光変調素子駆動信号に変換し、各光変調素子３８、４０、４２を駆動する。この場合、画素密度変換されていないＧの画像信号が供給された光変調素子駆動回路５６は、Ｇの画像を構成する画素数に従い、図３に示すように、光変調素子４０を構成する画素１０２のうち、水平方向ｈの画素数Ｇｈ×垂直方向ｖの画素数Ｇｖの範囲の画素１０２を駆動する。一方、画素密度変換回路５０により画素密度変換されたＲの画像信号が供給された光変調素子駆動回路５４は、Ｒの画像を構成する画素数に従い、光変調素子３８を構成する各画素１０２のうち、光変調素子４０に対して投影倍率比Ｍｒの逆数１／Ｍｒの分だけ異なる水平方向ｈの画素数Ｒｈ×垂直方向ｖの画素数Ｒｖの範囲の画素１０２を駆動する。同様に、画素密度変換回路５２により画素密度変換されたＢの画像信号が供給された光変調素子駆動回路５８は、Ｂの画像を構成する画素数に従い、光変調素子４０に対して投影倍率比Ｍｂの逆数１／Ｍｂの分だけ異なる水平方向ｈの画素数Ｂｈ×垂直方向ｖの画素数Ｂｖの範囲の画素１０２を駆動する。

例えば、光変調素子３８、４０、４２が水平方向ｈに１９５２画素、垂直方向ｖに１０９６画素を有する素子として構成されているものとし、光変調素子駆動回路５６が、Ｇの画像信号に基づいて、光変調素子４４を水平方向ｈの画素数Ｇｈ＝１９２０、垂直方向ｖの画素数Ｇｖ＝１０８０だけ駆動するものとする。ｇの照明光を基準とするｒ、ｂの照明光の投影倍率比Ｍｒ、Ｍｂを１０１．０％、９９．０％とすると、画素密度変換されたＲの画像信号により駆動される光変調素子３８の画素数は、水平方向ｈの画素数Ｒｈ＝１９２０／１．０１≒１９０１、垂直方向ｖの画素数Ｒｖ＝１０８０／１．０１≒１０６９、画素密度変換されたＢの画像信号により駆動される光変調素子４２の画素数は、水平方向ｈの画素数Ｂｈ＝１９２０／０．９９≒１９３９、垂直方向ｖの画素数Ｂｖ＝１０８０／０．９９≒１０９１となる。

光変調素子駆動回路５４、５６、５８から光変調素子駆動信号が供給された光変調素子３８、４０、４２は、光源部７２から供給されるｒ、ｇ、ｂの照明光を変調する。変調されたｒ、ｇ、ｂの光は、光合成部４４により合成された後、投射レンズ４６を介してスクリーン３４に投射されることで、所望のカラー画像が生成される。

すなわち、光源６０から出力された照明光は、ＵＶカットフィルタ６２、インテグレータ６４、６６、偏光変換素子６８、集光レンズ７０を介して、Ｓ偏光の照明光として全反射ミラー７４により反射された後、ダイクロイックミラー７６によりｒ、ｇの照明光とｂの照明光とに分離される。ｒ、ｇの照明光は、全反射ミラー７８により反射された後、ダイクロイックミラー８０によりｒの照明光とｇの照明光とに分離される。ｒの照明光は、集光レンズ８２を介して偏光ビームスプリッタ８４に入射した後、１／４波長板８６を介して光変調素子３８に供給される。ｇの照明光は、集光レンズ８８を介して偏光ビームスプリッタ９０に入射した後、１／４波長板９２を介して光変調素子４０に供給される。ダイクロイックミラー７６により分離されたｂの照明光は、全反射ミラー９３及び集光レンズ９４を介して偏光ビームスプリッタ９６に入射した後、１／４波長板９８を介して光変調素子４２に供給される。光変調素子駆動信号に従って駆動される光変調素子３８、４０、４２により変調された照明光は、光合成部４４を構成するＸプリズム１００によって合成されて投射光となり、投射レンズ４６を介してスクリーン３４に投射される。

この場合、光変調素子３８、４０、４２は、スクリーン３４上でのｒ、ｇ、ｂの照明光の照明範囲１４ｒ、１４ｇ、１４ｂ（図５）を一致させるべく、図３に示すように、ｇの照明光に対するｒ、ｂの各照明光の投影倍率比に従い、使用する画素１０２の範囲が調整されているため、色ずれのない高品質なカラー画像を得ることができる。しかも、使用する画素１０２の範囲の調整に際して、視感度の最も高いＧの画像信号に対しては画素密度変換処理を施さず、視感度がＧよりも低いＲ、Ｂの画像信号に対して画素密度変換処理を施しているため、画像信号処理回路４８において、例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂの各画像信号に対して先鋭度強調処理を行っている場合であっても、スクリーン３４上に投影されたカラー画像の先鋭度の劣化が視認されることはない。

なお、上記の実施形態では、スクリーン３４の水平方向ｈの投影倍率比と垂直方向ｖの投影倍率比とが等しいものとして説明したが、投影光学系３６の構成、カラープロジェクタ３０の個体差、設計誤差によっては、水平方向ｈと垂直方向ｖとで投影倍率比が異なることがある。その場合には、画素密度変換回路５０、５２に対して、水平方向ｈの投影倍率比と垂直方向ｖの投影倍率比とを独立に設定し、各方向に対して画素密度変換処理を行えばよい。

また、上記の実施形態では、ｒ、ｇ、ｂの照明光の投影倍率比がｒ、ｇ、ｂの順で大きい場合について説明したが、ｒ、ｇ、ｂの照明光の間での投影倍率比の大小関係は、カラープロジェクタ３０の構成によって異なることがある。従って、投影倍率比は、ｒ、ｇ、ｂの各単色の照明光をスクリーン３４上に投影させ、実測値に基づいて設定することが望ましい。

また、カラー画像を生成するための照明光としては、ｒ、ｇ、ｂの三原色に限られるものではなく、任意の色の組み合わせとし、それらの色のうち、最も視感度の高い色の画像信号を除いた画像信号に対して画素密度変換を行うことにより、同様の効果を得ることが可能である。

また、基準画像信号であるGに対する画素密度変換回路を設ける場合には、拡大縮小倍率を等倍とすることで、同様な効果を得ることが可能である。

また、上記の実施形態では、画像信号処理部３２は、入力された画像信号ＳをＲ、Ｇ、Ｂの画像信号に分解することとしたが、外部でＲ、Ｇ、Ｂの画像信号に分解した後に画像信号処理部３２に入力することとしてもよい。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更することが可能である。

３０…カラープロジェクタ
３２…画像信号処理部
３４…スクリーン
３６…投影光学系
３８、４０、４２…光変調素子
４４…光合成部
４６…投射レンズ
４８…画像信号処理回路
５０、５２…画素密度変換回路
５４、５６、５８…光変調素子駆動回路
６０…光源

Claims

複数の色に対応して分解された各色の画像信号のうち、視感度の最も高い色の前記画像信号を基準画像信号とし、前記基準画像信号を除く他の色の前記画像信号によって駆動される画素の数を所定の係数で変更することにより、前記画像信号を画素密度変換画像信号とする画素密度変換部と、
前記基準画像信号に基づいて、前記視感度の最も高い色に対応する光を変調する基準光変調素子と、
前記画素密度変換画像信号に基づいて、前記他の色の光を変調する画素密度変換光変調素子と、
前記基準光変調素子で変調された光及び前記画素密度変換光変調素子で変調された光を合成してスクリーンに投射し、カラー画像を生成する投射光学系と、
を備え、
前記画素密度変換部は、前記基準光変調素子で変調された光により前記スクリーン上に投影される画像の投影倍率と、前記画素密度変換光変調素子で変調された光により前記スクリーン上に投影される画像の投影倍率とが等しくなるように、前記画像信号によって駆動される画素の数を変更することを特徴とするカラープロジェクタ。
請求項１記載のカラープロジェクタにおいて、
前記基準光変調素子及び前記画素密度変換光変調素子は、マトリクス状に配列された複数の表示画素を備え、
前記表示画素の画素数は、前記基準画像信号及び前記画素密度変換画像信号に基づいて生成される前記画像を構成する前記画素の画素数以上であることを特徴とするカラープロジェクタ。
請求項１記載のカラープロジェクタにおいて、
前記画像信号は、Ｒ、Ｇ、Ｂの色に対応した信号であり、Ｇの色が視感度の最も高い色として設定されることを特徴とするカラープロジェクタ。