JP2012053279A - カラー画像形成装置、カラー画像形成方法及びこのカラー画像形成装置を備えた投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光源の光量変化に対応して適切な階調表現が可能なカラー画像形成装置を提供する。
【解決手段】 カラー画像形成装置50は、映像信号が入力される映像入力端子と、前記映像入力端子により入力される映像信号に対して階調変換テーブルに基づいて変換させる映像信号を生成する映像データ変換部53と、前記各光源装置の光量を測定するセンサ49と、前記発光制御部による各光源装置の点灯直後及び消灯直前に前記センサ49で光量を測定して前記階調変換テーブルを更新させる階調変換テーブル更新部54と、を備える。
【選択図】 図４

Description

本発明は、プロジェクタ等の投影装置におけるＲＧＢの３光源を時分割で切り替えて発光させて投影画像を生成するためのカラー画像形成装置及びカラー画像形成方法と、このカラー画像形成装置を備える投影装置に関する。

今日、パーソナルコンピュータ（以下ＰＣ）の画面やビデオ画像、更にメモリカード等に格納されている画像データによる画像等をスクリーンに投影する画像投影装置としてのデータプロジェクタが多用されている。このプロジェクタは、光源から射出された光をＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）と呼ばれるマイクロミラー表示素子、又は、液晶板に集光させ、スクリーン上にカラー画像を表示させるものである。

プロジェクター等の投影装置においては、ＲＧＢの各光源装置を時分割に点灯させながら映像を投影させるものがある。例えば、下記に示す特許文献１には、投影装置の固体差や経時変化による各光源装置の光量の減光、増光に応じて階調データが補正される投影装置が提案されている。また、下記に示す特許文献２には、各光源装置の光量の平均値をフィードバックして階調データを補正する投影装置が提案されている。

特開２００８−４００７３号公報 特開２００８−１７１２５８号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２の投影装置では、投影装置の固体差や経時変化等による各光源装置の光量変化に対応して階調データが補正されるが、各光の発光特性に対応して階調データが補正されるものではなかった。

そこで、本発明は上述したような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、各光源装置の光量を測定するセンサを具備して各光の点灯直後と消灯直前に光量を測定し、各光の発光特性を正確に判断して階調データを補正することにより、装置の固体差、環境変化及び経時変化等があっても適切な階調表現が可能なカラー画像形成装置及びカラー画像形成方法と、このカラー画像形成装置を備える投影装置を提供することを目的とする。

本発明のカラー画像形成装置は、１フレーム内で複数色の光源装置を時分割で切り替えて発光させる発光制御部を備えて投影画像を生成するカラー画像形成装置であって、映像信号が入力される映像入力端子と、前記映像入力端子により入力される映像信号に対して階調変換テーブルに基づいて変換させる映像信号を生成する映像データ変換部と、前記光源装置の光量を測定するセンサと、前記発光制御部による各光源装置の点灯直後及び消灯直前に前記センサで光量を測定して前記階調変換テーブルを更新させる階調変換テーブル更新部と、を備えることを特徴とする。

そして、本発明のカラー画像形成装置における階調変換テーブル更新部は、前記発光制御部による各光源装置の点灯中の複数点で前記センサによる光量を測定して前記階調変換テーブルを更新させることもある。

また、本発明のカラー画像形成装置における前記映像入力端子には、アナログＲＧＢ映像信号が入力され、前記アナログＲＧＢ映像信号をデジタル変換させてデジタルＲＧＢ映像信号を生成するＡＤコンバータをさらに備えるものである。

さらに、本発明のカラー画像形成装置において前記映像データ変換部は、前記デジタルＲＧＢ映像信号をデジタルＲＧＢ階調変換映像信号に変換させるものである。

そして、本発明のカラー画像形成装置における前記センサは、カラーセンサでありＲＧＢの各色の光量を測定するものである。

また、本発明のカラー画像形成装置は、前記階調変換テーブルを各光源装置の色毎に有し、前記階調変換テーブル更新部が前記発光制御部による各光源装置の点灯消灯の度に夫々の前記階調変換テーブルを更新させるものである。

そして、本発明のカラー画像形成装置において前記階調変換テーブル更新部は、所定の時間間隔で夫々の前記階調変換テーブルを更新させることもある。

本発明のカラー画像形成装置におけるカラー画像形成方法は、１フレーム内で複数色の光源装置を時分割で切り替えて発光させる発光制御部を備えて投影画像を生成するカラー画像形成方法であって、映像信号が入力される映像入力処理と、前記映像入力処理により入力される映像信号に対して階調変換テーブルに基づいて変換させる映像信号を生成する映像データ変換処理と、前記発光制御部による前記各光源装置の点灯直後及び消灯直前に前記各光源装置の光量を測定するセンサで光量を測定して前記階調変換テーブルを更新させる階調変換テーブル更新処理と、を実行することを特徴とする。

本発明の投影装置は、カラー画像形成装置と、プロジェクタ制御手段と、を備え、前記カラー画像形成装置は、上記何れかに記載のカラー画像形成装置であり、前記プロジェクタ制御手段は、前記カラー画像形成装置を制御して階調データを補正させることを特徴とする。

本発明によれば、光源の光量変化に対応した適切な階調表現が可能なカラー画像形成装置及びカラー画像形成方法と、このカラー画像形成装置を備える投影装置を提供することができる。

本発明の実施例に係るプロジェクタを示す外観斜視図である。 本発明の実施例に係るプロジェクタの内部構造を示す平面模式図である。 本発明の実施例に係るプロジェクタの機能ブロックを示す図である。 本発明の実施例に係るカラー画像形成装置のハードウエア構成図である。 本発明の実施例に係るカラー画像形成装置における階調変換基準値テーブルに関する説明図である。 本発明の実施例に係るカラー画像形成装置における各光源の発光特性の測定と階調補正の動作の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施例に係るカラー画像形成装置における各光源の発光特性の測定と階調補正の動作の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施例に係るカラー画像形成装置における各光源の発光特性に関する説明図である。 本発明の実施例に係るカラー画像形成装置における各光源の発光特性に基づく階調変換テーブルの更新に関する説明図である。

以下、本発明を実施するための形態について述べる。本発明は、投影装置としてプロジェクタ10を適用して説明する。本発明のプロジェクタ10は、カラー画像形成装置50と、プロジェクタ制御手段と、を備える。このプロジェクタ制御手段は、カラー画像形成装置50を制御して階調データを補正させる。そして、カラー画像形成装置50は、１フレーム内で複数色の光源装置を時分割で切り替えて発光させる発光制御部を備えて投影画像を生成するものである。そして、カラー画像形成装置50は、映像信号が入力される映像入力端子である入出力コネクタ部21と、その映像入力端子により入力される映像信号に対して階調変換テーブルに基づいて映像信号を生成する映像データ変換部53と、を備える。さらに、カラー画像形成装置50は、各光源装置の光量を測定するセンサであるカラーセンサ49と、発光制御部による各光源装置の点灯直後及び消灯直前にカラーセンサ49で光量を測定して階調変換テーブルを更新させる階調変換テーブル更新部54と、を備える。

また、カラー画像形成装置50は、映像入力端子にアナログＲＧＢ映像信号が入力され、そのアナログＲＧＢ映像信号をデジタル変換させてデジタルＲＧＢ映像信号を生成するＡＤコンバータ52を備える。

さらに、カラー画像形成装置50において映像データ変換部53は、デジタルＲＧＢ映像信号をデジタルＲＧＢ階調変換映像信号に変換させる。

そして、カラー画像形成装置50は、階調変換テーブルを各光源装置の色毎に有し、階調変換テーブル更新部54が、発光制御部による各光源装置の点灯消灯の度に夫々の階調変換テーブルを更新させる。

以下、本発明の実施例を図に基づいて詳説する。図１は、プロジェクタ10の外観斜視図である。なお、本実施例において、プロジェクタ10における左右とは投影方向に対しての左右方向を示し、前後とはプロジェクタ10のスクリーン側方向及び光線束の進行方向に対しての前後方向を示す。

そして、プロジェクタ10は、図１に示すように、略直方体形状であって、プロジェクタ筐体の前方の側板とされる正面パネル12の側方に投影口を覆うレンズカバー19を有するとともに、この正面パネル12には複数の吸気孔18を設けている。さらに、図示しないがリモートコントローラからの制御信号を受信するＩｒ受信部を備えている。

また、筐体の上面パネル11にはキー／インジケータ部37が設けられ、このキー／インジケータ部37には、電源スイッチキーや電源のオン又はオフを報知するパワーインジケータ、投影のオン、オフを切りかえる投影スイッチキー、光源ユニットや表示素子又は制御回路等が過熱したときに報知をする過熱インジケータ等のキーやインジケータが配置されている。

さらに、筐体の背面には、背面パネルにＵＳＢ端子やアナログＲＧＢ映像信号が入力される映像信号入力用のＤ−ＳＵＢ端子、Ｓ端子、ＲＣＡ端子、音声出力端子等を設ける入出力コネクタ部及び電源アダプタプラグ等の各種端子20が設けられている。また、背面パネルには、複数の吸気孔が形成されている。なお、図示しない筐体の側板である右側パネル、及び、図１に示した側板である左側パネル15には、各々複数の排気孔17が形成されている。また、左側パネル15の背面パネル近傍の隅部には、吸気孔18も形成されている。

次に、このプロジェクタ10の内部構造について述べる。図２は、プロジェクタ10の内部構造を示す平面模式図である。プロジェクタ10は、図２に示すように、右側パネル14の近傍に制御回路基板241を備えている。この制御回路基板241は、電源回路ブロックや光源制御ブロック等を備えてなる。また、プロジェクタ10は、制御回路基板241の側方、つまり、プロジェクタ筐体の略中央部分に光源ユニット60を備えている。さらに、プロジェクタ10は、光源ユニット60と左側パネル15との間に光学系ユニット160を備えている。

光源ユニット60は、プロジェクタ筐体の左右方向における略中央部分であって背面パネル13近傍に配置される励起光照射装置70及びこの励起光照射装置70から射出される光線束の光軸上であって正面パネル12の近傍に配置される蛍光発光装置100による緑色光源装置80と、この蛍光発光装置100から射出される光線束と平行となるように正面パネル12の近傍に配置される青色光源装置300と、励起光照射装置70と蛍光発光装置100との間に配置される赤色光源装置120と、蛍光発光装置100からの射出光や赤色光源装置120からの射出光、青色光源装置300からの射出光の光軸が夫々同一の光軸となるように変換して各色光を所定の一面であるライトトンネル175の入射口に集光する導光光学系140と、を備える。

緑色光源装置80における励起光照射装置70は、背面パネル13と光軸が平行になるよう配置された半導体発光素子による励起光源71と、励起光源71からの射出光の光軸を正面パネル12方向に９０度変換する反射ミラー群75と、反射ミラー群75で反射した励起光源71からの射出光を集光する集光レンズ78と、励起光源71と右側パネル14との間に配置されたヒートシンク81と、を備える。

励起光源71は、３行８列の計２４個の半導体発光素子である青色レーザーダイオードがマトリクス状に配列されており、各青色レーザーダイオードの光軸上には、各青色レーザーダイオードからの射出光を平行光に変換する集光レンズであるコリメータレンズ73が夫々配置されている。また、反射ミラー群75は、複数の反射ミラーが階段状に配列されてなり、励起光源71から射出される光線束の断面積を一方向に縮小して集光レンズ78に射出する。

ヒートシンク81と背面パネル13との間には冷却ファン261が配置されており、この冷却ファン261とヒートシンク81とによって励起光源71が冷却される。さらに、反射ミラー群75と背面パネル13との間にも冷却ファン261が配置されており、この冷却ファン261によって反射ミラー群75や集光レンズ78が冷却される。

緑色光源装置80における蛍光発光装置100は、正面パネル12と平行となるように、つまり、励起光照射装置70からの射出光の光軸と直交するように配置された蛍光ホイール101と、この蛍光ホイール101を回転駆動するホイールモータ110と、蛍光ホイール101から背面パネル13方向に射出される光線束を集光する集光レンズ群111と、を備える。

蛍光ホイール101は、円板状の金属基材であって、励起光源71からの射出光を励起光として緑色波長帯域の蛍光発光光を射出する環状の蛍光発光領域が凹部として形成され、励起光を受けて蛍光発光する蛍光板として機能する。また、蛍光発光領域を含む蛍光ホイール101の励起光源71側の表面は、銀蒸着等によってミラー加工されることで光を反射する反射面が形成され、この反射面上に緑色蛍光体の層が敷設されている。

そして、蛍光ホイール101の緑色蛍光体層に照射された励起光照射装置70からの射出光は、緑色蛍光体層における緑色蛍光体を励起し、緑色蛍光体から全方位に蛍光発光された光線束は、直接励起光源71側へ、あるいは、蛍光ホイール101の反射面で反射した後に励起光源71側へ射出される。また、蛍光体層の蛍光体に吸収されることなく、金属基材に照射された励起光は、反射面により反射されて再び蛍光体層に入射し、蛍光体を励起することとなる。よって、蛍光ホイール101の凹部の表面を反射面とすることにより、緑色の光源である励起光源71から射出される励起光の利用効率を上げることができ、より明るく発光させることができる。

なお、蛍光ホイール101の反射面で蛍光体層側に反射された励起光において蛍光体に吸収されることなく励起光源71側に射出された励起光は、後述する第一ダイクロイックミラー141を透過し、蛍光光は第一ダイクロイックミラー141により反射されるため、励起光が外部に射出されることはない。そして、ホイールモータ110と正面パネル12との間には冷却ファン261が配置されており、この冷却ファン261によって蛍光ホイール101が冷却される。

赤色光源装置120は、励起光源71と光軸が平行となるように配置された赤色光源121と、赤色光源121からの射出光を集光する集光レンズ群125と、を備える。そして、この赤色光源装置120は、励起光照射装置70からの射出光及び蛍光ホイール101から射出される緑色波長帯域光と光軸が交差するように配置されている。また、赤色光源121は、赤色の波長帯域光を発する半導体発光素子としての赤色発光ダイオードである。さらに、赤色光源装置120は、赤色光源121の右側パネル14側に配置されるヒートシンク130を備える。そして、ヒートシンク130と正面パネル12との間には冷却ファン261が配置されており、この冷却ファン261によって赤色光源121が冷却される。

青色光源装置300は、蛍光発光装置100からの射出光の光軸と平行となるように配置された青色光源301と、青色光源301からの射出光を集光する集光レンズ群305と、を備える。そして、この青色光源装置300は、赤色光源装置120からの射出光と光軸が交差するように配置されている。また、青色光源301は、青色の波長帯域光を発する半導体発光素子としての青色発光ダイオードである。さらに、青色光源装置300は、青色光源301の正面パネル12側に配置されるヒートシンク310を備える。そして、ヒートシンク310と正面パネル12との間には冷却ファン261が配置されており、この冷却ファン261によって青色光源301が冷却される。

そして、導光光学系140は、赤色、緑色、青色波長帯域の光線束を集光させる集光レンズや、各色波長帯域の光線束の光軸を変換して同一の光軸とさせるダイクロイックミラー等からなる。具体的には、励起光照射装置70から射出される青色波長帯域光及び蛍光ホイール101から射出される緑色波長帯域光の光軸と、赤色光源装置120から射出される赤色波長帯域光の光軸と、が交差する位置に、青色及び赤色波長帯域光を透過し、緑色波長帯域光を反射してこの緑色光の光軸を左側パネル15方向に９０度変換する第一ダイクロイックミラー141が配置されている。

また、青色光源装置300から射出される青色波長帯域光の光軸と、赤色光源装置120から射出される赤色波長帯域光の光軸と、が交差する位置に、青色波長帯域光を透過し、緑色及び赤色波長帯域光を反射してこの緑色及び赤色光の光軸を背面パネル13方向に９０度変換する第二ダイクロイックミラー148が配置されている。そして、第一ダイクロイックミラー141と第二ダイクロイックミラー148との間には、集光レンズが配置されている。さらに、ライトトンネル175の近傍には、ライトトンネル175の入射口に光源光を集光する集光レンズ173が配置されている。

光学系ユニット160は、励起光照射装置70の左側方に位置する照明側ブロック161と、背面パネル13と左側パネル15とが交差する位置の近傍に位置する画像生成ブロック165と、導光光学系140と左側パネル15との間に位置する投影側ブロック168と、の３つのブロックによって略コの字状に構成されている。

この照明側ブロック161は、光源ユニット60から射出された光源光を画像生成ブロック165が備える表示素子51に導光する光源側光学系170の一部を備えている。この照明側ブロック161が有する光源側光学系170としては、光源ユニット60から射出された光線束を均一な強度分布の光束とするライトトンネル175、ライトトンネル175から射出された光を集光する集光レンズ178、ライトトンネル175から射出された光線束の光軸を画像生成ブロック165方向に変換する光軸変換ミラー181等がある。

そして、この光軸変換ミラー181には、そのミラーの中央部分に照射される光の内、該ミラーに照射される光の一部の微小な光の投影光路を分離変更させるための微孔を備える。そして、この微孔を通過した光が後述するセンサであるカラーセンサ49に照射される。なお、カラーセンサ49の配置方法は、これに限定するものでなく光を直接的、又は間接的に測定可能な構成でも構わない。

画像生成ブロック165は、光源側光学系170として、光軸変換ミラー181で反射した光源光を表示素子51に集光させる集光レンズ183と、この集光レンズ183を透過した光線束を表示素子51に所定の角度で照射する照射ミラー185と、を有している。さらに、画像生成ブロック165は、表示素子51とするＤＭＤを備え、この表示素子51と背面パネル13との間には表示素子51を冷却するためのヒートシンク190が配置されて、このヒートシンク190によって表示素子51が冷却される。また、表示素子51の正面近傍には、投影側光学系220としての集光レンズ195が配置されている。

投影側ブロック168は、表示素子51で反射されたオン光をスクリーンに放出する投影側光学系220のレンズ群を有している。この投影側光学系220としては、固定鏡筒に内蔵する固定レンズ群225と可動鏡筒に内蔵する可動レンズ群235とを備えてズーム機能を備えた可変焦点型レンズとされ、レンズモータにより可動レンズ群235を移動させることによりズーム調整やフォーカス調整を可能としている。

次に、プロジェクタ10のプロジェクタ制御手段について図３の機能ブロック図を用いて述べる。プロジェクタ制御手段は、制御部38、入出力インターフェース22、画像変換部23、表示エンコーダ24、表示駆動部26等から構成される。この制御部38は、プロジェクタ10内の各回路の動作制御を司るものであって、後述するイメージプロセッサ、マイクロプロセッサー等のＣＰＵ、各種セッティング等の動作プログラムを固定的に記憶したＲＯＭ及びワークメモリとして使用されるＲＡＭ等により構成されている。

そして、このプロジェクタ制御手段により、入出力コネクタ部21から入力された各種規格の画像信号は、入出力インターフェース22、システムバス（ＳＢ）を介して画像変換部23で表示に適した所定のフォーマットの画像信号に統一するように変換された後、表示エンコーダ24に出力される。

また、表示エンコーダ24は、入力された画像信号をビデオＲＡＭ25に展開記憶させた上でこのビデオＲＡＭ25の記憶内容からビデオ信号を生成して表示駆動部26に出力する。

表示駆動部26は、表示素子制御手段として機能するものであり、表示エンコーダ24から出力された画像信号に対応して適宜フレームレートで空間的光変調素子（ＳＯＭ）である表示素子51を駆動するものであり、光源ユニット60から射出された光線束を先述の光源側光学系170を介して表示素子51に照射することにより、表示素子51の反射光で光像を形成し、先述の投影側光学系220を介して図示しないスクリーンに画像を投影表示する。なお、この投影側光学系220の可動レンズ群235は、レンズモータ45によりズーム調整やフォーカス調整のための駆動が行われる。

また、画像圧縮伸長部31は、画像信号の輝度信号及び色差信号をＡＤＣＴ及びハフマン符号化等の処理によりデータ圧縮して着脱自在な記録媒体とされるメモリカード32に順次書き込む記録処理を行う。さらに、画像圧縮伸長部31は、再生モード時にメモリカード32に記録された画像データを読み出し、一連の動画を構成する個々の画像データを１フレーム単位で伸長し、この画像データを画像変換部23を介して表示エンコーダ24に出力し、メモリカード32に記憶された画像データに基づいて動画等の表示を可能とする処理を行う。

そして、筐体の上面パネル11に設けられるメインキー及びインジケータ等により構成されるキー／インジケータ部37の操作信号は、直接に制御部38に送出され、リモートコントローラからのキー操作信号は、Ｉｒ受信部35で受信され、Ｉｒ処理部36で復調されたコード信号が制御部38に出力される。

なお、制御部38にはシステムバス（ＳＢ）を介して音声処理部47が接続されている。この音声処理部47は、ＰＣＭ音源等の音源回路を備えており、投影モード及び再生モード時には音声データをアナログ化し、スピーカ48を駆動して拡声放音させる。

また、制御部38は、光源制御手段としての光源制御回路41を制御しており、この光源制御回路41は、画像生成時に要求される所定波長帯域の光が光源ユニット60から射出されるように、光源ユニット60の赤色光源装置120、緑色光源装置80及び青色光源装置300の発光を個別に制御する。

さらに、制御部38は、冷却ファン駆動制御回路43に光源ユニット60等に設けた複数の温度センサによる温度検出を行わせ、この温度検出の結果から冷却ファンの回転速度を制御させている。また、制御部38は、冷却ファン駆動制御回路43にタイマー等によりプロジェクタ本体の電源ＯＦＦ後も冷却ファンの回転を持続させる、あるいは、温度センサによる温度検出の結果によってはプロジェクタ本体の電源をＯＦＦにする等の制御も行う。

続いて、本発明の各光の発光特性に基づいて画像光を形成するカラー画像形成装置50のハードウエアの構成について図４を用いて説明する。

カラー画像形成装置50は、イメージプロセッサ40、マイクロプロセッサ39を有する。イメージプロセッサ40は、画像処理、光源制御を司り、マイクロプロセッサ39は、先述の制御部38としてプロジェクタ10全体を管理する働きを有する。さらに、カラー画像形成装置50は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各光量を直接的、又は間接的に測定可能なセンサであるカラーセンサ49を備える。

イメージプロセッサ40は、ＡＤコンバータ52、映像データ変換部53、階調変換テーブル更新部54、光量測定部55及び光源制御回路41を制御する発光制御部を備える。ＡＤコンバータ52は、映像入力処理としてプロジェクタ10のＤ−ＳＵＢ端子等の映像入力端子により入力したアナログＲＧＢ映像信号（入力映像）をそれぞれデジタル変換する。

映像データ変換部53は、映像データ変換処理としてＡＤコンバータ52でデジタル変換された８ビットのデジタルＲＧＢ映像信号を入力階調値とし、相応するアドレスに記憶している後述する階調変換テーブルに基づいて所定のガンマ補正を行い、補正後のデジタルＲＧＢ階調変換映像信号をＤＭＤ等の表示素子51に出力するものである。

階調変換テーブルは、所謂ガンマ補正である一番暗い部分から一番明るい部分までをどのようなカーブ（ガンマカーブ）で変化させるかを補正するためのテーブルである。つまり、階調変換テーブルは、入力階調値０から２５５までの８ビットのデジタルＲＧＢ映像信号において、出力階調値を変化させて適切に階調を変化させるものである。

そして、階調変換テーブルには、図５に示すように予め基準となる階調変換基準値テーブルが設定されている。階調変換基準値テーブルは、各光の明るさのバランス、例えばホワイトバランス等により、Ｒ、Ｇ、Ｂの各光毎の入力階調値２５５における出力階調値であるピーク値が、図５に示したようにＲが「２４９」、Ｇが「２５５」、Ｂが「２５２」と決定されると、入力階調値０の出力階調値０及び入力階調値２５５の出力階調値であるピーク値を結び、所定のガンマカーブによって入力階調値を出力階調値に変換させる基準テーブルである。なお、階調変換テーブルは、書き換え可能なようにＲＡＭに展開されて記憶されている。

階調変換テーブル更新部54は、階調変換テーブル更新処理として予め設定された階調変換基準値テーブルに対して、各光源装置の発光直後及び消灯させる直前で各光の光量を測定して差があると、各光用に設定される階調変換基準値テーブルに光量差に基づく後述の変換式に基づいて階調変換テーブルを更新させるものである。なお、階調変換テーブル更新部54は、各光源装置の発光中の複数点で光量を測定することにより、各光の光量変化、傾き等の発光特性を正確に判断して、各光用に設定される階調変換基準値テーブルを変換式に基づいて、階調変換テーブルとして更新させるようにしても構わない。

そして、階調変換テーブル更新部54は、カラー画像形成装置50の所定のフレーム周波数、例えば６０Ｈｚなどで時分割制御される各光源装置の点灯消灯毎に、この更新動作を実行する。なお、階調変換テーブル更新部54は、カラー画像形成装置50のフレーム周波数で時分割制御される各光源装置について、例えば５分毎等の所定の時間間隔でこの更新動作を実行するようにしても、連続使用中における光量変化に対応して適切な階調表現を可能とさせる。

光量測定部55は、カラーセンサ49を制御して、点灯直後と消灯直前、又は点灯直後と消灯直前を含む複数点における光量をカラーセンサ49が受光して出力する電圧値をＡＤ変換して得たデジタルデータを階調変換テーブル更新部54に出力する。なお、光量測定部55は、発光制御部による各光の光量を測定するタイミングを受信して、点灯直後と消灯直前、又は点灯直後と消灯直前を含む複数点における光量を測定することができる。

発光制御部は、先述のとおり画像生成時に要求されるＲ、Ｇ、Ｂの各所定波長帯域の光が光源ユニット60から射出されるように赤色光源装置120、緑色光源装置80及び青色光源装置300の発光を個別に制御する。

次に、本発明の各光源装置の発光特性を正確に判断して階調データを補正する動作について図を用いて説明する。図６は、本発明の実施例に係るカラー画像形成装置50における各光源装置の発光特性の測定と階調補正の動作の流れを示すフローチャートである。また、図７が各光源装置の発光制御に共通する共通処理に関するフローチャートである。

カラー画像形成装置50のマイクロプロセッサ39は、Ｄ−ＳＵＢ端子等の映像入力端子に映像信号が入力されて投影スイッチキーをオン操作されると装置全体を起動させる。マイクロプロセッサ39は、投影開始の処理としてイメージプロセッサ40の発光制御部を制御して１フレーム中においてＲ、Ｇ、Ｂの順で各光源装置を発光させるように発光制御を行なう。

そして、マイクロプロセッサ39は、先ず赤色光源装置120によるＲ光の発光制御に伴いイメージプロセッサ40の光量測定部55を制御して赤色光源装置120の点灯直後及び消灯直前のタイミングで光量を測定させる。また、マイクロプロセッサ39は、イメージプロセッサ40の映像データ変換部53を制御してＲ光の階調変換テーブルに基づき所定のガンマ補正を行う映像データ変換処理を行い、補正後のデジタルＲＧＢ階調変換映像信号を表示素子51に出力するＲ投影画像処理（ステップＳ１０）を実行する。

マイクロプロセッサ39は、光量測定部55により赤色光源装置120の点灯直後及び消灯直前のタイミングで光量が測定され光量差が検出されると、次回のフレームで投影画像処理に反映させるＲ光の階調変換テーブルを更新するべく後述するＲ光発光応答性係数を算出する。（ステップＳ１２）

マイクロプロセッサ39は、Ｒ光発光応答性係数を算出すると、階調変換テーブル更新部54を制御して、予め設定されたＲ光の階調変換基準値テーブルに対して階調変換テーブルを更新させるＲ光階調変換テーブル更新処理（ステップＳ１４）を実行する。

次に、マイクロプロセッサ39は、緑色光源装置80によるＧ光の発光制御に伴いイメージプロセッサ40の光量測定部55を制御して緑色光源装置80の点灯直後及び消灯直前のタイミングで光量を測定させる。また、マイクロプロセッサ39は、イメージプロセッサ40の映像データ変換部53を制御してＧ光の階調変換テーブルに基づき所定のガンマ補正を行う映像データ変換処理を行い、補正後のデジタルＲＧＢ階調変換映像信号を表示素子51に出力するＧ投影画像処理（ステップＳ２０）を実行する。

マイクロプロセッサ39は、光量測定部55により緑色光源装置80の点灯直後及び消灯直前のタイミングで光量が測定され光量差が検出されると、次回のフレームで投影画像処理に反映させるＧ光の階調変換テーブルを更新するべくＧ光発光応答性係数を算出する。（ステップＳ２２）

マイクロプロセッサ39は、Ｇ光発光応答性係数を算出すると、階調変換テーブル更新部54を制御して、予め設定されたＧ光の階調変換基準値テーブルに対して階調変換テーブルを更新させるＧ光階調変換テーブル更新処理（ステップＳ２４）を実行する。

次に、マイクロプロセッサ39は、青色光源装置300によるＢ光の発光制御に伴いイメージプロセッサ40の光量測定部55を制御して青色光源装置300の点灯直後及び消灯直前のタイミングで光量を測定させる。また、マイクロプロセッサ39は、イメージプロセッサ40の映像データ変換部53を制御してＢ光の階調変換テーブルに基づき所定のガンマ補正を行う映像データ変換処理を行い、補正後のデジタルＲＧＢ階調変換映像信号を表示素子51に出力するＢ投影画像処理（ステップＳ３０）を実行する。

マイクロプロセッサ39は、光量測定部55により青色光源装置300の点灯直後及び消灯直前のタイミングで光量が測定され光量差が検出されると、次回のフレームで投影画像処理に反映させるＢ光の階調変換テーブルを更新するべくＢ光発光応答性係数を算出する。（ステップＳ３２）

マイクロプロセッサ39は、Ｂ光発光応答性係数を算出すると、階調変換テーブル更新部54を制御して、予め設定されたＢ光の階調変換基準値テーブルに対して階調変換テーブルを更新させるＢ光階調変換テーブル更新処理（ステップＳ３４）を実行する。

そして、マイクロプロセッサ39は、１フレーム中の赤色光源装置120、緑色光源装置80及び青色光源装置300の時分割制御の中でＲ、Ｇ、Ｂの各光の階調変換テーブルを更新させると、投影継続の判定（ステップＳ４０）を行う。そして、マイクロプロセッサ39は、投影継続であれば、次フレームを投影するべくＲ投影画像処理（ステップＳ１０）に戻り、更新された階調変換テーブルによる補正後のデジタルＲＧＢ階調変換映像信号を表示素子51に出力する投影画像処理を実行する。また、マイクロプロセッサ39は、投影スイッチキーをオフ操作される等により投影継続でなければ、投影処理を終了する。

ここで、Ｒ投影画像処理（ステップＳ１０）、Ｇ投影画像処理（ステップＳ２０）、Ｂ投影画像処理（ステップＳ３０）において、各光源装置の発光制御に伴う光量の測定の共通処理のサブルーチンについて、図７のフローチャート及び図８の光量測定ポイントの説明図を用いて説明する。

マイクロプロセッサ39は、投影開始の処理としてイメージプロセッサ40の発光制御部を制御して、指定色の光源装置を発光させる（ステップＳ１００）。

発光制御部は、指定色の光源装置を発光させるとともに、点灯直後の光量測定のタイミングをフラグを立てたり、割込み信号等によって光量測定部55に伝達することにより図８（ａ）に示す点灯直後の光量の測定を開始する（ステップＳ１２０）。

また、マイクロプロセッサ39は、発光制御部を制御して、指定色の光源装置を発光させるとともに、イメージプロセッサ40の映像データ変換部53を制御して指定色の階調変換テーブルに基づき所定のガンマ補正を行い、補正後のデジタルＲＧＢ階調変換映像信号を表示素子51に出力する等の表示素子51を制御する（ステップＳ１４０）。

そして、マイクロプロセッサ39は、発光制御部を制御して指定色の光源装置の消灯直前の光量測定のタイミングをフラグを立てて伝達したり、割込み信号等により光量測定部55に伝達することにより図８（ａ）に示した消灯直前の光量の測定を開始する（ステップＳ１６０）。

図８に示したようにＲ、Ｇ、Ｂの各光は、１フレーム中の発光直後と消灯直前の数ｍｓ間で光量が異なる場合がある。特にＬＥＤ、レーザ等の半導体は、温度特性を有する。例えば、ＬＥＤ等の順電圧は、オン動作による短時間で電圧が下がることから、光量に影響を与える順電流が上昇することとなり、数ｍｓ間でも光量が増加することとなる。

なお、図８（ａ）は、光量測定ポイントとして点灯直後、消灯直前の２点で光量を測定するようにしたが、発光特性をより正確に把握する場合には、図８（ｂ）に示すように、点灯直後、中間点、消灯直前の３点で光量を測定するようにすれば、より発光特性を正確に把握することができる。また、上述のとおり、Ｒ、Ｇ、Ｂの各光の発光中の複数点で光量を測定すれば、各光の光量変化、傾き等の発光特性をより正確に判断できる。

このようにして、マイクロプロセッサ39は、Ｒ投影画像処理（ステップＳ１０）、Ｇ投影画像処理（ステップＳ２０）、Ｂ投影画像処理（ステップＳ３０）において、各光源装置の発光制御に伴う光量の測定を行い、各光の発光応答性係数を算出し、階調変換テーブルを更新させる。なお、階調変換テーブル更新部54は、各光源装置の点灯消灯毎に、この更新動作を実行する場合に限定せず、上述のとおり、例えば５分毎等の所定の時間間隔でこの更新動作を実行するようにしても、連続使用中における光量変化に対応して適切な階調表現を可能とさせる。

次に、各光源装置の発光制御に伴う光量の測定を行い、各光の発光応答性係数を算出して階調変換テーブルを更新させる動作について図を用いて詳細に説明する。図９は、各光源装置の発光応答性係数を算出して階調変換テーブルを更新させることを示す説明図である。

図８で示したように、ＬＥＤ等の光源は１フレーム中の発光動作において、点灯直後と比較して消灯直前では光量が増加する傾向がある。そして、先述のとおり、階調変換テーブルには、ホワイトバランス等の設定により、Ｒ、Ｇ、Ｂの各光毎に入力階調値２５５における出力階調値であるピーク値が決定されている図５で示した階調変換基準値テーブルが設定されている。そして、表示素子51は、オン時間を各光源装置の発光開始からの継続時間で制御されている。

階調変換テーブル更新部54は、各光の発光応答性係数である点灯直後と消灯直前との光量の差を算出し、その差分の減光量を予め階調変換基準値テーブルの入力階調値毎に設定される出力階調値である基準値に加算させる変換式により出力階調値を更新して得た更新値により階調変換テーブルを更新させる。

具体的には、更新される階調変換テーブルの出力階調値である更新値をＦ、予め設定された階調変換基準値テーブルの出力階調値である基準値をＡ、消灯直前の光量をカラーセンサ49が受光して出力する電圧値を光量測定部55によりＡＤ変換して得たデジタルデータ値をＣ、点灯直後の光量をカラーセンサ49が受光して出力する電圧値を光量測定部55によりＡＤ変換して得たデジタルデータ値をＤ、入力階調値をＥとすると、変換式は以下の（式１）となる。なお、入力階調値Ｅは１以上であり、入力階調値Ｅが０の場合、出力階調値を０とする。

（光量測定ポイントが点灯直後と消灯直前の場合の変換式）
Ｆ＝Ａ＋[{(Ｃ−Ｄ)×(２５５−Ｅ)}／２５５]・・・・ （式１）

階調変換基準値テーブルは、（式１）により変換されて図９に示したような階調変換テーブルとして更新されることとなる。

なお、階調変換テーブル更新部54は、先述のとおり各光の発光応答性係数として点灯直後、中間点及び消灯直前の３点で光量を測定して２つの傾きを算出し、予め階調変換基準値テーブルの入力階調値毎に設定される出力階調値である基準値に加算させる変換式により出力階調値を更新して得た更新値により階調変換テーブルを更新させるようにすれば、より発光特性を正確に把握することができる。

具体的には、更新される階調変換テーブルの出力階調値である更新値をＦ、予め設定された階調変換基準値テーブルの出力階調値である基準値をＡ、消灯直前の光量をカラーセンサ49が受光して出力する電圧値を光量測定部55によりＡＤ変換して得たデジタルデータ値をＣ、中間点の光量をカラーセンサ49が受光して出力する電圧値を光量測定部55によりＡＤ変換して得たデジタルデータ値をＧ、点灯直後の光量をカラーセンサ49が受光して出力する電圧値を光量測定部55によりＡＤ変換して得たデジタルデータ値をＤ、入力階調値をＥとすると、変換式は以下の式となる。なお、変換式は、入力階調値Ｅが１から１２７までを（式２）とし、入力階調値Ｅが１２８から２５５までを（式３）とする。

（１≦入力階調値Ｅ≦１２７の場合）
Ｆ＝Ａ＋[２×{(Ｇ−Ｄ)×(２５５−Ｅ)}／２５５］・・・・ （式２）
（１２８≦入力階調値Ｅ≦２５５の場合）
Ｆ＝Ａ＋[２×{(Ｃ−Ｇ)×(２５５−Ｅ)}／２５５］・・・・ （式３）

これによれば、発光直後の光量減の影響を受ける低輝度側の画像データを正確に補正するとができ、適切な階調表現を実現することができる。

なお、これらの変換式は一例であり、低輝度側の階調表現を確実に補正させるものであるが、これに限定されるものでなく、例えばガンマ値を変化させるようにガンマカーブの中間点近傍でより大きく補正される変換式にしても構わない。

以上のように、各光の光量を測定するセンサを具備して各光源装置の点灯直後と消灯直前に光量を測定し、各光の発光特性を正確に判断して階調データを補正することにより、装置の固体差、環境変化及び経時変化はもとより、連続使用中においても各光の光量変化に対応した適切な階調表現が可能なカラー画像形成装置50及びカラー画像形成方法と、このカラー画像形成装置50を備える投影装置を提供することができる。

そして、各光源装置の光量を測定するカラーセンサ49を具備して各光源装置の点灯中の複数点で光量を測定し、階調データを補正することにより、各光源装置のきめ細かな光量変化に対応した適切な階調表現が可能となる。

また、このカラー画像形成装置50によれば、映像入力端子にアナログＲＧＢ映像信号が入力され、アナログＲＧＢ映像信号をデジタル変換させてデジタルＲＧＢ映像信号を生成するＡＤコンバータ52をさらに備えることから、アナログＲＧＢ映像信号が入力される様々なカラー画像形成装置50にも適用できる。

さらに、このカラー画像形成装置によれば、カラーセンサ49を用いてＲＧＢの各色の光量を測定し、しかも階調変換テーブルを各色毎に有して、映像データ変換部53がデジタルＲＧＢ映像信号をデジタルＲＧＢ階調変換映像信号に変換させることから、各色のカラーセッテングやコントラスト可変機能を有するカラー画像形成装置50にも適用できる。

また、このカラー画像形成装置50によれば、階調変換テーブルを各色毎に有し、階調変換テーブル更新部54が発光制御部による各光源の点灯消灯の度に夫々の階調変換テーブルを更新させることから、連続使用中における光量変化による各色の階調の変化を抑止させることができる。

さらに、このカラー画像形成装置50によれば、階調変換テーブル更新部54が所定の時間間隔で夫々の前記階調変換テーブルを更新させるようにすれば、処理の負担を軽減しながらも連続使用中における光量変化による各色の階調の変化を抑止させることができる。

なお、本発明は、以上の実施例に限定されるものでなく、発明の要旨を逸脱しない範囲
で自由に変更、改良が可能である。

10 プロジェクタ 11 上面パネル
12 正面パネル
13 背面パネル 14 右側パネル
15 左側パネル 17 排気孔
18 吸気孔 19 レンズカバー
20 各種端子 21 入出力コネクタ部
22 入出力インターフェース 23 画像変換部
24 表示エンコーダ 25 ビデオＲＡＭ
26 表示駆動部 31 画像圧縮伸長部
32 メモリカード
35 Ｉｒ受信部
36 Ｉｒ処理部 37 キー／インジケータ部
38 制御部 39 マイクロプロセッサ
40 イメージプロセッサ 41 光源制御回路
43 冷却ファン駆動制御回路 45 レンズモータ
47 音声処理部 48 スピーカー
49 カラーセンサ 50 カラー画像形成装置
51 表示素子 52 ＡＤコンバータ
53 映像データ変換部 54 階調変換テーブル更新部
55 光量測定部 60 光源ユニット
70 励起光照射装置 71 励起光源
73 コリメータレンズ 75 反射ミラー群
78 集光レンズ 80 緑色光源装置
81 ヒートシンク
100 蛍光発光装置 101 蛍光ホイール
110 ホイールモータ 111 集光レンズ群
120 赤色光源装置 121 赤色光源
125 集光レンズ群 130 ヒートシンク
140 導光光学系 141 第一ダイクロイックミラー
148 第二ダイクロイックミラー
160 光学系ユニット 161 照明側ブロック
165 画像生成ブロック 168 投影側ブロック
170 光源側光学系 173 集光レンズ
175 ライトトンネル 178 集光レンズ
181 光軸変換ミラー 183 集光レンズ
185 照射ミラー 190 ヒートシンク
195 集光レンズ 220 投影側光学系
225 固定レンズ群 235 可動レンズ群
241 制御回路基板 261 冷却ファン
300 青色光源装置 301 青色光源
305 集光レンズ群 310 ヒートシンク

Claims (9)

1. １フレーム内で複数色の光源装置を時分割で切り替えて発光させる発光制御部を備えて投影画像を生成するカラー画像形成装置であって、
   映像信号が入力される映像入力端子と、
   前記映像入力端子により入力される映像信号に対して階調変換テーブルに基づいて変換させる映像信号を生成する映像データ変換部と、
   前記各光源装置の光量を測定するセンサと、
   前記発光制御部による各光源装置の点灯直後及び消灯直前に前記センサで光量を測定して前記階調変換テーブルを更新させる階調変換テーブル更新部と、
   を備えることを特徴とするカラー画像形成装置。
2. 階調変換テーブル更新部は、前記発光制御部による各光源装置の点灯中の複数点で前記センサによる光量を測定して前記階調変換テーブルを更新させることを特徴とする請求項１に記載のカラー画像形成装置。
3. 前記映像入力端子にはアナログＲＧＢ映像信号が入力され、前記アナログＲＧＢ映像信号をデジタル変換させてデジタルＲＧＢ映像信号を生成するＡＤコンバータをさらに備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のカラー画像形成装置。
4. 前記映像データ変換部は、前記デジタルＲＧＢ映像信号をデジタルＲＧＢ階調変換映像信号に変換させることを特徴とする請求項３に記載のカラー画像形成装置。
5. 前記センサは、カラーセンサでありＲＧＢの各色の光量を測定することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のカラー画像形成装置。
6. 前記階調変換テーブルを各光源装置の色毎に有し、前記階調変換テーブル更新部が、前記発光制御部による各光源装置の点灯消灯の度に夫々の前記階調変換テーブルを更新させることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のカラー画像形成装置。
7. 前記階調変換テーブル更新部は、所定の時間間隔で夫々の前記階調変換テーブルを更新させることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のカラー画像形成装置。
8. １フレーム内で複数色の光源装置を時分割で切り替えて発光させる発光制御部を備えて投影画像を生成するカラー画像形成装置におけるカラー画像形成方法であって、
   映像信号が入力される映像入力処理と、
   前記映像入力処理により入力される映像信号に対して階調変換テーブルに基づいて変換させる映像信号を生成する映像データ変換処理と、
   前記発光制御部による前記各光源装置の点灯直後及び消灯直前に前記各光源装置の光量を測定するセンサで光量を測定して前記階調変換テーブルを更新させる階調変換テーブル更新処理と、
   を実行することを特徴とするカラー画像形成方法。
9. カラー画像形成装置と、
   プロジェクタ制御手段と、を備え、
   前記カラー画像形成装置は、請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載のカラー画像形成装置であり、
   前記プロジェクタ制御手段は、前記カラー画像形成装置を制御して階調データを補正させることを特徴とする投影装置。
   

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