JP2013057930A - 投射型表示装置及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】プロジェクター100は、光源10と、液晶ライトバルブ30R, 30G, 30Bと、調光機構20と、照明光学系40と、入力画像信号に基づいて、液晶ライトバルブに入射させる入射光量を決定し、入射光量に応じて伸長した出力画像信号を出力し、入射光量に基づいて高圧水銀ランプ11の第1減光率を指定する第1制御信号CTL1と、調光機構20の第2減光率を指定する第2制御信号CTL2を生成する制御回路60と、第1制御信号CTL1に基づいて光源10を駆動する照明駆動回路70と、第2制御信号CTL2に基づいて遮光板21を駆動する遮光板駆動回路80とを備える。
【選択図】図1
Description
一方、機械式のメカ調光は、遮光板の熱の負荷が大きいので使用材料や構造が制約され、また、光源の消費電力を削減できないといった問題があった。さらに、メカ調光には、減光率を変化させると、液晶ライトバルブに入射する斜め光の成分が変化するため、色むらが発生するといった問題があった。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、ランプ調光とメカ調光の問題点を改善することを解決課題とする。
この場合、投射型表示装置の制御方法は、表示すべき画像を示す入力画像信号に基づいて、前記液晶ライトバルブに入射させる入射光量を決定し、決定した光量に応じて前記入力画像信号を伸長した出力画像信号を前記液晶ライトバルブに供給し、決定された前記入射光量に基づいて、前記高圧水銀ランプの減光率である第1減光率と前記調光部の減光率である第2減光率とを決定し、前記第1減光率に基づいて前記光源を駆動し、前記第2減光率に基づいて前記調光部を駆動する、ことを特徴とする。
図1は、本発明の第1実施形態に係るプロジェクター100の構成を示すブロック図である。
まず、プロジェクター100の機械的な構成について説明する。プロジェクター100は、白色の光を発光する光源10と、光源10からの光を遮光板を可動することによって調光する機械式の調光機構20、赤色(R色),緑色(G色),青色(B色)の各々に対応する液晶ライトバルブ30R,30G,30B、調光機構20から射出する光を液晶ライトバルブ30R,30G,30Bに導く照明光学系40、液晶ライトバルブ30R,30G,30Bを透過した光を合成してスクリーンSに投射する投射光学系50を備える。
照明光学系40は、ダイクロイックミラー41及び42と、反射ミラー43,44,及び45とを備える。照明光学系40によって分光された各色光が液晶ライトバルブ30R,30G,30Bに導かれる。
制御回路60は、この明るさ制御信号に基づいて、照明光学系40に入射させる入射光量(各液晶ライトバルブに入射させる入射光量と等価)を決定するとともに、前記入力画像信号Dr、Dg、及びDbを適当な階調範囲に伸長する。
伸長された画像信号は、DAコンバーターにより、アナログ信号に変換された後、出力画像信号Vr、Vg、及びVbとして、各液晶ライトバルブ30R、30G、及び30Bに供給される。また、制御回路60は、液晶ライトバルブ30R、30G、及び30Bに設けられた走査線駆動回路及びデータ線駆動回路を駆動する制御信号を液晶ライトバルブ30R、30G、及び30Bに供給する。
ここで、プロジェクター100の制御方法に関しては、(1)表示映像適応型の制御、の他に、(2)投射拡大率による制御、(3)外部からの制御、などが考えられる。以下にそれぞれの方法について説明する。
まず、表示映像適応型の制御、すなわち明るい映像シーンでは光量が多くなり、暗いシーンでは光量が少なくなるような表示映像に適応した明るさ制御を行う場合について考える。この場合、上記で説明したように、制御回路60で入力画像信号Dr、Dg、及びDbに基づいて明るさ制御信号が決定されるが、その方法には例えば次の3通りが考えられる。
例えば0〜255の256ステップの階調数を含む映像信号を想定する。連続した映像を構成する任意の1フレームに着目した場合、そのフレームに含まれる画素データの階調数毎の出現数分布(ヒストグラム)が、図9(a)に示すようになったとする。この図の場合、ヒストグラムに含まれる最も明るい階調数が190であるので、この階調数190を明るさ制御信号とする。この方法は、入力される入力画像信号Dr、Dg、及びDbに対し、最も忠実に明るさを表現できる方法である。
例えば映像信号の出現数分布が図10に示すようであった場合、ヒストグラムより明るい側から10%の領域をとる。10%に相当するところの階調数が230であったとすると、この階調数230を明るさ制御信号とする。図10に示したヒストグラムのように、階調数255の近傍に突発的なピークがあった場合、上記(a)の方法(明るさ制御信号決定方法1)を採用すれば、階調数255が明るさ制御信号となる。しかしながら、この突発的なピーク部分は画面全体における情報としてはあまり意味をなしていない。これに対して、階調数230を明るさ制御信号とする本方法は、画面全体の中で情報として意味を持つ領域によって判定する方法と言うことができる。なお、上記の割合は2〜50%程度の範囲で変化させてもよい。
例えば図11に示すように、画面をm×n個のブロックに分割し、それぞれのブロックA11,…,Amn毎の明るさ(階調数)の平均値を算出し、そのうちで最大のものを明るさ制御信号とする。なお、画面の分割数は6〜200程度とすることが望ましい。この方法は、画面全体の雰囲気を損なうことなく、明るさを制御できる方法である。
本発明では、上記(a)〜(c)の明るさ制御信号決定方法のいずれも用いることができるが、以下に説明する例では、(a)の明るさ制御信号決定方法1を用いている。
なお、上記(a)〜(c)の明るさ制御信号決定方法においては、明るさ制御信号の判定を、表示領域全体に対して行う他に、例えば表示領域の中央部分など、特定の部分だけに上記方法を適用することもできる。この場合、視聴者が注目している部分から明るさを決定するような制御の仕方が可能となる。
この方法は映像の明るさに完全に追従する点で理想的ではあるが、映像の内容により画面の明暗が短い周期で変化することもあり、鑑賞時に余計なストレスを感じるなどの問題が発生する恐れがある。
例えばLPFによって1〜30秒以下の明るさ制御信号の変化分をカットし、その出力によって制御する。この方法によれば、細かい時間の変化分はカットされるため、上記のような短い周期での明暗の変化を避けることができる。
明るさ制御信号に所定の大きさ以上(例えば60階調以上)の変化があった場合にのみ光源10と調光機構20とを制御する。この方法によれば、シーンの切り替わりなどのみに応じた制御を行うことができる。
このようにして、例えば階調数190が明るさ制御信号に決定された場合、最大明るさ(階調数255)の光量を100%とすると、照明光学系40に入射させる入射光量は、75%(190/255=75%)となり、制御回路60は、照明光学系40に入射させる入射光量が75%となるように、光源10と調光機構20とを駆動する。
本実施の形態の場合、光源10は、具体的には、高圧水銀ランプ11であり、調光機構20は具体的には遮光板21であるから、透過率が75%(遮光率が25%)となるように、高圧水銀ランプ11を駆動する電力値と、遮光板21の回動角度を制御する。
同様に、階調数230が明るさ制御信号である場合、230/255=90%の入射光量が得られるように光源10と調光機構20とを制御する。
一方、制御回路60では、制御回路60で決定された明るさ制御信号と映像信号に基づいて映像信号を適当な階調範囲まで伸張する。例えば最大階調範囲にまで伸張する場合、上記の例では表示可能な最大階調数が255であるから、図9(a)に示す例で明るさ制御信号が階調数190の場合、階調数0〜190までの映像信号を図9(b)に示すように階調数0〜255まで伸張する。このような照明光量の制御と映像信号の伸張処理によって、映像のダイナミックレンジを拡張しつつ、滑らかな階調表現を実現することができる。
投射レンズ52のズーミングに対応させて制御する。通常は液晶ライトバルブ(被照明領域)における単位面積あたりの光量が一定であるから、拡大側では画面が暗くなり、縮小側で明るくなる傾向にある。したがって、これを補正するように、拡大側に変化させた場合には光量が増えるように、縮小側に変化させた場合には光量が減るように光源10と調光機構20とを制御する。
使用者が好みに応じて、光源10と調光機構20とを制御できるようにする。例えば暗い鑑賞環境においては光量が少なく、明るい鑑賞環境においては光量が多くなるように光源10と調光機構20を制御する。この場合、使用者がコントローラを用いて、もしくは光源10と調光機構20を直接操作するなどして調節する構成としてもよいし、明るさセンサなどを設けて自動的に制御される構成としてもよい。
プロジェクター100のコントラスト比は、液晶ライトバルブ30R,30G,30Bにおける最大透過率と最小透過率の比と、光源10の最大減光率と、調光機構20の最大減光率とによって定まる。例えば、液晶ライトバルブの最大透過率が98%で最小透過率が0.245%の場合、液晶ライトバルブ自体のコントラスト比は400:1である。この場合に、光源10と調光機構20とを総合したシステムの減光率が95%であれば、コントラスト比を8000:1に高めることができる。
制御回路60は、入力画像信号Dr、Dg、及びDbに基づく明るさ制御信号に基づいて、照明光学系40に入射させる入射光量を決定し、この入射光量が得られるように、光源10の第1減光率と調光機構20の第2減光率とを決定する。
このようにして、例えば、階調数190が明るさ制御信号に決定された場合、最大明るさ(階調数255)の光量を100%とすると、照明光学系40に入射させる入射光量は、75%(190/255=75%)となる。そして、制御テーブルTBLを参照することにより、制御回路60は、照明光学系40に入射させる入射光量が75%となるように、光源10の減光率を63%とし、調光機構20の減光率を32%と特定する。また、階調数0〜190までの映像信号を階調数0〜255まで伸張するように、伸長率を128%と特定する。
これらの関係を式にすると次のようになる。
システム減光率[%]=100%−(100%−ランプ調光の減光率[%])×(100%−メカ調光の減光率[%])
例えば、上記したように照明光学系40に入射させる入射光量が75%となるように、光源10の減光率を63%とし、調光機構20の減光率を32%とした場合、複合したシステム減光率は、75%となる(図3参照)。このように、制御回路60は、照明光学系40に入射させる入射光量に応じて、必要な複合したシステム減光率を得るために、図3に示すように、ランプ調光及びメカ調光の減光率を各々設定する。
なお、ランプ調光の第1減光率がメカ調光の第2減光率を上回るように制御したのは、消費電力の削減を優先しつつ、遮光板21の熱負荷を軽減するためである。
第2実施形態に係るプロジェクター100は、制御テーブルTBLの記憶内容を除いて、図1に示す第1実施形態のプロジェクター100と同様に構成されている。
図4に、第2実施形態の制御回路で実行するランプ調光及びメカ調光の減光率とシステム減光率の関係を示す。
第3実施形態に係るプロジェクター100は、制御テーブルTBLの記憶内容を除いて、図1に示す第1実施形態のプロジェクター100と同様に構成されている。
この例では、所望のシステム減光率を得るのに高圧水銀ランプ11のハロゲンサイクルが正常に機能する範囲はランプ調光のみで調光し、ハロゲンサイクルが異常となる範囲では、メカ調光を併用している。
高圧水銀ランプ11においてハロゲンサイクルが正常に機能する最大の減光率を第1基準減光率としたとき、この例では、第1基準減光率が30%となる。
第4実施形態に係るプロジェクター100は、制御テーブルTBLの記憶内容を除いて、図1に示す第1実施形態のプロジェクター100と同様に構成されている。
この例では、所望のシステム減光率を得るのに投射された画像の色ずれが許容値に達するまでは、ランプ調光のみで調光し、色ずれの許容値を超える範囲では、メカ調光を併用している。
第1、第2及び第4実施形態に係るプロジェクター100は、ランプ調光とメカ調光とを組み合わせてシステム全体の調光を実行した。これに対して、第6実施形態のプロジェクターは、所定の条件が充足された場合には、メカ調光のみで調光を実行し、所定の条件が充足されない場合は、第1、第2及び第4実施形態と同様の調光動作を実行する点で相違する。
第5実施形態の制御回路60は、ランプ調光の第1減光率の時間変化を監視しており、第1減光率の時間変化が所定の条件を充足すると、高圧水銀ランプ11の劣化を抑制するため所定期間において、光源10が所定の輝度で発光するように第1減光率を設定し、且つ、所望のシステム減光率が得られるようにメカ調光の第2減光率を制御する。
図12を参照して本発明の第6実施形態について説明する。図12は第6実施形態に係るプロジェクター101の構成を示すブロック図である。
第6実施形態は、投射型表示装置として、DLP(Digital Light Processing)方式のプロジェクター101を採用した例である。このDLP方式で使用されるマイクロミラーの集合体素子は、DMD(Digital Mirror Device )と呼ばれている。そのため、ここではマイクロミラーの集合体素子をDMDと呼ぶ。DMDは、多数の微細なマイクロミラーを1枚のパネル状に形成したものである。これらのマイクロミラーは、それぞれ±10度程度傾けることが可能に装着されている。1つのミラーは、1つの画素に対応して例えば+10度に傾いた時に光源ランプからの入射光を投射レンズの方向に反射し、−10度に傾いた時に投射レンズの方向に反射しないように作用させる。従って、表示映像のデジタル信号を受け取ったDMDがそのミラー1つ1つの傾斜角度を変え、光源ランプ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、色ムラの無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。
調光機構20から出射された白色光は、ダイクロイックミラー41に入射され、白色光中の 赤色光rが反射されるとともに、青色光bと緑色光gとが透過する。ダイクロイックミラー41で反射した赤色光rはDMD31Rに入射し、DMD31Rにより、光変調されて、クロスダイクロイックプリズム51に入射する。一方、ダイクロイックミラー41を透過した光は、ダイクロイックミラー42に入射して 、緑色光gが ダイクロイックミラー42によって反射され、さらに、反射ミラー46で反射され、DMD31Gに入射され、DMD31Gにより、光変調されて、クロスダイクロイックプリズム51に入射される。さらに、ダイクロイックミラー42を透過した青色光bは、反射ミラー43で反射され、DMD31Bに入射され、DMD31Bにより、光変調されて、クロスダイクロイックプリズム51に入射される。
伸長された画像信号は、DAコンバーターにより、アナログ信号に変換された後、出力画像信号Vr、Vg、及びVbとして、各DMD31R、31G、及び31Bに供給される。また、制御回路60は、DMD31R、31G、及び31Bを駆動する制御信号をDMD31R、31G、及び31Bに供給する。
第6実施形態のDLP方式のプロジェクター101も、図1に示す第1実施形態のプロジェクター100と同様に、明るさ制御信号に基づいて、照明光学系40に入射させる入射光量を決定し、この入射光量を得られるように、光源10の第1減光率と調光機構20の第2減光率とを決定して、第1減光率と第2減光率に基づいて、光源10と調光機構20とを制御する。
具体的な制御の方法等については、上述した第1実施形態〜第5実施形態で説明した事項が本実施形態においても適用可能である。
DLP方式のプロジェクター101としては、カラーホイールと1枚のDMDの構成であっても良い。
尚、上記各実施形態では、ランプ11の例として、高圧水銀ランプの例を記載したが、この他にも、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプなどの高輝度放電ランプや白熱電球(レフランプ)、LEDランプなどを採用することも可能である。
Claims (12)
- 高圧水銀ランプを備えた光源と、
入射した光を光変調する液晶ライトバルブと、
前記光源と前記液晶ライトバルブとの間に設けられ、前記光源から光を機械的に遮光する調光部と、
前記液晶ライトバルブからの光を投射する投射部と、
表示すべき画像を示す入力画像信号に基づいて、前記液晶ライトバルブに入射させる入射光量を決定する処理と、前記入射光量に応じて前記入力画像信号を伸長した出力画像信号を前記液晶ライトバルブに出力する処理と、前記入射光量に基づいて、前記高圧水銀ランプの減光率である第1減光率と前記調光部の減光率である第2減光率とを決定する処理とを実行する制御部と、
前記第1減光率に基づいて前記光源を駆動する光源駆動部と、
前記第2減光率に基づいて前記調光部を駆動する調光駆動部と、
を備えることを特徴とする投射型表示装置。 - 前記制御部は、前記第1減光率が前記第2減光率より大きくなるように決定することを特徴とする請求項1に記載の投射型表示装置。
- 前記高圧水銀ランプにおける調整可能な最大の減光率を最大減光率とし、前記第1減光率及び前記第2減光率をゼロとして前記液晶ライトバルブに入射される最大の光量を最大光量としたとき、
前記制御部は、前記入射光量が前記最大光量から減少するにつれ、前記第1減光率が前記最大減光率に達するまでは前記第2減光率をゼロとして前記第1減光率を増加させ、前記第1減光率が前記最大減光率に達した後は前記第2減光率を増加させる、
ことを特徴する請求項1に記載の投射型表示装置。 - 前記高圧水銀ランプにおいてハロゲンサイクルが正常に機能する最大の減光率を第1基準減光率とし、前記第1減光率及び前記第2減光率をゼロとして前記液晶ライトバルブに入射される最大の光量を最大光量としたとき、
前記制御部は、前記入射光量が前記最大光量から減少するにつれ、前記第1減光率が前記第1基準減光率に達するまでは前記第2減光率をゼロとして前記第1減光率を増加させ、前記第1減光率が前記第1基準減光率に達した後は前記第2減光率を増加させる、
ことを特徴する請求項1に記載の投射型表示装置。 - 前記液晶ライトバルブは複数の色に各々対応する液晶パネルを備え、
前記高圧水銀ランプを次第に減光した場合に投射された画像の色ずれが所定の基準に達する減光率を第2基準減光率とし、前記第1減光率及び前記第2減光率をゼロとして前記液晶ライトバルブに入射される最大の光量を最大光量としたとき、
前記制御部は、前記入射光量が前記最大光量から減少するにつれ、前記第1減光率が前記第2基準減光率に達するまでは前記第2減光率をゼロとして前記第1減光率を増加させ、前記第1減光率が前記第2基準減光率に達した後は前記第2減光率を増加させる、
ことを特徴する請求項2に記載の投射型表示装置。 - 前記制御部は、前記高圧水銀ランプの劣化を抑制する所定期間において、前記光源が所定の輝度で発光するように前記第1減光率を設定し、且つ、前記入射光量が得られるように前記第2減光率を制御することを特徴とする請求項1に記載の投射型表示装置。
- 高圧水銀ランプを備えた光源と、入射した光を光変調する液晶ライトバルブと、
前記光源と前記液晶ライトバルブとの間に設けられ、前記光源から光を機械的に遮光する調光部と、前記液晶ライトバルブからの光を投射する投射部とを備えた投射型表示装置の制御方法であって、
表示すべき画像を示す入力画像信号に基づいて、前記液晶ライトバルブに入射させる入射光量を決定し、
決定した光量に応じて前記入力画像信号を伸長した出力画像信号を前記液晶ライトバルブに供給し、
決定された前記入射光量に基づいて、前記高圧水銀ランプの減光率である第1減光率と前記調光部の減光率である第2減光率とを決定し、
前記第1減光率に基づいて前記光源を駆動し、
前記第2減光率に基づいて前記調光部を駆動する、
ことを特徴とする投射型表示装置の制御方法。 - 前記高圧水銀ランプにおける調整可能な最大の減光率を最大減光率とし、前記第1減光率及び前記第2減光率をゼロとして前記液晶ライトバルブに入射される最大の光量を最大光量としたとき、
前記入射光量が前記最大光量から減少するにつれ、前記第1減光率が前記最大減光率に達するまでは前記第2減光率をゼロとして前記第1減光率を増加させ、
前記第1減光率が前記最大減光率に達した後は前記第2減光率を増加させる、
ことを特徴する請求項7に記載の投射型表示装置の制御方法。 - 前記高圧水銀ランプにおいてハロゲンサイクルが正常に機能する最大の減光率を第1基準減光率とし、前記第1減光率及び前記第2減光率をゼロとして前記液晶ライトバルブに入射される最大の光量を最大光量としたとき、
前記入射光量が前記最大光量から減少するにつれ、前記第1減光率が前記第1基準減光率に達するまでは前記第2減光率をゼロとして前記第1減光率を増加させ、前記第1減光率が前記第1基準減光率に達した後は前記第2減光率を増加させる、
ことを特徴する請求項7に記載の投射型表示装置の制御方法。 - 前記液晶ライトバルブは複数の色に各々対応する液晶パネルを備え、
前記高圧水銀ランプを次第に減光した場合に投射された画像の色ずれが所定の基準に達する減光率を第2基準減光率とし、前記第1減光率及び前記第2減光率をゼロとして前記液晶ライトバルブに入射される最大の光量を最大光量としたとき、
前記入射光量が前記最大光量から減少するにつれ、前記第1減光率が前記第2基準減光率に達するまでは前記第2減光率をゼロとして前記第1減光率を増加させ、前記第1減光率が前記第2基準減光率に達した後は前記第2減光率を増加させる、
ことを特徴する請求項7に記載の投射型表示装置の制御方法。 - 前記高圧水銀ランプを抑制する所定期間において、前記光源が所定の輝度で発光するように前記第1減光率を設定し、且つ、前記入射光量が得られるように前記第2減光率を制御することを特徴とする請求項7に記載の投射型表示装置の制御方法。
- 光源と、
入射した光を光変調する光変調部と、
前記光源と前記光変調部との間に設けられ、前記光源から光を機械的に遮光する調光部と、
前記光変調部からの光を投射する投射部と、
表示すべき画像を示す入力画像信号に基づいて、前記光変調部に入射させる入射光量を決定し、前記入射光量に応じて前記入力画像信号を伸長した出力画像信号を前記光変調に供給し、前記入射光量に基づいて、前記光源の減光率である第1減光率と前記調光部の減光率である第2減光率とを決定する制御部と、
前記第1減光率に基づいて前記光源を駆動する光源駆動部と、
前記第2減光率に基づいて前記調光部を駆動する調光駆動部と、
を備えることを特徴とする投射型表示装置。
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