JP2015154163A - 投射型表示装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内部光量が変化した場合に、投射画像の視認性の低下を防止すること
【解決手段】液晶プロジェクタ１は、ランプ１０と、画像処理エンジン２０と、画像処理エンジンによって生成された画像信号に従ってランプからの光を変調する液晶パネル３２ａ〜ｃと、液晶パネルを経たランプからの光の光量を計測する内部光量センサ５０と、内部光量センサの計測結果が目標値になるようにランプの光量と画像処理エンジンによる画像輝度の少なくとも一つを調整する光量制御回路６０と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶プロジェクタなどの投射型表示装置およびその制御方法に関する。

従来から、周囲の明るさに応じて投射照度を調節するプロジェクタは知られている。例えば、特許文献１は、周囲の照度の計測結果と時計の情報から外乱による照度変化を推定し、光源照度を制御するプロジェクタを提案している。特許文献２は、外光の照度の計測値の履歴データに基づき照度が急激に変化しているか判断し、判断結果に基づいて画像の色および明るさの少なくとも一方を調整するプロジェクタを提案している。

特開２０１１−６９９４１号公報 特開２０１１−５３３９８号公報

しかしながら、特許文献１では、光源の経時劣化により照度が低下した場合、特許文献２では、液晶パネルの経時変化により透過率が変化した場合に、それぞれ実際の投射照度が目標値よりも低下してしまい、投射画像の視認性が低下してしまう。

本発明は、内部光量が変化した場合に、投射画像の視認性の低下を防止することが可能な投射型表示装置とその制御方法を提供することを例示的な目的とする。

本発明の投射型表示装置は、画像を投射して表示する投射型表示装置であって、光量が調整可能な光源と、入力信号を処理して駆動信号を生成すると共に、前記駆動信号に基づく画像の輝度を調整可能な信号生成手段と、前記信号生成手段によって生成された前記駆動信号に従って前記光源からの光を変調する光変調素子と、前記光変調素子を経た前記光源からの光の光量を計測する第１計測手段と、前記第１計測手段による第１計測結果が目標値になるように前記光源の前記光量と前記信号生成手段による前記画像の輝度の少なくとも一つを調整する制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、内部光量が変化した場合に、投射画像の視認性の低下を防止することが可能な投射型表示装置とその制御方法を提供することができる。

本実施形態の液晶プロジェクタのブロック図である。（実施例１、２、３） 図１に示す光量制御回路が実行する光量制御方法を示すフローチャートである。（実施例１） 図１に示す光量制御回路が実行する光量制御方法の要部を示すフローチャートである。（実施例２） 本発明の光源制御と画像輝度制御と光量センサ計測値の関係を示す図である。（実施例２） 図１に示す光量制御回路が実行する光量制御方法を示すフローチャートである。（実施例３） 本発明の外部光量センサ取得値と投射時内部光量値と反射率の関係を示す図である。（実施例３）

図１は、本実施形態の液晶プロジェクタ（投射型表示装置）１のブロック図である。液晶プロジェクタ１は、画像を被投射面に投射して表示する画像表示装置である。液晶プロジェクタ１は、ランプ（光源）１０と、画像処理エンジン２０と、光変調ユニット３０と、外部光量センサ４０と、内部光量センサ５０と、光量制御回路６０と、を有する。

ランプ１０は、例えば、高圧水銀ランプであるが、これに限定されず、また、光源はＬＥＤ等の光量が調節可能で、光を発する他の手段を使用してもよい。

画像処理エンジン２０は、図示しないパーソナルコンピュータ（ＰＣ）などから供給される映像信号に対して、ヒストグラムを算出する画像解析部２１と、液晶パネル３２ａ〜ｃに表示する画像を生成する画像変換部２２と、を備える画像処理手段である。画像処理エンジン２０は、入力信号である映像信号ＶＳを処理して液晶パネル３２ａ〜ｃを駆動する駆動信号としての画像信号ＩＳを生成し、画像の輝度を調整可能な信号生成手段としても機能する。

光変調ユニット３０は、ランプ１０から出た光を分離する偏光ビームスプリッタなどの色分離系３１と、表示する画像に応じて光を変調する液晶パネル（光変調素子）３２ａ〜ｃと、分離された光を合成する色合成系３３と、を備える。色分離系３１は、ランプ１０からの光で液晶パネル３２ａ〜ｃを照明する照明光学系の一部を構成する。液晶パネル３２ａ〜ｃは、画像処理エンジン２０によって生成された画像信号に従ってランプ１０からの光を変調する。

光量制御回路（制御手段）６０は、ヒストグラムと内部光量センサ値の相関関係を記憶したテーブルを記憶するメモリ（記憶手段）６１と、投射する色や明るさを補正する変化量補正回路６２と、制御方法を選択する制御方法選択回路６３と、を備える。光量制御回路６０は、マイクロコンピュータなどから構成される。

動作において、ランプ１０から出た光は、色分離系３１にて、ＲＧＢ各色光に分離される。分離されたＲＧＢの各色光は液晶パネル３２ａ〜ｃに入射する。液晶パネル３２ａ〜ｃは、画像変換部２２により生成されるＲＧＢの各色光の画像信号ＩＳに応じて駆動され、画像信号ＩＳに応じて光を変調する。なお、図１では使用する液晶パネル３２を反射型液晶パネルで表しているが、透過型液晶パネルを用いてもよい。

変調された各色光は、偏光ビームスプリッタなどの色合成系３３に入射し、ＲＧＢの各色光が合成され、合成光の一部は投射レンズ（投射光学系）７０へ導かれ、スクリーンなどの被投射面に投射され、合成光の残りは内部光量センサ５０に導かれる。

外部光量を計測する外部光量センサ（第２計測手段）４０は、液晶プロジェクタ１の外部の照度を計測する。内部光量を計測する内部光量センサ（第１計測手段）５０は、光変調ユニット３０を経たランプ１０からの光の光量を計測する。

変化量補正回路６２は、外部光量センサ４０が計測した液晶プロジェクタ１の周囲の照度（例えば、被照明面の照度）を表す外部光量センサ値（第２計測結果）に基づいて、投射環境に合った光量補正量を計算する。また、変化量補正回路６２は、内部光量センサ５０が計測した内部光量センサ値（第１計測結果）を内部光量センサ目標値と比較し、ランプ１０や光変調ユニット３０の特性変化の補正量を計算する。

制御方法選択回路（制御方法選択手段）６３は、外部光量センサ４０が計測した外部光量センサ値に基づいて制御方法を選択し、選択した制御方法に応じて、変化量補正回路６２が計算した光量補正量で補正する。つまり、内部光量センサ値が内部光量センサ目標値になるように補正する。表１に、このときの制御方法の詳細を示す。表１によれば、外部の明るさが暗いほど調整項目が増加することが分かる。なお、表１は単なる一例であり、外部の照度が「暗」の場合に、光源の光量制御と画像の輝度（明るさ）の制御が行われてもよい。また、外部の照度を４つ以上や２つに場合分けしてもよい。

制御方法選択回路６３は、予め設定された閾値に相当するデジタルデータ（以下、「ＤＡＣ値」と呼ぶ）と、外部光量センサ４０の計測照度に相当するＤＡＣ値を比較する。第２計測結果に対応する外部光量センサ４０が計測するＤＡＣ値が０〜１０２３の範囲であり、予め設定された中暗を区別する閾値照度のＤＡＣ値が２５６、明中を区別する閾値照度のＤＡＣ値が７６８であったとする。制御方法選択回路６３は、第２計測結果のＤＡＣ値が０〜２５５ならば「暗」と判断し、第２計測結果のＤＡＣ値が２５６〜７６７ならば「中」と判断し、第２計測結果のＤＡＣ値が７６８〜１０２３ならば「明」と判断する。

このように、外部光量センサ４０の計測結果によりパターン分けを行い、パターンに対応する使用環境を想定して制御方法を設定することによって、投射環境に適切な画像の明るさを設定することができる。

例えば、制御方法選択回路６３が第２計測結果を「明」と判断した場合、液晶プロジェクタ１の投射環境は明るく、投射画像の色が薄いと考えられるため、液晶パネル３２に適用するγ値を変更することで視認性を向上することができる。また、制御方法選択回路６３が第２計測結果を「暗」と判断した場合、投射環境が暗く、ユーザが明るさの変化に敏感になっていると考えられるため、γ値調整と光源制御を行って投射画像の明るさを調整することで視認性を向上させることができる。また、制御方法選択回路６３が第２計測結果を「中」と判断した場合、「明」の場合よりも投射画像の色が薄く映らず、「暗」の場合よりもユーザは明るさの変化に敏感になっていないと考えられる。そのため、γ値調整とオフセット調整により投射画像の明るさを調整するだけで十分な視認性を保つことができる。オフセット調整は、処理前の画像の輝度値に対する処理後の画像の輝度値のオフセットを調整する。例えば、処理前の画像（原画像）の輝度値をＰ、ゲインをａ、オフセットをｂとし、処理後の画像の輝度値をＱとすると、オフセット調整では、Ｑ＝ａＰ＋ｂで表される式のｂを調整する。これにより、光源制御を画一的に行って処理の高速化を実現することができる。

図２は、光量制御回路６０が実行する制御方法を示すフローチャートである。「Ｓ」はステップ（工程）を表し、図２に示すフローチャートはコンピュータに各ステップの機能を実現させるためのプログラムとして具現化が可能である。これは他のフローチャートにも当てはまる。光量制御回路６０は、外部光量センサ４０の計測値と画像信号ＩＳと内部光量センサの計測値に基づき、液晶プロジェクタ１の投射照度を制御する。

Ｓ１０１では、画像解析部２１によって算出された、外部から供給される映像信号に応じたヒストグラムを取得する。

Ｓ１０２では、画像解析部２１によって算出されたヒストグラムと、メモリ６１に記憶されている相関関係に基づいて、入力映像に対応した光量を示す内部光量センサ目標値を算出する。なお、光量制御回路６０は、メモリ６１に記憶されている関係を使用する代わりに、不図示のネットワークを介して設定された関係を（不図示のネットワークサーバーから）取得してこれを利用してもよい。また、映像信号ＩＳに対応する内部光量センサ目標値が得られる限り、映像信号ＩＳのヒストグラムを使用しなくてもよい。

Ｓ１０３では、外部光量センサ４０と内部光量センサ５０から第１計測結果を取得する。

Ｓ１０４では、内部光量センサ目標値と実際の内部光量センサ値とを比較し、両者の差分をランプ１０や光変調ユニット３０の特性変化の補正量として計算・取得すると共に、外部光量センサ値に基づいて投射環境に合った光量補正量を計算する。光量制御回路６０は、内部光量センサ値の補正量を、ランプ１０の光量と画像処理エンジン２０による画像処理（γ値調整とオフセット調整）の少なくとも一つを調節する際に使用する。

Ｓ１０５では、制御方法選択回路６３が、外部光量センサ４０が計測した外部光量センサ値が「明（第１明るさ）」であるかを判定する。判定結果が「明」でない場合はＳ１０６へ遷移し、判定結果が「明」である場合はＳ１０７へ遷移する。

Ｓ１０６では、制御方法選択回路６３が、外部光量センサ値が「中」（第３明るさ）であるか「小（第２明るさ）」であるか判定する。「中」は「明」よりも明るさが低く、「暗」は「中」よりも明るさが低い。Ｓ１０６の判定結果が、「中」の場合はＳ１０８へ遷移し、「暗」の場合はステップ１０９へ遷移する。

Ｓ１０７では、Ｓ１０４で計算された光量補正量に基づき液晶パネル３２のγ値を制御する。Ｓ１０８では、Ｓ１０４で計算された光量補正量に基づき液晶パネル３２のγ値調整とオフセット調整の両方を行う。Ｓ１０９では、Ｓ１０４で計算された光量補正量に基づきランプ１０の光量を設定電力の調整によって制御すると共に液晶パネル３２のγ値を制御する。

内部光量センサ５０は、ランプ１０から出た光が光変調ユニット３０を経て内部光量センサ５０の位置へ辿り着いた光量を計測している。このため、ランプ１０の劣化や液晶パネル３２の透過率の変化による光量の低下が発生した場合であっても、入力画像情報との相関から光量の低下量を計測することができ、補正を行うことができる。

このように、外部光量センサ４０と内部光量センサ５０と入力画像情報に基づいて光量補正量を計算することによって、ランプ１０や光変調ユニット３０の特性が変化した場合でも投射環境にあった光量を提供することが可能となる。

図３は、実施例２の制御方法のフローチャートの一部である。実施例２の制御方法は、図２に示すＳ１０１〜Ｓ１０４は図２と同様であり、Ｓ１０５が図３に示すものに置換され、Ｓ１０５で終了する（Ｓ１０６〜Ｓ１０９は行われない）。実施例１は、制御方法選択回路６３は外部光量センサ４０による第２計測結果により光量制御方法を決定していたが、本実施形態は、第２計測結果と、内部光量センサ目標値と内部光量センサ値の差分に基づき光量制御方法を決定する。

表２は、実施例２の光量制御回路６０における外部光量センサの計測結果と、内部光量センサ目標値と内部光量センサ値との差分に基づく光量制御方法の例である。「画像輝度制御」ではγ値調整、オフセット調整若しくはその両方がなされる。

Ｓ１０５ａでは、制御方法選択回路６３が予め設定された、内部光量センサ目標値と内部光量センサ値の差分の閾値に相当する値を保持し、閾値に基づき現在の内部光量センサ目標値と内部光量センサ値の差分を大中小と判定する。

Ｓ１０５ｂでは、内部光量センサ目標値と内部光量センサ値の差分がｎ回連続で同じ判定となっているか判定する。ｎ回連続同じ判定であった場合は、Ｓ１０５ｄへ遷移し、異なる場合はＳ１０５ｃへ遷移する。

Ｓ１０５ｃでは、補正に使用する内部光量センサ目標値と内部光量センサ値の差分をＳ１０５ｂで判定された現在の差分の値へ更新する。Ｓ１０５ｄでは、外部光量センサ値と、補正に使用する内部光量センサ目標値と内部光量センサ値の差分の値に基づいて表２に示す制御方法を実行する。表２によれば、外部の明るさが暗いほど、また、目標値と内部光量センサ値の差分が大きいほど調整項目が増加することが分かる。

図４は、同時間における光源制御、画像輝度制御および内部光量センサ値の関係例を示した図である。図４（ａ）は、光源制御により設定された電力に対するランプ光度を示し、図４（ｂ）は、γ値調整（オフセット調整、またはγ値調整とオフセット調整）により設定された画像輝度を示し、図４（ｃ）は内部光量センサの取得する値を示している。図４（ａ）〜（ｃ）において、横軸はいずれも時間であり、縦軸は図４（ａ）がランプ光度、図４（ｂ）が画像輝度、図４（ｃ）が光量センサ値である。

期間Ａ１に注目すると、図４（ａ）より、期間Ａ１はランプ１０の劣化が発生し、ランプ光度が低下していることが分かる。また、図４（ｂ）より、ランプ１０の劣化によって発生したランプ光度の低下を、画像輝度制御により画像輝度を上げることで補正している。その結果、内部光量センサ目標値と内部光量センサ値の差分は「中」に収まっていることが、図４（ｃ）より分かる。

しかし、期間Ａ２になると、図４（ｂ）より、画像輝度制御により補正可能な画像輝度が最大値を取り、画像輝度制御の限界を迎える結果、内部光量センサ目標値と内部光量センサ値の差分が増加して「大」となる。すると、期間Ａ３において、光源制御と画像輝度制御が行われ、設定電力が変更され、ランプ光度が上昇する。それに伴い、内部光量センサ目標値と内部光量センサ値の差分は「中」に収まり、画像輝度制御により画像輝度を調整することで補正が可能となる。

このように、外部光量センサの計測結果と、内部光量センサ目標値と内部光量センサ値との差分に基づき光量制御することにより光量制御を長期間行うことを可能となる。

図５は、実施例３における光量制御回路６０が実行する環境光変化計測方法を示すフローチャートである。実施例３は、液晶プロジェクタ１の投射時であっても環境光の変化を正しく計測し、環境光に対応する設定値を設定する。

Ｓ２０１では、外部光量センサ４０から取得した、液晶プロジェクタ（ＰＪ）１投射前の被投射面における照度（第１光量）の情報を環境光値として記憶する。

Ｓ２０２では、液晶プロジェクタ１を投射し、外部光量センサ４０から取得した被投射面における照度（第２光量）の情報を投射時外部光量初期値として記憶する。また、内部光量センサ５０によりランプ１０から出た光が光変調ユニット３０により変調された光を計測して投射時内部光量初期値として記憶する。

Ｓ２０３では、Ｓ２０１、Ｓ２０２で計測した環境光値と、投射時外部光量初期値と、に基づいて被投射面の反射率を算出する。

Ｓ２０４ではＳ２０１〜Ｓ２０３で求めた、環境光値と、投射時外部光量初期値と、投射時内部光量初期値と、スクリーンの反射率に基づき、外部光量センサ４０と内部光量センサ５０との関係を取得する。

Ｓ２０５では、電源がオフであれば処理を終了する。オンあればＳ２０６へ遷移する。Ｓ２０６では、新しい外部光量センサ４０と内部光量センサ５０の計測値である、投射時外部光量値、投射時内部光量値を取得する。また、Ｓ２０４で求めた関係と、投射時内部光量値に基づき投射時外部光量予測値を求める。さらに、投射時外部光量値と投射時外部光量予測値との差分が、あらかじめ設定された閾値を超えた場合は、Ｓ２０７へ遷移し、そうでない場合はＳ２０５へ遷移する。

Ｓ２０７では、Ｓ２０３で求めたスクリーンの反射率と、Ｓ２０６で求めた投射時内部光量値を用いて、環境光と反射率を求め、更新する。環境光の求める方法について、図６を参照して説明する。

図６（ａ）では、液晶プロジェクタ１が投射光を未投射の場合、外部光量値は環境光である値Ａを示す。液晶プロジェクタ１が投射光を投射すると、外部光量値は環境光と投射光の合成光である値Ｂを示す。このとき、外部光量値が示す投射光は、（Ｂ−Ａ）で求められる。

図６（ｂ）が示すように、外部光量値が示す投射光とは、液晶プロジェクタ１から投射され、被投射面を反射した光を示している。よって、液晶プロジェクタ１から投射される光量を計測する投射時内部光量値と、被投射面の反射率を利用することで、外部光量値が示す投射光（Ｂ−Ａ）を求めることができる。仮に、外部光量値が示す投射光が投射時内部光量値と反射率の積で表せる場合の外部光量値が示す投射光（Ｂ−Ａ）は、以下の式（１）で表される。

（Ｂ−Ａ）＝投射時内部光量値×反射率 …（１）
次に、環境光が図６（ｃ）のように変化し、外部光量値がＤの値を示したとする。このとき、外部光量値が示す投射光と投射時内部光量値と反射率の関係は変化しないので外部光量値が示す投射光（Ｄ−Ｃ）は、以下の式（２）で表される。

（Ｄ−Ｃ）＝投射時内部光量値×反射率 …（２）
よって、変化後の環境光Ｃは、以下の式（３）で表される。

Ｃ＝外部光量値−（投射時内部光量値×反射率） …（３）
本実施例によれば、外部光量センサ４０と内部光量センサ５０の計測値を用いて、環境光の変化を計測することができる。また、内部光量センサ５０は、ランプ１０から出た光が光変調ユニット３０により変調された光を計測しているため、ランプ１０や光変調ユニット３０の特性が変化した場合であっても正しく環境光の変化を計測できる。これにより、計測した環境光の変化に応じて投射光量を制御することで、投射環境にあった光量調整が可能となるプロジェクタを提供することができる。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形および変更が可能である。

本発明は、液晶プロジェクタの用途に適用可能である。

１…液晶プロジェクタ（投射型表示装置）、１０…ランプ（光源）、３２ａ〜ｃ…光変調素子、２０…画像処理エンジン（画像処理手段）、５０…内部光量センサ（第１計測手段）、６０…光量制御回路（制御手段）

Claims (10)

1. 画像を投射して表示する投射型表示装置であって、
   光量が調整可能な光源と、
   入力信号を処理して駆動信号を生成すると共に、前記駆動信号に基づく画像の輝度を調整可能な信号生成手段と、
   前記信号生成手段によって生成された前記駆動信号に従って前記光源からの光を変調する光変調素子と、
   前記光変調素子を経た前記光源からの光の光量を計測する第１計測手段と、
   前記第１計測手段による第１計測結果が目標値になるように前記光源の前記光量と前記信号生成手段による前記画像の輝度の少なくとも一つを調整する制御手段と、
   を有することを特徴とする投射型表示装置。
2. 前記制御手段は、前記目標値を前記入力信号に対応して設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。
3. 前記制御手段は、前記目標値と実際の第１計測結果の差分を補正量として取得し、前記補正量を前記少なくとも一つを調整する際に使用することを特徴とする請求項１または２に記載の投射型表示装置。
4. 前記投射型表示装置の外部の照度を計測する第２計測手段を更に有し、
   前記制御手段は、前記第２計測手段による第２計測結果に基づいて、前記少なくとも一つを調整する調整方法を変更することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の投射型表示装置。
5. 前記制御手段は、
   前記第２計測手段によって計測された前記外部の照度が第１明るさであると判定すると前記画像の輝度を調整し、
   前記外部の照度が前記第１明るさよりも低い第２明るさであると判定すると前記光量と前記画像の輝度の両方を調整することを特徴とする請求項４に記載の投射型表示装置。
6. 前記画像の輝度の調整は、前記光変調素子のγ値の調整と、処理前の前記画像の輝度値に対する処理後の前記画像の輝度値のオフセットの調整を含み、
   前記制御手段は、前記外部の照度が前記第１明るさであると判定すると前記γ値を調整し、前記外部の照度が前記第１明るさと前記第２明るさの間の第３明るさであると判定すると前記γ値と前記オフセットを調整することを特徴とする請求項５に記載の投射型表示装置。
7. 前記制御手段は、前記目標値と実際の前記第１計測結果の差分に更に基づいて、前記少なくとも一つを調整する調整方法を変更することを特徴とする請求項４に記載の投射型表示装置。
8. 前記目標値と前記入力信号との関係を示す記憶手段を更に有し、
   前記制御手段は、前記入力信号と前記記憶手段に記憶された前記関係から前記目標値を取得することを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の投射型表示装置。
9. 前記制御手段は、前記第２計測手段から取得した、前記画像を投射しない場合の被投射面における第１光量についての情報と、前記画像を投射した場合の前記被投射面における第２光量についての情報に基づいて前記被投射面の反射率を算出し、新しい第２光量についての情報と新しい第１計測結果の差分が閾値を超えている場合に前記第１光量についての情報と前記反射率を更新することを特徴とする請求項４に記載の投射型表示装置。
10. 光量が調整可能な光源と、入力信号を処理して駆動信号を生成すると共に、前記駆動信号に基づく画像の輝度を調整可能な信号生成手段と、前記信号生成手段によって生成された前記駆動信号に従って前記光源からの光を変調する光変調素子と、前記光変調素子を経た前記光源からの光の光量を計測する第１計測手段と、を有する投射型表示装置の制御方法であって、
    前記第１計測手段から第１計測結果を取得するステップと、
    前記ステップによって取得した前記第１計測結果が目標値になるように前記光源の前記光量と前記信号生成手段による前記画像の輝度の少なくとも一つを調整するステップと、
    を有することを特徴とする制御方法。