JP2015225235A - 画像投射装置、画像投射装置の制御方法および画像投射装置の制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】所定時間をかけて駆動電力を徐々に低下させることが要求されるランプを用いた画像投射装置において、ランプの駆動電力を低下させる際に、すぐに投射画像の明るさをユーザの所望の明るさにする。【解決手段】光を放射する高圧水銀ランプ４ａと、高圧水銀ランプ４ａを駆動する電力を規定電力値から該規定電力値よりも低い値の設定電力に変更する際に、所定時間をかけて高圧水銀ランプ４ａが設定電力での駆動となるように光源を制御するランプ電力制御部２１・ランプ駆動部３０と、高圧水銀ランプ４ａからの光に基づいて画像を形成する画像形成部４０と、規定電力値から設定電力への変更が指示された際に、投射画像の輝度が設定電力での駆動後の輝度となるように画像形成部４０を制御する輝度制御部２３・画像表示素子制御部２２と、を備える。【選択図】図５

Description

本発明は、画像投射装置、画像投射装置の制御方法および画像投射装置の制御プログラムに関する。さらに詳述すると、画像投射装置の投射画像の明るさの制御に関する。

画像投射装置として広く知られたプロジェクタは、液晶パネルの高解像化、ランプの高効率化に伴う明るさの改善、低価格化などが進んでいる。また、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）を利用した小型軽量な画像投射装置が普及し、オフィスや学校のみならず家庭においても広くこれら画像投射装置が利用されるようになってきている。

このような画像投射装置の光源としては、種々のランプが用いられているが、高圧水銀ランプなどのアーク放電を利用したランプ（アークランプ）が広く用いられている。また、省電力化や、投射画像の明るさの調整等のために、ランプを駆動する電力（駆動電力）を通常使用時の規定電力値よりも下げて使用するモード（エコモード、省電力モードなどという）を搭載する画像投射装置が知られている。

ランプの駆動電力を低下させる際に、瞬時にランプの駆動電力を下げることが可能なランプもあるが、画像投射装置には、ランプを保護するために瞬時に駆動電力を低下させることができず、一定時間かけて駆動電力を徐々に下げなければいけないランプも広く用いられている。特に、近年、これまで以上に駆動電力を低下させて使用が可能となるランプが開発されており、このようなランプは、ランプを保護するために一定時間かけて電力を下げることが要求される。

画像投射装置のランプの保護に関し、例えば、特許文献１には、ミュート期間（ユーザが映像投射を必要としていない期間）に移行した場合、猶予期間を設けることなく遮蔽部の開口率を低下させ、ミュート期間に移行してから猶予期間が経過した後に光源に供給する電力を最小値まで徐々に低下させるプロジェクタが開示されている。このプロジェクタは、ランプ電力の急激な上下変動を抑制して光源の劣化を防止すると共に消費電力を抑えるものである。

ここで、上記のような瞬時に駆動する電力を低下させることが制限されるランプを用いた画像投射装置の場合、ユーザが投射画像を暗くすること、省電力化を図ること等を目的として、エコモードなどの駆動電力を規定電力値よりも下げるモードに変更した時であっても、装置側ではランプの駆動電力を徐々に下げていく制約があるため、すぐには投射画像の明るさが所望の明るさ（すなわち、エコモードの場合の明るさ）に変更されず、変更までに時間がかかってしまうという問題があった。なお、上記特許文献１は、ミュート期間でのランプ電力の急激な変動を抑制するものであり、画像の投射中におけるユーザへの投射画像の明るさ変動の影響を考慮したものではない。

そこで本発明は、所定時間をかけて駆動電力を徐々に低下させることが要求されるランプを用いた画像投射装置において、ランプの駆動電力を低下させる際に、すぐに投射画像の明るさをユーザの所望の明るさにすることができる画像投射装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明に係る画像投射装置は、光を放射する光源と、該光源を駆動する電力を規定電力値から該規定電力値よりも低い値の設定電力に変更する際に、所定時間をかけて前記光源が前記設定電力での駆動となるように前記光源を制御する光源制御部と、前記光源からの光に基づいて画像を形成する画像形成部と、前記規定電力値から前記設定電力への変更が指示された際に、投射画像の輝度が前記設定電力での駆動後の輝度となるように前記画像形成部を制御する投射画像輝度制御部と、を備えるものである。

本発明によれば、所定時間をかけて駆動電力を徐々に低下させることが要求されるランプを用いた画像投射装置において、ランプの駆動電力を低下させる際に、すぐに投射画像の明るさをユーザの所望の明るさにすることができる。

本発明に係る画像投射装置の一実施形態を示す外観斜視図である。 画像投射装置の側面図であって、被投射面への投射状態を示した図である。 （Ａ）画像投射装置の外装カバーを外した状態を示す斜視図、（Ｂ）（Ａ）の丸囲み部分の拡大構成図である。 照明ユニット、投射ユニット、および光源ユニットの断面図である。 画像投射装置の要部構成を示すブロック図である。 画像投射装置による投射画像の輝度制御のフローチャートである。 （Ａ）投射画像の輝度制御におけるランプ電力とＤＭＤ素子のｄｕｔｙ比の経時変化を示すグラフ、（Ｂ）その時の投射画像の輝度変化を示すグラフである。

以下、本発明に係る構成を図１から図７に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。

本実施形態に係る画像投射装置は、光を放射する光源（高圧水銀ランプ４ａ）と、該光源を駆動する電力を規定電力値から該規定電力値よりも低い値の設定電力に変更する際に、所定時間をかけて光源が設定電力での駆動となるように光源を制御する光源制御部（ランプ電力制御部２１およびランプ駆動部３０）と、光源からの光に基づいて画像を形成する画像形成部（画像形成部４０）と、規定電力値から設定電力への変更が指示された際に、投射画像の輝度が設定電力での駆動後の輝度となるように画像形成部を制御する投射画像輝度制御部（輝度制御部２３および画像表示素子制御部２２）と、を備えるものである。なお、括弧内は実施形態での符号、適用例を示す。

なお、本明細書において、「輝度」とは、画像投射装置から出力される光の強さ［ｃｄ／ｍ^２］をいい、「照度」とは、被投射面（スクリーン）に投射された光の強さ［ｌｘ］をいい、特に区別しない場合は「明るさ」というものとする。

（画像投射装置の構成）
図１は、画像投射装置１の一実施形態を示す外観斜視図である。また、図２は、画像投射装置１の側面図であって、被投射面であるスクリーン１５への投射状態を示した図である。

画像投射装置１は、パーソナルコンピュータなどの情報処理装置やビデオカメラなどの撮像装置等から入力される映像データを基に映像を生成し、その映像をスクリーン１５に投影表示する装置（プロジェクタ）である。

画像投射装置１は、装置内部に光源としてのランプや多数の電子基板を備えており、起動時には、装置の内部温度が上昇する。このため、画像投射装置１には、内部の構成部品が耐熱温度を超えないように、吸気口１１および排気口１２が設けられている。

図３（Ａ）は、画像投射装置１の外装カバー２を外した状態を示す斜視図である。また、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の丸囲み部分で示す光学エンジン３と光源ユニット４の拡大構成図である。図３に示すように、画像投射装置１は、光学エンジン３および光源ユニット４を備えている。また、図４は、光学エンジン３を構成する照射光学系を備えた照明ユニット３ａ、投射光学系を備えた投射ユニット３ｂ、および光源ユニット４の上面から見た断面図である。

図３に示すように、吸気口１１、排気口１２の内側には、それぞれ吸気ファン１３、排気ファン１４が設けられており、吸気ファン１３から吸入した外気を排気ファン１４から排出することで、装置内の強制気流による空冷がなされる。

画像投射装置１においては、光源ユニット４の光源からの光（白色光）が光学エンジン３の照明ユニット３ａに照射される。照明ユニット３ａ内では、照射された白色光をＲＧＢに分光して、照射光学系により画像表示素子ユニット１０へ導き、変調信号に応じて画像形成する画像表示素子ユニット１０とその画像を投射ユニット３ｂの投射光学系によりスクリーン１５へ拡大投射する構成となっている。

光源ユニット４の光源（ランプ）としては、種々のランプを用いることができるが、例えば、アークランプを用いることができる。例えば、高圧水銀ランプ４ａを用いることが好ましい。

また、光源ユニット４の側面の一方向側には光源冷却手段としての１つの冷却ファン１６が設けられている。冷却ファン１６は、光源ユニット４の各部が設定された定格温度範囲内の温度となるように、その回転数が制御される。また、光源ユニット４からの光の出射方向と投射ユニット３ｂからの映像光の出射方向は、図４に示すように、略９０°の関係となっている。

また、光学エンジン３の照明ユニット３ａは、光源から照射された光を分光するカラーホイール５と、カラーホイール５から出射した光を照射光学系に導くライトトンネル６と、照射光学系としてのリレーレンズ７、平面ミラー８および凹面ミラー９と、を備えている。また、照明ユニット３ａ内には、画像表示素子ユニット１０が設けられる。

照明ユニット３ａでは、先ず、光源からの白色光が、円盤状のカラーホイール５で単位時間毎にＲＧＢの各色が繰り返す光に変換され出射される。次いで、板ガラスを張り合わせて筒状に構成されたライトトンネル６に、カラーホイール５から出射された光が導かれ伝送される。

次いで、ライトトンネル６から出射された光は、２枚のレンズを組み合わせてなるリレーレンズ７により、光の軸上色収差を補正しつつ集光される。また、リレーレンズ７から出射される光は、平面ミラー８および凹面ミラー９によって反射されて、複数のマイクロミラーからなる略矩形のミラー面を有し、映像データに基づいて各マイクロミラーが時分割駆動されることにより、所定の映像を形成するように投射光を加工して反射する画像表示素子（光変調素子）としてのＤＭＤ素子１０ａを備えた画像表示素子ユニット１０に集光される。

ＤＭＤ素子１０ａにより、時分割で映像データに基づいて、複数のマイクロミラーが使用する光は投射レンズへ反射され、捨てる光はＯＦＦ光板へ反射される。画像表示素子ユニット１０で使用する光は投射ユニット３ｂへ反射し、投射ユニット３ｂ内の複数の投射レンズを通り拡大された映像光はスクリーン１５上へ拡大投影される。

（画像投射装置の機能）
図５は、画像投射装置１の光源の駆動電力制御および投射画像の輝度制御に係る構成を示す機能ブロック図である。画像投射装置１は、主制御部２０と、高圧水銀ランプ４ａと、ランプ駆動部３０と、画像形成部４０と、投射部５０と、操作部６０と、を備えている。

また、主制御部２０は、ランプ電力制御部２１と、画像表示素子制御部２２と、輝度制御部２３と、入力受付部２４と、を備えている。

光源としての高圧水銀ランプ４ａは、一対の電極間の放電により発光物質（水銀）が発光する光源であり、ランプ電力制御部２１にて駆動電力が制御され、ランプ駆動部３０により該駆動電力で駆動制御がされる。

ランプ駆動部３０は、ランプ電力制御部２１により制御されて、所定の駆動条件で高圧水銀ランプ４ａを点灯させる。

画像形成部４０は、上述したカラーホイール５、ライトトンネル６、リレーレンズ７、平面ミラー８、凹面ミラー９、画像表示素子ユニット１０（ＤＭＤ素子１０ａ）等で構成され、高圧水銀ランプ４ａから出射される光の強度を変調して画像を形成する。画像形成部４０の各部の駆動は、主制御部２０により制御される。

投射部５０は、画像形成部４０により形成された画像をスクリーン１５に拡大投射する投射光学系である。

操作部６０は、ユーザからの種々の操作要求を受け付けるものであり、画像投射装置１の外面に設けられるキー・ボタン（操作パネル）等によって構成される。操作部６０は、操作要求を受け付けると、当該操作要求を主制御部２０の入力受付部２４に通知する。また、操作部６０は、遠隔操作装置であるリモコンからの操作信号を受信して、当該操作信号を入力受付部２４に通知する。

操作パネルおよびリモコンには、画像投射装置１の電源をオンオフする電源キー、ランプ電力の入力や、エコモードへの変更などの各種設定を行うメニューキー、十字キー、決定キー等が設けられている。画像投射装置１は、エコモードなどのモードごとにランプ電力値［Ｗ］の規定値が決まっており、モードの変更に応じて、ランプ電力値が変更される。また、ユーザの操作によりランプ電力値［Ｗ］が入力可能であってもよい。以下の説明において、ユーザにより設定される変更後のランプ電力値を、設定電力と呼ぶ。

主制御部２０は、装置の各部との制御信号の送受信を行って画像投射装置１の全体の制御を行う制御部である。また、メインプロセッサであるＣＰＵ（Central Processing Unit）、各種の制御プログラム、設定値等を記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）と、各処理におけるデータを一時的に格納しておくメモリデバイス（例えば、ＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic Random Access Memory）等）と、電源ＯＦＦ時にも設定情報等を記録しておくデータ保持メモリデバイスであるＮＶＲＡＭ（Non Volatile RAM）等がバスで接続されて構成される。

ランプ電力制御部２１は、ランプ駆動部３０が何Ｗの電力（駆動電力）で高圧水銀ランプ４ａを点灯させるかを制御する。ランプ電力制御部２１は、高圧水銀ランプ４ａの駆動電力を、ユーザに選択されたモードの規定値や、ユーザから入力されたランプ電力値の入力値となるように、ランプ駆動部３０を制御する。

入力受付部２４は、モード変更やランプ電力値の入力を、操作部６０を介して受け付ける。

輝度制御部２３は、入力受付部２４がランプ電力値を低下させる変更入力を受けると、直ちに投射画像の輝度が低下するように、画像表示素子制御部２２に画像形成部４０の制御のための情報（制御情報という）を送る。また、ランプ電力制御部２１からの駆動電力［Ｗ］の情報に基づいて、ランプの駆動電力が徐々に変動していく間も投射画像の輝度が変わらないように画像表示素子制御部２２に制御情報を送る。

画像表示素子制御部２２は、輝度制御部２３からの制御情報に基づいて、画像形成部４０の画像表示素子ユニット１０を制御する。

（投射画像の輝度制御）
図６は、画像投射装置１が実行する投射画像の輝度制御の一例を示すフローチャートである。

先ず、ユーザ操作がされ、入力受付部２４がランプ電力値を低下させる変更入力を受けると（Ｓ１０１）、ランプ電力制御部２１は、ランプ駆動部３０を制御して、高圧水銀ランプ４ａの駆動電力が変更後の値（設定電力）となるように、規定の速度で徐々に電力を低下させていく（Ｓ１０２）。

Ｓ１０２の処理の開始と同時に、画像表示素子制御部２２は、輝度制御部２３からの制御情報に基づいて、高圧水銀ランプ４ａの駆動電力が設定電力となった場合の投射画像の輝度となるように、画像表示素子ユニット１０を制御する（Ｓ１０３）。ここでは、ＤＭＤ素子１０ａのデューティー比（ｄｕｔｙ比）を大きく低下させる制御をする。

本実施形態では、輝度制御部２３は、例えば、投射画像の輝度が設定電力への変更後の輝度となるように、投射画像の元となる画像データに含まれる各画素の階調値を低減するよう画像表示素子制御部２２を制御するものである。

また、輝度制御部２３は、元となる画像データに含まれる各画素の階調値の制御に替えて、投射画像の輝度が設定電力への変更後の輝度となるように、光学系の絞り量を制御するものであってもよい。絞り量の調整は、階調の幅が狭くならないため好ましい。また、階調値、および光学系の絞り量の双方を制御するものであってもよい。

Ｓ１０２の処理により、時間が経つにつれて高圧水銀ランプ４ａの駆動電力が低下していくため、Ｓ１０３の処理のみでは、徐々に投射画像の輝度が低くなってしまう。そのため、画像表示素子制御部２２は、輝度制御部２３からの制御情報に基づいて、投射画像の輝度が変化しないように、画像表示素子ユニット１０を制御する（Ｓ１０４）。すなわち、ＤＭＤ素子１０ａのデューティー比（ｄｕｔｙ比）を徐々に上げていく制御をする。例えば、低減した各画素の階調値を徐々に戻していく制御である。また、絞り量を変更した場合は、これを徐々に戻していく制御である。

高圧水銀ランプ４ａの駆動電力が設定電力まで低下すると（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、ランプ電力制御部２１によるランプ電力を低下させる制御、および輝度制御部２３および画像表示素子制御部２２による画像表示素子ユニット１０のデューティー比の制御は終了する。

図７（Ａ）は、投射画像の輝度制御におけるランプ電力［Ｗ］とＤＭＤ素子１０ａのｄｕｔｙ比［％］の経時変化を示すグラフである。また、図７（Ｂ）は、その時の投射画像の輝度変化を示すグラフである。

図７（Ａ）に示すように、高圧水銀ランプ４ａの駆動電力が設定電力となるように、規定の速度で徐々に電力を低下させる処理（Ｓ１０２）の開始時（時間ｔ１）に、ＤＭＤ素子１０ａのｄｕｔｙ比を瞬時に大きく低下させている。これにより、図７（Ｂ）に示すように、投射画像の輝度が大きく低下する。すなわち、ユーザにとっては、変更直後からエコモードへの変更後の明るさで画像が投射されていることとなる。

そして、時間ｔ１から、高圧水銀ランプ４ａの駆動が設定電力での駆動に変更が完了する時間（時間ｔ２）までランプ電力が低下していくが、それに連れてＤＭＤ素子１０ａのｄｕｔｙ比を徐々に高く変化させていく。

すなわち、ランプ電力の低下による投射画像の輝度の低下と、ＤＭＤ素子１０ａのｄｕｔｙ比の上昇に伴う輝度の上昇の割合が等しくなるように制御するものである。したがって、図７（Ｂ）に示すように、投射画像の輝度は時間ｔ１からｔ２まで一定となり、ランプ電力の低下完了までユーザにとって、一定の明るさで画像が投射されていることとなる。なお、投射画像の輝度は、図７（Ｂ）に示すように一定となるように制御されることが理想的であるが、ある程度の変動があってもよいのは勿論である。

また、時間ｔ２となりランプ電力が設定電力まで低下した後は、ＤＭＤ素子１０ａのｄｕｔｙ比は、初期状態（時間ｔ１以前の状態）に戻り、以降も投射画像の輝度は一定となる。

以上説明した本実施形態に係る画像投射装置によれば、瞬時に駆動する電力を低下させることが制限され、所定時間をかけて駆動電力を徐々に低下させることが要求されるランプを用いた画像投射装置において、エコモードのようにランプの駆動電力を低下させるモードに変更された際に、すぐに投射画像の明るさを、モード（設定電力）に応じた所望の明るさにするとともに、この明るさを維持することができる。

詳しくは、ランプ電力の低下開始時に、投射画像の輝度を設定電力への変更後の輝度まで低下させるように画像形成部（例えば、画像表示素子のｄｕｔｙ比）を制御するとともに、以後、ランプ電力を徐々に低下させることによる投射画像の輝度の低下を相殺するように、画像形成部を制御するものである。これにより、ユーザにとっては、瞬時に、変更後の電力値、変更後のモードでの画像の明るさに変化し、その明るさが維持された投射画像を見ることができる。

なお、本実施形態では、ランプ電力の設定電力までの低下を相殺するためのＤＭＤ素子１０ａのｄｕｔｙ比が既知である場合について説明したが、画像投射装置１がスクリーン１５に投射されている投射画像の明るさ（照度）を検知する検知手段（照度センサ）、または、画像投射装置１の投射ユニット３ｂから投射する投射画像の明るさ（輝度）を検知する検知手段（輝度センサ）を備え、該検知手段が検知した値に基づいて、ＤＭＤ素子１０ａを制御することも好ましい。これにより、ユーザが見ている投射画像の照度や出力される投射画像の輝度に応じてより正確に制御することがきる。

尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。

例えば、上記実施形態では、画像表示素子としてＤＭＤを用いた画像投射装置を例にし、ＤＭＤのデューティーを低下させる処理を説明したが、画像表示素子として液晶（Liquid crystal display（ＬＣＤ））や反射型液晶（Liquid crystal on silicon（ＬＣＯＳ（登録商標））を用いるものであっても、本発明を適用することができる。

また、主制御部２０のランプ電力制御部２１、画像表示素子制御部２２、および輝度制御部２３は、例えば、主制御部２０のＣＰＵで実行されるソフトウェア（制御プログラム）を画像投射装置１で実行させることで構成できる。

１ 画像投射装置
２ 外装カバー
３ 光学エンジン
３ａ 照明ユニット
３ｂ 投射ユニット
４ 光源ユニット
４ａ 高圧水銀ランプ
５ カラーホイール
６ ライトトンネル
７ リレーレンズ
８ 平面ミラー
９ 凹面ミラー
１０ 画像表示素子ユニット
１０ａ ＤＭＤ素子
１１ 吸気口
１２ 排気口
１３ 吸気ファン
１４ 排気ファン
１５ スクリーン
１６ 冷却ファン
２０ 主制御部
２１ ランプ電力制御部
２２ 画像表示素子制御部
２３ 輝度制御部
２４ 入力受付部
３０ ランプ駆動部
４０ 画像形成部
５０ 投射部
６０ 操作部

特開２０１３−５０５９１号公報

Claims (8)

1. 光を放射する光源と、
   該光源を駆動する電力を規定電力値から該規定電力値よりも低い値の設定電力に変更する際に、所定時間をかけて前記光源が前記設定電力での駆動となるように前記光源を制御する光源制御部と、
   前記光源からの光に基づいて画像を形成する画像形成部と、
   前記規定電力値から前記設定電力への変更が指示された際に、投射画像の輝度が前記設定電力での駆動後の輝度となるように前記画像形成部を制御する投射画像輝度制御部と、
   を備えることを特徴とする画像投射装置。
2. 前記投射画像輝度制御部は、前記光源制御部が前記光源を駆動する電力の低下を開始して、前記設定電力での駆動とするまで、投射画像の輝度が一定となるように前記画像形成部を制御することを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
3. 前記投射画像輝度制御部は、前記規定電力値から前記設定電力への変更が指示された際に、前記画像形成部の画像表示素子のデューティー比を低下させた後、前記光源制御部が前記光源を駆動する電力を徐々に低下させて、前記設定電力での駆動とするまで、低下させたデューティー比を高くしていくことを特徴とする請求項１または２に記載の画像投射装置。
4. 前記投射画像輝度制御部は、投射画像の元となる画像データに含まれる各画素の階調値を制御することを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の画像投射装置。
5. 前記投射画像輝度制御部は、光学系の絞り量を制御することを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の画像投射装置。
6. 被投射面に投射された投射画像の照度、または当該画像投射装置が投射する投射画像の輝度を検知する検知手段を備え、
   前記投射画像輝度制御部は、前記検知手段の検知情報に基づいて、前記画像形成部を制御することを特徴とする請求項１から５までのいずれかに記載の画像投射装置。
7. 光を放射する光源と、
   該光源を駆動する電力を規定電力値から該規定電力値よりも低い値の設定電力に変更する際に、所定時間をかけて前記光源が前記設定電力での駆動となるように前記光源を制御する光源制御部と、
   前記光源からの光に基づいて画像を形成する画像形成部と、を備える画像投射装置の制御方法であって、
   前記規定電力値から前記設定電力への変更が指示された際に、投射画像の輝度が前記設定電力での駆動後の輝度となるように前記画像形成部を制御するようにしたことを特徴とする画像投射装置の制御方法。
8. 光を放射する光源と、
   該光源を駆動する電力を規定電力値から該規定電力値よりも低い値の設定電力に変更する際に、所定時間をかけて前記光源が前記設定電力での駆動となるように前記光源を制御する光源制御部と、
   前記光源からの光に基づいて画像を形成する画像形成部と、を備える画像投射装置の制御プログラムであって、
   前記規定電力値から前記設定電力への変更が指示された際に、投射画像の輝度が前記設定電力での駆動後の輝度となるように前記画像形成部を制御する処理をコンピュータに実行させることを特徴とする画像投射装置の制御プログラム。