JP2016045346A

JP2016045346A - 画像投射装置

Info

Publication number: JP2016045346A
Application number: JP2014169283A
Authority: JP
Inventors: 貴洋加戸; Takahiro Kato
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2014-08-22
Filing date: 2014-08-22
Publication date: 2016-04-04
Also published as: US9648292B2; CN105372915B; EP2988171A1; EP2988171B1; US20160057398A1; CN105372915A

Abstract

【課題】投射像の明るさが最大となるモードと、投射像の明るさが最小となるモードとを切り替え可能な画像投射装置を実現する。【解決手段】本発明の画像投影装置は、光源とカラーホイールと制御部と画像形成部とを備える。制御部は、第１モードの場合は、第１のカラーフィルタに対して光源からの光を照射するタイミングで光源に供給する電力を、第１のカラーフィルタの色よりも視認性が低い色に対応する第２のカラーフィルタに対して光源からの光を照射するタイミングで光源に供給する電力よりも高い値に制御する。また、制御部は、第２モードの場合は、第１のカラーフィルタに対して光源からの光を照射するタイミングで光源に供給する電力を、第２のカラーフィルタに対して光源からの光を照射するタイミングで光源に供給する電力よりも低い値に制御する。【選択図】図５

Description

本発明は、画像投射装置に関する。

従来、ＤＬＰ（登録商標）方式のプロジェクタでは、映像モードごとに明るさや色味を変化させるために、供給される電力に応じた明るさの光を発する光源に供給する電力の波形をモードごとに変化させる手法が広く用いられている。例えば、明るさが必要な高輝度モードと呼ばれる映像モードでは、複数色にセグメント化された透過性の円板であるカラーホイールの透明色のセグメント（透明色のカラーフィルタ）に対して光源からの光を照射するタイミングで光源に供給する電力を高め、青色のセグメントに対して光源からの光を照射するタイミングで光源に供給する電力を低くするといった方法を用いることができる。

例えば特許文献１には、赤、青、緑、透明等のフィルタを有するカラーホイールを用いたプロジェクタにおいて、フィルタごとに光源の輝度を変更することで、プロジェクタの白色光の明るさを高める、あるいは、白色光の明るさを抑える代わりに赤や青色の光の強度を高める、といった方法が開示されている。

しかしながら、従来においては、投射像の明るさが最大となるモードと、投射像の明るさが最小となるモードとを切り替え可能なプロジェクタは存在せず、それを実現するための仕組みも知られていなかった。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、供給される電力に応じた明るさの光を発する光源と、円周方向に沿って配置された複数のカラーフィルタを有し、前記光源からの光を前記複数のカラーフィルタの各々から順に透過させるカラーホイールと、前記複数のカラーフィルタの各々に対して前記光源からの光を照射するタイミングに応じて、前記光源に供給する電力を可変に制御する制御部と、前記カラーホイールを透過した光の強度を変調して画像を形成する画像形成部と、を備え、前記制御部は、第１モードの場合は、第１のカラーフィルタに対して前記光源からの光を照射するタイミングで前記光源に供給する電力を、前記第１のカラーフィルタの色よりも視認性が低い色に対応する第２のカラーフィルタに対して前記光源からの光を照射するタイミングで前記光源に供給する電力よりも高い値に制御し、第２モードの場合は、前記第１のカラーフィルタに対して前記光源からの光を照射するタイミングで前記光源に供給する電力を、前記第２のカラーフィルタに対して前記光源からの光を照射するタイミングで前記光源に供給する電力よりも低い値に制御する画像投射装置である。

本発明によれば、投射像の明るさが最大となるモードと、投射像の明るさが最小となるモードとを切り替え可能な画像投射装置を実現することができる。

図１は、実施形態のプロジェクタの斜視図である。図２は、実施形態のプロジェクタの側面図である。図３は、実施形態の光学エンジン部の構成の一例を示す図である。図４は、カラーホイールの一例を示す図である。図５は、プロジェクタのハードウェア構成の一例を示す図である。図６は、高圧水銀ランプの断面の一例を示す図である。図７は、角度和と明るさ変化率の最大値との関係を表す図である。図８は、第１モードの場合のランプ波形の一例を示す図である。図９は、第２モードの場合のランプ波形の一例を示す図である。図１０は、変形例の第１モードの場合のランプ波形の一例を示す図である。図１１は、変形例の第２モードの場合のランプ波形の一例を示す図である。図１２は、角度和と明るさ上昇率の最大値との関係を表す図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る画像投射装置の実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本発明が適用される画像投射装置としてのプロジェクタ１の斜視図、図２は、プロジェクタ１の側面図である。なお、図２ではプロジェクタ１の投射レンズ１０から発した投射光が被投射物の一例であるスクリーン２に照射されている状態が示されている。

また、図３は、プロジェクタ１内部の光学エンジン部１００の構成の一例を示す図である。図３に示すように、光源手段（ランプユニット）３が発した光はカラーホイール４を透過した後ライトトンネル５を通過し、リレーレンズ６、平面ミラー７、凹面ミラー８等の複数のミラーを経由して、画像形成部９へ入射される。

本実施形態では、画像形成部９は、複数のマイクロミラーからなる矩形状のミラー面を有し、入力される映像や画像のデータ（以下の説明では「入力信号」と称する場合がある）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、所定の画像を形成するように投射光を加工して反射するＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）で構成されるが、これに限られるものではない。要するに、画像形成部９は、カラーホイール４を透過した光（広く捉えれば光源手段３が発した光）の強度を変調して画像を形成する機能を有するものであればよい。ＤＭＤは、入力信号に応じて各マイクロミラーのＯＮ／ＯＦＦを切り替えることで投射部１１へ供給する光を選別する。投射部１１へ供給された光は、複数の投射レンズ１０を通って拡大され、拡大された映像光がスクリーン２に投射される。

図４は、カラーホイール４の一例を示す図である。図４に示すように、カラーホイール４は、円周方向に沿って配置された複数のカラーフィルタを有する透過性の円板である。そして、カラーホイール４は、光源手段３からの光を複数のカラーフィルタの各々から順に透過させる。図４の例では、カラーホイール４は、光源手段３からの白色光を、赤色の光に変換する赤色のカラーフィルタと、黄色の光に変換する黄色のカラーフィルタと、青色の光に変換する青色のカラーフィルタと、緑色の光に変換する緑色のカラーフィルタと、白色光をそのまま透過させる透明（白色）のカラーフィルタとを有している。なお、各カラーフィルタの形状は扇形であり、それぞれの中心角は予め定められた値に設定されている。中心角の設定の考え方については後述する。

本実施形態では、カラーホイール４が有する複数のカラーフィルタの種類と角度（中心角の角度）として、図４に示す構成を採用しているが、これに限らず、例えばシアン色やマゼンダ色のカラーフィルタをさらに加えた構成であってもよいし、赤、青、緑の３色のカラーフィルタからなる構成であってもよい。

図５は、本実施形態のプロジェクタ１のハードウェア構成の一例を示す図である。説明の便宜上、図５では、本発明を実現するのに必要な最低限の構成を例示している。図５に示すように、プロジェクタ１は、高圧水銀ランプ１０１と、高圧水銀ランプ駆動部１０２と、画像形成部９と、投射部１１と、制御装置１０３とを備える。

高圧水銀ランプ１０１は、供給される電力に応じた明るさの光を発する。より具体的には、図６に示すように、高圧水銀ランプ１０１は、管球部３１と、管球部３１内に高圧で封入された水銀３２と、管球部３１内に設けられた一対の電極３３と、リフレクタ３４とを含む。高圧水銀ランプ１０１は、一対の電極３３間の放電により水銀３２が発光することで、光源として機能する。

図５に戻って説明を続ける。高圧水銀ランプ駆動部１０２は、制御装置１０３の制御の下、高圧水銀ランプ１０１に供給する電力を可変に制御する。また、高圧水銀ランプ駆動部１０２は、高圧水銀ランプ１０１に供給する電力を短時間に変化させることが可能である。これにより、カラーホイール４が有する複数のカラーフィルタの各々に対して光源手段３からの光（光源である高圧水銀ランプ１０１からの光であると捉えることもできる）を照射するタイミングに応じて、高圧水銀ランプ１０１に供給する電力、すなわち、高圧水銀ランプ１０１が発する光（白色光）の明るさを変えることができ、投射光の明るさや色バランスを調整することが可能になる。

この例では、図３に示す光源手段３は、高圧水源ランプ１０１と高圧水銀ランプ駆動部１０２から構成されている。この例では、高圧水銀ランプ１０１が請求項の「光源」に対応していると考えることもできるし、光源手段３が請求項の「光源」に対応していると考えることもできる。以下の説明では、高圧水銀ランプ１０１や光源手段３を単に「光源」と称する場合がある。

画像形成部９は、カラーホイール４を透過した光の強度を変調して画像を形成する。上述したように、本実施形態では、画像形成部９は、デジタルミラーデバイスで構成されている。投射部１１は、画像形成部９により形成された画像を、スクリーン２に拡大投射する。画像形成部９により形成された画像は、スクリーン２(被投射物の一例)に投射される画像（投射対象の画像）であると考えることができ、以下の説明では「投射像」と称する場合がある。高圧水銀ランプ駆動部１０２および画像形成部９の動作は、制御装置１０３によって決定される。

制御装置１０３は、プロジェクタ１全体の動作を統括的に制御する。ここで、本実施形態のプロジェクタ１は、投射像の明るさが最大となるモードである第１モード、および、投射像の明るさが最小となるモードである第２モードの２つのモードを有している。制御装置１０３は、第１モードの場合は、第１のカラーフィルタに対して光源からの光を照射するタイミングで光源に供給する電力を、第１のカラーフィルタの色よりも視認性が低い色に対応する第２のカラーフィルタに対して光源からの光を照射するタイミングで光源に供給する電力よりも高い値に制御する。一方、第２モードの場合は、第１のカラーフィルタに対して光源からの光を照射するタイミングで光源に供給する電力を、第２のカラーフィルタに対して光源からの光を照射するタイミングで光源に供給する電力よりも低い値に制御する。

本実施形態では、上記第２のカラーフィルタは、赤色のカラーフィルタおよび青色のカラーフィルタであり、上記第１のカラーフィルタは、黄色のカラーフィルタ、緑色のカラーフィルタ、および、透明（白色）のカラーフィルタであるが、これに限られるものではない。

図７は、赤色のカラーフィルタおよび青色のカラーフィルタの各々の中心角の角度和（第２のカラーフィルタの中心角の角度和）と、明るさ変化率の最大値との関係を表す図である。明るさ変化率の最大値とは、投射像の明るさが最大となるよう、光源に供給する電力の経時的変化を表す波形を設定した場合の光の明るさ（カラーホイール４を透過した後の光の一定期間における平均照度）と、投射像の明るさが最小となるよう、上記波形を設定した場合の光の明るさとの比率を表している。本実施形態では、光源に供給する電力の大きさは、複数のカラーフィルタの各々に対して光源からの光を照射するタイミングごとに可変に設定されるので、上記波形の高さは、一定の高さとはならない。以下の説明では、本実施形態における上記波形（光源に供給する電力の経時的変化を表す波形）を、「ランプ波形」と称する場合がある。

図７に示すグラフの横軸は、赤色のカラーフィルタおよび青色のカラーフィルタの各々の中心角の角度和（以下、単に「角度和」と称する場合がある）を表し、縦軸は明るさ変化率の最大値を表している。図７からも理解されるように、角度和が増えるに従って、明るさ変化率の最大値も増加することが分かる。例えば角度和を１８０度以上にすることで、明るさ変化率の最大値を１７０％以上に増加させることが可能になる。

図８は、投射像の明るさが最大となるように設定されたランプ波形、すなわち、第１モードの場合のランプ波形の一例を示す図である。図８からも理解されるように、制御装置１０３は、第１モードの場合、透明（白色）のカラーフィルタ、黄色のカラーフィルタ、および、緑色のカラーフィルタの各々に対して光源からの光を照射するタイミング（Ｔｗ、Ｔｙ、Ｔｇ）で光源に供給する電力を、これらの色（白色、黄色、緑色）よりも視認性が低い色に対応する赤色のカラーフィルタおよび青色のカラーフィルタの各々に対して光源からの光を照射するタイミング（Ｔｒ、Ｔｂ）で光源に供給する電力よりも高い値に制御していることが分かる。

図９は、投射像の明るさが最小となるように設定されたランプ波形、すなわち、第２モードの場合のランプ波形の一例を示す図である。図９からも理解されるように、制御装置１０３は、第２モードの場合、透明（白色）のカラーフィルタ、黄色のカラーフィルタ、および、緑色のカラーフィルタの各々に対して光源からの光を照射するタイミング（Ｔｗ、Ｔｙ、Ｔｇ）で光源に供給する電力を、赤色のカラーフィルタおよび青色のカラーフィルタの各々に対して光源からの光を照射するタイミング（Ｔｒ、Ｔｂ）で光源に供給する電力よりも低い値に制御していることが分かる。

ここで、光源に供給する電力量（電力の時間積分値）は一定であり、ランプ波形の形状は、その一定の電力量の範囲内で可変に設定されることになる。本実施形態では、第２モードにおいて、第２のカラーフィルタに対して光源からの光を照射するタイミングで、光源に最大電力を供給することができるよう、第２のカラーフィルタの中心角が予め設定される。つまり、図９に示すように、赤色のカラーフィルタに対して光源からの光を照射するタイミングＴｒ、および、青色のカラーフィルタに対して光源からの光を照射するタイミングＴｂの各々で、光源に最大電力を供給することができるよう、赤色のカラーフィルタおよび青色のカラーフィルタの各々の中心角が設定される。一例として、ここでは、赤色のカラーフィルタおよび青色のカラーフィルタの各々の中心角の角度和が１８０度以上に設定されるが、これに限られるものではなく、例えば角度和を１５０度に設定してもよいし、１６０度に設定してもよい。

以上に説明したように、本実施形態では、第１モードの場合は、透明（白色）のカラーフィルタ、黄色のカラーフィルタ、および、緑色のカラーフィルタの各々に対して光源からの光を照射するタイミングで光源に供給する電力を、これらの色（白色、黄色、緑色）よりも視認性が低い色に対応する赤色のカラーフィルタおよび青色のカラーフィルタの各々に対して光源からの光を照射するタイミングで光源に供給する電力よりも高い値に制御する。一方、第２モードの場合は、透明（白色）のカラーフィルタ、黄色のカラーフィルタ、および、緑色のカラーフィルタの各々に対して光源からの光を照射するタイミングで光源に供給する電力を、赤色のカラーフィルタおよび青色のカラーフィルタの各々に対して光源からの光を照射するタイミングで光源に供給する電力よりも低い値に制御する。これにより、投射像の明るさが最大となる第１モードと投射像の明るさが最小となる第２モードを切り替え可能なプロジェクタを実現できる。

また、本実施形態では、制御装置１０３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備える通常のコンピュータ装置と同様のハードウェア構成を有し、上述した制御装置１０３の機能は、ＣＰＵがＲＯＭ等に格納されたプログラムを実行することにより実現される。本実施形態の制御装置１０３で実行されるプログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｋ）、ＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよいし、インターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。また、各種プログラムを、ＲＯＭ等の不揮発性の記録媒体に予め組み込んで提供するように構成してもよい。

以上、本発明の実施形態を説明したが、上述の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。本発明は、上述の実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

例えばカラーホイール４は、上述の実施形態で説明した色のカラーフィルタに加えて、例えばマゼンダ色（赤紫色）のカラーフィルタをさらに備える形態であってもよい。この場合、上記第２のカラーフィルタは、赤色のカラーフィルタ、青色のカラーフィルタ、および、マゼンダ色のカラーフィルタとなる。

図１０は、本変形例の第１モードの場合のランプ波形の一例を示す図である。図１０からも理解されるように、制御装置１０３は、第１モードの場合、透明（白色）のカラーフィルタ、黄色のカラーフィルタ、および、緑色のカラーフィルタの各々に対して光源からの光を照射するタイミング（Ｔｗ、Ｔｙ、Ｔｇ）で光源に供給する電力を、これらの色（白色、黄色、緑色）よりも視認性が低い色に対応する赤色のカラーフィルタ、青色のカラーフィルタおよびマゼンダ色のカラーフィルタの各々に対して光源からの光を照射するタイミング（Ｔｒ、Ｔｂ、Ｔｍ）で光源に供給する電力よりも高い値に制御していることが分かる。

図１１は、本変形例の第２モードの場合のランプ波形の一例を示す図である。図１１からも理解されるように、制御装置１０３は、第２モードの場合、透明（白色）のカラーフィルタ、黄色のカラーフィルタ、および、緑色のカラーフィルタの各々に対して光源からの光を照射するタイミング（Ｔｗ、Ｔｙ、Ｔｇ）で光源に供給する電力を、赤色のカラーフィルタ、青色のカラーフィルタおよびマゼンダ色のカラーフィルタの各々に対して光源からの光を照射するタイミング（Ｔｒ、Ｔｂ、Ｔｍ）で光源に供給する電力よりも低い値に制御していることが分かる。

本変形例では、図１１に示すように、赤色のカラーフィルタに対して光源からの光を照射するタイミングＴｒ、青色のカラーフィルタに対して光源からの光を照射するタイミングＴｂ、および、マゼンダ色のカラーフィルタに対して光源からの光を照射するタイミングＴｍの各々で、光源に最大電力を供給することができるよう、赤色のカラーフィルタ、青色のカラーフィルタおよびマゼンダ色のカラーフィルタの各々の中心角が設定される。例えば赤色のカラーフィルタ、青色のカラーフィルタおよびマゼンダ色のカラーフィルタの中心角の角度和を１８０度以上に設定してもよいが、これに限られるものではない。

また、図１２は、赤色のカラーフィルタおよび青色のカラーフィルタの各々の中心角の角度和と、明るさ上昇率の最大値との関係を表す図である。明るさ上昇率の最大値とは、投射像の明るさが最大となるようランプ波形を設定した場合の光の明るさと、光源に供給する電力を一定に設定した場合（ランプ波形を用いない場合）の光の明るさとの比率を表している。

図１２に示すグラフの横軸は、赤色のカラーフィルタおよび青色のカラーフィルタの各々の中心角の角度和を表し、縦軸は明るさ上昇率の最大値を表している。図１２からも理解されるように、角度和が増えるに従って、明るさ上昇率の最大値も増加することが分かる。例えば角度和を１８０度以上にすることで、明るさ上昇率の最大値を１２０％以上に増加させることが可能になる。すなわち、投射像の明るさが最大となる第１モードにおいて、投射像の明るさが最大となるようランプ波形を設定し、かつ、角度和を１８０度以上に設定することにより、明るさの上昇率の最大値を一層高めることができるという顕著な効果を達成することができる。

また、これに限らず、例えばカラーホイール４が、上述の実施形態で説明した色のカラーフィルタに加えて、例えばマゼンダ色（赤紫色）のカラーフィルタをさらに備える形態の場合は、赤色のカラーフィルタ、青色のカラーフィルタおよびマゼンダ色のカラーフィルタの中心角の角度和を１８０度以上に設定することもできる。さらに、例えば第２モードを設けない形態とすることもできる。なお、上述した実施形態および変形例は任意に組み合わせることが可能である。

１プロジェクタ
２スクリーン
３光源手段
４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画像形成部
１０投射レンズ
１１投射部
１０１高圧水銀ランプ
１０２高圧水銀ランプ駆動部
１０３制御装置

特開２０１４−４１３５９号公報

Claims

供給される電力に応じた明るさの光を発する光源と、
円周方向に沿って配置された複数のカラーフィルタを有し、前記光源からの光を前記複数のカラーフィルタの各々から順に透過させるカラーホイールと、
前記複数のカラーフィルタの各々に対して前記光源からの光を照射するタイミングに応じて、前記光源に供給する電力を可変に制御する制御部と、
前記カラーホイールを透過した光の強度を変調して画像を形成する画像形成部と、を備え、
前記制御部は、
第１モードの場合は、第１のカラーフィルタに対して前記光源からの光を照射するタイミングで前記光源に供給する電力を、前記第１のカラーフィルタの色よりも視認性が低い色に対応する第２のカラーフィルタに対して前記光源からの光を照射するタイミングで前記光源に供給する電力よりも高い値に制御し、
第２モードの場合は、前記第１のカラーフィルタに対して前記光源からの光を照射するタイミングで前記光源に供給する電力を、前記第２のカラーフィルタに対して前記光源からの光を照射するタイミングで前記光源に供給する電力よりも低い値に制御する、
画像投射装置。
前記第１モードは、前記画像の明るさが最大となるモードであり、
前記第２モードは、前記画像の明るさが最小となるモードである、
請求項１の画像投射装置。
前記第２モードにおいて、前記第２のカラーフィルタに対して前記光源からの光を照射するタイミングで、前記光源に最大電力を供給することができるよう、扇形の前記第２のカラーフィルタの中心角が設定される、
請求項１または２の画像投射装置。
前記第２のカラーフィルタは、赤色のカラーフィルタおよび青色のカラーフィルタであり、
扇形の前記赤色のカラーフィルタの中心角と、扇形の前記青色のカラーフィルタの中心角との角度和は１８０度以上である、
請求項１乃至３のうちの何れか１項の画像投射装置。
前記第２のカラーフィルタは、赤色のカラーフィルタ、青色のカラーフィルタ、および、マゼンダ色のカラーフィルタであり、
扇形の前記赤色のカラーフィルタの中心角と、扇形の前記青色のカラーフィルタの中心角と、扇形の前記マゼンダ色のカラーフィルタの中心角との角度和は１８０度以上である、
請求項１乃至３のうちの何れか１項の画像投射装置。