JP2019128590A - 画像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源の劣化にかかわらず投射画像の視認性を確保する。【解決手段】画像投射装置１００は、光源６からの光を用いて画像を投射する。該装置は、光源に供給する電力を制御する制御手段２０と、光源の状態を表す光源状態情報を取得する光源状態取得手段１４を有する。制御手段は、画像の明るさに関する情報に基づいて画像を暗くするために電力を減少させる際に、該電力の減少の前または後に取得された光源状態情報を用いて、光源の光量が所定の光量を下回らないように電力を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、光源からの光を用いて画像を投射する画像投射装置（以下、プロジェクタという）に関する。

プロジェクタには、ＬＥＤやレーザダイオード（ＬＤ）等の固体光源を用いるものがある。特許文献１には、ＬＤの点灯と消灯の時間比の制御（ＰＷＭ制御）による光量調整とＬＤの駆動電流の制御による光量調整とを組み合わせて行うことで、投射画像の明るさを広範囲で精度良く調整できるプロジェクタが開示されている。

特開２０１４−１０６４２０号公報

投射画像のコントラストの調整や光源の寿命を延ばすために投射画像の明るさを低下させる場合がある。一方、投射画像の視認性を確保するためにはある程度以上の明るさは必要である。このため、投射画像の明るさ調整においてユーザが設定できる下限を設けることが望ましい。光源の駆動条件は、明るさ調整の設定に基づいて設定されるが、光源は、その劣化によって同じ駆動条件でも光量が低下する。このため、ユーザが投射画像の明るさを下限に設定した場合に、光源の劣化によって光量が低下すると、視認性を確保するための明るさを得ることができなくなる。

本発明は、光源の劣化にかかわらず投射画像の視認性を確保できるようにした画像投射装置を提供する。

本発明の一側面としての画像投射装置は、光源からの光を用いて画像を投射する。該画像投射装置は、光源に供給する電力を制御する制御手段と、光源の状態を表す光源状態情報を取得する光源状態取得手段とを有する。制御手段は、画像の明るさに関する情報に基づいて画像を暗くするために電力を減少させる際に、該電力の減少の前または後に取得された光源状態情報を用いて、光源の光量が所定の光量を下回らないように電力を制御することを特徴とする。

また、本発明の他の一側面としての制御方法は、光源からの光を用いて画像を投射する画像投射装置において、光源に供給される電力を制御する制御方法である。該制御方法は、光源の状態を表す光源状態情報を取得するステップと、画像の明るさに関する情報に応じて画像を暗くするために電力を減少させる際に、該電力の減少の前または後に取得された光源状態情報を用いて、光源の光量が所定の光量を下回らないように電力を制御するステップとを有することを特徴とする。

なお、画像投射装置のコンピュータに、上記制御方法に従う処理を実行させるコンピュータプログラムも、本発明の他の一側面を構成する。

本発明によれば、光源の劣化にかかわらず、投射画像の視認性を確保するための光源の光量を維持することができる。

実施例１であるプロジェクタの構成を示すブロック図。 実施例１における光源制御処理を示すフローチャート。 実施例１（および実施例２）における積算点灯時間に対する光源光量の変化を示す図。 実施例１（および実施例２）における積算点灯時間に対する光源動電流の変化を示す図。 実施例２における光源制御処理を示すフローチャート。 実施例３における光源制御処理を示すフローチャート。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施例１である画像投射装置としてのプロジェクタ１００の構成を示している。パーソナルコンピュータ等の外部機器から出力された映像信号は、映像信号入力部１に入力される。映像信号入力部１は、ＶＧＡやＶｉｄｅｏ信号等のアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器およびＨＤＭＩ（登録商標）やＤＶＩ等のデジタル信号を所定のデジタル信号フォーマットに変換するレシーバを備えている。映像信号入力部１にて変換されたデジタル映像信号は、映像信号処理部２に送られる。

映像信号処理部２は、映像信号処理専用のＤＳＰ等により構成され、入力されるデジタル映像信号の解像度を読み取って内部での処理に必要な解像度の映像信号に変換するスケーリング処理およびボタン操作時のメニュー表示や台形補正（キーストン補正）処理等を行う。映像信号処理部２で処理されたデジタル映像信号は、液晶駆動部３に送られ、ここで光学ユニット９内の液晶パネル（これについては後述する）を駆動する液晶駆動信号に変換される。

電源部４は、外部から入力されるＡＣ電源をＤＣ電源に変換し、光源駆動部５やプロジェクタ１００内の各部に電源を供給する。光源駆動部５は、光源６を点灯（発光）させるための駆動回路であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ等の電源回路によって構成される。光源駆動部５は、制御部２０からの光源制御信号に応じて、光源６を点灯および消灯させたり光源６に供給する駆動電力を増減したりする。

光源６は１または複数のＬＤにより構成される。光源６から発せられた光は励起光として蛍光体７に照射される。蛍光体７は、励起光の一部を蛍光光に変換する。蛍光体７は円盤（ホイール）に環状に蛍光材料を塗布して構成されており、モータ８により回転される。モータ駆動部１３は、モータ８の回転と停止の制御や回転速度制御を行う。

蛍光体７から出射した励起光（非変換光）と蛍光光との混合光としての白色照明光は光学ユニット９に入射する。光学ユニット９は、照明光を均一化する照明光学系、照明光をＲＧＢの３つの色光に分離する色分離光学系、３つの色光をそれぞれ画像変調する３つの液晶パネルおよび画像変調された３つの色光を合成する色合成光学系を含む。液晶パネルは、透過型でも反射型でもよい。また、３つの液晶パネルに代えて１つ又は３つのデジタルマイクロミラーデバイスを用いてもよい。色合成光学系で合成された映像光は、投射レンズ１０によってスクリーン等の被投射面に拡大投射される。これにより、フルカラー投射画像（映像）が表示される。

マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）により構成される制御部２０は、プロジェクタ１００全体の制御を行う。例えば、光源駆動部５に光源制御信号を出力することで、光源６を点灯および消灯させたり光源６に供給する駆動電力を制御して光源６の光量を増減させたりする。

操作部１１は、プロジェクタ１００の電源のＯＮ／ＯＦＦ等の操作を行うためのボタンや、リモコンからの操作光を受光する受光センサ等を含む。制御部２０は、操作部１１の操作（リモコンからの操作光の受光を含む）を検出すると、その操作に応じた制御を行う。

光量センサ（光源状態取得手段）１４は、光源６の状態の１つである光源６の光量を検出する。光量センサ１４は、光源６から発せられる光量自体を検出してもよいし、光源６から投射レンズ１０までのいずれかの位置での光量を検出してもよい。また、被投射面に投射される光量を検出してもよい。

次に、図２のフローチャートと図３および図４を用いて、本実施例のプロジェクタ１００（制御部２０）が行う光源制御処理について説明する。図３は、光源６の積算点灯時間に対する光源６が発する光量（以下、光源光量という）の変化、つまりは光源６の劣化を示している。図４は、積算点灯時間に対する光源６に供給される駆動電力（ここでは駆動電流とする）の変化を示している。制御部２０は、記憶部１２に記憶されたコンピュータプログラムに従って本処理を実行する。

ユーザは、投射画像の明るさを変更する際に操作部１１の操作によって被投射面にメニュー（以下、ＯＳＤ）を投射表示させ、ＯＳＤ内の明るさを示す数値またはゲージを変更することで投射画像の明るさを変更することができる。操作部１１およびＯＳＤにより明るさ設定手段が構成される。投射画像の明るさを変更（調整）することを、以下、調光という。本実施例では、ユーザが投射画像の明るさをその可変範囲において明るい側（ここでは最も明るい調光上限レベルとする）から最も暗い調光下限レベルへの調光を行う場合について説明する。

調光が開始されると、制御部２０は、ステップＳ１０１において、ユーザによるＯＳＤ上での明るさ設定（ユーザ設定、画像の明るさに関する情報）に対応する調光レベルを取得する。前述したように、ここではユーザは調光レベルの可変範囲のうち調光下限レベルを設定したものとする。

次にステップＳ１０２において、制御部２０は、ステップＳ１０１で取得した調光レベルから光源６に供給する駆動電流を算出する。図４において、投射画像が最も明るくなる調光上限レベルでの駆動電流を１００％とし、投射画像が最も暗くなる調光下限レベルでの駆動電流を３０％とする。ステップＳ１０１においてユーザが調光下限レベルを設定したので、制御部２０は減少させる目標電流（目標電力）としての３０％の駆動電流を算出する。ただし、制御部２０は、この時点では３０％の駆動電流を仮に設定するだけで、光源駆動部５に駆動電流を３０％に低下させる制御を行わない。

次にステップＳ１０３において、制御部２０は、光量センサ１４を通じて光源光量の情報（光源状態情報）を取得する。光源６が劣化していない初期状態において調光上限レベルが設定されている場合は最も光源光量が多い状態であり、積算点灯時間の増加(すなわち劣化)に応じて光源光量は低下していく。光源６に同じ１００％の駆動電流を供給しても、劣化によって光源光量は低下していくため、本ステップにおいて現状の光源光量を確認する。

次にステップＳ１０４では、制御部２０は、ステップＳ１０３で取得した現状の駆動電流（ここでは駆動電流１００％）における光源光量と、ステップＳ１０２で算出した変更後の駆動電流とから、変更後の光源光量である予測光量を算出する。

図３において光源６の積算点灯時間がＴ１である場合、変更前の駆動電流１００％での光量センサ１４から取得する光源光量はＸ１となる。この状態から駆動電流を１００％から３０％に変更すると、光源光量Ｘ１と駆動電流の変更量とに応じて変更後の予測光量Ｙ１が算出される。この算出された光量がＴ１の時点での駆動電流３０％に対する予測光量となる。積算点灯時間がさらに長くなったＴ２の時点では、駆動電流１００％での光量はＸ２であり、そこから算出される駆動電流３０％での予測光量Ｙ２が算出される。

次にステップＳ１０５では、制御部２０は、ステップＳ１０４で算出した予測光量が所定の下限閾値（所定の光量）以上か否かを判定する。光源６の劣化によって予測光量が下限閾値を下回った場合に駆動電流を変更するとユーザの想定よりも投射画像が暗くなるため、駆動電流を変更する前に本ステップの判定を行う。下限閾値は、特定の投射条件において投射画像の視認性が確保できる最低限の明るさや製品仕様上の最低の明るさ等に応じて設定される。

積算点灯時間Ｔ１にて算出される予測光量Ｙ１は下限閾値以上である。このため、制御部２０は、ステップＳ１０６において光源駆動部５に駆動電流をステップＳ１０２で算出した駆動電流３０％に変更させる。その後、本処理を終了する。

一方、積算点灯時間Ｔ２にて算出される予測光量Ｙ２は下限閾値を下回る。このため、制御部２０は、ステップＳ１０７において、光源光量が下限閾値以上となるように、図４に示すように駆動電流３０％をそれよりも多い駆動電流Ａに補正する。そして、制御部２０は、ステップＳ１０８において、光源駆動部５に光源６に対して駆動電流Ａを供給させる。その後、本処理を終了する。

本実施例によれば、光源が劣化した状態でユーザが調光下限レベルを選択した場合でも、投射画像の視認性を確保するために必要な光量を光源６に発光させることができる。

次に、本発明の実施例２について説明する。実施例１では、調光において駆動電流変更後の予測光量を算出し、その予測光量が下限閾値以上か否かを判定した。しかし、予測光量はあくまで予測値であり、光源駆動部５の駆動電流の設定精度等によっては変更後の光源光量が下限閾値を下回ることも考えられる。このため、本実施例では、予測光量を算出せずに、駆動電流変更後の光源光量を実際に測定して駆動電流を補正する。本実施例のプロジェクタの構成は図１に示した実施例１のプロジェクタ１００の構成と同じであり、共通する構成要素には実施例１と同符号を付す。

図５のフローチャートを用いて、本実施例のプロジェクタ１００（制御部２０）が行う光源制御処理について説明する。実施例１（図２）と共通するステップには、同じステップ番号を付す。本実施例でも、ユーザが調光上限レベル（駆動電流１００％）から調光下限レベル（駆動電流３０％）への調光を行う場合について説明する。

調光が開始されると、実施例１と同様に、制御部２０は、ユーザ設定に対応した調光レベルを取得し（ステップＳ１０１）、変更後の駆動電流３０％を算出する（ステップＳ１０２）。

次にステップＳ２０１において、制御部２０は、光源駆動部５に変更後の駆動電流３０％を光源６に対して供給させる。これにより、光源光量が低下する。続いてステップＳ２０２において、制御部２０は、光量センサ１４を通じて光源光量（光源状態情報）を取得する。

次にステップＳ２０３において、制御部２０は、ステップＳ２０２で取得した光源光量が下限閾値以上か否かを判定する。図３において、光源６の積算点灯時間がＴ１であるの場合は駆動電流変更後の光源光量Ｙ１が得られる。光源光量Ｙ１は下限閾値以上であるため、制御部２０はそのまま本処理を終了する。

一方、積算点灯時間がＴ２である場合は駆動電流変更後の光源光量Ｙ２が得られるが、光源光量Ｙ２は下限閾値を下回っている。このため、制御部２０は、ステップＳ２０４において、光源光量が下限閾値以上となるように、図４に示すように駆動電流３０％をそれよりも多い駆動電流Ａに補正する。そして、制御部２０は、ステップＳ２０１において、光源駆動部５に光源６に対して駆動電流Ａを供給させる。

その後、制御部２０は、ステップＳ２０２において再び光量センサ１４を通じて光源光量を取得する。続いてステップＳ２０３において、制御部２０は、光源光量が下限閾値以上と判定すればそのまま本処理を終了し、まだ下限閾値を下回っていると判定したときはステップＳ２０４で駆動電流Ａをさらにそれよりも多い駆動電流に補正する。本実施例では、駆動電流の１回の変更量（補正量）を予め決めておき、１回の駆動電流の補正で下限閾値以上の光源光量が得られなければ、再度、駆動電流の補正を行う。こうして光源光量が下限閾値以上となるまでステップＳ２０１からＳ２０４の処理を繰り返す。

本実施例においても、光源が劣化した状態でユーザが調光下限レベルを選択した場合でも、投射画像の視認性を確保するために必要な光量を光源６に発光させることができる。

次に、本発明の実施例３について説明する。実施例１および実施例２では、ユーザが操作を行って調光する場合において、光量が下限閾値以下とならないように光源６を発光させる制御について説明した。しかしながら、ユーザが操作しない場合でも光量を変更させる制御を行う場合には、同様の制御を行う必要がある。例えば、投射する映像（入力された映像信号）に応じて光源の光量を変化させてコントラストを向上させるダイナミックコントラスト制御がある。映像に応じて光量を下げる場合に、光量が下限閾値を下回ることも考えられる。このため、本実施例ではダイナミックコントラスト制御時に、光量が下限閾値を下回らないようにする制御について説明する。

本実施例のプロジェクタの構成は図１に示した実施例１のプロジェクタ１００の構成と同じであり、共通する構成要素には実施例１と同符号を付す。

映像信号処理部２は、映像信号入力部１から送られたデジタル映像信号を解析（取得）する。デジタル映像信号の解析は、具体的には、デジタル映像信号の１フレームごとのＡＰＬ値（Average Picture Level、画像の明るさに関する情報）を取得する。ＡＰＬ値は、信号レベル（画像の輝度）の平均値（つまりは平均階調レベルまたは平均輝度レベル）である。デジタル映像信号が明るい（高階調である）場合は信号レベルが高くなるので大きな値となり、デジタル映像信号が暗い（低階調である）場合は信号レベルが低くなるので小さな値となる。

例えば入力されたデジタル映像信号が昼間のような明るい映像の場合は、ＡＰＬ値が大きくなり、夜景のような暗い映像の場合は、ＡＰＬ値が小さくなる。このＡＰＬ値を用いて、ＡＰＬ値が高いときは投射する映像を明るくするため基準光量から光量を増やし、ＡＰＬ値が小さいときは投射する映像を暗くするため基準光量から光量を減らす、などの演算を行い調光レベル（光量）の算出を行う。調光レベルは、投射する映像を最も明るく投射する（調光上限レベル）場合を１００％、最も暗く投射する（調光下限レベル）場合を３０％として算出を行うものとする。算出した調光レベルは制御部１０に通知するとともに、デジタル映像信号を液晶駆動部３へ送信する。

なお、本実施例においては、入力されたデジタル画像信号のＡＰＬ値を検出するものとして説明したが、デジタル映像信号レベルの分布を示すヒストグラム（階調ヒストグラム）や最大階調値であるＷＰ値（White Peak）を検出するようにしてもよい。また、調光レベルは調光上限レベル、調光下限レベルで規格化されていればよく、調光上限レベルを１．０、調光下限レベルを０．０としてもよい。

次に図６のフローチャートを用いて、本実施例のプロジェクタ１００（制御部２０、映像信号処理部２）が行う光源制御処理について説明する。実施例１（図２）と共通するステップには、同じステップ番号を付す。制御部２０は、コンピュータプログラムに従って本処理を実行する。

ダイナミックコントラストモードが開始されると、映像信号処理部２は、ステップ３０１において、入力されたデジタル映像信号を解析し、調光レベルを算出する。調光レベルは、映像信号処理部２が制御部２０に通知する。

ステップＳ１０２において、制御部２０は、ステップＳ３０１で取得した調光レベルから光源６に供給する駆動電流を算出する。図４において、ステップＳ３０１で取得した調光レベルが調光上限レベルの場合には駆動電流を１００％とし、調光下限レベルの場合には駆動電流を３０％とする。

ステップＳ３０２において、ステップＳ１０２で算出された駆動電流が現在の駆動電流よりも減少するか否かの判断を行う。駆動電流が減少しない場合、ステップ１０６に遷移し、ステップＳ１０２で算出した駆動電流で光源を駆動する。一方、駆動電流が減少する場合、ステップＳ１０４に遷移する。

ステップＳ３０２でダイナミックコントラスト制御が継続されているかを確認する。継続されている場合、ステップＳ３０１に戻り、継続しない場合は、ダイナミックコントラストモードが開始される前の調光レベルにより光源を駆動し、本処理を終了する。

本実施例によれば、光源が劣化した状態でダイナミックコントラスト制御を行っても、投射画像の視認性を確保するために必要な光量を光源６に発光させることができる。

なお、実施例１および実施例２では下限閾値が固定値である場合について説明したが、プロジェクタ１００の投射モードに応じて下限閾値を変更してもよい。例えば、コントラストを優先する投射モードでは、他の投射モードよりも下限閾値を下げる。また、設定可能な複数の投射モードのうち特定の投射モードでは上述した光源制御処理を行わず、下限閾値より少ない光源光量を設定できるようにしてもよい。

さらに被投射面の明るさやプロジェクタ１００を設置する環境（室内等）の明るさをプロジェクタ１００の外部の明るさとして図１に括弧書きで示す外光検出手段としての外光センサ３０により検出し、その検出した外部の明るさに応じて下限閾値を変更してもよい。また、検出した外部の明るさが所定範囲にあるときに、上述した光源制御処理を行わず、下限閾値より少ない光源光量を設定できるようにしてもよい。

実施例１および実施例２で用いた光量センサ１４に代わる光源状態取得手段として電圧計や温度センサを設け、光源６の状態として光源６に印加される電圧や光源６の温度を検出してもよい。光源６の劣化が進むと光源６の駆動に必要な電圧が上昇したり、その結果として光源６の温度が上昇したりすることから、電圧や温度を通じて光源６の劣化を検出することが可能である。

また、表示手段としてのОＳＤに光源の光量可変範囲を表示してもよい。この場合に、上記光源制御処理により光源光量が下限光量を下回らないように駆動電流を制御するときは、表示される光量可変範囲を変更することが望ましい。
（その他の実施例）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

５ 光源駆動部
６ 光源
２０ 制御部

Claims (14)

1. 光源からの光を用いて画像を投射する画像投射装置であって、
   前記光源に供給する電力を制御する制御手段と、
   前記光源の状態を表す光源状態情報を取得する光源状態取得手段と、を有し、
   前記制御手段は、前記画像の明るさに関する情報に基づいて前記画像を暗くするために前記電力を減少させる際に、該電力の減少の前または後に取得された前記光源状態情報を用いて、前記光源の光量が所定の光量を下回らないように前記電力を制御することを特徴とする画像投射装置。
2. 前記制御手段は、
   前記画像の明るさに関する情報に応じて、前記電力を減少させる目標電力を算出し、
   前記目標電力と前記光源状態情報とを用いて前記目標電力に対応する前記光源の予測光量を算出し、
   前記予測光量が前記所定の光量を下回る場合に、前記目標電力より高い前記電力を前記光源に供給するように前記電力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. 前記制御手段は、前記電力が減少された後に取得された前記光源状態情報を用いて取得された前記光源の光量が前記所定の光量を下回っている場合に前記電力を増加させる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. 前記制御手段は、前記画像投射装置において設定された投射モードに応じて前記所定の光量を変更することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の画像投射装置。
5. 前記制御手段は、前記画像投射装置において設定可能な複数の投射モードのうち特定の投射モードでは前記光源の光量が前記所定の光量を下回らないようにするための前記電力の制御を行わないことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の画像投射装置。
6. 前記画像投射装置の外部の明るさを検出する外光検出手段を有し、
   前記制御手段は、前記外部の明るさに応じて前記所定の光量を変更することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の画像投射装置。
7. 前記画像投射装置の外部の明るさを検出する外光検出手段を有し、
   前記制御手段は、前記外部の明るさが所定範囲の明るさであるときは前記光源の光量が前記所定の光量を下回らないようにするための前記電力の制御を行わないことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の画像投射装置。
8. 前記画像の明るさに対するユーザ設定が可能な明るさ設定手段を有し、
   前記制御手段は、前記画像の明るさに関する情報として、前記ユーザ設定を取得することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の画像投射装置。
9. 前記ユーザ設定に応じた前記光源の光量可変範囲を表示する表示手段を有し、
   前記制御手段は、前記光源の光量が前記所定の光量を下回らないように前記電力を制御するときは、表示される前記光量可変範囲を変更することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の画像投射装置。
10. 前記制御手段は、前記画像の明るさに関する情報として、前記画像の輝度を取得することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の画像投射装置。
11. 前記画像の輝度を示す情報は、平均階調レベル、階調ヒストグラムおよび最大階調値のうちいずれかであることを特徴とする請求項１０に記載の画像投射装置。
12. 前記光源状態取得手段は、前記光源状態情報として前記光源の光量を取得する光量センサを有することを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の画像投射装置。
13. 光源からの光を用いて画像を投射する画像投射装置において、前記光源に対して供給される電力を制御する制御方法であって、
    前記光源の状態を表す光源状態情報を取得するステップと、
    前記画像の明るさに関する情報に基づいて前記画像を暗くするために前記電力を減少させる際に、該電力の減少の前または後に取得された前記光源状態情報を用いて、前記光源の光量が所定の光量を下回らないように前記電力を制御するステップとを有することを特徴とする画像投射装置の制御方法。
14. 光源からの光を用いて画像を投射する画像投射装置のコンピュータに、請求項１３に記載の制御方法に従う処理を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。