JP2019208175A - 画像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パルス幅変調方式で光変調素子を駆動する場合のカラーブレイクを抑える。【解決手段】画像投射装置１００は、それぞれ複数の画素を有し、互いに異なる色光を変調する複数の光変調素子３０３〜３０５と、複数の光変調素子のそれぞれにおける複数の画素に共通して印加される第１の電圧を生成するとともに、該複数の画素の入射光に対する出射光の比率の最大値を決める第２の電圧を生成し、入力された映像信号の階調に応じて画素ごとに第２の電圧をパルス幅変調して複数の光変調素子を駆動する駆動手段４００とを有する。駆動手段は、複数の光変調素子のうち少なくとも１つの光変調素子に対して他の光変調素子とは異なる第２の電圧を設定して複数の光変調素子を駆動する。【選択図】図１

Description

本発明は、液晶プロジェクタ等の画像投射装置に関する。

１つの光変調素子に対して時分割で複数の色光（赤光、緑光および青光）を入射させてカラー画像を投射するプロジェクタでは、いわゆるカラーブレイクという現象が問題となる。カラーブレイクとは、白を表現するために１フレーム内の１／３フレームずつ赤光、緑光および青光を順に投射する場合に、投射画像を正面とする鑑賞者が首を左右に動かすと、白ではなく赤、緑および青を視認する現象である。

このようなカラーブレイクは、上記のような時分割方式でカラー画像を投射する場合だけでなく、赤光、緑光および青光用の３つの液晶パネルを用い、各色の階調を表現するために各液晶パネルをパルス幅変調方式（デジタル駆動方式）で駆動する場合も生じる。パルス幅変調方式では、１フレームを複数のサブフレームに分割し、サブフレームごとに液晶パネルの画素に対するオン電圧の印加と非印加を選択することで、１フレーム内での該画素のオン時間（オンデューティ比）を制御して階調を表現する。このパルス幅変調方式において、３つの液晶パネルの互いに対応する画素においてオン電圧が印加されるタイミングであるオン期間が互いにずれると、１フレーム内で３つの色光が順に投射されることになり、カラーブレイクが発生し得る。このパルス幅変調方式におけるカラーブレイクの発生原理については後に詳しく説明する。

パルス幅変調方式におけるカラーブレイクの発生を、液晶パネルに印加する電圧を制御することで抑えることが望まれる。液晶パネルへの印加電圧を制御する方法として、特許文献１には投射映像のフレーム間での輝度差（フリッカ）を最小にするように液晶パネルの共通電極に印加するコモン電圧を制御する方法が開示されている。また、特許文献２には液晶パネルを照明する照明光の変化に応じてコモン電圧を制御する方法が開示されている。

特許第４９０９６６５号公報 特許第４９９８５７３号公報

しかしながら、特許文献１，２には、パルス幅変調方式におけるカラーブレイクの発生を抑える方法が開示等されていない。

本発明は、パルス幅変調方式で光変調素子を駆動する場合のカラーブレイクの発生を抑えることを可能とする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、それぞれ複数の画素を有し、互いに異なる色光を変調する複数の光変調素子と、複数の光変調素子のそれぞれにおける複数の画素に共通して印加される第１の電圧を生成するとともに、該複数の画素の入射光に対する出射光の比率の最大値を決める第２の電圧を生成し、入力された映像信号の階調に応じて画素ごとに第２の電圧をパルス幅変調して光変調素子を駆動する駆動手段とを有する。駆動手段は、複数の光変調素子のうち少なくとも１つの光変調素子に対して他の光変調素子とは異なる第２の電圧を設定して複数の光変調素子を駆動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、それぞれ複数の画素を有し、互いに異なる色光を変調する複数の光変調素子を有する画像投射装置に適用される。該制御方法は、複数の光変調素子のそれぞれにおける複数の画素に共通して印加される第１の電圧を生成するステップと、該複数の画素の入射光に対する出射光の比率の最大値を決める第２の電圧を生成するステップと、入力された映像信号の階調に応じて画素ごとに第２の電圧をパルス幅変調して光変調素子を駆動するステップとを有する。複数の光変調素子のうち少なくとも１つの光変調素子に対して他の光変調素子とは異なる第２の電圧を設定して複数の光変調素子を駆動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、パルス幅変調方式で光変調素子を駆動する画像投射装置においてカラーブレイクの発生を抑えることができる。

本発明の実施例１である液晶プロジェクタの構成を示す図。 実施例１のプロジェクタにおける光源ユニットの構成を示す図。 実施例１のプロジェクタにおける蛍光体ユニットの構成を示す図。 実施例１のプロジェクタにおける色分離合成光学系の構成を示す図。 実施例１のプロジェクタにおける共通電極電圧生成回路の構成を示す図。 実施例１のプロジェクタにおける液晶パネルのＰＭＷ駆動の１フレーム中の重み付けを示す図。 ＰＷＭ駆動による階調表現例を示す図。 プレゼンテーションモードでの光量と画素電圧との関係を示す図。 ｓＲＧＢモードでの光量と画素電圧との関係を示す図。 共通電極電圧と画素電圧を示す図。 実施例１のプロジェクタで行われる処理を示すフローチャート。 実施例１におけるプレゼンテーションモードとｓＲＧＢモードでの液晶パネルのＰＷＭ駆動を示す図。 実施例２のプロジェクタで行われる処理を示すフローチャート。 実施例２におけるプレゼンテーションモードとｓＲＧＢモードでの液晶パネルのＰＷＭ駆動を示す図。 実施例３のプロジェクタの構成を示す図。 実施例３のプロジェクタで行われる処理を示すフローチャート。 実施例３におけるプレゼンテーションモードとｓＲＧＢモードでの液晶パネルのＰＷＭ駆動を示す図。 液晶画素に印加される電圧による白と黒の表現を説明する図。 実施例１の変形例を示す図。

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液晶プロジェクタ１００の構成を示す。プロジェクタ１００は、光源部２００、光学部３００、液晶パネル駆動部（駆動手段）４００および投射レンズ５００を有する。

光源部２００は、固体光源ユニット２０１、フライアイレンズ２０２、ダイクロイックミラー２０３、集光レンズ２０４および蛍光体ユニット２０５を有する。

固体光源ユニット２０１は、図２に光出射方向から見て示すように、それぞれ青光を発するレーザダイオードまたはＬＥＤ等の固体光源２００１を複数有する。図２に示す固体光源ユニット２０１は、それぞれ８つの固体光源２００１を含む４組の固体光源サブユニット２０００を含んでいる。各固体光源サブユニット２０００内の８つの固体光源２００１は直列に接続されている。すなわち、上流側の固体光源２００１のｃａｔｈｏｄｅ端子Ｃに下流側の固体光源２００１のａｎｏｄｅ端子Ａが接続されている。不図示の光源駆動回路から最も上流側の固体光源２００１のａｎｏｄｅ端子Ａに所定の電圧と電流が印加されることで各固体光源２００１が発光する。固体光源ユニット２０１は、直線偏光としての青光を発する。

フライアイレンズ２０２はインテグレータ光学系であり、固体光源ユニット２０１から入射した光を後述する蛍光体２０５２上に集光した際の光強度分布を均一化する。ダイクロイックミラー２０３は、フライアイレンズ２０２からの青光を反射して集光レンズ２０４に導く。集光レンズ２０４により集光された青光は、蛍光体ユニット２０５に照射される。

蛍光体ユニット２０５は、図３に示すように、鏡面円盤２０５１、蛍光体２０５２およびモータ２０５３により構成されている。図３の左側に蛍光体ユニット２０５を正面（光入出射方向）から見た図を示し、右側に側面から見た図を示す。鏡面円盤２０５１は、軽量な金属、例えばアルミニウムにより形成されている。鏡面円盤２０５１の正面側の表面は、光を高反射率で反射する鏡面である。鏡面上にはリング状に蛍光体２０５２が塗布されている。蛍光体２０５２は、入射した青光（励起光）の一部を黄光（蛍光）に波長変換して、黄光と波長変換されずに鏡面円盤２０５１で反射された青光（非変換光）の合成光である白光を出射する。モータ２０５３は、蛍光体２０５２が塗布された鏡面円盤２０５１を回転させて、蛍光体２０５２の一部にのみ励起光が入射して蛍光体２０５２の波長変換効率が低下することを防止する。

図１において、蛍光体ユニット２０５から出射した白光は、集光レンズ２０４により集光される。そして、該白光における黄光成分のうち大部分がダイクロイックミラー２０３の周囲を通過し、一部がダイクロイックミラー２０３を透過して光学部３００に向かう。また、白光における青光成分のうち大部分がダイクロイックミラー２０３の周囲を通過して光学部３００に向かい、一部がダイクロイックミラー２０３で反射される。この反射された青光成分は画像投射に用いられないが、光量としてはわずかであるので、白光の輝度や色味には影響しない。

光学部３００は、アフォーカルレンズ３０１、色分離合成光学系３０２および赤用光変調素子（以下、Ｒパネルという）３０３、緑用光変調素子（以下、Ｇパネルという）３０４および青用光変調素子（以下、Ｂパネルという）３０５を含む。光学部３００に入射した白光は、アフォーカルレンズ３０１により中継されて色分離合成光学系３０２に入射する。色分離合成光学系３０２の光学作用を、図４を用いて説明する。

色分離合成光学系３０２は、ダイクロイックミラー５０１、２つの偏光ビームスプリッタ５０２，５０３および色合成（ダイクロイック）プリズム５０４により構成される。Ｒパネル３０３、Ｇパネル３０４およびＢパネル３０５はいずれも、複数の画素を有する反射型液晶パネルであり、ノーマリブラック方式およびパルス幅変調（ＰＷＭ）方式で駆動される。ただし、本実施例および後述する他の実施例において、透過型液晶パネルを用いてもよいし、他の光変調素子を用いてもよい。

図４中の矢印５０００〜５０１０は光を示す。アフォーカルレンズ３０１からの白光５０００のうち緑光成分（以下、Ｇ光という）５００７は、ダイクロイックミラー５０１を透過して偏光ビームスプリッタ５０３に入射する。また、光５０００のうち赤光成分（以下、Ｒ光という）と青光成分（以下、Ｂ光という）からなるマゼンタ光５００１は、ダイクロイックミラー５０１で反射されて偏光ビームスプリッタ５０２に入射する。なお、各偏光ビームスプリッタに入射するときのＧ光およびＢ光は直線偏光（例えば、Ｓ偏光）であり、Ｒ光はＧ光およびＢ光の偏光方向に直交する偏光方向を有する直線偏光（例えば、Ｐ偏光）である。

偏光ビームスプリッタ５０２は、Ｓ偏光としてのＢ光を反射する。反射されたＢ光５００２は、Ｂパネル３０５に入射する。Ｂパネル３０５により変調されてＰ偏光となったＢ画像光５００３は、偏光ビームスプリッタ５０２を透過する。また、偏光ビームスプリッタ５０２は、Ｐ偏光としてのＲ光を透過する。透過したＲ光５００４は、Ｒパネル３０３に入射する。Ｒパネル３０３により変調されてＳ偏光となったＲ画像光５００５は、偏光ビームスプリッタ５０２で反射される。こうして偏光ビームスプリッタ５０２で合成されたマゼンタ画像光５００６は、色合成プリズム５０４に入射する。

一方、偏光ビームスプリッタ５０３は、Ｓ偏光としてのＧ光を反射する。反射されたＧ光５００８は、Ｇパネル３０４に入射する。Ｇパネル３０４により変調されてＰ偏光となったＧ画像光５００９は、偏光ビームスプリッタ５０３を透過して、色合成プリズム５０４に入射する。

色合成プリズム５０４は、入射したマゼンタ画像光５００６を透過してＧ画像光５００９を反射することでこれらを合成し、ＲＧＢ画像光５０１０を投射レンズ５００に導く。投射レンズ５００は、ＲＧＢ画像光５０１０を不図示のスクリーン等の被投射面に拡大投射する。これにより、ＲＧＢ画像としての投射画像が表示される。

液晶駆動部４００は、画素電圧（ＰＶ）生成回路４０１、共通電極電圧（ＣＶ）生成回路４０２、パルス幅変調（ＰＷＭ）駆動部４０３および制御部４０４を有する。画素電圧生成回路４０１は、Ｒ，ＧおよびＢパネル３０３，３０４，３０５の画素電極に印加される電源電圧としての画素電圧（第２の電圧）を生成する回路であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ、レギュレータＩＣおよびトランジスタ等の電気部品を用いて構成される。従来の画素電圧生成回路は画素電圧として一定の電圧を出力するが、本実施例の画素電圧生成回路４０１は出力する画素電圧を変更可能な構成を有する。例えば、画素電圧生成回路４０１にプログラマブル電源ＩＣを用いたり、ＤＣ／ＤＣコンバータのフィードバック抵抗に可変抵抗を用いたりすることで画素電圧を変更することができる。画素電圧生成回路４０１の構成は、画素電圧を変更可能であればどのような構成であってもよい。本実施例では、プログラマブル電源ＩＣを用いるものとして説明する。

共通電極電圧生成回路４０２は、図５の右側に示すような矩形波としての共通電極電圧（第１の電圧）を生成する。共通電極電圧生成回路４０２は、Ｄ／Ａ変換部６０１、オペアンプ６０２、オペアンプ６０３およびスイッチＩＣ６０４により構成されている。Ｄ／Ａ変換部６０１は、制御部４０４からのデジタル出力値を変換し、互いに異なる２つの所定電圧Ｖａ，Ｖｂを出力する。ＶａとＶｂは、制御部４０４からのデジタル出力値を制御することで変更可能であり、Ｖａ＞Ｖｂの関係を有する。上側および下側の図に示すように、オペアンプ６０２は所定電圧Ｖａを増幅して例えば３．５Ｖ（共通電極電圧のＨｉ）を出力し、オペアンプ６０３は例えば０Ｖ（共通電極電圧のＬｏ）を出力する。これらのＤＣ電圧はスイッチＩＣ６０４に入力され、スイッチＩＣ６０４は別に入力される選択信号によって３．５Ｖと０Ｖの出力が所定の周期（例えば、３０ＫＨｚ）で交互に選択されて矩形波としての共通電極電圧が出力される。

本実施例では、選択信号がＨｉのときＶａが、選択信号がＬｏのときＶｂが選択されるものとする。共通電極電圧のＨｉおよびＬｏの電圧は、制御部４００からＤ／Ａ変換部６０１へ出力するデジタル値を制御することで変更することができる。また、Ｄ／Ａ変換部６０１、オペアンプ６０２、オペアンプ６０３を用いたが、画素電圧生成回路４０１と同様にプログラマブル電源IＣなどを用いてもよい。

図１８（Ａ）〜(Ｃ)を用いて、液晶画素に印加される電圧による白（オン）と黒（オフ）の表現について説明する。図１８(Ａ)に、液晶画素とその周辺回路を示す。液晶画素は、共通電極と画素電極によって挟持されている。共通電極には、共通電極電圧生成回路４０２の出力が接続され、画素電極には、ＳＷにより画素電圧生成回路４０１からの出力またはＧＮＤが交互に選択されて接続される。この選択はＸＯＲ回路の出力により行われる。ＸＯＲ回路には、共通電極電圧生成回路４０２のＶａまたはＶｂを選択する選択信号と、画像出力（後述するＰＷＭパターン）とが入力される。

図１８（Ｂ）は、画素電圧と共通電極電圧との関係、図１８（Ｃ）は、ＸＯＲ回路に入力される信号の真理値表を示す。図１８（Ｃ）の真理値表において、選択信号がＨｉで画像信号がＨｉである場合は、画素電極のＳＷはＧＮＤとの接続を選択する。このとき、共通電極側はＨｉの電圧、画素電極側はＧＮＤの電圧となり、図１８（Ｂ）のａに示す電圧（電位差）が液晶画素に印加される。この電圧ａは液晶画素の両端の電位差を大きくするため液晶画素は白を表示する状態（オン状態、照明光を色合成プリズム５０４へ入射させる状態）となる。次に、選択信号がＨｉで画像信号がＬｏの場合は、画素電極のＳＷは画素電圧側との接続を選択する。このとき、共通電極側はＨｉの電圧、画素電極側は画素電圧の電圧となり、図１８（Ｂ）のｂに示す電圧が液晶画素に印加される。この電圧ｂは液晶画素の両端の電位差ΔＶを小さくするため、液晶画素は黒を表示する状態（オフ状態、照明光を色合成プリズム５０４へ入射させない状態）となる。この電位差ΔＶが光学部３００等の特性により表示が黒（オフ状態）となる電位差が得られるように、共通電極電圧のＨｉと画素電圧とが設定される。

次に、選択信号がＬｏで画像信号がＨｉの場合は、画素電極のＳＷは画素電極側との接続を選択する。このとき、共通電極側はＬｏの電圧、画素電極側は画素電圧の電圧となり、図１８（Ｂ）中のｃに示す電圧が液晶画素に印加される。この電圧ｃは液晶画素の両端の電位差を大きくするため、液晶画素は白を表示する状態（オン状態）となる。

さらに選択信号がＬｏで画像信号がＬｏの場合は、画素電極のＳＷはＧＮＤとの接続を選択する。このとき、共通電極側はＬｏの電圧、画素電極側はＧＮＤの電圧となり、図１８（Ｂ）中のｄの電圧が液晶画素に印加されることになる。この電圧ｄは液晶画素の両端の電位差ΔＶを小さくするため、液晶画素は黒を表示する状態（オフ状態）となる。この電位差ΔＶが光学部３００等の特性により表示が黒（オフ状態）となる電位差が得られるように、共通電極電圧のＬｏが設定される。

以上説明したように、共通電極電圧を所定の周期で切り替えることに応じて、画素電極に印加される電圧を選択することで白表示または黒表示することができる。

次に、共通電極電圧と画素電圧との関係について、図１０を用いて説明する。図１０では例として共通電極電圧がＬｏのときの画素電圧との関係を示している。

図１８(Ｂ)を用いて説明したように、図１０中のＡ点では共通電極電圧：Ｌｏ、画素電圧：オン（＝Ｈｉ＞Ｌｏ）であり、液晶画素にはその差分である電位差Ｈｉ−Ｌｏが生じる。このとき画素は白表示状態となる。また図１０中のＢ点では、共通電極電圧がＬｏで画素電圧がオフ（ＧＮＤ＝０Ｖ）であるため、液晶パネルの画素にはＬｏ(図１８(Ｂ)中のΔＶ)の電位差しか生じない。このとき画素は黒表示状態となる。

このように、液晶パネルの画素は、１フレーム期間内で画素電圧が印加されているオン時間の占有率（オンデューティ比）によって階調を表現する。また、画素電圧はパルス幅変調駆動部４０３の電源電圧によって決まる。共通電極電圧および画素電圧は任意に設定可能である。

パルス幅変調回路４０３は、プロジェクタ１００に入力された映像信号の階調に応じて画素電圧に対するパルス幅変調を行う。このパルス幅変調について、図６および図７を用いて説明する。図６は、投射する映像の１フレーム期間を複数のサブフレーム期間（ビット長）に分割する例を示している。各サブフレーム期間内に記載された数値は、そのサブフレームの１フレーム期間内での時間重みを示す。ここでは例として、６４階調を表現する場合を示している。画素電圧を画素に印加（オン）するサブフレーム期間をオン期間といい、画素電圧を画素に印加しない（オフとする、言い換えればオフ電圧を印加する）サブフレーム期間をオフ期間という。

図７は、図６に示したサブフレーム分割例に対応する液晶パネルのパルス幅変調パターン（以下、ＰＷＭパターンという）を示す。縦軸は階調を、横軸は１フレーム期間を示す。また、図中の白いサブフレーム期間は画素が白表示状態となるオン期間を示し、黒いサブフレーム期間は画素が黒表示状態となるオフ期間を示す。このＰＷＭパターンに従って液晶パネルの各画素を駆動することで、６４階調を表現することができる。

本実施例では、Ｒ，ＧおよびＢパネル３０３〜３０５のすべてを同じＰＷＭパターンを用いて駆動する。各液晶パネルでのディスクリネーション等の画質に影響する現象の発生を抑えるためにＲ，ＧおよびＢパネル３０３〜３０５のＰＷＭパターンを若干異ならせる（調整する）場合もある。しかし、基本的に同じパターン構成のＰＷＭパターンを用いてＲ，ＧおよびＢパネル３０３〜３０５を駆動する。ＰＷＭパターンが「同じ」とは、上述した調整の部分を除いた基本的なパターン構成が同じであることを意味する。

次に、パルス幅変調駆動方式でＲ，ＧおよびＢ用の液晶パネルを駆動する場合に生じるカラーブレイクについて説明する。本実施例のプロジェクタ１００では、ユーザが複数の画像投射モードの中から使用する画像投射モードを選択することが可能である。ここでは、まずカラーブレイクが生じない画像投射モードについて説明する。色味を定義しない第１の画像投射モードである明るさ優先モードにおいて白を表示する場合は、カラーブレイクは発生しない。このことを図８を用いて説明する。

図８の左側において縦に３つ並ぶ放物線の図は、蛍光体２０５２からＲ，ＧおよびＢ用の液晶パネルに入射するＧ光の光量、Ｂ光の光量およびＲ光の光量（明るさ）を示す。Ｇ光の光量を１とすると、Ｂ光の光量は０．７５であり、Ｒ光の光量は０．５であるとする。また、図８の右側において縦に３つ並ぶ方形波の図は、１フレーム期間中にＲ，ＧおよびＢ用の液晶パネルに印加される画素電圧のデューティ比（以下、オンデューティ比という）を示す。Ｒ，ＧおよびＢ用の液晶パネルのオンデューティ比はいずれも１００％である。

Ｒ，ＧおよびＢ用の液晶パネルに入射するＧ光、Ｂ光およびＲ光の光量が互いに異なることによって、Ｒ，ＧおよびＢ用の液晶パネルで反射される光量も互いに異なり、それぞれ１、０．７５および０．５となる。しかし、Ｒ，ＧおよびＢ用の液晶パネルのオンデューティ比がすべて同じ、すなわち図８の下部に示すＧ光、Ｂ光およびＲ光の被投射面への投射期間が互いに同じであるため、１フレーム期間の全体にわたって白光Ｗが投射される。このため、投射画像の鑑賞者はカラーブレイクを視認することはない。

これに対して、色味を重視する第２の画像投射モード、例えば画質優先モード（ｓＲＧＢモード）が設定されている場合は、Ｇ光の光量、Ｂ光の光量およびＲ光の光量はすべて同じとすることがある。このときにカラーブレイクが発生する。図９を用いてカラーブレイクの発生原理を説明する。

図９の左側において縦に３つ並ぶ放物線の図は、蛍光体２０５２からＲ，ＧおよびＢ用の液晶パネルに入射するＧ光の光量、Ｂ光の光量およびＲ光の光量（明るさ）を示す。図８と同様に、Ｇ光の光量は１、Ｂ光の光量は０．７５、Ｒ光の光量は０．５である。また、図９の右側において縦に３つ並ぶ方形波の図は、１フレーム期間中にＲ，ＧおよびＢ用の液晶パネルに印加される画素電圧のオンデューティ比を示す。蛍光体２０５２からのＧ光、Ｂ光およびＲ光のうちＲ光の光量が最も少ないため、ＧおよびＢ用の液晶パネルのオンデューティ比を少なくしてこれら液晶パネルで反射されるＧ光およびＢ光の光量を減らす必要がある。具体的には、Ｒ光の光量が０．５でＲ用の液晶パネルのオンデューティ比を１００％に設定する場合は、光量が１のＧ光が入射するＧ用の液晶パネルのオンデューティ比を５０％とし、光量が０．７５のＢ光が入射するＢ用の液晶パネルのオンデューティ比を６７％にする。これにより、Ｒ，ＧおよびＢ用の液晶パネルで反射されるＧ光、Ｂ光およびＲ光の光量はすべて０．５になる。

しかし、ＧおよびＢ用の液晶パネルのオンデューティ比を１００％から下げ、かつそれらを互いに異ならせることにより、図９の下部に示すように、１フレーム期間内においてＧ光とＢ光がＧおよびＢ用の液晶パネルで反射されるオン期間が互いに異なる。この結果、Ｇ光とＢ光のうち一方のみが被投射面に投射される期間が生じる。Ｇ光、Ｂ光およびＲ光のすべてが液晶パネルで反射される期間は白光Ｗが投射されるが、Ｇ光とＲ光のみが液晶パネルで反射される期間は黄光Ｙが投射され、Ｂ光とＲ光のみが液晶パネルで反射される期間はマゼンタ光Ｍが投射される。この場合、鑑賞者は被投射面を正面から見ている場合は１フレーム期間の全体にわたって白を視認するが、左右や上下に首を動かすと黄やマゼンタを視認してしまう。本実施例では、このようなカラーブレイクの発生を抑える。

制御部４０４は、マイクロコンピュータ、ＡＳＩＣまたはＦＰＧＡ等により構成され、画素電圧生成回路４０１、共通電極電圧生成回路４０２およびパルス幅変調駆動部４０３を制御する。また、制御部４０４は、プロジェクタ１００に設けられた不図示の操作部やリモコンを通じてユーザの操作を検出すると、該操作に応じてプロジェクタ１００の電源を投入したり投射モードを変更（設定）したりする。そして、設定された投射モードに応じて画素電圧生成回路４０１、共通電極電圧生成回路４０２およびパルス幅変調駆動部４０３を制御する。

図１１のフローチャートを用いて、制御部４０４が行う処理（制御方法）について説明する。コンピュータとしての制御部４０４は、コンピュータプログラムに従って本処理を実行する。ここでは、固体光源２００１は青色レーザダイオードであり、蛍光体２０５２からの光量の比率はＲ：Ｇ：Ｂ＝０．５：０．７５：１とする。

上述した操作部またはリモコンにおける電源ＯＮの操作を検出した制御部４０４は、Ｓｔｅｐ０１においてプロジェクタ１００の電源を投入する。

次にＳｔｅｐ０２において、制御部４０４は、操作部またはリモコンにおいて投射モードを変更する操作が行われたか否かを判定する。投射モードを変更する操作が行われなければ再び本Ｓｔｅｐ０２の判定を行う。制御部４０４は、投射モードを変更する操作が行われた場合はＳｔｅｐ０３に進む。

Ｓｔｅｐ０３では、制御部４０４は、投射モードを変更する操作により明るさ優先モードと画質優先モードのうちいずれが選択されたかを判定する。制御部４０４は、明るさ優先モードが選択された場合はＳｔｅｐ０４に進み、画質優先モードが選択された場合はＳｔｅｐ０５に進む。

明るさ優先モードが選択された場合のＳｔｅｐ０４での白を表示する処理について、図１２（Ａ）を用いて説明する。図１２（Ａ）に示す縦３つの図は、明るさ優先モードにおいてＲ、ＧおよびＢパネル３０３〜３０５に印加される電圧（図中にＰＷＭと記す）を示す。

明るさ優先モードでは、制御部４０４は、画素電圧生成回路４０１のプログラマブル電源ＩＣに、画素電圧として最大の４．５Ｖを生成させる。画素電圧は、Ｒ、ＧおよびＢパネル３０３〜３０５での反射率の最大値（以下、最大反射率という）を決める。なお、Ｒ、ＧおよびＢパネル３０３〜３０５が透過型液晶パネルである場合には、画素電圧はそれらの透過率の最大値を決める。Ｒ、ＧおよびＢパネル３０３〜３０５としてデジタルマイクロミラーデバイスが用いられる場合も同様である。これら反射率および透過率は、光変調素子の入射光に対する出射光の比率に相当する。

また、制御部４０４は、共通電極電圧生成回路４０２に共通電極電圧のＨｉとして画素電圧と同じ最大の４．５Ｖを生成させる。さらに制御部４０４は、パルス幅変調駆動部４０３にＲ、ＧおよびＢパネル３０３〜３０５のオンデューティ比を１００％に設定させる。このように明るさ優先モードでは、Ｒ、ＧおよびＢパネル３０３〜３０５のすべてで共通電極電圧のＨｉと画素電圧を４．５Ｖとし、かつオンデューティ比を１００％として最大階調である白を表現する。このときのＲ光、Ｇ光およびＢ光の明るさの比は、Ｒ：Ｇ：Ｂ＝０．５：０．７５：１となる。これらの画素電極、共通電極電圧およびオンデューティ比を設定した状態が第１の設定状態（第１の駆動モード）に相当する。

画質優先モードが選択された場合のＳｔｅｐ０５での白を表示する処理について、図１２（Ｂ）を用いて説明する。図１２（Ｂ）に示す縦３つの図は、画質優先モードにおいてＲ、ＧおよびＢパネル３０３〜３０５に印加される電圧（ＰＷＭ）を示す。

前述したように、画質優先モードでは、投射されるＲ光、Ｇ光およびＢ光の明るさを互いに等しくする必要がある。制御部４０４は、画素電圧生成回路４０１に、Ｒ、ＧおよびＢパネル３０３〜３０５の画素電圧として、Ｒ：４．５Ｖ、Ｇ：２．２５Ｖ、Ｂ：３．０Ｖを生成させる。また、制御部４０４は、共通電極電圧生成回路４０２に共通電極電圧のＨｉとして画素電圧と同じＲ：４．５Ｖ、Ｇ：２．２５Ｖ、Ｂ：３．０Ｖを生成させる。さらに制御部４０４は、パルス幅変調駆動部４０３にＲ、ＧおよびＢパネル３０３〜３０５のオンデューティ比を１００％に設定させる。これらの画素電極、共通電極電圧およびオンデューティ比を設定した状態が第２の設定状態（第２の駆動モード）に相当する。

このようにＧおよびＢパネル３０４，３０５の画素電圧と共通電極電圧のＨｉとを４．５Ｖから下げることによって、ＧおよびＢパネル３０４，３０５の最大反射率をＲパネル３０３の最大反射率よりも低減させる。これにより、Ｒ、ＧおよびＢパネル３０３〜３０５に入射するＲ光、Ｇ光およびＢ光の光量が互いに異なる場合に、Ｒ、ＧおよびＢパネル３０３〜３０５のオンデューティ比を１００％にしても、投射されるＲ光、Ｇ光およびＢ光の光量を互いに同じにして白を表現することができる。そして、Ｒ、ＧおよびＢパネル３０３〜３０５のオンデューティ比をすべて１００％にすることで、１フレーム期間の全体にわたってＲ光、Ｇ光およびＢ光が途切れることなく投射されるので、カラーブレイクは発生しない。

以上のように本実施例では、Ｒ、ＧおよびＢパネル３０３〜３０５に入射するＲ光、Ｇ光およびＢ光の光量が互いに異なっても、いずれかの液晶パネルのオンデューティ比を１００％から下げずに、投射されるＲ光、Ｇ光およびＢ光の光量を互いに同じにすることができる。これにより、画質優先モードに要求される投射画像の画質を維持しつつ、カラーブレイクの発生を抑えることができる。

本実施例では、共通電極電圧のＨｉと画素電圧とを同じ電圧としたが、これらは必ずしも同じでなくてもよい。前述したように画素（液晶）に印加される電位差は共通電極電圧と画素電圧の差分であるので、絶対値としての共通電極電圧のＨｉが画素電圧より高ければよい。ただし、明るさ優先モードでも画質優先モードでも、共通電極電圧のＨｉと画素電圧の差分は一定である必要がある。これは、共通電極電圧のＨｉと画素電圧の差分だけでなく光学部３００の調整によって黒表示における黒レベルが決定されるが、光学部３００の調整を動的に行うことはできないので、上記差分が変化すると投射モードに応じて黒レベルが変化するためである。

このため制御部４０は、図１９(Ｂ)に示すように、投射モードに応じて画素電圧生成回路４０１に画素電圧を変更させた場合は、共通電極電圧生成回路４０２に、画素電圧との差分を図１９(Ａ)に示す変更前の所定値ΔＶに維持したまま共通電極電圧のＨｉも変更させる。言い換えれば、制御部４０４は、画素電圧と共通電極電圧のＨｉとの差を変えることなくこれら画素電圧と共通電極電圧のＨｉを変更することが可能である。

図１３のフローチャートを用いて、本発明の実施例２において制御部４０４が行う処理について説明する。本実施例のプロジェクタの構成は、実施例１（図１）の構成と同じである。また、本実施例でも、固体光源２００１は青色レーザダイオードであり、蛍光体２０５２からの光量の比率はＲ：Ｇ：Ｂ＝０．５：０．７５：１とする。Ｓｔｅｐ０１からＳｔｅｐ０４までは実施例１（図１１）と同じであるため、説明を省略する。

本実施例では、Ｓｔｅｐ０３において画質優先モードが選択された場合に、実施例１のＳｔｅｐ０５に代えてＳｔｅｐ１５およびＳｔｅｐ１６の処理を行う。Ｓｔｅｐ１５およびＳｔｅｐ１６において白を表示する処理について、図１４を用いて説明する。図１４に示す縦３つの図は、画質優先モードにおいてＲ、ＧおよびＢパネル３０３〜３０５に印加される電圧（ＰＷＭ）を示す。

Ｓｔｅｐ１５では、制御部４０４は、画素電圧生成回路４０１に、Ｒ、ＧおよびＢパネル３０３〜３０５の画素電圧として、Ｒ：４．５Ｖ、Ｇ：２．５Ｖ、Ｂ：３．３Ｖを生成させる。実施例１に比べて、ＧおよびＢパネル３０４，３０５の画素電圧が高い。また、制御部４０４は、共通電極電圧生成回路４０２に共通電極電圧のＨｉとして画素電圧と同じＲ：４．５Ｖ、Ｇ：２．５Ｖ、Ｂ：３．３Ｖを生成させる。

さらに制御部４０４は、Ｓｔｅｐ１６において、パルス幅変調駆動部４０３にＲパネル３０３のオンデューティ比を１００％に設定させ、ＧおよびＢパネル３０４，３０５のオンデューティ比を９０％に設定させる。すなわち、ＧおよびＢパネル３０４，３０５のオンデューティ比をＲパネル３０３のオンデューティ比よりも低く設定させる。

この設定状態（第２の設定状態）では、１フレーム期間内にＲ光は投射されるがＧ光とＢ光が投射されない期間が生じるが、Ｇ光とＢ光が投射されない期間は極めて短時間であるため、観察者は視認できない。したがって、カラーブレイクの発生を実質的に抑えることができる。

図１４に示した設定では、Ｒパネル３０３において、入射するＲ光の光量は０．５、画素電圧は４．５Ｖ、オンデューティ比は１００％であり、反射するＲ光の光量は０．５となる。また、Ｇパネル３０４において、入射するＧ光の光量は１、画素電圧は２．５Ｖ、オンデューティ比は９０％であり、反射するＧ光の光量は０．５となる。また、Ｂパネル３０５において、入射するＢ光の光量は０．７５、画素電圧は３．３Ｖ、オンデューティ比は９０％であり、反射するＢ光の光量は０．５となる。すなわち、投射されるＲ光、Ｇ光およびＢ光の光量を互いに同じにして白を表現することができる。

以上説明したように、Ｒ、ＧおよびＢパネル３０３〜３０５のオンデューティ比が全て同じでなくても、オンデューティ比の差が鑑賞者によりカラーブレイクが視認されない範囲の差であればよい。

図１５は、本発明の実施例３であるプロジェクタ１００′の構成を示している。本実施例のプロジェクタ１００′は、光量センサ３０６を有する点で実施例１のプロジェクタ１００と異なる。プロジェクタ１００′の他の構成は、実施例１のプロジェクタ１００と同じである。

固体光源ユニット２０１に用いられる固体光源２００１は、その点灯時間が長くなるにつれて光量が低下する。また、蛍光体２０５２や光学部３００内の光学部品も高強度の光が入射することで劣化し、蛍光体２０５２での波長変換効率が低下したり光学部３００での光の透過量が減少したりする。

このため、本実施例では、Ｒ、ＧおよびＢパネル３０３〜３０５のそれぞれに入射するＲ光、Ｇ光およびＢ光の光量を、色光ごとに設けた光量センサ３０６を用いて検出する。検出したＲ光、Ｇ光およびＢ光の光量のうち最も少ない光量を基準光量とする。そして、基準光量の色用の液晶パネルの画素電圧、共通電極電圧およびオンデューティ比をそれぞれの最大値に設定する一方、他の色用の液晶パネルの画素電圧、共通電極電圧およびオンデューティ比を最大値から変更する。

図１６のフローチャートを用いて、本実施例において制御部４０４が行う処理について説明する。Ｓｔｅｐ０１からＳｔｅｐ０４までは実施例１（図１１）と同じであるため、説明を省略する。

本実施例では、Ｓｔｅｐ０３において画質優先モードが選択された場合に、実施例１のＳｔｅｐ０５に代えてＳｔｅｐ２５の処理を行う。Ｓｔｅｐ２５からＳｔｅｐ２７において白を表示する処理について、図１７を用いて説明する。図１７に示す縦３つの図は、画質優先モードにおいてＲ、ＧおよびＢパネル３０３〜３０５に印加される電圧（ＰＷＭ）を示す。

Ｓｔｅｐ２５では、制御部４０４は、光量センサ３０６を通じてＲ、ＧおよびＢパネル３０３〜３０５のそれぞれに入射するＲ光、Ｇ光およびＢ光の光量を検出する。そして、制御部４０４は、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光の光量の割合（以下、光量比という）を算出する。そして、Ｓｔｅｐ２６およびＳｔｅｐ２７において以下の処理を行う。

検出したＲ光、Ｇ光およびＢ光の光量が初期の光量から低下したとしても、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光の光量の低下量がほぼ同じであれば、検出したＲ光、Ｇ光およびＢ光の光量比合はＲ：Ｇ：Ｂ＝１：１：１またはこれに近い値となる。この場合、制御部４０４は、図１２（Ａ）に示すように、Ｒ、ＧおよびＢパネル３０３〜３０５の画素電圧、共通電極電圧のＨｉおよびオンデューティ比を互いに同じに設定する（第１の設定状態）。

一方、光量比が、例えばＲ：Ｇ：Ｂ＝１：０．５：０．７５となった場合は、制御部４０４は、以下の処理を行う。制御部４０４は、図１７に示すように基準光量であるＧ光の投射光量０．５に合わせて、Ｒ光とＢ光の投射光量が０．５に低下するように、ＲおよびＢパネル３０３，３０５の画素電圧、共通電極電圧のＨｉおよびオンデューティ比を最大値から低下させる（第２の設定状態）。この際、オンデューティ比の低下量は、鑑賞者によりカラーブレイクが視認されない範囲とする。

本実施例によれば、固体光源ユニット２０１、蛍光体２０５２および光学部３００の劣化によってＲ光、Ｇ光およびＢ光の光量比が変化した場合でも、画質優先モードに要求される投射画像の画質を維持しつつ、カラーブレイクの発生を抑えることができる。

上記各実施例では、３つの液晶パネルのうち２つの液晶パネルの画素電圧、共通電極電圧およびオンデューティ比を他の１つの液晶パネルに対して異ならせる（下げる）場合について説明した。しかし、３つの液晶パネルのうち１つの液晶パネルの画素電圧、共通電極電圧およびオンデューティ比を他の２つの液晶パネルに対して異ならせてもよい。すなわち、３つの液晶パネルのうち少なくとも１つに対して他と異なる画素電圧、共通電極電圧およびオンデューティ比を設定すればよい。
（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。

１００，１００′ プロジェクタ
２００ 固体光源ユニット
３００ 光学部
４００ 液晶パネル駆動部

本発明の一側面としての画像投射装置は、それぞれ複数の画素を有し、互いに異なる波長の光を変調する複数の光変調素子と、複数の光変調素子のそれぞれにおける複数の画素に共通して印加される第１の電圧を生成するとともに、該複数の画素の入射光の光量に対する出射光の光量の比率の最大値を決める第２の電圧を生成し、入力された映像信号に応じて画素ごとに第２の電圧をパルス幅変調して光変調素子を駆動する駆動手段とを有する。駆動手段は、複数の光変調素子のうち少なくとも１つの光変調素子に対して他の光変調素子とは異なる第２の電圧を設定して複数の光変調素子を駆動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、それぞれ複数の画素を有し、互いに異なる波長の光を変調する複数の光変調素子を有する画像投射装置に適用される。該制御方法は、複数の光変調素子のそれぞれにおける複数の画素に共通して印加される第１の電圧を生成するステップと、該複数の画素の入射光の光量に対する出射光の光量の比率の最大値を決める第２の電圧を生成するステップと、入力された映像信号に応じて画素ごとに第２の電圧をパルス幅変調して光変調素子を駆動するステップとを有する。複数の光変調素子のうち少なくとも１つの光変調素子に対して他の光変調素子とは異なる第２の電圧を設定して複数の光変調素子を駆動することを特徴とする。

明るさ優先モードでは、制御部４０４は、画素電圧生成回路４０１のプログラマブル電源ＩＣに、画素電圧として最大の４．５Ｖを生成させる。画素電圧は、Ｒ、ＧおよびＢパネル３０３〜３０５での反射率の最大値（以下、最大反射率という）を決める。なお、Ｒ、ＧおよびＢパネル３０３〜３０５が透過型液晶パネルである場合には、画素電圧はそれらの透過率の最大値を決める。Ｒ、ＧおよびＢパネル３０３〜３０５としてデジタルマイクロミラーデバイスが用いられる場合も同様である。これら反射率および透過率は、光変調素子の入射光の光量に対する出射光の光量の比率に相当する。

Claims (10)

1. それぞれ複数の画素を有し、互いに異なる色光を変調する複数の光変調素子と、
   前記複数の光変調素子のそれぞれにおける前記複数の画素に共通して印加される第１の電圧を生成するとともに、該複数の画素の入射光に対する出射光の比率の最大値を決める第２の電圧を生成し、入力された映像信号の階調に応じて前記画素ごとに前記第２の電圧をパルス幅変調して前記複数の光変調素子を駆動する駆動手段とを有し、
   前記駆動手段は、前記複数の光変調素子のうち少なくとも１つの光変調素子に対して他の光変調素子とは異なる前記第２の電圧を設定して前記複数の光変調素子を駆動することを特徴とする画像投射装置。
2. 前記駆動手段は、前記複数の光変調素子に対して互いに同じ前記第２の電圧を設定した第１の設定状態と、前記少なくとも１つの光変調素子に対して前記他の光変調素子とは異なる前記第２の電圧を設定した第２の設定状態とで前記複数の光変調素子を駆動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. 複数の画像投射モードの選択が可能であり、
   前記駆動手段は、前記複数の画像投射モードのうちいずれか１つの画像投射モードが選択された場合に、前記少なくとも１つの光変調素子に対して前記他の光変調素子とは異なる前記第２の電圧を設定す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. 第１の画像投射モードと第２の画像投射モードの選択が可能であり、
   前記駆動手段は、
   前記第１の画像投射モードが選択された場合は前記第１の設定状態で前記複数の光変調素子を駆動し、
   前記第２の画像投射モードが選択された場合は前記第２の設定状態で前記複数の光変調素子を駆動することを特徴とする請求項２に記載の画像投射装置。
5. 前記複数の色光の光量の割合を検出するための光量センサを有しており、
   前記駆動手段は、前記光量の割合に応じて、前記少なくとも１つの光変調素子に対して前記他の光変調素子とは異なる前記第２の電圧を設定す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。
6. 前記駆動手段は、前記少なくとも１つの光変調素子の前記第１の電圧を前記他の光変調素子の前記第１の電圧と異ならせ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. 前記駆動手段は、前記少なくとも１つの光変調素子の前記第１の電圧および前記第２の電圧を、該第１の電圧と前記第２の電圧との差を変えることなく変更することを特徴とする請求項６に記載の画像投射装置。
8. 前記駆動手段は、前記複数の光変調素子のそれぞれに対応する複数の色の映像信号の階調に対して互いに同じパルス幅変調パターンを用いて、前記複数の光変調素子の前記第２の電圧をパルス幅変調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. それぞれ複数の画素を有し、互いに異なる色光を変調する複数の光変調素子を有する画像投射装置の制御方法であって、
   前記複数の光変調素子のそれぞれにおいて前記複数の画素に共通して印加される第１の電圧を生成するステップと、
   該複数の画素の入射光に対する出射光の比率の最大値を決める第２の電圧を生成するステップと、
   入力された映像信号の階調に応じて前記画素ごとに前記第２の電圧をパルス幅変調して前記複数の光変調素子を駆動するステップとを有し、
   前記複数の光変調素子のうち少なくとも１つの光変調素子に対して他の光変調素子とは異なる前記第２の電圧を設定して前記複数の光変調素子を駆動することを特徴とする画像投射装置の制御方法。
10. それぞれ複数の画素を有し、互いに異なる色光を変調する複数の光変調素子を有する画像投射装置のコンピュータに、請求項９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。