JP2021032970A - 光量調整装置、投射装置、及び光量調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】明るさ及び色バランスを維持することが可能な光量調整装置、投射装置、及び光量調整方法を提供する。【解決手段】初期設定時において、光量調整部５２により、投影映像を所望の明るさとするための第１の明るさとし、照明光の各色成分の第１の光強度とする。また、ゲイン調整部６１により、投影映像が所望の色となり、且つ、各色成分の一つのゲイン値が最大値となるように設定し、設定したゲイン値を第１のゲイン値とする。検出時点において、光源部２より射出される照明光の明るさが、第１の明るさと一致するように光量を調整し、且つ、光源部２より射出される照明光の各色成分の第２の光強度と、第１の光強度との比率を演算する。演算した比率に基づいて、ゲイン値を補正し、補正後のゲイン値が最大値を超える場合には、各色成分のゲイン値の最大のゲイン値が最大値となるように、各色成分のゲイン値を同一の比率で低減させる。更に、光量調整部は、照明光の光量を増加する。【選択図】図３

Description

本発明は、光量調整装置、投射装置、及び光量調整方法に関する。

プロジェクタなどの投射装置において、光源から射出される光の光路などに光センサを配置して光源の光量を検出し、検出した光量に基づいて光源を制御することで、光源の光量を安定させる手法が知られている。

例えば、特許文献１には、光路にあるダイクロイックミラーの後方に光センサを配置して、光センサの検知結果に応じて放電ランプの駆動部を制御する構成が記載されている。しかし、光センサで光量を検出するのみで光源からの射出光の色成分を確認することができないため、経時劣化等による射出光の色バランスの変化を検出することができない。このため、投影映像の色バランスを維持することが容易でない。

一方、特許文献２には、光路上に配置されたミラー近傍に設けた光センサにより取得した光情報に基づいて、光変調素子に関する色補正を行う構成が記載されている。しかし、光センサで取得した光情報から色補正を行うのみであるため、投影映像の明るさを一定に保つことは難しい。

特開２０００−２８９８８号公報 特開２０１８−６００７７号公報

上述したように、特許文献１に開示されたプロジェクタ装置では、色バランスを維持することができず、また、特許文献２に開示された投射装置では、明るさを一定に維持することが難しいという問題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、明るさ及び色バランスを維持し、且つ、光源部の消費電力を低減することが可能な光量調整装置、投射装置、及び光量調整方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る光量調整装置は、照明光を射出する光源部と、前記照明光の光量を調整する光量調整部と、前記照明光の明るさ、及び前記照明光に含まれる赤色、緑色、青色の各色成分の光強度を検出する光センサと、前記照明光に含まれる赤色、緑色、青色の各色成分を光変調して投影映像を出力する光変調素子と、前記光変調素子より出力される、前記各色成分のゲイン値を調整するゲイン調整部と、を備え、第１の時点において、前記光量調整部は、前記投影映像を所望の明るさとするための前記照明光の明るさである第１の明るさを記憶し、且つ、前記照明光の各色成分の光強度を第１の光強度として記憶し、前記ゲイン調整部は、前記投影映像が所望の色となり、且つ、前記各色成分の少なくとも一つのゲイン値が最大値となるように設定し、設定したゲイン値を第１のゲイン値として記憶し、前記第１の時点よりも後の第２の時点において、前記光量調整部は、前記光源部より射出される照明光の明るさが、前記第１の明るさと一致するように、前記照明光の光量を調整し、且つ、前記光源部より射出される照明光の各色成分の光強度である第２の光強度と、前記第１の光強度との比率を演算し、前記ゲイン調整部は、前記第２の光強度と前記第１の光強度との比率に基づいて、前記ゲイン値を補正し、補正後のゲイン値が前記最大値を超える場合には、前記各色成分のゲイン値のうち最大のゲイン値が前記最大値となるように、前記各色成分のゲイン値を同一の比率で低減させ、且つ、前記光量調整部は、前記照明光の光量を増加することを特徴とする。

本発明に係る投射装置は、照明光を射出する光源部と、前記光源部から前記照明光が入射され、且つ、前記照明光を射出する照明光学系と、前記照明光学系より照射される照明光をスクリーンに投影する投射光学系と、前記照明光の光量を調整する光量調整部と、前記照明光の明るさ、及び前記照明光に含まれる赤色、緑色、青色の各色成分の光強度を検出する光センサと、前記照明光に含まれる赤色、緑色、青色の各色成分を光変調して投影映像を出力する光変調素子と、前記光変調素子より出力される、前記各色成分のゲイン値を調整するゲイン調整部と、を備え、第１の時点において、前記光量調整部は、前記投影映像を所望の明るさとするための前記照明光の明るさである第１の明るさを記憶し、且つ、前記照明光の各色成分の光強度を第１の光強度として記憶し、前記ゲイン調整部は、前記投影映像が所望の色となり、且つ、前記各色成分の少なくとも一つのゲイン値が最大値となるように設定し、設定したゲイン値を第１のゲイン値として記憶し、前記第１の時点よりも後の第２の時点において、前記光量調整部は、前記光源部より射出される照明光の明るさが、前記第１の明るさと一致するように、前記照明光の光量を調整し、且つ、前記光源部より射出される照明光の各色成分の光強度である第２の光強度と、前記第１の光強度との比率を演算し、前記ゲイン調整部は、前記第２の光強度と前記第１の光強度との比率に基づいて、前記ゲイン値を補正し、補正後のゲイン値が前記最大値を超える場合には、前記各色成分のゲイン値のうち最大のゲイン値が前記最大値となるように、前記各色成分のゲイン値を同一の比率で低減させ、且つ、前記光量調整部は、前記照明光の光量を増加することを特徴とする。

本発明に係る光量調整方法は、第１の時点において、投影映像が所望の明るさとなるように、光源部より射出される照明光の明るさを第１の明るさとして記憶し、且つ、前記照明光の赤色、緑色、青色の各色成分の光強度を第１の光強度として記憶するステップと、投影映像が所望の色となり、且つ、各色成分の少なくとも一つのゲイン値が最大値となるように設定し、設定したゲイン値を第１のゲイン値として記憶するステップと、前記第１の時点よりも後の第２の時点において、前記光源部より射出される照明光の明るさが、前記第１の明るさと一致するように、前記照明光の光量を調整し、且つ、前記光源部より射出される照明光の各色成分の光強度である第２の光強度と、前記第１の光強度との比率を演算するステップと、前記第２の光強度と前記第１の光強度との比率に基づいて、前記ゲイン値を補正し、補正後のゲイン値が前記最大値を超える場合には、前記各色成分のゲイン値のうち最大のゲイン値が前記最大値となるように、前記各色成分のゲイン値を同一の比率で低減させるステップと、前記照明光の光量を増加するステップと、を備えたこと特徴とする。

本発明によれば、明るさ及び色バランスを維持し、且つ、光源部の消費電力を低減することが可能となる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る投射装置の構成を示すブロック図である。 図２は、図１に示す投射装置の、光源部の詳細な構成を示すブロック図である。 図３は、蛍光体部の構成を示す説明図である。 図４は、図１に示す投射装置の、光量調整装置の詳細な構成を示すブロック図である。 図５は、第１実施形態に係る光量調整装置における初期設定の処理手順を示すフローチャートである。 図６は、第１実施形態に係る光量調整装置において経時変化或いは環境変化生じたときの、ＲＧＢゲインを調整する処理手順を示すフローチャートである。 図７は、図６に示した第１の処理の詳細な処理手順を示すフローチャートである。 図８は、図６に示した第２の処理の詳細な処理手順を示すフローチャートである。 図９は、図６に示した第３の処理の詳細な処理手順を示すフローチャートである。 図１０は、第１実施形態の変形例に係る投射装置の構成を示すブロック図である。 図１１は、第２実施形態に係る光量調整装置において、経時変化或いは環境変化生じたときの、ＲＧＢゲインを調整する処理手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
［第１実施形態の説明］
図１は、本発明の第１実施形態に係る投射装置の構成を示す説明図である。図１に示すように、第１実施形態に係る投射装置１は、光源部２と、照明光学系３と、光変調素子４（４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ）と、投射光学系５と、光量調整装置６と、を備えている。

図２は、図１に示す光源部２の詳細な構成を示す説明図である。なお、図２では光が通過する方向を理解し易くするために、光源部２に含まれる蛍光体ホイール２２の法線方向に沿って見た図を図２（ａ）に示し、図２（ａ）を横方向から見た図を図２（ｂ）に示している。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、光源部２は、光源１０と、集光レンズ１１、１２、１３と、分割ミラー１４と、ダイクロイックミラー１５と、レンズ１６、１７と、ミラー１８、１９、２０と、蛍光体部２１と、を備えている。

光源１０及び蛍光体部２１は、照明光源を構成する。光源１０は、例えば複数の青色レーザ素子ＢＥが配列されたレーザアレイで構成されている。光源１０は青色レーザ光を射出する。

図３は、蛍光体部２１の詳細を示す説明図であり、図２、図３を参照して、蛍光体部２１の構成例を説明する。蛍光体部２１は、蛍光体ホイール２２と、蛍光体２３と、回転軸２４と、ホイール駆動部２５とを備えている。

蛍光体ホイール２２は、例えば円板形状を有する。蛍光体２３は、蛍光体ホイール２２の鏡面である表面の外周部に形成されている。青色レーザ光ＢＬが蛍光体２３に照射されることにより、蛍光体２３は励起され、赤色成分と緑色成分とを含む黄色光を発光する。

ホイール駆動部２５は、回転軸２４を中心として蛍光体ホイール２２を回転させる。蛍光体ホイール２２を回転させた状態で青色レーザ光ＢＬを蛍光体２３に照射することにより、青色レーザ光ＢＬが照射されることに起因して発生する局部的な温度上昇を、蛍光体ホイール２２の外周部全体に分散させることができる。これにより、蛍光体２３の温度上昇を抑制することができる。

集光レンズ１１、１２、１３は、入射光である青色レーザ光ＢＬを集光する。分割ミラー１４は、入射光である青色レーザ光ＢＬを分割する。具体的には、分割ミラー１４は、入射した青色レーザ光ＢＬの一部を反射し、残りを透過させる。分割ミラー１４を透過した青色レーザ光ＢＬを青色レーザ光ＢＬ１とし、分割ミラー１４で反射した青色レーザ光ＢＬを青色レーザ光ＢＬ２とする。

分割ミラー１４を透過した青色レーザ光ＢＬ１は、ダイクロイックミラー１５に入射する。ダイクロイックミラー１５は、青色成分を含む青色光を反射し、赤色成分と緑色成分とを含む黄色光を透過させる。青色レーザ光ＢＬ１は、ダイクロイックミラー１５で反射し、更に集光レンズ１２、１３により集光されて蛍光体２３に照射される。

蛍光体２３は、青色レーザ光ＢＬ１によって励起され、赤色成分と緑色成分とを含む黄色光を発光する。蛍光体部２１は、青色レーザ光ＢＬ１が照射されることにより、黄色光を黄色照明光ＹＬＬとして射出する。黄色照明光ＹＬＬは、集光レンズ１２、１３とダイクロイックミラー１５とを介して照明光学系３に入射する。

分割ミラー１４で反射した青色レーザ光ＢＬ２は、レンズ１６、１７と、ミラー１８、１９、２０とを有するリレー光学系を介して、ダイクロイックミラー１５に照射される。青色レーザ光ＢＬ２は、ダイクロイックミラー１５で反射し、照明光学系３に青色照明光ＢＬＬとして入射する。即ち、照明光学系３には、光源部２から黄色照明光ＹＬＬと青色照明光ＢＬＬとの混合光である白色の照明光ＷＬＬが入射する。

光源部２は、上記の構成に限定されるものではなく、白色の照明光ＷＬＬを発光する光源であればよい。例えば、光源部２として白色ＬＥＤ光源や白色ランプ光源を用いてもよい。

図１に戻って、照明光学系３は、反射ミラー３０、３１、３２と、フライアイレンズ３３、３４と、偏光変換素子３５と、レンズ３６〜３９とを有する。更に照明光学系３は、クロスダイクロイックミラー４０と、ダイクロイックミラー４１と、反射型偏光板４２（図では、４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂと記載）とを有する。

反射ミラー３０は、照明光学系３に入射した照明光ＷＬＬをフライアイレンズ３３及び３４に向けて反射する。フライアイレンズ３３、３４は、均一照明光学系を構成する。フライアイレンズ３３、３４は、光変調素子４に照射される照明光ＷＬＬの照明分布を均一化する。

偏光変換素子３５は、照明光ＷＬＬを、ｐ偏光及びｓ偏光のうちのいずれか一方の偏光に揃える。偏光変換素子３５は、照明光ＷＬＬを、例えばｓ偏光に揃える。ｓ偏光に揃えられた照明光ＷＬＬは、レンズ３６を介してクロスダイクロイックミラー４０へ入射する。クロスダイクロイックミラー４０は、照明光ＷＬＬを黄色照明光ＹＬＬと青色照明光ＢＬＬとに分離する。

クロスダイクロイックミラー４０によって分離された黄色照明光ＹＬＬは、反射ミラー３１で反射し、ダイクロイックミラー４１に入射する。ダイクロイックミラー４１は、黄色照明光ＹＬＬを、赤色成分を含む赤色照明光ＲＬＬと、緑色成分を含む緑色照明光ＧＬＬとに分離する。

ダイクロイックミラー４１は、赤色照明光ＲＬＬを透過させ、緑色照明光ＧＬＬを反射する。反射型偏光板４２は、ｐ偏光及びｓ偏光のうちのいずれか一方を透過させ、他方を反射する。反射型偏光板４２は、例えばｓ偏光を透過させ、ｐ偏光を反射する。反射型偏光板４２は、例えばワイヤグリッドで構成することができる。

光変調素子４、及び反射型偏光板４２を色ごとに区別するために、赤色照明光ＲＬＬが照射される光変調素子４、及び反射型偏光板４２を、光変調素子４Ｒ、及び反射型偏光板４２Ｒとする。緑色照明光ＧＬＬが照射される光変調素子４、及び反射型偏光板４２を、光変調素子４Ｇ、及び反射型偏光板４２Ｇとする。青色照明光ＢＬＬが照射される光変調素子４、及び反射型偏光板４２を、光変調素子４Ｂ及び、反射型偏光板４２Ｂとする。

ダイクロイックミラー４１を透過した赤色照明光ＲＬＬは、レンズ３７を介して反射型偏光板４２Ｒへ入射する。ｓ偏光の赤色照明光ＲＬＬは、反射型偏光板４２Ｒを透過して光変調素子４Ｒに照射される。光変調素子４Ｒは、赤色成分の画像データに基づいて、赤色照明光ＲＬＬを画素ごとに光変調し、ｐ偏光の赤色画像光ＲＭＬを生成する。赤色画像光ＲＭＬは、反射型偏光板４２Ｒで反射し、投射光学系５へ入射する。

ダイクロイックミラー４１で反射した緑色照明光ＧＬＬは、レンズ３８を介して反射型偏光板４２Ｇへ入射する。ｓ偏光の緑色照明光ＧＬＬは、反射型偏光板４２Ｇを透過して光変調素子４Ｇに照射される。光変調素子４Ｇは、緑色成分の画像データに基づいて、緑色照明光ＧＬＬを画素ごとに光変調し、ｐ偏光の緑色画像光ＧＭＬを生成する。緑色画像光ＧＭＬは、反射型偏光板４２Ｇで反射し、投射光学系５へ入射する。

クロスダイクロイックミラー４０によって分離された青色照明光ＢＬＬは、反射ミラー３２で反射し、レンズ３９を介して反射型偏光板４２Ｂへ入射する。ｓ偏光の青色照明光ＢＬＬは、反射型偏光板４２Ｂを透過して光変調素子４Ｂに照射される。光変調素子４Ｂは、青色成分の画像データに基づいて、青色照明光ＢＬＬを画素ごとに光変調し、ｐ偏光の青色画像光ＢＭＬを生成する。青色画像光ＢＭＬは、反射型偏光板４２Ｂで反射し、投射光学系５へ入射する。

投射光学系５は、色合成プリズム４３と投射レンズ４４とを有する。投射光学系５へ入射した赤色画像光ＲＭＬ、緑色画像光ＧＭＬ、及び青色画像光ＢＭＬは、色合成プリズム４３によって合成され、投射レンズ４４によってフルカラー画像の表示画像としてスクリーン等の被投射媒体へ拡大投射される。

次に、図４を参照して、光量調整装置６の詳細な構成について説明する。図４に示す反射型偏光板４２は、図１の反射型偏光板４２（４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂ）を簡略化して示している。図４に示す符号ＬＬ１は、各反射型偏光板４２（４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂ）に入射する各色光（ＲＬＬ、ＧＬＬ、ＢＬＬ）を示している。図４の光変調素子４は、図１に示した光変調素子４（４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ）を簡略化して示している。図４に示す投射光学系５は、図１に示した投射光学系５を簡略化して示している。

光量調整装置６は、光センサ７と、光量算出部５１と、光量調整部５２と、光源駆動部５３と、光量記憶部５４と、ゲイン調整部６１と、素子駆動部６２と、ゲイン記憶部６３と、を備えている。

光量算出部５１、光量調整部５２、光源駆動部５３、ゲイン調整部６１、素子駆動部６２は、光量調整装置６が搭載するＣＰＵ（Central Processing Unit）上でプログラムが動作することにより構成してもよいし、一部または全部を互いに協働して動作するハードウエア回路により構成してもよい。

光センサ７は、図１に示すように、照明光ＷＬＬが光源部２の光源１０から射出され、且つ、クロスダイクロイックミラー４０に入射するまでの範囲における光路の近傍に配置されている。光センサ７は、各色成分の光が混合している光路に配置されていることが望ましい。光センサ７は、例えば偏光変換素子３５（図１参照）の近傍に配置されており、照明光ＷＬＬを光路から離れた位置で、且つ、偏光変換素子３５の漏れ光を効率よく検出できる位置に配置されている。

更に、光センサ７は、光源１０より射出される照明光に含まれる赤色成分（Ｒ）、緑色成分（Ｇ）、青色成分（Ｂ）の各色成分の光強度を検出する。更に、各色成分よりなる白色光の明るさを検出する。

光センサ７で検出される照明光の明るさは、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分の光強度の検出値に基づいて、以下の（１）式で算出することができる。
Ｃ＝ＩＲ×ＣＲ＋ＩＧ×ＣＧ＋ＩＢ×ＣＢ …（１）
但し、Ｃ：明るさ、ＣＲ, ＣＧ, ＣＢ：ＲＧＢの光強度検出値、ＩＲ、ＩＧ、ＩＢ：変換係数（ＩＲ＋ＩＧ＋ＩＢ＝１）
或いは、簡易的に緑色（Ｇ）の光強度をそのまま明るさ「Ｃ」として採用してもよい。つまり、ＩＧ＝１、ＩＲ＝０、ＩＢ＝０としてもよい。

図４に示す照明光ＬＬ１は、反射型偏光板４２を透過し、光変調素子４に照射される。光変調素子４は、入力される画像データに基づいて照明光ＬＬ１を光変調することにより、画像光ＭＬを生成する。

光量算出部５１は、光センサ７で検出された各色成分の光強度を取得し、初期状態（工場出荷時など；第１の時点）における光強度、及び明るさのデータを光量記憶部５４に記憶する。また、初期状態から時間が経過した後（第１の時点よりも後の第２の時点）の各色成分の光強度、及び明るさのデータを光量記憶部５４に記憶する。

光量算出部５１は更に、今回検出された各色成分の光強度と、初期状態、或いは前回検出時における光強度との比率を算出し、この比率に基づいて、光変調素子４（４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ）を駆動させるときのゲイン値を補正するためのゲイン調整値Ａｄを算出し、ゲイン調整部６１へ出力する。

ゲイン記憶部６３は、ＲＯＭ等の不揮発性メモリで構成され、ゲイン調整部６１の演算で用いられる初期ゲイン値Ｇrefを記憶する。更に、初期状態、或いは前回検出時からの時間の経過に伴って、後述する処理により新たなゲイン値が設定された場合には、この新たなゲイン値を記憶する。

ゲイン調整部６１は、ゲイン記憶部６３より読み出した初期ゲイン値Ｇrefとゲイン調整値Ａｄにより、画像データのゲイン値を補正する。ゲイン値は、素子駆動部６２が光変調素子４を駆動するときの、光変調素子４に供給される画像データに対するゲインである。

ゲイン調整部６１は、例えば、初期ゲイン値Ｇrefとゲイン調整値Ａｄを画像データにおける各画素の階調値に乗算することにより、画像データに基づいて投射画像の明るさを調整することができる。ゲイン調整部６１は、例えば、初期ゲイン値Ｇrefとゲイン調整値Ａｄを画像データにおける各画素の階調値に加算または減算することにより、画像データに基づいて投射画像の明るさを調整してもよい。なお、画像データと投射画像の明るさは必ずしもリニアな関係ではないため、光変調素子４のガンマ特性を考慮して初期ゲイン値Ｇrefを決定することが望ましい。

また、ゲイン調整部６１は、投影光の明るさのＲ、Ｇ、Ｂの各色成分を、それぞれ初期状態（第１の時点）と、検出時（第２の時点）で等しくするために、以下に示す（２）式を設定する。
ＣＲ０*ＸＲ０^γ＝ＣＲ１*ＸＲ１^γ
ＣＧ０*ＸＧ０^γ＝ＣＧ１*ＸＧ１^γ
ＣＢ０*ＸＢ０^γ＝ＣＢ１*ＸＢ１^γ …（２）
（２）式において、ＣＲ０、ＣＧ０、ＣＢ０は、赤色、緑色、青色の初期状態における明るさを示す。ＣＲ１、ＣＧ１、ＣＢ１は、赤色、緑色、青色の、今回の測定時における明るさを示す。ＸＲ０、ＸＧ０、ＸＢ０は、赤色、緑色、青色の初期状態におけるゲイン値を示す。ＸＲ１、ＸＧ１、ＸＢ１は、赤色、緑色、青色の今回の測定時に設定するゲイン値を示す。「^」はべき乗を示し、「γ」はガンマ特性の数値（例えば、２．２）を示す。

そして、上述した（２）式より、以下に示す（３）式が得られる。
ＸＲ１＝ＸＲ０*（ＣＲ０／ＣＲ１）^（１／γ）
ＸＧ１＝ＸＧ０*（ＣＧ０／ＣＧ１）^（１／γ）
ＸＢ１＝ＸＢ０*（ＣＢ０／ＣＢ１）^（１／γ） …（３）
そして、上記（３）式により、各色成分のゲイン値を算出することができる。

素子駆動部６２は、ゲイン調整部６１で設定されたゲイン値に設定して、光変調素子４（４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ）を駆動する。

光量調整部５２は、光源部２より射出される照明光の光量が、光量算出部５１で算出された光量となるように、光源駆動部５３に指令信号を出力する。光センサ７の位置から投射レンズ４４（図１参照）までの間の透過率に応じて、明るさの目標値を変更する処理を実施する。投影光の明るさを変化させないためには、以下に示す（４）式が成立する必要がある。
Ｃ(t)*Ｔ（t)＝Ｃ０*Ｔ(0) …（４）
但し、Ｃ０、Ｔ（0)は初期状態における明るさ及び透過率、Ｃ（t）、Ｔ（t)は時刻ｔにおける明るさ及び透過率を示す。

（４）式を変形して（５）式を得ることができる。
Ｃ(t)＝Ｃ０*Ｔ(0)／Ｔ（t) …（５）
そして、（５）式をＲ、Ｇ、Ｂの各色成分の光量に適用して、光量を算出する。なお、透過率の変化割合が、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分で等しい場合には、（５）式に示す係数「Ｔ(0)／Ｔ（t)」はＲ、Ｇ、Ｂの各色成分で同一となる。一方、透過スペクトルが変化し、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分で異なる透過率となった場合には、上記の係数は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分で異なる数値となる。

光源駆動部５３は、光量調整部５２より出力される指令信号に基づき、光源部２に制御信号を出力する。具体的に、光源部２より照射される白レベルの照明光の光量の増加、或いは減少を調整するための制御信号を出力する。

［第１実施形態の作用の説明］
次に、上述のように構成された第１実施形態に係る投射装置１の処理動作を、図５〜図９に示すフローチャートを参照して説明する。

図５は、第１実施形態に係る投射装置１における光源部２の光量、及びＲ、Ｇ、Ｂの各色成分のゲイン値を、例えば投射装置１の使用開始時（第１の時点）において初期設定する際の処理手順を示すフローチャートである。なお、本実施形態では、投射装置１の使用開始時点を第１の時点とする例について説明するが、本発明は、これに限定されるものではない。

初めに、図５のステップＳ１１において、光量調整部５２は、投射装置１による投影映像の明るさを検出し、所望の明るさとなるように光源１０より射出される照明光の明るさを調整する。この調整は、投射装置１より投射された映像をスクリーンに投影した画像をユーザが視認して所望の明るさに設定する。或いは、専用の測定器を用いて明るさを検出して所望の明るさに設定してもよい。この際、光源１０より射出される光量は、１００％未満の出力となるように設定する。

ステップＳ１２において、ゲイン調整部６１は、投射装置１による投影映像の赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各色成分を検出し、所望の色となるように、光変調素子４（４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ）のゲイン値を設定する。更に、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分のうちの少なくとも一つのゲイン値が最大値（例えば、１００％）となるように、各色成分のゲイン値を調整する。なお、「最大値」とは、１００％のみならず１００％の近傍の数値を意味する。以下に示す「最大値」についても同様である。

ステップＳ１３において、ゲイン調整部６１は、調整後の各色成分のゲイン値を、初期ゲイン（第１のゲイン値）としてゲイン記憶部６３に記憶する。

ステップＳ１４において、光量算出部５１は、赤色、緑色、青色の各色成分の光強度を初期光強度（第１の光強度）として、光量記憶部５４に記憶する。更に、光源部２の明るさ（第１の明るさ）を初期光量として光量記憶部５４に記憶する。その後、本処理を終了する。

次に、本実施形態に係る投射装置１によりＲ、Ｇ、Ｂの各色成分のゲイン値を調整する処理手順について説明する。投射装置１の使用を開始した後、ある程度の時間が経過すると、経時変化や環境変化、各個体のばらつきに起因して、光源１０より射出される光量、投影される映像の色バランスが変化する。従って、初期状態、或いは前回測定時から時間が経過した後（第１の時点よりも後の第２の時点）において、光量の変化、色バランスの変化を補正する必要がある。以下、図６に示すフローチャートを参照して、Ｒ、Ｇ、Ｂの各ゲイン値を調整する処理手順について説明する。

ステップＳ３１において、光量調整部５２は、光センサ７により光源１０より射出される照明光の光量を検出し、今回の光量（第２の時点の光量）とする。そして、検出した今回の光量と、前述した初期光量（第１の明るさ）を比較して、これらが一致するように光センサ７より出力される光量を調整する。例えば、初期光量と今回の光量との比率を算出し、この比率分だけ光量が増加するように、光源１０より射出される照射光の光量を調整する。

ステップＳ３２において、光量算出部５１は、光センサ７にて検出される、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分の光強度（今回の光強度）を取得し、光量記憶部５４に記憶されている初期光強度との比率を算出する。そして、算出された比率に基づいて、ゲイン調整部６１における各色成分のゲイン値を変更する。

例えば、光量記憶部５４に記憶されているＲ、Ｇ、Ｂの各色成分の初期光強度（第１の光強度）が（Ｒ２００、Ｇ３００、Ｂ２５０）であり、光センサ７で検出された今回のＲ、Ｇ、Ｂの各色成分の光強度（第２の光強度）が（Ｒ２５０、Ｇ３１０、Ｂ１５０）であるものとする。この場合には、各色成分の光強度の変化を補正するために、初期光強度と今回の光強度との比率を算出し、算出された比率に応じてＲ、Ｇ、Ｂの各色成分のゲイン値を変更する。

具体的に、赤色成分（Ｒ）については明るさを０．８０倍（＝２００／２５０）、緑色成分（Ｇ）については明るさを０．９７倍（＝３００／３１０）、青色成分（Ｂ）については明るさを１．６７倍（＝２５０／１５０）にする必要がある。従って、Ｒ、Ｇ、Ｂの各ゲイン値に、明るさが「０．８０倍」、「０．９７倍」、「１．６７倍」になる数値を乗じる補正を行う。例えば、後述する光変換素子のガンマ特性を考慮して決定した数値を乗じる補正を行う。

ステップＳ３３において、ゲイン調整部６１は、算出されたＲ、Ｇ、Ｂの各色成分のゲイン値が全て１００％未満であるか否かを判断する。全て１００％未満である場合には、ステップＳ３４に処理を進め、そうでなければステップＳ３５に処理を進める。

ステップＳ３４において、ゲイン調整部６１は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分のゲイン値の最大値が１００％となるように、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分のゲイン値の比率を維持したまま、ゲイン値を調整する処理（第１の処理）を実施する。第１の処理の詳細については、図７を参照して後述する。

ステップＳ３５において、ゲイン調整部６１は、算出されたＲ、Ｇ、Ｂの各色成分のゲイン値のうち少なくとも一つが１００％（最大値）であるか否かを判断する。少なくとも一つが１００％である場合には、ステップＳ３７に処理を進め、そうでなければステップＳ３６に処理を進める。

ステップＳ３６において、ゲイン調整部６１は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分のゲイン値の最大値が１００％になるように、Ｒ、Ｇ、Ｂの各ゲイン値の比率を保持したまま、ゲイン値を調整する処理（第２の処理）を実施する。第２の処理の詳細については、図８を参照して後述する。

ステップＳ３７において、ゲイン調整部６１は第３の処理を実施する。第３の処理の詳細については、図９を参照して後述する。その後、本処理を終了する。

次に、図７に示すフローチャートを参照して、図６のステップＳ３４に示した第１の処理の詳細な処理手順について説明する。

図６のステップＳ３２に示したゲイン値の調整の結果、初期設定時において１００％であった色成分のゲイン値が低下し、Ｒ、Ｇ、Ｂの全ての色成分においてゲイン値が１００％を下回ることがある。この場合には、調整後のゲイン値をそのまま適用しても投影映像の明るさ・色を初期と等しい状態に維持することができる。

しかし、ゲイン値が１００％を下回っているので、光変調素子４より射出される光の光量が低減しており、その分光源１０の出力を上昇させる必要が生じる。従って、効率が低下する。換言すれば、本来であれば、光源１０の出力を低減できるにも関わらず、必要以上の出力とされるので非効率であり、且つ光源１０の寿命が短くなる。

これを解消するために、図７のステップＳ４１において、ゲイン調整部６１は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分のバランスを維持した状態で、少なくとも一つの色成分のゲイン値を１００％まで上昇させる。その分、光源部２の光量を低下させる。

具体例として、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分のゲイン値のうち、最大の色成分のゲイン値が１００％から９０％に低下した場合には、この比率（１００／９０＝１．１）を、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分のゲイン値に乗じる。その結果、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分うち、少なくとも一つの色成分のゲイン値が１００％とされる。また、その他の色成分のゲイン値も同一の比率で増加される。従って、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分のバランスを維持したまま、全体の明るさを上昇させることができる。

ステップＳ４２において、光量算出部５１は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分のゲイン値を上昇させたことによる明るさの上昇分を算出する。

ステップＳ４３において、光量調整部５２は、この明るさの上昇分を打ち消すように、光源１０の出力を低減させる。その結果、投影映像の明るさ、色を維持したまま、光源１０における消費電力を低減することができる。また、光源１０の出力を低減することにより、光源部２の劣化を防止し、長寿命化を図ることができる。

なお、ゲイン値と投影画像の明るさは通常リニアな関係でないため、光変調素子４のガンマ特性を考慮して光源１０の出力値を決定する。２．２乗などのガンマ特性であれば、明るさの目標値は計算で求めてもよいし、光量記憶部５４にゲイン・明るさの変換テーブルを格納しておき、このテーブルを参照して明るさを設定してもよい。

次に、図８に示すフローチャートを参照して、図６のステップＳ３６に示した第２の処理の詳細な処理手順について説明する。
図６のステップＳ３２に示したゲイン値の調整の結果、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分のゲイン値が増加し、少なくとも一つの色成分のゲイン値が１００％を上回ることがある。各光変調素子４は、１００％を超えるゲイン値に設定することはできない。従って、以下に示す処理を実行することにより、最大のゲイン値が１００％となるように、各色成分のゲイン値を調整する。

初めに、図８のステップＳ５１において、ゲイン調整部６１は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分のバランスを維持した状態で、各色のゲイン値のうち、最大となるゲイン値が１００％となるまで減少させる。具体的に、前述した図７のステップＳ４１と同様に、初期ゲイン値と今回のゲイン値の比率を演算し、この比率をＲ、Ｇ、Ｂの各色成分のゲイン値に乗じることにより、全体の色バランスを維持した状態で、最大のゲイン値が１００％となるようにゲイン値を減少させる。

ステップＳ５２において、光量算出部５１は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分のゲイン値を低下させたことによる照明光の明るさの低下分を算出する。

ステップＳ５３において、光量調整部５２は、この明るさの低下分を打ち消すように、光源１０の光量を上昇させる。前述したように、初期設定時において、光源１０の光量は１００％未満となるように設定されているので、光源１０の光量を上昇させることができる。その結果、投影映像の明るさ、色を維持したまま、全体の色のバランスを維持することができる。

次に、図９に示すフローチャートを参照して、図６のステップＳ３７に記載した第３の処理の詳細な処理手順について説明する。

ステップＳ６１において、ゲイン調整部６１は、各色成分のゲイン値を前回のゲイン値として、ゲイン記憶部６３に記憶する。具体的に、図６のステップＳ３４において第１の処理が実施された場合には、第１の処理により調整された今回のゲイン値を、新たに前回のゲイン値として、ゲイン記憶部６３に記憶する。また、図６のステップＳ３６において、第２の処理が実施された場合には、第２の処理により調整された今回のゲイン値を、新たに前回のゲイン値として、ゲイン記憶部６３に記憶する。更に、ステップＳ３５においてＹＥＳ判定とされ、ゲイン値が調整されていない場合には、初期ゲイン値を新たに前回のゲイン値として、ゲイン記憶部６３に記憶する。

ステップＳ６２において、光量算出部５１は、光センサ７で検出された照明光の明るさ、及び各色成分の光強度を光量記憶部５４に記憶する。具体的に、図６のステップＳ３４において、第１の処理が実施された場合には、第１の処理が実施された際に測定された各色成分の光強度を、新たに前回の光強度として光量記憶部５４に記憶する。また、図６のステップＳ３６において、第２の処理が実施された際に測定された各色成分の光強度を、新たに前回の光強度として、光量記憶部５４に記憶する。更に、ステップＳ３５においてＹＥＳ判定とされ、光強度に変化が発生していない場合には、初期光強度を新たに前回の光強度として、光量記憶部５４に記憶する。

そして、ゲイン記憶部６３に新たに記憶されたゲイン値を、次回の光量制御を実施する際の、前回のゲイン値（第１のゲイン値）とし、光量記憶部５４に記憶された各色成分の光強度を、次回の光量制御を実施する際の、前回の光強度（第１の光強度）として使用する。

［第１実施形態の効果の説明］
上述したように、第１実施形態に係る光量調整装置を用いた投射装置１では、経時変化や環境変化により、投影映像の明るさ、色が変化した場合であっても、投影映像の明るさ、色を一定に維持することができる。

また、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分のゲイン値のうち、少なくとも一つが１００％となるように調整されるので、光源１０より射出される光量を必要以上に大きくすることを防止でき、その結果、光源部２の消費電力を低減し、且つ長寿命化を図ることが可能となる。

［第１実施形態の変形例の説明］
前述した第１実施形態では、光量調整装置６の光センサ７が偏光変換素子３５の近傍に配置される例について説明した。しかし、光センサ７の取り付け位置は、照明光が光源部２から射出され、クロスダイクロイックミラー４０に入射するまでの範囲の光路の近傍で、且つ、光変調素子４（４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ）に影響しない位置に配置されていればよい。

例えば、図１０に示すように、フライアイレンズ３３よりも光源部２側（例えば反射ミラー３０の近傍）に配置してもよい。フライアイレンズ３３よりも光源部２側に配置されている場合、光センサ７が照明光に影響する位置に配置されていたとしても、影響を受けた照明光はその後フライアイレンズ３３により、光変調素子４に照射される照明光の照明分布を均一化することができるという利点がある。

［第２実施形態の説明］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。装置構成は、図１〜図４と同様であるので装置構成の説明を省略する。前述した第１実施形態では、図６に示した第１の処理（Ｓ３４）、または第２の処理（Ｓ３６）を実施して、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分のゲイン値、及びＲ、Ｇ、Ｂの各色成分の光強度を算出した後、第３の処理（Ｓ３７）により各データを記憶する処理を実施した。

これに対して、第２実施形態では、図１１に示すように、第１の処理（Ｓ３４）、第２の処理（Ｓ３６）を実施した後、再度ステップＳ３２の処理に戻し、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分のゲイン値のうち、少なくとも一つが１００％となった後に、第３の処理を実施する処理とする。

即ち、光源１０より射出する照明光の光量を変更すると、光源１０の特性によっては、明るさだけでなく色も変化する場合がある。従って、第１の処理、第２の処理の実施後に再度ステップＳ３２の処理を実施することにより、光源１０の照明光の明るさ、及び色を安定的に制御することが可能となる。

また、光変調素子４（４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ）が反射型液晶の場合は、光変調素子４から反射され光センサ７のある光路側に戻る戻り光が存在し、光センサ７の検出値はその影響を受けることになる。このため、光変調素子４の表示映像により、上記戻り光の量が変化する。これを回避するため、光量測定する際には毎回光変調素子４に同一の映像を表示させることが望ましい。

また、明るさ、色の調整は、ユーザが明るさ、色の変化が気になるときに手動で行っても良いし、時間経過や環境変化などに応じて所望のタイミングで自動的に行ってもよい。
また、上述した各実施形態では、青色レーザ素子ＢＥと蛍光体２３を用いて、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分の光を射出する例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分の光を射出する光源を用いる構成とすることも可能である。

以上、本発明の実施形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

１ 投射装置
２ 光源部
３ 照明光学系
４（４Ｒ、４Ｂ、４Ｇ） 光変調素子
５ 投射光学系
６ 光量調整装置
７ 光センサ
１０ 光源
１１、１２、１３ 集光レンズ
１４ 分割ミラー
１５、４１ ダイクロイックミラー
１６、１７ レンズ
１８、１９、２０ ミラー
２１ 蛍光体部
２２ 蛍光体ホイール
２３ 蛍光体
２４ 回転軸
２５ ホイール駆動部
３０、３１、３２ 反射ミラー
３３、３４ フライアイレンズ
３５ 偏光変換素子
３６〜３９ レンズ
４０ クロスダイクロイックミラー
４２（４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂ） 反射型偏光板
４３ 色合成プリズム
４４ 投射レンズ
５１ 光量算出部
５２ 光量調整部
５３ 光源駆動部
５４ 光量記憶部
６１ ゲイン調整部
６２ 素子駆動部
６３ ゲイン記憶部

Claims (9)

1. 照明光を射出する光源部と、
   前記照明光の光量を調整する光量調整部と、
   前記照明光の明るさ、及び前記照明光に含まれる赤色、緑色、青色の各色成分の光強度を検出する光センサと、
   前記照明光に含まれる赤色、緑色、青色の各色成分を光変調して投影映像を出力する光変調素子と、
   前記光変調素子より出力される、前記各色成分のゲイン値を調整するゲイン調整部と、を備え、
   第１の時点において、
   前記光量調整部は、前記投影映像を所望の明るさとするための前記照明光の明るさである第１の明るさを記憶し、且つ、前記照明光の各色成分の光強度を第１の光強度として記憶し、
   前記ゲイン調整部は、前記投影映像が所望の色となり、且つ、前記各色成分の少なくとも一つのゲイン値が最大値となるように設定し、設定したゲイン値を第１のゲイン値として記憶し、
   前記第１の時点よりも後の第２の時点において、
   前記光量調整部は、前記光源部より射出される照明光の明るさが、前記第１の明るさと一致するように、前記照明光の光量を調整し、且つ、前記光源部より射出される照明光の各色成分の光強度である第２の光強度と、前記第１の光強度との比率を演算し、
   前記ゲイン調整部は、前記第２の光強度と前記第１の光強度との比率に基づいて、前記ゲイン値を補正し、補正後のゲイン値が前記最大値を超える場合には、前記各色成分のゲイン値のうち最大のゲイン値が前記最大値となるように、前記各色成分のゲイン値を同一の比率で低減させ、
   且つ、前記光量調整部は、前記照明光の光量を増加すること
   を特徴とする光量調整装置。
2. 前記光量調整部は、前記各色成分のゲイン値が同一の比率で低減された後において、前記各色成分のゲイン値が低減したことによる投影映像の明るさの低下を補うように、前記照明光の光量をガンマ特性に基づいて増加すること
   を特徴とする請求項１に記載の光量調整装置。
3. 前記ゲイン調整部により、前記第２の光強度が前記第１の光強度と一致するように、前記ゲイン値を補正した結果、全ての色成分のゲイン値が前記最大値未満となった場合には、少なくとも一つの色成分のゲイン値が前記最大値となるように各ゲイン値を増加させ、且つ前記光量調整部は、前記照明光の光量を低減すること
   を特徴とする請求項１または２に記載の光量調整装置。
4. 前記光量調整部は、少なくとも一つの色成分のゲイン値が前記最大値となるように各ゲイン値を増加させた後において、前記各色成分のゲイン値が増加したことによる投影映像の明るさの増加を補うように、前記照明光の光量をガンマ特性に基づいて低減すること
   を特徴とする請求項３に記載の光量調整装置。
5. 前記光量調整部は、前記第１の時点において、前記光源部より射出される照明光の光量を１００％未満に設定すること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光量調整装置。
6. 前記第１の時点は、初期設定時であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光量調整装置。
7. 照明光を射出する光源部と、
   前記光源部から前記照明光が入射され、且つ、前記照明光を射出する照明光学系と、
   前記照明光学系より照射される照明光をスクリーンに投影する投射光学系と、
   前記照明光の光量を調整する光量調整部と、
   前記照明光の明るさ、及び前記照明光に含まれる赤色、緑色、青色の各色成分の光強度を検出する光センサと、
   前記照明光に含まれる赤色、緑色、青色の各色成分を光変調して投影映像を出力する光変調素子と、
   前記光変調素子より出力される、前記各色成分のゲイン値を調整するゲイン調整部と、を備え、
   第１の時点において、
   前記光量調整部は、前記投影映像を所望の明るさとするための前記照明光の明るさである第１の明るさを記憶し、且つ、前記照明光の各色成分の光強度を第１の光強度として記憶し、
   前記ゲイン調整部は、前記投影映像が所望の色となり、且つ、前記各色成分の少なくとも一つのゲイン値が最大値となるように設定し、設定したゲイン値を第１のゲイン値として記憶し、
   前記第１の時点よりも後の第２の時点において、
   前記光量調整部は、前記光源部より射出される照明光の明るさが、前記第１の明るさと一致するように、前記照明光の光量を調整し、且つ、前記光源部より射出される照明光の各色成分の光強度である第２の光強度と、前記第１の光強度との比率を演算し、
   前記ゲイン調整部は、前記第２の光強度と前記第１の光強度との比率に基づいて、前記ゲイン値を補正し、補正後のゲイン値が前記最大値を超える場合には、前記各色成分のゲイン値のうち最大のゲイン値が前記最大値となるように、前記各色成分のゲイン値を同一の比率で低減させ、
   且つ、前記光量調整部は、前記照明光の光量を増加すること
   を特徴とする投射装置。
8. 前記ゲイン調整部により、前記第２の光強度が前記第１の光強度と一致するように、前記ゲイン値を補正した結果、全ての色成分のゲイン値が前記最大値未満となった場合には、少なくとも一つの色成分のゲイン値が前記最大値となるように各ゲイン値を増加させ、且つ前記光量調整部は、前記照明光の光量を低減すること
   を特徴とする請求項７に記載の投射装置。
9. 第１の時点において、
   投影映像が所望の明るさとなるように、光源部より射出される照明光の明るさを第１の明るさとして記憶し、且つ、前記照明光の赤色、緑色、青色の各色成分の光強度を第１の光強度として記憶するステップと、
   投影映像が所望の色となり、且つ、各色成分の少なくとも一つのゲイン値が最大値となるように設定し、設定したゲイン値を第１のゲイン値として記憶するステップと、
   前記第１の時点よりも後の第２の時点において、
   前記光源部より射出される照明光の明るさが、前記第１の明るさと一致するように、前記照明光の光量を調整し、且つ、前記光源部より射出される照明光の各色成分の光強度である第２の光強度と、前記第１の光強度との比率を演算するステップと、
   前記第２の光強度と前記第１の光強度との比率に基づいて、前記ゲイン値を補正し、補正後のゲイン値が前記最大値を超える場合には、前記各色成分のゲイン値のうち最大のゲイン値が前記最大値となるように、前記各色成分のゲイン値を同一の比率で低減させるステップと、
   前記照明光の光量を増加するステップと、
   を備えたこと特徴とする光量調整方法。

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