JP2023113710A - 光量調整装置、投射装置、及び光量調整方法 - Google Patents
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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、投影映像の照明光の各色成分の光強度を第1の光強度とする。また、ゲイン調整部61により、投影映像の各色成分のゲイン値を設定し、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、光量調整部52により、光源部2より射出される照明光の各色成分の光強度を第2の光強度とする。また、ゲイン調整部61により、第2の光強度と第1の光強度とに基づいて、第1のゲイン値を補正する。【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。
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、前記各色成分のゲイン値を設定し、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各色成分の光強度である第2の光強度を記憶し、前記ゲイン調整部は、前記第2の光強度と前記第1の光強度とに基づいて、前記第1のゲイン値を補正することを特徴とする。
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、前記各色成分のゲイン値を設定し、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各色成分の光強度である第2の光強度を記憶し、前記ゲイン調整部は、前記第2の光強度と前記第1の光強度とに基づいて、前記第1のゲイン値を補正することを特徴とする。
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。
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。
[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。
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。
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。
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。
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。
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。
[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。
[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。
[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。
[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
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 (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、前記各色成分のゲイン値を設定し、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各色成分の光強度である第2の光強度を記憶し、
前記ゲイン調整部は、前記第2の光強度と前記第1の光強度とに基づいて、前記第1のゲイン値を補正すること
を特徴とする光量調整装置。
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