JP3682271B2

JP3682271B2 - 映像投影装置、及び映像投影方法

Info

Publication number: JP3682271B2
Application number: JP2002140498A
Authority: JP
Inventors: 茂昭鈴木
Original assignee: アストロデザイン株式会社
Priority date: 2002-05-15
Filing date: 2002-05-15
Publication date: 2005-08-10
Anticipated expiration: 2022-05-15
Also published as: JP2003330103A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、映像投影装置、及び映像投影方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＬＣＤ(Liquid Crystal Display)やＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を始めとする非発光系の画像表示素子を使用するプロジェクタが実用化されている。図５は、光源から発光された光を変調してスクリーンに投射する従来のプロジェクタ１００の要部構成を示す図である。図５に示す様に、プロジェクタ１００は、光源１０１と、光学変調器１０２と、ドライバ１０３と、投射レンズ１０４とを備える。プロジェクタ１００においては、光源１０１から発光された光は、ドライバ１０３から入力されるドライブ信号に基づいて光学変調器１０２によって光学変調され、投射レンズ１０４を介してスクリーン１０５に投射される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のプロジェクタでは、以下に示す様な問題点があった。すなわち、黒色の映像信号に対応する０レベルのドライブ信号が光学変調器１０２に入力された場合であっても、光学変調器１０２からの光の漏れ等によってスクリーン１０５上に完全な黒色を再現することはできない。この現象を黒浮きと呼ぶが、この黒浮きが映像品質を低下させる一因となっている。
【０００４】
詳細には、黒浮きは、光学変調器１０２を構成するＬＣＤやＤＭＤの散乱光、あるいは迷光、外光等に起因する輝度分布の乱れにより、映像暗部の階調が失われて本来黒い部分が灰色っぽく浮いて見える現象である。黒浮きは、特に映画などに使用される深みのある暗い色調の映像において、映像品質が極めて劣化する要因となっている。
【０００５】
図６は、スクリーン１０５上の黒浮きの度合いを示す図である。図６においては、横軸には光学変調器１０２に入力されるドライブ信号のレベルが規定され、縦軸にはスクリーン１０５上の輝度が規定されている。
【０００６】
図６中の破線Ａは、黒浮きのない理想的な輝度を示すものである。図６に示す輝度は、ドライブ信号のレベルが０の時に光量が０、すなわち完全な黒色が再現され、ドライブ信号のレベルが最大（例えば、８ビットのデジタル信号の場合には２５５）の時には光量が最大、すなわち白色が再現される。これに対して、図６中の実線Ｂでは、ドライブ信号のレベルが０に近い値である程、理想的な輝度との差が増大し、ドライブ信号のレベルが０の時に光量が０にならない。このため、スクリーン１０５には本来の黒色よりも明るい色（白っぽい色）の映像が表示される。つまり、黒浮きが発生する。
【０００７】
黒浮きを低減すべく、減光フィルタ等を使用して、光源の輝度が経時的に一律になるように所定値まで低下させるモードを有するプロジェクタも開発されている。しかし、この様なプロジェクタでは、光源の発光量のダイナミックレンジを狭めることになり、本来明るい色調で表示されるべき映像まで暗く再現されてしまう。
【０００８】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、黒浮きを補正して映像品質を向上した映像投影装置、及び映像投影方法を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決する為、以下の様な特徴を備えている。
本発明に係る映像投影装置は、光源と、当該光源から発光された光を変調してスクリーンに投射する光変調手段とを備え、入力される映像信号から、当該映像信号に基づく映像の平均輝度を検出する輝度検出手段を更に備え、前記光源は、前記輝度検出手段により検出された前記平均輝度に基づいて、前記発光される光の輝度を制御する。
【００１０】
本発明に係る映像投影方法は、光変調手段が、光源から発光された光を変調してスクリーンに投射する工程を含む映像投影方法において、輝度検出手段が、入力される映像信号から、当該映像信号に基づく映像の平均輝度を検出する工程と、前記光源が、前記輝度検出手段により検出された前記平均輝度に基づいて、前記発光される光の輝度を制御する工程とを含む。
【００１１】
これらの発明によれば、映像信号から検出された平均輝度に基づいて、光源から発光された光の輝度が制御される。例えば、入力された映像信号に基づく映像の輝度が所定値よりも小さい場合には、より深みのある暗い色調の映像を表現すべく、光源から発光された光の輝度を抑制（低減）する。これにより、光源の輝度を所定の値に一律に低下させる場合と比較して、発光量のダイナミックレンジが狭まることがない。したがって、本来明るい色調で表示されるべき映像の明るさを維持しつつ、黒浮きを補正して映像品質を向上できる。
【００１２】
本発明に係る映像投影装置において好ましくは、所定の光量の光を発光する光源と、入力される光を変調してスクリーンに投射する光変調手段とを備える映像投影装置であり、入力される映像信号から、当該映像信号に基づく映像の平均輝度を検出する輝度検出手段と、前記輝度検出手段により検出された前記平均輝度に基づいて、前記光源から発光された光の光量を制御する光量制御手段とを更に備える。
【００１３】
本発明に係る映像投影方法において好ましくは、光源が所定の光量の光を発光する工程と、光変調手段が光を変調してスクリーンに投射する工程を含む映像投影方法であり、輝度検出手段が、入力される映像信号から、当該映像信号に基づく映像の平均輝度を検出する工程と、光量制御手段が、前記輝度検出手段により検出された前記平均輝度に基づいて、前記光源から発光された光の光量を制御する工程とを更に含む。
【００１４】
これらの発明によれば、光源からの発光量は、光源とは別の手段である光量制御手段によって制御される。これにより、光源は、常時一定の光量の光を発光すればよい。換言すれば、光源自体が発光量を制御する必要がなくなる。したがって、光変調手段に投射される光の光量を即応的かつ適確に制御できると共に、光量の変化に伴う色温度の変化を低減できる。その結果、スクリーン上に映写される映像の色再現性を損なうことなく、黒浮きを補正して映像品質を向上できる。
【００１５】
本発明に係る映像投影装置において、より好ましくは、所定の光量の光を発光する光源と、入力される光を変調してスクリーンに投射する光変調手段とを備え、入力される映像信号から、当該映像信号に基づく映像の平均輝度を検出する輝度検出手段と、前記輝度検出手段により検出された前記平均輝度に基づいて、前記光変調手段により変調された光の光量を制御する光量制御手段とを更に備える。
【００１６】
本発明に係る映像投影方法において、より好ましくは、光源が所定の光量の光を発光する工程と、光変調手段が光を変調してスクリーンに投射する工程を含み、輝度検出手段が、入力される映像信号から、当該映像信号に基づく映像の平均輝度を検出する工程と、光量制御手段が、前記輝度検出手段により検出された前記平均輝度に基づいて、前記光変調手段により変調された光の光量を制御する工程とを更に含む。
【００１７】
これらの発明によれば、光変調手段により変調された光の光量は、光源とは別の手段である光量制御手段によって制御される。これにより、光源は、常時一定の光量の光を発光すればよい。すなわち、光源自体が発光量を制御する必要がない。したがって、スクリーンに向けて投射される光の光量を即時的かつ適確に制御できると共に、光量の変化に伴う色温度の変化を低減できる。その結果、スクリーン上に映写される映像の色再現性を損なうことなく、黒浮きを補正して映像品質を向上できる。
【００１８】
また、これらの発明によれば、光量制御手段は、光変調手段とスクリーンとの間に設けられる。したがって、映像投影装置と別体あるいは設置位置の変更が可能に光量制御手段を備える構成とすれば、光量制御手段の可動性が高まり、光量制御手段とスクリーンとの距離に応じた光量の可変制御も期待できる。また、光量制御手段を備えない既存のプロジェクタと光量制御手段との組み合わせにより、既存のプロジェクタに光量制御機能を付加することも可能となる。
【００１９】
本発明に係る映像投影装置は、異なる波長帯域の光を発光する複数の光源と、当該複数の光源から発光された光を変調する複数の光変調手段とを備える映像投影装置であって、入力される映像信号から、当該映像信号に基づく映像の平均輝度を検出する輝度検出手段と、前記輝度検出手段により検出された前記平均輝度に基づいて、前記複数の光源から発光される光の合成光の色調が均一になる様に、前記複数の光源を各光源の発光特性に応じて個別に制御する制御手段と、前記複数の光変調手段から入力された光を合成してスクリーンに投射する合成手段とを備える。
【００２０】
本発明に係る映像投影方法は、複数の光源が異なる波長帯域の光を発光する工程と、複数の光変調手段が前記複数の光源から発光された光を変調する工程とを含む映像投影方法であって、輝度検出手段が、入力される映像信号から当該映像信号に基づく映像の平均輝度を検出する工程と、制御手段が、前記輝度検出手段により検出された前記平均輝度に基づいて、前記複数の光源から発光される光の合成光の色調が均一になる様に、前記複数の光源を各光源の発光特性に応じて個別に制御する工程と、合成手段が、前記複数の光変調手段から入力された光を合成してスクリーンに投射する工程とを含む。
【００２１】
これらの発明によれば、異なる波長帯域の光（つまり、ＲＧＢ等の異なる色光）を発光する複数の光源は、映像信号から検出された平均輝度に基づいて、複数の光源から発光される光の合成光の色調が均一になる様に、各光源の発光特性に応じて個別に制御される。複数の光源から発光された複数の光は変調された後に合成され、合成光としてスクリーンに投射される。これにより、合成光のスペクトルは一定に保たれ、光源において発光量だけが制御される。その結果、スクリーン上に映写される映像の色再現性を損なうことなく、黒浮きを補正して映像品質を向上できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２３】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態におけるプロジェクタ１の全体構成を示す概念図である。プロジェクタ１（映像投影装置に対応）は、光源１１と、光学変調器１２（光変調手段に対応）と、ドライバ１３と、投射レンズ１４と、輝度検出器１５（輝度検出手段に対応）とを備える。これら各装置は、相互に各種信号の入出力が可能な様に電気的に接続されている。プロジェクタ１は、例えば液晶プロジェクタ等の映写装置である。
【００２４】
光源１１は、できる限りフラットな（白色の）スペクトルを有し、且つ大きい光量を得るために、例えば、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等により構成される。光源１１は、光学変調器１２に向けて光を発光する。光源１１は、輝度検出器１５により検出された映像信号の輝度に基づいて、発光される光の輝度を制御する。
【００２５】
光学変調器１２は、ドライバ１３から入力されるドライブ信号に基づいて、光源１１からの入射光を光学的に変調し、変調された投射光を、投射レンズ１４によって収束・結像可能な投射光として投射レンズ１４に投射する。投射光は、スクリーン１６に向けて投射される。
【００２６】
ドライバ１３は、映像ソースとしてのパーソナルコンピュータ等から入力された映像信号を基に、光学変調器１２による光学変調の可能なドライブ信号を生成し、光学変調器１２に出力する。
【００２７】
投射レンズ１４は、光学変調器１２から入力された投射光を収束・結像し、上記映像信号に基づく映像としてスクリーン１６上に投影する。
【００２８】
輝度検出器１５は、映像ソースから入力される映像信号から輝度成分を検出し、検出結果を光源１１に出力する回路である。好適には、検出される輝度成分は、投射映像上の領域間における偏差を低減又は排除して検出輝度の精度を一層向上すべく、一の映像を生成するために使用される映像信号を時間平均した輝度（平均輝度）であることが望ましい。
【００２９】
スクリーン１６は、プロジェクタ１の投射レンズ１４から投射された映像を所定の表示領域に表示する映写幕である。スクリーン１６は、プロジェクタ１とは独立した別体の構成要素として記述しているが、プロジェクタ１が構成要素としてスクリーン１６を含むものとしてもよい。
【００３０】
以上説明した様に、本発明に係るプロジェクタ１は、光源１１と光学変調器１２と輝度検出器１５とを少なくとも備える。光学変調器１２は、光源１１から発光された光を変調してスクリーン１６に投射する。輝度検出器１５は、入力される映像信号から輝度（好適には平均輝度）を検出する。光源１１は、輝度検出器１５により検出された輝度に基づいて、発光される光の輝度を制御する。
【００３１】
プロジェクタ１によれば、映像信号から検出された輝度に基づいて、光源から発光された光の輝度が、各映像毎にアダプティブに制御（調整を含む）される。例えば、入力された映像信号に基づく映像の輝度が所定値よりも小さい場合には、より深みのある暗い色調の映像を表現すべく、光源１１から発光された光の輝度を抑制する。これにより、光源１１の輝度を所定の値に一律に低下させる場合と比較して、発光量のダイナミックレンジが狭まることがない。したがって、本来明るい色調で表示されるべき映像の明るさを維持しつつ黒浮きを補正できる。その結果、スクリーン１６に映写される映像の品質及び視認性が向上する。
【００３２】
（第２の実施の形態）
次に、図２を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。
本実施形態におけるプロジェクタ２の基本的構成は、第１の実施形態におけるプロジェクタ１の構成と近似する。したがって、各構成部分には同一又は同列の符合を付し、重複する説明は省略する。すなわち、プロジェクタ２（映像投影装置に対応）は、光源２１と、光学変調器２２（光変調手段に対応）と、ドライバ２３と、投射レンズ２４と、輝度検出器２５（輝度検出手段に対応）と、光量制御器２６（光量制御手段）とを備える。これら各装置は、相互に各種信号の入出力が可能な様に電気的に接続されている。
【００３３】
光量制御器２６は、光源２１と光学変調器２２との間に位置し、輝度検出器２５により検出された映像信号の輝度に基づいて、光源２１から発光された光の輝度を電気的に制御する。そして、光量制御器２６は、輝度が制御された光を光学変調器２２に向けて投射する。
輝度検出器２５は、映像ソースから入力される映像信号から輝度を検出し、検出結果を光量制御器２６に出力する。
【００３４】
以上説明した様に、本実施形態におけるプロジェクタ２は、光源２１と光学変調器２２と輝度検出器２５と光量制御器２６とを備える。光源２１は、一定の光量の光を発光する。光学変調器２２は、入力される光を変調し、投射レンズ２４を介してスクリーン１６に投射する。輝度検出器２５は、入力される映像信号から、当該映像信号に基づく映像の平均輝度を検出する。光量制御器２６は、輝度検出器２５により検出された平均輝度に基づいて、光源２１から発光された光の発光量を制御する。
【００３５】
光源２１の種類によっては、ハロゲンランプやメタルハライドランプ等の様に、検出された輝度に応じて発光量を即応的かつ適確に制御することが困難なものもある。また、光源２１として白色光源を使用した場合には特に、光源２１から発光された光の発光量を変化させると、それに伴って色温度が変化し、スクリーン１６上に映写される映像の色再現性が損なわれる可能性がある。この様な場合に、本実施形態におけるプロジェクタ２を適用することが効果的である。
【００３６】
プロジェクタ２によれば、光源２１からの発光量は、光源２１とは別の構成要素である光量制御器２６によって制御される。これにより、光源２１は、常時一定の光量の光を発光すればよい。すなわち、光源２１自体が発光量を制御する必要がなくなる。したがって、光学変調器２２に投射される光の光量を即時的かつ適確に制御できると共に、光量の変化に伴う色温度の変化を低減できる。その結果、スクリーン１６上に映写される映像の色再現性を損なうことなく、黒浮きを補正して映像品質を向上できる。その結果、スクリーン１６に映写される映像の品質及び視認性が向上する。
【００３７】
図３は、第２の実施形態におけるプロジェクタ２の変形態様であるプロジェクタ３の機能的構成を示すブロック図である。プロジェクタ３の基本的構成は、本実施形態におけるプロジェクタ２の構成と同様である。したがって、各構成部分には同一の符合を付すと共に、重複する説明は省略し相違点について説明する。
【００３８】
プロジェクタ３は、光量制御器３６（光量制御手段に対応）を備える位置に関して、プロジェクタ２と相違する。詳細には、光量制御器３６は、光源３１と光学変調器３２との間に存在せず、投射レンズ３４とスクリーン１６との間、すなわち光学変調器３２とスクリーン１６との間に設置される。
光量制御器３６は、輝度検出器３５により検出された映像信号の輝度に基づいて、光学変調器３２から投射レンズ３４を介して投射された光の輝度を制御する。
【００３９】
以上説明した様に、本実施形態におけるプロジェクタ３は、光源３１と光学変調器３２と輝度検出器３５と光量制御器３６とを備える。光源３１は、一定の光量の光を発光する。光学変調器３２は、入力される光を変調し、投射レンズ３４を介してスクリーン１６に投射する。輝度検出器３５は、入力される映像信号から、当該映像信号に基づく映像の平均輝度を検出する。光量制御器３６は、輝度検出器３５により検出された平均輝度に基づいて、光学変調器３２により変調された光の光量を制御する。
【００４０】
プロジェクタ３によれば、光量制御器３６は、光学変調器３２とスクリーン１６との間に設けられる。したがって、プロジェクタ３と別体あるいは位置変更可能に光量制御器３６を備える構成とすれば、光量制御器３６の可動性が高まり、光量制御器３６とスクリーン１６との距離に応じた光量の可変制御も期待できる。また、光量制御器３６を備えない既存のプロジェクタと光量制御器３６とを組み合わせることにより、既存のプロジェクタに投射光量の制御機能を付加することも可能となる。
【００４１】
（第３の実施の形態）
次に、図４を参照して、本発明の第３の実施形態について説明する。
本実施形態におけるプロジェクタ４の構成は、第１の実施形態におけるプロジェクタ１の構成と機能的に近い。したがって、各構成部分には同一又は同列の符合を付し、重複する説明は省略する。
【００４２】
すなわち、プロジェクタ４（映像投影装置に対応）は、Ｒ光源４１１、Ｇ光源４１２、Ｂ光源４１３（複数の光源に対応）と、光学変調器４２１，４２２，４２３（複数の光変調手段に対応）と、ドライバ４３と、投射レンズ４４と、輝度検出器４５（輝度検出手段に対応）と、制御部４７１，４７２，４７３（制御手段に対応）と、合成器４８（合成手段に対応）とを備える。これら各装置は、相互に各種信号の入出力が可能な様に電気的に接続されている。
【００４３】
Ｒ光源４１１、Ｇ光源４１２、Ｂ光源４１３は、例えばＬＥＤ（Light-Emitting Diode）により構成され、各光源は、それぞれ異なる波長帯域の光（例えば、三原色であるＲＧＢ光）を発光する。すなわち、Ｒ光源４１１は、赤色のスペクトルを有し、光学変調器４２１に赤色光を発光する。また、Ｇ光源４１２及びＢ光源４１３は、緑色、青色のスペクトルをそれぞれ有し、光学変調器４２２，４２３に緑色光、青色光を発光する。
【００４４】
光学変調器４２１，４２２，４２３は、ドライバ４３から入力されるドライブ信号に基づいて、各光源４１１，４１２，４１３からの入射光を光学的に変調し、合成器４８に出力する。
【００４５】
ドライバ４３は、映像ソースとしてのパーソナルコンピュータ等から入力された映像信号を基に、光学変調器４２１，４２２，４２３による光学変調の可能なドライブ信号を生成し、光学変調器４２１，４２２，４２３に出力する。
【００４６】
投射レンズ４４は、合成器４８から入力された投射光を収束・結像し、上記映像信号に基づく映像としてスクリーン１６上に投影する。
【００４７】
輝度検出器４５は、映像ソースから入力される映像信号から輝度（輝度成分）を検出し、検出結果を制御部４７１，４７２，４７３に出力する回路である。好適には、検出される輝度成分は、投射映像上の領域間における偏差を低減又は排除して検出輝度の精度を一層向上するために、一の映像を生成するために使用される映像信号を時間平均した輝度（平均輝度）であることが望ましい。
【００４８】
制御部４７１，４７２，４７３は、所定のＬＵＴ（Look Up Table）を有する。制御部４７１，４７２，４７３は、ＬＵＴを参照し、輝度検出器４５により映像信号から検出された輝度に基づいて、複数の光源、すなわちＲ光源４１１、Ｇ光源４１２、及びＢ光源４１３をそれぞれ個別に制御する。この制御は、光源の発光特性を補償し、各色光の無変調時における合成光のスペクトルが均一になる様に行われる。
【００４９】
合成器４８は、光学変調器４２１，４２２，４２３から入力された光を合成し、合成された光を、投射レンズ４４によって収束・結像可能な投射光として投射レンズ４４に投射する。投射光は、スクリーン１６に向けて投射される。
【００５０】
スクリーン１６は、プロジェクタ４の投射レンズ４４から投射された映像を所定の表示領域に表示する映写幕である。スクリーン１６は、プロジェクタ４とは独立した別体の構成要素として記述しているが、プロジェクタ４が構成要素としてスクリーン１６を含むものとしてもよい。
【００５１】
白色光源などの様に光源の種類によっては、発光された光の発光量（輝度）の変化に伴って色温度も変化し、スクリーン１６上に映写される映像の色再現性が劣化する可能性がある。この様な場合に、本実施形態におけるプロジェクタ４を適用することが有効である。
【００５２】
プロジェクタ４によれば、色調（例えば、色相や色成分）の異なる複数の光源４１１，４１２，４１３は、映像信号から検出された平均輝度に基づいて、複数の光源４１１，４１２，４１３から発光される光の合成光の色調が均一になる様に、各光源の発光特性に応じて個別に制御される。複数の光源４１１，４１２，４１３から発光された各々の光は変調された後に合成され、合成光としてスクリーン１６に投射される。これにより、合成光のスペクトルは一定に保たれ、発光量だけが制御される。その結果、スクリーン１６上に映写される映像の色再現性を損なうことなく、黒浮きを補正して映像品質を向上できる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、映像信号から検出された平均輝度に基づいて、光源から発光された光の輝度が制御される。これにより、光源の輝度を所定の値に一律に低下させる場合と比較して、発光量のダイナミックレンジを狭めることがない。したがって、本来明るい色調で表示されるべき映像の明るさを維持しつつ、黒浮きが補正される。その結果、映像品質が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるプロジェクタの機能的構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態におけるプロジェクタの機能的構成を示すブロック図である。
【図３】第２の実施形態の変形態様におけるプロジェクタの機能的構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第２の実施形態におけるプロジェクタの機能的構成を示すブロック図である。
【図５】従来技術におけるプロジェクタの機能的構成を示すブロック図である。
【図６】ドライブ信号のレベルとスクリーン上の輝度との対応関係を示す図である。
【符号の説明】
１，２，３…プロジェクタ、１１，２１，３１…光源、１２，２２，３２…光学変調器、１５，２５，３５…輝度検出器、１６…スクリーン、４…プロジェクタ、４１１…Ｒ光源、４１２…Ｇ光源、４１３…Ｂ光源、４２１，４２２，４２３…光学変調器、４５…輝度検出器、４７１，４７２，４７３…制御部、４８…合成器

Claims

三原色の光を発光する複数の光源と、
当該複数の光源から発光された光を変調する複数の光変調手段とを備える映像投影装置であって、
入力される映像信号から、当該映像信号に基づく映像の平均輝度を検出する輝度検出手段と、
前記輝度検出手段により検出された前記平均輝度に基づいて、前記複数の光源から発光される光の合成光の色調が均一になる様に、前記複数の光源を各光源の発光特性に応じて個別に制御する制御手段と、
前記複数の光変調手段から入力された光を合成してスクリーンに投射する合成手段と
を備えることを特徴とする映像投影装置。
複数の光源が三原色の光を発光する工程と、
複数の光変調手段が前記複数の光源から発光された光を変調する工程とを含む映像投影方法であって、
輝度検出手段が、入力される映像信号から当該映像信号に基づく映像の平均輝度を検出する工程と、
制御手段が、前記輝度検出手段により検出された前記平均輝度に基づいて、前記複数の光源から発光される光の合成光の色調が均一になる様に、前記複数の光源を各光源の発光特性に応じて個別に制御する工程と、
合成手段が、前記複数の光変調手段から入力された光を合成してスクリーンに投射する工程と
を含むことを特徴とする映像投影方法。