JP4250978B2

JP4250978B2 - プロジェクタ

Info

Publication number: JP4250978B2
Application number: JP2003055746A
Authority: JP
Inventors: 実荻田
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2003-03-03
Filing date: 2003-03-03
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2023-03-03
Also published as: JP2004264668A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光源ランプと光学系を用いて映像をスクリーンに投影するプロジェクタに関し、特に、映像の暗部が輝度を持ってしまう黒浮きの解消に関する。
【０００２】
【従来の技術】
映像を大きな画面で再生する映像再生装置として、液晶シャッタやＭＭＤ（マイクロミラーデバイス）などの映像表示素子で可視化した映像を光源ランプや光学系を用いてスクリーンに投影するプロジェクタが実用化されている。
【０００３】
より大きな映像を投影するため、また投影される映像の輝度・コントラストを向上させるためには、ランプの光量を上げる必要がある。しかし、上記映像表示素子の遮光性が完全でないため、ランプの光量を上げると、映像の黒い部分でも若干の光が投影されて薄明るく見えるいわゆる黒浮きが生じてしまうという問題点があった。すなわち、映像表示素子は、図３（Ａ）に示すように、入力される映像信号（色信号）に対してリニアな光出力特性（光透過特性、光反射特性）を有するものが理想であるが、現在実用化されている液晶シャッタの場合、シャッタを完全に閉じてもある程度の光が漏れてしまうため、入力映像信号が０のときでも光出力が０にならずに残留光量が生じてしまう同図（Ｂ）のような特性になっている。液晶シャッタの最明部と最暗部とのコントラスト比（ダイナミックレンジ）は、５００：１〜１０００：１程度であり、映像の暗部がこれだけ（明部の１／５００〜１／１０００）の輝度を有すると、鑑賞者の目が暗闇に慣れたとき暗部が薄明るく浮き上がって見える黒浮きの映像となってしまっていた。また、マイクロミラーデバイスもマイクロミラーの端部や支点部で乱反射するため、コントラスト比は２０００：１程度である。
【０００４】
これを解決するため、投影する映像の輝度を検出し、映像が暗いときにはランプの光量を落とすことによって、黒浮きを防止したプロジェクタも提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３４６２１９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のプロジェクタは、１フレーム（または１フィールド）の平均の輝度を算出し、この結果を用いてランプの光量を制御しているが、これでは輝度が頻繁に変化する動画を映写した場合、ランプの光量制御もこれに同期して頻繁に光量を上下させるため、映像がちらついてしまい、かえって見にくくなってしまうという問題点があった。
【０００７】
また、黒浮きが目立つのは映像全体が暗いときであるが、映像が暗い場合でも、映写している場所の照度が高い場合、すなわち明るい部屋で映写している場合には黒浮きは殆ど目立たず、この場合に上記従来のプロジェクタのようにランプの光量を落としてしまうと、暗い映像が益々暗くなってかえって映像が見にくくなってしまうという問題点があった。
【０００８】
この発明は、黒浮きを抑えつつ明るい部屋でも暗い映像が見にくくならずかつ映像の輝度変化が激しくてもランプの光量変化により映像がちらつかないプロジェクタを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、信号として入力される映像を可視化する映像表示素子と、前記可視化された映像を光学系を介してスクリーンに投影するための光源ランプと、前記映像の輝度を測定する輝度測定手段と、前記輝度測定手段の測定結果に応じて前記光源ランプの光量の設定値を高値又は低値に制御する手段であって、前記映像のフレーム毎の輝度の平均値である平均輝度を算出し、該平均輝度を所定の時定数で演算し、この演算結果がしきい値以下になったとき前記光源ランプの光量の設定値を低値まで低下させるとともに、その後前記平均輝度が前記しきい値を超えたときは前記光源ランプの光量の設定値を高値まで上昇させる光量制御手段と、を備えたことを特徴とする。
この発明は、前記平均輝度を記憶する記憶手段を更に備え、前記光量制御手段は、今回算出した平均輝度と前記記憶手段に記憶している平均輝度とを用いて所定の時定数で演算し、前記光源ランプの光量の設定値を低値まで低下させた後に、新たに算出した平均輝度が前記しきい値を超えたときは前記記憶手段に記憶している平均輝度をリセットすることを特徴とする。
この発明は、前記所定の時定数を、視覚の暗順応の時定数に対応させたことを特徴とする。
この発明は、前記スクリーン付近の照度を測定する照度測定手段を備え、前記光量制御手段は、前記照度測定手段の測定した照度が所定値以上の場合は、前記光源ランプの光量の設定値を常に高値に制御することを特徴とする。
【００１０】
この発明では、映像の平均輝度が低下したとき、黒浮きを防止するためランプの光量を低下させるが、この光量ダウン制御を所定の時定数（たとえば人の視覚の暗順応の時定数）で行うようにした。これにより、映像の平均輝度が頻繁に上下するような映像に対しては光量制御手段は反応せず、ランプの光量変化がばたつくことがない。また、このような映像の場合、鑑賞者の視覚は明るい映像に反応して瞳孔が閉じているため、ランプの光量が高く黒浮きが生じていてもこの黒浮きに気づくことはない。すなわち、暗い映像が所定時間続いて鑑賞者の視覚が暗さに順応してきたとき（瞳孔が開いたとき）にランプの光量制御を行うような時定数を設定することで、ランプの光量のばたつきを抑えつつ、鑑賞者に対して黒浮きがわからないようにすることができる。
【００１１】
また、この発明では、映像を投影するスクリーン付近の照度に応じてランプの光量を低下させる程度を制御する。すなわち、スクリーン付近の照度が低い場合には、映像の平均輝度が低下したときにランプの光量の低下量を大きくし、スクリーン付近の照度が高い場合には映像の平均輝度が低下した場合でもランプの光量の低下量を少なくする。これにより、映写する部屋が暗い場合には黒浮きを防止することを重視し、映写する部屋が明るい場合には暗い映像でも鑑賞者に見えるようにすることを重視する。
なお、請求項４は、スクリーン付近の照度に追従するようにランプ光量の低下量を連続的または段階的に変化させること、および、スクリーン付近の照度が所定値以上であった場合にはランプの光量を低下させる処理を行わないように制御することを含むものとする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図面を参照してこの発明の実施形態であるプロジェクタについて説明する。図１はこの発明の実施形態であるプロジェクタ（投影型ディスプレイ装置）の光学系付近のブロック図である。
このプロジェクタは、ＲＧＢ三原色用に３つの表示デバイス１３を備えた３板式のものであり、この３つの表示デバイスで可視化したＲＧＢ三原色の映像をミラー群で合成してカラー映像にする。表示デバイスとしては、この実施形態では液晶シャッタを用いているが、マイクロミラーデバイスを用いてもよい。
【００１３】
図外の再生部で再生された映像信号は、映像信号処理部１０に入力される。この映像信号はＮＴＳＣコンポジット信号でもよく、ＲＧＢ（Ｙ，Ｃｒ，Ｃｂ）コンポーネント信号でもよい。またＤＶデジタル映像信号のままでデータストリームとして入力してもよい。この実施形態では、映像信号処理部１０をＤＳＰで構成し、入力する映像信号はデジタル映像信号とする。
【００１４】
また、映像信号処理部１０には、スクリーン３付近に設置されスクリーン３付近の照度を検出する照度センサ２が接続されている。この照度センサ２は、スクリーン３付近の環境の明るさを検出するためのものであり、プロジェクタ１が投影した映像光は入射しない位置に設けられている。この照度センサは、例えばフォトトランジスタ、フォトダイオード、ＣｄＳセル（硫化カドミウム光可変抵抗素子）などで構成されており、ケーブルでプロジェクタ本体１（映像信号処理部１０）に接続されている。
【００１５】
映像信号処理部１０は、入力された映像信号をＲＧＢ三原色の色信号に分離して表示デバイスドライバ１１に入力する。表示デバイスドライバ１１は、色信号に基づいて表示デバイスの各セルを開閉することによって映像信号を可視化する。各セルは０〜２５５の２５６段階に階調が制御される。
【００１６】
また、映像信号処理部１０は、入力された映像信号の平均輝度Ｙａを算出する。この平均輝度Ｙａは、１フレーム分のＹ信号を積算してドット数で割ったものである。この平均輝度Ｙａも０〜２５５の範囲の値をとる。映像信号処理部１０は、この平均輝度Ｙａの算出を１秒に１回（３０フレームに１回）行う。そして、この平均輝度Ｙａの低い映像が所定の期間続いたときには、黒浮きを防止するため光源ランプ１５の光量を低下させる指示を光源ランプドライバ１２に出力する。
【００１７】
映像信号処理部１０は、上記の処理で求めた平均輝度Ｙａを人の視覚が暗闇に慣れるまでの時間（暗順応時間）に対応する時定数で演算する。この演算は図２の積分回路で等価的に表すことができ、時定数τはＣＲで定まる。この演算で算出された輝度順応値Ｙｓが所定のしきい値Ｔｈｄよりも小さくなったとき、鑑賞者に対して黒浮きを目立たなくするため、図３（Ｃ）に示すように、光源ランプ１５の光量を低下させて映像の輝度を低下させ、実質的なコントラスト比を向上させている。
【００１８】
ただし、照度センサ２が検出したスクリーン付近の照度が一定値以上であった場合には、黒浮きが目立たないうえ、映像の暗部が却って見にくくなるため、光源ランプ１５の光量を低下させる光量ダウン制御は行わないようにしている。
【００１９】
また、光量を低下させているときに、映像の平均輝度Ｙａが、しきい値Ｔｈｕよりも上昇したとき、明るくなった映像の明部を鮮やかに投影するために光源ランプ１５の光量ダウン制御を解除して光源ランプ１５を高光量で発光させる。このように、映像が明るくなったときは、時定数演算の結果がしきい値を超えるのを待たずに、光源ランプの光量を高くするのは、鑑賞者の目が明るさに慣れる明順応は暗順応よりも短時間でよいため、より映像が明るくなってから光源ランプ１５の光量を変化させると輝度の振れ幅が大きくなりすぎるため、そして、突然画面が明るくなるという映像効果を高めるためである。
【００２０】
図４は上記光量制御の例を示す図である。同図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）とも２段のグラフからなっているが、その上段が平均輝度Ｙａおよびこれを時定数演算した輝度順応値Ｙｓの変化を示すグラフ、下段が光源ランプ１５の光量制御を示すグラフである。
【００２１】
同図（Ａ）において、映画などで明るいシーンから暗いシーンに転換したときは、平均輝度Ｙａはシーンの転換時に不連続に変化するが輝度順応値Ｙｓはシーンが転換してから徐々に低下してゆく。そして暗いシーンが続いて輝度順応値Ｙｓがしきい値Ｔｈｄ以下になったとき、光源ランプ１５の光量をＬに制御する。こののち場面が再び明るいシーンに転換したときは、平均輝度Ｙｓがしきい値Ｔｈｕより大きくなったのをトリガにして光源ランプ１５の光量をＨに制御する。このとき、輝度順応値Ｙｓを平均輝度Ｙａに一致させる。
【００２２】
なお、明るいシーンに転換したときの平均輝度Ｙａの上昇タイミングと輝度順応値Ｙｓの上昇タイミングは同時であるが、この図では両方を見ることができるように若干ずらして記載している。
【００２３】
同図（Ｂ）は、平均輝度Ｙａが頻繁に変化する映像に対する輝度順応値Ｙｓの変化を示す図である。このような映像はアニメーションやゲームでよく現れるが、平均輝度Ｙａが高輝度と低輝度を短い周期で不連続に繰り返している。このような映像であっても、輝度順応値Ｙｓは平均輝度Ｙｓの急激な変化には反応せず。緩やかに変化するのみであるため、光源ランプ１５の光量がＨ／Ｌでばたついたりすることがない。
【００２４】
また、同図（Ｃ）は、暗いシーンから徐々に明るくなっていく映像に対する制御の例を示している。暗いシーンが続いて輝度順応値Ｙｓはしきい値Ｔｈｄ以下であり、光源ランプ１５の光量はＬに制御されている。この場合において、徐々に平均輝度Ｙａが上昇してしきい値Ｔｈｕを超えたとき、光源ランプ１５の光量は、輝度順応値Ｙｓの上昇を待つことなくダウン制御を解除され高輝度Ｈに設定される。輝度順応値Ｙｓは時定数演算されているためこの変化に追従していないが、このとき「Ｙｓ←Ｙａ」の演算によって、強制的に輝度順応値Ｙｓが平均輝度Ｙａに一致させられ、そこから新たに時定数演算を開始する。このように、平均輝度Ｙａが上昇してしきい値Ｔｈｕを超えたとき、輝度順応値Ｙｓを強制的に平均輝度Ｙａに一致させることにより、明るくなった場合には、それまでの暗いシーンでの輝度変化を引きずらずにランプ制御をリセットすることができる。
【００２５】
図５は上記光源ランプ１５の光量制御動作の手順を示すフローチャートである。この動作は適当な間隔（たとえば１秒間隔）をおいて繰り返し実行される動作である。まず照度センサ２をチェックしてスクリーン３付近の明るさ（照度）を読みとる（ｓ１）。この照度が所定値以上であれば光源ランプ１５の輝度制御はしないほうがいいと判断して光量をＨに設定して（通常はＨに設定されているので、その場合はそのまま）動作を終了する（ｓ１１）。
【００２６】
スクリーン３付近の照度が所定値以下の場合には、以下の動作を実行する。まず、映像の平均輝度Ｙａを算出する（ｓ２）。この平均輝度Ｙａは映像の１フレーム分の輝度信号を平均して得られる０〜２５５の範囲の値である。そして、現在の光量設定値がＨ／Ｌのいずれであるかを判断する（ｓ３）。
【００２７】
現在の光量設定値がＨの場合には、今回算出した平均輝度Ｙａと過去のこの動作で算出して記憶しているＹａを用いて時定数演算を行い、輝度順応値Ｙｓを算出する（ｓ４）。この算出した輝度順応値Ｙｓがしきい値Ｔｈｄ以下であるかを判断し（ｓ５）、輝度順応値Ｙｓがしきい値Ｔｈｄ以下になっていれば光源ランプ１５の光量設定値をＬにダウンさせる制御を行う（ｓ６）。この光量設定値は映像信号処理部１０から光源ランプドライバ１２に出力され、光源ランプドライバ１２によって光源ランプ１５の光量が制御される。光源ランプ１５の光量制御は電圧制御、位相制御、ＰＷＭ制御などどのような制御方式でもよい。また、光量設定値のＨ／Ｌの具体的な値は、光源ランプ１５の全光量や投影する映像の大きさなどに基づいて最適な値に定めればよい。
【００２８】
この処理により、暗い（平均輝度の低い）映像が所定の時間続いたことにより輝度順応値Ｙｓが下がってきた場合には、光源ランプ１５の輝度をダウンさせる制御をして鑑賞者に対して黒浮きが目立たないようにすることができる。
【００２９】
一方、現在の光量設定値がＬの場合には、今回算出した平均輝度Ｙａがしきい値Ｔｈｕより大きいか否かを判断する（ｓ７）。平均輝度Ｙａがしきい値Ｔｈｕよりも大きくなった場合には、明るい映像に対応するため、光源ランプ１５の光量を正規の設定値であるＨに戻す制御をする（ｓ８）。そして、輝度順応値Ｙｓを今回の平均輝度Ｙａに書き換え、記憶していた過去の平均輝度Ｙａをリセットして（ｓ９）、動作を終了する。また、今回算出した平均輝度Ｙａがしきい値Ｔｈｕ以下の場合にはそのまま動作を終了する。
【００３０】
なお、時定数演算が漸化式を用いずに、その都度過去の平均輝度Ｙａを用いて演算される場合には、このｓ２で算出される平均輝度Ｙａを蓄積記憶するようにする。
【００３１】
以上の処理により、映像の平均輝度Ｙａの推移を時定数演算することによって、鑑賞者の視覚の暗順応の程度を推定し、この暗順応の程度を示す輝度順応値Ｙｓに基づいて光源ランプ１５の輝度を制御することができる。
また、映像を投影するスクリーン付近の照度が所定値以上の場合に、上記光量制御を行わないようにすることにより、明るい場所で映像を投影したときに暗い映像が不鮮明になることを防止することができる。
【００３２】
図６はこの発明の第２の実施形態を示すブロック図である。この実施形態において図１に示した第１の実施形態と異なる点は、光源ランプ１５の前面に液晶シャッタ等の光学シャッタ１７を設け、光源ランプ１５の光量制御をするときに、光源ランプ１５の光量そのものを制御するのではなく、光学シャッタ１７の開角を制御することによって光学系１４への透過光量を制御するようにした点である。
【００３３】
光学シャッタ１７には光学シャッタドライバ１８が接続されている。映像信号処理部１０は光源ランプ１５の光量を制御する場合には、この光学シャッタドライバ１８に対してシャッタの開角制御信号を出力する。光学シャッタドライバ１８は、この開角制御信号に基づいて光学シャッタ１７に印加する電圧を制御し、光学系１４に対して所定の光量が透過するように制御する。
【００３４】
この方式であれば光源ランプ１５に印加する電力は一定でよいため、光源ランプ１５の点灯状態が安定し、ランプの寿命を延ばすことができる。さらに、光学シャッタ１７は、光の透過量を多段階または連続的に制御することができるため、光源光量をＨ／Ｌの２段階制御でなく、平均輝度Ｙａまたは輝度順応値Ｙｓに応じた多段階または連続的な制御にすることも可能である。
【００３５】
また、上記実施形態では、スクリーン３付近の照度が所定値以上であった場合には光源光量の制御を行わないようにしているが、この多段階・連続的な制御を利用して、スクリーン３付近の照度が高いときにはＬレベルの光量を上げるように可変制御することもできる。なお、このＬレベルの可変制御は、光源ランプ１５が多段階または連続的な光量制御に対応しているときは図１の構成で行うことも可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、輝度の低い映像に対してランプ光量を低下させて鑑賞者に対して黒浮きが目立たないようにすることができるうえ、映像の輝度が頻繁に上下するような映像に対しても光量変化がばたつくことがない。
また、この発明では、映像を投影するスクリーン付近の照度に応じてランプの光量を低下させる程度を制御するようにしたことにより、映写する部屋が暗い場合には黒浮きを防止することができ、映写する部屋が明るい場合には黒浮きが目立たないため暗い映像でも鑑賞者に見えるようにすることを重視した制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態であるプロジェクタのブロック図
【図２】同プロジェクタが行う時定数演算を等価的に表した回路図
【図３】同プロジェクタの映像表示デバイスの光学特性および本発明の光量制御を説明する図
【図４】映像の平均光量Ｙａ、輝度順応値Ｙｓおよびランプ光量の変化を説明する図
【図５】同プロジェクタの動作を示すフローチャート
【図６】この発明の第２の実施形態であるプロジェクタのブロック図
【符号の説明】
１…プロジェクタ（本体）、２…照度センサ、３…スクリーン、
１０…映像信号処理部、１１…表示デバイスドライバ、１２…光源ランプドライバ、１３…表示デバイス、１４…光学系、１５…光源ランプ、１６…コンデンサレンズ、１７…光学シャッタ、１８…光学シャッタドライバ

Claims

信号として入力される映像を可視化する映像表示素子と、
前記可視化された映像を光学系を介してスクリーンに投影するための光源ランプと、
前記映像の輝度を測定する輝度測定手段と、
前記輝度測定手段の測定結果に応じて前記光源ランプの光量の設定値を高値又は低値に制御する手段であって、前記映像のフレーム毎の輝度の平均値である平均輝度を算出し、該平均輝度を所定の時定数で演算し、この演算結果がしきい値以下になったとき前記光源ランプの光量の設定値を低値まで低下させるとともに、その後前記平均輝度が前記しきい値を超えたときは前記光源ランプの光量の設定値を高値まで上昇させる光量制御手段と、
を備えたプロジェクタ。
前記平均輝度を記憶する記憶手段を更に備え、
前記光量制御手段は、今回算出した平均輝度と前記記憶手段に記憶している平均輝度とを用いて所定の時定数で演算し、前記光源ランプの光量の設定値を低値まで低下させた後に、新たに算出した平均輝度が前記しきい値を超えたときは前記記憶手段に記憶している平均輝度をリセットする請求項１に記載のプロジェクタ。
前記所定の時定数は、視覚の暗順応の時定数に対応している請求項１または請求項２に記載のプロジェクタ。
前記スクリーン付近の照度を測定する照度測定手段を備え、
前記光量制御手段は、前記照度測定手段の測定した照度が所定値以上の場合は、前記光源ランプの光量の設定値を常に高値に制御する請求項１〜請求項３のいずれかに記載のプロジェクタ。