JP5197923B2 - プロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオードを光源として用いたプロジェクタに関する。

一般的なプロジェクタにおいては、コントラスト比（全白／全黒比）はＬＣＤプロジェクタで１０００：１〜１５００：１、ＤＬＰプロジェクタで２０００：１〜３０００：１が通常である。しかし、映画フィルム等アナログソースのコントラスト比は４０００：１以上と言われており、これに近づけることが、プロジェクタ開発の一つのターゲットとなっている。これを実現するための方法がいくつか提案されてきている。

例えばＤＬＰでは、光学系の瞳位置で光量を絞ることが行われている。表示素子の入射光、出射光の分離方法の特性から、照明系と投射レンズの瞳位置に異形絞りを設置することにより、コントラスト比を向上できる。これは、映画などを見るときにはコントラスト重視で絞りを大きく絞り、明るい部屋でプレゼンテーション等に使用する場合は絞りを開放した設計とする。また、この絞りを可変とすることで、１台のプロジェクタで複数の種類の映像ソースに対応することも可能である（特許文献１）。

さらにコントラスト比を向上するために、動的絞り制御が提案され、そのための機構が実現しつつある。これは、上記の可変絞り機構を、映像ソースごとでなく一つの映像ソースの中でも場面ごとの画面の明るさに応じて、動的に絞り量を変化させるものである。この方法によれば、異形絞りによるコントラストアップができないＬＣＤ，ＬＣｏＳなどの表示素子においてもコントラストアップが可能である。これらの方法を単独または組み合わせて使用することにより、プロジェクタのコントラスト比をさらに改善することが可能となる。

一方、発光ダイオードの光量及び映像信号を制御してコントラスト比を向上する方法も提案されている（特許文献２）。この提案では、発光ダイオードを光源として備える投射型映像装置において、分割した映像平面単位に存在する発光ダイオードの光量を当該平面内の映像信号値の単位時間における最大値に応じて制御し、同時に映像信号そのものも映像平面単位の信号値を０〜１の範囲で正規化を行った値の逆数を乗算して調整を行うという制御方法を用いている。
特許第３０１９５７４号 特開２００５−１５６７８５号

しかし、特許文献１の提案する方法の実現のためには、可動する絞りが必要で、更に映像の先読みをして非常に高速で動く絞りが必要であり、可動部品などの多くの高性能な機構部品を使用するためにコストアップの要因となるものが多く、現在の普及している製品には採用しにくい現状がある。また、光源の光量調整を考えた場合、プロジェクタ等の投射型映像装置の光源は超高圧水銀灯やメタルハライドランプなどの放電管であることが多く、これらの光源は非常に明るいが応答速度遅いために、高速な光源の光量調整を必要とするコントラスト制御には不向きである。

また、特許文献２の提案する方法においては、発光ダイオードを使用する点においては前述した光源の応答速度の問題を解決しているが、分割した映像平面単位で発光ダイオード及び発光ダイオードを制御する機能が必要となることから、多くのハードウェア及び高性能なハードウェアが必要となるためコスト的に非常に不利である。また、液晶プロジェクタの場合、映像信号そのものを制御してしまうとγ（ガンマ）が狂ってしまうので、実際は調整の余地がほとんどないと考えられる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、低コストで画像の明暗を強調することが可能なプロジェクタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のプロジェクタは、光源となる発光ダイオードと、入力された映像信号に応じて画像を表示する画像表示手段とを備え、前記発光ダイオードからの照明光を前記画像表示手段に照射して得た画像光をスクリーンに投射するプロジェクタにおいて、前記発光ダイオードは、前記映像信号に含まれる三種類の色信号に対応して互いに異なる基本色光を発光する三種類の発光ダイオードで構成されるとともに、映像信号中の前記三種類の色信号にそれぞれ基づき一画面全体の平均色濃度を個別に監視する色濃度監視手段と、この色濃度監視手段により前記三種類の色信号のうちの特定の色信号が他の色信号の色濃度に対して一定値以上の差があったときには、前記特定の色信号に対応する基本色光を発光する発光ダイオードまたは、前記他の色信号に対応する基本色光を発光する発光ダイオードの発光光量を増減する色調制御手段とを備え、前記色調整制御手段は、前記特定の色信号が他の色信号の色濃度よりも前記一定値以上低く、さらに、前記特定の色信号の平均色濃度が予め設定された第１閾値を下回る場合は、前記特定の色信号に対応する基本色光を発光する発光ダイオードの発光光量を減少させ、前記特定の色信号が他の色信号の色濃度よりも前記一定値以上高く、さらに、前記特定の色信号の平均色濃度が前記第１閾値よりも高く設定された第２閾値以上となる場合は、前記特定の色信号に対応する基本色光を発光する発光ダイオードの発光光量を増加させ、前記特定の色信号が他の色信号の色濃度よりも前記一定値以上低く、さらに、前記他の色の色信号の平均色濃度が前記第２閾値以上となる場合は、前記他の色の色信号に対応する基本色光を発光する発光ダイオードの発光光量を増加させ、前記特定の色信号が他の色信号の色濃度よりも前記一定値以上高く、さらに、前記他の色の色信号の平均色濃度が前記第１閾値を下回る場合は、前記他の色の色信号に対応する基本色光を発光する発光ダイオードの発光光量を減少させることを特徴としている。

前記色調制御手段は、前記発光ダイオードの発行光量を減少させる場合、発光光量を減少させる発光ダイオードに供給する電流を予め設定された第１電流とし、前記発光ダイオードの発行光量を増加させる場合、発光光量を増加させる発光ダイオードに供給する電流を前記第１電流よりも高い第２電流とするものでもよい。

発光ダイオードの発光光量または点灯個数の制御を行うことによって、場面に応じた動的なコントラストアップが可能となり、暗い場面において暗さを強調することができる。また、３色の発光ダイオードを光源にもつプロジェクタにおいて色ごとに発光ダイオードの発光光量または点灯個数の制御を行う場合、例えば海の場面で青のコントラスト比を強調し、森林の場面で緑のコントラスト比を強調することが可能となり、ユーザーはより鮮やかな映像を楽しむことができるようになる。

また、コントラスト制御に可動部品等を全く使用せず、少数のハードウェアで構成可能であるため、装置の寿命・信頼性を高め、また、コスト的にも安価なものとなる。

さらに、発光ダイオードを光源とする装置では、黒の表現を出射側偏光板の吸収のみに頼るため、光量自体を減らして黒を表現するので偏光板の熱負担が減少し、装置の寿命を延ばすことができる。

最初に、白色の発光ダイオードを光源とするプロジェクタの実施形態について図１にしたがって説明する。液晶プロジェクタ１０には、電源３７、点灯個数制御部３８、照明装置１９、照明光学系１１、照射された光の照射方向を変化させるためのミラー１２、ダイクロイックミラー１３，１４、３枚の透過型の液晶パネル（画像表示素子）１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ、液晶駆動回路３５、クロスダイクロイックプリズム１６、投映レンズ１７が設けられている。また、外部にある映像ソース３３からの映像信号を遅延させる遅延回路３４と、映像信号に基づく一画面全体の平均輝度レベル監視手段として輝度レベル判定部３６とを備える。

映像ソース３３はパソコンなどの映像信号の出力源であり映像インターフェースなどを介して液晶プロジェクタ１０に映像信号を出力する。映像信号は、一定周期ごとに一画面全体の平均輝度レベルを監視して予め設定した閾値に対する大小を判定する輝度レベル判定部３６に入力される。さらに、映像信号は、照明装置１９からの光量調整された照射光とタイミングを合わせて液晶パネル１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂに出力される必要があるために、輝度レベル判定部３６における処理の遅延補償を行う遅延回路３４にも分岐して入力される。

照明装置１９の電源３７には光量制御手段として点灯個数制御部３８が接続され、輝度レベル判定部３６の判定結果に基づいて電流の供給がＯＮ・ＯＦＦされる。点灯個数制御部３８は、照明装置１９内にある複数の白色ＬＥＤ（白色発光ダイオード）３２に対して個別に接続されたスイッチで、トランジスタ等で構成されており、１個単位でＯＮ・ＯＦＦ制御可能となっている。

照明装置１９は、白色の光を照射する複数の白色ＬＥＤ３２と、白色ＬＥＤ３２から照射された光を集光する複数の集光レンズ３１を備えたレンズアレイと、ロッドインテグレータ３０とから構成されている。白色ＬＥＤ３２から照射された光がロッドインテグレータ３０の入射面に入射すると、入射した光がその内面で全反射した後に略均一な光束となって反対側の照射面から照明光学系１１に照射される。これにより、白色ＬＥＤ３２から照射された光の照射方向が変化して所定の範囲に均一な明るさで照射される。なお、ここで白色ＬＥＤ３２については、三種類の基本色光（ＲＧＢ）の発光ダイオードを代用して、光路をそれぞれに色ごとに分離して構成することも可能である。

照明光学系１１は、レンズ２０、偏光変換素子２１を備えている。照明装置１９からは、赤色光（Ｒ光）、緑色光（Ｇ光）、青色光（Ｂ光）を含む白色の光が下流側に照射される。照明装置１９から照射された光はレンズ２０に入射する。レンズ２０に入射した光はレンズ２０の下流側に照射される。偏光変換素子２１は、レンズ２０の下流側に配置されている。偏光変換素子２１は、照明装置１９から照射された光を透過させることによって、特定の偏波面を持たないＲ光、Ｇ光、Ｂ光を直線偏光に変換する。偏光変換素子２１を透過した各色光は、ミラー１２で反射してダイクロイックミラー１３に入射する。

ダイクロイックミラー１３は、白色光に含まれるＢ光を透過し、Ｒ光及びＧ光を反射することによりＢ光を分離する。分離されたＢ光はミラー１２で反射して液晶パネル１５Ｂに入射する。ダイクロイックミラー１３を反射したＲ光及びＧ光は、ダイクロイックミラー１４に入射する。ダイクロイックミラー１４はＲ光を透過し、Ｇ光を反射してＲ光とＧ光を分離する。ダイクロイックミラー１４を透過したＲ光はミラー１２で反射して液晶パネル１５Ｒに入射する。ダイクロイックミラー１４で反射したＧ光は、液晶パネル１５Ｇに入射する。

液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂは、液晶駆動回路３５から入力された映像信号に基づいて、入射したＲ光、Ｇ光、Ｂ光のそれぞれに画像情報を付与する。液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂを透過したＲ光、Ｇ光、Ｂ光の光束は、クロスダイクロイックプリズム１６に入射する。クロスダイクロイックプリズム１６は、４つの直角プリズムの組み合わせからなる。クロスダイクロイックプリズム１６は、Ｒ光を反射するＲ光反射面１６ａと、Ｂ光を反射するＢ光反射面１６ｂの２種類のダイクロイック面を有しており、Ｒ光反射面１６ａとＢ光反射面１６ｂが互いに直交するように直交プリズムは配置されている。

液晶パネル１５Ｒを透過したＲ光はＲ光反射面１６ａで反射して直交する方向に変化し、投映レンズ１７に向かう。これにより、Ｒ光は投映レンズ１７に入射する。液晶パネル１５Ｇを透過したＧ光は、Ｒ光反射面１６ａ及びＢ光反射面１６ｂを透過して直進し、投映レンズ１７に入射する。液晶パネル１５Ｂを透過したＢ光はＢ光反射面１６ｂで反射して直交する方向に変化し、投映レンズ１７に向かう。これにより、Ｂ光は投映レンズ１７に入射する。投映レンズ１７は、クロスダイクロイックプリズム１６によって合成された各色の光束（画像光）を拡大投映して外部にあるスクリーン１８上に結像させる。これにより、スクリーン１８上に画像が表示される。

次に上記の液晶プロジェクタ１０の光量制御の作用について説明する。輝度レベル判定部３６では、画面全体における映像信号の輝度レベルの平均値を計算して予め設定された２つの閾値との大小関係を判定する。ここで、２つの閾値については、第一の閾値＜第二の閾値の関係にあるものとする。まず、輝度レベル判定部３６が輝度レベルの平均値＜第一の閾値（条件Ａ）を満たすことを判定した場合、これを点灯個数制御部３８へ通知し、点灯個数制御部３８は予め設定された所定の個数の白色ＬＥＤ３２が点灯するように電源３７から照明装置１９へ供給される電流のＯＦＦを行う。また、輝度レベル判定部３６が輝度レベルの平均値＞第二の閾値（条件Ｂ）を満たすことを判定した場合、これを点灯個数制御部３８へ通知し、点灯個数制御部３８は全ての白色ＬＥＤ３２が点灯するように電源３７から照明装置１９へ供給される電流のＯＮを行う。このような制御は、液晶パネル１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂが輝度レベルの高い領域及び低い領域において明度が飽和してしまう、いわゆるガンマ特性のために完全な白色と黒色を発色できない現象を改善するために行われる。したがって、上記の第一の閾値及び第二の閾値は、これに基づき最適な値を決めなければならない。これにより発光ダイオードの点灯個数の増減による光量制御を行い、暗い画像において画像全体で均一により暗く調整される。

なお、この光量制御において異なる２種類の閾値との比較により映像信号の輝度レベルを判定しているのは、前述のガンマ特性による理由に加え、以下の理由も存在するためでもある。１種類の閾値のみで判定処理を行い光量の増減を行う場合、微弱なノイズなどの影響により映像信号にゆらぎが発生した時に、極めて短時間のうちに閾値を何度も上回り、さらに下回ることを繰り返してしまうことがある。この時、前述した大小関係の条件を満たすことになり、極めて短時間のうちに光量の増減が何度も行われるため、スクリーンに投映する画面にちらつきが発生してしまうためである。これは、ユーザーにとって、画像を見づらくし、プロジェクタの品質を落とす要因となってしまう。したがって、十分に値の離れた２種類の閾値で判定処理を行えば、映像信号にゆらぎが発生した時に、一つの閾値の大小関係の条件を満たしても、他方の閾値の大小関係の条件は満たさず、極めて短時間のうちに光量が何度も増減を繰り返すことはないので画像にちらつきを生じることはない。

図２は前述した図１の構成における点灯個数制御部３８の代わりに、光量制御手段として電流制御部３９を備えた液晶プロジェクタ４０の構成である。ここでは図１と説明が重複するため、差分のみを説明する。電流制御部３９は、電源３７より入力される電流を、後述する電流制御により調整して照明装置１９に入力する。この時、照明装置１９の全ての白色ＬＥＤ３２に出力する電流値は同一である。なお、照明装置１９に備える白色ＬＥＤ３２の数は、十分な輝度が得られるのであれば１個のみでも実施可能である。

次に電流の増減による光量制御制御について説明する。輝度レベル判定部３６では、前述したように画面全体における映像信号の輝度レベルの平均値を計算して予め設定された２つの閾値との大小関係を判定する。前述した条件Ａを満たす場合、これを電流制御部３９へ通知し、電流制御部３９は白色ＬＥＤ３２を内蔵する照明装置１９へ供給する電流を予め設定された所定の電流値の７０％になるように制御する。また、前述した条件Ｂを満たす場合、これを電流制御部３９へ通知し、電流制御部３９は白色ＬＥＤ３２を内蔵する照明装置１９へ供給する電流が上記の所定値となるように制御する。これにより、前述した点灯個数制御部３８による光量制御と同様の効果が得られる。

次に、図３に制御例を示す。例として、ここでは第一の閾値を３０％、第二の閾値を８０％とし、条件Ａを満たす場合の発光ダイオードの点灯個数を全体の５０％としている。

シーン１から５の映像信号５０、５１、５２、５３、５４は場面ごとに明るさが異なっており、前述した画像全体の輝度レベルの平均値と第一の閾値及び第二の閾値との比較の結果により白色ＬＥＤ３２の点灯個数、もしくは照明装置１９の駆動電流が制御されてシーン１から５の投映画面５５、５６、５７、５８、５９に反映される。

シーン１の映像信号５０においては、輝度レベルの平均値が条件Ｂを満たし、次のシーン２の映像信号５１においては、条件Ａも条件Ｂも満たさないため、シーン１と２の投映画面５５、５６では点灯個数が全個数に、もしくは照明装置１９の駆動電流が上記の所定の電流値（１００％）に制御されるため、それぞれの投映画像５５、５６は光量を調整されることなく表示される。このように、映像信号の輝度レベルが十分に高い場合には、あえて画像を暗くする必要がないために光量制御を行わないようにできる。

シーン３の映像信号５２においては、輝度レベルの平均値が条件Ａを満たすため、シーン３の投映画面５７では点灯個数は全個数の５０％に、もしくは照明装置１９の駆動電流が上記の所定値の７０％に制御され、画像は暗くなるように光量が調整される。シーン４の映像信号５３においては、輝度レベルの平均値が条件Ａも条件Ｂも満たしていないため、シーン４の投映画面５７では点灯個数は全個数の５０％のまま、もしくは照明装置１９の駆動電流は７０％のままで表示される。しかし、シーン５の映像信号５４においては、輝度レベルの平均値が条件Ｂを満たすため、シーン５の投映画面５９では点灯個数は全個数に、もしくは照明装置１９の駆動電流が１００％に制御されて本来の光量で画像が表示される。このように光量制御を行うことで、夜のシーンや明け方のシーンの暗さを強調することができる。

次に、閾値を複数の閾値を含んだ閾値群を設けて多段階の光量制御を可能としたプロジェクタの実施形態について説明する。ここでの実施形態は、ＬＥＤの点灯個数の増減による光量制御を行う場合は図１を、また、ＬＥＤの電流制御による光量制御を行う場合は図２の構成で実現され、輝度レベル判定部３６の作用が前述した内容からの差分となる。図１の輝度レベル判定部３６の作用を説明する。輝度レベル判定部３６は、それぞれ複数の閾値を含む第一の閾値群及び第二の閾値群と輝度レベルとの比較を行い、点灯個数制御部３８がＬＥＤの点灯個数の増減を、あるいは電流制御部３９が電流の増減を行う。具体的には、輝度レベル判定部３６は、一画面全体の平均輝度レベルが第一の閾値群に含まれる何れかの閾値を下回ったと判定した場合、これを電流制御部３９、あるいは点灯個数制御部３８に通知して、照明装置１９の駆動電流を、あるいは白色ＬＥＤ３２（発光ダイオード）の点灯個数を予め設定された各所定値にまで減少させる。一方、一画面全体の平均輝度レベルが第二の閾値群に含まれる何れかの閾値を上回ったと判定した場合、これを電流制御部３９、あるいは点灯個数制御部３８に通知して、駆動電流を、あるいは点灯個数を予め設定された各所定値にまで増加させる。この第一の閾値群及び第二の閾値群に含まれる閾値は、輝度レベルの最小レベルから最大レベルの範囲を段階的に区画するように設定されている。ここで、それぞれの第一の閾値群と第二の閾値群に含まれる閾値については、互いに全てを同一の輝度レベルに設定することも、あるいは互いに一部だけを同一の輝度レベルに設定することも可能で、また、互いに全て異なる輝度レベルに設定することも可能である。

例として上記の表１に第一の閾値群を、表２に第一の閾値群の設定例を示す。第一の閾値群はＴＨｄ０とＴＨｄ１とＴＨｄ２の３つの閾値を含んでおり、それぞれの輝度レベルと発光ダイオードの点灯個数が設定されている。輝度レベル判定部３６は、例えば、一画面全体の平均輝度レベルがＴＨｄ０（８０％）を下回ったと判定した場合、これを点灯個数制御部３８に通知して、点灯個数制御部３８は発光ダイオードの全個数の２０％を消灯して８０％が点灯するように光量制御する。一方、第二の閾値群はＴＨｕ０とＴＨｕ１とＴＨｕ２の３つの閾値を含んでおり、それぞれの輝度レベルと発光ダイオードの点灯個数が設定されている。輝度レベル判定部３６は、例えば、一画面全体の平均輝度レベルがＴＨｕ０（９０％）を上回ったと判定した場合、これを点灯個数制御部３８に通知して、点灯個数制御部３８は発光ダイオードの全個数（１００％）が点灯するように光量制御する。なお、表１及び表２は点灯個数の増減による光量制御を行う実施形態を前提として示しているが、点灯個数制御部３８の代わりに電流部制御３９が輝度レベル判定部３６の判定に基づいて光量制御を行う場合の実施形態においても同様である。

次に、前述した多段階の閾値を用いた制御例を図４に示す。ここでは、第一の閾値群及び第二の閾値群の設定は例として上記の表１及び表２の三段階の閾値設定にそれぞれ従うものとする。上段に示す輝度レベルはＰ１からＰ９まで表示されており、輝度レベル判定部３６が制御の周期ごとに取得して算出した平均値が変化している様子を表している。一方、下段に示す発光ダイオード点灯個数は、前述したＰ１からＰ９までの値を基に点灯個数が変化する様子を表している。ここでＰ１からＰ９のそれぞれの変化において上回った閾値を、あるいは下回った閾値を明示するために、Ｐ１からＰ９の各点同士を結ぶ線と該閾値の基準線の交点に「□」印を付している。

次に、輝度レベル判定部３６が行うＰ１からＰ９までのそれぞれの変化における光量制御について段階ごとに説明する。まず、輝度レベルがＰ１からＰ２へ変化した時、ＴＨｄ０を下回るため、その後点灯個数は８０％になるように制御される。次に、輝度レベルがＰ２からＰ３への変化した時は何れの閾値も上回ったり、あるいは下回ったりしていないために点灯個数はそのまま８０％となる。輝度レベルがＰ３からＰ４へ変化した時、ＴＨｄ１及びＴＨｄ２を下回るが、後から下回ったＴＨｄ２に基づき、点灯個数は２０％に制御される。輝度レベルがＰ４からＰ５へ変化した時は何れの閾値も上回ったり、あるいは下回ったりしていないために点灯個数はそのまま２０％となる。輝度レベルがＰ５からＰ６へ変化した時、ＴＨｕ２を上回るため、その後点灯個数が３０％に制御されている。輝度レベルがＰ６からＰ７へ変化した時は何れの閾値も上回ったり、あるいは下回ったりしていないために点灯個数はそのまま３０％となる。輝度レベルがＰ７からＰ８へ変化した時、ＴＨｕ１及びＴＨｕ０を上回るが、後から上回ったＴＨｕ０に基づき、点灯個数は１００％に制御される。最後に、輝度レベルがＰ８からＰ９へ変化した時、ＴＨｄ０及びＴＨｄ１を下回るが、後から下回ったＴＨｄ１に基づき、点灯個数は４０％に制御される。このように、多段階の閾値による制御を行うことで細かい光量制御を行うことで、より鮮明な画像をスクリーンに投映できる。

また、閾値のみに依らない制御を行う実施形態もある。図５に、輝度レベルの変化に追従して発光ダイオードの点灯個数を増減する制御例を示す。ここで、この例におけるプロジェクタは、暗い画像のみならず明るい画像もより明るく制御してコントラスト比をより向上するために、輝度レベルが３０％から７０％の範囲内では点灯個数を７０％で一定に保ち、その他の輝度レベルにおいては輝度レベルの増減に追従するように点灯個数を制御する。ただし、この個数は決まった値ではなく、プロジェクタの性能によって最適となるように決定すればよいものである。

このような制御は、図１に示す実施形態に後述する点灯個数の比例制御の機能を付与することで実現可能である。輝度レベル判定部３６には、予め第一の閾値と第二の閾値が設定されており、第一の閾値＜第二の閾値とする。輝度レベル判定部３６は、画面全体における映像信号の平均輝度レベルが第一の閾値≦平均輝度レベル＜第二の閾値（条件Ｃ）を満たすか判定する。この条件Ｃを満たす場合、これを点灯個数制御部３８に通知して、点灯個数制御部３８は発光ダイオードの点灯個数を７０％とし、一方、条件Ｃを満たさない場合、発光ダイオードの点灯個数を輝度レベルに比例するように制御する。例えば、図５においては第一の閾値を３０％、第二の閾値を７０％としており、条件Ｃを満たすのはＰ７からＰ１１である。この時、全個数の７０％のダイオードが点灯される。一方、Ｐ１からＰ６へと輝度レベルが低下していく場合には、それに応じて発光ダイオードの点灯個数を１００％から７０％へと段階的に減らしていく。また、Ｐ１２からＰ１７へと輝度レベルが低下していく場合には、同様に発光ダイオードの点灯個数を７０％から０％へと段階的に減らしていく。このような閾値のみに依らない制御を行うことで、画像の明暗を滑らかに変化させ、明るい画像をより明るく、暗い画像をより暗くして、コントラスト比を向上させることができる。

本実施形態では、例として白色ＬＥＤの点灯個数の増減による光量制御の機能を備えたプロジェクタの構成を前提として点灯個数の制御を行っているが、白色ＬＥＤの駆動電流の増減による光量制御の機能を備えたプロジェクタの構成（図２の構成）で実施してもよい。また、本実施形態では、例として、条件Ｃを満たさない場合、発光ダイオードの点灯個数が輝度レベルに対する比例するように制御する方式としたが、この方式に限らず最適な値を算出する関数を定義して輝度レベル判定部３６で演算して点灯個数制御部３８に指示するようにしてもよい。

次に、三種類の基本色光（ＲＧＢ）をそれぞれ発光する三種類の発光ダイオードを光源として備える液晶プロジェクタ８０の実施形態を示す。図６にその構成を示す。ここでは、前述した白色ＬＥＤ３２を光源として用いた液晶プロジェクタ１０、４０との差分のみを説明する。液晶プロジェクタ８０には、電源９２と、三色の基本色光（ＲＧＢ）をそれぞれ照射し、内部に複数の発光ダイオードを有する照明装置９０Ｒ、９０Ｇ、９０Ｂと、照射照明光学系８８Ｒ、８８Ｇ、８８Ｂと、各照明装置９０Ｒ、９０Ｇ、９０Ｂの駆動電流をそれぞれ制御する色調制御部８７Ｒ、８７Ｇ、８７Ｂと、各色に対応する３枚の透過型の液晶パネル８９Ｒ、８９Ｇ、８９Ｂと、液晶駆動回路８２と、映像信号が含む三種類（ＲＧＢ）の色信号の色濃度を予め設定された閾値と色ごとに大小比較を行う色濃度監視部８６Ｒ、８６Ｇ、８６Ｂと、この三種類（ＲＧＢ）の色信号の色濃度を互いに大小比較を行う色濃度比較部９５を備える。ここで、色濃度とは各色信号の強さを意味し、本実施例においては色濃度監視部８６Ｒ、８６Ｇ、８６Ｂが、前述した信号の輝度レベルと同様に、閾値との比較を行う。また、液晶プロジェクタ８０は、照射されたＲ光とＢ光の照射方向を変化させるためのミラー８５、クロスダイクロイックプリズム９１、投映レンズ８１、外部にある映像ソース３３からの映像信号を遅延させる遅延回路８３と映像信号から色信号を分離する分離回路９４を備える。なお、分離回路９４は、パソコンからの映像信号のように元々３色が分離している映像信号を処理する場合であれば必要ない。また、ミラー８５は本実施形態のような配置のみに限らず、プロジェクタの構造に応じて必要な分だけ備えればよい。

次に作用について説明する。外部の映像ソース８４から入力された映像信号は、照明装置９０Ｒ、９０Ｇ、９０Ｂからの光とタイミングを合わせて液晶パネル８９Ｒ、８９Ｇ、８９Ｂに出力されるために、色濃度監視部８６Ｒ、８６Ｇ、８６Ｂの遅延補償を行う遅延回路８３に入力されるとともに、映像信号を色単位に分離するために分離回路９４に分岐して入力される。分離された三種類（ＲＧＢ）の色信号は色濃度比較部９５と、それぞれ色ごとに対応する色濃度監視部８６Ｒ、８６Ｇ、８６Ｂに入力される。

電源９２は、色調制御部８７Ｒ、８７Ｇ、８７Ｂを介して照明装置９０Ｒ、９０Ｇ、９０Ｂに駆動電流を供給しており、この色調制御部８７Ｒ、８７Ｇ、８７Ｂは、色ごとに対応する色濃度監視部８６Ｒ、８６Ｇ、８６Ｂでの判定結果に基づく信号と、色濃度比較部９５から通知される色信号同士の色濃度の比較結果に基づいて駆動電流を制御する。

照明装置９０Ｒから照射されるＲ光と照明装置９０Ｂから照射されるＢ光はそれぞれミラー８５により反射されて液晶パネル８９Ｒ、８９Ｂで画像情報が付加されてクロスダイクロイックプリズム９１に入射し、照明装置９０Ｇから入射されたＧ光と合わせて投映レンズ８１に投射され、スクリーン９３に完成した画像として結像される。

次に、上記の液晶プロジェクタ８０の光量制御に関する作用について説明する。色濃度監視部８６Ｒ、８６Ｇ、８６Ｂでは、画面全体における映像信号中の三種類の色信号（ＲＧＢ）の色濃度の平均値をそれぞれ計算し、各々について予め設定された２つの異なる閾値との大小関係を判定する。ここで、第一の閾値＜第二の閾値の関係にあるものとする。大小関係の判定は、前述した光量制御と同様に、第一の閾値については、色濃度の平均値＜第一の閾値（条件Ｄ）を、一方、第二の閾値については、色濃度の平均値≧第二の閾値（条件Ｅ）を判定する。この判定結果は、色濃度監視部８６Ｒ、８６Ｇ、８６Ｂから三種類の色信号（ＲＧＢ）に対応する各色調制御部８７Ｒ、８７Ｇ、８７Ｂにそれぞれ通知される。

一方、色濃度比較部９５においては、分離回路９４から入力された三種類の色信号（ＲＧＢ）を基に、色濃度間の大小関係を判定する。具体的には、特定の色信号と他の２つの色信号において、これらの色濃度の差が予め設定された一定値より大きい場合に、特定の色信号の色濃度＜他の２つの色信号の色濃度（条件Ｆ）、もしくは、特定の色信号の色濃度＞他の２つの色信号の色濃度（条件Ｇ）を満たすかを判定する。これは、特定の色信号の濃度だけが強いか、もしくは弱いかを識別し、これを満たす場合は、特定の色信号、もしくは他の２つの色信号のいずれかを制御することで特定の色信号に対応する基本色光（ＲＧＢ）の光量制御を行って色調を強調することができる状態と認識できるからである。この条件Ｆ、あるいは、条件Ｇのいずれも満たさない場合は、三種類の色信号（ＲＧＢ）の色濃度が全て前述した一定値以内であり（条件Ｈ）、この時は、強調すべき色が存在しない状態と認識される。この判定結果は、色濃度比較部９５から全ての色調制御部８７Ｒ、８７Ｇ、８７Ｂに通知される。

各色信号ごとの色調制御部８７Ｒ、８７Ｇ、８７Ｂは、対応する色濃度監視部８６Ｒ、８６Ｇ、８６Ｂと色濃度比較部９５から判定結果の通知を受け、この判定結果に基づき駆動電流を制御して基本色光（ＲＧＢ）ごとの光量制御を行う。この制御において、該色信号が、前述した条件Ｆの「特定の色信号」のいずれかであるか、もしくは条件Ｇの「その他の２つの色信号」であると判定された時に、前述した条件Ｄを満たした場合は、電源９２から対応する基本色光（ＲＧＢ）の照明装置９０Ｒ、９０Ｇ、９０Ｂに供給される駆動電流を予め設定した第一の電流値に減少させる。ここで、第一の電流値と第二の電流値については、予め第一の電流値＜第二の電流値となるように設定されている。一方、該色信号が、前述した条件Ｆの「その他の２つの色信号」のいずれかであるか、もしくは条件Ｇの「特定の色信号」であると判定された時に、条件Ｅを満たした場合は、対応する駆動電流を予め設定した第二の電流値に増加させる。また、前述した条件Ｈや上記の条件を満たさない場合は、特定の色信号に対応する色調を強調する必要性がないため、電流制御は行われず、光量制御は全く行われない。

これにより、各基本色光を発光する発光ダイオードの光量が調整され、スクリーン９３に投映した個々の画面において、暗い色はより暗く調整され、また、明るい色はより明るく調整されて、明るい色が画像全体で均一に強調される。

また、各照明装置９０Ｒ、９０Ｇ、９０Ｂがそれぞれ複数の発光ダイオードを備えられている場合、前述した電流制御の代わりに、前述したようなスイッチによる発光ダイオードの点灯個数の制御を行ってもよい。この制御において、該色信号が、前述した条件Ｆの「特定の色信号」のいずれかであるか、もしくは条件Ｇの「その他の２つの色信号」であると判定された時に、前述した条件Ｄを満たした場合は、各照明装置９０Ｒ、９０Ｇ、９０Ｂが備える発光ダイオードの点灯個数をスイッチ制御により予め設定した第一の個数に減少させる。一方、前述した条件Ｆの「その他の２つの色信号」のいずれかであるか、もしくは条件Ｇの「特定の色信号」であると判定された時に、条件Ｅを満たした場合は、点灯個数を予め設定した第二の個数に増加させる。ここで、第一の個数と第二の個数については、予め第一の個数＜第二の個数となるように設定されている。また、前述した電流制御と同様に、前述した条件Ｈや上記の条件を満たさない場合、点灯個数制御は行われない。これにより、前述した内容と同様の効果が得られる。

次に、図７に３色を光源とする液晶プロジェクタ８０の場合の駆動電流による制御例を示す。例として、ここでは第一の閾値を４０％、第二の閾値を７０％、前述した条件Ｆ及び条件Ｇにおける色濃度差を所定の色濃度の３０％、第一の電流値を発光ダイオードの所定の電流値の７０％、第二の電流値を所定の電流値（１００％）としている。シーン１から５の映像信号７０、７１、７２、７３、７４は場面ごとに色単位で明るさが異なっており、前述した画像全体の色濃度の平均値と第一の閾値及び第二の閾値との比較、さらに色濃度同士の比較の結果に応答して色単位で発光ダイオードの駆動電流が第一の電流値に、もしくは第二の電流値に制御され、シーン１から５の投映画面７５、７６、７７、７８、７９に反映される。

シーン１の映像信号７０において、全色（ＲＧＢ）の色濃度が前述した条件Ｅを満たした状態で、駆動電流は初期値として第一の電流値に設定されており、結果として投映画面７５において、いずれの色も強調せずに画像を表示する。次に、シーン２の映像信号７１においては、Ｇ信号及びＲ信号が前述した条件Ｄを満たしているが、条件Ｆ及び条件Ｇをともに満たさないため、全色（ＲＧＢ）の電流値は第一の電流値のままであり、結果として投映画面７６において、いずれの色も強調せずに画像を表示する。このように、三種類の色信号（ＲＧＢ）の色濃度に差がないときは、いずれかの閾値の条件（条件Ｄ、条件Ｅ）を満たしても光量制御を行わないことにより不適切な光量制御が発生することを防止している。

次に、シーン３の映像信号７２においては、Ｇ信号とＲ信号について、前述した条件Ｄを満たし、さらに、それぞれの信号について条件Ｇ（「他の２つの信号」に該当）を満たすため、Ｇ光とＲ光の電流値が第二の電流値に設定される。一方、Ｂ光について、前述した条件Ｅを満たし、さらに、条件Ｇ（「特定の信号」に該当）を満たすため、Ｂ光の電流値が第一の電流値に設定され、結果として投映画面７７において、海の青色が鮮やかに表示されることになる。

次に、シーン４の映像信号７３においては、Ｂ信号とＧ信号について、前述した条件Ｅを満たし、さらに、それぞれの信号について条件Ｆ（「他の２つの信号」に該当）を満たすため、Ｂ光とＧ光の電流値が第二の電流値に設定される。一方、Ｒ信号について前述した条件Ｄを満たし、さらに、条件Ｆ（「特定の信号」に該当）を満たすため、Ｒ光の電流値が第一の電流値に設定され、結果として投映画面７８において、海中の青色と緑色の成分が鮮やかに表示されることになる。

最後に、シーン５の映像信号７４においては、Ｂ信号とＲ信号について、前述した条件Ｄを満たし、さらに、それぞれの信号について条件Ｇ（「他の２つの信号」に該当）を満たすため、Ｂ光とＲ光の電流値が第一の電流値に設定される。一方、Ｇ信号について、前述した条件Ｅを満たし、さらに、条件Ｇ（「特定の信号」に該当）を満たすため、Ｇ光の電流値が第二の電流値に設定され、結果として投映画面７９において、木々の緑色が鮮やかに表示されることになる。このように、三種類の色信号（ＲＧＢ）の色濃度に差があるときに、光量制御を行うことで特定の色を強調して画像を表示することが可能となる。

本実施形態においては、予め設定する色濃度の第一の閾値及び第二の閾値、さらに、第一の電流値及び第二の電流値を全色（ＲＧＢ）において共通としているが、各色ごとに個別に設定してもよい。また、本実施形態においては、光量制御として各照明装置９０Ｒ、９０Ｇ、９０Ｂの電流制御を行うようにしているが、同様の方法で各色の発光ダイオードの点灯個数を色単位で制御してもよい。

さらに、このような基本色光（ＲＧＢ）を光源とするプロジェクタの光量制御方法は、図４を用いて説明した多段階の閾値による制御方法と、図５を用いて説明した閾値のみに依らない制御方法においても適用可能である。すなわち、多段階制御方法については、前述した第一の閾値群に含まれる各閾値に条件Ｄの第一の閾値を、また、前述した第二の閾値群に含まれる各閾値に条件Ｅの第二の閾値を適用することにより同様の基本色光（ＲＧＢ）単位での光量制御が行うことができ、同様の効果を得ることができる。また、閾値のみに依らない制御方法については、条件Ｃを満たさない時に、該色信号が条件Ｆの「特定の色信号」に、もしくは条件Ｇの「他の２つの色信号」に相当する場合、該基本色光の光量を減少させ、一方、該色信号が条件Ｆの「他の２つの色信号」に、もしくは条件Ｇの「特定の色信号」に相当する場合、該基本色光の光量を増加させる。これにより同様の基本色光（ＲＧＢ）単位での光量制御が行うことができ、同様の効果を得ることができる。

本発明の実施形態においては、発光ダイオードの光量調整について、発光ダイオードが連続発光状態であることを前提としたため、その駆動電流の増減により光量の調整を実現したが、発光ダイオードが一定周期で点滅する状態であった場合は、前記の駆動電流の増減による制御方法に加えて、点滅の周期の増減により光量の調整を実現することができる。これにより人間の目には高速な光の切り替わりは時間的に平均化されるために結果としては光量が変化しているように写ることになる。

複数の白色ＬＥＤを光源に持ち、発光ダイオードの点灯個数の制御機能を備えるプロジェクタの構成図である。 複数の白色ＬＥＤを光源に持ち、発光ダイオードの駆動電流の制御機能を備えるプロジェクタの構成図である。 複数の白色ＬＥＤを光源とするプロジェクタにおける発光ダイオードの光量制御の例である。 複数の白色ＬＥＤを光源とするプロジェクタにおける発光ダイオードの多段階閾値を用いた光量制御の例である。 複数の白色ＬＥＤを光源とするプロジェクタにおける発光ダイオードの閾値のみに依らない光量制御の例である。 三種類の基本色光の発光ダイオードを光源に持ち、各色ごとの光量制御機能を備えるプロジェクタの構成図である。 三種類の基本色光の発光ダイオードを光源に持つプロジェクタの各色ごとの光量制御の例である。

符号の説明

１０、４０、８０ 液晶プロジェクタ
３３、８４ 映像ソース
３８ 点灯個数制御部
３６ 輝度レベル判定部
３９ 電流制御部
３７、９２ 電源
１９、９０Ｒ、９０Ｇ、９０Ｂ 照明装置
３０ ロッドインテグレータ
２０ レンズ
２１ 偏光変換素子
３２ 白色ＬＥＤ
３１ 集光レンズ
１１、８８Ｒ、８８Ｇ、８８Ｂ 照明光学系
１２、８５ ミラー
１３、１４ ダイクロイックミラー
１６、９１ クロスダイクロイックプリズム
１６ａ Ｒ光反射面
１６ｂ Ｂ光反射面
３４、８３ 遅延回路
３５、８２ 液晶駆動回路
１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂ、８９Ｒ、８９Ｇ、８９Ｂ 液晶パネル
１７、８１ 投映レンズ
１８、９３ スクリーン
５０ シーン１（映像信号）（図３）
５５ シーン１（投映画面）（図３）
５１ シーン２（映像信号）（図３）
５６ シーン２（投映画面）（図３）
５２ シーン３（映像信号）（図３）
５７ シーン３（投映画面）（図３）
５３ シーン４（映像信号）（図３）
５８ シーン４（投映画面）（図３）
５４ シーン５（映像信号）（図３）
５９ シーン５（投映画面）（図３）
７０ シーン１（映像信号）（図７）
７５ シーン１（投映画面）（図７）
７１ シーン２（映像信号）（図７）
７６ シーン２（投映画面）（図７）
７２ シーン３（映像信号）（図７）
７７ シーン３（投映画面）（図７）
７３ シーン４（映像信号）（図７）
７８ シーン４（投映画面）（図７）
７４ シーン５（映像信号）（図７）
７９ シーン５（投映画面）（図７）
８６Ｒ、８６Ｇ、８６Ｂ 色濃度監視部
８７Ｒ、８７Ｇ、８７Ｂ 色調制御部
９４ 分離回路
９５ 色信号比較部

Claims (2)

1. 光源となる発光ダイオードと、入力された映像信号に応じて画像を表示する画像表示手段とを備え、前記発光ダイオードからの照明光を前記画像表示手段に照射して得た画像光をスクリーンに投射するプロジェクタにおいて、
   前記発光ダイオードは、前記映像信号に含まれる三種類の色信号に対応して互いに異なる基本色光を発光する三種類の発光ダイオードで構成されるとともに、
   映像信号中の前記三種類の色信号にそれぞれ基づき一画面全体の平均色濃度を個別に監視する色濃度監視手段と、
   この色濃度監視手段により前記三種類の色信号のうちの特定の色信号が他の色信号の色濃度に対して一定値以上の差があったときには、前記特定の色信号に対応する基本色光を発光する発光ダイオードまたは、前記他の色信号に対応する基本色光を発光する発光ダイオードの発光光量を増減する色調制御手段とを備え、
   前記色調整制御手段は、
   前記特定の色信号が他の色信号の色濃度よりも前記一定値以上低く、さらに、前記特定の色信号の平均色濃度が予め設定された第１閾値を下回る場合は、前記特定の色信号に対応する基本色光を発光する発光ダイオードの発光光量を減少させ、
   前記特定の色信号が他の色信号の色濃度よりも前記一定値以上高く、さらに、前記特定の色信号の平均色濃度が前記第１閾値よりも高く設定された第２閾値以上となる場合は、前記特定の色信号に対応する基本色光を発光する発光ダイオードの発光光量を増加させ、
   前記特定の色信号が他の色信号の色濃度よりも前記一定値以上低く、さらに、前記他の色の色信号の平均色濃度が前記第２閾値以上となる場合は、前記他の色の色信号に対応する基本色光を発光する発光ダイオードの発光光量を増加させ、
   前記特定の色信号が他の色信号の色濃度よりも前記一定値以上高く、さらに、前記他の色の色信号の平均色濃度が前記第１閾値を下回る場合は、前記他の色の色信号に対応する基本色光を発光する発光ダイオードの発光光量を減少させることを特徴とするプロジェクタ。
2. 前記色調制御手段は、
   前記発光ダイオードの発光光量を減少させる場合、発光光量を減少させる発光ダイオードに供給する電流を予め設定された第１電流とし、
   前記発光ダイオードの発光光量を増加させる場合、発光光量を増加させる発光ダイオードに供給する電流を前記第１電流よりも高い第２電流とすることを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ。

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