JP5408746B2 - 投射型表示装置及び光量調整方法 - Google Patents

投射型表示装置及び光量調整方法 Download PDF

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Description

本発明は、被投射体に投射光による映像を表示する投射型表示装置及び光量調整方法に関する。
近年、投射型表示装置は、周囲が明るい環境下で使用されることが増えてきていることから、高輝度化が進んでいる。高輝度な投射型表示装置では、投射レンズからスクリーン等の被投射体へ投射される投射光の光量が多い。
そのため、投射領域に進入した人がこの投射光を直接見てしまうと眼に強い刺激を受け不快感を生じることがある。また、人ではなく物が投射レンズの近傍の投射領域へ進入した場合、投射レンズの近傍では投射光の光量が特に多いため、その物の温度が上昇してしまう。投射領域へ進入した物が、例えば、衣服であればその衣服が変色してしまったり、電子機器に使用する記憶媒体であればその記憶媒体の耐用温度を超えてしまったりする。
そこで、投射領域に人や物が進入した際に、投射光の光量を自動的に減少させることが求められ、これを可能にする技術が例えば、特許文献1〜3に開示されている。
特許文献1に開示されている技術では、投射型表示装置の投射レンズの近傍に、複数の人感センサ(焦電型赤外線センサ)が設けられている。そして、投射領域を複数の人感センサに対応する複数の領域に分け、それら複数の領域において複数の人感センサで人を検出する。投射型表示装置は、人感センサが人を検出した領域については、投射光の光量を減少させる。
上記の技術では、人が存在する領域のみの投射光の光量を減少させるので、被投射体に投射された映像の損失を最小限に抑制することができる。
特許文献2に開示されている技術では、投射型表示装置の投射レンズの両側に物体を検出するための検出装置が1つずつ設けられている。検出装置のそれぞれは、平行光の赤外線ビームを投射領域の外縁の近傍へ射出する。そして、射出された赤外線ビームが物体によって反射された反射光を検出装置が受光した場合に、投射型表示装置は、投射光の光量を減少させる。なお、検出装置は、検出装置から所定の距離までの間に存在する物体によって反射された反射光を受光することができる。
上記の技術では、スクリーンの傍に説明者が立っているときには、投射光の光量を減少させないようにすることができる。これは、上記の所定の距離を、検出装置から説明者までの距離よりも短くすることによって実現できる。
特許文献3に開示されている技術では、投射領域をCCD(Charge Coupled Device)カメラで撮像し、人が存在する位置を検出した後に、その位置に相当する領域については、投射光の光量を減少させる。
上記の技術では、上述した特許文献2に開示されている技術と同様に、投射光の光量を部分的に減少させることができる。さらに、CCDカメラで撮像した情報から人が存在する位置を検出するため、人が存在する位置に応じて投射光の光量を詳細に調整することができる。
特開2006−091121号公報 特開2001−075170号公報 特開2000−305481号公報
上述した特許文献1に開示されている技術では、複数の人感センサは、投射レンズの近傍に設けられている。人感センサの検出領域は人感センサの近傍では極めて限定されるため、投射レンズの近傍に進入した人を検出することができない検出不可能領域が生じてしまう。特に、投射領域に対して最適となるように検出領域を設定した場合、検出不可能領域は大きくなってしまうという問題点がある(第1の問題点)。
また、上記の技術で用いられる人感センサは、人の存在を検出することができるだけで、人までの距離を測定することができない。人までの距離が投射光の輝度が問題とならない遠いものである場合には、投射光の光量を減少させる必要はないが、上記の技術では、投射光の光量が少なく、投射光の光量を減少させる必要がない領域に人が存在する場合でも、その領域の投射光の光量を減少させてしまうという問題点がある(第2の問題点)。
上述した特許文献2に開示されている技術のように、物体までの距離を考慮して検出領域を設定することができる検出装置を用いれば、上記の第2の問題点を解決することは可能である。また、投射レンズの近傍に人が進入する際には、検出領域を通過するため、第1の問題点も解決することは可能である。
しかし、上記の技術では、検出装置からの距離を考慮して検出領域を設定するために、平行光の赤外線ビームを用いている。これにより、検出領域が、投射領域の外縁の近傍に沿った極めて狭い局所的な空間に限定される。そのため、人がかがみこんで投射領域に進入した場合や、子供など身長が低い人が誤って投射領域に進入した場合には、その人を検出することができず、自動的に投射光の光量を減少させることができない。
また、人が速い速度で検出領域を通過してしまうと、その人を検出できない場合もある。
また、最近の投射型表示装置は、投射映像の歪を補正する機能を有しており、装置を大きく傾けて投射しても、正しい方向で映像を表示させることができる。このように装置を大きく傾けて投射した場合や、天井吊りの状態で装置を使用した場合には、検出領域を通過することなく、人が投射領域へ進入してしまうことも想定される。
これらの課題を解決するためには、検出装置を多数設置し、投射領域の外縁の近傍に沿った検出領域を互いに重複させることにより、検出領域を広くすればよい。しかし、検出装置の設置スペースや、装置サイズの制約、検出装置を多数設置することによるコストの問題から実用的ではない。
特許文献3に開示されている技術のように、CCDカメラを用いても、上記の第1の問題点及び第2の問題点を解決することは可能ではある。
しかし、CCDカメラを用いて撮像するため、1フレーム毎のデータ量が多く、さらに、所定の時間毎にフレームを取得する必要がある。そのため、処理されるデータ量が膨大な量となってしまい、人を検出するのに時間を要し、投射光の光量を減少させる動作が遅れてしまうという問題点がある。また、検出回路の規模も大きくなり、高コストになってしまうという問題点がある。
また、人を検出する時間を短くして、投射光の光量の調整を迅速に行うためには、取得するフレームの間隔をさらに短くする必要がある。この場合、検出回路の規模が大きくなり、それに伴って高コストとなってしまう。
また、投射映像領域で人の位置を検出するためには、投射映像と実際の人物像とを分離する必要がある。投射映像として人物像が投射されている場合、投射映像の人物像と実際の人物像とを分離することが極めて困難であり、取得したデータの処理も複雑で時間がかかる。その結果、投射光の光量を減少させる動作が遅れてしまう。
このような動作の遅れを解決するための技術が同一公報に開示されている。この技術は、投射映像領域の下部の限定された領域を撮像した撮像情報を用いて、人が存在する位置を容易に検出するというものである。
しかし、この技術は、実際の人物像が直立した状態にあることが前提であり、直立した状態以外では適用することができない。
本発明は、物体及び物体が存在する領域に応じ、投射光の光量を迅速かつ適切に調整することを、低コストで実現することができる投射型表示装置及び光量調整方法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は、
被投射体に投射光による映像を表示する投射型表示装置であって、
前記投射光の反射光を検知する第1のセンサと、
前記投射光の光路方向の所定の範囲内の赤外線を検知する第2のセンサと、
前記第1のセンサにて検知された反射光の光量と、前記第2のセンサにて検知された赤外線の変化量とに基づいて前記投射光の光量を決定する光量決定部と、を有する。
また、被投射体に投射光による映像を表示する投射型表示装置における光量調整方法であって、
前記投射光の反射光を検知する処理と、
前記投射光の光路方向の所定の範囲内の赤外線を検知する処理と、
前記検知された反射光の光量と、前記検知された赤外線の変化量とに基づいて前記投射光の光量を決定する光量決定処理と、を有する。
本発明によれば、投射型表示装置は、投射光の反射光と、投射光の光路方向の所定の範囲内の赤外線とを検知し、検知された反射光の光量と、検知された赤外線の変化量とに基づいて投射光の光量を決定する。
これにより、物体及び物体が存在する領域に応じ、投射光の光量を迅速かつ適切に調整することを、低コストで実現することができる。
本発明の投射型表示装置の第1の実施形態の外観を示す斜視図である。 図1に示した投射型表示装置の構成の一例を示すブロック図である。 図1及び図2に示した明るさセンサ及び人感センサの検知範囲の一例を示す図である。 図2に示した明るさセンサ出力処理部及び人感センサ出力処理部から出力されるディジタル信号が示す値の組み合わせと、光量決定部にて決定される投射光の光量との関係の一例を示す図である。 図1及び図2に示した投射型表示装置によって被投射体に表示された投射型表示装置の設定画面の一例を示す図である。 図1〜図5に示した投射型表示装置において投射光の光量を決定する動作を説明するためのフローチャートである。 図1及び図2に示した明るさセンサ及び人感センサの検知範囲を説明するための図である。 図7に示した進入検知領域のそれぞれに人または物が進入した場合に、明るさセンサ出力処理部及び人感センサ出力処理部から出力されるディジタル信号が示す値と、光量決定部にて決定される投射光の光量との関係の一例を示す図である。 本発明の投射型表示装置の第2の実施形態の構成を示すブロック図である。 図9に示した明るさセンサ及び人感センサの検知範囲を説明するための図である。 図10に示した進入検知領域のそれぞれに人または物が進入した場合に、明るさセンサ出力処理部及び人感センサ出力処理部から出力されるディジタル信号が示す値と、光量決定部にて決定される投射光の光量との関係の一例を示す図である。 図9に示した明るさセンサ出力処理部及び人感センサ出力処理部から出力されるディジタル信号が示す値と、光量決定部にて決定される投射光の光量との関係の一例を示す図である。 本発明の投射型表示装置の第3の実施形態の構成を示すブロック図である。 図13に示した投射型表示装置から調光装置を取りだしたところを示す斜視図である。 図14に示した調光装置の拡大斜視図である。 図13に示した明るさセンサ及び人感センサの検知範囲を説明するための図である。 図16に示した進入検知領域のそれぞれに人または物が進入した場合に、明るさセンサ出力処理部及び人感センサ出力処理部から出力されるディジタル信号が示す値と、光量決定部にて決定される投射光の光量との関係の一例を示す図である。 図13に示した明るさセンサ出力処理部及び人感センサ出力処理部から出力されるディジタル信号が示す値と、光量決定部にて決定される投射光の光量との関係の一例を示す図である。 本発明の投射型表示装置の第4の実施形態の構成を示すブロック図である。 本発明の投射型表示装置の第5の実施形態の構成を示すブロック図である。 図20に示した明るさセンサの検知範囲を説明するための図である。
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の投射型表示装置の第1の実施形態の外観を示す斜視図である。なお、本実施形態の投射型表示装置は3板式の液晶型である。
本体ケース11の内部には、光源と、画像生成デバイスを備えた光学エンジンと、投射レンズ14に至る光学系モジュールと、光源を発光させるバラストと、音声及び映像信号の入出力を外部と行うIO(Input Output)端子を有するメイン基板と、これら電気部品に電力を供給する電源と、これら発熱部品を冷却する冷却ファンとを備えている。なお、光源には電気の極性を利用した放電によって発光する超高圧水銀ランプを用いており、画像生成デバイスには液晶ライトバルブ(液晶パネル)を用いている。
本実施形態の投射型表示装置において、光学エンジン内の画像生成デバイスで生成された映像は、光源が発光した光を投射レンズ14を介して投射した投射光を用いて、スクリーン等の被投射体に拡大して表示される。
第1のセンサである明るさセンサ12及び第2のセンサである人感センサ13は図1に示すように、投射レンズ14を挟んで、つまり投射光の光軸を境界として、相互に反対側に1つずつ配置されている。
図2は、図1に示した投射型表示装置の構成の一例を示すブロック図である。
図1に示した投射型表示装置は図2に示すように、明るさセンサ12と、人感センサ13と、投射レンズ14と、メイン基板20と、液晶ライトバルブ31及び光源32を有する光学エンジン30と、バラスト40と、電源51とを備えている。
明るさセンサ12は例えば、フォトダイオードである。フォトダイオードは、光エネルギーを電気エネルギーに変換する代表的な光センサであり、小型かつ軽量で応答性に優れている。フォトダイオードに光が入射すると、その入射した光の光量に応じた電流が流れるため、オペアンプを用いた電流−電圧変換回路によって光量に応じた電圧を得ることができる。投射レンズ14の近傍に人または物が接近すると、投射光がその人または物の表面で反射する。その反射光が明るさセンサ12へ入射する。明るさセンサ12は、この反射光を検知し、検知した反射光の光量に応じた電流を出力する。
ここで、投射光の光量と、人または物が投射レンズ14の近傍へ接近することによって検知される反射光の光量との関係について説明する。
投射レンズ14の近傍へ人または物が接近すると、投射映像が明るい場合、つまり投射光の光量が多い場合、明るさセンサ12にて検知される反射光の光量が多くなる。この場合、投射光の光量を減少させる方向へ投射光の光量を調整すればよい。一方、投射映像が暗い場合、つまり投射光の光量が少ない場合には、明るさセンサ12にて検知される反射光の光量が少なくなる。この場合、投射光の光量を調整する必要はない。
なお、一般的に、投射レンズの近傍へ人または物が接近したことを検知するためには距離センサを用い、距離センサにて測定された距離と投射光の光量を示す情報との組合せによって投射光の光量を調整するかどうかを判断する。つまり、投射光の光量を調整するまでに時間を要する。しかし、本実施形態においては、明るさセンサ12を用いることにより、投射光の光量を調整するかどうかを瞬時に判断することができる。
人感センサ13は例えば、焦電型赤外線センサである。焦電型赤外線センサは、強誘電体セラミックの焦電効果を利用したものである。焦電型赤外線センサを用いることにより、人体等から発せられる赤外線の変化量に応じた電圧を得ることができる。人感センサ13は、その電圧を出力する。一般的に、焦電型赤外線センサの素子部(不図示)の直前にはフレネルレンズ等の光学レンズが配置され、赤外線を検知できる検知範囲が所望の範囲となるように構成される。本実施形態においても素子部と対応した光学素子の組み合わせにより、投射光の光路方向に略四角錘状の検知範囲を実現している。
なお、CCDカメラを用いた場合には、投射映像や被投射体と人との選別が困難となる。しかし、投射型表示装置の投射光の主成分は可視光であるため、本実施形態のように焦電型赤外線センサを用いれば、そのような選別をする必要がなく、人を瞬時に検出することができる。
図3は、図1及び図2に示した明るさセンサ12及び人感センサ13の検知範囲の一例を示す図である。実線で示した投射光101は、投射型表示装置から投射された投射光を示す。また、破線で示した反射光検知範囲102は、人または物によって投射光が反射された反射光を明るさセンサ12が検知する範囲を示す。また、一点鎖線で示した赤外線検知範囲103は、人感センサ13による赤外線の検知範囲を示す。反射光検知範囲102及び赤外線検知範囲103は共に略四角錐の形状であり、図は分かり易さを考慮して対角上の稜線のみを表示している。
再度、図2を参照すると、メイン基板20は、第1の信号生成部である明るさセンサ出力処理部21と、第2の信号生成部である人感センサ出力処理部22と、光量決定部23と、映像信号制御部24とを備えている。
明るさセンサ出力処理部21は、明るさセンサ12と接続され、オペアンプを用いた電流−電圧変換回路とコンパレータとを備えている。明るさセンサ出力処理部21は、明るさセンサ12から出力された電流の入力を受け付ける。この電流は、明るさセンサ12のフォトダイオードへ入射した光の光量に応じた電流である。そして、受け付けた電流を電圧に変換し、変換された電圧を所定の電圧値で閾値処理することによって高レベル(5V)または低レベル(0V)の2つの値を持つ第1の信号であるディジタル信号を生成する。そして、生成されたディジタル信号を光量決定部23へ出力する。なお、以降、高レベルのことをHIと表記し、低レベルのことをLOと表記する。
人感センサ出力処理部22は、人感センサ13と接続され、オペアンプを用いた2段の増幅回路とコンパレータとを備えている。人感センサ出力処理部22は、人感センサ13から出力された電圧の入力を受け付ける。この電圧は、人感センサ13の焦電型赤外線センサが検知した赤外線の変化量に応じた電圧である。そして、受け付けた電圧を増幅し、増幅された電圧を所定の電圧値で閾値処理することによってHI(5V)またはLO(0V)の値を持つ第2の信号であるディジタル信号を生成する。そして、生成されたディジタル信号を光量決定部23へ出力する。
光量決定部23は、記憶回路を備えたディジタル信号処理回路で構成されており、明るさセンサ出力処理部21及び人感センサ出力処理部22から出力されたHIまたはLOを示すディジタル信号の入力を受け付ける。そして、光量決定部23は、入力されたこれらのディジタル信号が示す値の組み合わせに応じ、ソフトウェア処理によって投射光の光量を決定する。そして、決定された投射光の光量を示す情報を映像信号制御部24へ出力する。なお、光量決定部23は、投射光の光量を決定する際に、光量として例えば、第1の光量である「通常」、「低」または「最低」のいずれかを選択する。この詳細については後述する。
ここで、本実施形態において投射光の光量は、映像信号の階調を制御することによって調整される。映像信号制御部24は、光量決定部23から出力された情報に応じて液晶ライトバルブ31を駆動させることによって映像信号の階調を制御する。これにより、投射光の光量が調整される。
液晶ライトバルブ31は、R(Red)、G(Green)、B(Blue)の各光路にそれぞれ一つずつ設けられた光透過型の液晶パネルであり、映像信号制御部24から出力される0〜255のディジタル値に従って256階調で制御される。
図4は、図2に示した明るさセンサ出力処理部21及び人感センサ出力処理部22から出力されるディジタル信号が示す値の組み合わせと、光量決定部23にて決定される投射光の光量との関係の一例を示す図である。また、図5は、図1及び図2に示した投射型表示装置によって被投射体に表示された投射型表示装置の設定画面の一例を示す図である。
図5において、設定1及び設定2は、投射光の光量を調整するためのモードである。投射型表示装置の使用者は、図5に示す設定画面を見ながらキーボタン15(図1参照)を操作することにより、モードを自由に選択して設定することができる。なお、図5に示す設定画面では”設定1”が選択されている。また、図5に示す”機能無効化”とは、人や物を検出する機能を無効とする設定である。
光量決定部23にて決定される投射光の光量としては図4に示すように、「通常」、「低」、または「最低」の3種類がある。「通常」は映像信号の階調を変更しない源信号のままの状態のことであり、「低」は源信号の階調を例えば1/3に減少させた状態のことであり、「最低」は階調を「低」よりもさらに減少させた状態のことであり、例えば遮光状態のことである。
例えば”設定1”においては図4に示すように、明るさセンサ出力処理部21から出力されたディジタル信号が示す値がHIであり、人感センサ出力処理部22から出力されたディジタル信号が示す値もHIである場合、光量決定部23は、投射光の光量を「最低」と決定する。また、明るさセンサ出力処理部21から出力されたディジタル信号が示す値がLOであり、人感センサ出力処理部22から出力されたディジタル信号が示す値もLOである場合、光量決定部23は、投射光の光量を「通常」と決定する。
一方、”設定2”においては、明るさセンサ出力処理部21から出力されたディジタル信号が示す値がHIであり、人感センサ出力処理部22から出力されたディジタル信号が示す値がHIである場合、光量決定部23は、投射光の光量を「低」と決定する。
以下に、上記のように構成された投射型表示装置において投射光の光量を決定する動作について説明する。
図6は、図1〜図5に示した投射型表示装置において投射光の光量を決定する動作を説明するためのフローチャートである。
投射型表示装置の電源がONにされた後、投射光の光量は、初期値として「通常」に設定される(ステップS1)。そして、光源32からの発光が開始される。
光源32が発光してから30秒程度が経過した後、光量決定部23は、明るさセンサ出力処理部21及び人感センサ出力処理部22から出力されたディジタル信号が示す値を参照する(ステップS2)。なお、30秒とは光源32が安定して明るく発光するまでに要する概ねの時間である。
ここで、投射型表示装置の電源をOFFするためのOFFボタンが押下されているかどうかを判定する(ステップS3)。
ステップS3における判定の結果、OFFボタンが押下されていれば、処理を終了する。一方、ステップS3における判定の結果、OFFボタンが押下されていない場合には、光量決定部23は、ステップS2において参照した2つのディジタル信号が示す値の組み合わせに応じて投射光の光量を決定する(ステップS4)。なお、光量決定部23が投射光の光量を決定する方法は、図4を用いて上述した通りである。
次に、光量決定部23は、投射光の光量を「通常」から変更したかどうかを判定する(ステップS5)。
ステップS5における判定の結果、「通常」からの変更がなかった場合、ステップS2の動作へ遷移し、光量決定部23は再び、明るさセンサ出力処理部21及び人感センサ出力処理部22から出力されたディジタル信号が示す値を参照する。このステップS2〜S5の動作は極めて高速に行われる。具体的には、光量決定部23が、ディジタル信号が示す値を参照してから、再びディジタル信号が示す値を参照するまでの時間間隔は約30msである。一方、ステップS5における判定の結果、投射光の光量を「通常」から「低」または「最低」に変更していた場合、光量決定部23は、投射光の光量が「低」または「最低」であることを示す情報を映像信号制御部24へ出力する。
光量決定部23から出力された情報を受け付けた映像信号制御部24は、受け付けた情報が「低」を示していた場合、源信号の階調を1/3に低減するように液晶ライトバルブ31を駆動させる。また、受け付けた情報が「最低」を示していた場合には、映像信号制御部24は、源信号の階調を例えば遮光状態にするように液晶ライトバルブ31を駆動させる。なお、映像信号の階調を一旦変更した後は、頻繁な階調の変更を回避するため、階調を変更した後10秒経過するまでその状態を継続する。
映像信号の階調を変更してから10秒経過した後、光量決定部23は、人感センサ出力処理部22から出力されたディジタル信号が示す値を参照する(ステップS6)。
そして、光量決定部23は、人感センサ出力処理部22から出力されたディジタル信号が示す値を判定する(ステップS7)。
ステップS7における判定の結果、人感センサ出力処理部22から出力されたディジタル信号が示す値がLOであった場合、光量決定部23は、投射光の光量を「通常」に変更し(ステップS8)、ステップS2の動作へ遷移する。一方、ステップS7における判定の結果、人感センサ出力処理部22から出力されたディジタル信号が示す値がHIであった場合には、ステップS6の動作へ遷移する。そして、人感センサ出力処理部22から出力されたディジタル信号が示す値がLOとなるまで、ステップS6〜S7の動作が繰り返される。なお、この動作の時間間隔もステップS2〜S5の動作と同様に約30msである。これら一連の動作を繰り返すことによって、投射領域に人または物が進入したときに投射光の光量を迅速に調整することができる。また、人が検知範囲に存在していないことを確認した後に、投射光の光量を確実に「通常」に戻すことができる。
次に、明るさセンサ12及び人感センサ13の検知範囲に人または物が進入した場合において、明るさセンサ出力処理部21及び人感センサ出力処理部22から出力されるディジタル信号が示す値の組み合わせと、投射光の光量との関係について説明する。
図7は、図1及び図2に示した明るさセンサ12及び人感センサ13の検知範囲を説明するための図である。なお、図7は、本実施形態の投射型表示装置を上方から見た状態を示している。
図7において、実線で示した投射光101は、投射型表示装置から投射された投射光を示す。また、破線で示した反射光検知範囲102は、人または物によって投射光が反射された反射光を明るさセンサ12が検知する範囲を示す。また、一点鎖線で示した赤外線検知範囲103は、人感センサ13が赤外線を検知する範囲を示す。
なお、明るさセンサ12は、二点鎖線で示した明るさ検知境界線104よりも内側、すなわち明るさセンサ12側の範囲の光を検知することができる。つまり、明るさ検知境界線104よりも内側の範囲で投射光が反射されると、明るさセンサ出力処理部21から出力されるディジタル信号が示す値はHIとなる。
また、明るさ検知境界線104よりも内側の範囲の形状は、図7において二点鎖線で示すように明るさセンサ12の素子部を中心とした略球体状である。但し、明るさセンサ12は、投射光101が人または物によって反射された反射光を検知する。そのため、反射光検知範囲102は、破線で示した範囲となる。
一方、人感センサ13が検知するのは赤外線であり、可視光線を主成分とする投射光101とは直接的に関係がない。従って、投射方向の検知範囲は投射画面100までとなる。投射光の光路方向に対する上下左右の検知範囲については、人感センサ13の素子部の直前に配置された光学レンズによって指向性を与え、投射画面100(ズームワイド端)全体を含むよう設定している。なお、本実施形態では光学レンズを用いているが、矩形の開口部を有した遮光板を用いてもよい。
また、図7においてアルファベットで示した複数の領域のそれぞれは、反射光検知範囲102と赤外線検知範囲103と明るさ検知境界線104との重なり具合に応じ、投射領域及びその近傍を区分した領域を示している。以降、これらの領域のことを進入検知領域という。
図8は、図7に示した進入検知領域のそれぞれに人または物が進入した場合に、明るさセンサ出力処理部21及び人感センサ出力処理部22から出力されるディジタル信号が示す値と、光量決定部23にて決定される投射光の光量との関係の一例を示す図である。
例えば”設定1”においては、進入検知領域Aに人または物が進入した場合、明るさセンサ出力処理部21から出力されるディジタル信号が示す値はHIとなり、人感センサ出力処理部22から出力されるディジタル信号が示す値はLOとなる。この場合、投射光の光量は「最低」と決定される。また、進入検知領域Cに物が進入した場合、明るさセンサ出力処理部21から出力されるディジタル信号が示す値はLOとなり、人感センサ出力処理部22から出力されるディジタル信号が示す値もLOとなる。この場合、投射光の光量は「通常」と決定される。
一方、”設定2”においては、進入検知領域Bに人が進入した場合、明るさセンサ出力処理部21から出力されるディジタル信号が示す値はHIとなり、人感センサ出力処理部22から出力されるディジタル信号が示す値もHIとなる。この場合、投射光の光量は「低」と決定される。また、進入検知領域Cに物が進入した場合、明るさセンサ出力処理部21から出力されるディジタル信号が示す値はLOとなり、人感センサ出力処理部22から出力されるディジタル信号が示す値もLOとなる。この場合、投射光の光量は「通常」と決定される。
このように、設定1においては、進入検知領域Cへ物が進入した場合以外は全て投射光の光量が「最低」となる人の目に優しい設定であり、投射領域への人や物の進入に対して敏感に反応するモードである。一方、設定2においては、進入検知領域Cに人が進入しても投射光の光量は「通常」のままであり、進入検知領域Bに人が進入しても投射光の光量は「低」への変更に留まる。設定1は、教育市場など投射型表示装置の周りに子供が多数いるような場合を想定して設けたモードであり、設定2は、ビジネスなど大人がスクリーンの前に立ちプレゼンテーションする場合を想定して設けたモードである。このように複数のモードを選択及び設定可能とすることにより、様々な状況に応じて投射光の光量を調整することが可能となる。これは、後述する第2〜第5の実施形態においても同様である。
このように、投射光の光量が少なく、投射光の光量を減少させる必要がない領域に人が進入した場合、明るさセンサ12にて検知される反射光の光量は少なくなり、人感センサ13にて検知される赤外線の変化量は多くなる。この場合、上述した“設定2”において投射型表示装置は、投射光の光量を減少させない。
また、投射光の光量が多く、投射光の光量を減少させる必要がある領域に人や物が進入した場合、明るさセンサ12にて検知される反射光の光量が多くなる。この場合、上述した“設定2”において投射型表示装置は、投射光の光量を減少させる。
従って、物体及び物体が存在する領域に応じ、投射光の光量を迅速かつ適切に調整することを、低コストで実現することができる。
(第2の実施形態)
本実施形態の構成は、上述した第1の実施形態と比較して、明るさセンサ出力処理部から出力されるディジタル信号が示す値が3段階(高レベル、中レベル、低レベル)となる点、及び、光源へ供給される電力を制御することによって投射光の光量が調整される点が異なる。なお、以降、ディジタル信号が示す中レベルの値のことをMDと表記する。
図9は、本発明の投射型表示装置の第2の実施形態の構成を示すブロック図である。
本実施形態の投射型表示装置は図9に示すように、メイン基板120と、液晶ライトバルブ31及び光源32を有する光学エンジン30と、バラスト40と、電源51とを備えている。
メイン基板120は、第1の信号生成部である明るさセンサ出力処理部121と、第2の信号生成部である人感センサ出力処理部122と、光量決定部123と、映像信号制御部124とを備えている。
明るさセンサ出力処理部121は、明るさセンサ12と接続され、オペアンプを用いた電流−電圧変換回路とコンパレータとを備えている。明るさセンサ出力処理部121は、明るさセンサ12から出力された電流の入力を受け付ける。そして、受け付けた電流を電圧へ変換し、変換された電圧を所定の電圧値で閾値処理することによってHI(5V)、MD(2.5V)またはLO(0V)の3つの値を持つ第1の信号であるディジタル信号を生成する。そして、生成されたディジタル信号を光量決定部123へ出力する。
人感センサ出力処理部122の構成は、第1の実施形態において説明した人感センサ出力処理部22と同じであるため、ここでは、説明を省略する。
光量決定部123は、第1の実施形態において説明した光量決定部23と同様の構成であり、受け付けたディジタル信号に基づくソフトウェア処理だけが異なる。光量決定部123は、明るさセンサ出力処理部121及び人感センサ出力処理部122から出力されたディジタル信号が示す値の組み合わせに応じて投射光の光量を決定する。そして、決定された投射光の光量を示すディジタル信号を光源32のランプへの電力供給部であるバラスト40へ出力する。
バラスト40は、光量決定部23から出力される0〜7までのディジタル信号によって光源32のランプの出力を8段階で制御する。これにより、投射光の光量が調整される。なお、本実施形態において光源32のランプの出力値は300Wとする。
図10は、図9に示した明るさセンサ12及び人感センサ13の検知範囲を説明するための図である。なお、図10は、第1の実施形態において説明した図7に相当する図である。
図10において、実線で示した投射光101は、投射型表示装置から投射された投射光を示す。また、破線で示した反射光検知範囲102は、人または物によって投射光が反射された反射光を明るさセンサ12が検知する範囲を示す。また、一点鎖線で示した赤外線検知範囲103は、人感センサ13が赤外線を検知する範囲を示す。
なお、明るさセンサ12は、二点鎖線で示した明るさ検知境界線104−1よりも内側、すなわち明るさセンサ12側の範囲の光を検知することができる。明るさ検知境界線104−1から明るさ検知境界線104−2までの範囲で投射光が反射されると、明るさセンサ出力処理部121から出力されるディジタル信号が示す値はMDとなる。また、明るさ検知境界線104−2よりも内側の範囲で投射光が反射されると、明るさセンサ出力処理部121から出力されるディジタル信号が示す値はHIとなる。
また、図10においてアルファベットで示した複数の領域のそれぞれは、図7と同様に進入検知領域を示している。
図11は、図10に示した進入検知領域のそれぞれに人または物が進入した場合に、明るさセンサ出力処理部121及び人感センサ出力処理部122から出力されるディジタル信号が示す値と、光量決定部123にて決定される投射光の光量との関係の一例を示す図である。
光量決定部123にて決定される投射光の光量としては図11に示すように、「通常」、「低」、または第2の光量である「最低」の3種類がある。「通常」は光源32のランプの出力値300Wの状態のことであり、「最低」はランプが最も輝度を低下させて発光できる出力値240W(光量80%)の状態のことである。また、「低」は、「通常」状態のランプの出力値300Wから輝度を4段階低減した出力値266Wの状態のことである。なお、これらのランプの出力値は一例であり、これらの出力値に限定されない。
例えば”設定1”においては、進入検知領域Dに人または物が進入した場合、明るさセンサ出力処理部121から出力されるディジタル信号が示す値はHIとなり、人感センサ出力処理部122から出力されるディジタル信号が示す値はLOとなる。この場合、投射光の光量は「最低」と決定される。また、進入検知領域Fに物が進入した場合、明るさセンサ出力処理部21から出力されるディジタル信号が示す値はLOとなり、人感センサ出力処理部22から出力されるディジタル信号が示す値もLOとなる。この場合、投射光の光量は「通常」と決定される。また、進入検知領域Eに物が進入した場合、明るさセンサ出力処理部21から出力されるディジタル信号が示す値はMDとなり、人感センサ出力処理部22から出力されるディジタル信号が示す値はLOとなる。この場合、投射光の光量は「最低」と決定される。また、進入検知領域Gに人または物が進入した場合、明るさセンサ出力処理部21から出力されるディジタル信号が示す値はMDとなり、人感センサ出力処理部22から出力されるディジタル信号が示す値はLOとなる。この場合、投射光の光量は「最低」と決定される。
一方、”設定2”においては、進入検知領域Eに物が進入した場合、明るさセンサ出力処理部21から出力されるディジタル信号が示す値はMDとなり、人感センサ出力処理部22から出力されるディジタル信号が示す値はLOとなる。この場合、投射光の光量は「低」と決定される。また、進入検知領域Gに人または物が進入した場合、明るさセンサ出力処理部21から出力されるディジタル信号が示す値はMDとなり、人感センサ出力処理部22から出力されるディジタル信号が示す値はLOとなる。この場合、投射光の光量は「低」と決定される。
図12は、図9に示した明るさセンサ出力処理部121及び人感センサ出力処理部122から出力されるディジタル信号が示す値と、光量決定部123にて決定される投射光の光量との関係の一例を示す図である。図12は、図11に示した関係を明るさセンサ出力処理部121及び人感センサ出力処理部122から出力されるディジタル信号が示す値と、光量決定部123にて決定される投射光の光量とだけに着目して抜粋したものである。
明るさセンサ出力処理部121から出力されるディジタル信号が示す値はHI、MDまたはLOの3つであり、人感センサ出力処理部122から出力されるディジタル信号が示す値は、HIまたはLOの2つである。従って、ディジタル信号が示す値の組み合わせは、図12に示すように、全部で6通りとなる。
このように本実施形態においては、設定1における投射光の光量は、上述した第1の実施形態における光量と同様となる。但し、設定2における投射光の光量は、「低」の状態(源信号の1/3に低減)となる場合を第1の実施形態よりも増やすことができる。そのため、より詳細に投射光の光量を調整することができる。
(第3の実施形態)
本実施形態の構成は、上述した第1の実施形態と比較して、投射レンズ14を挟んで2つの人感センサを有する点、及び、光学エンジンに遮光板回転式の調光(絞り)装置が備えられ、その調光装置を制御することによって投射光の光量が調整される点が異なる。
図13は、本発明の投射型表示装置の第3の実施形態の構成を示すブロック図である。
本実施形態の投射型表示装置は図13に示すように、メイン基板220と、液晶ライトバルブ31、光源32及び調光装置33を有する光学エンジン130と、バラスト40と、電源51とを備えている。
メイン基板220は、第1の信号生成部である明るさセンサ出力処理部221と、第2の信号生成部である人感センサ出力処理部222−1,222−2と、光量決定部223と、映像信号制御部224と、調光装置制御部225とを備えている。なお、人感センサ出力処理部222−1は人感センサ13−1と接続され、人感センサ出力処理部222−2は人感センサ13−2と接続されている。
明るさセンサ出力処理部221の構成は、第1の実施形態において説明した明るさセンサ出力処理部21と同様であり、人感センサ出力処理部222−1,222−2の構成は、第1の実施形態において説明した人感センサ出力処理部22と同様であるため、ここでは、説明を省略する。
光量決定部223は、第1の実施形態において説明した光量決定部23同様の構成であり、受け付けたディジタル信号に基づくソフトウェア処理だけが異なる。光量決定部223は、明るさセンサ出力処理部221及び人感センサ出力処理部222−1,222−2から出力されたディジタル信号が示す値の組み合わせに応じて投射光の光量を決定する。そして、決定された投射光の光量を示すディジタル信号を調光装置制御部225へ出力する。
調光装置制御部225は、光量決定部223から出力されたディジタル信号に基づき、調光装置33を制御する。これにより、投射光の光量が調整される。なお、光量決定部223から出力されるディジタル信号は0〜255までの256個の値を示し、調光装置33は256段階で制御される。
ここで、調光装置33の構成について説明する。
図14は、図13に示した投射型表示装置から調光装置33を取り出したところを示す斜視図である、
図14に示すように調光装置33は、光学エンジン130の一部を構成するインテグレータユニット34に配置され、ランプユニット60に配置されたランプから出射した光の光路を回転式の遮光板で遮光することによって調光する。
図15は、図14に示した調光装置33の拡大斜視図である。
図15に示す調光装置33は、回転制御されたステッピングモータ(不図示)を複数のギアが減速し、二つの遮光板の上部に組み込まれた機構駆動系によってZ方向を回転の軸として開閉動作する。この遮光板が完全に閉塞しても中央部には若干の開口があり、10%の光は遮光されずに出射される。
図16は、図13に示した明るさセンサ12及び人感センサ13−1,13−2の検知範囲を説明するための図である。なお、図16は、第1の実施形態において説明した図7に相当する図である。
図16において、実線で示した投射光101は、投射型表示装置から投射された投射光を示す。また、破線で示した反射光検知範囲102は、人または物によって投射光が反射された反射光を明るさセンサ12が検知する範囲を示す。また、一点鎖線で示した赤外線検知範囲103−1,103−2は人感センサ13−1,13−2が赤外線を検知する範囲を示す。
なお、明るさセンサ12は、二点鎖線で示した明るさ検知境界線104よりも内側、すなわち明るさセンサ12側の範囲の光を検知することができる。明るさ検知境界線104よりも内側の範囲で投射光が反射されると、明るさセンサ出力処理部221から出力されるディジタル信号が示す値はHIとなる。
また、図16においてアルファベットで示した複数の領域のそれぞれは、図7と同様に進入検知領域を示している。
図17は、図16に示した進入検知領域のそれぞれに人または物が進入した場合に、明るさセンサ出力処理部221及び人感センサ出力処理部222−1,222−2から出力されるディジタル信号が示す値と、光量決定部223にて決定される投射光の光量との関係の一例を示す図である。
光量決定部223にて決定される投射光の光量としては図17に示すように、「通常」、「低」、または「最低」の3種類がある。「通常」は調光装置33を稼動させない状態のことであり、「最低」は調光装置33を稼動させて遮光板で光路を閉塞した状態(光量10%)のことであり、「低」は調光装置33を稼動させて遮光板で光路を70%閉塞した状態(光量50%)のことである。
例えば”設定1”においては、図16に示した進入検知領域Hに人または物が進入した場合、明るさセンサ出力処理部221から出力されるディジタル信号が示す値はHIとなり、人感センサ出力処理部222−1から出力されるディジタル信号が示す値はLOとなり、人感センサ出力処理部222−2から出力されるディジタル信号が示す値もLOとなる。この場合、投射光の光量は「最低」と決定される。また、進入検知領域Jに人が進入した場合、明るさセンサ出力処理部221から出力されるディジタル信号が示す値はLOとなり、人感センサ出力処理部222−1から出力されるディジタル信号が示す値はHIとなり、人感センサ出力処理部222−2から出力されるディジタル信号が示す値もHIとなる。この場合、投射光の光量は「最低」と決定される。また、進入検知領域Nに人が進入した場合、明るさセンサ出力処理部221から出力されるディジタル信号が示す値はLOとなり、人感センサ出力処理部222−1から出力されるディジタル信号が示す値もLOとなり、人感センサ出力処理部222−2から出力されるディジタル信号が示す値はHIとなる。この場合、投射光の光量は「最低」と決定される。
一方、”設定2”においては、進入検知領域Jに人が進入した場合、明るさセンサ出力処理部221から出力されるディジタル信号が示す値はLOとなり、人感センサ出力処理部222−1から出力されるディジタル信号が示す値はHIとなり、人感センサ出力処理部222−2から出力されるディジタル信号が示す値もHIとなる。この場合、投射光の光量は「低」と決定される。また、進入検知領域Nに人が進入した場合、明るさセンサ出力処理部221から出力されるディジタル信号が示す値はLOとなり、人感センサ出力処理部222−1から出力されるディジタル信号が示す値もLOとなり、人感センサ出力処理部222−2から出力されるディジタル信号が示す値はHIとなる。この場合、投射光の光量は「低」と決定される。
図18は、図13に示した明るさセンサ出力処理部221及び人感センサ出力処理部222−1,222−2から出力されるディジタル信号が示す値と、光量決定部223にて決定される投射光の光量との関係の一例を示す図である。図18は、図17に示した関係を明るさセンサ出力処理部221及び人感センサ出力処理部222−1,222−2から出力されるディジタル信号が示す値と、光量決定部223にて決定される投射光の光量とだけに着目して抜粋したものである。
明るさセンサ出力処理部221及び人感センサ出力処理部222−1,222−2のそれぞれから出力されるディジタル信号が示す値はHIまたはLOの2つである。従って、ディジタル信号が示す値の組み合わせは、図18に示すように全部で8通りとなる。
このように本実施形態においては、人感センサを2つ設けることにより、上述した第2の実施形態のように明るさセンサ出力処理部から出力されるディジタル信号が示す値を3つ(HI、MD、LO)としなくても、より詳細に投射光の光量を調整することができる。
(第4の実施形態)
本実施形態は、第1〜第3の実施形態において説明した投射光の光量を調整する手段の全てを備えたものである。
図19は、本発明の投射型表示装置の第4の実施形態の構成を示すブロック図である。
本実施形態の投射型表示装置は図19に示すように、メイン基板320と、液晶ライトバルブ31、光源32及び調光装置33を有する光学エンジン130と、バラスト40と、電源51とを備えている。
メイン基板320は、第1の信号生成部である明るさセンサ出力処理部321と、第2の信号生成部である人感センサ出力処理部322と、光量決定部323と、映像信号制御部324と、調光装置制御部325とを備えている。
映像信号制御部324は、液晶ライトバルブ31を駆動させることによって映像信号の階調を制御する。
光量決定部323は、バラスト40を制御することによって光源32のランプの出力値を制御する。
調光装置制御部325は、調光装置33を稼働させることによって遮光量を制御する。
上記の光量を調整する3つの手段は、動作速度及び投射光の光量を調整できる範囲においてそれぞれ特徴がある。以下に投射光の光量を最も減少させる場合、つまり、光量決定部323が投射光の光量を「最低」と決定した場合を一例として投射光の光量を調整する動作について説明する。
液晶ライトバルブ31を制御することによる映像信号の階調の調整は、上述した3つの手段のうち最も高速に動作して投射映像を黒画面とする。しかし、完全な黒ではなく光が若干透過するため光量は0.2%となる。バラスト40による光源32のランプの出力値の制御は、比較的高速に行うことができるが、光量の下限は80%である。一方、調光装置33による遮光量の制御は、遮光板を機械的に回転させるため動作が遅く、光量の下限は10%である。
すなわち、最も迅速に可能な限り投射光の光量を減少させるためには、まず、映像信号制御部324が液晶ライトバルブ31を駆動させることによって階調を調整(光量0.2%)する。次に、光量決定部323がバラスト40を制御することよって光源32のランプの出力値を低下させて光量を80%低減する。これにより、映像信号の階調の調整との相乗効果で光量が0.16%となる。そして、調光装置制御部325が調光装置33を稼働させて光量を10%低減する。これにより、階調の調整及び光源32のランプの出力値の調整との相乗効果で光量が0.016%となる。このように調光装置33の稼働よりも光源32のランプの出力値の制御を優先して行うことにより、調光装置33の温度の上昇も回避できる。
このように本実施形態においては、投射光の光量を調整する手段を複数備え、それらの手段を優先順位をつけて動作させる。そのため、より迅速に投射光の光量を調整することができる。
(第5の実施形態)
図20は、本発明の投射型表示装置の第5の実施形態の構成を示すブロック図である。
本実施形態の構成は、第1の実施形態の構成から人感センサ13を削除しただけであるため、ここでは、構成の説明は省略する。
本実施形態の投射型表示装置の光源32のランプ出力値は200Wと低いため、投射レンズ14の近傍だけ投射光の光量が多い。従って、投射レンズ14から離れた領域にいる人の存在によって投射光の光量を減少させる必要がない。以下に本実施形態の投射型表示装置の動作について説明する。
図21は、図20に示した明るさセンサ12の検知範囲を説明するための図である。なお、図21は、第1の実施形態において説明した図7に相当する図である。
図21において、実線で示した投射光101は、投射型表示装置から投射された投射光を示す。また、明るさセンサ12は、二点鎖線で示した明るさ検知境界線104よりも内側、すなわち明るさセンサ12側の光を検知することができる。
また、図21においてアルファベットのPで示した領域は、進入検知領域を示している。
図21において、人または物が進入検知領域Pに進入すると、明るさセンサ12から出力されるディジタル信号が示す値がHIとなる。これにより、光量決定部23は、投射光の光量を「最低」と決定する。従って、映像信号制御部24は、投射光の光量が「最低」、例えば遮光状態となるように液晶ライトバルブ31を駆動させる。
本実施形態において投射光の光量を調整する手段は、液晶ライトバルブ31を駆動させることによる映像信号の階調の制御であるが、第2の実施形態のようにバラストで光源32のランプの出力値を制御してもよい。また、第3の実施形態のように調光装置制御部による調光装置の制御で投射光の光量を調整してもよい。また、第4の実施形態のように、これら投射光の光量を調整する手段を全て用いても良い。
なお、上述した第1〜5の実施形態では、明るさセンサ出力処理部及び人感センサ出力処理部にコンパレータを用い、HI(5V)、LO(0V)またはMD(2.5V)のディジタル信号を光量決定部へ出力した。このようにするのではなく、アナログ信号で光量決定部へ出力し、光量決定部においてA/D(Analog/Digital)変換した後にディジタル信号処理しても同等の動作を実現することができる。
また、上述した第1〜5の実施形態では、記憶回路を備えたディジタル信号処理回路で光量決定部を構成し、明るさセンサ出力処理部及び人感センサ出力処理部から出力されたディジタル信号に基づき、ソフトウェア処理によって投射光の光量を決定した。このようにソフトウェア処理を行うのではなく、IC(Integrated Circuit)を用いた論理回路で構成しても投射光の光量を決定することができる。この場合、極めて迅速に投射光の光量を調整できるという効果がある。
また、上述した第1〜5の実施形態の投射型表示装置は3板式の液晶型として説明したが、単板式の液晶型や、DMD(Digital Mirror Device)に代表される反射型デバイスを用いた光学エンジンでも3板式、単板式にかかわらず実施することができる。また、光源32は、超高圧水銀ランプと呼ばれる放電型の光源としたが、レーザー光源などレーザー発光型の光源であってもよい。すなわち、本発明は、画像生成デバイスの形式や光源の形式とは関係なく、投射光を用いて被投射体に映像を拡大して表示する装置であれば適用することが可能である。

Claims (3)

  1. 被投射体に投射光による映像を表示する投射型表示装置であって、
    前記投射光の反射光を検知する第1のセンサと、
    前記投射光の光路方向の所定の範囲内の赤外線を検知する第2のセンサと、
    前記第1のセンサにて検知された反射光の光量と、前記第2のセンサにて検知された赤外線の変化量とに基づいて前記投射光の光量を決定する光量決定部と、
    前記第1のセンサにて検知された反射光の光量に応じた値を示す第1の信号を生成し、該生成された第1の信号を出力する第1の信号生成部と、
    前記第2のセンサにて検知された赤外線の変化量に応じた値を示す第2の信号を生成し、該生成された第2の信号を出力する第2の信号生成部と、を有し、
    前記第1の信号は、前記第1のセンサにて検知された反射光の光量が所定量よりも多い場合に第1の値を示し、前記所定量以下の場合に第2の値を示し、
    前記光量決定部は、前記第1の信号生成部から出力された第1の信号が前記第2の値を示す場合、前記投射光の光量を予め決められた第1の光量とし、当該第1の信号が前記第1の値を示す場合、前記第2の信号生成部から出力された第2の信号が示す値に応じて前記第1の光量を減少させた光量を前記投射光の光量とする投射型表示装置。
  2. 請求項1に記載の投射型表示装置において、
    前記第1のセンサと前記第2のセンサとは、前記投射光の光軸を境界として、相互に反対側に配置された投射型表示装置。
  3. 被投射体に投射光による映像を表示する投射型表示装置における光量調整方法であって、
    前記投射光の反射光を検知する処理と、
    前記投射光の光路方向の所定の範囲内の赤外線を検知する処理と、
    前記検知された反射光の光量と、前記検知された赤外線の変化量とに基づいて前記投射光の光量を決定する光量決定処理と、
    前記検知された反射光の光量に応じた値を示す第1の信号を生成する処理と、
    前記検知された赤外線の変化量に応じた値を示す第2の信号を生成する処理と、を有し、
    前記第1の信号は、前記検知された反射光の光量が所定量よりも多い場合に第1の値を示し、前記所定量以下の場合に第2の値を示し、
    前記光量決定処理は、前記生成された第1の信号が前記第2の値を示す場合、前記投射光の光量を予め決められた第1の光量とし、当該第1の信号が前記第1の値を示す場合、前記生成された第2の信号が示す値に応じて前記第1の光量を減少させた光量を前記投射光の光量とする処理である光量調整方法。
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