JP6398185B2 - プロジェクター、及び、プロジェクターの制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、プロジェクターの反射光の影響による表示品質の低下を防止することを目的とする。
本発明によれば、反射光の影響を補償するように投射画像を補正できる。このため、反射光の影響で投射画像の輝度が変動したりカラーバランスが乱れたりすることがなく、表示品質の低下を防止できる。
本発明によれば、反射光の影響による輝度の増加を抑制でき、表示品質の低下を防止できる。
本発明によれば、投射画像の輝度が大きい場合に反射光の影響を補償する制御を行うので、表示品質の低下を防止できる。
本発明によれば、投射画像の輝度が小さい場合に反射光の影響を補償する制御を行わない。すなわち、補正の影響が過剰に現れやすい投射画像に対しては補正を行わないので、過補正を防止できる。
本発明によれば、反射光量を推定することにより、反射光の影響を適切に補償できる。
本発明によれば、反射光量を速やかに推定することができる。また、カラー画像におけるカラーバランス或いはホワイトバランスの乱れを防止できる。
本発明によれば、カラー画像について、R、G、Bの3つの色について補正を行うことにより、カラーバランス或いはホワイトバランスの乱れを防止できる。
本発明によれば、光源の光を変調する画像について、補正量に従って輝度を補正するので、反射光の影響を適切に補正できる。
本発明によれば、蛍光体における反射光の影響を補償して、反射光による表示品質の低下を防止できる。
本発明によれば、蛍光体における反射光の影響が、光源間の輝度のバランスに影響を与える場合に、この影響を補償して表示品質の向上を図ることができる。
本発明によれば、反射型液晶表示パネルから光源側に反射する反射光の影響を補償して、反射光による表示品質の低下を防止できる。
本発明によれば、反射光の影響を補償するように変調部を制御して、投射画像を補正できる。このため、反射光の影響で投射画像の輝度が変動したりカラーバランスが乱れたりすることがなく、表示品質の低下を防止できる。
図1は、実施形態に係るプロジェクター1の機能的構成を示すブロック図である。スクリーンSC(投射面)に画像を投射する表示装置としてのプロジェクター1は、PC等のコンピューターや各種画像プレーヤー等の外部の画像供給装置(図示略)に、画像入力I/F(インターフェイス)101を介して接続され、画像入力I/F101に入力されるデジタル画像データに基づく画像をスクリーンSCに投射する。
投射光学系6は、光変調装置4により変調された光を集光及び合成するレンズ群を備え、カラーの画像光をスクリーンSCに投射する。投射光学系6は、フォーカス調整機構やズーム機構を備え、ユーザーの操作によってフォーカス調整やズーム調整が行われる。なお、プロジェクター1は、フォーカス調整機構やズーム機構を駆動するモーター等からなる投射光学系駆動部を備えていてもよい。
プロジェクター1は、図2に示すように、青色光用照明装置51と、黄色光用照明装置52と、ダイクロイックミラー25と、導光光学系とを備える。これらは図1に示した光源部3を構成する。この光源部3全体が本発明の光源部に相当すると解することもできる。また、青色光用照明装置51及び黄色光用照明装置52が光源部に相当するということもできる。或いは、青色レーザーダイオードアレイ53が備える青色レーザーダイオード59、及び、励起用レーザーダイオードアレイ60が備える励起用レーザーダイオード62が、本発明の光源部に相当すると解することもできる。
導光光学系は、R、G、Bの3色に対応する導光光学系3R、導光光学系3G、及び導光光学系3Bにより構成される。反射型液晶パネル4R、4G、4Bは、導光光学系3R、3G、3Bに対応する位置に設けられる。青色光用照明装置51は、一例として主にP偏光の青色光LBを射出する。黄色光用照明装置52は、一例として主にP偏光の黄色光LYを射出する。
また、プロジェクター1は、クロスダイクロイックプリズム5を備え、クロスダイクロイックプリズム5から光が出射される側に投射光学系6が配置される。クロスダイクロイックプリズム5を投射光学系6の一部とみなすこともできる。
さらに、導光光学系3R、3G、3Bに対応する位置には、光センサー36R、36G、36Bが設けられる。
また、青色光用照明装置51は、平行化レンズ54と、集光レンズ55と、拡散板56と、ピックアップレンズ57と、平行化レンズ58と、第1レンズアレイ9と、第2レンズアレイ10と、偏光変換素子11と、重畳レンズ12とを備える。
第1レンズアレイ9は平行化レンズ58から射出される照明光束を複数の部分光束に分割する。これらの部分光束は第2レンズアレイ10を通して偏光変換素子11に入射する。偏光変換素子11は、第1レンズアレイ9により分割された各部分光束の偏光方向を、偏光方向の揃った略1種類の直線偏光として射出する。例えば、偏光変換素子11は、青色レーザーダイオード59からの照明光の一方の偏光(例えばP偏光)を透過し、他方の偏光(例えばS偏光)を照明光軸51axに垂直な方向に向けて反射する。この場合、偏光変換素子11を透過した光は、概ねP偏光となるが、全てがP偏光となるわけではなく、S偏光も混在する。重畳レンズ12は、偏光変換素子11を透過した複数の部分光束を集光して反射型液晶パネル4Bの画像形成領域近傍に重畳させる。なお、重畳レンズ12は、複数のレンズを組み合わせた複合レンズで構成されていてもよい。
平行化レンズ54は、個々の励起用レーザーダイオード62に対応して設けられる。
黄色光用照明装置52の第1レンズアレイ9、第2レンズアレイ10、偏光変換素子11及び重畳レンズ12はそれぞれ、青色光用照明装置51内の第1レンズアレイ9、第2レンズアレイ10、偏光変換素子11及び重畳レンズ12と同じ構成である。但し、黄色光用照明装置52では、青色光用照明装置51の照明光軸51axが照明光軸52axに変更されている点が異なる。
なお、他の偏光ビームスプリッター26、27も、上述の偏光ビームスプリッター28と同様に構成されている。
集光レンズ32Gは、ダイクロイックミラー25が反射した緑色光LGの各部分光束を各主光線に対して略平行な光束に変換する。第1の絞り37は、集光レンズ32Gが変換した略平行な光束を絞る。これにより、ダイクロイックミラー25が反射した緑色光LGは、集光レンズ32Gおよび第1の絞り37を介して偏光ビームスプリッター27に入射する。偏光ビームスプリッター27は、一例としてP偏光を透過し、S偏光を反射する。黄色光用照明装置52からの照明光束は偏光変換素子11によって概ね偏光方向の揃った略1種類の直線偏光(例えば、P偏光)に揃えられている。このため、集光レンズ32Gを通過した光は、偏光ビームスプリッター27を通過して緑色光用の反射型液晶パネル4Gに入射する。偏光ビームスプリッター27が反射したS偏光の緑色光の光束は、第2の絞り38により絞られ、光センサー36Gに導かれる。
クロスダイクロイックプリズム5から射出された光によって形成されるカラー画像は、投射光学系6によって拡大投射され、スクリーンSC上で画像を形成する。
なお、画像入力I/F101は、アナログ画像信号を入力可能な構成であってもよい。この場合、画像入力I/F101は、アナログ画像信号A/D(アナログ/デジタル)変換機能を備えてもよい。
画像処理部131が実行する処理は、3D画像と2D画像の判別処理、解像度変換処理、フレームレート変換処理、3D画像変換処理、歪み補正処理、ズーム処理、色調補正処理、輝度補正処理等であり、複数の処理を組み合わせて実行することも勿論可能である。また、画像処理部131は、3D画像と2D画像の判別結果や、画像入力I/F101から入力された画像データ等を制御部110に出力する。この処理で、画像処理部131は、画像入力I/F101から入力された画像データに付加されているデータを解析して判別してもよい。また、画像処理部131は、画像データのフレームを解析して、サイドバイサイド、トップアンドボトム、ラインバイライン、フレームパッキング等の形式の3D画像データであるか否かを判別してもよい。
解像度変換処理は、画像処理部131が、入力画像データの解像度を、制御部110により指定された解像度、例えば反射型液晶パネル4R、4G、4Bの表示解像度に合わせて変換する処理である。フレームレート変換処理は、画像処理部131が入力画像データのフレームレートを、制御部110により指定されたフレームレートに変換する処理である。例えば、反射型液晶パネル4R、4G、4Bによりオーバードライブ表示を行う場合に、入力画像データから中間フレームを生成する処理等が含まれる。この処理は、垂直同期信号を変換または生成する処理を含んでもよい。
画像処理部131が実行する上記の処理の内容、パラメーター、及び処理の開始/終了のタイミングは制御部110により制御される。
また、光変調装置駆動部133は、補正部135を備えている。補正部135は、画像信号の階調範囲を伸長する処理や、画像信号の階調範囲を圧縮する処理を行うことで、反射型液晶パネル4R、4G、4Bに描画される画像の輝度を補正する。補正部135は反射型液晶パネル4Rの輝度を補正するゲイン制御部135R、及び、反射型液晶パネル4Gの輝度を補正するゲイン制御部135Gを備える。ゲイン制御部135R、35Gは、画像処理部131から入力されるR画像信号及びG画像信号の階調範囲を、補正量に従って伸長又は圧縮する処理を行う。
補正部135が実行する処理は、投射部2の投射画像のカラーバランスまたはホワイトバランスと呼ばれる調整を行うことを目的とする。プロジェクター1において、3つの反射型液晶パネル4R、4G、4Bにより変調されたR、G、Bの色光の光量のばらつきが発生すると、スクリーンSC上の投射画像の色調が本来の色調からずれてしまい、色再現性が低下する。補正部135は、反射型液晶パネル4R、4Gに描画される画像の輝度を変更することで、R、G、Bの色光の光量のばらつきを補正する。本実施形態では3つの反射型液晶パネル4R、4G、4Bを使用するので、少なくとも2つの反射型液晶パネルの輝度を補正すればよい。
記憶部102は、制御部110が備えるCPU(図示略)が実行するプログラムや、制御部110により処理されるデータ等を不揮発的に記憶する。例えば、記憶部102は、画像処理部131が実行する各種処理の設定値、制御部110や画像処理部131が参照するテーブル等を記憶する。また、記憶部102に画像データを記憶し、この画像データを制御部110が読み出してスクリーンSCに投射させてもよい。
入力処理部103は、プロジェクター1を操作するリモコン(図示略)が送信する無線信号を受信してデコードし、リモコンにおける操作を検出する。また、入力処理部103は、プロジェクター1の本体に設けられた操作パネル(図示略)におけるボタン操作を検出する。入力処理部103は、リモコンや操作パネルにおける操作を示す操作データを生成して、制御部110に出力する。また、入力処理部103は、制御部110の制御に従い、プロジェクター1の動作状態や設定状態に応じて操作パネル(図示略)のインジケーターランプの点灯状態を制御する。
投射制御部111は、入力処理部103から入力される操作データに基づき、画像を投射する動作を制御する。
投射制御部111は、投射の開始及び終了に伴い、光源駆動部130を制御して、光源部3を点灯/消灯させる。また、投射制御部111は、画像処理部131から光変調装置駆動部133に出力される画像データを取得して、この画像データの投射に適した光量で光源部3が発光するように、光源駆動部130を制御する。
また、投射制御部111は、画像処理部131から入力される画像データや、入力処理部103から入力される操作データに基づき、画像処理部131に対して上記の各種処理の実行を指示するとともに、処理に必要なパラメーターを生成して出力する。また、投射制御部111は、画像入力I/F101を制御して入力系統の切り替えを指示する。
また、制御部110には、光センサー36R、36G、36Bが接続されている。制御部110は、光センサー36R、36G、36Bから入力される光強度信号に基づき、光源駆動部130を制御して、青色レーザーダイオードアレイ53及び励起用レーザーダイオードアレイ60の輝度を調整させる。
すなわち、図2に示したように、反射型液晶パネル4Bが反射した青色光のうちP偏光の青色光は、偏光ビームスプリッター28を透過して青色レーザーダイオードアレイ53側に射出する。また、反射型液晶パネル4Rが反射したP偏光の赤色光は、偏光ビームスプリッター26を透過してダイクロイックミラー25に向かう。反射型液晶パネル4Gで反射したP偏光の緑色光は、偏光ビームスプリッター27を透過してダイクロイックミラー25に向かう。これらの反射光は画像の表示に寄与しない光であり、表示すべき画像が暗くなるほど、この反射光の光量は大きくなる。そのため反射型液晶パネル4R、4G、4Bに表示される画像における暗い画素の割合が高いと、反射光の光量が大きくなる。
このように、青色光用照明装置51及び黄色光用照明装置52が発する光は、いったん反射型液晶パネル4R、4G、4Bで反射された反射光の影響を含み、反射光の影響によって反射型液晶パネル4R、4GからスクリーンSCに向かう光量が増加する。この影響で、反射型液晶パネル4R、4G、4Bの反射光の光量のアンバランスが生じ、カラーバランスの乱れを招く可能性がある。
このため、制御部110は、補正部135が輝度を補正するために用いる補正量を、特徴量取得部112及び補正量計算部113により計算する。すなわち、特徴量取得部112は、画像処理部131から光変調装置駆動部133に出力される画像データの特徴量を求める。補正量計算部113は、特徴量取得部112が求めた特徴量をもとに反射光の影響を補正する補正量を算出して、補正部135に出力する。これにより、補正部135は、反射光の影響を補償するように画像を補正できる。
この機能について、図3及び図4を参照して説明する。
図3に示すように、画像処理部131には画像入力I/F101から画像データS1が入力され、画像処理部131は、画像データS1を特徴量取得部112に出力する。また、画像処理部131は、画像データS1を処理してR画像信号S4、G画像信号S5、及び、B画像信号S6を出力する。
このように、反射型液晶パネル4R、4G、4Bのうち反射型液晶パネル4R、4Gに入力する画像信号を補正することにより、反射型液晶パネル4R、4G、4Bが表示する画像の輝度のバランスを調整できる。
特徴量取得部112は、画像データの1フレームの画像データを処理対象のフレームとして取得する(ステップST11)。特徴量取得部112は、取得したフレームの画像データをR、G、Bの各色の成分に分解して、各色の画像特徴量を取得する(ステップST12)。ステップST12で特徴量取得部112が取得する特徴量は、例えば、R、G、Bのそれぞれの色に対する以下の値を含む。
1.輝度のピーク(Peak)値。
2.APL(Average Picture Level:平均画像レベル)。
3.輝度ヒストグラム。
特徴量取得部112が取得する特徴量は、上記の1〜3以外の値を含んでもよい。また、輝度のピーク値及びAPLのみを含んでもよく、輝度ヒストグラムのみを含んでもよい。
特徴量取得部112が上記の特徴量を取得する方法は、公知の方法を用いることができる。
まず、色Rを処理対象として処理をする場合を説明する。
補正量計算部113は、特徴量に含まれる色Rのピーク値が、予め設定された閾値以下であるか否かを判定する(ステップST13)。閾値は、例えば記憶部102に記憶されている。色Rのピーク値が閾値以下の場合(ステップST13;Yes)、補正量計算部113は、色Rの補正量Dを1に設定する(ステップST14)。補正量Dはゲイン制御部135R、35cにおけるゲインの係数であり、色Rの補正量はゲイン制御部135Rに入力される。補正量D=1とすると、ゲイン制御部135Rでゲインを調整しないことを意味する。補正量計算部113は、ゲイン制御部135Rの補正量Dを1に設定した後、後述するステップST19に移行する。
また、Ref及びγの値は色Rと色Gの各々について用意されていてもよい。この場合、色Rに対応するRef及びγの値は、色Rの光の光路を構成する光学系について求められた値としてもよく、色Gに対応するRef及びγの値は、色Gの光の光路を構成する光学系について求められた値としてもよい。Ref及びγの値は、例えば記憶部102に、予め記憶されている。
R、G、Bのいずれについても、反射型液晶パネル4R、4G、4Bが表示する画像において暗い画素(例えば、黒の画素)が多いと、反射型液晶パネル4R、4G、4Bの反射光のうち青色光用照明装置51または黄色光用照明装置52側に反射する光量が増す。すなわち、色Rについては反射型液晶パネル4Rの暗い画素が多いほど反射光の光量が多くなる。上記式(1)は、APLが小さくなるほど反射光量が大きくなり、投射画像の面内の明るさが大きくなることを示している。
上記式(2)は、ピーク値が小さいほど、反射光量が増えることにより、投射画像の全体の明るさが大きくなることを示している。
C=B−A …(3)
上記式(4)において明るさB及び明るさの増加分Cを、上記式(1)〜(3)を用いて展開すると、下記式(5)となる。
D=1の場合、画像の補正は行われず、D>1の場合は画像の輝度が増大する補正が行われる。本実施形態では反射光の影響をキャンセルするように画像の輝度を低下させるので、上記式(4)、(5)で求められる補正量Dは、D≦1である。
ステップST19で、補正量計算部113は、補正量Dを補正部135に出力して補正を実行させる。補正前の画像の画素値を(R,G,B)とし、補正後の画像値を(R´,G´,B´)とし、色Rの補正量DをDR、色Gの補正量DをDGとすると、下記式(6)の関係となる。
R´=DRR
G´=DGG …(6)
B´=B
以上の処理によって、補正された画像(R´,G´,B´)が反射型液晶パネル4R、4G、4Bによって表示される。
また、光源部3は、固体光源である励起用レーザーダイオード62と、励起用レーザーダイオード62が発する励起光により変換光を生成する蛍光体基板61とを備え、蛍光体基板61の変換光が光変調装置4に入射する構成を有する。このため、反射率の高い蛍光体基板61における反射光の影響を補償して、反射光による表示品質の低下を防止できる。光源部3は、青色レーザーダイオード59と励起用レーザーダイオード62とを備え、励起用レーザーダイオード62に対応して、蛍光体基板61を備える。このため、蛍光体基板61の反射光の影響で、青色レーザーダイオード59と励起用レーザーダイオード62との間で輝度のバランスが乱れることが想定される。このような構成において、プロジェクター1は、反射光の影響を補償することにより、表示品質の向上を図ることができる。
また、光変調装置4は反射型液晶パネル4R、4G、4Bを備え、光源部3から照射される入射光を光源部3側に反射する構成を有する。反射型液晶パネル4R、4G、4Bから光源部3側に反射する反射光の影響を補償して、反射光による表示品質の低下を防止できる。
また、上記実施形態では、式(1)〜式(5)を参照して、補正量計算部113が画像のピーク値及びAPLを用いて補正量を算出する例を説明したが、輝度ヒストグラムを用いて補正量を算出することも可能である。また、特徴量取得部112が取得する特徴量についても、ピーク値、APL、輝度ヒストグラムに限定されない。
さらに、プロジェクター1は、画像処理部131が出力する画像データを構成する全てのフレームについて、補正量計算部113により補正量を算出してもよいが、本発明はこれに限定されない。例えば、補正量計算部113は、制御部110や画像処理部131が生成する中間フレームを除く、他のフレームの補正量を求めてもよい。また、複数のフレームに共通する補正量を求めてもよい。具体的には、複数のフレームに対して特徴量取得部112が求める特徴量の平均値を求め、この平均値に基づき補正量を求めてもよく、複数のフレームから特徴量取得部112が特徴量を求めてもよい。
Claims (6)
- 画像データに基づいて画像を表示するプロジェクターであって、
光源と、
前記画像データに基づく画像を表示し、光源が発した赤色(R)光、緑色(G)光、及び青色(B)光のそれぞれを、前記画像データに基づいて表示した画像により変調する変調部と、
前記画像データの輝度に基づいて、前記変調部から光源側への反射光の影響を補償する補正量を前記赤色(R)光、および、前記緑色(G)光について算出する補正量計算部、及び、前記補正量計算部が算出した前記補正量に基づき赤色(R)の画像信号及び緑色(G)の画像信号を補正して青色(B)の画像信号を補正せず、これら赤色(R)、緑色(G)、及び青色(B)の画像信号により前記変調部を制御する補正部を備える補正処理部と、を備え、
前記光源は、第1の照明装置、および、第2の照明装置を備え、
前記第1の照明装置は、励起光を発する固体光源で構成される第1の光源と、前記第1の光源が発する励起光から変換光を生成する第1の蛍光体と、前記第1の蛍光体の変換光から赤色(R)光および緑色(G)光を前記変調部に導く光学系と、を備え、
前記第2の照明装置は、第2の光源と、前記第2の光源が発する青色光を前記変調部に導く光学系であって前記第1の蛍光体より反射率の低い光学素子からなる光学系と、を備えることを特徴とするプロジェクター。 - 前記補正量計算部は、前記画像データに基づく画像を前記変調部が表示する場合について、赤色(R)及び緑色(G)の投射画像の明るさのピークの推定値、および、前記投射画像の赤色(R)及び緑色(G)の明るさの推定値を求め、これらの前記推定値をもとに前記反射光による明るさの増加分を赤色(R)及び緑色(G)について算出し、算出した明るさの増加分をキャンセルする赤色(R)の前記補正量及び緑色(G)の前記補正量を算出し、
前記補正部は、前記補正量計算部が算出した補正量に基づき前記変調部を制御して、前記反射光の影響により生じる輝度の増加を抑制するように前記変調部を制御することを特徴とする請求項1記載のプロジェクター。 - 前記補正量計算部は、前記画像データの輝度のピーク値が予め設定された値より大きい場合に、前記補正量を算出し、前記画像データの輝度のピーク値が予め設定された値以下の場合に前記補正量を定数に設定することを特徴とする請求項1または2記載のプロジェクター。
- 前記画像データの輝度の特徴量を取得する特徴量取得部を備え、
前記補正量計算部は、前記特徴量取得部により取得された特徴量に基づき、前記投射画像の明るさのピークの推定値を算出することを特徴とする請求項2または3記載のプロジェクター。 - 前記変調部は反射型液晶表示パネルを備え、前記光源から照射される入射光を前記光源側に反射することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のプロジェクター。
- 画像データに基づく画像を表示し、光源が発した赤色(R)光、緑色(G)光、及び青色(B)光のそれぞれを、前記画像データに基づいて表示した画像により変調する変調部と、第1の照明装置、および、第2の照明装置を備える光源と、を有するプロジェクターであって、前記第1の照明装置に励起光を発する固体光源で構成される第1の光源と、前記第1の光源が発する励起光から変換光を生成する第1の蛍光体と、前記第1の蛍光体の変換光から赤色(R)光および緑色(G)光を変調部に導く光学系とを備え、前記第2の照明装置に、第2の光源と、前記第2の光源が発する青色光を前記変調部に導く光学系であって前記第1の蛍光体より反射率の低い光学素子からなる光学系と、を備えるプロジェクターの制御方法であって、
前記画像データに基づく画像を前記変調部により表示し、
前記光源が発した光を前記変調部により変調し、
前記変調部から光源側への反射光の影響を補償する補正量を、前記赤色(R)光、および、前記緑色(G)光について算出し、
算出した前記補正量に基づき赤色(R)の画像信号及び緑色(G)の画像信号を補正して青色(B)の画像信号を補正せず、これら赤色(R)、緑色(G)、及び青色(B)の画像信号により前記変調部を制御すること、
を特徴とするプロジェクターの制御方法。
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