JP6418768B2 - 画像投射装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、プロジェクタ等の画像投射装置に関し、特に半導体発光素子を光源として用いる画像投射装置に関する。

ＬＥＤや半導体レーザ等の半導体発光素子を画像投射装置の光源として用いる場合、投射画像の十分な明るさを確保するために、複数の半導体発光素子を用いる必要がある。ただし、半導体発光素子は自らの温度、使用環境の温度、発光のための駆動電流等によって発光量（輝度）と発光主波長が変動する。このため、複数の半導体発光素子を使用する場合、素子個体間で上記変動のばらつきが投影画像上で輝度ムラや色味に影響を及ぼす。

特許文献１では、複数の半導体発光素子を有する光源ユニットにおいて、冷却路上の複数の位置に温度センサを設け、該センサによる検出結果に基づいて発光素子を区分し、その発光素子の光量（発光強度）を制御する方法が開示されている。また、特許文献２には、色合成光学系とロッドインテグレータとの間に配置した集光レンズに照明光の一部を有効域外に射出させる光分岐部と射出光の強度を検出する検出素子とを設け、その検出結果に基づいて発光素子の光量を制御する方法が開示されている。

特開２０１２−１５５２６８号公報 特開２００８−００３２７０号公報

しかしながら、特許文献１にて開示された方法では、高輝度化で半導体発光素子の数を増やした場合、光源ユニット内の温度分布を高精度で検出する為には、温度センサの数を増やす必要がある。

また、特許文献２にて開示された方法では、光分岐部を構成するための光学部品が必要となるため、装置の大型化を招く。さらに、照明光の一部を発光素子の光量の検出に用いるため、常に投射画像の明るさ低下を招く。

本発明は、光源の発光状態の検出精度低下、又は装置の大型化や投射画像の明るさ低下を招くことなく、光源の光量のばらつきを抑制することができるようにした画像投射装置およびその制御方法を提供する。

本発明の一側面としての画像投射装置は、画像信号に応じて光を変調する光変調素子と、該光変調素子により変調された光を投射する投射光学系と、光変調素子の第１の分割照明領域と第２の分割照明領域を照明する照明光学系と、第１の分割照明領域に対応する第１の光源ユニットと、第２の分割照明領域に対応する第２の光源ユニットと、第１の光源ユニットと第２の光源ユニットを制御するための光源制御手段とを有し、光源制御手段が第１および第２の光源ユニットのそれぞれの光量を制御することで第１および第２の分割照明領域のそれぞれの明るさを変化させることができる。該画像投射装置は、投射光学系により投射されない非投射光成分を検出する光検出手段を有し、第１の分割照明領域と第２の分割照明領域は、光変調素子の走査方向に垂直な方向に配置されており、光源制御手段は、画像信号が動画の信号である場合に、該画像信号の垂直同期信号の１周期内で、第１の光源ユニットと第２の光源ユニットのうち点灯する光源ユニットと消灯する光源ユニットとを順次変更するとともに、該順次変更中における光検出手段による非投射光成分の検出結果に応じて第１の光源ユニットの光量と第２の光源ユニットの光量を制御することを特徴とする。

本発明の一側面としての制御方法は、画像信号に応じて光を変調する光変調素子と、該光変調素子により変調された光を投射する投射光学系と、光変調素子の第１の分割照明領域と第２の分割照明領域を照明する照明光学系と、第１の分割照明領域に対応する第１の光源ユニットと、第２の分割照明領域に対応する第２の光源ユニットとを有し、第１および第２の光源ユニットの光量を制御することで第１および第２の分割照明領域のそれぞれの明るさを変化させることができる画像投射装置に適用される。該制御方法は、投射光学系により投射されない非投射光成分を検出可能とし、第１の分割照明領域と第２の分割照明領域を光変調素子の走査方向に垂直な方向に配置し、画像信号が動画の信号である場合に、該画像信号の垂直同期信号の１周期内で、第１の光源ユニットと第２の光源ユニットのうち点灯する光源ユニットと消灯する光源ユニットとを順次変更するとともに、該順次変更中における該非投射光成分の検出結果に応じて第１の光源ユニットの光量と第２の光源ユニットの光量を制御することを特徴とする。

本発明では、各光源ユニットからの光束のうち画像投射に用いられない非投射光成分の検出結果に応じて複数の光源ユニットの光量を制御する。このため、本発明によれば、コスト上昇もしくは光源ユニットの発光状態の検出精度の低下、装置の大型化や投射画像の明るさの低下を招くことなく、光源ユニットごとの光量のばらつきを抑制することができる。

本発明の実施例１であるプロジェクタの構成を示す図。 実施例１に用いられる照明光学系の構成を説明する図。 上記照明光学系に含まれる第１および第２のフライアイレンズにおける光源像の形成を説明する図。 上記第１および第２のフライアイレンズにおける光源像の形成を説明する別の図。 実施例１のプロジェクタにおける被照明面の照明状態の例を説明する図。 実施例１のプロジェクタにおける被照明面の照明状態を別の例を説明する図。 実施例１のプロジェクタにおける３つの被照明領域とこれに対応する光源ユニットの光源配置を説明する図。 実施例１における光量制御の手順を示すフローチャート。 実施例２における光量制御の手順を示すフローチャート。 本発明の実施例４であるプロジェクタにおける光源ユニットの冷却構造を説明する図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例１である画像投射装置としてのプロジェクタの構成を示している。プロジェクタは、光源５と、照明光学系１３と、色分解合成光学系１４と、投射光学系１５と、照度センサ１２と、光源制御手段としてのコントローラ１７とを有する。

光源５から射出された光（白色光）は、照明光学系１３の第１のフライアイレンズ１および第２フライアイレンズ２を通過することで複数の光束に分割された後、偏光変換素子７によって所定の偏光方向を有する光に変換される。さらに、これら複数の分割光束は、コンデンサーレンズ３を通過して照明光学系１３から射出し、次に色分解合成光学系１４によって緑光（Ｇ光）、赤光（Ｒ光）および青光（Ｂ光）に色分解される。コンデンサーレンズ３は、Ｇ光、Ｒ光およびＢ光における分割光束をそれぞれ、Ｇ用，Ｒ用およびＢ用の光変調素子４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ上の後述する複数（任意の数）の分割照明領域に集光する。

各光変調素子は、液晶パネル（本実施例では反射型であるが透過型でもよい）やデジタルマイクロミラーデバイス等、入射した光を変調する素子であり、照明光学系１３が光源ユニットからの光（照明光束）を導く被照明面に配置されている。コントローラ１７は、プロジェクタの外部から入力されるＲ，ＧおよびＢ画像信号（入力画像）に応じてＲ用，Ｇ用およびＢ用光変調素子４Ｒ，４Ｇ，４Ｂを駆動し、Ｇ光、Ｒ光およびＢ光を変調させる。

色分解合成光学系１４では、照明光学系１３からの白色光をダイクロイックミラー８によってＧ光とＲＢ光とに分離する。ダイクロイックミラー８を透過したＧ光は、Ｇ用偏光ビームスプリッタ１０で反射されてＧ用光変調素子４ＧによりＧ画像信号に応じて変調され、かつ反射された後、Ｇ用偏光ビームスプリッタ１０を透過して色合成プリズム９に入射する。

ダイクロイックミラー８で反射されたＲＢ光のうちＲ光は、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１１で反射されてＲ用光変調素子４ＲによりＲ画像信号に応じて変調され、かつ反射された後、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１１を透過して色合成プリズム９に入射する。一方、Ｂ光は、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１１を透過した後、Ｂ用光変調素子４ＢによりＢ画像信号に応じて変調され、かつ反射された後、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１１で反射されて色合成プリズム９に入射する。

Ｇ光は色合成プリズム９により反射され、Ｒ光およびＢ光は色合成プリズム９を透過する。こうして色合成されたＲＧＢ光は、投射光学系１５によって不図示のスクリーン等の被投射面に投射され、投射画像を表示する。図１には、画像投射に用いられる光（投射光）の光路１６を太実線で示している。

ここで、Ｇ用光変調素子４Ｇから投射光学系１５に向かうＧ光のほとんどは色合成プリズム９により反射されるが、残りの一部は色合成プリズム９を透過して漏れ光となる。また、Ｒ，Ｂ用光変調素子４Ｒ，４Ｂから投射光学系１５に向かうＲ光およびＢ光のほとんどは色合成プリズム９を透過するが、残りの一部は色合成プリズム９により反射されて漏れ光となる。図１には、漏れ光を太点線で示している。これらの漏れ光は、投射光学系１５によって投射されない、つまりは画像の投射には用いられない非投射光成分に相当する。本実施例では、これらの漏れ光を照度センサ（光検出手段）１２により受光する。照度センサ１２は、Ｇ光、Ｒ光およびＢ光の漏れ光の照度（強度または光量と言い換えることもできる）を検出する。

コントローラ１７は、照度センサ１２による漏れ光の照度の検出結果に基づいて、光源５に含まれる後述する複数の光源ユニットのそれぞれの光量に関する情報を求め、該情報に応じて各光源ユニットの光量（発光強度）を制御する。この漏れ光の照度の検出結果に基づく光量制御については、後に詳しく説明する。

図７（Ａ）には、各光変調素子（４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ）上に形成される複数（本実施例では３つ）の分割照明領域４ａ，４ｂ，４ｃを各光変調素子への光の入出射方向から見て示している。各光変調素子は、図中の上下方向に短辺が延び、左右方向に長辺が延びる矩形を有する。３つの分割照明領域４ａ，４ｂ，４ｃは、各光変調素子の短辺方向に相当する垂直走査方向に並んでいる。なお、図では、３つの分割照明領域４ｃ，４ａ，４ｂがこの順で垂直走査方向に並んでいる。以下の説明において、垂直走査方向を、分割照明領域４ａ，４ｂ，４ｃに対する領域分割方向ともいう。

また、図７（Ｂ）には、光源５における複数の光源ユニット５ａ，５ｂ，５ｃの配置を、該光源５からの光の出射方向に対向する方向から見て示している。光源５は、分割照明領域４ａ，４ｂ，４ｃが並ぶ垂直走査方向に対応する方向において、複数（３つ）の光源ユニット５ａ，５ｂ，５ｃを有する。なお、図では、３つの光源ユニット５ｂ，５ａ，５ｃがこの順で上側から下側、つまりは光変調素子の水平走査が進行する方向に並んでいる。

図７（Ｂ）に示す例では、光源ユニット５ａ，５ｂ，５ｃのそれぞれが、垂直走査方向に対応する方向に２つと水平走査方向に対応する方向に７つの計１４の発光素子（白丸と黒丸によって示す）を含んでいる。ただし、各光源ユニットを、１つの発光素子（例えば、面発光素子）によって構成してもよい。

図１において、光源ユニット５ａの各発光素子から発せられた光は、照明光学系１３によって光変調素子上の分割照明領域４ａに導かれる。また、光源ユニット５ｂの各発光素子から発せられた光は、照明光学系１３によって光変調素子上の分割照明領域４ｂに導かれる。さらに、光源ユニット５ｃの各発光素子から発せられた光は、照明光学系１３によって光変調素子上の分割照明領域４ｃに導かれる。図７（Ａ）の分割照明領域４ａ，４ｂ，４ｃ内に記載された「１Ａの像」，「１Ｂの像」，「１Ｃの像」は、照明光学系１３の第１のフライアイレンズ１におけるレンズセル１Ａ，１Ｂ，１Ｃ（図２および図３参照）を通過した光により形成される光源像を意味している。

このように、本実施例の照明光学系１３は、その構成は以下に詳しく説明するが、３つの光源ユニット５ａ，５ｂ，５ｃから発せられた３つの照明光束によって各光変調素子上の３つの分割照明領域をそれぞれ照明する。つまり、光源ランプ等の単一の光源からの照明光束によって光変調素子の全面を均一に照明する従来の照明光学系とは異なり、本実施例の照明光学系１３は、光源ユニットごとに発せられた照明光束によって分割照明領域ごとに均一な照明を行う。このため、光変調素子を画像信号に応じて駆動して光変調を行っている間（画像投射を行っている間）でも、光源ユニット（５ａ，５ｂ，５ｃ）ごとに発せられる照明光束の情報である漏れ光の照度を照度センサ１２を通じて検出することができる。

次に、本実施例の照明光学系１３の特徴について説明する。プロジェクタには、画像信号に応じて光を変調する光変調素子として液晶パネル等のホールド型表示素子が用いられることが多いが、このようなホールド型表示素子を用いると、いわゆるホールドぼけ（動画ぼけ）が発生する。ホールドぼけは、動く物体の映像が表示されたときにこれを観察する人は該物体が動く方向を予測して視線を追従させるのに対して、ホールド型表示素子が１フレーム周期（１／６０秒）の間、同じフレーム画像を表示し続ける結果として生ずる。つまり、人は、視線の追従位置と動画中に表示される物体の位置との差を映像のぼけとして認識する。

このようなホールドぼけを低減するために、特開平１１−２０２２８５号公報にて開示された方法がある。すなわち、バックライト付き液晶表示装置の表示画面を垂直走査方向に複数に分割して分割領域ごとにバックライトを順次明滅させて画像表示時間を液晶への画像書き込み時間の近傍に限定する方法である。この方法は、黒挿入法として一般に知られている方法である。また、特開２００６−３０８７２０号公報にて開示された方法もある。すなわち、プロジェクタにおいて、表示素子を照明光により照明する領域を垂直走査方向に細く形成し、照明光を回転プリズムによって垂直走査方向にスキャンすることで、ホールドぼけを低減する方法である。

しかしながら、特開平１１−２０２２８５号公報にて開示された方法は、表示素子の背面に近接してバックライトが設けられた直視型の液晶表示装置に適用される方法である。このため、該方法を、レンズその他の光学部材を含む光学系を介した光源からの光によって表示素子を照明するプロジェクタに適用することはできない。

また、特開２００６−３０８７２０号公報にて開示された方法では、常に照明光がスキャンされているため、表示される画像に常にちらつきが発生する可能性がある。特にプロジェクタは動画だけでなく静止画を長時間表示する機会も多いため、表示画像のちらつきが常に発生するのは好ましくない。また、照明光をスキャンするために回転プリズムやこれに付随するミラー等の光学部材を回転させる等、動かす機構が必要である。このため、プロジェクタが大型化したり、駆動音（ノイズ）が発生したり、該機構に含まれるモータ等の部品のメンテナンスが必要になったりする。

このため、本実施例では、光学部材を動かすことなく、画像投射装置において静止画表示時のちらつきを生じさせることなく動画表示時のホールドぼけを低減することができるようにする照明光学系１３を実現している。

図２には、照明光学系１３の詳細な構成を示している。該照明光学系１３は、光源５に含まれる３つの光源ユニット５ａ，５ｂ，５ｃから発せられる３つの照明光束６ａ，６ｂ，６ｃを各光変調素子（４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ）に導く。照明光束６ａ，６ｂ，６ｃは、平行光束として照明光学系１３に入射する。

照明光学系１３は、光源側から順に、第１のフライアイレンズ（第１のレンズアレイ）１と、第２のフライアイレンズ（第２のレンズアレイ）２と、コンデンサーレンズ３とを有する。第１および第２のフライアイレンズ１，２はそれぞれ、図２の上下方向に複数のレンズセルが並んだ構成を有する。第１および第２のフライアイレンズ１，２の各レンズセルは、光軸方向から見たときに図７（Ａ）に示した各分割照明領域と相似な形状を有する。

光源ユニット５ａ，５ｂ，５ｃから出射された照明光束６ａ．６ｂ，６ｃは、第１のフライアイレンズ１の各レンズセルに、図２中の上下方向において該レンズセルの光軸（つまりは照明光学系１３の光軸）に対して互いに異なる角度をなして入射する。

ここで、第１のフライアイレンズ１における領域分割方向でのレンズセルのピッチをｐとし、各レンズセルの焦点距離をｆとする。このとき、照明光束６ａ，６ｂ，６ｃは、互いに隣接する照明光束間（６ａ，６ｂ間および６ａ，６ｃ間）において、
θ＝ａｔａｎ（ｐ／ｆ）
なる角度をなして第１のフライアイレンズの同一のレンズセルに入射する。本実施例では、照明光束６ａは各レンズセルの光軸に沿って該レンズセルに入射し、照明光束６ｂと照明光束６ｃは、該光軸に対して互いに反対側に角度θをなすように傾いて該レンズセルに入射する。

第１のフライアイレンズ１の各レンズセルに入射した３つの照明光束６ａ，６ｂ，６ｃそれぞれ、該レンズセルによって集光（収束）されて第２のフライアイレンズ２上に光源像を形成する。このときの光源像について、図３および図４を用いて説明する。

図３は、第２のフライアイレンズ２における１つのレンズセル２Ａに入射する照明光束６ａ，６ｂ，６ｃが形成する光源像を示している。照明光束６ａ，６ｂ，６ｃはそれぞれ異なる角度で第１のフライアイレンズ１に入射するので、第２のフライアイレンズ２のレンズセル２Ａに入射する照明光束６ａ，６ｂ，６ｃは、第１のフライアイレンズ１では互いに異なるレンズセル１Ａ，１Ｂ，１Ｃを通過する。光軸に平行な平行光束である照明光束６ａは、レンズセル１Ａの光軸に沿って該レンズセル１Ａに入射し、その光軸上に配置されたレンズセル２Ａに向かって集光されて該レンズセル２Ａ上に光源像を形成する。また、レンズセル１Ａの光軸に対して上記傾き角度θを持った平行光束６ｂ，６ｃはそれぞれ、レンズセル１Ａに隣接するレンズセル１Ｂ，１Ｃを通過してレンズセル２Ａに向かって集光されて該レンズセル２Ａ上に光源像を形成する。

一方、図４は、第１のフライアイレンズ１における１つのレンズセル１Ａを通過する照明光束６ａ，６ｂ，６ｃが第２のフライアイレンズ２上に形成する光源像を示している。レンズセル１Ａを通過した照明光束６ａは、第２のフライアイレンズ２のレンズセル２Ａに向けて集光されて該レンズセル２Ａ上に光源像を形成する。また、レンズセル１Ａの光軸に対して上記傾き角度θを通過した照明光束６ｂ，６ｃはそれぞれ、第２のフライアイレンズ２においてレンズセル２Ａに隣接するレンズセル２Ｃ，２Ｂに向けて集光されて該レンズセル２Ｃ，２Ｂ上に光源像を形成する。このように本実施例では、第１のフライアイレンズ１の各レンズセルに対して互いに異なる角度で入射した照明光束６ａ，６ｂ，６ｃが、第２のフライアイレンズ２における相互に隣接する（異なる）レンズセルに到達してそこに光源像を形成する。これは、一般的なプロジェクタにおけるフライアイレンズ系のように、第１フライアイレンズの１つのレンズセルを通過した照明光束が第２フライアイレンズの対応する１つのレンズセルにのみ入射してそこに光源像を形成するものとは大きく異なる。

図２には、図４に示したように第１フライアイレンズ１の隣接レンズセル１Ａ，１Ｂ，１Ｃを通過して第２のフライアイレンズ２の１つのレンズセル２Ａを通過した照明光束６ａ，６ｂ，６ｃがそれぞれ、分割照明領域４ａ，４ｂ，４ｃに結像することを示す。第２のフライアイレンズ２のレンズセル２Ａとコンデンサーレンズ３は、前述したように、第１フライアイレンズ１の隣接レンズセル１Ａ，１Ｂ，１Ｃの像、つまりは光源像を、被照明面４における相互に隣接する分割照明領域４ａ，４ｂ，４ｃ上に結像させる。このため、３つの光源ユニット５ａ，５ｂ，５ｃの光量（発光強度）を変化させることにより、分割照明領域４ａ，４ｂ，４ｃのそれぞれの明るさ（照度）を独立して異ならせることができる。光量を変化させるには、光源ユニットの点灯（発光）と消灯（非発光）を切り替えることが含まれる。また、分割照明領域の明るさを異ならせるには、照明（照明ＯＮ）と非照明（照明ＯＦＦ）を切り替えることが含まれる。

３つの光源ユニット５ａ，５ｂ，５ｃのうちいずれかの光源ユニットが点灯すると、その点灯光源ユニットからの照明光束が照明光学系１３に入射する。これにより、光変調素子上の３つの分割照明領域４ａ，４ｂ，４ｃのうちその点灯光源ユニットに対応する分割照明領域の照明がＯＮになる。逆に言えば、光源ユニットが消灯してその消灯光源ユニットからの照明光束が照明光学系１３に対して非入射となると、その消灯光源ユニットに対応する分割照明領域の照明がＯＦＦになる。さらに、光源ユニットの光量、つまりは照明光束の光量が変化すると、その点灯光源ユニットに対応する分割照明領域の明るさが変化する。

コントローラ１７は、３つの光源ユニット５ａ，５ｂ，５ｃの状態を以下の制御方法により制御する。

図５（Ａ）〜（Ｄ）には、分割照明領域ごとに明るさ、つまりは照明状態（照明のＯＮ／ＯＦＦ）が切り替えられるパターンを示している。図５（Ａ）では、３つの光源ユニット５ａ，５ｂ，５ｃが点灯し、これらから発せられた３つの照明光束６ａ，６ｂ，６ｃによって３つの分割照明領域４ａ，４ｂ，４ｃの照明がＯＮされ、被照明面の全体が均一に照明されている。静止画を表示する場合はこの状態が好ましく、この状態では表示画像のちらつきは発生しない。

一方、図５（Ｂ）〜（Ｄ）では、一部（ここでは１つ）の光源ユニットが順次点灯して残り（２つ）の光源ユニットが消灯する。これにより、点灯光源ユニットに対応する１つの分割照明領域の照明が順次ＯＮになり、消灯光源ユニットに対応する２つの分割照明領域の照明がＯＦＦになっている。

また、図６（Ａ）〜（Ｄ）には、分割照明領域ごとに照明状態（照明のＯＮ／ＯＦＦ）が切り替えられる別のパターンを示している。図６（Ａ）では、図５（Ａ）と同様に３つの光源ユニット５ａ，５ｂ，５ｃが点灯し、これらから発せられた３つの照明光束６ａ，６ｂ，６ｃによって３つの分割照明領域４ａ，４ｂ，４ｃの照明がＯＮされ、被照明面の全体が均一に照明されている。静止画を表示する場合はこの状態が好ましく、この状態では表示画像のちらつきは発生しない。

一方、図６（Ｂ）〜（Ｄ）では、一部（ここでは１つ）の光源ユニットが順次消灯して残り（２つ）の光源ユニットが点灯した場合を示している。この場合は、消灯光源ユニットに対応する１つの分割照明領域の照明が順次ＯＦＦになり、点灯光源ユニットに対応する２つの分割照明領域の照明がＯＮになっている。

コントローラ１７は、静止画の画像信号が入力されたときは、すべての光源ユニット５ａ，５ｂ，５ｃを点灯して図５（Ａ）または図６（Ａ）に示す照明状態を生成する。また、コントローラ１７は、動画の画像信号が入力されると、その画像信号の垂直同期信号の１周期内で図５（Ｂ）〜（Ｄ）または図６（Ｂ）〜（Ｄ）に示す照明状態が順次切り替わるように、点灯する光源ユニットと消灯する光源ユニットとを順次変更する。これにより、ホールドぼけを低減し、動画表示特性を改善する。なお、動画表示特性の改善効果は図６（Ｂ）〜（Ｄ）に示した切り替え方式よりも劣るが、投射画面の全体の輝度を確保するという点では、図６に示す切り替え方式が有利である。

さらに、コントローラ１７は、画像信号の明るさに応じて、光源ユニットの点灯／消灯（照明のＯＮ／ＯＦＦ）または光源ユニットの光量を制御することもできる。

次に、前述した漏れ光の検出結果に基づく光源ユニット５ａ，５ｂ，５ｃの光量制御について説明する。本実施例では、温度変化等に起因する光源ユニット５ａ，５ｂ，５ｃの光量（輝度）のばらつきを補正し、３つの分割照明領域４ａ，４ｂ，４ｃが互いにほぼ等しい明るさで照明されるようにする。コンピュータにより構成されるコントローラ１７は、図８に示す光量制御をコンピュータプログラムに従って実行する。

光源ユニット（５ａ，５ｂ，５ｃ）ごとの光量の検出は、１つの光源ユニットが点灯して他の２つが消灯した状態で、照度センサ１２により該点灯光源ユニットからの照明光束（各光変調素子を経た後の光）からの漏れ光の照度を検出することで行う。

ステップＳ２０１では、コントローラ１７は、予め所定の発光条件において所定画像信号を入力したときに１つの光源ユニットを点灯させて２つの光源ユニットを消灯させた状態での色合成プリズム９に入射する光に対する漏れ光の割合を測定する。所定の発光条件は、温度や光源ユニットの駆動電流等である。そして、この結果を、漏れ光割合情報としてコントローラ１７内のメモリに記憶しておく。

次に、ステップＳ２０２では、コントローラ１７は、入力された画像信号から、１つの光源ユニットのみを点灯させた状態で色合成プリズム９に本来入射するはずの光が入射した場合に照度センサ１２により検出されるはずの漏れ光の照度Ｘを算出する。この算出には、漏れ光割合情報が用いられる。以下、照度センサ１２により検出されるはずの漏れ光の照度Ｘを予定検出照度という。

次に、ステップＳ２０３では、コントローラ１７は、各光源ユニットを１つずつ点灯して（他の２つを消灯して）実際の照度センサ１２による照度検出結果である実検出照度Ｙを求める。

そして、ステップＳ２０４では、コントローラ１７は、光源ユニットごとの予定検出照度Ｘと実検出照度Ｙの差分（割合）として（Ｘ／Ｙ）を算出する。この（Ｘ／Ｙ）が、上述した光量に関する情報である。例えば、図５（Ｂ）に示すように光源ユニット５ｃのみが点灯した状態において、入力された画像信号に対しては予定検出照度Ｘが得られるはずであるとする。これに対して、実際に照度センサ１２により得られた実検出照度がＹである場合は、本来の光源ユニット５ｃの光量に対して実際の光源ユニット５ｃの光量に（Ｘ／Ｙ）の差分が生じているとみなせる。このようにして、コントローラ１７は、光源ユニットごとの本来の光量に対する実際の光量の差分に関する情報（光量に関する情報）として（Ｘ／Ｙ）を求める。

そして、ステップＳ２０５では、コントローラ１７は、（Ｘ−Ｙ）が減少し、かつ光源ユニット５ａ，５ｂ，５ｃのそれぞれの（Ｘ／Ｙ）の値の差が減少するように、光源ユニット５ａ，５ｂ，５ｃの光量を制御する。例えば、１つの光源ユニットについての（Ｘ／Ｙ）の値が他の２つの光源ユニットについての（Ｘ／Ｙ）の値より高い（予定検出照度に対する実検出照度がより低い）場合には、該１つの光源ユニットの光量を高くする発光制御を行う。また、２つの光源ユニットについての（Ｘ／Ｙ）の値が他の１つの光源ユニットについての（Ｘ／Ｙ）の値より高い場合に、該２つの光源ユニットの光量を高くする発光制御を行う。このように、複数（３つ）の光源ユニット５ａ，５ｂ，５ｃのうち実際に（Ｘ−Ｙ）および（Ｘ／Ｙ）の値に基づいて光量を変化させる光源ユニットがその一部である場合も、「光源ユニットの光量を変化させる」という。光量制御は、光源ユニットの駆動電流、駆動電圧、発光デューティ比等を変化させることで行うことができる。

このように、本実施例では、画像投射に用いられない漏れ光を利用して光源ユニットごとの光量を検出し、その検出結果に応じて複数の光源ユニットの光量を制御する。このため、本実施例によれば、コスト上昇もしくは光源ユニットの光量の検出精度の低下、装置の大型化や投射画像の明るさの低下を招くことなく、光源ユニットごとの光量のばらつきを抑制することができる。しかも、本実施例では、光源ユニットの数にかかわらず照度センサ１２は１つ設ければよいので、プロジェクタの大型化やコスト増加を回避することができる。

また、本実施例では、動画表示時のホールドぼけを低減させるための複数の光源ユニットの順次点灯中に光量検出（漏れ光照度検出）を行うため、検出専用の特別な画像信号を入力しなくてもよい。

さらに、本実施例では、投射光の光路１６のうち最終段の投射光学系１５の一段手前の色合成プリズム９において照度センサ１２により漏れ光の検出を行う。このため、プロジェクタを構成する光学部品や光変調素子に起因する投射光の強度低下分を含めて光源ユニットの光量を補正する制御が可能であり、高い補正効果を得ることができる。

なお、本実施例では、分割照明領域の数が３つである場合について説明したが、分割照明領域の数が２つである場合にも、図５（Ｂ）〜（Ｄ）および図９を用いて説明した光量制御を適用することができる。

また、照度センサ１２は、光変調素子４Ｒ，４Ｇ，Ｂにおいて発生するフリッカ（液晶の反転駆動等に伴う周期的な明るさ変化）を検出するフリッカ検出手段を兼ねてもよい。これにより、各光源ユニットの光量とフリッカとを同じ照度センサ１２を用いて検出することができ、プロジェクタの小型化や低コスト化に寄与する。

次に、本発明の実施例２について、図６（Ａ）〜（Ｄ）を用いて説明する。本実施例では、漏れ光の検出結果に基づく光源ユニット５ａ，５ｂ，５ｃの光量制御の方法として、実施例１とは異なる方法について説明する。本実施例でも、温度変化等に起因する光源ユニット５ａ，５ｂ，５ｃの光量のばらつきを補正し、３つの分割照明領域４ａ，４ｂ，４ｃが互いにほぼ等しい明るさで照明されるようにする。コンピュータにより構成されるコントローラ１７は、図９に示す光量制御をコンピュータプログラムに従って実行する。

光源ユニットごとの光量の検出は、全ての光源ユニットが点灯した状態と１つの光源ユニットが消灯して他の２つが点灯した状態で、照度センサ１２により点灯光源ユニットからの照明光束（各光変調素子を経た後の光）からの漏れ光の照度を検出することで行う。

ステップＳ３０１では、コントローラ１７は、予め所定の発光条件において所定画像信号を入力したときに１つの光源ユニットを消灯させて２つの光源ユニットを点灯させた状態での色合成プリズム９に入射する光に対する漏れ光の割合を測定する。前述したように、所定の発光条件は、温度や光源ユニットの駆動電流等である。そして、この結果を、漏れ光割合情報としてコントローラ１７内のメモリに記憶しておく。

次に、ステップＳ３０２では、コントローラ１７は、入力された画像信号から、２つの光源ユニットのみを点灯させた状態で色合成プリズム９に本来入射するはずの光が入射した場合に照度センサ１２により検出されるはずの漏れ光の照度（予定検出照度）Ｂを算出する。この算出には、漏れ光割合情報が用いられる。

次に、ステップＳ３０３では、コントローラ１７は、実際の照度センサ１２による照度検出結果である実検出照度を求める。具体的には、まず図６（Ａ）に示すように全ての光源ユニット５ａ，５ｂ，５ｃを点灯させた状態で照度センサ１２により実検出照度Ａ１を取得する。また、図６（Ｂ）〜（Ｄ）のうちいずれか２つに示すように、光源ユニット５ａ，５ｂ，５ｃのうち１つを消灯させ他の２つを点灯させた２つの状態で照度センサ１２により実検出照度Ａ２，Ａ３を取得する。そして、これらの実検出照度Ａ１，Ａ２，Ａ３を用いて、消灯しなかった１つの光源ユニットの実検出照度Ａを、
Ａ＝｛（Ａ２）＋（Ａ３）−１×（Ａ１）｝／２ ．．．（１）
により算出する。

ここで、分割照明領域の数Ｎが３である場合は、式（１）を用いて実検出照度Ａを求めることができる。これに対して、Ｎ＝４の場合は、４つの光源ユニットのうち全てを点灯した状態と１つを消灯させ他の３つを点灯させた３つの状態での照度センサ１２により実検出照度Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を取得する。そして、消灯しなかった１つの光源ユニットの実検出照度Ａを、
Ａ＝｛（Ａ２）＋（Ａ３）＋（Ａ４）−２×（Ａ１）｝／３ ．．．（２）
により算出する。

さらに、Ｎ＝５の場合は、５つの光源ユニットのうち全てを点灯した状態と１つを消灯させ他の４つを点灯させた４つの状態での照度センサ１２により実検出照度Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５を取得する。そして、そして、消灯しなかった１つの光源ユニットの実検出照度Ａを、
Ａ＝｛（Ａ２）＋（Ａ３）＋（Ａ４）＋（Ａ５）−３×（Ａ１）｝／４ ．．．（３）
により算出する。Ｎ≧６の場合も同様の計算を行えばよい。

このようにして、コントローラ１７は、光源ユニット５ａ，５ｂ，５ｃを全て点灯して及び１つずつ順次消灯して照度センサ１２による照度検出を複数回行い、該複数回の照度検出結果を用いて、光源ユニットごとの実検出照度Ａを算出する。

次に、コントローラ１７は、ステップＳ３０４において、光源ユニットごとの予定検出照度Ｂと実検出照度Ａの差分として（Ｂ−Ａ）を算出する。この（Ｂ−Ａ）が、光量に関する情報である。例えば、光源ユニット５ｃについての予定検出照度Ｂに対して実検出照度がＡである場合は、光源ユニット５ｃの本来の光量に対して実際の光量に（Ｂ−Ａ）を漏れ光割合情報（％）で除した値の差分が生じているとみなせる。このようにして、コントローラ１７は、光源ユニットごとの本来の光量に対する実際の光量の差分に関する情報（光量に関する情報）として（Ｂ−Ａ）を求める。

そして、ステップＳ３０５では、コントローラ１７は、（Ｂ−Ａ）が減少し、かつ光源ユニット５ａ，５ｂ，５ｃのそれぞれの（Ｂ／Ａ）の値の差が減少するように、光源ユニット５ａ，５ｂ，５ｃの光量の制御を行う。例えば、１つの光源ユニットについての（Ｂ／Ａ）の値が他の２つの光源ユニットについての（Ｂ／Ａ）の値より高い（予定検出照度に対する実検出照度がより低い）場合には、該１つの光源ユニットの光量を高くする発光制御を行う。また、２つの光源ユニットについての（Ｂ／Ａ）の値が他の１つの光源ユニットについての（Ｂ／Ａ）の値より高い場合に、該２つの光源ユニットの光量を高くする発光制御を行う。このように、複数（３つ）の光源ユニット５ａ，５ｂ，５ｃのうち実際に（Ｂ−Ａ）および（Ｂ／Ａ）の値に基づいて光量を変化させる光源ユニットがその一部である場合も、「複数の光源ユニットの光量を変化させる」という。光量制御は、光源ユニットの駆動電流、駆動電圧、発光デューティ比等を変化させることで行うことができる。

このように、本実施例でも、実施例１と同様に、画像投射に用いられない漏れ光を利用して光源ユニットごとの光量を検出し、その検出結果に応じて複数の光源ユニットの光量制御を行う。このため、本実施例によれば、コスト上昇もしくは光源ユニットの光量の検出精度の低下、装置の大型化や投射画像の明るさの低下を招くことなく、光源ユニットごとの光量のばらつきを抑制することができる。しかも、本実施例では、光源ユニットの数にかかわらず照度センサ１２は１つ設ければよいので、プロジェクタの大型化やコスト増加を回避することができる。

また、本実施例でも、動画表示時のホールドぼけを低減させるための複数の光源ユニットの順次点灯中に光量検出（漏れ光照度検出）を行うため、検出専用の特別な画像信号を入力しなくてもよい。

さらに、本実施例でも、投射光の光路１６のうち最終段の投射光学系１５の一段手前の色合成プリズム９において照度センサ１２により漏れ光の検出を行う。このため、プロジェクタを構成する光学部品や光変調素子に起因する投射光の強度低下分を含めて光源ユニットの光量を補正する制御が可能であり、高い補正効果を得ることができる。

次に、本発明の実施例３について説明する。図７（Ｂ）に示した光源ユニット５ａ〜５ｃを含む光源において、黒丸で示された発光素子は、白丸で示された発光素子よりも内側（中央側）に配置された発光素子である。以下の説明では、黒丸で示された発光素子を「内側の発光素子」といい、これら内側の発光素子よりも外側（周辺側）に配置された白丸で示された発光素子を「外側の発光素子」という。

このように光源に内側の発光素子と外側の発光素子とが存在する場合、各発光素子を同一条件で発光させた場合でも、内側の発光素子の温度上昇量が外側の発光素子中の温度上昇量よりも大きい。これは内側の発光素子が、自身が発生する熱に加えて外側の発光素子から発生される熱の影響を受けるためである。

レーザダイオードやＬＥＤ等の半導体発光素子は、同一条件で駆動しても、温度上昇によって光量が低下する。また、温度が高い状態で長時間駆動されると、寿命が低下する。

ここで、各光源ユニット（例えば、光源ユニット５ａ）内の発光素子で光量に差が生じても、実施例１で説明した構成では、第１のフライアイレンズ１および第２のフライアイレンズ２で強度が均一化される。このため、該光源ユニットに対応する分割照明領域（分割照明領域４ａ）の明るさに大きな影響はない。しかし、その光源ユニット内の１つまたは２つ以上の発光素子が寿命により点灯不可となった場合、該光源ユニット全体からの光量（照明光束の光量）が低下するため、該光源ユニットに対応する分割照明領域の明るさが低下する。この場合、他の被照射領域（分割照明領域４ｂ，４ｃ）との間で明るさの差が生じないように他の光源ユニット（光源ユニット５ｂ，５ｃ）の光量を低下させることになり、この結果、光変調素子の全体の明るさが低下し、投射画像の明るさが低下する。

このため、本実施例では、光源内の複数の発光素子のうち他の発光素子（外側の発光素子）よりも内側に配置された発光素子（内側の発光素子）に対する光量を該他の発光素子に対する光量と異ならせる。具体的には、コントローラ１７は、複数の光源ユニットの温度上昇量を均一化するために、光源における内側の発光素子の光量を外側の発光素子の光量よりも低くする。光量制御は、発光素子の駆動電流、駆動電圧、発光デューティ比等を変化されることで行うことができる。

本実施例によれば、光源（または光源ユニット）内での温度分布に起因した各光源ユニットの光量の差（一部の光源ユニットの光量の低下）の発生を抑え、投射画像の輝度の低下を軽減することができる。

実施例３にて説明した内側の発光素子の温度上昇量が外側の発光素子中の温度上昇量よりも大きいという問題に対する対策としての実施例４を、図１０を用いて説明する。

図８には、光源５における発光素子側（図中に矢印で示す光出射側）とは反対側（以下、裏側という）に設けられる冷却手段としてのヒートシンク１８を示している。このヒートシンク１８の複数箇所にはフィン１８ａ，１８ｂが設けられている。そして、内側の発光素子の裏側に設けられたフィン１８ａの高さ（または面積）は、外側の発光素子の裏側に設けられたフィン１８ｂの高さよりも大きい。つまり、ヒートシンク１８の冷却作用として、内側の発光素子に対する冷却作用を外側の発光素子に対する冷却作用よりも高くしている。これにより、光源５内の温度上昇量を均一化することができる。

なお、ヒートシンク１８以外の冷却構造を用いて、内側の発光素子に対する冷却作用を外側の発光素子に対する冷却作用よりも高くしてもよい。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

動画表示特性に優れ、高画質の画像を表示できる画像投射装置を提供できる。

４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ 光変調素子
５ａ，５ｂ，５ｃ 光源ユニット
１３ 照明光学系
１５ 投射光学系
１７ コントローラ

Claims (9)

1. 画像信号に応じて光を変調する光変調素子と、
   前記光変調素子により変調された光を投射する投射光学系と、
   前記光変調素子の第１の分割照明領域と第２の分割照明領域を照明する照明光学系と、
   前記第１の分割照明領域に対応する第１の光源ユニットと、
   前記第２の分割照明領域に対応する第２の光源ユニットと、
   前記第１の光源ユニットと前記第２の光源ユニットを制御する光源制御手段とを有し、
   前記光源制御手段が前記第１および第２の光源ユニットのそれぞれの光量を制御することで前記第１および第２の分割照明領域のそれぞれの明るさを変化させることができ、
   前記投射光学系により投射されない非投射光成分を検出する光検出手段を有し、
   前記第１の分割照明領域と前記第２の分割照明領域は、前記光変調素子の走査方向に垂直な方向に配置されており、
   前記光源制御手段は、前記画像信号が動画の信号である場合に、該画像信号の垂直同期信号の１周期内で、前記第１の光源ユニットと前記第２の光源ユニットのうち点灯する光源ユニットと消灯する光源ユニットとを順次変更するとともに、該順次変更中における前記光検出手段による前記非投射光成分の検出結果に応じて前記第１の光源ユニットの光量と前記第２の光源ユニットの光量を制御することを特徴とする画像投射装置。
2. 前記光検出手段は、前記光変調素子から前記投射光学系に向かう光から得られる前記非投射光成分を検出することを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
3. 前記光検出手段は、前記光変調素子において発生するフリッカを検出することを特徴とする請求項２に記載の画像投射装置。
4. 前記光源制御手段は、前記第１の光源ユニットと前記第２の光源ユニットと第３の光源ユニットを含む複数の光源ユニットのうち点灯している光源ユニットが１つであり、消灯している光源ユニットが複数ある場合の前記非投射光成分の検出結果から得られる情報に応じて前記複数の光源ユニットの光量を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の画像投射装置。
5. 前記光源制御手段は、前記第１の光源ユニットと前記第２の光源ユニットと第３の光源ユニットを含む複数の光源ユニットが全て点灯している場合の前記非投射光成分の検出結果と、前記複数の光源ユニットのうち点灯している光源ユニットが複数ある場合の前記非投射光成分の検出結果とから得られる情報に応じて前記複数の光源ユニットの光量を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の画像投射装置。
6. 前記第１の光源ユニットと前記第２の光源ユニットは、複数の発光素子を有し、
   前記光源制御手段は、前記複数の発光素子を発光させる際に、該複数の発光素子のうち他の発光素子よりも内側に配置された発光素子に対する光量を前記他の発光素子に対する光量と異ならせることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の画像投射装置。
7. 前記第１の光源ユニットと前記第２の光源ユニットは、複数の発光素子と、冷却手段を有しており、
   前記複数の発光素子のうち他の発光素子よりも内側に配置された発光素子に対する前記冷却手段の冷却作用が前記他の発光素子に対する前記冷却手段の冷却作用よりも高いことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の画像投射装置。
8. 前記照明光学系は、複数のレンズセルを有する第１のレンズアレイと、複数のレンズセルを有する第２のレンズアレイを備え、
   前記照明光学系は、前記第１のレンズアレイが有する複数のレンズセルのうち、所定の１つのレンズセルに互いに異なる角度で入射した複数の光束が、前記第２のレンズアレイが有する複数のレンズセルのうち、互いに異なるレンズセルに入射するように構成されている、ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の画像投射装置。
9. 画像信号に応じて光を変調する光変調素子と、前記光変調素子により変調された光を投射する投射光学系と、前記光変調素子の第１の分割照明領域と第２の分割照明領域を照明する照明光学系と、前記第１の分割照明領域に対応する第１の光源ユニットと、前記第２の分割照明領域に対応する第２の光源ユニットとを有し、前記第１および第２の光源ユニットのそれぞれの光量を制御することで前記第１および第２の分割照明領域のそれぞれの明るさを変化させることができる画像投射装置の制御方法であって、
   前記投射光学系により投射されない非投射光成分を検出可能とし、
   前記第１の分割照明領域と前記第２の分割照明領域を、前記光変調素子の走査方向に垂直な方向に配置し、
   前記画像信号が動画の信号である場合に、該画像信号の垂直同期信号の１周期内で、前記第１の光源ユニットと前記第２の光源ユニットのうち点灯する光源ユニットと消灯する光源ユニットとを順次変更するとともに、該順次変更中における前記非投射光成分の検出結果に応じて前記第１の光源ユニットの光量と前記第２の光源ユニットの光量を制御することを特徴とする画像投射装置の制御方法。