JPWO2018008246A1 - プロジェクタ装置、制御方法 - Google Patents

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Abstract

コントラスト比の向上による画質向上を図る。このため固体光源(AR)を用いた光源装置を備えたプロジェクタ装置において、少なくとも固体光源の温度を上昇させる状態とすることができる温度調整装置(190)を備える。そして判定部(12)は画像の輝度状態を判定し、制御部(16)は判定結果に基づいて温度調整装置(190)を制御することで、固体光源(AR)の熱状態を制御する。特に画像に応じて、固体光源(AR)を高温化させることで発光効率を低下させ、輝度を低下させる。

Description

本技術はプロジェクタ装置とその制御方法に係り、特に固体光源を用いたプロジェクタ装置についての技術分野に関する。
近年、プロジェクタ装置として光源にレーザダイオード(Laser Diode:LD)や発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)等の固体光源が用いられている。特許文献1には固体光源を用いたプロジェクタ装置が開示されている。
また固体光源の場合、温度状態により発光効率が変動することが知られている。
特開2014−238485号公報
ところでプロジェクタ装置の性能の指標の1つとしてコントラスト比がある。特に全画面黒表示(全黒画像)の状態と全画面白表示(全白画像)の状態が何倍の輝度差で表示できるかという数値としてダイナミックコントラスト比も一般に使用されている。
コントラスト比は画質に大きく影響を与えるため、コントラスト比の向上はプロジェクタ装置において強く求められている。
そこで本開示では、プロジェクタ装置においてコントラスト比を改善し画質向上を実現する技術を提案する。
本技術に係るプロジェクタ装置は、固体光源を用いた光源装置と、少なくとも前記固体光源の温度を上昇させる状態とすることができる温度調整装置と、画像の輝度状態を判定する判定部と、前記判定部の判定結果に基づいて前記温度調整装置を制御する制御部とを備える。
温度調整装置は少なくとも固体光源の温度上昇を促進、もしくは固体光源自体の温度上昇を許容する状態にすることができるものとする。また固体光源の温度を上昇させる状態とするということは、温度が下降する状況において加温等を行い結果的に温度を保持するようにする状態も含む。つまり温度調整装置は固体光源の温度の上昇又は温度の保持を実現できる装置である。そして投射する画像の輝度状態が所定状態であるときには、固体光源の温度を上昇させ、発光効率を低下させる。
上記した本技術に係るプロジェクタ装置においては、前記光源装置から発せられる光を用いて画像を生成する画像生成ユニットと、前記画像生成ユニットで生成された画像を投射する投射ユニットと、を備え、前記制御部は、前記判定部による、投射する画像として前記画像生成ユニットで生成する画像の輝度状態の判定結果に基づいて前記温度調整装置を制御することが考えられる。
画像生成ユニットにおいて生成される画像に対して固体光源からの出射光を照射し投射光を生成する構造とする場合において、投射する画像の輝度状態が所定状態であるときには、固体光源の温度を上昇させ、発光効率を低下させる。
上記した本技術に係るプロジェクタ装置においては、前記制御部は、画像が低輝度画像であると前記判定部により判定された場合に、前記温度調整装置を、前記固体光源の温度を上昇させる状態とするように制御することが考えられる。
即ち低輝度の画像の場合に固体光源の温度を上昇させ、発光効率を低下させる。
上記した本技術に係るプロジェクタ装置においては、前記判定部は、画像が全黒画像である場合に、低輝度画像と判定することが考えられる。
即ち全黒画像の場合に固体光源の温度を上昇させ、発光効率を低下させる。
上記した本技術に係るプロジェクタ装置においては、前記制御部は、画像が少なくとも低輝度画像ではないと前記判定部により判定された場合に、前記温度調整装置を、前記固体光源の温度を低下させる状態とするように制御することが考えられる。
即ち低輝度の画像ではない場合に固体光源の温度上昇を回避させ、発光効率を上昇させる。
上記した本技術に係るプロジェクタ装置においては、前記制御部は、画像が全白画像と前記判定部により判定された場合に、前記温度調整装置を、前記固体光源の温度を低下させる状態とするように制御することが考えられる。
即ち全白画像の場合に固体光源の温度上昇を回避させ、発光効率を上昇させる。
上記した本技術に係るプロジェクタ装置においては、前記判定部は、投射画像を生成するための画像信号のフレーム単位で、画像の輝度状態を判定することが考えられる。
画像信号の各フレーム、又は間欠的なフレームとして、フレーム単位で輝度信号値(階調値)を解析し、そのフレームの画像が低輝度画像であるか否かを判定する。
上記した本技術に係るプロジェクタ装置においては、前記制御部は、前記固体光源の温度状態を検出する温度センサの検出出力に基づいて、前記温度調整装置の動作を制御することが考えられる。
固体光源の温度を検出し、現在の固体光源の温度に応じて、発光効率の維持・上昇・低下のために適切な温度調整を実行する。
上記した本技術に係るプロジェクタ装置においては、前記制御部は、前記画像生成ユニット又は前記投射ユニットに配置された輝度センサによって検出した照明光又は投射光の輝度の検出出力に基づいて、前記温度調整装置の動作を制御することが考えられる。
照明光又は投射光の輝度を検出し、現在の輝度に応じて、発光効率の維持・上昇・低下のために適切な温度調整を実行する。
上記した本技術に係るプロジェクタ装置においては、前記温度調整装置の1つとして、前記固体光源を加熱する電熱コイルが設けられることが考えられる。
電熱コイルにより固体光源を加熱し、固体光源の発光効率を低下させる。
上記した本技術に係るプロジェクタ装置においては、前記温度調整装置の1つとして、前記固体光源に対応するヒートシンクを、前記固体光源からの熱伝導を低下させるように移動させるヒートシンク駆動部を備えることが考えられる。
即ちヒートシンクを移動させて、ヒートシンクへの熱伝導効率を制御する。
本技術に係る制御方法は、固体光源を用いた光源装置を備えるプロジェクタ装置の制御方法である。画像の輝度状態を判定し、判定結果に基づいて、少なくとも前記固体光源の温度を上昇させる状態とすることができる温度調整装置を制御する。
即ち投射する画像の輝度状態が所定状態であるときには、温度調整装置により固体光源の温度を上昇させ、発光効率を低下させる。
本技術によれば画像の輝度状態の判定結果に基づいて、固体光源の温度状態を制御することで、画像に応じて固体光源の発光効率を調整できる。従って暗い画像では発光効率を下げる等を行うことで、コントラスト比を向上させることができ、画質向上を実現できる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
本技術の実施の形態のプロジェクタ装置の説明図である。 実施の形態のプロジェクタ装置の光源装置の斜視図である。 実施の形態の光源装置の内部構造の説明図である。 実施の形態の光源装置の光の出射の説明図である。 第1の実施の形態の制御構成のブロック図である。 時間経過に伴うダイナミックコントラスト低下の説明図である。 実施の形態の電熱コイルによる温度調整の説明図である。 実施の形態のファンによる温度調整の説明図である。 実施の形態のヒートシンク離接による温度調整の説明図である。 第1の実施の形態の制御処理のフローチャートである。 第2の実施の形態の制御構成のブロック図である。 第2、第3、第4の実施の形態の制御処理のフローチャートである。 第3の実施の形態の制御構成のブロック図である。 第4の実施の形態の制御構成のブロック図である。 第5の実施の形態の制御処理のフローチャートである。
以下、実施の形態を次の順序で説明する。
<1.プロジェクタ装置の構成>
<2.第1の実施の形態>
<3.第2の実施の形態>
<4.第3、第4の実施の形態>
<5.第5の実施の形態及び他の処理例>
<6.まとめ及び変形例>
<1.プロジェクタ装置の構成>
実施の形態のプロジェクタ装置の構成を図1で説明する。図1はプロジェクタ装置の構成例を示す模式図である。
実施の形態のプロジェクタ装置400は、光源装置100と、光源装置100から発せられる光を用いて画像を生成する画像生成ユニット200と、画像生成ユニット200で生成された画像光を投射する投射ユニット300とを備える。
画像生成ユニット200は、インテグレータ素子210、偏光変換素子215、集光レンズ216、ダイクロイックミラー220、222、ミラー226、227、228、リレーレンズ250、260を有する。
また、画像生成ユニット200は、フィールドレンズ230(230R、230G、230B)、液晶ライトバルブ240R、240G、240B、ダイクロイックプリズム270を有する。
インテグレータ素子210は、全体として、光源装置100から液晶ライトバルブ240R、240G及び240Bに照射される入射光を、均一な輝度分布に整える機能を有する。例えば、インテグレータ素子210は、二次元に配列された図示しない複数のマイクロレンズを有する第1のフライアイレンズ211、及び、その各マイクロレンズに1つずつ対応するように配列された複数のマイクロレンズを有する第2のフライアイレンズ212を含んでいる。
光源装置100からインテグレータ素子210に入射する平行光は、第1のフライアイレンズ211のマイクロレンズによって複数の光束に分割され、第2のフライアイレンズ212における対応するマイクロレンズにそれぞれ結像される。第2のフライアイレンズ212のマイクロレンズのそれぞれが、二次光源として機能し、複数の平行光を偏光変換素子215に入射光として照射する。
偏光変換素子215は、インテグレータ素子210等を介して入射する入射光の、偏光状態を揃える機能を有する。この偏光変換素子215は、例えば光源装置100の出射側に配置された集光レンズ216等を介して、青色光B3、緑色光G3、赤色光R3を含む出射光を出射する。
ダイクロイックミラー220及び222は、所定の波長域の色光を選択的に反射し、それ以外の波長域の光を透過させる性質を有する。
例えば、ダイクロイックミラー220は赤色光R3を選択的に反射する。ダイクロイックミラー222は、ダイクロイックミラー220を透過した緑色光G3及び青色光B3のうち、緑色光G3を選択的に反射する。
残る青色光B3が、ダイクロイックミラー222を透過する。これにより、光源装置100から出射された光が、異なる色の複数の色光に分離される。
分離された赤色光R3は、ミラー226により反射され、フィールドレンズ230Rを通ることによって平行化された後、赤色光変調用の液晶ライトバルブ240Rに入射する。
緑色光G3は、フィールドレンズ230Gを通ることによって平行化された後、緑色光変調用の液晶ライトバルブ240Gに入射する。
青色光B3は、リレーレンズ250を通ってミラー227により反射され、さらにリレーレンズ260を通ってミラー228により反射される。ミラー228により反射された青色光B3は、フィールドレンズ230Bを通ることによって平行化された後、青色光変調用の液晶ライトバルブ240Bに入射する。
液晶ライトバルブ240R、240G、240Bは、画像情報を含んだ画像信号を供給する信号源(例えば図5で後述する駆動制御部10)と電気的に接続されている。液晶ライトバルブ240R、240G、240Bは、供給される各色の画像信号に基づき、入射光を画素毎に変調し、それぞれ赤色画像、緑色画像、青色画像を生成する。変調された各色の光(形成された画像)は、ダイクロイックプリズム270に入射して合成される。ダイクロイックプリズム270は、3つの方向から入射した各色の光を重ね合わせて合成し、投射ユニット300に向けて出射する。
投射ユニット300は、複数のレンズ310等を有し、ダイクロイックプリズム270によって合成された光を図示しないスクリーンに照射する。これにより、フルカラーの画像が表示される。
続いて光源装置100の構成例を説明する。
図2は光源装置100を示す斜視図である。この光源装置100は、青色波長域のレーザ光、及び、そのレーザ光によって励起される蛍光物質から生じる赤色波長域から緑色波長域の光を合成して白色光を出射するタイプの、プロジェクタ用の光源装置である。
図2に示すように、光源装置100は、底部に設けられたベース101と、ベース101に固定される側壁部102とを有する。また光源装置100は、側壁部102に接続される前面部103及び上面部104と、上面部104に接続される蓋部105とを有する。これら側壁部102、前面部103、上面部104及び蓋部105により、光源装置100の筐体部110が構成される。
前面部103には光の出射端となる蛍光光コリメータレンズ157が配置されている。
筐体部110の内部には例えば図3に示すように、光源からの光を集光する2つの集光ユニット130が形成されている。2つの集光ユニット130が蛍光光学ユニット150の後方側に配置される。集光ユニット130は、光軸Cを対称にして配置される。
各集光ユニット130は、第1の波長域の励起光を出射する光源として、例えばレーザ光を出射するレーザ光源131を有する。レーザ光源131は例えば複数設けられている。
複数のレーザ光源131は、例えば、第1の波長域として400nm以上500nm以下の波長域内に発光強度のピーク波長を有する青色レーザ光B1を発振可能な青色レーザ光源である。レーザ光源131としては、レーザ光を発する光源でなく、LED等の他の固体光源が用いられてもよい。
複数のレーザ光源131は、実装基板141上に配置されている。
なお図では実装基板141上に電熱コイル190が配置されている例を示している。電熱コイル190は、各レーザ光源131に対する加熱が可能なように配置されている。
また図示していないが、例えば実装基板141に直接又は間接的に接触してヒートシンク40(後述する図5参照)が配置される。ヒートシンク40により各レーザ光源131で発生する熱の排熱が図られる。
各集光ユニット130では、各レーザ光源131の位置にそれぞれ対応してコリメータレンズ143が設けられている。コリメータレンズ143は、回転対称非球面レンズであり、各レーザ光源131から出射される青色レーザ光B1を略平行光束にする。
集光ユニット130にはまた、複数のレーザ光源131から出射された各レーザ光B1を所定の集光エリア(または集光ポイント)108に集光する集光光学系として、非球面ミラー135と、平面ミラー136とを有する。
非球面ミラー135は、複数のレーザ光源131からの出射光を反射して、平面ミラー136に集光する。非球面ミラー135により反射された出射光が上述のように所定の集光エリア108に集光するように、平面ミラー136は、その反射された出射光を反射する。後述するように蛍光光学ユニット150に含まれる蛍光体ユニットの蛍光体層153に集光エリア108が配置される。
図4Aは蛍光光学ユニット150を模式的に示す。蛍光光学ユニット150は、蛍光体ユニット158及び蛍光光コリメータレンズ157を備える。
蛍光体ユニット158は、円盤状の回転板である透明基板151と、この透明基板151を回転させる駆動部としてのモータ152と、透明基板151の一面側に設けられた蛍光体層153とを含む。透明基板151は、蛍光体層153を支持する支持体として機能する。説明の便宜のため、透明基板151の両面のうち、青色レーザ光B1が入射する側の面を第1面とし、第1面の反対側の面を第2面とする。
図4B及び図4Cは、透明基板151の第1面及び第2面をそれぞれ示す平面図である。透明基板151の第1面には、反射防止層155が設けられている。蛍光体層153は、透明基板151の第2面側に設けられ、透明基板151と蛍光体層153との間にはダイクロイック層154(図4A参照)が設けられている。
反射防止層155は、青色レーザ光B1を透過させてその反射を抑制する機能を有する。蛍光体層153には、反射防止層155、透明基板151及びダイクロイック層154を透過した青色レーザ光B1が励起光として入射する。
蛍光体層153は、励起光として入射した青色レーザ光B1の一部を透過(散乱して透過する光も含む)させ、残りを吸収する機能を有する。吸収した励起光により、蛍光体層153は、その励起光の波長域より長い第2の波長域を有する光を発生する。
蛍光体層153は、上記透過した青色光B2と、第2の波長域を有する光、ここでは赤色光R2及び緑色光G2を含む黄色光(例えば、ピーク波長が500〜600nm)とを合成してこれを出射する。すなわち、蛍光体層153は白色光を出射する。
ダイクロイック層154は、透明基板151を透過した青色レーザ光B1を透過させ、蛍光体層153で発生した黄色光を反射する機能を有する。ダイクロイック層154は、例えば誘電体の多層膜により形成される。
図4Aに示すように、集光エリア108が、蛍光体層153が配置されている位置となるように、集光ユニット130及蛍光光学ユニット150の相対配置が設計される。
蛍光体層153の半径方向の幅は、その集光エリア108のスポットサイズより大きく設定される。ダイクロイック層154の半径方向の幅も、同様とされる。反射防止層155の半径方向の幅は、蛍光体層153の幅より大きく設定されているが、それと同じであってもよい。
モータ152の回転軸156は、これら各層が形成された透明基板151の中心に一致している。励起光が蛍光体層153に入射しているとき、モータ152が透明基板151を回転させることにより、励起光の照射位置が時間とともに、蛍光体層153に対して円周上を移動する。これにより、蛍光体層153における照射位置の温度上昇を抑制することができ、蛍光体層153の発光効率が低下することを防止できる。
また、蛍光体原子が励起光を吸収して発光するまでに多少時間(例えば数nsec程度)が掛かり、その励起期間中に、次の励起光が蛍光体原子に照射されてもその励起光に対しては発光しない。しかしながら、本実施の形態では蛍光体層153の励起光の照射位置が時間とともに移動するので、励起光の照射位置には、励起されていない蛍光体原子が次々と配置されることになり、蛍光体層153を効率良く発光させることができる。このように、モータ152及び透明基板151は、蛍光体層153を時間とともに移動させる移動機構として機能する。
蛍光光コリメータレンズ157は、蛍光体層153から出射した光を実質的に平行光にする機能を有する。蛍光光コリメータレンズ157の光軸(図4Aにおける光軸C)は、モータ152の回転軸156からずれた位置に配置されている。
<2.第1の実施の形態>
例えば以上のような投射光学系の構造を備えたプロジェクタ装置400として、第1の実施の形態を説明する。図5は第1の実施の形態のプロジェクタ装置400の制御構成をブロック図で示したものである。
光源装置100の内部は上記図2,図3,図4に示した通りであるが、図5においては実装基板141、レーザ光源131を有するレーザ光源アレイAR、及び電熱コイル190のみを示している。
また画像生成ユニット200、投射ユニット300は図1に示したとおりであるが、二点鎖線で内部構成を省略して図示しており、液晶ライトバルブ240R、240G、240Bのみを示している。
プロジェクタ装置400においては、駆動制御部10として入力信号判定部12、ライトバルブ制御部13、固体光源制御部14、光源電流制御部15、電熱コイル制御部16、ファン制御部17、ヒートシンク制御部18を有している。
また実施の形態のプロジェクタ装置400は固体光源であるレーザ光源131の温度を調整するために各種の温度調整装置が搭載されている。図5では、温度調整装置の例としてヒートシンク40(及びヒートシンク駆動部41)、電熱コイル190、吸気ファン51及び排気ファン52を示している。
なお、温度調整装置としては、レーザ光源131の温度を調整することが可能なものを少なくとも1つ設けていればよい。またヒートシンク40、電熱コイル190、吸気ファン51及び排気ファン52に限らず、変形例として後述するように多様な温度調整装置が考えられる。
電熱コイル190は、例えば図7Bに模式的に示すように、複数のレーザ光源131を有するレーザ光源アレイARの周囲に配置される。この電熱コイル190が通電されることで、発生した熱がレーザ光源アレイARに伝達され、レーザ光源131を加熱することができる。
ヒートシンク40は、光源装置100の所定位置に接触し、レーザ光源131から実装基板141上に伝達される熱を排出する機能を持つ。
特に本実施の形態では、ヒートシンク40はヒートシンク駆動部41によって可動式に配置されている。例えばヒートシンク40は、光源装置100に接触する状態と離間する状態との間を可動とされる。ヒートシンク駆動部41はこのような移動動作のためのモータ或いはソレノイドなどの駆動部と、ヒートシンク40を可動状態で保持する機構等により形成されている。
ヒートシンク40の一端及び他端には吸気ファン51と排気ファン52が配置される。吸気ファン51と排気ファン52によって、例えばヒートシンク40に表面積を広くするために設けられた凹凸状の放熱面の空間に、吸気ファン51から排気ファン52側に至る送風経路が形成されることで効率的な空冷構造が実現される。
図5の駆動制御部10は、プロジェクタ装置400による画像投射を実行させる制御を行う。
端子11には図示しない画像ソース機器(例えばコンピュータ装置や画像再生装置等)から投影する画像の画像信号Sinが供給される。
画像信号Sinは、例えばR信号、G信号、B信号としての3系統の連続フレームの画像信号などとされる。もちろん他の信号方式で入力された画像信号をプロジェクタ装置400内でR信号、G信号、B信号に変換して画像信号Sinとしてもよい。
入力信号判定部12は、画像信号Sinについての判定処理を行う。本実施の形態では、判定処理として例えば画像信号Sinの各フレーム画像についての輝度状態を判定し、全黒画像、全黒画像に近い低輝度画像、全白画像、全白画像に近い高輝度画像などの判定を行うことが想定される。これらの判定は、画像信号SinとしてのR信号、G信号、B信号の信号値を解析することで可能である。
全黒画像や全白画像は、画像信号Sinの信号値自体から判定できる。また実際の画像内容としては多様な輝度(階調)が含まれるが、全黒画像に近い低輝度画像や全白画像に近い高輝度画像などは、全画素の輝度平均値や支配的な輝度値の計算等を行い、全体として輝度レベルの中心が低輝度範囲にあるか、高輝度範囲にあるかの判定を行うことなどが考えられる。そして判定結果として判定情報S1を出力する。
判定情報S1の内容としては、次の(内容a)〜(内容d)として示すような例が考えられる。
(内容a)低輝度フレームであるか否かの情報
(内容b)低輝度フレーム/高輝度フレームの判定情報
(内容c)低輝度フレーム/中輝度フレーム/高輝度フレームの判定情報
(内容d)高輝度フレームであるか否かの情報
などが考えられる。
またこれら(内容a)〜(内容d)に全黒画像、全白画像であることを示す情報が含まれる場合もある。
低輝度フレームとは、例えばフレーム輝度値が或る第1の所定値未満のフレームである。全黒画像、もしくは全黒画像に近い暗い画像のフレームが相当する。
高輝度フレームとは、例えばフレーム輝度値が或る第2の所定値以上のフレームである。全白画像、もしくは全白画像に近い明るい画像のフレームが相当する。
第1の所定値と第2の所定値は同じ場合もあるし、異なる値の場合もある。
フレーム輝度値とは、例えばフレームの全画素の輝度の積算値、平均値、支配的な輝度値などである。
なお、入力信号判定部12の処理能力によっては、1フレーム毎に判定を行うことは演算処理負担が大きくなる場合もある。そこで、複数フレーム間隔で輝度状態の判定を行うようにしてもよい。
画像信号Sinは、入力信号判定部12で判定処理を行われながら、ライトバルブ制御部13に供給される。
ライトバルブ制御部13は、画像信号SinにおけるR信号に基づいて液晶駆動信号を生成し、液晶ライトバルブ240Rに供給して、液晶ライトバルブ240R上でR画像の生成を実行させる。
またライトバルブ制御部13は、画像信号SinにおけるG信号に基づいて液晶駆動信号を生成し、液晶ライトバルブ240Gに供給して、液晶ライトバルブ240G上でG画像の生成を実行させる。
さらにライトバルブ制御部13は、画像信号SinにおけるB信号に基づいて液晶駆動信号を生成し、液晶ライトバルブ240Bに供給して、液晶ライトバルブ240B上でB画像の生成を実行させる。
このように液晶ライトバルブ240R、240G、240Bを駆動することで、画像生成ユニット200内で赤色光R3、緑色光G3、青色光B3が変調され、赤色画像、緑色画像及び青色画像が生成される。
一方、画像生成ユニット200における赤色光R3、緑色光G3、青色光B3は、光源装置100が発生している。光源装置100に対しては固体光源制御部14が各種制御を行う。固体光源制御部14は例えばマイクロコンピュータにより構成される。
プロジェクタ装置400による画像投影を行う際には、固体光源制御部14は光源電流制御部15にレーザ光源131の駆動を指示する。この指示に応じて光源電流制御部15は、光源装置100におけるレーザ光源131に発光動作を実行させるべく電流供給を行う。
また固体光源制御部14は、電熱コイル制御部16、ファン制御部17、ヒートシンク制御部18に所要の動作を指示する。特に固体光源制御部14は、入力信号判定部12での輝度状態の判定結果である判定情報S1に基づいて、動作指示を行う。
電熱コイル制御部16は、電熱コイル190に対する通電のオン/オフを実行する。つまり電熱コイル制御部16は、固体光源制御部14からの指示に応じて、レーザ光源131に対する電熱コイル190による加熱動作をオン/オフする。
ファン制御部17は、吸気ファン51及び排気ファン52の駆動をオン/オフする。つまりファン制御部17は、固体光源制御部14からの指示に応じて、レーザ光源131についての、吸気ファン51及び排気ファン52による冷却動作をオン/オフする。
なお、ファン制御部17は吸気ファン51と排気ファン52を同時にオン/オフするものとしての例を述べるが、吸気ファン51と排気ファン52を個別にオン/オフできるようにしてもよい。
またそもそも吸気ファン51と排気ファン52の一方のみを配置する場合もある。
ヒートシンク制御部18は、ヒートシンク駆動部41の駆動機構(モータ)を駆動し、ヒートシンク40を光源装置100に対する接触状態と離間状態の間で変位させる。
ヒートシンク40が光源装置100に接触状態であると、排熱機能が適切に発揮される。ヒートシンク40が離間状態とされるときは、その排熱機能が無くなる(もしくは弱くなる)ことになる。つまりヒートシンク駆動部41は、固体光源制御部14からの指示に応じて、レーザ光源131に対するヒートシンク40による排熱効果を調整することになる。
ここで本実施の形態においてレーザ光源131に対する加熱又は冷却を行う温度調整装置を設けることの背景について述べておく。
プロジェクタ装置400では、当然、投射映像の高画質化が望まれ、その1つとしてコントラスト比の向上が望まれる。
コントラスト比は光源及び光学系の能力により決まるが、固体光源の動作状態によっても影響を受ける。
図6に時間経過に伴うダイナミックコントラストの低下の様子を示している。
例えば全黒信号入力等による光源ディミング(固体光源への供給電流低下)時は、時間とともに固体光源温度が下がっていく。固体光源温度が下がると、固体光源の発光効率が上昇する。つまり固体光源温度が下がっていくことで発光効率が上がり続け、時間と共に表示輝度が高くなってしまう。
このため図6のように、最初に比較的高いコントラスト比であったものが、時間経過に伴って低下してしまう。
ところが、固体光源の発光効率がこのように温度の影響を受けることを考慮すると、動作環境により、よりコントラスト比の向上を実現することができる。
例えば黒画像の場合、温度上昇により発光効率を低下させ、また白画像の場合には温度低下により発光効率を上昇させる。すると、黒画像はより低輝度に、また白画像はより高輝度にすることができる。
即ち、例えば全黒画像信号の入力時、固体光源温度を上げて発光効率を下げるような動作をすれば黒輝度を下げコントラスト比の向上を実現できる。
また例えば全白画像信号の入力時、固体光源温度を下げて発光効率を上げるような動作をすれば白輝度を上げコントラスト比の向上を実現できる。
そこで本実施の形態では、表示画像の輝度状態の判定結果に応じて固体光源(レーザ光源131)の温度を調整する。
このための温度調整装置の動作例を説明する。
図7Aは電熱コイル190を設けない場合、図7Bは電熱コイル190を設けた場合を示している。
なお、図ではレーザ光源アレイARが直接ヒートシンク40に接触しているように示しているが、これは模式的に示すもので、実際にはレーザ光源アレイARが配設される実装基板141が直接又は或る部位を介して間接的にヒートシンク40に接触される(図8,図9も同様)。
図7Aのように電熱コイル190が設けられていない場合、レーザ光源アレイARで発生する熱は周囲の空間に放熱される(実線矢印)とともに、ヒートシンク40に伝えられ(破線矢印)、ヒートシンク40から効率的に放熱される。従って特に光源ディミングなどで低輝度のレーザ発光を行っている場合は、温度が低下していくことも発生する。
図7Bのように電熱コイル190を例えばレーザ光源アレイARの周囲に配設し、通電することで、レーザ光源アレイARの加熱(破線矢印)が可能となる。
図8では吸気ファン51と排気ファン52による冷却の様子を示している。
図8A、図8Bは吸気ファン51と排気ファン52を駆動している状態を、ヒートシンク40の側面側と上面側から示したものである。
レーザ光源アレイARからヒートシンク40に熱が伝わる(実線矢印)。このときに吸気ファン51からの送風(破線矢印)がヒートシンク40の凹凸状空間に流れ、排気ファン52によって排気される(斜線付加矢印)。つまりヒートシンク40による効率的な放熱によりレーザ光源アレイARの冷却が行われる。
一方、図8C、図8Dは吸気ファン51と排気ファン52を停止させた状態を、ヒートシンク40の側面側と上面側から示したものである。
レーザ光源アレイARからヒートシンク40に伝わった熱(実線矢印)は、吸気ファン51から排気ファン52への送風がないために、ヒートシンク40内にこもりやすく、冷却能力が低くなる。
図9は、ヒートシンク40の接触/離間による温度調整の様子を示している。なお、吸気ファン51、排気ファン52は駆動されているとする。
図9A、図9Bはレーザ光源アレイARが直接的又は間接的にヒートシンク40に接触しており、レーザ光源アレイARで発生した熱は効率よくヒートシンク40に伝わる(実線矢印)状態を、ヒートシンク40の側面側と上面側から示している。
このときに吸気ファン51からの送風(破線矢印)がヒートシンク40の凹凸状空間に流れ、排気ファン52によって排気される(斜線付加矢印)ためヒートシンク40による効率的な放熱によりレーザ光源アレイARの冷却が行われる。
一方、図9C、図9Dはヒートシンク40が離間した状態をヒートシンク40の側面側と上面側から示している。レーザ光源アレイARで発生した熱はヒートシンク40に伝わりにくい(実線矢印)。従って吸気ファン51からの送風(破線矢印)がヒートシンク40の凹凸状空間に流れ、排気ファン52によって排気される(斜線付加矢印)としても、放熱される熱は少なく、レーザ光源アレイARに対する冷却機能は低くなる。
本実施の形態では、これらの温度調整装置を利用してコントラスト比の向上のための制御を行う。このために例えば固体光源制御部14が図10の処理を行う。
図10はプロジェクタ装置400による画像投影を行う場合の処理例である。例えばユーザ操作、或いは外部装置からの制御などに応じて、プロジェクタ装置400は画像投影を開始する。投影する画像は画像信号Sinに基づく画像である。画像信号Sinとしては、各種画像コンテンツやプレゼンテーション画像などとしての動画、静止画や、全白画像、全黒画像などである。
画像投影を開始する場合、固体光源制御部14はステップS101で固体光源点灯指示を行う。即ち光源電流制御部15に指示してレーザ光源131による発光を開始させる。
図10の例では、通常はレーザ光源131の発光効率を低下させないように温度上昇を抑制するため、冷却を行うものとしている。
このため固体光源制御部14はステップS102で電熱コイル制御部16に指示して電熱コイル190をオフ状態とさせる(或いはオン指示を行わない)。
またステップS103で固体光源制御部14はファン制御部17にファン駆動を指示して、吸気ファン51と排気ファン52を駆動させる。
またステップS104で固体光源制御部14はヒートシンク駆動部41に指示して、ヒートシンク駆動部41によってヒートシンク40を光源装置100に接触状態とさせる。つまりヒートシンク40による排熱機能を有効に発揮させる状態とする。なお、この時点でヒートシンク40が接触状態であれば、それを確認するのみでよい。
以上の制御によりプロジェクタ装置400は、レーザ光源131の冷却を行いながら画像投影が実行される状態となっている。即ちレーザ光源131からの光に基づいて、投射ユニット300から投射光が出射される。この場合、液晶ライトバルブ240R、240G、240Bは、ライトバルブ制御部13からの液晶駆動信号によって画像が形成されているため、投射光が照射されるスクリーン上でカラー画像が形成される。
ステップS105で固体光源制御部14は、投射終了、つまり画像投影の終了の指示を確認する。
投射継続中はステップS107に進む。固体光源制御部14はステップS107で入力信号判定部12からの判定情報S1を取得する。そしてステップS108で判定情報S1により、低輝度フレームが開始されたか否かを判定する。
例えば判定情報S1は入力された画像信号Sinのフレーム毎、或いは間欠的なフレーム毎に入力信号判定部12によって発生される。固体光源制御部14は、画像投影開始後は、ステップS107,S108において判定情報S1の取得と低輝度フレームの開始を常時監視することになる。
そして固体光源制御部14は、毎フレームタイミング、或いは数フレームタイミング毎に取得される判定情報S1から、低輝度フレームという判定が開始されたタイミングをステップS108で監視する。例えば前回の判定情報S1では低輝度フレームではないと判定されているが、今回の判定情報S1が低輝度フレームの判定に変化しているか否かを判定する。
なお、間欠的なフレームで判定情報S1が発生される場合、必ずしも正確に低輝度フレームの開始タイミング(開始フレーム)は判定できないが、開始タイミングはさほどの厳密さを要求するものではないため問題はない。
低輝度フレームの開始と判定されるタイミング以外は、固体光源制御部14はステップS108からS112に進み、取得した判定情報S1から低輝度フレーム終了であるか否かを確認する。低輝度フレーム終了のタイミングでは、処理をステップS102に進め、それ以外の場合はステップS105に進む。
従って、まず画像投影開始から画像が低輝度フレームになったと判定されるまでの期間は、ステップS107→S108→S112→S105と進むことになり、温度調整装置の冷却機能状態(電熱コイルオフ、ファン駆動、ヒートシンク接触)を維持する。
低輝度フレーム開始が確認されると、固体光源制御部14はステップS108からS109に進み、温度調整装置に加熱機能を発揮させる(冷却機能をオフとさせることを含む)。
ステップS109で固体光源制御部14はファン制御部17にファン駆動停止を指示して、吸気ファン51と排気ファン52を停止させる。
またステップS110で固体光源制御部14はヒートシンク駆動部41に指示して、ヒートシンク駆動部41によってヒートシンク40を光源装置100にから離間した状態とさせる。つまりヒートシンク40による排熱機能をオフ又は低下させる。
またステップS111で固体光源制御部14は電熱コイル制御部16に指示して電熱コイル190をオン状態とさせる。
このように加熱(冷却中止も含む)制御を行ってステップS105に戻る。
画像が低輝度フレームとなった後、低輝度フレームが継続している期間、即ちステップS107で取得する判定情報S1が低輝度フレームを示す状態が続いている期間は、固体光源制御部14の処理はステップS107→S108→S112→S105と進むことになり、温度調整装置を加熱機能状態(電熱コイルオン、ファン停止、ヒートシンク離間)を維持する。
また画像信号Sinにおいて低輝度フレームが終了するときは、固体光源制御部14の処理がステップS107→S108→S112→S102と進むことになる。この場合固体光源制御部14はステップS102,S103,S104で温度調整装置を冷却機能状態(電熱コイルオフ、ファン駆動、ヒートシンク接触)に切り替える。
なお、この図10の処理例の場合、ステップS108,S112の判断を行うために、判定情報S1の内容は、上述の(内容a)(内容b)(内容c)のいずれかであって低輝度フレームであるか否かの判定結果が含まれていればよい。
ユーザ操作や外部装置からの指示などにより、或いは画像信号Sinの無入力などに応じて画像投影は終了される。
投射終了時には固体光源制御部14の処理はステップS105からS106に進み、投射終了のための処理を行う。即ち固体光源制御部14は、光源電流制御部15に固体光源消灯指示をしてレーザ光源131による発光を停止させる。
また固体光源制御部14は温度調整動作の停止を指示する。ここでは特に冷却又は加熱のために動作をオンとする装置をオフとする。即ち固体光源制御部14は電熱コイル制御部16に指示して電熱コイル190をオフ状態とさせる。またファン制御部17にファン駆動停止を指示して、吸気ファン51と排気ファン52を停止させる。
ヒートシンク40については、接触状態でも離間状態でも特にかまわないが、固体光源制御部14はヒートシンク制御部18に初期状態にもどすように指示してもよい。初期状態とは接触状態であるとしてもよいし、離間状態であるとしてもよい。
以上の図10の処理が行われることで、低輝度画像の投影中は、レーザ光源131に対する加熱機能が発揮される。従ってレーザ光源131の発光効率が低下され、画像の輝度をより暗く沈めることができる。
一方、低輝度画像ではない画像の投影中は、レーザ光源131に対する冷却機能が発揮される。従ってレーザ光源131の発光効率が上昇され、画像の輝度をより高め、明るい画像を投影することができる。
なお、加熱機能の「加熱」とは電熱コイル190のように、積極的に熱を加えることだけでなく、吸気ファン51と排気ファン52の停止やヒートシンク40の離間のように、冷却機能をオフ(又は低下)させることも含むものとしている。
同様に冷却機能の「冷却」とは、吸気ファン51と排気ファン52の駆動やヒートシンク40の接触のように積極的に排熱等を行うことだけでなく、電熱コイル190のオフなど、加熱を行わないことも含むものとしている。
図5,図10の例では、この加熱や冷却を行う温度調整装置としれ電熱コイル190、ファン(吸気ファン51と排気ファン52)、ヒートシンク40の3つを挙げたが、これらのうち1つ又は2つのみを用いる例も考えられる。
図10のステップS102、S103、S104、又はステップS109、S110、S111は、搭載されている温度調整装置の種別に応じて実行されれば良い。
またステップS108の低輝度フレームの開始判定及びステップS112の低輝度フレームの終了判定は、実際には、一瞬だけ高輝度になったり、一瞬だけ低輝度フレームになるような場合における判定情報S1の変化を除外することが望ましい。ある程度低輝度フレームや高輝度フレームが継続する状況を検出して温度調整を行うことが適切なためである。
<3.第2の実施の形態>
第2の実施の形態を図11で説明する。なお図5と同一部分は同一符号を付して説明を省略する。
この図11の構成例では実装基板141においてレーザ光源アレイARの近傍に温度センサ60を設けている。
また固体光源温度判定部21を設けている。固体光源温度判定部21は、温度センサ60の検出値を入力し、現在のレーザ光源アレイARの温度が適切であるか否か(加熱又は冷却による温度調整が必要であるか否か)を判断する。そして調整要否の判定情報S2を固体光源制御部14に供給する。
特に固体光源温度判定部21は、判定情報S1により、現在のフレームの輝度状態を確認し、それに応じて適切な温度状態になっているか否かを判定する。
この温度センサ60及び固体光源温度判定部21を備えた場合の処理例を図12に示す。
なお、この図12の処理例の場合、判定情報S1の内容は、上述の(内容a)(内容b)(内容c)のいずれかであって、低輝度フレームであるか否かの判定結果が含まれているとともに、全黒画像、全白画像を示す情報が含まれているものとする。
図12において図10と同一の処理については同一のステップ番号を付し、詳述を避ける。
画像投影開始時点からのステップS101〜S107の処理は図10と同様である。
画像投影開始後、固体光源制御部14は、ステップS120では、現在のフレーム(ステップS107で取得した判定情報S1に係るフレーム)が低輝度フレームであるか否かを確認する。
低輝度フレームであった場合、ステップS108で、現在のフレームが低輝度フレームの開始フレームであるか否かを確認する。
そして低輝度フレームの開始タイミングであると判定したら、固体光源制御部14はステップS109,S110,S111で温度調整装置に加熱機能を発揮させる。
判定情報S1において低輝度フレームという判定が連続している期間は、ステップS120で低輝度フレームと判定され、かつステップS108で低輝度フレームの開始タイミングではないと判定されてステップS140に進む。つまり投影画像として全黒画像や全黒画像に近い暗い画像が表示されている場合である。
ステップS140で固体光源制御部14は、現在のフレームが全黒画像であるか否かで処理を分岐する。全黒画像であるか否かは判定情報S1を参照して確認すればよい。
全黒画像である場合、固体光源制御部14はステップS141で温度調整が必要であるか否かを確認する。これは固体光源温度判定部21からの判定情報S2を確認する。
固体光源温度判定部21は、全黒画像の場合におけるレーザ光源アレイARの適切な過熱状態の温度を目標加熱温度として保持しており、判定情報S1によって現在、全黒画像であることを検知した際には、温度センサ60の検出値により、現在のレーザ光源アレイARの温度が目標加熱温度に達しているか否かを判定する。そして固体光源温度判定部21はその判定結果(目標加熱温度に達しているか否か)を判定情報S2として固体光源制御部14に供給する。
従って判定情報S2が「調整要」という情報であるときは、固体光源制御部14はステップS141からS142に進み、強加熱処理を実行する。例えば所定時間だけ、電熱コイル制御部16にコイル通電電流量を増加させ、加熱量をアップするように指示する。
判定情報S2が「調整不要」という情報であるときは、固体光源制御部14はステップS142に進まずに、強加熱処理を実行しない。
このため、全黒画像の投影時には、目標加熱温度に達していなければ強加熱処理が行われ、レーザ光源アレイARが目標加熱温度に到達するようにされる。従って全黒画像に合わせて、レーザ光源131の発光効率が適切に低下される。
ステップS107で取得した判定情報S1は低輝度フレームではないことを示している場合は、固体光源制御部14の処理はステップS120からS112に進み、まず低輝度フレームの終了タイミングであるか否かが判定される。
そして画像信号Sinにおいて連続していた低輝度フレームが終了するときは、固体光源制御部14の処理がステップS107→S120→S112→S102と進むことになる。この場合、固体光源制御部14はステップS102,S103,S104で温度調整装置を冷却機能状態(電熱コイルオフ、ファン駆動、ヒートシンク接触)に切り替えることでレーザ光源131の発光効率を上昇させる方向の制御を行う。
ステップS107で取得した判定情報S1が低輝度フレームではないことを示している場合において、低輝度フレーム終了タイミングでない場合、つまり低輝度でない画像が継続している期間はステップS112からS130に進む。
ステップS130で固体光源制御部14は、現在のフレームが全白画像であるか否かで処理を分岐する。全白画像であるか否かは判定情報S1を参照して確認すればよい。
全白画像である場合、固体光源制御部14はステップS131で温度調整が必要であるか否かを確認する。これは固体光源温度判定部21からの判定情報S2を確認する。
固体光源温度判定部21は、全白画像の場合におけるレーザ光源アレイARの適切な冷却状態の温度を目標冷却温度として保持しており、判定情報S1によって現在、全白画像であることを検知した際には、温度センサ60の検出値により、現在のレーザ光源アレイARの温度が目標冷却温度に達しているか否かを判定する。そして固体光源温度判定部21はその判定結果(目標冷却温度に達しているか否か)を判定情報S2として固体光源制御部14に供給する。
従って判定情報S2が「調整要」という情報であるときは、固体光源制御部14はステップS131からS132に進み、強冷却処理を実行する。例えば所定時間だけ、吸気ファン51と排気ファン52の回転数を上げるようにファン制御部17に指示し、送風風量を増加させる。
判定情報S2が「調整不要」という情報であるときは、固体光源制御部14はステップS132に進まずに、強冷却処理を実行しない。
このため、全白画像の投影時には、目標冷却温度に達していなければ強冷却処理が行われ、レーザ光源アレイARが目標冷却温度に到達するようにされる。従って全白画像に合わせて、レーザ光源131の発光効率が適切に上昇させることができる。
ステップS105で画像投影の終了(投射終了)とされる場合は、ステップS106で投射終了のための処理を行う。この処理は図10と同様である。
以上の図12の処理によれば、図10と同様に、低輝度画像の場合に加熱制御、それ以外には冷却制御が行われるが、特に全黒画像の場合には、目標加熱温度までの加熱が促進され、また全白画像の場合には、目標冷却温度までの冷却が促進される。これによって全黒画像の輝度をより低く、また全白画像の輝度をより高くすることができる。
なお、全黒画像や全白画像のときだけでなく、低輝度画像の場合に調整判定をしてもよい。即ちステップS140の処理を除くようにし、低輝度フレームが継続している期間は、低輝度フレーム用の目標加熱温度になるように、必要に応じて強化熱処理が行われるようにしてもよい。さらに、場合によっては加熱により温度が高くなりすぎるような場合に、冷却をおこなうようにしてもよい。
また低輝度画像ではない期間も、全白画像であるか否かに関わらず、調整判定してもよい。即ちステップS130を除くようにし、目標冷却温度に達しているか否かにより必要に応じて強冷却処理を行うようにしてもよい。
<4.第3、第4の実施の形態>
第3の実施の形態の構成例を図13に示す。
この図13の構成例では、例えば画像生成ユニット200内に、投射光の輝度を検出する輝度センサ61を配置している。ここでいう投射光とは、液晶ライトバルブ240R、240G、240Bを通過して合成された画像光である。
なお、輝度センサ61は投射ユニット300内に設けてもよい。
また投射光輝度判定部22を設け、投射光輝度判定部22は、輝度センサ61の検出値を入力し、現在の投射光の輝度が適切であるか否か(加熱又は冷却による温度調整が必要であるか否か)を判断する。そして調整要否の判定情報S2を固体光源制御部14に供給する。特に投射光輝度判定部22は、判定情報S1により、現在のフレームの輝度状態を確認し、それに応じて投射光が適切な輝度状態になっているか否かを判定する。
この構成の場合の処理例として、上述した図12の処理を採用できる。即ち全黒画像の場合は、ステップS141で判定情報S2により調整が必要であるか否かを判定し、必要であればステップS142で強加熱処理を行う。
投射光輝度判定部22は、全黒画像の場合における投射光の目標低輝度値を保持しており、判定情報S1によって現在、全黒画像であることを検知した際には、輝度センサ61の検出値により、現在の投射光の輝度が目標低輝度値に達しているか否かを判定する。そしてその判定結果を判定情報S2として固体光源制御部14に供給する。
従って判定情報S2が「調整要」という情報であるときは、固体光源制御部14はステップS141からS142に進み、強加熱処理を実行する。
また全白画像の場合は、ステップS131で判定情報S2により調整が必要であるか否かを判定し、必要であればステップS132で強冷却処理を行う。
投射光輝度判定部22は、全白画像の場合における投射光の目標高輝度値を保持しており、判定情報S1によって現在、全白画像であることを検知した際には、輝度センサ61の検出値により、現在の投射光の輝度が目標高輝度値に達しているか否かを判定する。そしてその判定結果を判定情報S2として固体光源制御部14に供給する。
従って判定情報S2が「調整要」という情報であるときは、固体光源制御部14はステップS131からS132に進み、強冷却処理を実行する。
第4の実施の形態の構成例を図14に示す。
この図14の構成例では、例えば画像生成ユニット200内に、照明光の輝度を検出する輝度センサ62を配置している。ここでいう照明光とは、液晶ライトバルブ240R、240G、又は240Bに入射する前の光であり、赤色光R3、緑色光G3、青色光B3のいずれかまたはそれらの合成光である。
また照明光輝度判定部23を設け、照明光輝度判定部23は、輝度センサ62の検出値を入力し、現在の照明光の輝度が適切であるか否か(加熱又は冷却による温度調整が必要であるか否か)を判断する。そして調整要否の判定情報S2を固体光源制御部14に供給する。特に照明光輝度判定部23は、判定情報S1により、現在のフレームの輝度状態を確認し、それに応じて照明光が適切な輝度状態になっているか否かを判定する。
この構成の場合の処理例としても、上述した図12の処理を採用できる。即ち全黒画像の場合は、ステップS141で判定情報S2により調整が必要であるか否かを判定し、必要であればステップS142で強加熱処理を行う。
照明光輝度判定部23は、全黒画像の場合における照明光の目標低輝度値を保持しており、判定情報S1によって現在、全黒画像であることを検知した際には、輝度センサ62の検出値により、現在の照明光の輝度が目標低輝度値に達しているか否かを判定する。そしてその判定結果を判定情報S2として固体光源制御部14に供給する。
従って判定情報S2が「調整要」という情報であるときは、固体光源制御部14はステップS141からS142に進み、強加熱処理を実行する。
また全白画像の場合は、ステップS131で判定情報S2により調整が必要であるか否かを判定し、必要であればステップS132で強冷却処理を行う。
照明光輝度判定部23は、全白画像の場合における照明光の目標高輝度値を保持しており、判定情報S1によって現在、全白画像であることを検知した際には、輝度センサ62の検出値により、現在の照明光の輝度が目標高輝度値に達しているか否かを判定する。そしてその判定結果を判定情報S2として固体光源制御部14に供給する。
従って判定情報S2が「調整要」という情報であるときは、固体光源制御部14はステップS131からS132に進み、強冷却処理を実行する。
以上の第3,第4の実施の形態の場合、全黒画像の場合には、目標低輝度値が得られるまで加熱が促進され、また全白画像の場合には、目標高輝度値が得られるまで冷却が促進される。これによって全黒画像の輝度をより低く、また全白画像の輝度をより高くすることができる。
<5.第5の実施の形態及び他の処理例>
第5の実施の形態は、画像の輝度状態を、低輝度画像、中輝度画像、高輝度画像に分け、それぞれの場合に応じて温度調整装置を機能させる例である。
図15で固体光源制御部14の処理例を説明する。
なお、ヒートシンク40は光源装置100に固定されており、常時放熱機能を発揮しているものとする。
そして図15の処理は、中輝度画像のときはヒートシンク40のみを機能させ、低輝度画像の際には電熱コイル190をオンとして加熱を行い、高輝度画像のときは吸気ファン51と排気ファン52を駆動して冷却を行うという例とする。
なお、この図15の処理例の場合、判定情報S1の内容は、上述の(内容c)のように、低輝度フレーム/中輝度フレーム/高輝度フレームの判定情報であるとする。
図15において図10と同一の処理については同一のステップ番号を付し詳細説明は避ける。
画像投影開始に応じてステップS101で固体光源制御部14は固体光源点灯指示を行う。そしてステップS161で固体光源制御部14は電熱コイル制御部16に指示して電熱コイル190をオフ状態とさせる(或いはオン指示を行わない)。
またステップS162で固体光源制御部14はファン制御部17にファン駆動停止を指示して(或いは駆動指示を行わないことで)、吸気ファン51と排気ファン52を停止状態とさせる。
ステップS105で投射終了の監視を行い、ステップS107で判定情報を取得することは図10と同様である。
固体光源制御部14は、毎フレームタイミング、或いは数フレームタイミング毎に取得される判定情報S1から、低輝度フレームという判定が開始されたタイミングをステップS108で監視する。
低輝度フレームの開始と判定されるタイミング以外は、固体光源制御部14はステップS108からS112に進み、取得した判定情報S1から低輝度フレーム終了であるか否かを確認する。低輝度フレーム終了のタイミングでは、処理をステップS161に進め、それ以外の場合はステップS151に進む。
ステップS151で固体光源制御部14は、高輝度フレーム開始タイミングであるか否かを確認する。即ちステップS107で取得した判定情報S1が、今回から高輝度フレームであることを示すものとなったか否かである。
高輝度フレームの開始と判定されるタイミング以外は、固体光源制御部14はステップS151からS152に進み、取得した判定情報S1から高輝度フレーム終了であるか否かを確認する。高輝度フレーム終了のタイミングでは、処理をステップS161に進め、それ以外の場合はステップS105に進む。
従って次のような処理が行われる。
画像が低輝度フレームになったと判定されたときは、ステップS108からS109、S111に進み、温度調整装置に加熱機能を発揮させる。
つまりステップS109で固体光源制御部14はファン制御部17にファン駆動停止を指示して、吸気ファン51と排気ファン52を停止させる。
またステップS111で固体光源制御部14は電熱コイル制御部16に指示して電熱コイル190をオン状態とさせる。そしてステップS105に戻る。
低輝度フレームが継続している期間は、ステップS107→S108→S112→S151→S152→S105と進むことになり、温度調整装置の加熱機能状態(電熱コイルオン、ファン駆動停止)を維持する。
低輝度フレームが終了した際には、ステップS107→S108→S112→S161と進むことになり、温度調整装置による加熱機能状態(電熱コイルオン、ファン駆動停止)を終了させる。つまりこの場合は、ステップS161で電熱コイル制御部16に指示して電熱コイル190をオフ状態とさせる。吸気ファン51と排気ファン52は停止されているため、ステップS162ではその停止状態を維持させる。
画像が高輝度フレームになったと判定されたときは、ステップS107→S108→S112→S151→S153と進み、温度調整装置に冷却機能を発揮させる。
つまりステップS153で固体光源制御部14はファン制御部17にファン駆動を指示して、吸気ファン51と排気ファン52による送風を開始させる。
またステップS154で固体光源制御部14は電熱コイル制御部16に指示して電熱コイル190をオフ状態とさせる。そしてステップS105に戻る。
高輝度フレームが継続している期間は、ステップS107→S108→S112→S151→S152→S105と進むことになり、温度調整装置の冷却機能状態(電熱コイルオフ、ファン駆動)を維持する。
高輝度フレームが終了した際には、ステップS107→S108→S112→S151→S152→S161と進むことになり、温度調整装置による冷却機能状態(電熱コイルオフ、ファン駆動)を終了させる。つまりこの場合はステップS161では電熱コイルオフ状態を維持させ、ステップS162でファン制御部17に指示して吸気ファン51と排気ファン52を停止させる。
中輝度フレームと判定されているときは、ステップS161,S162で初期状態(電熱コイルオフ、ファン駆動停止)とされている状態のまま、ステップS107→S108→S112→S151→S152→S105のループを行うことになる。
投射終了時には固体光源制御部14の処理はステップS105からS106に進み、投射終了のための処理を行う。即ち固体光源制御部14は、光源電流制御部15に固体光源消灯指示をしてレーザ光源131による発光を停止させる。
また固体光源制御部14は温度調整動作の停止を指示する。つまり固体光源制御部14は電熱コイル制御部16に指示して電熱コイル190をオフ状態とさせる。またファン制御部17にファン駆動停止を指示して、吸気ファン51と排気ファン52を停止させる。
以上の図15の処理が行われることで、低輝度画像の投影中は、レーザ光源131に対する加熱機能が発揮される。従ってレーザ光源131の発光効率が低下され、画像の輝度をより暗く沈めることができる。
一方、高輝度画像の投影中は、レーザ光源131に対する冷却機能が発揮される。従ってレーザ光源131の発光効率が上昇され、画像の輝度をより高め、明るい画像を投影することができる。
以上、第1〜第5の実施の形態としての処理例を述べたが、処理例は更に多様に考えられる。
例えば高輝度画像の場合に温度調整装置に冷却機能を発揮させるのみの処理例が考えられる。
また全黒画像のときのみ加熱機能を発揮させる処理例や、全白画像のときのみ冷却機能を発揮させる処理例も考えられる。
特に各処理例を適用する場合に、入力信号判定部12が、全黒画像(全黒画像フレーム)のみを低輝度画像(低輝度フレーム)と判定したり、全白画像(全白画像フレーム)のみを高輝度画像(高輝度フレーム)と判定するようにしてもよい。
<6.まとめ及び変形例>
以上の実施の形態では以下の効果が得られる。
第1〜第5の実施の形態のプロジェクタ装置400は、レーザ光源131やLED等の固体光源を用いた光源装置100と、少なくとも固体光源の温度を上昇させる状態とすることができる温度調整装置と、投射する画像の輝度状態を判定する判定部(入力信号判定部12)と、判定結果に基づいて温度調整装置を制御する制御部(固体光源制御部14)とを備える。
温度調整装置として電熱コイル190、ファン(吸気ファン51と排気ファン52)、ヒートシンク駆動部41及びヒートシンク40を挙げたが、これらは少なくとも固体光源の温度上昇を促進、もしくは固体光源自体の温度上昇を許容する状態にすることができるものである。そして投射する画像の輝度状態が例えば低輝度状態など所定状態であるときには、固体光源の温度を上昇させ、発光効率を低下させるようにしている。
投射する画像の輝度状態の判定結果に基づいて、固体光源の温度状態を制御することで、画像に応じて固体光源の発光効率を調整できる。そして発光効率を低下させることで輝度を効果的に下げることができる。例えば黒画像の輝度をより低下させることでコントラスト比の向上を実現できる。
なお実施の形態では入力信号判定部12と固体光源制御部14は別のブロックとして示したが、1つのマイクロコンピュータ、CPU(Central Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)内の処理機能として一体的に実現されても良い。
また第1〜第5の実施の形態のプロジェクタ装置400は、光源装置100から発せられる光を用いて画像を生成する画像生成ユニット200と、画像生成ユニット200で生成された画像を投射する投射ユニット300とを備えている。
そして固体光源制御部14は、入力信号判定部12による、投射する画像として画像生成ユニット200で生成する画像の輝度状態を、画像信号Sinを解析して判定し、その判定結果に基づいて温度調整装置を制御している。
画像生成ユニット200において生成される画像に対して固体光源からの出射光を照射し投射光を生成する構造とする場合において、投射する画像の輝度状態が所定状態であるときには、固体光源の温度を上昇させ、発光効率を低下させる。
これによりプロジェクタ装置400としての一般的な構造において、光源装置100の発光効率の低下によるコントラスト比の向上を実現できる。
第1〜第5の実施の形態では、固体光源制御部14は、投射する画像が低輝度画像であると判定された場合に、温度調整装置を、固体光源の温度を上昇させる状態とするように制御している(図10、図12、図15のS109,S110,S111)。
即ち低輝度の画像の場合に固体光源の温度を上昇させ、発光効率を低下させる。
画像が低輝度、例えば全黒画像や全黒に近い低輝度画像のときに温度調整装置により固体光源の温度を上昇させ、発光効率を低下させることで、より低輝度の黒画像を実現できる。これによってコントラスト比を大幅に向上させることができる。
第1〜第5の実施の形態では、入力信号判定部12は、投射する画像が全黒画像である場合に、低輝度画像と判定することとした。
即ち全黒画像の場合に固体光源の温度を上昇させ、発光効率を低下させる。
これにより全黒画像の場合に深く沈んだ黒画像を実現でき、コントラスト比を大幅に向上させることができる。
第1〜第5の実施の形態では、固体光源制御部14は、投射する画像が少なくとも低輝度画像ではないと判定された場合に、温度調整装置を、固体光源の温度を低下させる状態とするように制御している(図10及び図12のS102,S103,S104、図15のS153,S154)。
即ち低輝度の画像ではない場合に固体光源の温度上昇を回避させ、発光効率を上昇させる。画像が低輝度ではない場合、発光効率を低下させないようにする、もしくは発光効率を上昇させることで、より鮮やかな高輝度の画像を実現できる。これもコントラスト比の向上に大きく寄与する。
第5の実施の形態のように、低輝度画像ではないという判定に加え、さらにあるレベル以上の高輝度画像と判定したときに冷却するようにしても有効である。
第1〜第5の実施の形態では、固体光源制御部14は、投射する画像が全白画像である場合に、温度調整装置を、固体光源の温度を低下させる状態とするように制御するものとした(図10及び図12のS102,S103,S104、図15のS153,S154)。
全白画像の場合に固体光源の温度上昇を回避させ、発光効率を上昇させることで、全白画像の場合に、より高輝度の画像を実現でき、コントラスト比の向上を実現できる。
第1〜第5の実施の形態の入力信号判定部12は、投射画像を生成するための画像信号Sinのフレーム単位で、投射する画像の輝度状態を判定している。即ち画像信号Sinの各フレーム、又は間欠的なフレームとして、フレーム単位で輝度信号値(階調値)を解析し、そのフレームの画像が低輝度画像であるか否かを判定している。
これにより画像が全黒画像、或いは全黒に近い画像などの低輝度画像をリアルタイムに判定し、そのときの状況に応じて温度調整装置を適切に制御できる。
第2の実施の形態では、固体光源制御部14は、固体光源の温度状態を検出する温度センサ60の検出出力に基づいて、温度調整装置の動作を制御している(図10のステップS142,S132)。
固体光源の温度を検出することで、現在の固体光源の温度に応じて、発光効率の維持・上昇・低下のために適切な温度調整を実行でき、これにより画像に応じた発光効率制御を精度良く実行できる。
なお、全黒画像や全白画像ではない場合でも、温度センサ60の検出出力に基づく制御を行うようにしても良い。
第3,第4の実施の形態のでは、固体光源制御部14は、画像生成ユニット200又は投射ユニット300に配置された輝度センサ(61,62)によって検出した照明光又は投射光の輝度の検出出力に基づいて、温度調整装置の動作を制御している(図10のステップS142,S132)。
照明光又は投射光の輝度を検出し、現在の輝度に応じて、発光効率の維持・上昇・低下のために適切な温度調整を実行することで、画像に応じた発光効率制御を精度良く実行できる。
実施の形態では温度調整装置の1つとして固体光源を加熱する電熱コイル190を設けた。電熱コイルにより固体光源を加熱し、固体光源の発光効率を低下させることができるが、特に電熱コイルの場合、応答性の良い加熱が可能であり、例えば全黒画像の場合の輝度低下を反応よく実現できる。
また温度調整装置の1つとして、固体光源に対応するヒートシンク40を固体光源からの熱伝導を低下させるように移動させるヒートシンク駆動部41を例示した。ヒートシンクを移動させて、ヒートシンクへの熱伝導効率を制御することで、固体光源からの放熱能力を可変させ、温度調整ができる。
また温度調整装置の1つとして、吸気ファン51と排気ファン52を示したが、ファンによる空冷機能により、応答性の良い冷却が可能であり、例えば全白画像の場合の輝度上昇を反応よく実現できる。
温度調整装置としてはこれら以外にも各種考えられる。
光源装置100の筐体内の送風経路を切り替えることで、固体光源への送風経路が切り替えられるようにして空冷機能を増減させるようにしてもよい。
また送風経路における一部、例えば排熱孔の開閉などにより空冷機能をオン/オフすることも考えられる。
またペルチェ素子を使用し、温度を調整することが考えられる。
また固体光源を液浸させ、液冷により温度を調整することが考えられる。
また固体光源に電磁波を当て、温度を調整することが考えられる。電磁波としては、ガンマ線,X線,紫外線,可視光線,赤外線,サブミリ波,ミリ波,センチ波,極超短波,超短波,短波,中波,長波,超長波,超低周波等が考えられる。
また、光源装置100の筐体をボックス(例えば防塵ボックス等)で囲み、ボックス内に冷暖房装置を装着し、温度を調整することが考えられる。
なお、温度調整装置としては少なくとも固体光源の温度を上昇させる状態とすることができるものであるが、これは温度を保持する温度調整装置も含む。即ち温度が下降する状況が生じても結果的に温度を保持することができる温度調整装置も、固体光源の温度を上昇させる状態とすることができるものに含まれる。
例えばレーザ光源やLEDの出力レベルを低下させることで、固体光源の温度低下が進行する状況で加熱を行ったり、或いは保熱を行ったりすることで、結果的には固体光源の温度を維持するような装置であってもよい。例えば全黒画像、低輝度画像の表示の際には、温度低下による発光効率上昇を回避することで、黒画像の輝度が上がらないようにし、コントラスト比の低下を防止できる。従って結果的に温度が上昇されなくとも、少なくとも温度が保持されるように温度調整装置を機能させればコントラスト維持による画像品質の向上に有効である。つまり温度調整装置は固体光源の温度の上昇又は温度保持を実現できる装置であればよい。
実施の形態のプロジェクタ装置400は、ビジネス用途のプロジェクタやホームシネマ用プロジェクタ、デジタルシネマ用プロジェクタのそれぞれに好適である。
ビジネス用途のプロジェクタの場合、投射光がプレゼンテーション資料等の静止画が多く、階調変化が激しい(白→黒→白…)。この場合、温度調整による輝度調整による、画質改善効果が高いものとなる。従って電熱コイル/ファン/可動ヒートシンク等による温度調整動作を急峻に行うことが望ましい。
またホームシネマ用プロジェクタやデジタルシネマ用プロジェクタの場合、投射光が映画等の動画が多く、急峻な動作は画質低下を招く恐れがある。そこで電熱コイル/ファン/可動ヒートシンク等による温度調整動作は徐々に行うことが望ましい。
実施の形態は液晶ライトバルブを用いたプロジェクタ装置の例で述べたが、本開示の技術はDLP(デジタル・ライト・プロセッシング)方式のプロジェクタ装置であっても固体光源を使用したプロジェクタ装置であれば好適に適用できる。
なお、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
なお本技術は以下のような構成も採ることができる。
(1)固体光源を用いた光源装置と、
少なくとも前記固体光源の温度を上昇させる状態とすることができる温度調整装置と、
画像の輝度状態を判定する判定部と、
前記判定部の判定結果に基づいて前記温度調整装置を制御する制御部と、を備えた
プロジェクタ装置。
(2)前記光源装置から発せられる光を用いて画像を生成する画像生成ユニットと、
前記画像生成ユニットで生成された画像を投射する投射ユニットと、を備え、
前記制御部は、前記判定部による、投射する画像として前記画像生成ユニットで生成する画像の輝度状態の判定結果に基づいて前記温度調整装置を制御する
上記(1)に記載のプロジェクタ装置。
(3)前記制御部は、画像が低輝度画像であると前記判定部により判定された場合に、前記温度調整装置を、前記固体光源の温度を上昇させる状態とするように制御する
上記(1)又は(2)に記載のプロジェクタ装置。
(4)前記判定部は、画像が全黒画像である場合に、低輝度画像と判定する
上記(3)に記載のプロジェクタ装置。
(5)前記制御部は、画像が少なくとも低輝度画像ではないと前記判定部により判定された場合に、前記温度調整装置を、前記固体光源の温度を低下させる状態とするように制御する
上記(1)乃至(4)のいずれかに記載のプロジェクタ装置。
(6)前記制御部は、画像が全白画像と前記判定部により判定された場合に、前記温度調整装置を、前記固体光源の温度を低下させる状態とするように制御する
上記(1)乃至(4)のいずれかに記載のプロジェクタ装置。
(7)前記判定部は、投射画像を生成するための画像信号のフレーム単位で、画像の輝度状態を判定する
上記(1)乃至(6)のいずれかに記載のプロジェクタ装置。
(8)前記制御部は、前記固体光源の温度状態を検出する温度センサの検出出力に基づいて、前記温度調整装置の動作を制御する
上記(1)乃至(7)のいずれかに記載のプロジェクタ装置。
(9)前記制御部は、前記画像生成ユニット又は前記投射ユニットに配置された輝度センサによって検出した照明光又は投射光の輝度の検出出力に基づいて、前記温度調整装置の動作を制御する
上記(2)に記載のプロジェクタ装置。
(10)前記温度調整装置の1つとして、前記固体光源を加熱する電熱コイルが設けられる
上記(1)乃至(9)のいずれかに記載のプロジェクタ装置。
(11)前記温度調整装置の1つとして、前記固体光源に対応するヒートシンクを、前記固体光源からの熱伝導を低下させるように移動させるヒートシンク駆動部を備える
上記(1)乃至(10)のいずれかに記載のプロジェクタ装置。
(12)固体光源を用いた光源装置を備えるプロジェクタ装置の制御方法として、
画像の輝度状態を判定し、
前記判定の判定結果に基づいて、少なくとも前記固体光源の温度を上昇させる状態とすることができる温度調整装置を制御する
制御方法。
10…駆動制御部、11…入力端子、12…入力信号判定部、13…ライトバルブ制御部、14…固体光源制御部、15…光源電流制御部、16…電熱コイル制御部、17…ファン制御部、18…ヒートシンク制御部、21…固体光源温度判定部、22…投射光輝度判定部、23…照明光輝度判定部、40…ヒートシンク、41…ヒートシンク駆動部、51…吸気ファン、52…排気ファン、60…温度センサ、61…輝度センサ、62…輝度センサ、100…光源装置、131…レーザ光源、141…実装基板、190…電熱コイル、200…画像生成ユニット、240R,240G,240B…液晶ライトバルブ、300…投射ユニット、400…プロジェクタ装置、AR…レーザ光源アレイ

Claims (12)

  1. 固体光源を用いた光源装置と、
    少なくとも前記固体光源の温度を上昇させる状態とすることができる温度調整装置と、
    画像の輝度状態を判定する判定部と、
    前記判定部の判定結果に基づいて前記温度調整装置を制御する制御部と、を備えた
    プロジェクタ装置。
  2. 前記光源装置から発せられる光を用いて画像を生成する画像生成ユニットと、
    前記画像生成ユニットで生成された画像を投射する投射ユニットと、を備え、
    前記制御部は、前記判定部による、投射する画像として前記画像生成ユニットで生成する画像の輝度状態の判定結果に基づいて前記温度調整装置を制御する
    請求項1に記載のプロジェクタ装置。
  3. 前記制御部は、画像が低輝度画像であると前記判定部により判定された場合に、前記温度調整装置を、前記固体光源の温度を上昇させる状態とするように制御する
    請求項1に記載のプロジェクタ装置。
  4. 前記判定部は、画像が全黒画像である場合に、低輝度画像と判定する
    請求項3に記載のプロジェクタ装置。
  5. 前記制御部は、画像が少なくとも低輝度画像ではないと前記判定部により判定された場合に、前記温度調整装置を、前記固体光源の温度を低下させる状態とするように制御する
    請求項1に記載のプロジェクタ装置。
  6. 前記制御部は、画像が全白画像と前記判定部により判定された場合に、前記温度調整装置を、前記固体光源の温度を低下させる状態とするように制御する
    請求項1に記載のプロジェクタ装置。
  7. 前記判定部は、投射画像を生成するための画像信号のフレーム単位で、画像の輝度状態を判定する
    請求項1に記載のプロジェクタ装置。
  8. 前記制御部は、前記固体光源の温度状態を検出する温度センサの検出出力に基づいて、前記温度調整装置の動作を制御する
    請求項1に記載のプロジェクタ装置。
  9. 前記制御部は、前記画像生成ユニット又は前記投射ユニットに配置された輝度センサによって検出した照明光又は投射光の輝度の検出出力に基づいて、前記温度調整装置の動作を制御する
    請求項2に記載のプロジェクタ装置。
  10. 前記温度調整装置の1つとして、前記固体光源を加熱する電熱コイルが設けられる
    請求項1に記載のプロジェクタ装置。
  11. 前記温度調整装置の1つとして、前記固体光源に対応するヒートシンクを、前記固体光源からの熱伝導を低下させるように移動させるヒートシンク駆動部を備える
    請求項1に記載のプロジェクタ装置。
  12. 固体光源を用いた光源装置を備えるプロジェクタ装置の制御方法として、
    画像の輝度状態を判定し、
    前記判定の判定結果に基づいて、少なくとも前記固体光源の温度を上昇させる状態とすることができる温度調整装置を制御する
    制御方法。
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