JP2014041227A - プロジェクタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 投影光の透過領域と遮光領域の比率を変更可能とし、動画ボケの改善レベルを調整することを可能にしたプロジェクタを提供すること。
【解決手段】 光源からの光を複数の色成分に分光する色分離手段と、複数の色成分毎に映像信号に応じて光変調する光変調手段と、光変調された各色成分光を合成する色合成手段と、色合成された光を遮光する手段と、色合成された光を投影する投影手段とを具備し、前記遮光手段は複数の遮光手段を具備し、投影光の遮光比率が変更可能であることを特徴とする構成とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プロジェクタ装置に関し、特に光量制御を備えたプロジェクタ装置に関するものである。

近年、大画面で映像を表示することが可能な映像表示装置としてプロジェクタが普及している。プロジェクタは超高圧水銀ランプ、キセノンランプなどの光源を有し、光源からの照明光を光変調素子により映像信号に応じて光変調することで映像光を生成し、投影レンズにより映像光をスクリーン等へ投影することで映像を表示することができる。

現在のプロジェクタ装置において、光変調素子として代表的なものとして液晶パネルをあげることができる。液晶パネルの駆動方式は、ＣＲＴなどに用いられているインパルス型駆動とは異なり、常時情報が表示されるホールド型駆動である。この駆動方式に起因する問題点として、動画を表示した場合、液晶の応答時間を短縮しても、常時情報が表示されている為、人間の視覚特性上、動画のエッジ部分はボケとして知覚されてしまうことがあった。

そこで、光透過領域と光非透過領域を設けた回転板を回転させ、光照射を間欠的に行うことで動画ボケを低減する（特許文献１）技術が開示されている。

特開２００５−１３４６４３号公報

しかしながら、動画ボケの改善レベルは投影光の遮光領域を大きくする程大きくなるが、一方で画面のちらつきが発生する、画面が暗くなる等の現象も発生する。上述の特許文献に開示された従来技術を鑑みると、透過領域と遮光領域の比率は回転板により一意に決定されるので、動画ボケの改善レベルを調整することが困難である課題を有している。

そこで、本発明の目的は、投影光の透過領域と遮光領域の比率を変更可能とし、動画ボケの改善レベルを調整することを可能にしたプロジェクタを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、光源からの光を複数の色成分に分光する色分離手段と、複数の色成分毎に映像信号に応じて光変調する光変調手段と、光変調された各色成分光を合成する色合成手段と、色合成された光を遮光する手段と、色合成された光を投影する投影手段とを具備し、前記遮光手段は複数の遮光手段を具備し、投影光の遮光比率が変更可能であることを特徴とする。

本発明によれば投射光の透過領域と遮光領域の比率を変更可能とし、動画ボケの改善レベルを調整可能なプロジェクタを提供することができる。

実施例１のプロジェクタの光学系ブロック図 実施例１の輝度ホイールａ及びｂの平面図 実施例１の輝度ホイールａ及びｂを使用した時の遮光率を表した図 実施例１の回転位相制御ブロック図 実施例１の回転位相判定フローチャート 輝度フレーム差分ヒストグラム検出結果例 輝度ヒストグラム検出結果例 実施例２の回転位相制御及び光源出力制御ブロック図

以下に、本発明に係わるプロジェクタ装置の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

以下、本発明の第１の実施形態について説明する。

図１は本発明に係るプロジェクタ装置に関する第１の実施形態を示す光学系ブロック図である。本実施形態におけるプロジェクタ装置１００は、光源１０１と、ダイクロイックミラー１０２、１０３と、ミラー１０４と、偏光ビームスプリッター１０５、１０６、１０７と、液晶パネル素子１０８、１０９、１１０と、Ｘプリズム１１１と、輝度ホイールａ１１２と、輝度ホイールｂ１１３と、投影レンズ１１４とから構成されている。

図１に示すプロジェクタ装置において、光源１０１は、白色光を出力する光源であり、例えば超高圧水銀ランプ、キセノンランプなどがある。光源１０１からの白色光はダイクロイックミラー１０２により、緑（以下Ｇと記載）成分光と赤（以下Ｒと記載）、青（以下Ｂと記載）成分光とに分離される。Ｒ、Ｂ成分光はダイクロイックミラー１０３へ供給され、Ｒ成分光とＢ成分光とに分離される。

分離されたＧ、Ｒ、Ｂの各成分光はそれぞれ偏光ビームスプリッター１０５、１０６、１０７に供給される。Ｇ、Ｒ、Ｂの成分光は、偏光ビームスプリッターからそれぞれ液晶パネル素子１０８、１０９、１１０へ供給される。

Ｇ、Ｂ、Ｒの成分光はそれぞれの液晶パネル素子により、入力映像信号に応じて偏光が制御され、再度、偏光ビームスプリッターに戻り、偏光状態により投影光としてＸプリズム１１１へ供給される成分光と光源方向へ戻る成光分とに分離される。

輝度ホイールａ１１２と輝度ホイールｂ１１３は光を透過する領域と遮光する領域があり、回転することにより投影光の透過、遮光する状態を作り出す。

Ｘプリズムは、それぞれのＧ、Ｒ、Ｂ成分光を合成し合成光として投影レンズ１１４に供給する。

投影レンズ１１４は、供給された合成光をスクリーン等へ投影し映像を表示する。

ここで、輝度ホイールａ及びｂの構成に関して詳細に説明する。

図２は輝度ホイールａ及びｂの平面図である。図に示すように円周方向に沿って領域が分割されており、本実施例においては、２５％が光を遮光する領域、残りの７５％が光を透過する領域としている。この輝度ホイールはそれぞれ個別の駆動装置、例えばモーター等を用い、個別に回転させられる。輝度ホイールをそれぞれ回転させることにより、輝度ホイールａ及びｂの回転位相で遮光領域が重なった領域と光透過領域が重なった領域とが構成されることになる。これにより、投影光の遮光状態と投影状態が作り出され、常時映像が表示される状態にならないようにすることができる。また、輝度ホイールの回転位相を制御することにより、図３に示すように２５％〜５０％の間で遮光率を変更することができる。この輝度ホイールａ及びｂの回転位相は後述する処理により制御される。図３では２５％〜５０％の間で遮光率を変更する例を示したが、輝度ホイールの数、輝度ホイールの遮光領域と光透過領域との分布、回転位相を適当に設定することで、所望の遮光率変化範囲を実現することができる。

図４に示す回転位相制御ブロックについて詳細に説明する。

本実施形態における回転位相制御ブロックは、映像信号入力部４０１、輝度信号演算部４０２、輝度フレーム差分ヒストグラム検出部４０３、フレームメモリａ４０４、輝度ヒストグラム検出部４０５、回転位相演算部４０６、フレームメモリｂ４０７、回転位相制御機構部４０８から構成されている。

４０１から入力された映像信号は輝度信号演算部４０２により入力される映像信号の色信号フォーマットから、マトリックス演算を用いて輝度信号に変換される。例えば入力映像信号がＲ、Ｇ、Ｂ信号の場合、所定のマトリックス演算を行うことで、輝度信号へ変換される。

輝度信号へ変換された映像信号は、輝度フレーム差分ヒストグラム検出部４０３、フレームメモリａ４０４、輝度ヒストグラム検出部４０５へ供給される。輝度フレーム差分ヒストグラム検出部４０３は、フレームメモリａ４０４により１フレーム期間遅延した輝度信号と輝度信号抽出部４０２からの輝度信号との差分からフレーム差分情報を演算し、そのフレーム差分情報からヒストグラムを検出する。

輝度ヒストグラム検出部４０５は輝度信号抽出部４０２から出力される輝度信号のヒストグラムを検出する。

回転位相演算部４０６は、輝度フレーム差分ヒストグラム検出部４０３から出力される輝度フレーム差分ヒストグラムと、輝度ヒストグラム検出部４０５から出力される輝度ヒストグラム、フレームメモリｂ４０７からの過去の任意フレーム分の回転位相結果より、回転位相を演算し遮光率を決定する。一例としてフローチャートを図５に示す。輝度フレーム差分ヒストグラム検出結果が、図６ａに示すようにフレーム差分の値が小さい方に多く分布している場合、静止画、図６ｂに示すようにフレーム差分の値が大きい方に多く分布している場合、動画と判定する。また、輝度ヒストグラムの検出結果が図７ａに示すように高階調データが多く分布している場合、明るい映像、図７ｂに示すように中間調以下に多く分布するような場合、暗い映像と判定する。この２つのヒストグラム検出結果から、回転位相を演算し遮光率を制御する。

回転位相は静止画と判定された場合、動画ボケは発生しないことになるので、輝度ヒストグラムの結果によらず回転位相を最小とし、遮光率が最小となるように制御する。動画と判定された場合、次に輝度ヒストグラムの結果を使用し、暗い映像と判定された時、回転位相を最大とし遮光率が最大、明るい映像と判定された時、回転位相を中間とし遮光率が中間となるように制御する。動画で明るい映像と判定された時、遮光率を最大と制御しないことで、特に明るい映像で遮光率を高くすることで目立つちらつきの発生を抑制することができる。本実施例では３つの遮光率に分類したが、これに限定されるものではなく、輝度フレーム差分ヒストグラムの度数分布データ解析を詳細に行い、どの程度静止画であるかを判定する静止画度、同様に輝度ヒストグラムの度数分布データ解析を詳細に行い、どの程度明るい映像であるかを判定する明るい映像度、を算出し、この２つのパラメータから３以上の多段階の遮光率とするなどの構成をとることもできる。

加えて、過去の任意のフレーム分の回転位相演算結果を用いて、今回設定する遮光率が前回から大きく変更され、明るさが大きく変動して知覚されることを抑制する。例えば、静止画を表示している時、シーンが変わると、輝度フレーム差分ヒストグラムから動画と判定される。この場合、遮光率は静止画であった時には、最小の遮光率で設定されていたものが、動画と判定された瞬間に遮光率が大きく設定され、遮光率の変動幅が大きくなることで、明るさが大きく変動して知覚されることになる。そこで、フレームメモリｂに保存されている過去の任意のフレーム分の回転位相演算結果と、今回演算された回転位相から、実際に設定する回転位相を演算し、遮光率が大きく変動しないように決定することで、明るさが大きく変動することを抑制する。これは、回転位相演算結果を数値化し、平均演算を行うことで実現できる。一例として、表１に最小の遮光率となる回転位相結果を“０”、最大の遮光率となる回転位相結果を“３１”と設定し、過去４フレーム分の回転位相を参照したものを示す。表１に示すように過去４フレームの回転位相結果が“０”で今回の回転位相結果が“３１”と演算された場合、回転位相結果を過去４フレームとの平均演算を行うことで、今回設定される回転位相は“６”相当の遮光率が設定されることになり、“０”から“３１”への変化ではなく“０”から“６”への変化となり、緩やかに変化させることができる。

回転位相演算部４０６で演算された回転位相演算結果は、回転位相制御機構４０８に供給されると共に、フレームメモリｂ４０７へも供給され保存され、次回の回転位相演算に使用される。

回転位相制御機構４０８は回転位相演算部で演算された回転位相となるように、輝度ホイールａ及びｂの回転位相を制御し、遮光率を制御する。

このように遮光領域と透過領域とが配置されている輝度ホイールを複数枚用意し、回転する際のそれぞれの位相を適応的に変化させることにより、投影光を遮光する遮光率を変化させることができる。その結果、動画ボケの改善レベルを調整することが可能となり、また動画改善レベルは入力映像信号に応じて変更することができる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

本実施形態における光学系ブロック図は第１の実施形態と同様である。以下、第１の実施形態と同様の構成要素は同一符号を付加し、その説明を簡略化又は省略する。

第１の実施形態の回転位相制御ブロックと同様に映像信号入力部４０１、輝度信号演算部４０２、輝度フレーム差分ヒストグラム検出部４０３、フレームメモリａ４０４、輝度ヒストグラム検出部４０５、回転位相演算部４０６、フレームメモリｂ４０７、回転位相制御機構部４０８を備え、光源出力制御部８０１が付加されている。

図８に示す回転位相制御及び光源制御ブロックについて詳細に説明する。

光源出力制御部８０１は、回転位相で決定される遮光率に応じて光源出力を制御するもので、輝度ホイールによる遮光率が最大の回転位相に制御されている場合、光源出力を最大に制御する。又遮光率が最低の回転位相に制御されている場合、光源出力を前述の遮光率最大で光源出力最大と同じ明るさの投影光になるように制御する。例えば、最大の回転位相で制御されている時の遮光率が５０％、又この時の光源出力を１００％と設定すると、投影光の明るさは光源出力と遮光率との積で表すことができるので５０％となる。これを最大の投影光の明るさとすれば、この後、回転位相で制御されている遮光率が変化し、２５％となった場合、光源出力を６７％に設定することにより、投影光の明るさは５０．２５％となり、投影光の明るさをほぼ一定に保つことができる。この構成は、回転位相演算結果から決定される遮光率をパラメータとして光源出力特性を出力するようなルックアップテーブルを使用することで実現できる。

このように、回転位相演算結果から決定される遮光率から、光源出力の制御を行うことにより、動画ボケの改善を行いながら、投影光の明るさを一定に保つことができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１０１ 光源
１０２、１０３ ダイクロイックミラー
１０４ ミラー
１０５、１０６、１０７ 偏光ビームスプリッター
１０８、１０９、１１０ 液晶パネル素子
１１１ Ｘプリズム
１１２ 輝度ホイールａ
１１３ 輝度ホイールｂ
１１４ 投影レンズ
４０１ 映像信号入力部
４０２ 輝度信号演算部
４０３ 輝度フレーム差分ヒストグラム検出部
４０４ フレームメモリａ
４０５ 輝度ヒストグラム検出部
４０６ 回転位相演算部
４０７ フレームメモリｂ
４０８ 回転位相制御機構
８０１ 光源出力制御

Claims (7)

1. 光源からの光を複数の色成分に分光する色分離手段と、複数の色成分毎に映像信号に応じて光変調する光変調手段と、光変調された各色成分光を合成する色合成手段と、色合成された光を遮光する手段と、色合成された光を投影する投影手段とを具備し、前記遮光手段は複数の遮光手段を具備し、投影光の遮光比率が変更可能であることを特徴としたプロジェクタ装置。
2. 前記遮光手段は光を透過する領域と光を遮光する領域を具備し、回転することで投影光を透過する状態と遮光する状態を生成し、それを複数使用した時の回転位相を制御する手段を有することを特徴とした請求項１に記載のプロジェクタ装置。
3. 前記回転位相制御手段は、輝度信号変換手段と、輝度フレーム差分ヒストグラ検出手段と、輝度ヒストグラム検出手段と、第１のフレームメモリと、回転位相演算手段と、第２のフレームメモリを有し、前記輝度フレーム差分ヒストグラムと、前記輝度ヒストグラムと、前記第２のフレームメモリに保存されている過去の回転位相結果を使用し、回転位相を演算することを特徴とした請求項１に記載のプロジェクタ装置。
4. 光源からの光を複数の色成分に分光する色分離手段と、複数の色成分毎に映像信号に応じて光変調する光変調手段と、光変調された各色成分光を合成する色合成手段と、色合成された光を遮光する手段と、色合成された光を投影する投影手段と、光源出力制御手段を具備し、前記遮光手段は複数の遮光手段を具備し、投影光の遮光比率が変更可能であること、光源出力が変更可能であることを特徴としたプロジェクタ装置。
5. 前記遮光手段は光を透過する領域と光を遮光する領域を具備し、回転することで投影光を透過する状態と遮光する状態を生成し、それを複数使用した時の回転位相を制御する手段を有することを特徴とした請求項４に記載のプロジェクタ装置。
6. 前記回転位相制御手段は、輝度信号変換手段と、輝度フレーム差分ヒストグラ検出手段と、輝度ヒストグラム検出手段と、第１のフレームメモリと、回転位相演算手段と、第２のフレームメモリを有し、前記輝度フレーム差分ヒストグラムと、前記輝度ヒストグラムと、前記第２のフレームメモリに保存されている過去の回転位相結果を使用し、回転位相を演算することを特徴とした請求項４に記載のプロジェクタ装置。
7. 前記光源出力制御手段は、前記回転位相制御手段で演算された回転位相に応じて光源出力を制御することを特徴とした請求項４に記載のプロジェクタ装置。