(57)【要約】【課題】画像の形成に利用されない不要な光の低減を図ることにより、良質な投影画像を表示することのできる画像投影装置を提供することを目的とする。【解決手段】光源部２と、光源部２から射出された照明光の平行度を高めるテーパロッド３と、テーパロッド３からの照明光を２つの光路Ｌ１，Ｌ２に分岐させる光分岐部４とを備え、各光路上Ｌ１，Ｌ２には、分岐された照明光に、画像データに応じた変調を与えるＤＭＤ５ａ，５ｂと、ＤＭＤ５ａ，５ｂにより変調された光を投影する投影光学部６ａ，６ｂとが設けられ、各投影光学部６ａ，６ｂによって投影された光をスクリーン１５上で重ね合わせることにより画像を表示する画像投影装置１を提供する。【選択図】図１
2008039985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源手段と、
前記光源手段から射出された照明光の平行度を高める光調整手段と、
前記光調整手段からの照明光を少なくとも２つの光路に分岐させる光分岐手段と
を備え、
各前記光路上には、
前記分岐された照明光に、画像データに応じた変調を与える光変調手段と、
前記光変調手段により変調された光を投影する投影光学手段と
が設けられ、
各前記投影光学手段によって投影された光を投影面で重ね合わせることにより画像を表示する画像投影装置。
【請求項２】
前記光調整手段が、入射端面の面積よりも射出端面の面積が大きいテーパ状の導光手段を備える請求項１に記載の画像投影装置。
【請求項３】
前記光分岐手段が、前記光調整手段の出射端面に入射端面が接するようにそれぞれ配置された複数の導光手段を備える請求項１または請求項２に記載の画像投影装置。
【請求項４】
前記光分岐手段の入射端面の面積が前記光変調手段の利用可能面積よりも小さい請求項３に記載の画像投影装置。
【請求項５】
前記光源手段が、赤色を射出する赤色光源と、緑色の照明光を射出する緑色光源と、青色の照明光を射出する青色光源とを少なくとも１つずつ備えている場合において、
各前記投影光学手段から投影された光が重なり合う領域に配置される光量検出手段によって検出された各照明光の光量に基づいて、前記光源手段が備える各赤色光源、緑色光源、青色光源の発光量を調節する光量調節手段を具備する請求項１から請求項４のいずれかに記載の画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）または液晶パネルのような光変調デバイスにより変調された光をスクリーン上に投影表示する画像投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源から射出される光を変調デバイスによって変調し、変調後の光をスクリーンに投影することによりスクリーン上に画像を表示させる画像投影装置が知られている。近年、上記変調デバイスとして、マイクロ・デバイス（ＭＤ）が用いられるようになり、例えば、液晶パネルを３枚用いた液晶３板方式や微小なミラーを構成するＤＭＤ単板方式が一般的に採用されている。
【０００３】
上記画像投影装置は、拡大表示が容易であることから大画面表示ができる装置として有用であるが、大画面表示を行う場合には、視認性の良い画像を得るために、投影画像の輝度の低下を防ぎ、所望の明るさを確保することが重要となる。
従来、輝度を確保する方法として、例えば、複数の画像投影装置による投影画像をスクリーン上で重ね合わせる方法（いわゆる、スタック方式）、複数の画像投影装置による投影画像をスクリーン上で貼り合わせる方法（いわゆる、ブレンディング方式）などが知られている。
例えば、特許文献１には、複数の画像投影装置から投影された光をスクリーン上で重ね合わせ、高輝度の画像を得るようにした画像投影システムが開示されている。
また、上述したスタック方式、ブレンディング方式のほか、例えば、特許文献２には、変調デバイスとして液晶パネルを利用する場合、Ｐ偏光用の液晶パネルと、Ｓ偏光用の液晶パネルとを配置し、ＬＥＤ光源から射出されたＰ偏光とＳ偏光の双方の光を利用して表示を行う方法が開示されている。この方法によれば、今までは画像の形成に利用されていなかったいずれか一方の偏光についても利用するので、投影画像の輝度の増大を図ることができる。
【特許文献１】特開２００３−１２５３１７号公報
【特許文献２】特開平６−７５５４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述したような液晶パネルやＤＭＤなどの光変調デバイスは、光の許容入射角度が決められている。つまり、この許容入射角度内で光変調デバイスに入射した照明光は、画像データに応じて変調されることにより、画像の形成に有効に利用されるが、許容入射角度外で入射した照明光については、画像の形成に利用されることなく、不要な光として取り扱われることとなる。
しかしながら、画像投影装置の光源として利用される白色ランプやＬＥＤは、指向性の高い照明光を射出するものではないため、上記許容入射角度内となるように照明光を変調デバイスに入射させることが難しく、照明光を漏れなく有効に利用することができないという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、画像の形成に利用されない不要な光の低減を図ることにより、良質な投影画像を表示することのできる画像投影装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、光源手段と、前記光源手段から射出された照明光の平行度を高める光調整手段と、前記光調整手段からの照明光を少なくとも２つの光路に分岐させる光分岐手段とを備え、各前記光路上には、前記分岐された照明光に、画像データに応じた変調を与える光変調手段と、前記光変調手段により変調された光を投影する投影光学手段とが設けられ、各前記投影光学手段によって投影された光を投影面上で重ね合わせることにより画像を表示する画像投影装置を提供する。
【０００７】
このような構成によれば、光源手段から射出された照明光は、光調整手段によりその平行度が高められ、指向性の高い照明光となって光分岐手段へ射出され、少なくとも２つの光路に分岐される。分岐された照明光の光束は、光変調手段によって画像データに応じた変調が与えられ、投影光学手段を介して投影される。このようにして、各投影光学手段によって投影された光は、スクリーン上において重ね合わされることにより、スクリーン上に画像が表示される。この場合において、各光変調手段には、光調整手段の作用により指向性が高められた照明光が入射されることとなるので、照明光を光変調手段の許容入射角度内で漏れなく入射させることができる。
【０００８】
上記画像投影装置において、前記光調整手段が、入射端面の面積よりも射出端面の面積が大きいテーパ状の導光手段を備えることとしても良い。
【０００９】
このような構成によれば、光源手段から射出された照明光は、入射端面の面積よりも出射端面の面積が大きいテーパ状の導光手段内を伝播することとなるので、照明光の平行度を簡素な構成により容易に高めることができる。
また、このような構成の光調整手段を採用する場合、入射端面の面積と射出端面の面積との比が大きいほど、平行度を高めることができる。ここで、例えば、光変調手段を１つしか備えていない場合、光変調手段のサイズに応じて光調整手段の射出端面のサイズが決まってしまうことから、光調整手段から射出される照明光の平行度も制限されてしまうこととなる。このため、平行度の程度、換言すると、指向の程度によっては、光変調手段の許容入射角度内に全ての光を入射させることが難しいこととなる。
これに対し、本発明では、複数の光変調手段を備えており、光調整手段の射出端面から射出された光は、光分岐手段によってそれぞれ分岐されて各光調整手段へ導かれることとなるので、光変調手段のサイズにかかわらずに光調整手段の射出端面のサイズを決めることができる。これにより、入射端面の面積と射出端面の面積との比を所望の値とすることができ、好適な平行度の照明光を射出させることが可能となる。
【００１０】
上記画像投影装置において、前記光分岐手段が、前記光調整手段の出射端面に入射端面が接するようにそれぞれ配置された複数の導光手段を備えることとしても良い。
【００１１】
このような構成によれば、複数の光分岐手段の入射端面の各々が、光調整手段の出射端面に接するように配置されているので、光調整手段から射出される照明光を漏れなく光分岐手段に導くことができる。
【００１２】
上記画像投影装置において、前記光分岐手段の入射端面の面積が前記光変調手段の利用可能面積よりも小さいこととしても良い。
【００１３】
このような構成によれば、光分岐手段の入射端面の面積が光変調手段の利用可能面積よりも小さく設定されているので、効果的に照明光を光変調手段へと入射させることができる。
【００１４】
上記画像投影装置において、前記光源手段が、赤色を射出する赤色光源と、緑色の照明光を射出する緑色光源と、青色の照明光を射出する青色光源とを少なくとも１つずつ備えている場合において、各前記投影光学手段から投影された光が重なり合う領域に配置される光量検出手段によって検出された光量に基づいて、前記光源手段が備える前記赤色光源、前記緑色光源、前記青色光源の発光量を調節する光量調節手段を具備することとしても良い。
【００１５】
このような構成によれば、各投影光学手段から投影された光の光量が光量検出手段によって検出され、この検出値に基づいて各色の光源が制御されるので、光量調整やホワイトバランスのとれた良好な照明光を用いることが可能となる。これにより、投影画像の品質を高めることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、画像の形成に利用されない不要な光の低減を図ることにより、良質な投影画像を表示することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る画像投影装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
〔第１の実施形態〕
図１は本発明の第１の実施形態に係る画像投影装置の全体構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係る画像投影装置１は、光源部（光源手段）２と、光源部２から発せられた照明光の平行度を高めるテーパロッド（光調整手段）３と、テーパロッド３からの照明光を２つの光路Ｌ１，Ｌ２に分配する光分岐部（光分岐手段）４とを備えている。また、画像投影装置１において、分岐された一の光路上Ｌ１には、照明光に対して画像データに応じた変調を与える光変調デバイスとしてのＤＭＤ（光変調手段）５ａと、ＤＭＤ５ａにより変調された光を投影する投影光学部（投影光学手段）６ａとがそれぞれ設けられている。また、分岐された他の光路上Ｌ２には、上記一の光路上Ｌ１と同様に、ＤＭＤ５ｂ，投影光学部６ｂが設けられている。
【００１８】
上記光源部２は、赤色の照明光を発するＬＥＤ（赤色光源）２ａ、緑色の照明光を発するＬＥＤ（緑色光源）２ｂ、青色の照明光を発するＬＥＤ（青色光源）２ｃ、及びこれらＬＥＤ２ａ，２ｂ，２ｃから射出された照明光をテーパロッド３に導くダイクロイック・クロス・プリズム２ｄを備えている。
テーパロッド３は、入射端面の面積よりも射出端面の面積が大きい構造となっている。これにより、光源部２から射出された平行度の低い照明光を平行度の高い照明光とすることができる。
【００１９】
光分岐部４は、テーパロッド３の出射端面にそれぞれの入射端面が接するように配置された２つの導光部４ａ、４ｂを備えており、テーパロッド３から射出された照明光の一部が導光部４ａに、その残りが導光部４ｂに入射されるようになっている。この導光部４ａ，４ｂは、複数の光学素子を備えて構成されている。導光部４ａ，４ｂは、例えば、プリズム１１、円筒状の導光素子（導光ロッド）１２、リレーレンズ１３、ミラー１４などを備えている。
【００２０】
ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）５ａ，５ｂは、例えば、図３に示すように、マトリクス状に配列された各画素Ｐ（ｉ，ｊ）の微小ミラーを備える空間光変調素子である。この微小ミラーの各々がＰＷＭ(Pulse Width Modulation)駆動によりオン状態とオフ状態の角度に高速に切り替えられることにより、照明光を変調する。このように、ＤＭＤは、液晶パネルとは異なり、高速動作が可能であるため、赤、緑、青の画像を面順次方式で表示することができる。また、液晶パネルを用いた画像投影装置では、カラー画像を表示するのに３枚のＬＣＤ(Liquid Crystal Display)素子が必要であるのに対し、ＤＭＤを用いた画像投影装置では、１つのＤＭＤ素子でカラー表示を行うことができるという利点がある。ＤＭＤ５ａは、後述する第１表示駆動制御部３８（図２参照）によって、また、ＤＭＤ５ｂは、後述する第２表示駆動制御部３９によって制御される。なお、後述の説明において、ＤＭＤ５ａ、５ｂにおける任意画素を行と列によって定義し、Ｐ（ｉ，ｊ）のように表す。
【００２１】
投影光学部６ａは、ＤＭＤ５ａから入射される照明光の光軸と投影光学部６ａの光軸とが多少ずれるように配置されている。同様に、投影光学部６ｂは、ＤＭＤ５ｂから入射される照明光の光軸と投影光学部６ｂの光軸とが多少ずれるように配置されている。各投影光学部６ａ，６ｂは、入射された照明光を拡大して投影するための投影レンズを備えている。
【００２２】
投影光学部６ａ，６ｂから投影された照明光は、前方に設置されたスクリーン（投影面）１５上で重なり合わせられることにより、１つの画像を表示するようになっている。投影光学部６ａ，６ｂから投影された各照明光の重なり部分には、光量等を検出するための光センサ２０が配置されている。
【００２３】
このように構成された画像投影装置１において、光源部２が備える各色のＬＥＤ２ａ，２ｂ，２ｃが後述するＬＥＤ駆動部４２ａ，４２ｂ，４２ｃ（図２参照）により、順次パルス駆動されて、順次パルス点灯する。この場合において、各色の照明光の光量は、ＬＥＤ駆動部４２ａ，４２ｂ，４２ｃ（図２参照）から印加される電流値に応じて制御される。電流値が大きいほど、光量が大きくなる。
【００２４】
光源部２から発せられた各色の照明光は、ダイクロイック・クロス・プリズム２ｄによりテーパロッド３の入射端面に導かれ、テーパロッド３内を伝播することにより、その平行度（指向性）が徐々に高められて出射端面から出力される。テーパロッド３の出射端面から射出された照明光は、その一部が導光部４ａに入射され、その残り全てが導光部４ｂに入射される。導光部４ａに入射した照明光は、ＤＭＤ５ａに入射することにより、画像データに応じた光変調が施され、投影光学部６ａへ導かれる。このとき、上述したＬＥＤ２ａ，２ｂ，２ｃの点灯タイミングとＤＭＤ５ａの駆動タイミングが同期することにより、例えば、赤色の照明光が入射された場合には、赤色の画像データに対応してＤＭＤ５ａが駆動されることにより、赤色の画像データに応じた光変調が与えられて投影光学部６ａへ射出されるようになっている。投影光学部６ａに導かれた光は投影レンズにより拡大されて、スクリーン１５へ向けて投影される。
同様に、導光部４ｂに入射した照明光は、ＤＭＤ５ｂに入射することにより、画像データに応じた光変調が施され、投影光学部６ｂへ導かれる。投影光学部６ｂに導かれた光は投影レンズにより拡大されて、スクリーン１５へ向けて投影される。
【００２５】
この結果、投影光学部６ａ，６ｂから投影された光は、スクリーン１５上において重ね合わせられることにより、スクリーン１５上に画像が表示されることとなる。このとき、該画像の輝度は、投影光学部６ａ，６ｂから投影された光の輝度の合計となるので、明るく視認性のよい良質な投影画像を得ることができる。
【００２６】
次に、上述した画像投影装置１の制御装置について図を参照して説明する。
図２は、本実施形態に係る画像投影装置１の制御装置の機能ブロック図である。
図２に示すように、画像投影装置１の制御装置は、画像入力部３１、画像処理部３２、表示画像生成部３３、システム制御部４０、および光源制御部４１等を備えている。システム制御部４０は、上記画像入力部３１、画像処理部３２、表示画像生成部３３、および光源制御部４１を統括的に制御するものである。
このような制御装置において、画像入力部３１には、画像データが入力される。本実施形態において、画像データは、ＲＧＢカラー画像データであり、赤色に対応する赤色画像データ、緑色に対応する緑色画像データ、青色に対応する青色画像データからなる３板状態の画像データとして構成されている。
【００２７】
画像入力部３１は、画像データを画像処理部３２に出力する。画像処理部３２は、公知の一般的な画像処理を行うものであり、例えば、画像データに対して歪み補正処理や、解像度を調節する処理などを行う。画像処理部３２は、処理が終了すると、処理後の画像データを表示画像生成部３３に出力する。
表示画像生成部３３は、この画像データを第１照明ムラ補正部３４および第２照明ムラ補正部３５に出力する。第１照明ムラ補正部３４は、画像データが入力されると、この画像データに照明ムラ補正を行い、補正後の画像データを第１表示駆動制御部３６に出力する。なお、第１照明ムラ補正部３４による照明ムラ補正の詳細については、後述する。
第１表示駆動制御部３６は、入力された画像データに応じてＤＭＤ５ａを制御する。具体的には、第１表示駆動制御部３６は、画像データの画素毎の階調値に応じたデューティのＰＷＭ駆動信号を生成し、これをＤＭＤ５ａに与える。これにより、上述したように、ＤＭＤ５ａのマトリクス状に配列された微小ミラーの角度がオン状態、オフ状態に所定の時間で切り替えられ、入射照明光が画像データの各階調値に応じて光変調されることとなる。
【００２８】
同様に、第２照明ムラ補正部３５は、表示画像生成部３３から画像データが入力されると、この画像データに照明ムラ補正を行い、補正後の画像データを第２表示駆動制御部３７に出力する。第２表示駆動制御部３７は、この画像データに応じてＤＭＤ５ｂを構成する各微小ミラーを制御する。
【００２９】
一方、光源制御部４１は、システム制御部４０から与えられる指令に基づいて、ＬＥＤ駆動部４２ａ，４２ｂ，４２ｃを制御する。これにより、各ＬＥＤ２ａ，２ｂ，２ｃの各々を所望の光量で、かつ、所望のタイミング点灯させることができる。ここで、システム制御部４０は、投影画像のホワイトバランスなどを良好に維持するために、光量調整処理を所定のタイミングで実施し、ホワイトバランス等が良好な照明光を射出させるための各光量制御値ｒ０，ｇ０，ｂ０を保持している。システム制御部４０は、画像投影時において、光源制御部４１に各光量制御値ｒ０，ｇ０，ｂ０を与えることにより、各光量制御値ｒ０，ｇ０，ｂ０に応じた電流を各ＬＥＤ２ａ，２ｂ，２ｃに印加させ、ＬＥＤ２ａ，２ｂ，２ｃを所定の光量で発光させる。これにより、ホワイトバランス等の均等が取れた良好な照明光を射出させることができる。なお、上記光量調整処理の詳細については、後述する。
【００３０】
〔照明ムラ補正〕
次に、上述した第１照明ムラ補正部３４および第２照明ムラ補正部３５により行われる照明ムラ補正について説明する。
一般的に、画像投影装置は、面内ムラが発生することが知られている。この面内ムラとは、例えば、ＤＭＤ５ａ、５ｂにおける全ての微小ミラーを同じ階調値に基づいて制御したとしても、各微小ミラーによって反射された各画素の輝度が全て同じ値にならないことをいう。照明ムラ補正は、このような照明ムラを解消するための処理である。以下、第１照明ムラ補正部３４による照明ムラ補正について代表例として説明する。
【００３１】
第１照明ムラ補正部３４は、第１補正データ記憶部３８に記憶されている第１補正テーブルを用いて、画像データに対して照明ムラ補正を行う。第１補正テーブルは、図４に示すように、入力された画像データの階調値（図４中の「入力データ」に相当）と補正後の階調値（図４中の「補正データ」に相当）とが対応付けられているテーブルである。本実施形態においては、この第１補正テーブルは、各画素Ｐ（ｉ，ｊ）に対応してそれぞれ登録されているので、図２に示した第１補正データ記憶部３８には、画素数分の第１補正テーブルが登録されていることとなる。
第１照明ムラ補正部３４は、画像データが入力されると、第１補正データ記憶部３８から各画素Ｐ（ｉ，ｊ）に対応する第１補正テーブルをそれぞれ読み出し、各画素の階調値をこの第１補正テーブルを用いて変換することにより、照明ムラ補正を行う。例えば、図４の第１補正テーブルであれば、入力データとして階調値Ｎが入力された場合には、これを階調値ｎに変換することで照明ムラ補正を行う。
【００３２】
次に、上述の第１補正テーブルの作成手順について説明する。
まず、第１補正テーブルを作成する際には、テスト画像記憶部４４に記憶されているテスト画像データを表示画像生成部３３が読み出し、このテスト画像データを第１照明ムラ補正部３４に出力する。ここで、例えば、テスト画像データは、全ての画素が最大階調値（例えば、２５５）に設定されている。
第１照明ムラ補正部３４は、テスト画像データが入力されると、このテスト画像データをそのまま第１表示駆動制御部３６に出力する。これにより、ＤＭＤ５ａがテスト画像データの各画素の階調に応じて制御される。
一方、表示画像生成部３３は、第２照明ムラ補正部３５に対しては、オフ制御信号を出力する。これにより、ＤＭＤ２ｂにおける全てのミラーはオフ状態、つまり光が反射されない状態となる。
【００３３】
続いて、システム制御部４０は、光源制御部４１に対して、各ＬＥＤの点灯命令および光量制御値ｒ０，ｇ０，ｂ０を出力する。光源制御部４１は、発光命令と光量制御値ｒ０，ｇ０，ｂ０を受け付けると、各ＬＥＤ制御部４２ａ，４２ｂ，４２ｃに対して、光量制御値ｒ０，ｇ０，ｂ０を出力する。これにより、各ＬＥＤ駆動部４２ａ，４２ｂ，４２ｃから光量制御値に応じた電流が各ＬＥＤ２ａ，２ｂ，２ｃに流されることにより、ＬＥＤ２ａ，２ｂ，２ｃが所定の光量で順次発光する。これにより、ホワイトバランスのとれた良好な照明光がダイクロイック・クロス・プリズム２ｄに入射されることとなる。
【００３４】
このようにして、図１における光源部２から赤、青、緑の各照明光が射出され、テーパロッド３を伝播することにより平行度が高められ、その一部が導光部４ａによりＤＭＤ５ａに導かれ、各画素において同じ階調となるように光変調されて、投影光学部６ａを介して投影される。
【００３５】
この状態において、投影画像の各画素の輝度（光量）をそれぞれ検出し、続いて、その中で最も光量が少ない画素Ｐｍｉｎ（ｉ．ｊ）を基準画素として特定する。そして、この基準画素Ｐｍｉｎ（ｉ，ｊ）における入出力特性を求める。例えば、基準画素Ｐｍｉｎ（ｉ，ｊ）において、入力データが最大階調値Ｎのときに、出力値としての輝度Ｌｍｉｎが測定された場合、図５に示すように、最大階調値Ｎにおいて輝度Ｌｍｉｎの点をプロットし、この点とゼロとを直線で結ぶことにより入出力特性を求める。なお、図５において、横軸は入力、つまり、階調値、縦軸は出力、つまり、検出された輝度（光量）である。なお、図５において、点線Ａが画素Ｐｍｉｎ（ｉ，ｊ）における入出力特性（以下、画素Ｐｍｉｎ（ｉ，ｊ）における入出力特性を「基準特性」という。）である。
【００３６】
続いて、例えば、画素Ｐ（１，１）の入出力特性を求める。ここで、図５に、画素Ｐ（１，１）における入出力特性の一例を実線Ｂで表す。次に、上記基準特性Ａと入出力特性Ｂとを比較することにより、各階調値における補正値を求める。具体的には、階調値Ｎにおける補正値を求める場合には、まず、基準特性Ａにおける階調値Ｎに対応する輝度Ｌｍｉｎを求め、続いて、当該入出力特性Ｂにおいて輝度Ｌｍｉｎが得られたときの階調値ｎを求める。そして、この階調値ｎを入力階調値Ｎに対する補正値として設定する。これにより、例えば、第１補正テーブルにおいて、入力データＮに対応する補正データｎが設定されたこととなる。このようにして、全ての階調値０〜Ｎに対して補正値を求めることにより、画素Ｐ（１，１）における第１補正テーブルを作成すると、次の画素、例えば、画素（１，２）についても同様の手順によって第１補正テーブルを作成する。このようにして、全ての画素についての第１補正テーブルを作成する。
このように、輝度が最小であった基準画素Ｐｍｉｎ（ｉ，ｊ）の入出力特性に応じて、他の画素の入出力特性を補正するので、面内ムラ（照明ムラ）を解消することができる。
【００３７】
なお、上述は、第１補正テーブルについて述べたが、第２補正テーブルの作成、並びに、第２照明ムラ補正部３５における照明ムラ補正についても、同様に行われる。なお、上記第１補正テーブル等の作成は、製造時、メンテナンス時などに行われるものとする。
なお、本実施形態では、各画素に対応して第１補正テーブル、第２補正テーブルを設けることとしたが、画素毎ではなく、例えば、複数の画素で構成される所定の領域ごとに第１補正テーブル、第２補正テーブルを備えることとしても良い。
【００３８】
〔光量調整処理〕
次に、光量調整処理について説明する。
上述したように、本実施形態では、各色の照明光を射出するＬＥＤ２ａ，２ｂ，２ｃを光源として用いている。これら各ＬＥＤ２ａ，２ｂ，２ｃから射出される照明光の光量は常に均等とされることが好ましいが、経年劣化などにより各ＬＥＤ２ａ，２ｂ，２ｃから射出される照明光にばらつきが生じ、この結果、ホワイトバランス等が低下するという状況が発生する。このような照明光の光量のばらつきを解消するのが、当該光量調整処理である。
【００３９】
まず、表示画像生成部３３は、テスト画像記憶部４４に記憶されているテスト画像データを読み出し、このテスト画像データから表示画像を生成し、この表示画像を第１照明ムラ補正部３４及び第２照明ムラ補正部３５に出力する（図６のステップＳＡ１）。ここで、例えば、テスト画像データは、全ての画素が最大階調値（例えば、２５５）に設定されている。第１照明ムラ補正部３４は第１補正データ記憶部３８から第１補正テーブルを取得し、この第１補正テーブルを用いて表示画像に照明ムラ補正を行い、第１表示駆動制御部３６に出力する（図６のステップＳＡ２）。第１表示駆動制御部３６は、照明ムラ補正後の表示画像に基づいてＤＭＤ５ａの駆動制御を行う（図６のステップＳＡ３）。
【００４０】
同様に、第２照明ムラ補正部３５は、第２補正テーブルを用いて表示画像に照明ムラ補正を行い、これを第２表示駆動制御部３７に出力する（図６のステップＳＡ４）。第２表示駆動制御部３７は、照明ムラ補正後の表示画像に基づいてＤＭＤ５ｂの駆動制御を行う（図６のステップＳＡ５）。
【００４１】
続いて、システム制御部４０は、光源制御部４１に各ＬＥＤ２ａ，２ｂ，２ｃの光量制御値ｒ０，ｇ０，ｂ０を与えるとともに、この光量制御値ｒ０，ｇ０，ｂ０で各ＬＥＤｒ０，ｇ０，ｂ０を順次点灯させる点灯命令を出力する（図６のステップＳＡ６）。具体的には、赤色のＬＥＤ２ａに対する光量制御値ｒ０には初期設定値としてｒ０＝αが設定されており、同様に、緑色のＬＥＤ２ｂには、初期設定値としてｇ０＝βが、青のＬＥＤ２ｃには、初期設定値としてｂ０＝γが設定されている。
【００４２】
光源制御部４１は、初期設定値α，β，γに設定された光量制御値ｒ０，ｇ０，ｂ０及び点灯命令を受けると、まず、ＬＥＤ２ａを駆動するＬＥＤ駆動部４２ａに対して光量制御値ｒ０＝αを出力する。これにより、ＬＥＤ駆動部４２ａから光量制御値ｒ０に応じた電流がＬＥＤ２ａに印加されることにより、ＬＥＤ２ａが点灯する（図７のステップＳＡ７）。この光は、テーパロッド３、導光部４ａ，４ｂ、ＤＭＤ５ａ，５ｂ、投影光学部６ａ，６ｂを経由して、スクリーン１５に投影される。この状態で、投影光の光量が光センサ２０によって検出され、この値がセンサ駆動部２１を介してシステム制御部４０に入力される。システム制御部４０は、この光量を赤の照明光の実光量ｒ１として記憶する（図７のステップＳＡ８）。
【００４３】
このようにして赤色の光量検出が終了すると、光源制御部４１は、ＬＥＤ２ｂを駆動するＬＥＤ駆動部４２ｂに対して光量制御値ｇ０＝βを出力する。これにより、ＬＥＤ駆動部４２ｂから光量制御値ｇ０に応じた電流がＬＥＤ２ｂに印加されることにより、ＬＥＤ２ｂが点灯し（図７のステップＳＡ９）、上述と同様、緑色の投影光の光量が光センサ２０によって検出され、その値が緑の照明光の実光量ｇ１としてシステム制御部４０に記憶される（図７のステップＳＡ１０）。
そして、青色のＬＥＤ２ｃについても同様の作動が行われ、青色の照明光の実光量ｂ１がシステム制御部４０に記憶される（図７のステップＳＡ１１，ＳＡ１２）。
【００４４】
次に、システム制御部４０は、各色における入出力比を求める。具体的には、ｒ１／ｒ０，ｇ１／ｇ０，ｂ１／ｂ０をそれぞれ算出し、更に、この中での最小値Ｃを決定する（図７のステップＳＡ１３）。
続いて、この最小値Ｃが予め設定されている許容範囲内であるか、例えば、ａ≦Ｃ≦１．０であるか否かを判定する（図７のステップＳＡ１４）。ここで、上記ａは、任意に設定される閾値である。この結果、最小値Ｃが許容範囲内であった場合には、各色の光量が略均一であると判断し、現時点における光量制御値ｒ０，ｇ０，ｂ０の値を保存し（図７のステップＳＡ１５）、当該処理を終了する。
【００４５】
一方、最小値Ｃが許容範囲外であった場合には、Ｃ＝ｒ１／ｒ０であるか否かを判定する（図７のステップＳＡ１６）。この結果、Ｃ＝ｒ１／ｒ０であった場合には、光量制御値ｒ０に実光量ｒ１を設定し、光量制御値ｇ０に（β／α）・ｒ１を設定し、光量制御値ｂ０に（γ／α）・ｒ１を設定することで、各光量制御値ｒ０，ｇ０，ｂ０を更新して（図７のステップＳＡ１７）、上述のステップＳＡ７に戻り、ステップＳＡ７以降の処理を再度行う。
【００４６】
一方、上記ステップＳＡ１６において、ｒ１／ｒ０＝Ｃでなかった場合には、ｇ１／ｇ０＝Ｃであるか否かを判定する（図７のステップＳＡ１８）。この結果、Ｃ＝ｇ１／ｇ０であった場合には、光量制御値ｇ０に実光量ｇ１を設定し、光量制御値ｒ０に（α／β）・ｇ１を設定し、光量制御値ｂ０に（γ／β）・ｇ１を設定することで、各光量制御値ｒ０，ｇ０，ｂ０を更新して（図７のステップＳＡ１９）、上述のステップＳＡ７に戻り、ステップＳＡ７以降の処理を再度行う。
【００４７】
更に、上記ステップＳＡ１８において、ｇ１／ｇ０＝Ｃでなかった場合には、光量制御値ｂ０に実光量ｂ１を設定し、光量制御値ｒ０に（α／γ）・ｂ１を設定し、光量制御値ｇ０に（β／γ）・ｂ１を設定することで、各光量制御値ｒ０，ｇ０，ｂ０を更新し（図７のステップＳＡ２０）、上述のステップＳＡ７に戻り、ステップＳＡ７以降の処理を再度行う。
【００４８】
このようにして光量制御値ｒ０，ｇ０，ｂ０を更新することにより、ステップＳＡ１４において、入出力比の最小値Ｃが許容範囲内であると判定されると、システム制御部４０はその時点における光量制御値ｒ０，ｇ０，ｂ０を保存し（図７のステップＳＡ１５）、光量調整処理を終了する。
上述した光量調整処理は、例えば、製造時、キャリブレーション時、運転継続時間が所定期間に達したとき、ユーザによって指令が入力されたときなどに行われる。そして、画像投影時においては、常に、この光量制御値に基づいてＬＥＤ２ａ，２ｂ，２ｃが駆動制御されることにより、良好な照明光を光源部２から射出させることができ、ホワイトバランス等のとれた品質の高い投影画像をスクリーン上に表示することができる。
なお、実際の画像投影時においても上述した光量調整処理におけるステップＳＡ７からステップＳＡ１９の処理を繰り返し実行することとしても良い。このようにすることで、リアルタイムに光量調整処理を行うことが可能となるので、常にホワイトバランスが保持された状態で画像投影を行うことができる。
【００４９】
以上説明してきたように、本実施形態に係る画像投影装置１によれば、光源部２から射出された照明光は、テーパロッド３によりその平行度が高められ、指向性の高い照明光となって光分岐部４へ射出され、少なくとも２つの光路に分岐される。分岐された照明光の光束は、ＤＭＤ５ａ，５ｂによって画像データに応じた変調がそれぞれ与えられ、投影光学部６ａ，６ｂを介してそれぞれ投影される。このようにして、各投影光学部６ａ，６ｂによって投影された光は、スクリーン１５上において重ね合わされることにより、スクリーン１５上に画像が表示される。この場合において、各ＤＭＤ５ａ，５ｂには、テーパロッド３により指向性が高められた照明光が入射されることとなるので、照明光をＤＭＤ５ａ，５ｂの許容入射角度内で漏れなく入射させることができる。これにより、画像の形成に利用されない不要な光の低減を図ることができる。
【００５０】
また、テーパロッド３においては、入射端面の面積と射出端面の面積との比が大きいほど、平行度を高めることができる。ここで、例えば、ＤＭＤ５を１つしか備えていない場合、ＤＭＤ５のサイズ、より詳しくは、ＤＭＤの許容入射角度に応じてテーパロッド３の射出端面のサイズが決まってしまうことから、テーパロッド３から射出される照明光の平行度も制限されてしまうこととなる。つまり、入射端面と射出端面との比が制限されてしまうことから、ある一定の値以上の平行度を得ることができないこととなる。したがって、その平行度の程度によっては、ＤＭＤの許容入射角度内に全ての光を入射させることが難しいこととなる。
【００５１】
これに対し、本実施形態に係る画像投影装置１では、複数のＤＭＤ５ａ，５ｂを備えており、テーパロッド３の射出端面から射出された光は、光分岐部４によってそれぞれ分岐されて各ＤＭＤ５ａ，５ｂへ導かれることとなるので、ＤＭＤ５ａ，５ｂのサイズにかかわらずにテーパロッド３の射出端面のサイズを決めることができる。これにより、入射端面の面積と射出端面の面積との比を所望の値とすることができ、好適な平行度を有する照明光を射出させることが可能となる。また、平行度をより高めるために、射出端面を更に大きくする場合には、その程度に応じて、ＤＭＤの設置数を増加させればよいこととなる。換言すると、本実施形態の画像投影装置１においては、まずは、所望の平行度を得るために必要な出射端面のサイズを決定し、そのサイズに応じてＤＭＤの設置台数を決定すればよい。これにより、テーパロッド３から射出された照明光を漏れなく画像形成に有効に利用することができる。
【００５２】
なお、本実施形態では、テーパロッド３より射出された照明光を２つの光路に分岐していたが、この例に限られず、例えば、３以上の光路に分岐することとしても良い。この場合、分岐した光路数と同数のＤＭＤを設け、分岐した各照明光をそれぞれのＤＭＤに入射させることとすれば良い。
【００５３】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係る画像投影装置について説明する。
図７は、本実施形態に係る画像投影装置の全体構成を示した図である。図７に示すように、本実施形態に係る画像投影装置は、光源部２の配置位置が図１に示した第１の実施形態に係る画像投影装置と異なる。具体的には、光源部２が導光部４ａ，４ｂの光路長が略等しくなるような位置に設置されている。このように、導光部４ａ，４ｂの光路長を略等しくすることにより、光の減衰を略同量にすることが可能となる。これにより、光路長の相違に起因する光量分布の偏りを緩和することができる。
【００５４】
次に、上述した第１または第２の実施形態における光源部２の変形例について説明する。
上述した第１または第２の実施形態では、光源部２としてダイクロイック・クロス・プリズム２ｄを用い、３方向からダイクロイック・クロス・プリズム２ｄにそれぞれ入射した赤、緑、青の照明光をテーパロッド３へと射出していた。本実施形態においては、このような光源部２に代えて、図８及び図９に示すような構成の光源部５０を用いることとしている。
【００５５】
図８は、本実施形態に係る光源部の平面図、図９は図８の縦断面図である。
図８及び図９に示すように、この変形例の光源部５０は、複数の赤色のＬＥＤ５１ａ、複数の緑色のＬＥＤ５１ｂ、複数の青色のＬＥＤ５１ｃが円周上に配列された光源ユニット５２と、この光源ユニット５２を支持する支持部材５３と、この光源ユニット５２に対してその配列中心軸回りに回転させられる回転ロッド５４とを備える回転光学系が用いられる。
【００５６】
各ＬＥＤ５１ａ，５１ｂ，５１ｃは、順次点灯させられる。回転ロッド５４は、モータ５５により回転させられる。回転ロッド５４は、モータ５５の軸端から半径方向に片持梁状に延び、その自由端が各ＬＥＤ５１ａ，５１ｂ，５１ｃに対して、軸方向に対向して配置されるようになっている。回転ロッド５４の自由端には、ＬＥＤ５１ａ，５１ｂ，５１ｃから射出された照明光を取り込むための入射端５４ａが設けられている。円周上に配列された複数のＬＥＤ５１ａ，５１ｂ，５１ｃの点灯タイミングに同期して、回転ロッド５４が軸回りに回転させられることにより、回転ロッド５４の入射端５４ａに対向するＬＥＤ５１ａ，５１ｂ，５１ｃから発せられた照明光が入射端５４ａから回転ロッド５４内に取り込まれることとなる。回転ロッド５４内に取り込まれた照明光は、回転ロッド５４の出射端５４ｂに光学的に接続されるテーパロッド３に導かれることとなる。
【００５７】
このような光源部５０によれば、回転ロッド５４を高速で回転させて、回転ロッド５４の入射端５４ａに対応するＬＥＤのみから照明光を順次、射出するようにする。つまり、図２に示したＬＥＤ駆動部４２ａ，４２ｂ，４２ｃによって、回転ロッド５４の回転とＬＥＤ５１ａ，５１ｂ，５１ｃの点滅を同期させ、回転ロッド５４の回転に伴って、対応する光源５１ａ，５１ｂ，５１ｃのみを順次点灯させるようにする。このようにすると、各々の光源５１ａ，５１ｂ，５１ｃは、回転ロッド５４が対向に位置するときのみ点灯すれば良く、常時点灯する必要がない。これに対して、回転ロッド５４には、常にいずれかの５１ａ，５１ｂ，５１ｃから照明光が供給されるので、回転ロッド５４の射出端５４ｂからは一定の照明光が照射される。このような回転光学系を光源部５０として採用することにより、全てのＬＥＤ５１ａ，５１ｂ，５１ｃを常に点灯させる必要がなくなるので、更に高輝度な照明光を提供することが可能となる。
【００５８】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態に係る画像投影装置について説明する。
本実施形態に係る画像投影装置は、光変調デバイスとしてＬＣＤパネルを用いる点、及び、各ＬＥＤから射出された照明光をＰ偏向とＳ偏向とに分離することにより２つの光束に分岐する点で、上述した第１の実施形態に係る画像投影装置と異なる。
以下、本実施形態の画像投影装置について、第１の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
【００５９】
図１０は本実施形態に係る画像投影装置の全体構成図、図１１は図１０のＢ−Ｂ方向から見た平面図である。
図１０及び図１１に示すように、本実施形態に係る画像投影装置は、赤色ＬＥＤ２ａ，緑色ＬＥＤ２ｂ，青色ＬＥＤ２ｃを光源として備えている。
赤色ＬＥＤ２ａから射出された赤色照明光の光路上には、テーパロッド３ａ、及び、赤色照明光をＰ偏向光とＳ偏向光とに分離する偏向ビームスプリッタ６２ａが設けられている。偏向ビームスプリッタ６２ａによって分離された赤色照明光のＰ偏光は、導光部によって赤色に対応するＬＣＤパネル６４ａに入射されるようになっている。また、赤色照明光のＳ偏光は、導光部６５ａによって赤色に対応するＬＣＤ６６ａに入射されるようになっている。
【００６０】
同様に、緑色ＬＥＤ２ｂから射出された緑色照明光の光路上には、テーパロッド３ｂ、及び、緑色照明光をＰ偏光とＳ偏光とに分離する偏向ビームスプリッタ６２ｂが設けられている。偏向ビームスプリッタ６２ｂによって分離された緑色照明光のＰ偏光は、導光部によって緑色に対応するＬＣＤパネル６４ｂに入射されるようになっている。また、緑色照明光のＳ偏光は、導光部６５ｂによって緑色に対応するＬＣＤ６６ｂに入射されるようになっている。
【００６１】
同様に、青色ＬＥＤ２ｃから射出された青色照明光の光路上には、テーパロッド３ｃ、及び、青色照明光をＰ偏光とＳ偏光とに分離する偏向ビームスプリッタ６２ｃが設けられている。偏向ビームスプリッタ６２ｃによって分離された青色照明光のＰ偏光は、導光部によって青色に対応するＬＣＤパネル６４ｃに入射されるようになっている。また、青色照明光のＳ偏光は、導光部６５ｃによって青色に対応するＬＣＤ６６ｃに入射されるようになっている。
【００６２】
ＬＣＤパネル６４ａ〜６４ｃ，６６ａ〜６６ｃは、画素毎に透過率が制御されるものである。これにより、各ＬＣＤパネル６４ａ〜６４ｃ，６６ａ〜６６ｃを透過する照明光の光量を画素毎に調節することができるようになっている。各ＬＣＤパネル６４ａ，６４ｂ，６４ｃの射出面は、ダイクロイック・クロス・プリズムの互いに異なる入射面に接するように配置されている。これにより、ＬＣＤパネル６４ａ，６４ｂ，６４ｃから射出された各色の照明光は、ダイクロイック・クロス・プリズムの３つの異なる入射面から入射された後に合成され、この合成光が投影光学部６ａへ射出されて、投影レンズを介してスクリーン１５に投影されることとなる。
【００６３】
同様に、各ＬＣＤパネル６６ａ，６６ｂ，６６ｃの射出面は、ダイクロイック・クロス・プリズムの互いに異なる入射面に接するように配置されている。これにより、ＬＣＤパネル６４ａ，６４ｂ，６４ｃから射出された各色の照明光は、ダイクロイック・クロス・プリズムの３つの異なる入射面から入射された後に合成され、この合成光が投影光学部６ａへ射出されて、投影レンズを介してスクリーン１５に投影されることとなる。
これにより、スクリーン１５上では、投影光学部６ａ，６ｂからの光が重なり合わせられることにより、視認性の高い良質な投影画像が表示されることとなる。
【００６４】
なお、本実施形態においては、光変調デバイスとして透過型のＬＣＤを用いたが、これに代えて、反射型のＬＣＤを用いることとしても良い。また、上述の第１から第３の実施形態においては、光源部２を構成する光源素子としてＬＥＤを用いたが、これに代えて、白色のランプ光源など、他の光源を用いることとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る画像投影装置の全体構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る画像投影装置の制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】画素配列について説明するための図である。
【図４】第１補正テーブルの一例を示した図である。
【図５】第１補正テーブルの作成手順について説明するために用いる入出力特性を示した図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る光量調整処理の手順を示したフローチャートである。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る光量調整処理の手順を示したフローチャートである。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る画像投影装置の全体構成を示す図である。
【図９】光源部の変形例を示した平面図である。
【図１０】図８の縦断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る画像投影装置の全体構成を示す図である。
【図１２】図１０のＢ−Ｂ方向から見た平面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１  画像投影装置
２  光源部
２ａ，２ｂ，２ｃ  ＬＥＤ
３  テーパロッド
４  光分岐部
５ａ，５ｂ  ＤＭＤ
６ａ，６ｂ  投影光学部
２０  光センサ
３１  画像入力部
３２  画像処理部
３３  表示画像生成部
３４  第１照明ムラ補正部
３５  第２照明ムラ補正部
３６  第１表示駆動制御部
３７  第２表示駆動制御部
３８  第１補正データ記憶部
３９  第２補正データ記憶部
４０  システム制御部
４１  光源制御部
４２ａ，４２ｂ，４２ｃ  ＬＥＤ駆動部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2008039985.tif 000010
【図９】
2008039985.tif 000011
【図１０】
2008039985.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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