(57)【要約】【課題】絞り機構を積極的に画作りに活用し、表示させる映像と絞り機構の動作とを可能な限り同期させ、映像の切り変わり目に起きやすい表示映像の不自然な輝度変化を緩和する。【解決手段】映像信号に基づいて画像を形成する表示パネルによって光変調した画像をスクリーンに投影する画像投影装置であって、投射光の伝達経路内に配置される絞り機構と、映像信号の信号レベルが所定値以下となるのを検出する信号レベル検出手段と、前記表示パネルに供給する映像信号を所定時間遅延させる信号遅延手段と、前記信号レベル検出手段が映像信号の信号レベルが所定値以下となるのを検出した場合に、絞り動作信号を生成する絞り動作信号生成手段と、前記絞り動作信号生成手段が生成した絞り動作信号に基づいて前記絞り機構を制御する絞り機構制御手段とを備える。【選択図】図５
2013041214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像信号に基づいて画像を形成する表示パネルによって光変調した画像をスクリーンに投影する画像投影装置であって、
投射光の伝達経路内に配置される絞り機構と、
映像信号の信号レベルが所定値以下となるのを検出する信号レベル検出手段と、
前記表示パネルに供給する映像信号を所定時間遅延させる信号遅延手段と、
前記信号レベル検出手段が映像信号の信号レベルが所定値以下となるのを検出した場合に、絞り動作信号を生成する絞り動作信号生成手段と、
前記絞り動作信号生成手段が生成した絞り動作信号に基づいて前記絞り機構を制御する絞り機構制御手段と
を備えたことを特徴とする画像投影装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像投影装置において、
前記信号遅延手段を経由した映像信号と経由しない映像信号とを選択的に切り替える信号切替手段
を備えたことを特徴とする画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像投影装置の制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
透過型液晶パネル等を使用した画像投影装置（プロジェクタ）は、映像信号が黒レベルに近い場合の投射光の遮光が十分でないため、画像上の黒の部分が沈まずにコントラスト比が悪いことが知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この種の透過型の画像投影装置には、黒の映像の場合に黒を沈ませるために光源からの出力光を絞る、いわゆる絞り機構を装備しているのが一般的である。
【０００４】
絞り機構は、表示する映像信号の信号レベルに応じて動作させるのが一般的であるが、絞り機構の動作そのものが遅く、急激な輝度変化がある映像には十分に対応できないという問題があった。
【０００５】
絞り機構の動作待機時間（絞り動作信号が与えられてから絞り動作が完了するまでの時間）は、速いものでも１００ｍＳ程度である。この時間は１／６０フレームの映像信号の約６フレーム分に相当する。６フレームの遅延は、観察者からは明らかなズレとして認識できる時間差である。４フレーム程度の遅延であっても、ズレを認識することができる。
【０００６】
このため、多くの場合、映像の切り替わりに同期させずに絞りを動作させている。さらに、動作させる信号レベルもほとんど黒の信号レベルに設定されている。この設定条件は、通常使用状態で絞りは動作させず、コントラスト比を測定する時などに黒の映像でのみ動作させるものであり、ほとんど実用性の無い機能である。
【０００７】
一方、特許文献１には、映像信号の輝度変化に順応するため、視覚効果への影響を軽減させる目的で、絞り開閉時間を映像信号により可変させる方法が開示されている。しかしながら、急激な輝度変化の生じた映像信号への対応という問題は解消できていない。
【０００８】
また、近年では超短焦点プロジェクタと呼ばれる画像投影装置が製品化されている。超短焦点プロジェクタは、投影画面サイズは従来通りであるが、投影面（スクリーン）までの空間距離を短くしたものである。投影面までの距離が短いため、以下の利点がある。
１．画像投影装置をスクリーン近くに配置して使用することができるため、スペースを有効活用することができ、狭い会議室などに適する。
２．説明者に投射光が当たりにくいので、まぶしくないとともに、写り込みがおきない。
３．画像投影装置と観察者が離れるので、画像投影装置からの発熱や騒音に悩まされない。
【０００９】
このような画像投影装置では投射距離が短いため、スクリーンの画面外の下あるいは上方向に配置するものである。このような配置の場合、スクリーン面に投影される光の角度が浅くなり、反射される光が多くなってしまう。
【００１０】
図１は画像投影装置のスクリーンに対する投影の例を示す図である。超短焦点型の画像投影装置１は、図１に示すように映像を表示するスクリーン６に近い位置に設置し、表示画面が画像投影装置１に被らないように表示画面の外側に配置される。スクリーン６と画像投影装置１の間隔はおおよそ数十ｃｍあり、間隔が広がると投影画面サイズは大きくなる。
【００１１】
スクリーン６に投影される映像の画像投影装置１から遠い側の表示画面端（表示画面遠端）のポイントａにおける入射角度θａと、近い側の表示画面端（表示画面近端）のポイントｂにおける入射角度θｂは、通常の正面方向から投射する画像投影装置に比べて小さい（浅い）ものとなる。
【００１２】
スクリーン６として一般に広く使用されているマットスクリーンは、スクリーン正面からの入射光を正面側に反射することで明るさを得ている。斜めから入射した光のかなりの量は入射角度と同じ角度で入射光と反対側に反射する。超短焦点プロジェクタのようにスクリーンへの入射角度が浅い場合、入射側と反対側への反射光の角度も必然的に浅くなり、スクリーン外への反射分が多くなり、結果として輝度が下がった映像を利用者は見ることになってしまう。
【００１３】
従って、通常の正面方向から投射する画像投影装置と同程度の正面側への輝度を保つためには光源の光量を多めに設定する必要があり、スクリーン６からの正面方向以外への反射光による天井や壁を介した多重反射により黒レベル表示の際の黒の沈みがいっそう悪化する傾向がある。
【００１４】
本発明は上記の従来の問題点に鑑み提案されたものであり、その目的とするところは、絞り機構を積極的に画作りに活用し、表示させる映像と絞り機構の動作とを可能な限り同期させ、映像の切り変わり目に起きやすい表示映像の不自然な輝度変化を緩和することのできる画像投影装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決するため、本発明にあっては、映像信号に基づいて画像を形成する表示パネルによって光変調した画像をスクリーンに投影する画像投影装置であって、投射光の伝達経路内に配置される絞り機構と、映像信号の信号レベルが所定値以下となるのを検出する信号レベル検出手段と、前記表示パネルに供給する映像信号を所定時間遅延させる信号遅延手段と、前記信号レベル検出手段が映像信号の信号レベルが所定値以下となるのを検出した場合に、絞り動作信号を生成する絞り動作信号生成手段と、前記絞り動作信号生成手段が生成した絞り動作信号に基づいて前記絞り機構を制御する絞り機構制御手段とを備える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明にあっては、絞り機構を積極的に画作りに活用し、表示させる映像と絞り機構の動作とを可能な限り同期させ、映像の切り変わり目に起きやすい表示映像の不自然な輝度変化を緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】画像投影装置のスクリーンに対する投影の例を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる画像投影装置の外観の例を示す図である。
【図３】画像投影装置の配置の例を示す図である。
【図４】画像投影装置のハードウェア構成例を示す図である。
【図５】画像投影装置の画像投影にかかる機能構成の例を示す図である。
【図６】加速度センサによる角度検出の例を示す図である。
【図７】信号レベル検出の例を示す図である。
【図８】信号遅延を行わない場合の絞り駆動レベル検出から絞り機構動作までのタイムラグの例を示す図である。
【図９】信号遅延を行った場合の絞り駆動レベル検出から絞り機構動作までのタイムラグの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施形態につき説明する。なお、画像投影装置として縦型の超短焦点プロジェクタを例として説明するが、これに限らず、任意のプロジェクタを対象とすることができる。
【００１９】
図２は本発明の一実施形態にかかる画像投影装置１の外観の例を示す図である。
【００２０】
本実施形態の画像投影装置１は、装置上面の投射口２より光を出射し、スクリーン６に画像を投影する。画像投影装置１は、投影画面サイズは一般のプロジェクタと同様であるが、投影面までの距離が短いことを特徴としている。このような超短焦点を実現する技術として、例えば特開２００７−３１６６７４公報に記載されている投射光学系がある。
【００２１】
また、画像投影装置１は、縦型の形状であることも特徴としている。縦型にすることで設置スペースを小さくできるという利点がある。
【００２２】
装置上面に配置された操作部３は、複数のボタンで構成されており、電源のＯＮ／ＯＦＦや各種設定の操作、入力信号の切り替えなどに使用することができる。
【００２３】
装置側面には、接続端子４や通気口５が配置されている。接続端子４には、コンピュータやＤＶＤプレーヤなどの各種映像機器からのケーブルを接続し、映像信号を入力することができる。また、通気口５では、内部のファンを用いて外気との間で吸排気する。これにより、筐体内のランプや光学系などの冷却を行う。
【００２４】
図３は画像投影装置１の配置の例を示す図であり、会議室等を側面から見た図である。
【００２５】
画像投影装置１０は、比較のために示した通常の焦点距離のプロジェクタである。通常の焦点距離の場合、スクリーン６からある程度離れた位置（図ではテーブル８の中央付近）に設置する必要がある。これに対し、本実施形態の画像投影装置１は、焦点距離が短いので、スクリーン６の近傍（図では台９の上）に設置することができる。
【００２６】
通常の画像投影装置１０の場合、テーブル８上に設置スペースを確保する必要がある。また、説明者はスクリーン６の前に立って説明するので、画像投影装置１０からの投射光をまぶしく感じたり、投射光を体の一部でさえぎってしまって投影画像の一部が見えなかったりといった問題が発生する。また、会議などの参加者はテーブル８の周囲に座るので、画像投影装置１０からの発熱や騒音が問題になる。
【００２７】
画像投影装置１の場合、スクリーン６の近傍に設置するので、テーブル８上に設置スペースを用意する必要がない。また、説明者は画像投影装置１の前に立って説明できるので、投射光をまぶしく感じたり、投射光をさえぎったりすることがない。画像投影装置１は参加者からも離れているので、発熱や騒音に悩まされることもない。また、縦型であるため、設置スペースを小さくすることができる。画像投影装置１は更に背の高い縦型とすることもでき、設置スペースをより小さくすることができる。
【００２８】
図４は画像投影装置１のハードウェア構成例を示す図である。
【００２９】
画像投影装置１は、ランプ１０４、照明光学系１０３、光変調器１０２、投射光学系１０１を備える。ランプ（光源）１０４から出た光は、照明光学系１０３のレンズやミラーを介して、光変調器１０２に照射される。光変調器１０２は液晶パネル等により構成されるもので、外部から入力された映像信号を元に画像を形成することができる。光変調器１０２で変調された光は投射光学系１０１のレンズやミラーを介して、スクリーン６（図２）に投影される。
【００３０】
また、画像投影装置１は電源１０５を備え、ランプ１０４や光変調器１０２、ファン１１８などに電力を供給する。
【００３１】
光変調器１０２、ランプ１０４、電源１０５には、それぞれの動作を制御する制御ユニット（１０６、１０７、１０８）が設けられ、それらはシステム制御ユニット１０９にて統括的に制御される。
【００３２】
システム制御ユニット１０９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリなどで構成され、各種入力情報を元に画像投影装置１全体の動作を制御するものである。
【００３３】
外部からの映像信号は、外部インターフェイス１１５を介して画像投影装置１に入力される。映像信号は、映像信号処理ユニット１１４およびシステム制御ユニット１０９で処理した後、光変調器制御ユニット１０６に命令が送られ、光変調器１０２の動作に反映される。
【００３４】
ユーザが画像投影装置１を操作する場合、操作パネル１１１もしくはリモコン１１３を使用する。操作パネル１１１での操作は直接にシステム制御ユニット１０９に通知される。また、リモコン１１３での操作はリモコン受信機１１２を介してシステム制御ユニット１０９に通知される。通知を受けたシステム制御ユニット１０９は、通知に対応した処理を実施する。
【００３５】
また、ユーザは表示装置１１０を介して、画像投影装置１の状態を知ることができる。表示装置１１０は例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）などで構成されている。表示装置１１０は、画像投影装置１の電源のＯＮ／ＯＦＦやエラー発生などに応じて、システム制御ユニット１０９からの通知を受け、ＬＥＤをＯＮ／ＯＦＦすることで、ユーザに機器状態を通知することができる。
【００３６】
また、画像投影装置１は、加速度センサ１１６、温度センサ１１７といった各種センサを備える。
【００３７】
加速度センサ１１６は画像投影装置１の傾きを測定することができる。測定した傾き情報はシステム制御ユニット１０９に通知され、投射画像のキーストン補正（台形歪み補正）に使用することができる。
【００３８】
温度センサ１１７は画像投影装置１内の温度を測定することができる。測定した温度情報はシステム制御ユニット１０９に通知され、画像投影装置１内を適切な温度状態にするため、ファン１１８の回転数を変更したり、温度が高すぎる場合はシステム異常として投影を中止したりするなどの制御を行う。
【００３９】
ファン１１８は、画像投影装置１内部と外部の空気の吸気・排気に使用する。また、筐体内の空気の流れを制御し、高温の部品に空気を当てて、適切な温度になるよう冷却を行う。
【００４０】
図５は画像投影装置１の画像投影にかかる機能構成の例を示す図である。
【００４１】
図５において、画像投影に関し、アナログデジタル変換部（ＡＤＣ：Analog-Digital Converter）１２１と画角変換部１２２と加速度センサ１１６と信号遅延部１２３と信号切替部１２４とガンマ補正部１２５とパネル駆動部１２６と信号レベル検出部１２７と絞り動作信号生成部１２８と絞り機構制御部１２９と照明光学系１０３と表示パネル１３４と投射光学系１０１とを備えている。照明光学系１０３は光源１３０と絞り機構１３１と集光レンズ１３２とフィルタ１３３とを備え、投射光学系１０１はフィルタ１３５と投射レンズ１３６とを備えている。表示パネル１３４は光変調器１０２（図４）に相当する。なお、画角変換部１２２の後段に信号遅延部１２３と信号切替部１２４を配置した例について図示しているが、これに代えて、ガンマ補正部１２５の後段に信号遅延部１２３と信号切替部１２４を配置してもよい。要は映像信号の伝達経路内に信号遅延部１２３が挿入され得る構成とすればよい。
【００４２】
動作にあっては、入力端子より映像信号が入力されると、アナログ信号の場合、アナログデジタル変換部１２１によりアナログ信号の映像信号をデジタル信号の映像信号に変換する。以降、ほとんどの処理はデジタル信号の状態で行われる。入力される映像信号がデジタル信号である場合、アナログデジタル変換部１２１は省略することができる。
【００４３】
デジタル化された映像信号に対し、画角変換部１２２は、表示パネル１３４への表示画素数に応じて画角の変換を行うとともに、加速度センサ１１６から与えられる角度情報に基づき、キーストン補正を行う。画像投影装置１がスクリーン６（図２）に対して仰ぐ方向に傾いている場合、表示画像の上辺が広くなる台形状になるため、上辺側の画角を狭めるか、下辺側の画角を広げるか、それらの両者を同時に行うかのいずれかの処理を行う。
【００４４】
図６は加速度センサ１１６による角度検出の例を示す図であり、図示のように、例えば画像投影装置１に対し加速度センサ１１６を４５度傾けて垂直に配置した状態とする。加速度センサ１１６は、Ｘ軸方向の加速度ｇＸ、Ｙ軸方向の加速度ｇＹを測定することができる。このとき、傾斜角度θ（＋Ｘ軸から＋Ｙ軸方向へ重力がなす角度）は、加速度値ｇＸ、ｇＹを使って、次式で計算することができる。
【００４５】
θ  ＝  ｔａｎ−１（ｇＹ／ｇＸ）
図５に戻り、画角変換された映像信号に対し、信号遅延部１２３は、所定数（例えば、２フレーム）の遅延を行う。信号遅延部１２３は、例えば複数段のフレームメモリから構成され、１段のフレームメモリにより１フレーム分の遅延を行うことができる。
【００４６】
次いで、信号切替部１２４は、画角変換部１２２から出力される映像信号と信号遅延部１２３から出力される遅延した映像信号とを選択的に通過させる。信号切替部１２４は、上位の制御系により制御され、信号遅延部１２３による映像信号を用いる場合には信号遅延部１２３側を選択し、信号遅延部１２３による映像信号を用いない場合は画角変換部１２２側を選択する。
【００４７】
次いで、信号切替部１２４を通過した映像信号に対し、ガンマ補正部１２５はガンマ補正を行う。一般に表示デバイスは映像信号の強度に対して線形ではなく、入力ｘに対して画面出力ｙはｙ＝ｘγと近似することができるため、表示パネル１３４の特性に対応する値γを予め設定し、映像信号の各色信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に対して［１／γ］乗することで、入力に対して画面出力が線形に変化するように補正する。
【００４８】
ガンマ補正された映像信号に基づき、パネル駆動部１２６は表示パネル１３４に適した駆動信号に変換し、表示パネル１３４を駆動する。
【００４９】
また、光源１３０から発せられた光は照明光学系１０３の絞り機構１３１、集光レンズ１３２およびフィルタ１３３を通して表示パネル１３４に入り、表示パネル１３４で映像信号により光変調された光は投射光学系１０１のフィルタ１３５および投射レンズ１３６を通してスクリーン６に投射される。
【００５０】
一方、アナログデジタル変換部１２１によりデジタル化された映像信号に対し、信号レベル検出部１２７は、信号レベルを監視し、絞り機構１３１を動作するべき所定の信号レベルを下回ったことを検出する。信号レベルとしては、ＡＰＬ（Average Picture Level）や白ピークレベルを用いる。
【００５１】
図７は信号レベル検出の例を示す図である。図７（ａ）に示すように、水平期間で白１００％の信号レベルが連続する場合は、ＡＰＬや白ピークレベルは所定の閾値を下回らず、絞り機構１３１を動作すべき検出は行わない。また、図７（ｂ）に示すように、水平期間で白２０％の信号レベルが連続する場合も、ＡＰＬや白ピークレベルは所定の閾値を下回らず、絞り機構１３１を動作すべき検出は行わない。これに対し、図７（ｃ）に示すように、水平期間で白１０％の信号レベルが連続する場合は、ＡＰＬや白ピークレベルは所定の閾値を下回り、絞り機構１３１を動作すべきことを検出する。
【００５２】
図５に戻り、信号レベル検出部１２７の検出結果に基づき、絞り動作信号生成部１２８は絞り動作信号を生成する。
【００５３】
そして、絞り動作信号生成部１２８の絞り動作信号に基づき、絞り機構制御部１２９は、照明光学系１０３の絞り機構１３１を動作させて遮光（ＯＦＦ）状態とする。これにより、光源１３０から表示パネル１３４に照射される光量をほぼゼロとすることで、黒の沈みをより忠実に再現することができる。
【００５４】
図８は、比較のために信号遅延部１２３による信号遅延を行わない場合の絞り駆動レベル検出から絞り機構動作までのタイムラグの例を示す図である。ａ〜ｈはアナログデジタル変換部１２１から出力される映像信号の各垂直期間を示しており、垂直期間ｂの終端付近で絞り動作信号生成部１２８が絞り動作信号を出力したものとしている。この場合、信号遅延部１２３がない場合であっても、画角変換部１２２とガンマ補正部１２５における処理によりそれぞれ１フレームずつの計２フレームの遅延が発生し、絞り動作信号が出力された直後に垂直期間ａに対応するａ'の映像信号が表示パネル１３４に供給される。ここで、絞り機構１３１は機械的な動作により絞りを絞めるものであるため、絞り動作信号の出力から約６フレーム程度の絞り機構動作待機時間だけ遅れたタイミングで絞り機構１３１が動作する。そのため、垂直期間ｂ'で画面が暗くなってから約４フレーム遅れて絞り機構１３１が動作して完全に暗くなることになり、４フレームというのは観察者に明らかなズレとして認識できるものであるため、不自然さを感じさせることになる。
【００５５】
一方、図９は信号遅延部１２３による信号遅延を行った場合の絞り駆動レベル検出から絞り機構動作までのタイムラグの例を示す図である。図８と同様に、ａ〜ｈはアナログデジタル変換部１２１から出力される映像信号の各垂直期間を示しており、垂直期間ｂの終端付近で絞り動作信号生成部１２８が絞り動作信号を出力したものとしている。ここでは、信号遅延部１２３により２フレームの遅延を行うものとしており、画角変換部１２２とガンマ補正部１２５による２フレームの遅延と合わせて合計で４フレームの遅延となる。そのため、絞り動作信号が出力された後に２フレームの間をおき、垂直期間ａに対応するａ"の映像信号が表示パネル１３４に供給されることとなり、絞り機構動作待機時間（約６フレーム）は変わらないが、垂直期間ｂ"で画面が暗くなってから約２フレーム程度遅れて絞り機構１３１が動作して完全に暗くなる。そのため、観察者に不自然さを感じさせることがなくなる。
【００５６】
以上、本発明の好適な実施の形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に定義された本発明の広範な趣旨および範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正および変更を加えることができることは明らかである。すなわち、具体例の詳細および添付の図面により本発明が限定されるものと解釈してはならない。
【符号の説明】
【００５７】
１          画像投影装置
１０１      投射光学系
１０２      光変調器
１０３      照明光学系
１０４      ランプ
１０５      電源
１０６      光変調器制御ユニット
１０７      ランプ制御ユニット
１０８      電源制御ユニット
１０９      システム制御ユニット
１１０      表示装置
１１１      操作パネル
１１２      リモコン受信機
１１３      リモコン
１１４      映像信号処理ユニット
１１５      外部インターフェイス
１１６      加速度センサ
１１７      温度センサ
１１８      ファン
１２１      アナログデジタル変換部
１２２      画角変換部
１２３      信号遅延部
１２４      信号切替部
１２５      ガンマ補正部
１２６      パネル駆動部
１２７      信号レベル検出部
１２８      絞り動作信号生成部
１２９      絞り機構制御部
１３０      光源
１３１      絞り機構
１３２      集光レンズ
１３３      フィルタ
１３４      表示パネル
１３５      フィルタ
１３６      投射レンズ
２          投射口
３          操作部
４          接続端子
５          通気口
６          スクリーン
７          カメラ
８          テーブル
９          台
１０        画像投影装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５８】
【特許文献１】特開２００８−０４６５７２号公報
【図１】
2013041214.tif 000003
【図２】
2013041214.tif 000004
【図３】
2013041214.tif 000005
【図４】
2013041214.tif 000006
【図５】
2013041214.tif 000007
【図６】
2013041214.tif 000008
【図７】
2013041214.tif 000009
【図８】
2013041214.tif 000010
【図９】
2013041214.tif 000011