JP4677724B2 - 投射型表示装置、及び投射型表示装置の制御方法 - Google Patents
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Description
「日経 エレクトロニクス」、2003年11月24日、p.114
ことができる投射型表示装置、及び投射型表示装置の制御方法を提供することを目的とする。
つまり、従来においては、最高輝度の輝度制御もミラーデバイスで行っているため、ミラーデバイスの使用可能な階調の上限(明るい側)近傍の階調は用いられることが少なく、使用できる階調が少なかった。それに対して本発明においては、各領域における最高輝度の輝度制御を調光手段により行うことができるため、ミラーデバイスは、その使用可能な階調の上限(明るい側)まで画像の表示に用いることができ、使用できる階調が増加され、画像を鮮明にすることができる。
例えば、従来において、画像の暗い領域を表現するには、ミラーデバイスにより入射光の光量を遮るために、ミラーデバイスが表現できる階調の一部(明るい側の階調)が用いられる。そのため、暗い領域は残りの階調を用いて表現されることになる。一方、本発明においては、画像の暗い領域を表現するには、調光手段によりミラーデバイスへの入射光の光量を遮るため、従来では使用できなかった階調の一部も暗い領域の表現に用いることができ、暗い領域においても鮮明に表現することができる。
上記の構成を実現するために、より具体的には、調光手段が分割した領域ごとに入射光を調光するエレクトロクロミックガラスを有してもよい。
この構成によれば、駆動する電圧を制御することにより、液晶パネルまたはエレクトロクロミックガラスを透過する光の割合(光透過率)または反射する光の割合を略0%から略100%まで連続的に制御することができる。そのため、ミラーデバイスに入射する光をきめ細かく調光することができ、投射される画像をより鮮明にすることができる。
この構成によれば、固体光源アレイの領域ごとに供給電圧または供給電流を制御することにより、各領域の固体光源から射出される光の光量を制御することができる。そのため、例えば光源とミラーデバイスとの間に配置した調光素子などにより光源から射出した光を遮ることがないため、光源から射出された光の利用効率を向上させることができ、投射型表示装置の消費電力低減を図ることができる。
また、例えば光源とミラーデバイスとの間に調光素子を配置しなくても、ミラーデバイスに入射する入射光を領域ごとに調光することができ、投射型表示装置の小型化を図ることができる。
この構成によれば、固体光源として、例えば高圧水銀ランプなどと比較して、射出される光の光量制御を行いやすい発光ダイオードを用いることにより、ミラーデバイスに入射する入射光の調光を行いやすくなる。
この構成によれば、ランプアレイの領域ごとに供給電圧または供給電流を制御することにより、各領域のランプから射出される光の光量を制御することができる。そのため、例えば光源とミラーデバイスとの間に配置した調光素子などにより光源から射出した光を遮ることがないため、光源から射出された光の利用効率を向上させることができ、投射型表示装置の消費電力低減を図ることができる。
また、例えば光源とミラーデバイスとの間に調光素子を配置しなくても、ミラーデバイスに入射する入射光を領域ごとに調光することができ、投射型表示装置の小型化を図ることができる。
ランプは、供給される電圧または電流が変化すると、射出される光の光量が変化すると同時に、光の波長分布も変化する。この光の波長変化により、投射される画像の色バランスも変化してしまうが、この構成によれば、波長分布の変化に応じて色テーブルを変えるため、供給電圧または電流を変化させても、表示される画像の色バランスを一定に保つことができる。
この構成によれば、当該投射型表示装置内に設けられた制御部より、入射光の調光とミラーデバイスによる変調とが制御されているため、画像情報のみを有する映像信号を入力するだけで鮮明な画像を投射することができる。つまり、当該投射型表示装置に、通常のTV信号、ビデオ信号などを入力することにより、鮮明な画像を容易に投射することができる。
また、当該投射型表示装置の外に制御信号の生成を行う機器を備える場合と比べ、当該投射型表示装置のみで鮮明な画像を投射できるため、持ち運び性に優れ、設置場所を必要としないといった優れた点を有する。
この構成によれば、当該投射型表示装置外に設けられた制御部より、入射光の調光とミラーデバイスによる変調とが制御されているため、当該投射型表示装置内で入射光の調光とミラーデバイスによる変調とを制御している場合と比較して、より鮮明な画像を投射することができる。
つまり、投射型表示装置よりもスペースの制約が少ない外部の制御部で制御信号の生成を行うため、より複雑、大型な回路を用いることができ、それにより複雑な演算アルゴリズムによるきめ細かな制御を行うことができる。
つまり、従来においては、最高輝度の輝度制御もミラーデバイスで行っているため、ミラーデバイスの使用可能な階調の上限(明るい側)近傍の階調は用いられることが少なく、使用できる階調が少なかった。それに対して本発明においては、各領域における最高輝度の輝度制御を調光手段により行うことができるため、ミラーデバイスは、その使用可能な階調の上限(明るい側)まで画像の表示に用いることができ、使用できる階調が増加され、画像を鮮明にすることができる。
以下、本発明における実施の形態に係る投射型表示装置およびその制御方法について図1から図4を参照して説明する。
まず、図1を参照しながら、本発明の一実施形態に係る投射型表示装置について説明する。本実施形態の投射型表示装置は、光源から射出された白色光を、カラーホイールによりR(赤)、G(緑)、B(青)の異なる色光に変換し、ミラーデバイスにより時間変調してカラー画像を表示する投射型カラー表示装置である。
投射型表示装置は、図1に示すように、照明光である白色光を射出する照明装置1と、白色光を調光する液晶ライトバルブ(調光手段、液晶パネル)40と、白色光をRGBの異なる色光に変調するカラーホイール45と、各色光を時間変調するミラーデバイス30と、時間変調された変調光を投射する投射レンズ(投射手段)70とから概略構成されている。
また、光源光の照度分布を被照明領域である液晶ライトバルブ40、およびミラーデバイス30において均一化させるため、光源10側から第1のインテグレータレンズ21、第2のインテグレータレンズ22が順次設置されている。ここで、インテグレータレンズ21、22は複数のマイクロレンズを平面状に配列したマイクロレンズアレイとして形成され、第1のインテグレータレンズ21は光源10から射出された光(照明光)を複数の光束に分割し、第2のインテグレータレンズ22はライトバルブ位置においてそれらを重畳する重畳レンズとしての機能を有する。場合によっては2次光源像を重畳するためのコンデンサーレンズを第2のインテグレータレンズ22の位置、もしくはその後段に配しても良い。以下では重畳レンズとして第2のインテグレータレンズが用いられた場合について説明を行う。
また、液晶ライトバルブ40には、画素スイッチング用素子として薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor、以下、TFTと略記する)を用いたTN(Twisted Nematic)モードのアクティブマトリクス方式透過型液晶セルが使用されている。
なお、上述のように、液晶ライトバルブ40を4つの領域に分割してもよいし、8領域や16領域に分割してもよく、特に分割する数を限定するものではない。
なお、上述のように、液晶ライトバルブ40として、透過型液晶パネルを用いてもよいし、反射型液晶パネルを用いてもよい。
また、IRカットミラー41およびカラーホイール45の間には、白色光をカラーホイール45のカラーフィルタに集光させる集光レンズ42が配置されている。
カラーホイール45とミラーデバイス30との間には、各色光をミラーデバイス30に導くリレーレンズ47が配置されている。
投射レンズ70は、プリズム50から射出された変調光をスクリーン71上に拡大投射するように配置されている。
照明装置1のランプ11から射出された照明光(白色光)の一部は、図1に示すように、直接第1のインテグレータレンズ21に入射する。残りの光は、リフレクタ12に反射されて第1のインテグレータレンズ21に入射する。
第1のインテグレータレンズ21に入射された照明光は、第1のインテグレータレンズ21および第2のインテグレータレンズ22により液晶ライトバルブ40においてその照度分布が均一化するように重畳される。
IRカットミラー41に入射した白色光は、可視光領域の光だけが集光レンズ42に向けて反射される(赤外線はカットされる)。
集光レンズ42に入射された白色光は、カラーホイール45のカラーフィルタが回転する領域に照射するように集光される。
RGBの各色光は、リレーレンズ47によりミラーデバイス30に導かれ、ミラーデバイス30のマイクロミラーが配列された面に入射する。
投射レンズ70方向に反射された光は、投射レンズ70に入射してスクリーン71上に拡大投射される。
図2は、ある投射画像を4つに分割した場合を示す概念図である。
図2に示す画像において、領域A1では、最高輝度部は太陽の部分であり最低輝度部は地面の部分となる。領域A2では、最高輝度部が空の部分となり最低輝度部が地面の部分となる。領域A3では、車の窓が最高輝度部となり地面が最低輝度部となる。領域A4では、木の葉の部分が最高輝度部となり地面が最低輝度部となる。
そのため、領域A1では太陽の明るさ、領域A2では空の明るさ、領域A3では窓の明るさ、領域A4では木の葉の明るさが出力の上限であればよく、各領域における照明の輝度を前述の明るさが表現できる輝度に変えることができる。
各領域における照明の輝度を変えると、最高輝度と最低輝度とにより決まるダイナミックレンジ中で使用できる階調が増加し、画像が鮮明となる。
図3(a)、(b)において、画素値が最大値の場合には、ミラーデバイス30のマイクロミラーにおける入射光の反射率は100%とし、画素値が0の場合には、入射光の反射率は0%となっている。
一方、図3(b)に示すように、ミラーデバイス30の各領域における照明光の出力(輝度)を出力の最大値o2と等しい輝度に変えた場合、図3(a)の場合と同様にo1からo2までの出力を得るためには、画素値としてi1からmax(マイクロミラーの反射率を100%とする値)を用いることになる。つまり、入力側である画素値のダイナミックレンジが広がり、使用できる階調が増加する。その結果として、表示される画像の階調も増加し、画像が鮮明となる。
図4は本実施形態における投射型表示装置の駆動回路の構成を示すブロック図である。
本実施形態では、図4に示すように、例えばPCや、DVD、TVアンテナから出力されたアナログ信号である映像信号がA/D変換部81に入力され、デジタル信号に変換されて制御部82に入力される。
なお、投射型表示装置に入力される映像信号がデジタル信号である場合には、アナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換部81は不要となり、制御部82へ直接デジタル信号を入力してもよい。また、投射型表示装置に入力される映像信号が、例えばMPEG2などの圧縮されたデータの場合、A/D変換部81の代わりに圧縮データをデコードするデコーダ部を備え、デコーダ部に圧縮信号を入力してもよいし、制御部82にデコード機能を持たせ、制御部82に圧縮信号を入力してもよい。
なお、測定素子95と制御部82との間には、前述のようにA/D変換部96を配置してもよいし、配置しなくてもよい。
液晶ライトバルブ40の光透過率の制御信号(デジタル信号)は、D/A変換部83に入力され、アナログ信号の制御信号に変換される。制御信号(アナログ信号)は、パネルドライバ39に入力され、パネルドライバ39は、制御信号に基づき液晶ライトバルブ40の各領域における光透過率を制御する。
また、制御部82は、カラーホイール45の回転位相と、ミラーデバイス30の制御の同期をとるため、カラーホイール駆動部44に同期信号を出力している。
この構成によれば、投射型表示装置よりもスペースの制約が少ない外部の画像出力機器に制御部82より複雑、大型な回路を配置することができ、それにより複雑な演算アルゴリズムによるきめ細かな階調制御を行うことができる。
次に、本発明の第2の実施形態について図5および図6を参照して説明する。
本実施の形態における投射型表示装置の基本構成は、第1の実施の形態と同様であるが、第1の実施の形態とは、照明装置の構成が異なっている。よって、本実施の形態においては、図5および図6を用いて照明装置周辺のみを説明し、ミラーデバイス等の説明を省略する。
図5は、本実施の形態に係る投射型表示装置の概略を示す図である。
照明装置101は、図5に示すように、照明光としての白色光を射出するLEDアレイ(光源、固体光源アレイ)110と、白色光の照度分布を均一化するインテグレータレンズ21、22と、から構成されている。LEDアレイ110は白色光を射出するLED(固体光源、発光ダイオード)111(図6参照)を平面状に配置して構成されている。
また、LEDアレイ101は、投射画像を4つに分割した領域A1、A2、A3、A4(図2参照)に対応する4つの領域ごとに射出する白色光の光量を制御できるように構成されている。
照明装置101のLEDアレイ110から射出された照明光(白色光)は、図5に示すように、第1のインテグレータレンズ21に入射する。
第1のインテグレータレンズ21に入射された照明光は、第1のインテグレータレンズ21および第2のインテグレータレンズ22によりミラーデバイス30においてその照度分布が均一化するように重畳される。
以後の作用については第1の実施の形態と同様であるので、図5を示して、その説明を省略する。
図6は本実施形態における投射型表示装置の駆動回路の構成を示すブロック図である。
本実施形態では、図6に示すように、アナログ信号である映像信号がA/D変換部81に入力され、デジタル信号に変換されて制御部82に入力される。
制御部82では、入力された映像信号および測定素子95の出力から、映像信号に対応したLEDアレイ110における領域ごとの射出される光量を制御する制御信号値と、ミラーデバイス30のマイクロミラーごとの変調を制御する制御信号値と、を決定する。
LEDアレイ110の光量制御信号(デジタル信号)は、LED電源制御部85に入力され、LED電源制御部85は、LEDドライバ109を介して、LEDアレイ110における領域ごとに供給電圧を制御して、領域ごとに射出される光量を制御する。
また、制御部82は、カラーホイール45の回転位相と、ミラーデバイス30の制御の同期をとるため、カラーホイール駆動部44に同期信号を出力している
また、例えば照明装置101とミラーデバイス30との間に調光素子などを配置しなくても、ミラーデバイス30に入射する入射光を領域ごとに調光することができ、投射型表示装置の小型化を図ることができる。
〔第3の実施の形態〕
次に、本発明の第3の実施形態について図7および図8を参照して説明する。
本実施の形態における投射型表示装置の基本構成は、第1の実施の形態と同様であるが、第1の実施の形態とは、照明装置の構成が異なっている。よって、本実施の形態においては、図7および図8を用いて照明装置周辺のみを説明し、ミラーデバイス等の説明を省略する。
図7は、本実施の形態に係る投射型表示装置の概略を示す図である。
照明装置101は、図7に示すように、照明光としての白色光を射出するLEDアレイ110と、白色光の照度分布を均一化するインテグレータレンズ21、22と、から構成されている。LEDアレイ110は白色光を射出するLED111(図8参照)を平面状に配置して構成されている。
図8は本実施形態における投射型表示装置の駆動回路の構成を示すブロック図である。
本実施の形態における投射型表示装置の駆動方法は、第1の実施の形態と比較して、液晶ライトバルブ40およびLEDアレイ110により調光制御している点が異なっている。よって、図8を参照しながら液晶ライトバルブ40およびLEDアレイ110の駆動方法を中心に説明する。
本実施形態では、図8に示すように、映像信号がA/D変換部81を介して制御部82に入力される。
制御部82では、映像信号および測定素子95の出力から、映像信号に対応したLEDアレイ110における領域ごとの射出される光量を制御する制御信号値と、映像信号に対応した液晶ライトバルブ40における領域ごとの光透過率の制御信号値と、ミラーデバイス30のマイクロミラーごとの変調を制御する制御信号値と、を決定する。
LEDアレイ110の光量制御信号はLED電源制御部85に入力され、LED電源制御部85は、LEDドライバ109を介して、LEDアレイ110における領域ごとに供給電圧を制御して、領域ごとにLED111から射出される光量を制御する。
ミラーデバイス30の駆動方法、カラーホイール45の駆動方法については、第1の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
そのため、調光可能な領域の大きさに制限のあるLEDアレイ110のみによる調光と比較して、液晶ライトバルブ40も用いることにより、さらに小さな領域ごとに階調を制御することができ、画像を鮮明にすることができる。
〔第3の実施形態の変形例〕
次に、本発明における第3の実施形態の変形例について図9および図10を参照して説明する。
本変形例における投射型表示装置の基本構成は、第3の実施の形態と同様であるが、第3の実施の形態とは、照明装置の構成が異なっている。よって、本実施の形態においては、図9および図10を用いて照明装置周辺のみを説明し、ミラーデバイス等の説明を省略する。
図9は、本変形例に係る投射型表示装置の概略を示す図である。
照明装置102は、図9に示すように、照明光としての白色光を射出するランプアレイ150と、白色光の照度分布を均一化するインテグレータレンズ21、22と、から構成されている。ランプアレイ(光源)150は白色光を射出するランプ(光源)151を平面状に配置して構成されている。
図10は本実施形態における投射型表示装置の駆動回路の構成を示すブロック図である。
本実施の形態における投射型表示装置の駆動方法は、第3の実施の形態と比較して、液晶ライトバルブ40およびランプアレイ150により調光制御している点が異なっている。よって、図10を参照しながら液晶ライトバルブ40およびランプアレイ150の駆動方法を中心に説明する。
本実施形態では、図10に示すように、映像信号がA/D変換部81を介して制御部82に入力される。
制御部82では、映像信号および測定素子95の出力から、映像信号に対応したランプアレイ150における領域ごとの射出される光量を制御する制御信号値と、映像信号に対応した液晶ライトバルブ40における領域ごとの光透過率の制御信号値と、ミラーデバイス30のマイクロミラーごとの変調を制御する制御信号値と、を決定する。
ランプアレイ150の光量制御信号はランプ電源制御部86に入力され、ランプ電源制御部86は、ランプドライバ149を介して、ランプアレイ150における領域ごとに供給電圧を制御して、領域ごとにランプ151から射出される光量を制御する。
ミラーデバイス30のマイクロミラーごとの変調を制御する制御信号は、ランプ151に供給される電圧により変化する波長分布の影響を補正するため、供給電圧に応じた色テーブル87に基づいて決定されている。このような制御を行うことで、表示される画像の色バランスを一定に保つことができる。
上記の構成によれば、まず、ランプアレイ150の領域ごとに射出される光量を調光し、その後液晶ライトバルブ40によりさらに小さな領域ごとに透過する光量を調光することができる。
そのため、調光可能な領域の大きさに制限のあるランプアレイ150のみによる調光と比較して、液晶ライトバルブ40も用いることにより、さらに小さな領域ごとに階調を制御することができ、画像を鮮明にすることができる。
例えば、上記の実施の形態においては、照明装置として白色光を射出するLEDを用い、白色光をカラーホイールにてRGBの色光に変換する構成に適応して説明したが、この白色LEDとカラーホイールとより構成されているものに限られることなく、RGBの各色光を射出するLEDからなる照明装置で直接RGBの色光を射出する構成など、その他各種の構成に適応することができるものである。
Claims (4)
- 光を射出する固体光源が複数配列され、かつ複数の領域に分割された固体光源アレイからなる光源と、
前記光源から入射された光の射出方向を制御することにより入射した光を時間変調するミラーデバイスと、
変調された光を投射する投射手段と、
前記固体光源アレイの前記複数の領域のうち一の領域に対応する複数の領域を備える液晶パネルと、
前記固体光源から射出される光量を前記固体光源アレイの前記複数の領域毎に制御するとともに、前記液晶パネルの光透過率を前記液晶パネルが備える前記複数の領域毎に制御する制御部と、を備え、
前記液晶パネルは、前記投射手段が投射する投射画像を分割して得られる複数の分割領域の各々に対応させるように前記ミラーデバイスに入射する入射光を分割し、且つ前記複数の分割領域のうち一の分割領域における最高輝度に基づいて、前記一の分割領域に対応する前記ミラーデバイスに入射する前記入射光を調光し、
前記制御部は、前記一の分割領域に対応する前記ミラーデバイスに入射する前記入射光の輝度が前記一の分割領域における最大輝度と等しくなるように、前記液晶パネルが備える前記複数の領域のうち前記一の分割領域に対応する一の領域の光透過率と、前記固体光源アレイの複数の領域のうち前記液晶パネルが備える前記一の領域に対応する領域に配列された前記固体光源への供給電圧または供給電流と、を制御することを特徴とする投射型表示装置。 - 前記固体光源が、発光ダイオードであることを特徴とする請求項1に記載の投射型表示装置。
- 前記制御部は、前記液晶パネルを制御する制御信号の値と、前記ミラーデバイスを制御する制御信号の値とを決定することを特徴とする請求項1又は2に記載の投射型表示装置。
- 光を射出する固体光源が複数配列され、かつ複数の領域に分割された固体光源アレイからなる光源と、前記光源から入射された光の射出方向を制御することにより入射した光を時間変調するミラーデバイスと、変調された光を投射する投射手段と、前記固体光源アレイの前記複数の領域のうち一の領域に対応する複数の領域を備えるとともに、前記投射手段が投射する投射画像を分割して得られる複数の分割領域の各々に対応させるように前記ミラーデバイスに入射する入射光を分割し、且つ前記複数の分割領域のうち一の分割領域における最高輝度に基づいて、前記一の分割領域に対応する前記ミラーデバイスに入射する前記入射光を調光する液晶パネルと、を有する投射型表示装置の制御方法であって、
前記一の分割領域に対応する前記ミラーデバイスに入射する前記入射光の輝度が前記一の分割領域における最大輝度と等しくなるように、前記液晶パネルが備える前記複数の領域のうち前記一の分割領域に対応する一の領域の光透過率と、前記固体光源アレイの複数の領域のうち前記液晶パネルが備える前記一の領域に対応する領域に配列された前記固体光源への供給電圧または供給電流と、を制御することで、前記光源から射出される光量を前記固体光源アレイの前記複数の領域毎に制御するとともに前記液晶パネルの光透過率を前記液晶パネルが備える前記複数の領域毎に制御することを特徴とする投射型表示装置の制御方法。
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