プレゼンテーション又は映像の映写の分野では、コンピュータ又は種々の映像再生装置から入力された画像信号により表される画像を外部のスクリーン等へ投射するフロント投射方式のプロジェクタ、又は箱型の筐体内に設置されたプロジェクタから筐体の一側面に設けられたスクリーンへ画像を投射するリアプロジェクタTV等のDLP(Digital Light Processing:米国テキサスインスツルメンツ社の商標(以下、略))システムが用いられている。このようなDLPシステムは、空間光変調装置、具体的にはDMD等に画像信号をデジタルデータとして与えることにより、光源が発光した光を画像信号に基づいて変調した画像を表す変調光を生成し、生成された変調光をスクリーンへ投射するように構成されている。
ところで、上述のようなDLPシステムでは従来は、1枚の板状の空間光変調装置にR(赤),B(青),G(緑)各色の光と場合によっては白色光とを時分割で投射することによりカラー画像を投射する方式と、一般的には3枚の空間光変調装置それぞれにR(赤),B(青),G(緑)各色の光を投射して各色別の変調光を発生させ、それらを合成することによりカラー画像を投射する方式とが存在する。
前者の方式を一般的に単板方式と称する。この単板方式では従来は各有彩色(R,B,G)光と場合によっては白色光とをそれぞれ透過させるフィルタセグメントが円周方向に配列されたカラーホィールを回転させることにより、光源が発光した光(白色光)を各有彩色と場合によっては白色とに分離して空間光変調装置へ時分割で与えられるようにしている。
ところで、上述のような単板方式のDLPシステムでは、カラーホィールに3色又は4色の光をそれぞれ透過させるフィルタセグメントを配列して空間光変調装置による変調周期(画像信号の各色の成分が分離されてそれぞれが空間光変調装置に与えられる周期)に同期させて回転させる必要がある。このような従来の単板方式のDLPシステムではカラーセパレーション及びカラーブレイクアップと称される、画質を低下させる現象が知られている。
カラーセパレーションとは、上述したような単板方式のDLPシステムからスクリーン等へ投射された画像上を観察者の視線が移動した場合にR,B,Gの3原色の画像が分離して視認される現象である。一方、カラーブレイクアップとは、スクリーン等へ動画像が投射された場合に観察者に3原色の画像が分離して視認される現象である。いずれも、カラーホィールの色分割数を多くするか、回転数を高くすることによって低減させることが可能ではある。しかしそのためには、カラーホィールの回転系の高精度化、画像表示の周波数の向上等が必要であり、コストアップ要因となる。このような問題は上述のような単板方式ではない方式、たとえば3板方式であればカラーホィールを使用しないので生じない問題ではある。しかし、3板方式は全体の構成が比較的大型であり、且つ複雑であり、従って高コストにならざるを得ない。このため、比較的構成が単純で小型である単板方式においても何らかの改善策が求められている。
このような事情からたとえば特許文献1には、単板方式であるにも拘わらずカラーホィールを使用しない空間光変調システムの発明が開示されている。この特許文献1に開示されている発明では、3原色それぞれのLEDを順次的に発光させることによって、上述したカラーホィールの色分割数を多くした場合、又は回転数を高くした場合と実質的に同様の効果を得ている。
図7は従来の一般的なカラーホィールを使用する単板方式のDLPシステムにおける画像信号の1フレーム分の各色の表示タイミングを示すタイミングチャートである。この例では、図7(a) に示す1フレームの期間が図7(b), (c), (d) にそれぞれ示すようにR,B,G各色を順次的に表示するための表示期間(サブフレームSFR,SFB,SFG)として3等分されており、図7(e), (f), (g) に示すようにそれぞれの色用のサブフレームSFR,SFB,SFGの期間内においてカラーホィールの対応する各色(R,B,G)のフィルタセグメントを光源からの光が透過するようにカラーホィールの回転が同期される。従って、図7(h) に示すように、画像信号の1フレームの間の各サブフレームにおいて画像信号をR,B,Gの各色の成分に分解した画像がそれぞれの色で表示されるので、人間の目には1フレームの期間に画像信号の同一フレームのR,B,Gの各色別の画像が視認され、これらが残像現象によってカラー画像として視認される。
一方、図8は従来技術である特許文献1に開示されている発明の各色の表示タイミングを簡易的に示したタイミングチャートである。この特許文献1に開示されている発明では、図8(a) に示す画像信号の1フレームの期間が8個のサブフレームSF1〜SF8に分割されており、各サブフレームにおいてR,B,Gの各色の成分が表示される。具体的には、図8(b) に示すR成分の第1の表示期間の次は図8(c) に示すようにB成分の第1の表示期間であり、その次は図8(d) に示すようにG成分の第1の表示期間である。これらのR,B,G各色の第1の表示期間により第1サブフレームSF1が構成される。そして、第1サブフレームSF1の最後のG成分の第1の表示期間の次は第2サブフレームSF2になり、その最初がR成分の第2の表示期間であり、その次はB成分の第2の表示期間であり、更にその次はG成分の第2の表示期間である。以下、各サブフレームSF3〜SF8において、R,B,Gそれぞれの色の表示期間が存在する。
一方、各サブフレームSF1〜SF8のR,B,G各色の表示期間において図8(e) 〜(g) に示すように、各色の光の発光期間が同期している。これらの各色の光の発光時間は図7に示したカラーホィールを使用する従来技術に比して非常に短く、しかも非常に高頻度であるが、前述したようにR,B,Gの各色の光をそれぞれ発光する光源としてのLEDの光速応答性により実現可能である。
従って、図7に示したカラーホィールを使用する従来技術の場合のタイミングチャートでは、1フレームの期間に各色の表示期間がそれぞれ1回ずつであったのが、特許文献1に開示されている発明では図8(h) に示すようにそれぞれ8回に分散される。従って、特許文献1に開示されている発明では、カラーホィールを高速回転させた場合と実質的に同様の効果を得ることが可能になるのでカラーセパレーション及びカラーブレイクアップが発生する可能性は低減される。またこの特許文献1に開示されている発明では、回転駆動するカラーホィールを使用していないので、振動,騒音等が発生せず、また光源としても高熱を発生する白色光ランプを使用しないので冷却に関しても有利である。
ところで、従来のDLPシステムでは、色の階調表現を行なうためには、各色の光が空間光変調装置に照射されている間に空間光変調装置が実際にその色の光を反射する時間の長さを調整する処理が行なわれていた。たとえば説明を簡単にするために、2ビットで階調を表現する場合を考えると、2ビット目に対応する時間が1ビット目に対応する時間の半分に設定されていた。これにより、1ビット目に対応する時間を「1」とした場合、1ビット目と2ビット目との組み合わせとして「0」、「0.5」、「1.0」、「1.5」の4段階の時間を設定することが可能になるので、4階調の表現が可能になる。
通常のDLPシステムでは一般的には8ビットで各色の階調を制御しており、第1ビットから第8ビットの順に表示時間を半分ずつに短く、又は逆に2倍ずつに長くしているので256階調の表現が可能になる。一方、空間光変調装置は各画素を表示する素子が対応するデジタルデータでオン/オフされるので、単純に階調制御を行なった場合には入力画像データと変調光の明るさ(強度)との関係は直線対応するものの、いわゆるガンマカーブを表現することは出来ない。その理由は、ガンマカーブを表現するためには低階調の部分で変調光の明るさをより細かく変化させる必要があるが、そのためには256階調では階調数が不足するからである。
このような階調数の不足に対して従来は空間光変調装置にデータを与える前に画像処理することにより、たとえばいわゆる誤差分散法の一種である面積階調と称される技術を利用して対応していた。面積階調とは、たとえば同じ色の画素がマトリクス状に4個集合した領域が存在する場合に、その内のたとえば2個の画素のみを表示(オン)することによって4画素全体の明るさを1/2に低下させる、換言すれば階調値を1/2に変換する技術である。この場合、表示画素が固定されると4個の画素の内の2個の画素は連続して黒点として表示されることになるので、たとえば表示周期毎に表示する画素をランダムに変化させることにより黒点が識別されないようにする。但し、本来は同色に表示されるべき4個の画素の内のいずれか2個が表示されたりされなかったりすることになるので、画像がちらつくようなノイズが混入することになる。
なお、図8にはR,B,Gの各色のそれぞれ8回の表示期間を同一の長さとして示してあるが、実際には上述したような階調表現を行なうために各色それぞれの8回の表示期間の長さを異ならせてある。具体的には、図9のタイミングチャートに示すように、R,B,Gの第1の表示期間R1,B1,G1それぞれの時間を「1」とした場合、R,B,Gの第2の表示期間R2,B2,G2それぞれは「1/2」の時間となり、以下、「1/4」、「1/8」…と短くなる。引用文献1に記載の発明ではこのようにして階調表現を行なえるようにしている(上述の例とは逆に、2倍ずつ長くしてもよい)。
特開2005−25160号公報
しかしながら、上述の特許文献1に記載の発明では、カラーホィールを高速回転させた場合と実質的に同様の効果を得ることが可能であるので、カラーセパレーション及びカラーブレイクアップと称される現象が発生することに対する対策としては有効であるかもしれない。しかし、表示状態が低階調である場合には誤差拡散法に起因するノイズが目立ち、表示品質の低下を招来するという問題がある。
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、従来の単板方式でカラーホィールを使用するDLPシステムに存在していたカラーセパレーション及びカラーブレイクアップと称される現象の発生を低減させると共に、表示状態が低階調である場合に目立つ誤差拡散法に起因するノイズの発生を抑制することが可能な空間光変調システム及びその駆動方法の提供を主たる目的とする。また本発明は上記のような空間光変調システムを組み込んだプロジェクタ、更には空間光変調システムの駆動方法を採用したプロジェクタに関する。
本発明に係る空間光変調システムは、異なる有彩色の光をそれぞれ発光する複数の光源と、前記複数の光源がそれぞれ発光する有彩色の光に対応して画像信号を複数の有彩色の成分それぞれを表す変調光に変換すると共に、画像信号の1フレームの期間を、前記複数の有彩色別に、表示時間が順次的に変化する複数の期間に分割して各々サブフレームとし、各サブフレームで表示するか否かを制御して各有彩色の成分の階調を表現する空間光変調装置と、前記複数の光源がそれぞれ発光する有彩色の光に対応して画像信号を複数の有彩色の成分に分離して前記空間光変調装置に与える空間光変調装置制御手段と、前記空間光変調装置が画像信号を複数の有彩色の成分をそれぞれ表す変調光に変換するタイミングと前記複数の光源が対応する有彩色の光を発光するタイミングとを同期させる光源制御手段とを備えた空間光変調システムにおいて、前記光源制御手段は、各サブフレームに応じて異なる値に定めたデータを記憶した記憶手段と、サブフレームの各期間よりも短い周期を有し、且つ、該記憶手段が記憶しているデータに対応するデューティ比を有するパルス信号を発生するパルス信号発生手段と、該パルス信号発生手段が発生したパルス信号のデューティ比に応じて前記各光源それぞれに有彩色の光を発光させる駆動手段とを備えることを特徴とする。
このような本発明に係る空間光変調システムでは、各光源それぞれが発光する有彩色の光に対応する色の画像成分の表示に際して、対応する色の光の発光期間が変化する。
しかも、画像信号の1フレームを複数に分割したサブフレームに応じて異なる値に定めたデータに対応するデューティ比のパルス信号のデューティ比に応じて、各光源それぞれが有彩色の光を発光する。
更に本発明に係る空間光変調システムは上記の空間光変調システムの発明において、前記各光源それぞれが発光する有彩色の光を検出する検出手段と、該検出手段による検出結果に応じて前記各光源それぞれが発光する有彩色の光の発光期間を変更するための補正データを生成する補正手段と、該補正手段が生成した補正データを記憶する補正データ記憶手段とを更に備え、前記光源制御手段は、前記記憶手段が記憶しているデータを前記補正データ記憶手段が記憶している補正データで補正するデータ補正手段を備え、前記パルス信号発生手段は、前記データ補正手段が補正したデータに対応するデューティ比を有し、前記サブフレームの期間よりも短い周期を有するパルス信号を発生し、前記駆動手段は、前記パルス信号発生手段が前記データ補正手段が補正したデータに対応して発生したパルス信号のデューティ比に応じて前記各光源それぞれに有彩色の光を発光させるようにしてあることを特徴とする。
このような本発明に係る空間光変調システムでは前記の空間光変調システムの発明において、検出手段による検出結果に応じて各光源それぞれが発光する有彩色の光の発光期間を変更するための補正データが生成される。そして、補正データで補正されたデータに対応するデューティ比のパルス信号が発生され、このパルス信号のデューティ比に応じて各光源それぞれが有彩色の光を発光する。
更に本発明に係る空間光変調システムは上記の空間光変調システムの各発明のいずれか一つにおいて、前記複数の有彩色は赤,青,緑であり、前記光源制御手段は各色の光を発光する光源の全て、又はいずれか二つを選択的に発光させることにより、白色光又はシアン,マゼンタ,イエローのいずれかの色の光を発光させるように構成してあることを特徴とする。
このような本発明に係る空間光変調システムでは上記の空間光変調システムの発明のいずれか一つにおいて、赤,青,緑色の光を発光する光源の組み合わせによって白色光又はシアン,マゼンタ,イエローのいずれかの色の光を発光する。
本発明に係る空間光変調システムの駆動方法は、異なる有彩色の光をそれぞれ発光する複数の光源と、画像信号を前記複数の光源がそれぞれ発光する有彩色の光に対応した複数の有彩色の成分を表す変調光に変換すると共に、画像信号の1フレームの期間を、前記複数の有彩色別に、表示時間が順次的に変化する複数の期間に分割して各々サブフレームとし、各サブフレームで表示するか否かで各有彩色の成分の階調を表現する空間光変調装置とを備えた空間光変調システムの駆動方法において、前記サブフレームは、表示時間が同一である異なる色の表示期間が連続するようにしてあり、各サブフレームに含まれる各色の表示期間に同期して前記複数の光源の内の対応する色の光源を、前記サブフレームの各期間よりも短い周期を有し、各サブフレームに応じた異なるデューティ比のパルス信号で発光させることを特徴とする。
このような本発明に係る空間光変調システムの駆動方法では、画像信号の1フレームの間に複数の有彩色に分離された各色の画像が複数回にわたって表示され、しかもそれぞれにおいて光源の発光期間を変更することが可能であるので、従来に比してより精細な階調の画像を表示することが可能になる。
また本発明に係る空間光変調システムの駆動方法は上記の空間光変調システムの駆動方法の発明において、サブフレームの表示時間の長短に対応させて前記複数の光源を発光させるパルス信号のデューティ比の大小を調整することを特徴とする。
このような本発明に係る空間光変調システムでは上記の空間光変調システムの発明において、表示時間が長い場合には光源を発光させるパルス信号のデューティ比が大にされ、逆に表示時間が短い場合には光源を発光させるパルス信号のデューティ比が小にされるので、画像のコントラストが強くなる。
更に本発明に係る空間光変調システムの駆動方法は前記の空間光変調システムの駆動方法の発明において、各サブフレームの表示時間の長さに正比例して前記複数の光源を発光させるパルス信号のデューティ比を異ならせることを特徴とする。
このような本発明に係る空間光変調システムでは前記の空間光変調システムの発明において、表示時間が長い場合には光源を発光させるパルス信号のデューティ比を大にすることが可能になり、逆に表示時間が短い場合には光源を発光させるパルス信号のデューティ比を小にすることが可能になる。
また本発明に係る空間光変調システムの駆動方法は上記の空間光変調システムの駆動方法の各発明のいずれか一つにおいて、前記各光源それぞれが発光する有彩色の光を検出手段により検出し、前記検出手段による検出結果と所定値との差に応じて前記複数の光源を発光させるパルス信号のデューティ比を変更することを特徴とする。
このような本発明に係る空間光変調システムでは前記の空間光変調システムの発明のいずれか一つにおいて、検出手段による検出結果と所定値との差に応じて複数の光源を発光させるパルス信号のデューティ比が変更される。
更に本発明に係る空間光変調システムの駆動方法は上記の空間光変調システムの駆動方法の各発明のいずれか一つにおいて、前記複数の有彩色は赤,青,緑であり、前記光源の全て、又はいずれか二つを選択的に発光させることにより、白色光又はシアン,マゼンタ,イエローのいずれかの色の光を発光させることを特徴とする。
このような本発明に係る空間光変調システムでは前記の空間光変調システムの発明のいずれか一つにおいて、赤,青,緑色の光を発光する光源の組み合わせによって白色光又はシアン,マゼンタ,イエローのいずれかの色の光を発光することが可能になる。
更に本発明に係るプロジェクタは、前記のいずれか一つの空間光変調システムと、前記空間光変調装置が変換した変調光を投射する投射レンズとを備えたことを特徴とする。
このような本発明に係るプロジェクタでは、前記のいずれか一つの空間光変調システムの特徴を有するプロジェクタが実現される。
また更に本発明に係るプロジェクタは、空間光変調システムと、前記空間光変調装置が変換した変調光を投射する投射レンズとを備えたプロジェクタであって、前記空間光変調システムが前記のいずれか一つの空間光変調システムの駆動方法により駆動されることを特徴とする。
このような本発明に係るプロジェクタでは、前記のいずれか一つの空間光変調システムの駆動方法の特徴を有するプロジェクタが実現される。
前述のような本発明に係る空間光変調システムによれば、各光源それぞれが発光する有彩色の光に対応する色の画像成分の表示に際して、各色の表示時間と対応する色の光源の発光期間との組み合わせで画像の明るさを調整できるので、より精細な階調表現が可能になると共にいわゆるガンマカーブをも容易に表現することが可能になる。
また本発明に係る空間光変調システムによれば上記の空間光変調システムの発明において、画像信号の1フレームを複数に分割したサブフレームに応じて異なる値に定めたデータに対応するデューティ比のパルス信号のデューティ比に応じて、各光源それぞれが有彩色の光を発光するので、光源を一定の発光強度に維持して画像表示期間の長さを変化させる場合に比して電力使用量を削減することが可能になる。
更に本発明に係る空間光変調システムによれば前記の空間光変調システムの発明において、検出手段による検出結果に応じて各光源それぞれが発光する有彩色の光の発光期間を変更するための補正データが生成されるので、製造時の厳密な調整が不要になり、またLEDの経年劣化を補償することも可能になる。
また更に本発明に係る空間光変調システムによれば上記の空間光変調システムの発明のいずれか一つにおいて、赤,青,緑色の光を発光する光源のみにて、白色光又はシアン,マゼンタ,イエローのいずれかの色の光が必要な場合にも対応可能になるので、いわゆるデータプロジェクタと称される画像の輝度が優先されるような用途にも光源の発光制御のみで対応することが可能になると共に、シアン,マゼンタ,イエロー等の中間色を使用してより精細な色表現を行なうことも容易に可能になる。
前述のような本発明に係る空間光変調システムの駆動方法によれば、画像信号の1フレームの間に複数の有彩色に分離された各色の画像が複数回にわたって表示され、しかもそれぞれにおいて光源の発光期間を変更することが可能であるので、各色の表示時間と対応する色の光源の発光期間との組み合わせで画像の明るさを調整できるので、より精細な階調表現が可能になると共に、いわゆるガンマカーブをも容易に表現することが可能になる。
また本発明に係る空間光変調システムの駆動方法によれば上記の空間光変調システムの駆動方法の発明において、表示時間が長い場合には光源の発光期間が長くなり、逆に表示時間が短い場合には光源の発光期間が短くされるので、よりコントラストの強い画像を表示することが可能になる。
また更に本発明に係る空間光変調システムの駆動方法によれば前記の空間光変調システムの駆動方法の発明において、特に画像の低階調度の部分においてより階調度を下げることができるので、事前の画像処理を行なうこと無しにガンマカーブを表現することが可能になる。
更に本発明に係る空間光変調システムの駆動方法によれば前記の空間光変調システムの駆動方法の発明において、各光源それぞれが発光する有彩色の光の発光期間を変更するための補正データが生成されるので、製造時の厳密な調整が不要になり、またLEDの経年劣化を補償することも可能になる。
また更に本発明に係る空間光変調システムの駆動方法によれば、前記の空間光変調システムの駆動方法の発明のいずれか一つにおいて、R,B,G光を発光する光源のみにて、白色光又はシアン,マゼンタ,イエローのいずれかの色の光が必要な場合にも対応可能になるので、いわゆるデータプロジェクタと称される画像の輝度が優先されるような用途にも光源の発光制御のみで対応することが可能になり、更にシアン,マゼンタ,イエロー等の中間色を使用してより精細な色表現を行なうことも容易に可能になる。
また更に本発明に係るプロジェクタによれば、各色の表示時間と対応する色の光源の発光期間との組み合わせで画像の明るさを調整できるので、より精細な階調表現が可能になると共にいわゆるガンマカーブをも容易に表現することが可能になる。また、いわゆるデータプロジェクタと称される画像の輝度が優先されるような用途にも光源の発光期間の制御のみで対応することが可能になり、更にシアン,マゼンタ,イエロー等の中間色を使用してより精細な色表現を行なうことも容易に可能になり、また光源を一定の発光強度に維持して画像表示期間の長さを変化させる場合に比して電力使用量を削減することが可能になる。
以下、本発明をその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。図1は本発明に係る空間光変調システムの一実施の形態をDLPシステムの一例としてのプロジェクタに組み込んだ場合の要部の構成例を示す模式図である。
本発明に係る空間光変調システムを組み込んだプロジェクタは、外部から入力された表示すべき画像信号の各フレームを複数の有彩色、たとえばR,B,G(赤,青,緑)の成分に分解して各有彩色別の画像データ信号DSを生成するDMD駆動回路11と、このDMD駆動回路11が生成したフレーム単位の各有彩色別の画像データ信号DSに従って多数のマイクロミラーの反射角を制御(オン/オフ)することにより、後述するLED回路15からの各有彩色別の投射光を空間光変調して各有彩色別の画像を表す投射光に変調する空間光変調装置としてのDMD12と、DMD12により空間光変調された各有彩色別の変調光を外部のスクリーン等へ投射する投射レンズ13とを備えている
投射レンズ13から外部のスクリーン等へ時分割で投射された各有彩色別の変調光は人間の眼による残像効果により合成されてカラー画像として認識される。
また、本発明に係る空間光変調システムを組み込んだプロジェクタは、DMD駆動回路11が生成した各有彩色別の画像データに同期してR,B,Gの3色の光の発光タイミングを制御するLED駆動回路14と、このLED駆動回路14により制御されてR,B,Gの3色の光を発光するLED回路15と、LED回路15が発光したR,B,Gの3色の光をDMD12へ投射する光学系16とを備えている。なお、LED駆動回路14には、DMD駆動回路11が生成した各有彩色別のフレーム単位の画像データに同期して各有彩色別のLEDの発光タイミングを制御するためのLED制御信号LEDCS がDMD駆動回路11から与えられている。詳細は後述するが、DMD駆動回路11からLED駆動回路14へ与えられるLED制御信号LEDCS には、1フレームの期間内の各サブフレームを特定するサブフレーム信号SFS と、このサブフレーム信号SFS で特定される各サブフレーム期間内のR,B,Gの各色の光を発光すべき期間を特定するサブフレーム期間信号SFPSとが含まれている。従って、サブフレーム期間信号SFPSには、R光を発光すべき期間を特定するR光用のサブフレーム期間信号RSFPS と、B光を発光すべき期間を特定するB光用のサブフレーム期間信号BSFPS と、G光を発光すべき期間を特定するG光用のサブフレーム期間信号GSFPS とが含まれる。
なお、本発明に係る空間光変調システムは外部のスクリーン等へ画像を投射するいわゆるフロント投射方式にも、スクリーンの背面から投射するリア投射方式にも適用可能であり、更には他の用途、たとえば空間光変調装置としての液晶パネルに直接画像を表示するような用途にも適用可能である。また、本実施の形態では空間光変調装置としてDMD12を備えているが、他の方式の空間光変調装置、たとえば液晶パネル等も高速応答可能であれば使用可能であることは勿論である。
なお、光学系16はLED回路15が発光したR,B,Gの3色の光をDMD12へ投射するために適宜のレンズ,ロッドインテグレータ,反射鏡等を備えているが、それ自体は公知の技術であるので詳細な説明は省略する。また、投射レンズ13も一般的には複数のレンズで構成されており、焦点調整機構,ズーム機構等が組み込まれているが、それ自体は公知の技術であるので詳細な説明は省略する。更に、R,B,Gの3色の光の他に白色光も使用する場合には、LED回路15においてR,B,Gの3色の光を同時に発光することにより白色光を発光させることも、いずれか2色を選択的に同時に発光することによりシアン,マゼンタ,イエローの中間色光を発光させることも可能である。
図2はLED回路15とLED駆動回路14との構成を示すブロック図である。図1ではLED回路15とLED駆動回路14とは便宜上、分離された構成として示されているが、両者は図2に示すように一体的に構成されている。LED駆動回路14及びLED回路15はR,B,Gの各色の光用に個別の回路を含んでいるが、それぞれは同一の構成であるので以下においては一例としてR光用の回路について説明する。
R光用の回路は、個々に赤色光(R光)を発光するR光発光回路を複数並列接続して構成されている。各R光発光回路が発光したR光は同一光軸上をR光用集約反射鏡15MR方向へ進行して合成R光となる。具体的には、赤色光(R光)を発光するLED152Rと、LED152Rが発光したR光を上述したR光用集約反射鏡15MR方向へ反射させる反射鏡151Rと、LED152Rのオン/オフを制御するスイッチ153Rとで一組のR光発光回路が構成されている。そして、各R光発光回路のスイッチ153Rの制御端子がR光用ドライブ回路14Rにそれぞれ接続されている。また、各R光発光回路のLED152Rの一端がR光用電源150Rに、他端がそれぞれのスイッチ153Rを介して接地端子に接続されている。
従って、R光用ドライブ回路14Rがオン信号を出力して各スイッチ153Rの制御端子に入力されると、各スイッチ153Rに接続されている各LED152Rは一端がR光用電源150Rに、他端が接地端子にそれぞれ接続されるので、各LED152RはR光を発光する。なお、以下においては、各R光発光回路の内の集約反射鏡15MRに近い方を下流側、遠い方を上流側という。
各反射鏡151Rはそれぞれが属するR光発光回路のLED152Rが発光したR光をR光用集約反射鏡15MR方向へ反射すると共に、上流側のLED152Rが発光したR光を直線的に透過させるハーフミラーが使用されている。従って、各LED152Rが発光したR光はそれぞれのR光発光回路の反射鏡151Rにより同一光軸上をR光用集約反射鏡15MR方向へ反射されると共に下流側のR光発光回路の反射鏡151Rを透過させるが、この光軸の延長上にはR光用の集約反射鏡15MRが備えられている。従って、R光用回路に含まれる複数のR光発光回路の各LED152Rは同一タイミングで発光するので、その発光基間に応じて、集約反射鏡15MRへ達するR光(合成R光)の強度(明るさ)を調整することが可能になる。
換言すれば、R光用ドライブ回路14Rから出力されるオン信号の期間に応じて合成R光の強度(明るさ)が制御される。
他のB光用回路及びG光用回路も上述したR光用回路と基本的には同様の構成である。但し、B光用の集約反射鏡15MBはR光用の集約反射鏡15MRが反射したR光を直線的に透過させると共にB光用の各LED152Bが発光したB光を自身が透過させたR光の光軸と同一光軸上で反射するハーフミラーである。一方、G光用の集約反射鏡15MGはG光用の各LED152Gが発光したG光を直線的に透過させると共にR光用の集約反射鏡15MR及びB光用の集約反射鏡15MBにより反射されたR光及びB光をG光がG光用集約反射鏡15MGを透過した光軸上に反射させる。従って、最終的にはG光用集約反射鏡15MGからR,B,G光が同一光軸上に出射される。なお、G光用集約反射鏡15MGから出射されたR,B,G光は光学系16を介してDMD12へ投射される。
なお、前述したように、白色光が必要な場合にはR光用回路,B光用回路及びG光用回路で同時に各色の光を発光させることにより白色光をDMD12へ投射することが可能になる。また、R,B,G光以外の中間色、即ちシアン,マゼンタ,イエローの光が必要な場合にもR光用回路,B光用回路及びG光用回路を選択的に同時発光させることによりそれぞれの色の光をDMD12へ投射させることが可能になる。
図3はLED回路15と共にドライブ回路14の具体的な構成例を示すブロック図である。但しここでは一例として、R光用LED回路15Rと共にR光用ドライブ回路14Rの具体的な構成例を示している。
R光用ドライブ回路14Rは、DMD駆動回路11から出力されているLED制御信号LEDCS に含まれるサブフレーム信号SFS が与えられるアドレスレコーダ141Rと、このアドレスレコーダ141Rのデコード結果に応じたアドレスに記憶されているデータ(調整データ)を出力する調整値メモリ142R及び補正値メモリ144Rと、この調整値メモリ142R及び補正値メモリ144Rから出力されたデータをそれぞれ一時記憶する読出レジスタ143R及び145Rと、両レジスタ143R及び145Rが一時記憶しているデータを加算する加算回路146Rと、この加算回路146Rによる加算結果のデータをロードして一時記憶するリロードレジスタ147Rと、所定のクロックCLKを計数するカウンタ149Rと、リロードレジスタ147Rが一時記憶しているデータとカウンタ149Rの計数値とを比較して比較結果に応じた論理信号(比較結果信号RS)を出力するコンパレータ148Rと、このコンパレータ148Rが出力する比較結果信号RSとDMD制御駆動回路11から出力されているLED制御信号LEDCS に含まれるR光用のサブフレーム期間信号RSFPS とが与えられる2入力のアンドゲート155とを備えている。
なお、アンドゲート155Rの出力信号はプリドライバ156Rに与えられる。プリドライバ156Rは、アンドゲート155Rの出力信号が「H(有意)」である場合にトランジスタである各スイッチ153Rをオン状態にさせ得る電気信号を出力し、アンドゲート155Rの出力信号が「L(無為)」である場合にトランジスタである各スイッチ153Rをオン状態にさせ得る電気信号を出力しない、即ち各スイッチ153Rをオフ状態にするドライブ電流を出力するアンプである。
上述したサブフレーム信号SFS は画像データの1フレームを分割した各サブフレームの期間を示す信号である。また、R光用のサブフレーム期間信号RSFPS は上記のサブフレーム信号SFS で指定される各サブフレームの期間内のR光用に割り当てられた期間、より具体的にはR光を発光すべき期間を示す信号である。
なお、R光用以外のG光用及びB光用のドライブ回路14G及び14Bも同一の構成であり、それぞれの動作も以下に説明するR光用ドライブ回路14Rと同様である。但し、サブフレーム信号SFS は各色の光用のアドレスデコーダ141R,141B,141Gに同一の信号が与えられるが、サブフレーム期間信号SFPSは各色別の信号(RSFPS, BSFPS, GSFPS) が各色別の光用ドライブ回路14R,14B,14Gにそれぞれ与えられる。具体的には、R光用のサブフレーム期間信号RSFPS は各サブフレーム期間内のR光が発光すべき期間として割り当てられた期間に有意になる信号であり、R光用ドライブ回路14Rに与えられる。B光用のサブフレーム期間信号BSFPS は各サブフレーム期間内のB光が発光すべき期間として割り当てられた期間に有意になる信号であり、B光用ドライブ回路14Bに与えられる。G光用のサブフレーム期間信号GSFPS は各サブフレーム期間内のG光が発光すべき期間として割り当てられた期間に有意になる信号であり、G光用ドライブ回路14Gに与えられる。
R光用LED回路15Rは具体的には、それぞれの一端がR光用電源150Rに接続された複数の赤色光(R光)を発光するLED152Rと、それぞれの一端が各LED152Rの他端に接続されたトランジスタであるスイッチ153Rとで構成されている。なお、各スイッチ153Rの他端は設置されており、また各スイッチ153Rのゲートはプリドライバ156Rの出力端子に接続されている。従って、プリドライバ156Rから出力されるドライブ電流に応じて、各スイッチ153Rがオン/オフし、この結果として各LED152Rが同時に発光する/発光しない状態に制御される。
アドレスデコーダ141RにはDMD駆動回路11からサブフレーム信号SFS が与えられている。サブフレーム信号SFS は前述したように、各フレームを分割したそれぞれのサブフレームの期間であるとを示す信号である。アドレスデコーダ141Rはこのサブフレーム信号SFS をデコードすることにより、調整値メモリ142Rのいずれかのデータを読出レジスタ143Rへ出力させる。具体的には、調整値メモリ142R(及び補正値メモリ144R)は各色の階調を表現するためのビット数と同数の調整値データ(及び補正値データ)を記憶している。たとえば、4ビット階調である場合は調整値メモリ142R(及び補正値メモリ144R)には4個の調整値データ(及び補正値データ)が記憶されている。そして、アドレスデコーダ141Rがサブフレーム信号SFS をデコードした結果に応じた、換言すればその時点のサブフレームに応じた調整値のデータを読出レジスタ143Rへ出力させる。
なお、調整値メモリ142Rに記憶されている調整値データは、たとえば第1サブフレームに対しては「100」、第2サブフレームに対しては「50」、第3サブフレームに対しては「25」、第4サブフレームに対しては「12」というように、サブフレームの順序に従って順次的に小さくされている。但し、補正値メモリ144Rに記憶されている補正値データはサブフレームの順序とは関係なく設定されるが、詳細に付いては後述する。
調整値メモリ142Rから読み出されて読出レジスタ143Rに一時記憶された調整値データは加算器146Rを経てリロードレジスタ147Rに一時記憶された状態でコンパレータ148Rに読み出される。なお、ここでは加算器146Rでは加算は行なわれないものとして(補正値データが「0」であるとして)、加算が行なわれる場合の動作については後述する。
一方、カウンタ149Rは所定のクロックCLKを計数しており、その計数値がコンパレータ148Rに読み出される。コンパレータ148Rはリロードレジスタ147Rが一時記憶しているデータ(調整値データと補正値データとの加算値)とカウンタ149Rの計数値とを比較する。コンパレータ148Rの動作は具体的には、カウンタ149Rの計数値がリロードレジスタ147Rが一時記憶しているデータに達するまでは「H(ハイレベル:有意)」の比較結果信号RSを出力し、それ以後は「L(ローレベル:無為)」の比較結果信号RSを出力する。なお、カウンタ149Rは自身の計数値が予め定められている値に達すると、即ちオーバフローするとそれまでの計数値が自動的にリセットされ、所定のクロックCLKの計数を再度開始する。
ところで、上述した如く、4ビットで階調を表現する場合、1フレームは4個のサブフレームに分割される。この場合、カウンタ149Rがオーバフローする計数値に対応する期間は最も短いサブフレームの期間と同一又はより長く設定される。より具体的には、最も短いサブフレームの期間がカウンタ149Rがオーバフローする計数値に対応する期間と同一に設定されるか、又は整数倍に設定されることが望ましい。たとえば、カウンタ149Rが計数値「128」でオーバフローする場合、所定のクロックCLKの128周期の期間が最も短いサブフレームの期間と同一に設定されるか、又は所定のクロックCLKの128周期の期間が最も短いサブフレームの期間の整数分の1(1/2,1/4,1/8等)に設定されることが望ましい。
アンドゲート155Rは前述した如く2入力であり、上述したコンパレータ148Rの比較結果信号RSの他にDMD駆動回路から出力されているLED制御信号LEDCS に含まれる前述したようなR光用のサブフレーム期間信号SFPSが与えられている。従って、アンドゲート155Rはコンパレータ148Rから出力される比較結果信号RSが「H(有意)」であり、且つR光用サブフレーム期間信号RSHPS が「H(有意)」である場合にのみ「H(有意)」の信号を出力する。そして、アンドゲート155Rから「H」の信号が出力されている間、プリドライバ156Rはトランジスタである各スイッチ153Rをオンさせ得る駆動信号DSをそれぞれのゲートに与える。
トランジスタである各スイッチ153Rはそれぞれのゲートにプリドライバ156Rからオン信号が与えられることにより、赤色光(R光)を発光する各LED152Rが発光する。いうまでもないが、アンドゲート155Rからの出力信号が「L」になるとプリドライバ156Rから出力されている駆動信号DSも「L」(オフ信号)になるので、各LED152Rの発光は停止する。
以上、R光用ドライブ回路14Rの構成及び基本的な動作について説明したが、他のB光用ドライブ回路14B及びG光用ドライブ回路14Gも同一の構成であり、従ってそれぞれの基本的な動作も上述したR光用ドライブ回路14Rのそれと同様である。
ところで、図3に示されているように、R光発光回路には、各LED152Rの発光量を検出するためのR光用の光センサ157Rが備えられている。このR光用の光センサ157RにはR光用のサブフレーム期間信号RSFPS が入力されている。そして、R光用の光センサ157Rは、R光用のサブフレーム期間信号RSFPS が入力されている期間においてのみ、R光用の各LED125Rの発光量(明るさ)を積分して検出するように構成されている。またこの光センサ157Rの検出結果は検出信号RFBSとしてR光用の補正回路158Rに与えられている。
R光用の補正回路158Rは、R光用の調整値メモリ142Rに各サブフレームに対応して記憶されている調整値データによって発光されるR光の光量の設計値を記憶している。従って、R光用の補正回路158Rは、R光用の光センサ157Rの検出信号RFBSと予め記憶している設計値とを比較することにより、R光発光回路の実際の発光量と設計値との間に所定値以上の差が存在する場合にはその差を補正するための補正値データを補正値メモリ144Rに記憶させる。
また、R光用の調整装置159Rはユーザによるマニュアル調整のために用意されている。即ち、ユーザが投射された画像の赤色の成分を増減したい場合、R光用の調整装置159Rを操作することにより、任意のの補正値データを補正値メモリ144Rに記憶させることが可能である。
なお、上述した光センサ157R、補正回路158R、調整装置159R等は他のB光用及びG光用発光回路にも同様に備えられている。ただし、これらの要素の動作については後述する。
図4はカウンタ149Rの計数値とコンパレータ148Rの出力信号との関係の一例を示すタイミングチャートである。
カウンタ149Rは、図4(a) に示すように、所定のクロックCLKを計数値「0」から計数し始め、「128」まで計数するとオーバフローしてその計数値が「0」にリセットされ、再度計数を開始して計数値「128」でオーバフローして計数値が「0」にリセットされる、という動作を反復している。そしてたとえば調整値メモリ142Rから調整値データとして「100」が読出レジスタ143Rに読み出され(補正値データの加算は行なわれないとする)、リロードレジスタ147Rに保持されている場合、図4(b) に示すように、コンパレータ148Rの出力信号は、カウンタ149Rの計数値が「0」から「100」までの間は「H」であり、カウンタ149Rの計数値が「101」になると「L」に転じる。この後、カウンタ149Rの計数値が「128」に達してオーバフローするまではコンパレータ148Rの出力信号は「L」を維持し、カウンタ149Rの計数値が「128」に達してオーバフローするとカウンタ149Rはリセットされてその計数値が「0」になるので、コンパレータ148Rの出力信号は再度「H」に転じる。
同様に、たとえば調整値メモリ142Rから調整値データとして「50」が読出レジスタ143Rに読み出されてリロードレジスタ147Rに保持されている場合、図4(c) に示すように、コンパレータ148Rの出力信号は、カウンタ149Rの計数値が「0」から「50」までの間は「H」であり、カウンタ149Rの計数値が「51」になると「L」に転じる。この後、カウンタ149Rの計数値が「128」に達してオーバフローするまではコンパレータ148Rの出力信号は「L」を維持し、カウンタ149Rの計数値が「128」に達してオーバフローするとカウンタ149Rはリセットされてその計数値が「0」になるので、コンパレータ148Rの出力信号は再度「H」に転じる。
以下、図4(d), (e)にそれぞれ示すように、調整値データが「25」、「12」である場合についても同様である。
以上のことから、リロードレジスタ147Rに保持されている調整値データに正比例して、コンパレータ148Rからの出力信号、換言すればプリドライバ156Rから出力されるオン信号のデューティが変化することになる。このことは、調整値メモリ142Rから出力された調整値データに正比例してR用の各LED152Rの発光がPWM制御されることを意味している。
図5はコンパレータ148Rの出力信号(図5(a))と、R光用サブフレーム期間信号RSFPS(図5(b))と、R光用の各LED152Rの発光期間(図5(c))との関係を示すタイミングチャートである。
図5(a) に示すコンパレータ148Rの出力信号は、図4(a) に示した調整値データが「100」の場合を実線で、同じく「50」、「25」、「12」の場合を破線でそれぞれ示してある。図5(b) に示すR光用のサブフレーム期間信号RSFPが「H(有意)」である期間において、サブフレーム信号SFS により指定される調整値データに応じたデューティ比のパルス信号がコンパレータ148Rから出力信号として出力されると、図5(c) に示したR光用の各LED152Rの発光期間もサブフレーム信号SFS により指定される調整値データに応じたデューティ比で発光することになる。即ち、調整値メモリ142Rに記憶されている調整値データの内のサブフレーム信号SFS で指定される調整値データ(サブフレーム信号SFS が示すサブフレームに対応する調整値データ)に応じたデューティ比でR光用の各LED152Rが発光する。換言すれば、調整値メモリ142Rに記憶されている調整値データの内のサブフレーム信号SFS で指定される調整値データ(サブフレーム信号SFS が示すサブフレームに対応する調整値データ)に応じたデューティ比に比例する明るさでR光用の各LED152Rが発光する。
なお、以上の説明はR光発光回路に関する説明であるが、他のB光発光回路及びG光用発光回路もR光発光回路と全く同様に動作することは明らかである。
以上のような本発明に係る空間光変調システムによれば、R,B,G各色の表示期間において各色に対応するR光用回路,B光用回路及びG光用回路による各色の光の発光強度をPWM制御することが可能になる。図6は本発明に係る空間光変調システムの駆動方法の一例を示すタイミングチャートである。
たとえば図6(a) に示すように、1フレームの内の第1サブフレームSF1において、第1サブフレームSF1を示すサブフレーム信号SFS0の期間内の各色別の光用のサブフレーム期間信号RSFPS, BSFPS, BSFPS にてそれぞれ示される第1のR,B,G表示期間(R1,B1,G1)の長さ(時間)をそれぞれ「1」とした場合に、第2サブフレームSF2を示すサブフレーム信号SFS1の期間内の各色別の光用のサブフレーム期間信号RSFPS, BSFPS, BSFPS にてそれぞれ示される第2のR,B,G表示期間(R2,B2,G2)の長さ(時間)がそれぞれ「1/2」に、第3サブフレームSF3を示すサブフレーム信号SFS2の期間内の各色別の光用のサブフレーム期間信号RSFPS, BSFPS, BSFPS にてそれぞれ示される第3のR,B,G表示期間(R3,B3,G3)の長さ(時間)がそれぞれ「1/4」に、第4サブフレームSF4を示すサブフレーム信号SFS3の期間内の各色別の光用のサブフレーム期間信号RSFPS, BSFPS, BSFPS にてそれぞれ示される第4のR,B,G表示期間(R4,B4,G4)の長さ(時間)がそれぞれ「1/8」になるような4ビットで階調表現する例を考える。この場合、図6(b) に示すように、各サブフレームSF1〜SF4に対応する各色の光の発光強度を4段階に徐々に低下させることが可能になる。
具体的には、R光用回路,B光用回路及びG光用回路それぞれの調整値メモリ142R,142B,142Gに前述したように、第1サブフレームSF1を示すサブフレーム信号SFS0に対応する調整値データとして「100」が、第2サブフレームSF2を示すサブフレーム信号SFS1に対応する調整値データとして「50」が、第3サブフレームSF3を示すサブフレーム信号SFS2に対応する調整値データとして「25」が、第4サブフレームSF4を示すサブフレーム信号SFS3に対応する調整値データとして「12」がそれぞれ記憶されているとする。
このような場合に、第1サブフレームSF1においては各色の第1の表示期間R1,B1,G1にそれぞれ「100:126」のデューティ比で、第2サブフレームSF2においては各色の第2の表示期間R2,B2,G2にそれぞ「50:126」のデューティ比で、第3サブフレームSF3においては各色の第3の表示期間R3,B3,G3にそれぞれ「25:126」のデューティ比で、第4サブフレームSF4においては各色の第4の表示期間R4,B4,G4にそれぞれ「12:126」のデューティ比で各色別のLED152R,152B,152Gを発光させるというように、R光用ドライブ回路14R,B光用ドライブ回路14B,G光用ドライブ回路14Gがそれぞれに接続されているスイッチ153R,153B,153Gを制御する。
いうまでもないが、上述のような各ドライブ回路14R,14B,14Gによる発光制御はDMD駆動回路11から与えられるLED制御信号LEDSC によって、DMD駆動回路11がDMD12を駆動するタイミングと同期される。
このように、本来、画像の低階調度の部分を表現するための比較的表示時間が短いサブフレームにおいて各色の光の光源からの発光強度をPWM制御で低下させることにより、画像信号に含まれる階調度が低い部分を意図的により低階調度に表現することが可能になるので、ガンマカーブを表現することが可能になる。
ところで、図3に示されているR光用回路の光センサ157RはR光用の各LED125Rの発光量を検出するために備えられている。この光センサ157RにはR光用のサブフレーム期間信号RSFPS が入力されており、このR光用のサブフレーム期間信号RSFPS が入力されている期間のR光用の各LED125Rの発光量を積分して検出するように構成されている。またこの光センサ157Rの検出結果は検出信号RFBSとして補正回路158Rに与えられている。
従って、光センサ157Rのいずれかのサブフレームにおける検出結果がたとえば設計値と一致しないような場合には、補正回路158Rは設計値と発光量(明るさ)とが一致しないサブフレームに対応する補正値メモリ144Rのアドレスに補正値データを記憶させる。図3に示されている例では、第1サブフレームに対応する補正値メモリ144Rのアドレスには補正値データとして「+3」が、第2サブフレームに対応する補正値メモリ144Rのアドレスには補正値データとして「−2」が、第3サブフレームに対応する補正値メモリ144Rのアドレスには補正値データとして「−1」が、第4サブフレームに対応する補正値メモリ144Rのアドレスには補正値データとして「0」がそれぞれ記憶されている。
また、R光用の調整装置159Rはユーザによるマニュアル調整のために用意されている。即ち、ユーザがスクリーン等に実際に投射された画像の赤色の成分を増減したい場合にはR光用の調整装置159Rを操作することにより、補正値メモリ144Rが記憶している調整値データを変更することが可能である。この結果、ユーザによる調整装置159Rの操作に応じて、投射画像の赤色成分が増減されることになる。
なお、上述の説明ではR光用回路について説明したが、他のB光用及びG光用回路に関しても同一の構成であり、またその動作も同様であることはいうまでもない。また、調整回路に関しては個々の色用に設けるのではなく、全体のカラーバランス等を調整するために共通の調整回路を設けるようにしてもよい。
以上に詳述したように本発明に係る空間光変調システム及びプロジェクタによれば、各色の表示時間とPWM制御による対応する色の光源の発光期間との組み合わせで画像の明るさを調整できるので、より精細な階調表現が可能になると共にいわゆるガンマカーブをも容易に表現することが可能になる。また、光源を一定の発光強度に維持して画像表示期間の長さを変化させる場合に比して電力使用量を削減することが可能になる。更に、R,B,G光を発光する光源のみにて、いわゆるデータプロジェクタと称される画像の輝度が優先されるような用途にも光源の発光制御のみで対応することが可能になると共に、シアン,マゼンタ,イエロー等の中間色を使用してより精細な色表現を行なうことも容易に可能になる。
また更に本発明に係る空間光変調システムの駆動方法及びプロジェクタによれば、画像信号の1フレームの間に複数の有彩色に分離された各色の画像が複数回にわたって表示され、しかもそれぞれにおいて光源の発光期間をPWM制御により変更することが可能であるので、各色の表示時間と対応する色の光源の発光期間との組み合わせで画像の明るさを調整できる。従って、より精細な階調表現が可能になると共にいわゆるガンマカーブをも容易に表現することが可能になると共に、よりコントラストの強い画像を表示することが可能になる。更に、事前の画像処理を行なうこと無しにガンマカーブを表現することが可能になる。また更に、光源を一定の発光強度に維持して画像表示期間の長さを変化させる場合に比して電力使用量を削減することが可能になる。更にまた、いわゆるデータプロジェクタと称される画像の輝度が優先されるような用途にも光源の発光期間のPWM制御のみで対応することが可能になると共に、シアン,マゼンタ,イエロー等の中間色を使用してより精細な色表現を行なうことも容易に可能になる。
更に本発明に係る空間光変調システム及びプロジェクタによれば、実際に発光される各色の光量を検出して設計値になるように自動的にフィードバック制御することが可能であるので、製造時の調整をそれほどには慎重に行なう必要はなく、またLEDの経年劣化に対しても自動的に補正可能になる。
なお、上述した実施例では4ビットで階調表現を行なう場合を例示したがこれはあくまでも説明の便宜のためであり、実際のシステムの設計に際しては任意のビット数で階調表現を行なうことができる。また、図2に示したLEDの数も必要な強度の合成光を得るために任意の数(1個又は4個以上でもよい)を備えることが可能である。また更に、上述した実施の形態ではR,B,Gの3色の光源を使用しているが、用途によっては他の色の光源を使用してもよい。