JP2015126462A - 投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】キーストーン補正による輝度ムラを表示画像の階調を損なうこと無しに低減する。【解決手段】画像処理部（１４０）は入力画像データをキーストーン補正して液晶制御部（１５０）に供給する。液晶制御部（１５０）は、画像処理部（１４０）からの画像データに従い液晶素子（１５１Ｒ，１５１Ｇ，１５１Ｂ）を駆動して各色の画像を表示させる。光源（１６１）は、液晶素子（１５１Ｒ，１５１Ｇ，１５１Ｂ）の互いに異なる特定の領域を主に照明する複数の固体光源ユニット＃０〜＃３）を具備し、光源制御部（１６０）は、各固体光源ユニット＃０〜＃３を駆動する光源駆動部＃０〜＃３を具備する。ＣＰＵ（１１０）は、キーストーン補正に基づく画像の変形に応じて、対応する領域を照明する固体光源ユニット＃０〜＃３の輝度を調整するように光源制御部（１６０）に指示する。【選択図】 図３

Description

本発明は、投影装置に関する。

液晶プロジェクタ等の投影装置は、画像を表示する液晶表示パネルに後方から照明光を照射し、液晶表示パネルで空間変調された光学画像をスクリーン等の投影面に投影又は投射することで、画像を表示する装置である。投影設置場所が限られる場合、又は観測者の視界を妨げないように投影装置を設置する場合等には、投影光学系の光軸がスクリーン面に対して斜めにならざるを得ず、そのままでは、スクリーン上の表示画像が歪んでしまう。

このような表示画像の歪みを解消する技術として、このような歪みを相殺するように画像を事前に補正して投影する歪み補正技術が知られている。また、投影装置のスクリーンに対する傾斜角度を検知する手段又はスクリーン上の表示画像を撮影するカメラを設けることで、表示画像の歪み補正を自動化する技術も知られている。

スクリーンに対する斜め投影、いわゆる煽り投影の場合、液晶表示パネル上に形成される画像（投影画像）に対する投影面上の表示画像の拡大率が画像中で均一にならないので、投影面上の表示画像に輝度むらが生じる。

このような輝度むらを補正する技術として、特許文献１には、歪み補正のための投影前の画像変形に応じて輝度も補正する技術が知られている。また、特許文献２には、投影装置の煽り確度情報に基づいて投影画像の輝度を補正することが記載されている。

特開２０１１−１９３３３２号公報 特開２００４−３４９９７９号公報

特許文献１，２に記載される技術では、投影面上の表示画像の輝度むらを補正できる。しかし、液晶表示パネルに表示する画像（投影画像）の輝度を調整するので、デジタル処理では輝度調整後の画像の階調が悪くなる。

本発明は、画像の階調性を損なうこと無しに、斜め投影の場合の輝度むらを低減又は解消する投影装置を提示することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明に係る投影装置は、入力画像データの画像を投影による歪みを相殺するように変形する画像処理手段と、前記画像処理手段の出力画像データを画像表示する表示手段と、前記表示手段を照明する照明光を生成する照明光源と、前記照明光の下で前記表示手段により生成される光学画像を投影面に投影する投影光学系とを具備する投影装置であって、前記照明光源が前記表示手段の表示面に互いに異なる空間分布の輝度の照明光を供給する複数の光源手段を具備し、更に、前記画像処理手段における変形に応じて前記投影面上での表示画像の輝度むらを低減するように前記複数の光源ユニットのそれぞれの照明光の強度を制御する制御手段を具備することを特徴とする。

本発明によれば、煽り投影を行った際に生じる輝度むらを画像の階調性を損なわずに補正できる。

本発明の一実施例の概略構成ブロック図である。 本実施例の基本動作のフローチャートである。 本実施例の画像処理部、液晶制御部、光源制御部及び光源の概略構成ブロック図である。 本実施例の輝度むら補正動作のフローチャートである。 各固体光源ユニットの液晶素子に対する照射領域を示す模式図である。 後処理部によるゲイン調整の特性図である。 第２実施例の概略構成をブロック図である。 第２実施例の画像処理部、液晶制御部、光源制御部、光源及び減光部の概略構成ブロック図である。 減光部７９７の光透過率を示す模式図である。 画像の縮小率と合成光量の関係を示す模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。但し、以下に説明する実施例は本発明の理解を容易にするための説明用であり、本発明は以下の実施例に限定されない。

図１は、本発明に係る投影装置の一実施例である液晶プロジェクタの概略構成ブロック図を示す。

液晶プロジェクタ１００は、ＣＰＵ１１０、ＲＯＭ１１１、ＲＡＭ１１２、操作部１１３、画像入力部１３０及び画像処理部１４０を有する。液晶プロジェクタ１００はさらに、液晶制御部１５０、液晶素子１５１Ｒ、１５１Ｇ、１５１Ｂ、光源制御部１６０、光源１６１、色分離部１６２、色合成部１６３、光学系制御部１７０及び投影光学系１７１を有する。液晶プロジェクタ１００はさらに、記録再生部１９１、記録媒体１９２、通信部１９３、撮像部１９４、表示制御部１９５及び表示部１９６を有する。

ＣＰＵ１１０は、液晶プロジェクタ１００の各動作ブロックを制御する。ＲＯＭ１１１は、ＣＰＵ１１０の処理手順を記述した制御プログラムを記憶する。ＲＡＭ１１２は、ＣＰＵ１１０のワークメモリとして一時的に制御プログラムやデータを格納する。ＣＰＵ１１０は、記録再生部１９１により記録媒体１９２から再生された静止画データや動画データを一時的にＲＡＭ１１２に格納し、ＲＯＭ１１１に記憶されるプログラムを用いて、それぞれの画像や映像を再生できる。ＣＰＵ１１０は、通信部１９３により受信した静止画データや動画データを一時的にＲＡＭ１１２に格納し、ＲＯＭ１１１に記憶されるプログラムを用いて、それぞれの画像や映像を再生できる。ＣＰＵ１１０は、撮像部１９４により得られた画像データや映像データを一時的にＲＡＭ１１２に記憶し、ＲＯＭ１１１に記憶されるプログラムを用いて、静止画データや動画データに変換して記録媒体１９２に記録できる。

操作部１１３はユーザの指示を受け付け、ＣＰＵ１１０に操作内容に応じた指示信号を送信する。操作部１１３は例えば、スイッチやダイヤル、及び表示部１９６上に設けられたタッチパネルなどからなる。操作部１１３はまた、リモコンからの無線信号を受信し、受信信号に基づいて所定の指示信号をＣＰＵ１１０に送信する信号受信部（赤外線受信部など）を含む。ＣＰＵ１１０は、操作部１１３や通信部１９３から入力される制御信号に従い、液晶プロジェクタ１００の各動作ブロックを制御する。

画像入力部１３０は外部装置から映像信号が入力する手段であり、例えば、コンポジット端子、Ｓ映像端子、Ｄ端子、コンポーネント端子、アナログＲＧＢ端子、ＤＶＩ−Ｉ端子、ＤＶＩ−Ｄ端子又はＨＤＭＩ（登録商標）端子等を含む。画像入力部１３０は、アナログ映像信号をデジタル映像信号に変換するアナログ／デジタル変換器を具備する。画像入力部１３０は、受信した映像信号を画像処理部１４０に供給する。画像入力部１３０に映像信号を供給する外部装置は、映像信号を出力できる装置、例えば、パーソナルコンピュータ、カメラ、携帯電話、スマートフォン、ハードディスクレコーダ及びゲーム機などのどれでもよい。

画像処理部１４０は、画像入力部１３０により入力された映像信号にフレーム数、画素数及び画像形状などの変更処理を施して液晶制御部１５０に供給する。画像処理部１４０は例えば、画像処理用のマイクロプロセッサからなる。ＣＰＵ１１０が、ＲＯＭ１１１に記憶されるプログラムを実行することで、画像処理部１４０の一部又は全部の機能を代替するようにしてもよい。画像処理部１４０は、フレーム間引き処理、フレーム補間処理、解像度変換処理及び歪み補正処理（キーストーン補正処理）の各機能を具備する。画像処理部１４０はまた、画像入力部１３０からの映像信号以外にも、ＣＰＵ１１０によって再生された画像及び映像に対しても上述の変更処理を施すことができる。

液晶制御部１５０は、画像処理部１４０からの映像信号に従い、液晶素子（液晶表示パネル）１５１Ｒ，１５１Ｇ，１５１Ｂの画素単位の透過率を画像の強度に対応して制御する。すなわち、液晶制御部１５０は、画像処理部１４０で処理された映像信号のＲ（赤色）信号に従い液晶素子（液晶表示パネル）１５１Ｒを駆動し、Ｇ（緑色）信号に従い液晶素子１５１Ｇを駆動し、Ｂ（青色）信号に従い液晶素子１５１Ｂを駆動する。これにより、液晶素子１５１Ｒは表示すべきＲＧＢ画像の赤色画像を表示し、液晶素子１５１Ｇは緑色成画像を表示し、液晶素子１５１Ｂは青色画像を表示する。液晶制御部１５０の機能は、専用のマイクロプロセッサにより、又は、ＲＯＭ１１１に記憶されたプログラムをＣＰＵ１１０が実行することにより、実現される。

光源制御部１６０は、光源１６１のオン／オフとオン時の光量を制御するマイクロプロセッサからなる。もちろん、ＣＰＵ１１０がＲＯＭ１１１に記憶されたプログラムに従い光源制御部１６０の機能を代替しても良い。光源１６１は、液晶素子１５１Ｒ，１５１Ｇ，１５１Ｂに入射する照明光を生成する照明光発生手段である。液晶素子１５１Ｒ，１５１Ｇ，１５１Ｂは、入射する照明光を表示画面内で空間的に強度変調する空間強度変調素子である。

光源１６１は、例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ又は高圧水銀ランプなどからなる。光源１６１の出力光は色分離部１６２により赤色用、緑色用及び青色用に分割され、各分割光が液晶素子１５１Ｒ，１５１Ｇ，１５１Ｂに入射する。色分離部１６２は、光源１６１の出力光を赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）に分離する素子、例えば、ダイクロイックミラーやプリズムなどからなる。なお、光源１６１として、各色に対応する光を出力するＬＥＤ等を使用する場合には、色分離部１６２は不要である。

色合成部１６３は、液晶素子１５１Ｒ，１５１Ｇ，１５１Ｂの透過光を互いの画素にずれが生じないように合成する。これにより、本来の色を表出する光学画像が生成される。色合成部１６３は、液晶素子１５１Ｒ、１５１Ｇ、１５１Ｂを透過した赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の光学画像を空間的に合成する素子、例えば、ダイクロイックミラーやプリズムなどからなる。色合成部１６３により合成された光学画像はフルカラーの画像であり、投影光学系１７１により図示しないスクリーンに投影される。

投影光学系１７１は、複数のレンズ及びレンズ駆動用アクチュエータからなり、レンズをアクチュエータにより駆動することで、投影画像の拡大、縮小及び焦点調整などを行える。光学系制御部１７０は、投影光学系１７１を制御する制御用のマイクロプロセッサからなる。ＲＯＭ１１１に記憶されたプログラムをＣＰＵ１１０が実行することで光学系制御部１７０の機能を代替しても良い。

単板式の場合、１枚の液晶素子でＲＧＢ画像を表示し、当該液晶素子を高輝度光源からの光で照明するので，色分離部１６２及び色合成部１６３は不要になる。

記録再生部１９１は、記録媒体１９２から静止画データや動画データを再生し、撮像部１９４により得られた画像や映像の静止画データや動画データをＣＰＵ１１０から受信して記録媒体１９２に記録する。記録再生部１９１はまた、通信部１９３により受信される静止画データや動画データを記録媒体１９２に記録する。記録再生部１９１は、例えば、記録媒体１９２と電気的に接続するインタフェースと、記録媒体１９２と通信するためのマイクロプロセッサからなる。記録再生部１９１の一部の機能を、ＲＯＭ１１１に記憶されたプログラムによってＣＰＵ１１０が代替してもよい。

記録媒体１９２は、静止画データ、動画データ、及び、その他のデータを記録する。記録媒体１９２として、磁気ディスク、光学式ディスク又は半導体メモリなどのあらゆる方式の記録媒体を利用できる。記録媒体１９２は、プロジェクタ１００に着脱可能であっても、内蔵型であってもよい。

通信部１９３は外部機器と通信し、外部機器から制御信号、静止画データ及び動画データなどを受信する。通信部１９３は例えば、無線ＬＡＮ、有線ＬＡＮ、ＵＳＢ又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などを利用でき、通信方式は特定のものに限定されない。画像入力部１３０の端子が例えばＨＤＭＩ（登録商標）端子である場合、通信部１９３は、その端子を介してＣＥＣ通信を行うものであっても良い。外部機器は例えば、パーソナルコンピュータ、カメラ、携帯電話、スマートフォン、ハードディスクレコーダ、ゲーム機又はリモコンなどである。

撮像部１９４は、投影光学系１７１により投影されたスクリーン上の画像（表示画像）を撮影するように配置される。撮像部１９４は、撮影画像データをＣＰＵ１１０に送信する。ＣＰＵ１１０は、撮像部１９４からの画像データを一時的にＲＡＭ１１２に記憶し、ＲＯＭ１１１に記憶されたプログラムに基づいて、静止画データ又は動画データに変換する。撮像部１９４は、光学像を画像信号に変換する撮像素子、被写体の光学像を撮像素子に入射するレンズ、レンズを駆動するアクチュエータ、アクチュエータを制御するマイクロプロセッサ、撮像素子の出力画像信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部などからなる。スクリーン方向以外の方向、例えば、スクリーンと逆方向の視聴者側を撮影する撮像部を設けても良い。

スクリーンに投影したテスト画像を撮像部１９４で撮像し、撮像されたテスト画像の形状を解析することで、スクリーンに対する投影光学系１７１の光軸の角度を決定できる。スクリーンに対する投影光学系１７１の光軸の角度はまた、利用環境によっては、液晶プロジェクタ１００の傾きを検出することでも決定できる。ＣＰＵ１１０は、これらの情報に従い、斜め投影による歪を補正するキーストーン補正の補正量を決定し、画像処理部１４０に投影画像のキーストーン補正を指示する。

表示制御部１９５は、液晶プロジェクタ１００を操作するための操作画面やスイッチアイコン等の画像を表示部１９６に表示させる。表示制御部１９５は、表示制御用マイクロプロセッサなどからなるが、その機能を、ＲＯＭ１１１に記憶されたプログラムによってＣＰＵ１１０が代替してもよい。

表示部１９６は、上述の通り、液晶プロジェクタ１００を操作するための操作画面及びスイッチアイコンを表示する。表示部１９６は、画像を表示するデバイス、例えば、液晶ディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ又はＬＥＤディスプレイなどからなる。表示部１９６は、特定のボタンをユーザに認識可能に掲示するために、各ボタンに対応するＬＥＤ等を発光させる構成を具備しても良い。

画像処理部１４０、液晶制御部１５０、光源制御部１６０、光学系制御部１７０、記録再生部１９１及び表示制御部１９５の機能は、単数又は複数のマイクロプロセッサで実現しても良い。もちろん、幾つかの機能は、ＣＰＵ１１０が、ＲＯＭ１１１に記憶されたプログラムを実行することによっても、実現できる。

図２は、本実施例の基本動作のフローチャートを示す。図２を参照して、本実施例の基本動作を説明する。図２に示すフローで示される動作は、基本的に、ＣＰＵ１１０がＲＯＭ１１１に記憶されたプログラムに基づいて各機能ブロックを制御することにより実行される。操作部１１３や不図示のリモコンによりユーザが液晶プロジェクタ１００の電源のオンを指示した時点に、図２に示すフローがスタートする。

操作部１１３又は不図示のリモコンによりユーザが液晶プロジェクタ１００の電源のオンを指示すると、ＣＰＵ１１０は、不図示の電源部からプロジェクタ１００の各部に電力を供給する。

ＣＰＵ１１０は、ユーザによる操作部１１３又はリモコンの操作により選択された表示モードを判定する（Ｓ２１０）。液晶プロジェクタ１００の表示モードには、入力画像表示モード、ファイル再生表示モード及びファイル受信表示モードがある。入力画像表示モードは、画像入力部１３０より入力された映像を表示する表示モードである。ファイル再生表示モードは、記録媒体１９２から読み出された静止画データや動画データの画像や映像を表示する表示モードである。ファイル受信表示モードは、通信部１９３から受信した静止画データや動画データの画像や映像を表示する表示モードである。

電源を投入した時点での表示モードを前回終了時の表示モードとしてもよいし、いずれかの表示モードをデフォルトの表示モードとしてもよい。これらの場合には、ステップＳ２１０の処理は省略可能である。

ステップＳ２１０で入力画像表示モードが選択されたものとする。入力画像表示モードが選択されると、ＣＰＵ１１０は、画像入力部１３０から映像信号が入力されているか否かを判定する（Ｓ２２０）。ＣＰＵ１１０は、映像信号が入力されていない場合（Ｓ２２０でＮｏ）には入力検出まで待機し、映像信号が入力されている場合（Ｓ２２０でＹｅｓ）には投影処理（Ｓ２３０）を実行する。

ＣＰＵ１１０は投影処理として、画像入力部１３０からの映像信号を画像処理部１４０に送信し、画像処理部１４０に画素数、フレームレート及び形状の変形を実行させ、処理の施された１画面分の画像を液晶制御部１５０に送信させる（Ｓ２３０）。ＣＰＵ１１０は液晶制御部１５０に、１画面分の画像の赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の各色成分の階調レベルに応じた透過率となるように液晶素子１５１Ｒ、１５１Ｇ、１５１Ｂの透過率を制御させる。

ＣＰＵ１１０は、光源制御部１６０に光源１６１から照明光を出力させる。色分離部１６２は、光源１６１の出力光を赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）に分離し、それぞれの色成分光を液晶素子１５１Ｒ、１５１Ｇ、１５１Ｂに供給する。液晶素子１５１Ｒ、１５１Ｇ、１５１Ｂに供給された各色の光は、各液晶素子１５１Ｒ、１５１Ｇ、１５１Ｂの画素毎に透過する光量が制限されることで空間的に強度変調され、各色の光学画像が生成される。液晶素子１５１Ｒ、１５１Ｇ、１５１Ｂを透過した赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の各色画像は、色合成部１６３により合成される。色合成部１６３で合成されたＲＧＢ光学画像が投影光学系１７１により不図示のスクリーンに投影される。

この投影処理（Ｓ２３０）は、画像を投影している間、１フレームの画像毎に順次、実行されている。この間、ユーザが投影光学系１７１の操作をする指示を操作部１１３から入力すると、ＣＰＵ１１０は、指示内容に沿って投影光学系１７１を制御するように光学系制御部１７０に指示する。例えば、投影画像の焦点変更や光学系の拡大率の変更である。

表示処理実行中に、ＣＰＵ１１０は、ユーザにより表示モードを切り替える指示が操作部１１３から入力されたか否かを判定する（Ｓ２４０）。ユーザが表示モードを切り替える指示を操作部１１３から入力すると（Ｓ２４０でＹｅｓ）、ＣＰＵ１１０は、再びＳ２１０に戻り、表示モードを判定する。このとき、ＣＰＵ１１０は、画像処理部１４０に表示モードを選択させるためのメニュー画面をＯＳＤ画像として送信し、投影中の画像にこのＯＳＤ画面を重畳させるように画像処理部１４０を制御する。ユーザは、投影されたＯＳＤ画面を見ながら、表示モードを選択する。

表示処理実行中に、ユーザが表示モードを切り替える指示を操作部１１３から入力しない場合（Ｓ２４０でＮｏ）、ＣＰＵ１１０は、ユーザにより投影終了の指示が操作部１１３から入力されたか否かを判定する（Ｓ２５０）。ユーザが投影終了の指示を操作部１１３から入力した場合（Ｓ２５０でＹｅｓ）、ＣＰＵ１１０は、液晶プロジェクタ１００の各ブロックに対する電力供給を停止させ、画像投影を終了させる。一方、ユーザが投影終了の指示を操作部１１３から入力しない場合（Ｓ２５０でＮｏ）、ＣＰＵ１１０は、Ｓ２２０に戻り、以降、ユーザが投影終了の指示を操作部１１３から入力するまでの間、ステップＳ２２０〜Ｓ２５０の処理を繰り返す。

以上のような動作で、液晶プロジェクタ１００は、スクリーンに画像を投影する。

ファイル再生表示モードでは、ＣＰＵ１１０は、記録再生部１９１に、記録媒体１９２から静止画データ及び動画データのファイルリスト並びに各ファイルのサムネイルデータを読み出させ、ＲＡＭ１１２に一時記憶する。そして、ＣＰＵ１１０は、ＲＯＭ１１１のプログラムに従い、ＲＡＭ１１２に一時記憶されたファイルリストに基づく文字画像及び各ファイルのサムネイルデータに基づく画像を生成し、画像処理部１４０に送信する。ＣＰＵ１１０は、通常の投影処理（Ｓ２３０）と同様に、画像処理部１４０、液晶制御部１５０及び光源制御部１６０を制御する。

ユーザは、投影画面上において記録媒体１９２に記録された静止画データや動画データにそれぞれ対応する文字や画像を選択する指示を操作部１１３により入力する。ＣＰＵ１１０は、この指示に従い、選択された静止画データや動画データを記録媒体１９２から読み出すように記録再生部１９１を制御する。ＣＰＵ１１０は、読み出された静止画データ又は動画データをＲＡＭ１１２に一時記憶し、ＲＯＭ１１１のプログラムに従い、静止画データ又は動画データの画像又は映像を再生する。

ＣＰＵ１１０は、例えば再生した動画データの映像を順次、画像処理部１４０に送信し、通常の投影処理（Ｓ２３０）と同様に、画像処理部１４０、液晶制御部１５０及び光源制御部１６０を制御する。静止画データを再生する場合、ＣＰＵ１１０は、再生画像データを画像処理部１４０に送信し、通常の投影処理（Ｓ２３０）と同様に、画像処理部１４０、液晶制御部１５０及び光源制御部１６０を制御する。

ファイル受信表示モードでは、ＣＰＵ１１０は、通信部１９３から受信した静止画データや動画データをＲＡＭ１１２に一時記憶し、ＲＯＭ１１１のプログラムに従い、静止画データ又は動画データの画像又は映像を再生する。ＣＰＵ１１０は、例えば再生した動画データの映像を順次、画像処理部１４０に送信し、通常の投影処理（Ｓ２３０）と同様に、画像処理部１４０、液晶制御部１５０及び光源制御部１６０を制御する。静止画データの場合、ＣＰＵ１１０は、再生した画像を画像処理部１４０に送信し、通常の投影処理（Ｓ２３０）と同様に、画像処理部１４０、液晶制御部１５０及び光源制御部１６０を制御する。

次に、本実施例の特徴的な構成と機能を詳しく説明する。図３は、画像処理部１４０、液晶制御部１５０、光源制御部１６０及び光源１６１の内部構成を示す。

画像処理部１４０は、前処理部１４１、メモリ制御部１４２、画像メモリ１４３及び後処理部１４４からなり、前処理部１４１、メモリ制御部１４２及び後処理部１４４は、レジスタバス１４５を介してＣＰＵ１１０と接続する。画像処理部１４０には、表示しようとする画像データ（例えば、画像入力部１３０からの入力画像データ）と、当該画像データに同期する入力垂直同期信号ＩＶＤを含むタイミング信号が入力する。入力画像データは前処理部１４１に入力し、入力垂直同期信号を含むタイミング信号は前処理部１４１とメモリ制御部１４２に入力する。また、液晶制御部１５０から出力垂直同期信号ＯＶＤを含むタイミング信号が、メモリ制御部１４２と後処理部１４４に入力する。

前処理部１４１は、入力画像データを液晶素子１５１（１５１Ｒ，１５１Ｇ，１５１Ｂ）に適した色空間と解像度に変換する。具体的には、前処理部１４１は、色空間変換と拡大縮小処理を含む表示レイアウトの変更処理と、投影による幾何学的な歪を補正するキーストーン補正を前処理として実行する。

メモリ制御部１４２は画像メモリ１４３を使って、前処理部１４１のキーストーン補正のためのアドレス制御と、ＩＰ変換及びフレームレート変換などの時間軸上の変換処理を行う。液晶素子１５１をフレーム反転駆動する必要がある場合は、メモリ制御部１４２は、そのためのフレーム倍速変換を行う。メモリ制御部１４２は、入力垂直同期信号ＩＶＤに同期して画像メモリ１４３の書き込みを制御し、出力垂直同期信号ＯＶＤに同期して画像メモリ１４３の読み出しを制御する。このような書き込み・読み出しの制御自体は周知である。

後処理部１４４は、メモリ制御部１４２により画像メモリ１４３から読み出された画像データに対し、液晶素子１５１と投影光学系１７１に起因する表示むら（色むら及び輝度むら）及びディスクリなどを補正する後処理を施す。後処理部１４４はまた、液晶素子１５１の階調性に合わせた、ディザを代表とする階調変換、及び、電圧−反射率特性（透過率特性）を相殺して輝度リニアな特性に変換するＶＴガンマ変換などを行う。

液晶制御部１５０は、駆動データ変換部１５３、出力同期信号生成部１５４及び駆動パルス生成部１５５からなり、出力同期信号生成部１５４及び駆動パルス生成部１５５がレジスタバス１４５に接続し、レジスタバス１４５を介してＣＰＵ１１０と通信する。

駆動データ変換部１５３は、画像処理部１４０（後処理部１４４）からの画像データを液晶素子１５１のインタフェースに適合する電圧／電流値に変換する。具体的には、駆動データ変換部１５３は、デジタル駆動の場合はＬＶＤＳトランスミッタからなり、アナログ駆動の場合はＤＡ変換機能を内蔵したドライバＩＣなどからなる。駆動データ変換部１５３は、液晶素子１５１の有効映像の駆動領域以外の黒レベルを設定する黒補正も行う。

出力同期信号生成部１５４は、図示しない基準クロックからの画素クロックをカウントして、液晶素子１５１を駆動するための基準となる出力垂直同期信号ＯＶＤを生成する。生成された出力垂直同期信号は、上述の通り画像処理部１４０のメモリ制御部１４２と後処理部１４４に供給され、駆動パルス生成部１５５にも供給される。

駆動パルス生成部１５５は、出力同期信号生成部１５４が生成した出力同期信号ＯＶＤを基準に、液晶素子１５１を駆動する各種駆動信号を生成する。駆動信号は例えば、水平方向のデータラッチタイミングパルスＨＳＴ、水平シフトレジスタにデータを格納するための水平シフトクロックＨＣＫ、駆動開始ラインを示すパルスＶＳＴ及びライン方向スキャン用の垂直シフトクロックＶＣＫなどである。

光源１６１は複数（Ｎ）個の分離した固体光源ユニットを有し、光源制御部１６０は、光源１６１の各固体光源ユニットに対応する複数（Ｎ）の光源駆動部からなる。本実施例ではＮ＝４である。各光源駆動部＃０〜＃３は、光源１６１の対応する固体光源ユニット＃０〜＃３を駆動する。固体光源ユニット＃０〜＃３は、代表的にはＬＥＤ光源又はＬＤ光源（複数のＬＤ光源がカスケード接続されたユニットを含む）により構成されている。より一般的には、各固体光源ユニット＃０〜＃３は、対応する光源駆動部＃０〜＃３により個別に発光強度を制御できるものであれば、その他の発光原理のものであってもよい。

図４及び図５を参照して、本実施例による輝度むら補正動作を説明する。図４は、輝度むら補正動作のフローチャートを示し、図５は、液晶素子１５１に対する光源１６１の各固体光源ユニット＃０〜＃３の照射範囲を示す。図５（ａ）に示すように、液晶素子１５１の画像表示領域をその垂直方向に４つの領域に分割し、各領域を固体光源ユニット＃０〜＃３が個別に照明する。即ち、固体光源ユニット＃０〜＃３は、液晶素子１５１の表示面に対し互いに異なる空間分布、理想的には実質的に互いに重畳しない空間分布の輝度の照明光を供給する。詳細は後述するが、図５（ｂ）はキーストーン補正のために、液晶素子１５１に表示する投影画像（斜線部）を台形に補正した例を示す。

Ｓ４０１で、ＣＰＵ１１０は、操作部１１３を介してユーザからキーストーン指示を受信したか否かを判断する。ＣＰＵ１１０がキーストーン指示を受信した場合、Ｓ４０２に進む。

Ｓ４０２で、ＣＰＵ１１０は、キーストーン補正後の投影画像の形状を決定する。補正後の投影画像の形状は、例えば、補正後の投影画像の４隅の座標で規定しても、補正前の画像と補正後の画像の各画素座標の対応情報で規定してもよい。ＣＰＵ１１０は、投影光学系１７１のズーム及びレンズシフトの状態と液晶プロジェクタ１００の傾斜角から当該座標情報を算出する。座標情報をユーザが操作部１１３により直接、ＣＰＵ１１０に入力しても良い。

Ｓ４０３で、ＣＰＵ１１０は、Ｓ４０２で決定した補正後の投影画像の形状を前処理部１４１及びメモリ制御部１４２に通知する。前処理部１４１及びメモリ制御部１４２は、ＣＰＵ１１０から通知される形状情報に従って、入力画像データの画像形状を変形する。

Ｓ４０４で、ＣＰＵ１１０は、光源１６１の各固体光源ユニット＃０〜＃３の発光強度を決定する。この発光強度の決定方法の一例を説明する。ここでは、前処理部１４１及びメモリ制御部１４２によるキーストーン補正により、投影画像が、液晶素子１５１上で図５（ｂ）に斜線領域で示すように変形されたとする。

ＣＰＵ１１０は、変形後の画像が存在しない領域の光源ユニット（図５（ｂ）に示す例では、固体光源ユニット＃０）の発光強度を０（発光させない）とする。

ＣＰＵ１１０は、Ｓ４０２で求めたキーストーン補正後の形状から各照射領域に形成される画像の縮小率又は変形率を求め、対応する光源ユニットの輝度を決定する。例えば、液晶素子１５１の各照射領域に形成される画像の各画素の縮小率の平均が、照射領域＃１でα％、照射領域＃２でβ％、照射領域＃３でγ％であったとする。ＣＰＵ１１０は、各照射領域＃１〜＃３に対応する光源ユニット＃１〜＃３の発光強度が照射領域＃１〜＃３に形成される画像の縮小率の平均の逆数となるように、発光強度の比を決定する。例えば、光源ユニット＃１の発光強度：光源ユニット＃２の発光強度：光源ユニット＃３の発光強度を１／α：１／β：１／γとする。

なお、各固体光源ユニット＃０〜＃３の発光強度の求め方は上述の方法に限定されない。例えば、液晶素子１５１の各照射領域＃０〜＃４に形成される画像の投影面における拡大率に基づいて発光強度を求めてもよい。この場合、光源ユニット＃１の発光強度：光源ユニット＃２の発光強度：光源ユニット＃３の発光強度は、各領域の各画素の拡大率の比で決定される。

Ｓ４０５で、ＣＰＵ１１０は、Ｓ４０４で決定した光源１６１の各固体光源ユニット＃０〜＃３の発光強度を光源制御部１６０に通知する。光源制御部１６０は、ＣＰＵ１１０からの通知に従い発光強度になるように、各光源駆動部＃０〜＃３により光源１６１の対応する固体光源ユニット＃０〜＃３を駆動する。光源制御部１６０による光源１６１の発光強度の制御方法は、光源１６１の駆動方式に依存する。例えば、光源駆動部＃０＃３から発生するＰＷＭパルスのデューティ比を調整する方式や、光源１６１に流す電流量を調整する方式がある。

このように光源の輝度をキーストーン補正の方向で制御することで、液晶素子１５１に印加する画像データの強度を調整することなしに、斜め投影時の投影面上の表示画像に発生する輝度むらを低減できる。すなわち、表示画像の階調性を損なわずに、表示画像の輝度むらを低減できる。

ユーザによるキーストーン補正の指示に応じて、図４に示す輝度むら補正処理をスタートしたが、図示しない傾きセンサの出力等により斜め投影を検知した場合に、図４に示すフローをスタートするようにしてもよい。この場合、Ｓ４０１の後は、Ｓ４０２、Ｓ４０３を飛ばしてＳ４０４に進めばよく、表示画像の歪みは補正されないものの、輝度むらは補正される。

光源の発光強度補正に、投影画像のゲイン調整を併用するとで、発光強度補正の補正量が少なくて済む。

図６は、後処理部１４４による画像データのゲイン調整のゲインプロファイル例を示す。図６（ａ），（ｂ）において、縦軸はゲイン量を示し、横軸は垂直方向の位置又は照射領域の区分を示す。

後処理部１４４又はＣＰＵ１１０は、各画素（又は水平線）のゲイン値を以下に説明する方法で決定する。横幅の縮小率が最も小さい画素のゲインを１００％（階調を変化させない）とし、ゲイン基準とする。この画素が含まれている照射領域（図５（ｂ）に示す例では、照射領域＃１）中の各画素のゲインを以下のように決定する。縮小率の最も小さい画素の縮小率をＳｍｉｎとすると、同じ照射領域における縮小率Ｓｃｕｒの画素に対するゲイン値は、
１００×Ｓｍｉｎ／Ｓｃｕｒ （％）
となる。

隣接する照射領域（図５（ｂ）に示す例で、例えば照射領域＃２）において、領域境界が投影画像中において滑らかに輝度変化するように、光源の発光強度を考慮しつつ境界のゲイン値を決定し、基準とする。ここで、境界のゲイン値をＧｂ（％）、縮小率をＳｂとすると、同じ照射領域における縮小率Ｓｃｕｒの画素に対するゲイン値は、
Ｇｂ×Ｓｂ／Ｓｃｕr （％）
となる。

以上の様に決定されたゲインプロファイル例を図６（ａ）に示す。

このようにゲインを制御することで、固体光源ユニット＃０〜＃３の発光強度制御だけでは完全には補正しきれない、各照射領域内での輝度むら及び各照射領域間の輝度差も、補正することができる。

図６（ｂ）は、投影画像のゲインをキーストーン補正の形状に従って画面全体で補正する、従来例による投影画像のゲインプロファイル例を示す。図６（ａ）に示すゲインプロファイルによれば、図６（ｂ）に示す例に比べて、ゲイン値の低下を抑制しながら表示画像の輝度むらを補正できる。つまり、先行例に比べ、画像の階調性の低下を抑えつつ輝度むらを補正できる。

図７は、本発明の実施例３の概略構成ブロック図を示す。図１に示す実施例と同じ構成要素には同じ符号を付してある。図７に示す液晶プロジェクタ７００は、光源１６１の各固体光源ユニット＃０〜＃３と色分離部１６２との間に、減光部７９７及び光合成部７９８を具備する。

減光部７９７は、図８に示すように、光源１６１の各固体光源ユニット＃０〜＃３に対応する減光板＃０〜＃３からなる。減光部７９７の減光板＃０〜＃３を通過した照明光は光合成部７９８に入射する。光合成部７９８はフライアイレンズ及びコンデンサレンズからなり、減光部７９７の減光板＃０〜＃３からの各光が液晶素子１５１の全面に入射するように、減光部７９７の減光板＃０〜＃３からの各光を合成する。

図９は、減光部７９７を構成する減光板０〜＃３の透過率変化を示す。中央縦断線及び中央横断線での透過率分布を付記してある。例えば、固体光源ユニット＃０の出力光は減光板＃０を透過し、光合成部７９８により液晶素子１５１の全面に入射する。一般的には、固体光源ユニット＃ｉ（ただし、ｉは０〜３）の出力光は減光板＃ｉを透過し、光合成部７９８により液晶素子１５１の全面に入射する。図９上では、減光板＃０を通過して液晶素子１５１に入射する光は、液晶素子１５１の左辺から右辺に向かって輝度が単調に低下する。

減光部７９７の減光板＃０〜＃３の別の構成として、フライアイレンズを光路に対して傾けて配置する構成であってもよい。また、フライアイレンズに対して透過率がグラデーション状に変化するように薄膜が蒸着されている構成であってもよい。

各固体光源ユニット＃０〜＃３の発光強度が同じ場合、液晶素子１５１に入射する照明光の輝度は液晶素子１５１の面上で均一となる。固体光源ユニット＃０〜＃３のうちの特定の１つの固体光源ユニットの発光強度を上げると、液晶素子１５１に入射する照明光の輝度を、その固体光源ユニットの光が通過する減光板の透過率に応じたグラデーション状に変化したものにできる。

図１０を参照して、本実施例による輝度むら補正動作を説明する。輝度むら補正のシーケンス自体は、図４を参照して説明した動作と同様であるので、説明は省略する。但し、ステップＳ４０４における各固体光源ユニット＃０〜＃３の発光強度の制御が異なる。

図１０（ａ）は、水平方向で斜め投影となる場合の、液晶素子１５１で表示すべき投影画像の例を示す。図１０（ａ）で斜線を付した領域が、液晶素子１５１で表示すべき投影画像であり、前処理部１４１及びメモリ制御部１４２によるキーストーン補正により、右側を短辺、左側を長辺とする台形に形状補正されている。

図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示す投影画像の、垂直方向の画像縮小率を示す。横軸は水平画素位置を示し、縦軸は縮小率を示す。ＣＰＵ１１０は、キーストーン補正後の形状から画像縮小率（図１０（ｂ））を求め、各光源ユニット＃０〜＃３の輝度を決定する。図１０（ｂ）に示す例では、各照射領域の各画素の縮小率の平均が、画像左端でα（％）、画像右端でβ（％）であったとしている。

このとき、ＣＰＵ１１０は、（画像左端の照明光の強度）：（画像右端の照明光の強度）を１／α：１／βとするように、減光部７９７の光透過率を考慮しつつ、光源ユニット＃２，＃３の発光強度を決定する。

図１０に示すように、液晶プロジェクタ７００の投影光軸がスクリーンに対して水平方向に斜め入射する例では、光源ユニット＃２，＃３の発光強度を調整することで、スクリーン上の表示画像の輝度むらを低減できる。これに対し、液晶プロジェクタ７００の投影光軸がスクリーンに対して垂直方向に斜め入射する場合には、光源ユニット＃０，＃１の発光強度を調整することで、スクリーン上の表示画像の輝度むらを低減できる。

Claims (7)

1. 入力画像データの画像を投影による歪みを相殺するように変形する画像処理手段と、
   前記画像処理手段から出力される画像データを画像表示する表示手段と、
   前記表示手段を照明する照明光を生成する照明光発生手段と、
   前記照明光の下で前記表示手段により生成される光学画像を投影面に投影する投影光学系
   とを具備する投影装置であって、
   前記照明光発生手段が前記表示手段の表示面に互いに異なる空間分布の輝度の照明光を供給する複数の光源手段を具備し、
   更に、前記画像処理手段における変形に応じて前記投影面上での表示画像の輝度むらを低減するように前記複数の光源手段のそれぞれの照明光の強度を制御する制御手段を具備する
   ことを特徴とする投影装置。
2. 前記複数の光源手段が、前記表示手段の表示面の互いに異なる領域に照明光を供給することを特徴とする請求項１に記載の投影装置。
3. 前記制御手段は、前記画像処理手段における変形に応じて、前記投影面上での表示画像の輝度むらを低減するように、前記複数の光源手段のそれぞれの照明光の強度を制御すると共に前記画像処理手段に前記入力画像の輝度を調整させることを特徴とする請求項２に記載の投影装置。
4. 前記制御手段は、前記投影面に対する前記投影光学系の光軸の角度に従い、前記複数の光源手段のそれぞれの照明光の強度を制御することを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の投影装置。
5. 前記制御手段は、前記画像処理手段における前記入力画像データの画像の変形率に応じて、前記複数の光源手段のそれぞれの照明光の強度を制御する制御手段を具備することを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の投影装置。
6. 前記複数の光源手段のそれぞれが、光源ユニットと、前記光源ユニットの出力光の空間分布の輝度を互いに異なるように減光する減光手段とを具備することを特徴とする請求項１に記載の投影装置。
7. 前記複数の減光手段は、前記表示手段の表示面の水平方向で互いに逆方向に輝度の空間分布を変化させる２つの減光手段と、前記表示手段の表示面の垂直方向で互いに逆方向に輝度の空間分布を変化させる２つの減光手段とを有することを特徴とする請求項６に記載の投影装置。

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