JP4133886B2 - プロジェクタ装置及びプロジェクタ装置における色補正方法 - Google Patents

Description

本発明は、プロジェクタ装置の色補正に関するものである。

赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の画像光を投射面に順次投射してカラー画像を表示するプロジェクタの場合、投射面が必ずしも予定されている反射特性を有するとは限らず、投射面の反射特性によっては色の再現性が低下する。また、周辺光（環境光）の影響によっても色の再現性が低下する。そこで従来は、投射面に投射された画像光の反射光の輝度（強度）を波長毎に検出し、その検出結果に基づいて色補正を行っている。より具体的には、回折格子やプリズムによって上記反射光をＲ、Ｇ、Ｂの三原色にスペクトル分解し、各色光の輝度をカラーセンサによって検出し、各色光の輝度がなるべく同一となるように調整することによって色の再現性を向上させている。ここで、一般的なプロジェクタに搭載されているカラーセンサは、６６０nm帯域の光の輝度を検出するための赤色センサ、５４０nm帯域の光の輝度を検出するための緑色センサ、４６０nm帯域の光の輝度を検出するための青色センサといった３つの単色センサから構成されている。各単色センサの特性を図５に示す。以上のようなプロジェクタの色補正の詳細については、例えば特許文献１に開示されている。
特開２００３−３２３６１０号公報

従来のプロジェクタが投射する画像光には、Ｒ、Ｇ、Ｂの三原色しか含まれていなかったので、上記のような３つの単色フィルタから構成される廉価なカラーセンサの検出結果に基づく色補正でも必要十分であった。しかし、近年のプロジェクタのなかには、色の再現性を向上させるために、Ｒ、Ｇ、Ｂ以外の色光を独立した画像光として投射するプロジェクタがある。このようなプロジェクタにおいては、上記のような３つの単色フィルタから構成されるカラーセンサの検出結果に基づく色補正では不十分であり、せっかくＲ、Ｇ、Ｂ以外の色光を独立して投射しても、その効果が十分に得られないこともある。例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂの画像光に加えて、黄（Ｙe）の画像光が投射されていても、赤色センサ、緑色センサ及び青色センサの何れも黄（Ｙe）には殆ど反応しない。よって、赤色センサ、緑色センサ及び青色センサによって検出された反射光の輝度に基づいて色補正を行っても、正確な補正結果が得られず、十分な色再現性は達成されない。

本発明の目的は、投射される画像光に含まれる全ての色光の輝度変化に対応した色補正を実現可能なプロジェクタ装置及び色補正方法を提供することにある。

本発明は、プロジェクタ装置がカラー画像を表示するために投射する２色以上の画像光を投射面に個別に投射してその反射光の輝度を検出し、検出された各色の反射光の輝度と、予め保持している各反射光の基準輝度とを比較して色補正データを生成し、生成された色補正データに基づいて画像信号を補正することを特徴とする。従って、三原色の画像光が投射される場合は勿論のこと、三原色以外の色の画像光が投射される場合にも、全ての画像光の反射光の輝度変化が検出され、適切な色補正が実行される。尚、色補正の具体的手法としては、検出された実際の反射光の輝度と、予め設定されている基準輝度と比較し、実際の輝度バランスが予め設定されている基準輝度バランスと同一になるように、画像信号中の輝度情報を補正する手法が一例として考えられる。

上記反射光の輝度を検出するための検出手段は、投射される２色以上の画像光の輝度を検出可能であれば必要十分であるが、可視光全域の輝度を検出可能であることが望ましい。何故なら、検出手段が可視光全域の輝度を検出可能であれば、表示画像の色再現性に影響を与える様々な光の輝度を検出し、それら検出結果を色補正に反映させることができるからである。例えば、室内灯の光や太陽光等の周辺光が投射面に入射するような環境下では、投射面によって反射される周辺光の輝度を検出し、その検出結果を色補正に反映させることで、より正確な色補正を実現することができる。以上の観点からは、カラーフィルタ等の波長選択手段を備えていないフォトダイオード、フォトトランジスタ、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）、ＰＳＤ（Position Sencing Device）等を用いたセンサが検出手段として好適である。

本発明によれば、プロジェクタ装置から投射される全て画像光の反射光の輝度変化に対応した色補正を実行することができる。

以下、本発明のプロジェクタ装置の実施形態の一例について詳細に説明する。図１は、本例のプロジェクタ装置の構成を模式的に示すブロック図である。本例のプロジェクタ装置は、光源装置１と、光源装置１から出射された光（白色光）を時分割で色分離する時分割色分離手段としてのカラーホイール２と、カラーホイール２によって分離された各色光を後述する画像形成素子４に向けて反射すると共に、画像形成素子４によって形成された画像光をそのまま透過させるＴＩＲプリズム（全反射プリズム）３と、ＴＩＲプリズム３によって反射された各色光を画像信号に基づいて空間的に光変調して画像光を形成する画像形成素子４と、ＴＩＲプリズム３を透過した画像光を投射面としてのスクリーン５に向けて拡大投射する投射レンズ６と、スクリーン５によって反射された反射光の輝度を検出するためのセンサ１０と、センサ１０によって検出された反射光の輝度に関する情報が保持される第１メモリ１１と、第１メモリ１１に保持されている輝度情報と比較される基準輝度に関する情報が保持された第２メモリ１２と、第１メモリ１１及び第２メモリ１２に保持されている情報に基づいて色補正データを生成する色補正データ生成部１３と、画像形成素子４に入力される画像信号を色補正データに基づいて補正する色補正回路１４を備えている。

光源装置１は、メタルハライドランプ、キセノンランプ、水銀ランプ等の高圧放電ランプからなる光源と、光源の周囲に設けられたリフレクタとから構成されている。リフレクタは、例えば回転楕円形状の反射面を有し、第一焦点近傍に配置されている光源から四方八方へ放射される光を第二焦点近傍に集光させる。もっとも、リフレクタの反射面の形状は特に限定されるものではなく、光源から放射された光を効率良くカラーホイール２に入射させることができる形状であればよい。

カラーホイール２には、赤色光のみを透過させる略扇形の赤色フィルタと、緑色光のみを透過させる略扇形の緑色フィルタと、青色光のみを透過させる略扇形の青色フィルタと、黄色光のみを透過させる略扇形の黄色フィルタとが９０度間隔で配置されている。また、このカラーホイール２は、光源装置１のリフレクタによる集光点近傍（リフレクタが回転楕円形状の反射面を有する場合は、その第二焦点近傍）に配置され、不図示の駆動機構によって周方向に回転させられる。よって、光源装置１から出射された光（白色光）は、カラーホイール２の各色フィルタに入射し、赤色光、緑色光、青色光及び黄色光に時分割で分離され、ＴＩＲプリズム３に所定の入射角で入射する。

ＴＩＲプリズム３は、カラーホイール２を透過した光の全反射面に対する入射角が臨界角を超え、画像形成素子４によって反射された光の全反射面に対する入射角が臨界角を超えないように配置されている。従って、カラーホイール２によって時分割で色分離された各色光は、ＴＩＲプリズム３の全反射面で反射されて画像形成素子４に照射され、画像形成素子４によって反射された光（画像光）は、全反射面をそのまま透過する。

画像形成素子４は、反射型の液晶パネル又はＤＬＰ（登録商標）であり、投写画像の各画素に対応するセル又は微小ミラーが入力された画像信号に従って個別に駆動されることによって、照射された各色光を空間的に光変調し、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｙeの各色の画像光を形成する。画像形成素子４によって形成されたＲ、Ｇ、Ｂ、Ｙeの各画像光は、上記の通りＴＲＩプリズム３の全反射面を透過して投射レンズ６に入射し、スクリーン５に向けて順次投射される。この結果、残像現象によって人間の目にはフルカラーの画像として認識される。

センサ１０は、入射光の輝度に応じた電圧を出力する光電変換素子であり、本例ではフォトダイオードが用いられている。センサ１０から出力された電圧の値は、輝度情報として第１メモリ１１に格納され、輝度テーブルが作成される。また、第２メモリ１２には、白色体（白色のスクリーン）に、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｙeの各色の画像光を個別に投射したときにセンサ１０から出力された電圧の値（基準輝度情報）に基づいて作成された基準輝度テーブルが予め保持されている。もっとも、第１メモリ１１と第２メモリ１２とは、物理的に独立した２つのメモリである必要はなく、同一メモリ内のある領域を第１メモリ１１、他の領域を第２メモリ１２として利用することもできる。

色補正データ生成部１３は、第１メモリ１１に保持されている輝度テーブルを第２メモリ１２に保持されている基準輝度テーブルに基づいて正規化して正規化テーブルを作成し、作成された正規化テーブルを色補正データとして色補正回路１４に出力する。具体的には、輝度テーブルに示される実際のＲ、Ｇ、Ｂ、Ｙeの各反射光の輝度と、基準輝度テーブルに示される理想的なＲ、Ｇ、Ｂ、Ｙeの各反射光の輝度との比を演算し、その結果を正規化テーブルとする。例えば、可視光の全領域について一様に反射効率の悪いスクリーン（例えば、灰色のスクリーン）に画像光が投射された場合、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｙeがほぼ同じ割合で吸収される。従って、図２に示すように、輝度テーブルに示される現在のＲ、Ｇ、Ｂ、Ｙeの輝度は、基準輝度テーブルに示されているＲ、Ｇ、Ｂ、Ｙeの輝度に対してほぼ一律に下がった結果となる。よって、輝度テーブルに示されるＲ、Ｇ、Ｂ、Ｙeの輝度と、基準輝度テーブルに示されるＲ、Ｇ、Ｂ、Ｙeの輝度との比は一定となり、同図に示すような正規化テーブルが得られる。

一方、ある波長領域の光についてのみ反射効率が悪いスクリーン、例えば波長５８０nm付近（いわゆる黄色）の光に対する反射効率が悪いスクリーンに画像光が投射された場合、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｙeのうち、Ｙeが相対的に多く吸収される。従って、図３に示すように、輝度テーブルに示される現在のＲ、Ｇ、Ｂの輝度は、基準輝度テーブルに示されるＲ、Ｇ、Ｂの輝度と同一であるが、輝度テーブルに示される現在のＹeの輝度は、基準輝度テーブルに示されるＹeの輝度に比べて低い結果となる。よって、輝度テーブルに示されるＲ、Ｇ、Ｂ、Ｙeの輝度と、基準輝度テーブルに示されるＲ、Ｇ、Ｂ、Ｙeの輝度との比を演算すると、同図に示すような正規化テーブルが得られる。ここで、Ｙeが相対的に多く吸収され、Ｙeの輝度が低下している場合、人間の目にはＹeが減少したというよりも、Ｙeの補色であるＢが増加したと感じられる。しかし、実際にはＲ、Ｇ、Ｂの輝度は変化していないので、Ｒ、Ｇ、Ｂの輝度を個別に検出する単色センサを備えていても輝度変化は検出されず、色補正は実行されない。一方、センサ１０は、カラーフィルタ等の波長選択手段を有さず、全可視光領域の光の輝度を検出可能である。従って、Ｒ、Ｇ、Ｂの反射光は勿論のこと、これら以外の反射光の輝度が低下した場合にもその輝度低下が検出され、適正な正規化テーブルが作成される。

色補正回路１４は、色補正データ生成部１３から入力された色補正データに従って画像信号を処理し、処理済の画像信号を画像形成素子４に出力する。具体的には、図２に示すような正規化テーブルが作成された場合には、現在のＲ、Ｇ、Ｂ、Ｙeの輝度は、基準輝度テーブルに示される理想的なＲ、Ｇ、Ｂ、Ｙeの輝度と同様のバランスを持っており、色補正の必要はない。よって、色補正回路１４は、入力された画像信号をそのまま画像形成素子４に出力する。一方、図３に示すような正規化テーブルが作成された場合には、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｙeのいずれか１つ又は２つ以上の輝度が理想的な輝度よりも低くなっており、良好な色再現性を確保するためには色補正が必要である。そこで、色補正回路１４は、正規化テーブルにおいて輝度が低下している色以外の色の輝度を下げるか、輝度が低下している色の補色の輝度を下げるように画像信号中の輝度情報を補正する。例えば、図３に示すような正規化テーブルが作成された場合には、Ｙeの輝度が低下しているので、Ｒ、Ｇ、Ｂの全ての輝度をＹeの輝度に合わせて下げるか、Ｙeの補色であるＢの輝度をＹeの輝度に合わせて下げる。

以上の構成を有する本例のプロジェクタ装置における色補正の工程を図４を参照しながら順を追って説明する。

まず、図１に示すカラーホイール２が回転して赤色フィルタが光路に挿入され、Ｒの画像光がスクリーン５に投射される。次に、スクリーン５に投射されたＲの画像光の反射光（Ｒ反射光）の輝度がセンサ１０によって検出され、第１メモリ１１に格納される（工程１）。次に、緑色フィルタが光路に挿入され、スクリーン５に投射されたＧの画像光の反射光（Ｇ反射光）の輝度がセンサ１０によって検出され、第１メモリ１１に格納される（工程２）。次いで、青色フィルタが光路に挿入され、Ｂの画像光の反射光（Ｂ反射光）の輝度がセンサ１０によって検出され、第１メモリ１１に格納される（工程３）。最後に、黄色フィルタが光路に挿入され、Ｙeの画像光の反射光（Ｙe反射光）の輝度がセンサ１０によって検出され、第１メモリ１１に格納される（工程４）。もっとも、工程１〜４の実行順序は任意に変更することができる。要は、フルカラー画像を表示するために投射される２色以上の画像光を順次投射し、それぞれの反射光の輝度をセンサ１０で検出すればよく、画像光の投射順序は本質的な条件ではない。また、工程１〜４が実行されている間は、図１に示すスイッチ２０の切り替えによって色補正回路１４をパスした画像信号が画像形成素子４に入力される。さらに、画像形成素子４は、最大出力で駆動される。

次に、上記工程１〜４によって得られた現在のＲ、Ｇ、Ｂ、Ｙe反射光の輝度を示す情報（輝度情報）に基づいて輝度テーブルが作成され、第１メモリ１１に保持される（工程５）。

次に、色補正データ生成部１３によって、上記工程５によって作成された輝度テーブルと、予め第２メモリ１２に保持されている基準輝度テーブルとに基づいて正規化テーブルが作成され（工程６）、色補正データとして色補正回路１４へ出力される（工程７）。尚、正規化テーブルの作成方法については既に説明した通りなので、ここでは説明を省略する。

続いて、色補正回路１４によって色補正の必要性が判別される（工程８）。具体的には、色補正データとして入力された正規化テーブルに示されているＲ、Ｇ、Ｂ、Ｙeの各反射光の輝度が互いに同一であれば、色補正の必要なしと判断され、入力された画像信号がそのまま画像形成素子４に出力される（工程９）。一方、色補正データとして入力された正規化テーブルに示されているＲ、Ｇ、Ｂ、Ｙeの各反射光の輝度のうち、少なくとも１色の輝度が相対的に低い場合は、色補正の必要ありと判断され、輝度が低い色以外の色の輝度を下げるか、その色の補色の輝度を下げるように画像信号中の輝度情報が補正され、補正された画像信号が画像形成素子４に出力される（工程１０）。

本例では、Ｒ、Ｇ、Ｂの画像光に加えてＹeの画像光が投射される場合を例にとって本発明のプロジェクタ装置の実施形態を説明してきた。しかし、Ｒ、Ｇ、Ｂの画像光に加えて投射される画像光の色は、Ｙeに限定されるものではなく、必要に応じて任意に選択することができる。例えば、水色や紫の画像光を投射することもできる。投射される画像光の色を変更したい場合は、図１に示すカラーホイール２を所望の色光を分離可能なカラーホイールに交換すればよい。本発明のプロジェクタ装置は、波長選択性を有さず、全可視光領域の光の輝度を検出可能なセンサを備えているので、如何なる色の画像光が投射されても、その画像光の反射光の輝度低下を検出し、適切な色補正を実現可能であることは、これまでの説明によって自明である。

また本例では、反射光の輝度を検出するセンサとしてフォトダイオードを用いた例を説明した。しかしセンサは、入射した光の輝度に応じた電圧を出力可能な素子であればよく、例えば、フォトトランジスタ、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ、ＰＳＤ等であってもよい。オートフォーカスや歪み補正を実現する目的でＣＣＤ、ＣＭＯＳ、ＰＳＤ等が備えられる場合、それらを輝度検出手段として利用することも可能である。

上記基準輝度テーブルや輝度テーブルを作成する際に、画像光が投射されていない状態でセンサによって検出された輝度を減算する演算を行なえば、より正確な色補正を実現することができる。何故なら、画像光が投射されていない状態でセンサによって検出される輝度は、周辺光の反射光の輝度であり、この輝度を減算すれば、画像光が投射されたことによる変化分のみに基づいて補正が行うことができるからである。さらに、周辺光がセンサによって検出された輝度と、上記輝度テーブルから得られるカラーマトリクス（色相環）上の色相及び飽和度を有する光であると仮定して、補正データの生成に反映させることもできる。例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｙeの画像光を投射面に投射したときに、Ｙeの反射光の輝度が低い（あるいはＢの反射光の輝度が高い）場合は、画像光が投射されていないときでもその投射面は青く見えると考えられる。従って、投射面の持つ青みが相殺されるような色補正を掛けてやれば、色の再現性をより向上させることができる。

また、光量を補う目的で白色光が独立投射される場合、投射面が何らかの色を持っていると、白色光の反射光も投射面の持つ色となる。そこで、白色光の反射光の輝度に応じて有色光を投射することによって、人の目には白色であると認識されるように補正すればよい。ここで、白色光の反射光は、その他の有色光の反射光の輝度を全て合わせ持った光であると考えることができる。

本発明のプロジェクタ装置の構成例を模式的に示すブロック図である。 反射効率の悪いスクリーンに画像光を投射した際の反射輝度、基準反射輝度及び正規化された反射輝度の関係を模式的に示す説明図である。 黄色に対する反射効率のみが悪いスクリーンに画像光を投射した際の反射輝度、基準反射輝度及び正規化された反射輝度の関係を模式的に示す説明図である。 本発明の色補正方法の一例を示す工程図である。 従来のカラーセンサを構成する各単色センサの特性を示す図である。

符号の説明

１ 光源装置
２ カラーホイール
３ ＴＩＲプリズム
４ 画像形成素子
５ スクリーン
６ 投射レンズ
１０ センサ
１１ 第１メモリ
１２ 第２メモリ
１３ 色補正データ生成部
１４ 色補正回路
２０ スイッチ

Claims (9)

1. 画像形成素子によって形成された中心波長が異なる４色の画像光を投射面に順次投射してカラー画像を表示するプロジェクタ装置であって、
   前記投射面に個別に投射された各色の画像光の反射光の輝度を該反射光の波長に関わらず検出可能な検出手段と、
   前記検出手段によって検出された各色の反射光の輝度を示す情報が記憶される第１の記憶手段と、
   各色ごとに定められた反射光の基準輝度を示す情報が予め記憶された第２の記憶手段と、
   前記第１の記憶手段に記憶されている情報と、前記第２の記憶手段に記憶されている情報とを比較して色補正データを生成する色補正データ生成手段と、
   前記色補正データに基づいて前記画像形成素子に入力される画像信号を補正する色補正手段を有するプロジェクタ装置。
2. 前記第１の記憶手段に記憶されている情報は、前記検出手段によって検出された各色の反射光の輝度から、前記投射面に画像光が投射されていない状態で前記投射面によって反射された周辺光の輝度を減算して得た輝度を示す請求項１記載のプロジェクタ装置。
3. 前記第２の記憶手段に記憶されている情報は、前記各色の画像光を白色の投射面に個別投射した際に前記検出手段によって検出された各色の反射光の輝度を示す請求項１又は請求項２記載のプロジェクタ装置。
4. 赤、緑、青の画像光に加えて、これら赤、緑、青以外の色の画像光を投射する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のプロジェクタ装置。
5. 前記赤、緑、青以外の色の画像光が黄色の画像光である請求項４記載のプロジェクタ装置。
6. 画像形成素子によって形成された中心波長が異なる４色の画像光を投射面に順次投射してカラー画像を表示するプロジェクタ装置における色補正方法であって、
   前記投射面に、前記４色の画像光を順次投射する工程と、
   前記投射面に異なる色の画像光が投射される度に、前記投射面に投射された画像光の反射光の輝度を検出する工程と、
   検出された前記各色の反射光の輝度を各色ごとに予め定められている基準輝度と比較して色補正データを生成する工程と、
   生成された前記色補正データに基づいて前記画像形成素子に入力される画像信号を補正する工程を有するプロジェクタ装置における色補正方法。
7. 前記投射面に画像光が投射されていない状態で前記投射面によって反射された周辺光の反射光の輝度を検出する工程と、
   前記投射面に投射された画像光の反射光の輝度から、前記周辺光の反射光の輝度を減算する工程を有し、
   前記色補正データは、前記減算によって得られた輝度と、前記基準輝度とを比較して生成される請求項６記載のプロジェクタ装置における色補正方法。
8. 前記投射面に投射される２色以上の画像光には、赤、緑、青の画像光に加えて、これら赤、緑、青以外の色の画像光が含まれている請求項６又は請求項７記載のプロジェクタ装置における色補正方法。
9. 前記赤、緑、青以外の色の画像光が黄色の画像光である請求項８記載のプロジェクタ装置における色補正方法。
   

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