JPH04306639A - 投射型画像表示装置とその調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は投射型画像表示装置に係
り、特にそのホワイトバランス調整に関するものである
。

【０００２】

【従来の技術】近年、テレビジョン受像機としてはより
画面サイズの大きなものが好まれる傾向にあるが、かか
る要求に対して陰極線管（以下ＣＲＴと称す）では画面
サイズが大きくなればなる程、その重量が飛躍的に大き
くなり、３７インチサイズで実に８０ｋｇを越える。こ
れではより大きな画面サイズを求めたとき、一般家庭で
用いるものとしては余りにも大きくなってしまう。そこ
で、直視型ＣＲＴに比べ、はるかに軽量となる投射型画
像表示装置（プロジェクター）が注目を集め、特に液晶
パネルを用いた投射型画像表示装置（液晶投射型プロジ
ェクター）の研究開発が活発なものとなってきている。

【０００３】以下、この種の投射型画像表示装置の一般
的な構成について図面を参照しながら説明する。

【０００４】図８は投射型画像表示装置を側面から見た
構成図である。図において、光源であるランプ１（例え
ばメタルハライドランプ）から放射される白色光はダイ
クロイックフィルタ２，３でＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（
青）の３原色の波長に色分解され、Ｒ，Ｇ，Ｂの各液晶
パネル６を介して、再びダイクロイックフィルタ４，５
にて色合成され、投射レンズ７によりスクリーン（図示
せず）に投射される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の投射
型画像表示装置では、原理的に光源であるランプ１やこ
のランプ１から放射される白色光をＲＧＢの３原色波長
に色分解および合成するダイクロイックフィルタ２〜５
の分光特性のバラツキ、および光シャッターとして働く
液晶パネル６のガンマ特性（電圧−透過率特性）のバラ
ツキ等が大きく、また避けられない。これらは直接画質
性能に影響し、明るさ，色再現性，ホワイトバランス，
階調性等のバラツキになるが、その程度はＣＲＴに比べ
てはるかに大きいものである。特に光源とダイクロイッ
クフィルタの分光特性のバラツキは、３原色の色度のバ
ラツキにつながるものであり、３原色を合成するホワイ
トバランスは大きくばらつく。したがって、かかるバラ
ツキを吸収するための有効な手段であるホワイトバラン
スの調整（ＣＲＴは蛍光体を発光させているので、原理
的に色のバラツキは少ない）はＣＲＴのようにＲＧＢの
合成比率が固定のままでは、かえってバラツキの度合が
大きくなり、この点において従来の投射型画像表示装置
には何ら対策が講じられていなかった。

【０００６】本発明は上記課題を解決するためのもので
、３原色の色度のバラツキに対してホワイトバランスの
バラツキを解消することのできる投射型画像表示装置を
提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の投射型画像表示
装置は上記目的を達成するために、シャッター手段や投
射レンズ等からの投射光の色度および輝度または三刺激
値を測定するセンサ手段と、その測定した結果に基づき
上記シャッター手段の透過率を調整する制御回路を備え
たものである。

【０００８】

【作用】本発明は上記した構成により、ＲＧＢの３原色
光の色度に応じてその合成比率を調整する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の投射型画像表示装置の実施例
について図面を参照しながら説明する。

【００１０】（実施例１）図１は本発明の第１の実施例
である液晶投射型プロジェクターを側面から見た構成図
である。なお、図８に示す従来例と同一構成要素には同
一符号を付して詳細な説明を省略する。

【００１１】図において、光源であるランプ１からの放
射光（白色光）は、全反射ミラー８を介して、緑（Ｇ）
の色成分のみを透過させるダイクロイックフィルタ２、
および青（Ｂ）の色成分のみを透過させるダイクロイッ
クフィルタ３によりＲＧＢの３原色光に色分解され、Ｒ
ＧＢの各原色光の光路に設けられた液晶パネル６（Ｒ）
〜（Ｂ）にフィールドレンズを介してそれぞれ導かれる
。液晶パネル６は光シャッターとして働くものであり、
入力される画像信号（入力手段は図示せず）に応じて画
素単位に制御されるものである。各液晶パネル６（Ｒ）
，（Ｇ），（Ｂ）を透過した光は、青（Ｂ）の色成分の
みを透過するダイクロイックフィルタ５にて色合成され
、投射レンズ７によりスクリーン（図示せず）に投射さ
れる。

【００１２】また、各液晶パネル６（Ｒ）〜（Ｂ）には
その透過光である３原色光の色度および輝度を測定する
色彩輝度センサ９（Ｒ，Ｇ，Ｂ）がそれぞれ設けられて
おり、その測定データは伝送路１０（例えば光ファイバ
ー）を介して制御回路１１に入力される。制御回路１１
は入力されたデータに基づき各液晶パネル６の透過率（
輝度変調度）を調整制御する。

【００１３】（実施例２）図２は本発明の第２の実施例
であり、図１において液晶パネル６近傍に設けていた色
彩輝度センサ９を投射レンズ７の前段に設けたもので、
他の構成は第１の実施例と全く同一である。

【００１４】上記した第１，第２の実施例の構成におい
て、ホワイトバランス調整アルゴリズムと制御回路１１
のより具体的なブロック図を図３，図４に示し、以下図
３のフローにしたがって図４とともにその動作をより詳
細に説明する。

【００１５】ステップ１，２で調整スイッチ１２により
マイクロプロセッサ１３，ゲイン調整回路１４および映
像信号発生回路１８を介して液晶パネル６を同時あるい
は順次全開する。すなわち、その透過率を最大にする。

【００１６】なお、第２の実施例では色彩輝度センサ９
を投射レンズ７の前段に設けているので、各液晶パネル
６は例えばＲ，Ｇ，Ｂの順で順次全開することとし、色
彩輝度センサ９では、合成光ではなくＲ，Ｇ，Ｂ各３原
色光が順次導かれ、それぞれの色度，輝度を測定するも
のとする。

【００１７】ステップ３で透過率が最大となった各液晶
パネル６を透過した３原色光の色度および輝度を色彩輝
度センサ９でそれぞれ測定し、光ファイバーで構成され
た伝送路１０を介してＲ，Ｇ，Ｂおのおのの測定データ
を制御回路１１に入力する。入力されたデータ（光信号
）は光電変換回路１５によりアナログの電気信号に変換
され、さらにＡＤ（Ａｎａｌｏｇ　Ｄｉｇｉｔａｌ）変
換回路１６によりディジタル信号に変換されてマイクロ
プロセッサ１３に入力される。マイクロプロセッサ１３
は入力されたディジタル信号に対応して所定のホワイト
バランスを得るためのＲＧＢの合成比率と信号レベル毎
の調整輝度を算出する。

【００１８】なお、色彩輝度センサ９が光信号ではなく
、電気信号を出力するものであれば、伝送路１０は光フ
ァイバーである必要もなく、もちろん光電変換回路１５
も必要としない。

【００１９】マイクロプロセッサ１３で測定データに基
づきＲＧＢ混合輝度比（ＲＧＢ合成比率）およびＲＧＢ
調整輝度（ローライトとハイライトの目標輝度）を算出
するが（ステップ４，５参照）、実際のＲＧＢ混合輝度
比およびＲＧＢ調整輝度の算出方法については後述する
。

【００２０】次にステップ６でマイクロプロセッサ１３
，映像信号発生回路１８により所定レベル（例えばハイ
ライトであるＩＲＥ＝８０）の映像信号を発生させ、こ
れをゲイン調整回路１４を介して各液晶パネル６に入力
する。そしてステップ７，８でマイクロプロセッサ１３
で算出したＲＧＢ混合輝度比，ＲＧＢ調整輝度になるよ
うにマイクロプロセッサ１３によりゲイン調整回路１４
のゲインを増減し、輝度測定を行いながらＲ，Ｇ，Ｂの
各液晶パネル６の透過率を閉ループ制御する。所望のＲ
ＧＢ混合輝度比，調整輝度となったときのゲイン調整回
路１４に対する電圧制御データは、ステップ９でメモリ
１７に記憶される。ここで、マイクロプロセッサ１３は
装置本体の電源がオンされる毎にメモリ１７からデータ
を読み出し、ホワイトバランス調整する。

【００２１】また、図３のアルゴリズムでは示していな
いが、ローライト（ＩＲＥ＝２０）のときの調整は、ス
テップ６でＩＲＥ＝２０レベルの映像信号を発生させる
外はハイライトの場合と同一の調整動作である。なお、
信号レベル毎の輝度調整（ガンマ調整）は、本実施例で
はホワイトバランス調整と同時に行われる。

【００２２】以上のようにして、３原色光の色度に応じ
た製品毎のホワイトバランス調整およびガンマ調整がな
されるが、次にＲＧＢ混合輝度比，ＲＧＢ調整輝度の算
出方法について説明する。

【００２３】すでに述べたとおり、投射型画像表示装置
のホワイトバランスの調整において、液晶方式とＣＲＴ
方式とで最も異なる点は３原色の色度のバラツキ（光源
とダイクロイックフィルタの分光特性のバラツキ）が無
視できない点である。従って液晶方式ではＲＧＢの合成
比率をＣＲＴ方式のように固定比率とするとかえってバ
ラツキが大きくなるため、本実施例では色彩輝度センサ
９，制御回路１１の働きにより３原色の色度に応じてＲ
ＧＢの合成比率を変えている。

【００２４】また、ガンマ補正についても液晶方式とＣ
ＲＴ方式とは異なる考え方が必要であり、ＣＲＴ方式の
ように基準光を決めてローライト（例えばＩＲＥ＝２０
）、ハイライト（例えばＩＲＥ＝８０）の目標輝度を固
定すると光源の輝度がばらつき、白つぶれやローライト
浮きによる色のりの不足，黒つぶれ等の階調不良が発生
する。従って液晶方式では、色度と同様に輝度のバラツ
キに応じて調整目標を変える（製品毎に光学系で得られ
る輝度の一定割合とする）必要がある。これらの理由か
ら本実施例では以下のようにＲＧＢの合成比率と目標輝
度を算出し、ホワイトバランス調整やガンマ調整を行う
。

【００２５】（１）製品毎に光学系の分光特性（液晶透
過率最大時のＲＧＢ各ラスタの輝度と色度）を測定する
。

【００２６】（２）上記の色度データよりＲＧＢ合成比
率を求め、また最大輝度データと合成比率からローライ
トとハイライトの目標輝度を算出する。

【００２７】なお、第１の実施例では単に液晶パネル６
を透過した光を色彩輝度センサ９により測定しているが
、例えば液晶パネル６の有効表示領域外に測光用の窓を
設定し、これを透過した光を測定するよう構成してもも
ちろんよい。ここでいう窓とは、有効表示領域にある液
晶画素とは別個に設けた液晶画素であってもよいし、単
にパネルの外枠に形成した穴であってもよい。

【００２８】また、色を表現する表色法の１つとして三
刺激値という考え方がよく知られているが、この三刺激
値による表色関数と色度（ｘｙ色度座標），輝度とは以
下の関係にあり、色度座標（ｘ，ｙ）は刺激値（Ｘ，Ｙ
）を刺激和Ｓで正規化したものである。従って色彩輝度
センサ９で三刺激値を測定するよう構成してもよい。

【００２９】 色度（ｘ，ｙ），輝度Ｙ←−→三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚ関係
式　　ｘ＝Ｘ／Ｓ　　　　ｙ＝Ｙ／Ｓ　　　　ｚ＝Ｘ／
ＳＳ＝Ｘ＋Ｙ＋Ｚ（刺激和） ｘｙ色度座標上でＲＧＢ３原色を合成した白の色度座標
はＲＧＢの各座標を各刺激和で重み付け加算して求めら
れる。すなわち、ＲＧＢの各刺激和をＳｒ，Ｓｇ，Ｓｂ
とすると白の色度座標（ｘｗ，ｙｗ）はつぎのように算
出できる。

【００３０】 　　ｘｗ＝（Ｓｒ・ｘｒ＋Ｓｇ・ｘｇ＋Ｓｂ・ｘｂ）／
（Ｓｒ＋Ｓｇ＋Ｓｂ）　　ｙｗ＝（Ｓｒ・ｙｒ＋Ｓｇ・
ｙｇ＋Ｓｂ・ｙｂ）／（Ｓｒ＋Ｓｇ＋Ｓｂ）上式右辺の
分母，分子をＳｇで割りＳｒ／Ｓｇ，Ｓｂ／Ｓｇの刺激
和比について解くと

【００３１】

【数１】

【００３２】となる。ここでＲＧＢの各輝度をＹｒ，Ｙ
ｇ，Ｙｂとすると表色法の関係より 　　Ｙｒ＝Ｓｒ・ｙｒ　　　　Ｙｇ＝Ｓｇ・ｙｇ　　　
　Ｙｂ＝Ｓｂ・ｙｂ

【００３３】

【数２】

【００３４】したがって（数１）を（数２）に代入すれ
ばＲＧＢの各色度座標と目標の白の色度座標からＲＧＢ
を合成する際の輝度比（合成比率）が算出できる。これ
が本実施例のホワイトバランス調整の原理である（参考
：「オプトロニクス活用のための光学部品の使い方と留
意点」ｐ．１３２〜ｐ．１７２、末田哲夫著、オプトロ
ニクス社発行）。

【００３５】また、ホワイトバランスをとりつつ、放送
信号に含まれるガンマ特性（γ＝２．２）と液晶パネル
のガンマ特性（電圧−透過率特性）を補正してリニア特
性とする。本実施例ではローライト，ハイライトの白の
輝度Ｙｗをゲイン調整回路１４で光学系がもつ最大輝度
の４％，７０％とすることにより良好な階調特性を得る
ことができる。ローライト，ハイライトのＲＧＢ目標輝
度Ｙｒ，Ｙｇ，Ｙｂは以下から算出し調整する。

【００３６】 　　Ｙｗ＝Ｙｒ＋Ｙｇ＋Ｙｂ　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
……（３）Ｙｒ：Ｙｇ：Ｙｂは上記（数１），（数２）
を満足ローライト（ＩＲＥ＝２０）；Ｙｗ＝最大輝度の
　　４％ハイライト（ＩＲＥ＝８０）；　　　　　　同
　　　　　　　　７０％なお、本実施例ではローライト
とハイライトの２ポイントの信号レベルでのホワイトバ
ランス調整およびガンマ調整を行っているが、これに限
るものではなく任意の信号レベルで行うことができる。

【００３７】（実施例３）図５は本発明の第３の実施例
であり、第１，第２の実施例においてプロジェクター内
部に設けていた色彩輝度センサ９を投射レンズ７の保護
キャップ１９に設けたものである。さらに本実施例にお
いては、液晶パネル６の透過率を調整制御する制御回路
１１をプロジェクター内部と外部のセパレート型として
いる。

【００３８】（実施例４）図６は本発明の第４の実施例
であり、第３の実施例同様セパレート型の制御回路１１
を用いたものである。本実施例では特に色彩輝度センサ
９をスクリーン２０の四隅と中央に設けている。

【００３９】かかるセパレート型の制御回路１１の具体
的なブロックを図７に示し、以下図面を参照して第３，
第４の実施例の動作を説明する。図７から明らかなよう
に本実施例では外部制御回路１１Ａ，内部制御回路１１
Ｂにそれぞれマイクロプロセッサ１３Ａ，１３Ｂを設け
る構成としている。本実施例においても調整アルゴリズ
ムは第１，第２の実施例の場合とほとんど同一であり、
調整スイッチ１２等の働きにより順次、透過率が最大と
なったときの液晶パネル６を透過した３原色光の色度お
よび輝度を色彩輝度センサ９で測定し、その測定データ
に基づいて第１のマイクロプロセッサ１３ＡでＲＧＢ混
合輝度比（ＲＧＢ合成比率）およびＲＧＢ調整輝度（ロ
ーライトとハイライトの目標輝度）を算出する。また、
映像信号発生回路１８で所定レベル（ＩＲＥ＝２０，Ｉ
ＲＥ＝８０）の映像信号を発生させ、その映像信号にお
いて所望のＲＧＢ混合輝度比，ＲＧＢ調整輝度となるよ
うに液晶パネル６の透過率を閉ループ制御する。

【００４０】このように本実施例によれば、制御回路１
１をプロジェクターの内部と外部でセパレートとし、ホ
ワイトバランス調整等を工場出荷時に調整することによ
り、第１，第２の実施例に比べユーザー側が負担するコ
ストは内部制御回路１１Ｂの分だけとなりより有用なも
のとなる。

【００４１】また、投射レンズ７からの投射光はスクリ
ーン２０上で拡大投映されるが、その拡大映像の中央部
と周辺部とでは輝度レベルおよび色度レベルが微妙にち
がってくるので、実施例４のように色彩輝度センサ９を
スクリーン２０の四隅と中央部に設けることにより、全
画面の平均的な色度を精度良く測定できるため、より細
かな、実際の拡大映像に対応したホワイトバランス補正
等ができる。

【００４２】また、第１〜第４の各実施例とも調整スイ
ッチ１２により液晶パネル６を順次、あるいは同時に全
開にする構成をとっているが、液晶パネル６の前段ある
いは後段（ＲＧＢの３原色光の進入方向に対して）に電
気的に開閉制御される機構光シャッター手段（機械式）
を設け、これを液晶パネル６は同時に全開にしたのち調
整スイッチ１２で例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂの順で順次全開に
するよう構成しても同様の効果が得られることはいうま
でもない。

【００４３】また、シャッター手段として液晶パネルの
かわりに、大型画像表示装置で用いるシュリーレン光学
系の油膜式の画像表示素子を用いてもよい。

【００４４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、ＲＧＢの３原色光の色度に応じてその合成比率
を調整することができるので、製品間でばらつくことな
くホワイトバランス調整を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における液晶投射型画像
表示装置の構成図

【図２】同第２の実施例の構成図

【図３】同第１，第２の実施例におけるホワイトバラン
ス，ガンマ補正の調整アルゴリズム

【図４】同第１，第２の実施例における制御回路３のブ
ロック図

【図５】本発明の第３の実施例における液晶投射型画像
表示装置の構成図

【図６】同第４の実施例の構成図

【図７】同第３，第４の実施例における外部制御回路３
Ａ，内部制御回路３Ｂのブロック図

【図８】従来の液晶投射型画像表示装置の構成図

【符号の説明】

６　　液晶パネル ９　　色彩輝度センサ １１　　制御回路 １２　　スイッチ １３　　マイクロプロセッサ １４　　ゲイン調整回路 １８　　映像信号発生回路 １９　　保護キャップ ２０　　スクリーン

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と、この光源からの放射光をＲＧＢの
   ３原色光に色分解するフィルタ手段と、画像信号に基づ
   いて前記ＲＧＢの３原色光を透過もしくは遮断するシャ
   ッター手段と、調整モードのとき前記シャッター手段を
   全開にして前記ＲＧＢの３原色光を透過させるスイッチ
   手段と、透過した前記ＲＧＢの３原色光の色度，輝度ま
   たは三刺激値を測定して出力するセンサ手段と、このセ
   ンサ手段の出力に基づき、前記フィルタ手段の透過率を
   調整する制御回路とを備えた投射型画像表示装置。
2. 【請求項２】シャッター手段として液晶パネルを用いた
   請求項１記載の投射型画像表示装置。
3. 【請求項３】液晶パネルの有効表示領域外に測光用の窓
   を設け、これを透過したＲＧＢの３原色光の色度，輝度
   または三刺激値をセンサ手段で測定する請求項２記載の
   投射型画像表示装置。
4. 【請求項４】光源と、この光源からの放射光をＲＧＢの
   ３原色光に色分解する第１のフィルタ手段と、画像信号
   に基づいて前記ＲＧＢの３原色光を透過もしくは遮断す
   るシャッター手段と、調整モードのとき前記シャッター
   手段を全開にして前記ＲＧＢの３原色光を透過させるス
   イッチ手段と、透過した前記３原色光を色合成する第２
   のフィルタ手段と、合成光の色度，輝度または三刺激値
   を測定して出力するセンサ手段と、このセンサ手段の出
   力に基づき、前記フィルタ手段の透過率を調整する制御
   回路とを備えた投射型画像表示装置。
5. 【請求項５】ＲＧＢの３原色光の各光線経路に電気的に
   開閉制御される機構光シャッター手段をそれぞれ有し、
   調整モードのとき前記機構光シャッター手段を順次開く
   請求項１，２，３または４記載の投射型画像表示装置。
6. 【請求項６】センサ手段を、合成光をスクリーンに投射
   する投射レンズの保護キャップに設けた請求項４記載の
   投射型画像表示装置。
7. 【請求項７】センサ手段を、スクリーン側に設けた請求
   項４記載の投射型画像表示装置。
8. 【請求項８】センサ手段を、合成光をスクリーンに投射
   する投射レンズの前段に設けた請求項４記載の投射型画
   像表示装置。
9. 【請求項９】画像信号に基づいてＲＧＢの３原色光を透
   過もしくは遮断するシャッター手段を全開にする第１ス
   テップと、前記シャッター手段を透過した前記ＲＧＢの
   ３原色光の色彩，輝度または三刺激値を測定する第２ス
   テップと、測定したデータに基づいて前記ＲＧＢの３原
   色光の合成比率を算出する第３ステップと、前記合成比
   率となるように前記ＲＧＢの３原色光のゲインを調整す
   る第４ステップからなり、前記した順序でホワイトバラ
   ンスを調整する投射型画像表示装置の調整方法。