JP2011129842A - 光源装置、投影装置及び投影方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数の半導体発光素子を時分割で間欠駆動する際に、各半導体発光素子の動作温度を正確に測定して、素子の劣化を生じない温度環境を維持する。
【解決手段】LED21〜23と、LED21〜23の各発光期間の発光開始タイミングと発光終了から一定時間前のタイミングとを示す矩形波状のタイミング信号を発生する投影画像処理部15と、タイミング信号に基づき、LED21〜23を各発光期間に対応して時分割で循環的に駆動し、タイミング信号のオフタイミングに基づき、LED21〜23の各電圧値を測定し、その測定結果によりLED21〜23の各駆動電流を調整する投影光処理部28とを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、半導体発光素子を用いるプロジェクタ装置等に好適な光源装置、投影装置及び投影方法に関する。
半導体発光素子の温度を精度良く推定するための技術として、半導体発光素子を流れる電流がゼロより大きい第1電力供給処理と、電流が第1電力供給処理よりも大きい第2電力供給処理とを含む複数の電力供給処理のそれぞれを繰返し実行し、少なくとも第1電力供給処理と第2電力供給処理とのそれぞれにおいて、電流値と電圧値との少なくとも一方を測定し、電流がゼロよりも大きい複数の動作状態のそれぞれにおける測定結果を利用して半導体発光素子の温度を推定するものが考えられている。(例えば、特許文献1)
特開2008−124303号公報
上記特許文献に記載された技術を含め、複数色の半導体光源を用いたプロジェクタでは、光源をパルス駆動する場合、点灯タイミング信号の終わりとなる立下り部分をトリガとして電圧を測定することで、半導体光源の素子温度を推定している。これは、パルス波形の最終部分である立下りのタイミングに合わせて測定することにより、半導体光源の素子温度が最も高い状態を測定するための処理である。測定の結果、素子の温度が規定より高いと推定される場合には、素子の駆動電流を下げるなどの制御を行なう。
しかるに、上記点灯タイミング信号の立下り部分をトリガとする場合、トリガがかかってから実際に電圧を測定するまでの間に、僅かながらのタイムラグを生じる。そのため、実際の測定時には半導体光源の素子温度がすでに低下し始めている状態となり、正確な温度を測定できないという不具合がある。
本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、複数の半導体発光素子を時分割で間欠駆動する際に、各半導体発光素子の動作温度を正確に測定して、素子の劣化を生じない温度環境を維持することが可能な光源装置、投影装置及び投影方法を提供することにある。
請求項1記載の発明は、半導体発光素子と、上記半導体発光素子を所定の発光期間単位で時分割発光させる駆動手段と、上記半導体発光素子の発光期間の発光開始タイミングと発光終了から一定時間前のタイミングとを示すタイミング信号を発生するタイミング信号発生手段と、上記タイミング信号発生手段から与えられるタイミング信号の上記発光終了から一定時間前のタイミングに基づき、上記半導体発光素子の電圧値を測定する測定手段と、上記測定手段で得た測定結果により上記駆動手段が駆動する半導体発光素子の駆動電力を調整する駆動制御手段とを具備したことを特徴とする。
請求項2記載の発明は、上記請求項1記載の発明において、上記タイミング信号発生手段は、上記測定手段での測定に要する時間に応じて、発光期間の発光終了から一定時間前のタイミングを設定したタイミング信号を発生することを特徴とする。
請求項3記載の発明は、上記請求項1または2記載の発明において、上記タイミング信号は矩形波状であって、上記タイミング信号発生手段は、該矩形波状の立上り時に上記駆動手段による発光開始を指示するタイミング信号を発生し、該矩形波状の立下り時に上記測定手段による半導体発光素子の電圧値の測定を指示するタイミング信号を発生することを特徴とする。
請求項4記載の発明は、複数の半導体発光素子と、上記複数の半導体発光素子を、それぞれ所定の発光期間単位で時分割発光させる駆動手段と、上記複数の半導体発光素子の各発光期間の発光開始タイミングと発光終了から一定時間前のタイミングとを示すタイミング信号を発生するタイミング信号発生手段と、上記タイミング信号発生手段から与えられるタイミング信号の上記発光終了から一定時間前のタイミングに基づき、上記複数の半導体発光素子の各電圧値を測定する測定手段と、上記測定手段で得た測定結果により上記駆動手段が駆動する複数の半導体発光素子の各駆動電力を調整する駆動制御手段と、画像信号を入力する入力手段と、上記複数の半導体発光素子から出射する光を用い、上記入力手段で入力する画像信号に対応した光像を形成して投影する投影手段とを具備したことを特徴とする。
請求項5記載の発明は、上記請求項4記載の発明において、上記タイミング信号は矩形波状であって、上記タイミング信号発生手段は、該矩形波状の立上り時に上記駆動手段による発光開始を指示するタイミング信号を発生し、該矩形波状の立下り時に上記測定手段による半導体発光素子の電圧値の測定を指示するタイミング信号を発生することを特徴とする。
請求項6記載の発明は、複数の半導体発光素子、画像信号を入力する入力部、及び上記複数の半導体発光素子から出射する光を用い、上記入力部で入力する画像信号に対応したカラーの光像を形成して投影する投影部を備えた投影装置での投影方法であって、上記複数の半導体発光素子の各発光期間の発光開始タイミングと発光終了から一定時間前のタイミングとを示すタイミング信号を発生するタイミング信号発生工程と、上記タイミング信号発生工程で発生するタイミング信号に基づき、上記複数の半導体発光素子を各発光期間に対応して時分割で循環的に駆動する駆動工程と、上記タイミング信号発生工程で与えられるタイミング信号の上記発光終了から一定時間前のタイミングに基づき、上記複数の半導体発光素子の各電圧値を測定する測定工程と、上記測定工程で得た測定結果により上記駆動工程で駆動する複数の半導体発光素子の各駆動電力を調整する駆動制御工程とを有したことを特徴とする。
本発明によれば、複数の半導体発光素子を時分割で間欠駆動する際に、各半導体発光素子の動作温度を正確に測定して、素子の劣化を生じない温度環境を維持することが可能となる。
本発明の一実施形態に係るデータプロジェクタ装置全体の機能回路構成を示すブロック図。 同実施形態に係る動作の基本概念を説明する図。 同実施形態に係る動作の制御内容を示すタイミングチャート。
以下本発明をDLP(Digital Light Processing)(登録商標)方式のデータプロジェクタ装置に適用した場合の一実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係るデータプロジェクタ装置10の概略機能構成を示すブロック図である。
11は入出力コネクタ部であり、例えばピンジャック(RCA)タイプのビデオ入力端子、D−sub15タイプのRGB入力端子、及びUSB(Universal Serial Bus)コネクタを含む。
入出力コネクタ部11より入力される各種規格の画像信号は、入出力インタフェース(I/F)12、システムバスSBを介し、一般にスケーラとも称される画像変換部13に入力される。
画像変換部13は、入力された画像信号を投影に適した所定のフォーマットの画像信号に統一し、表示用のバッファメモリであるビデオRAM14に適宜書込んだ後に、書込んだ画像信号を読出して投影画像処理部15へ送る。
この際、OSD(On Screen Display)用の各種動作状態を示すシンボル等のデータも必要に応じてビデオRAM14で画像信号に重畳加工され、加工後の画像信号が読出されて投影画像処理部15へ送られる。
投影画像処理部15は、送られてきた画像信号に応じて、所定のフォーマットに従ったフレームレート、例えば60[フレーム/秒]と色成分の分割数、及び表示階調数を乗算した、より高速な時分割駆動により、空間的光変調素子であるマイクロミラー素子16を表示駆動する。
このマイクロミラー素子16は、アレイ状に配列された複数、例えばXGA(横1024画素×縦768画素)分の微小ミラーの各傾斜角度を個々に高速でオン/オフ動作して表示動作することで、その反射光により光像を形成する。
一方で、光源部17から時分割でR,G,Bの原色光が循環的に出射される。この光源部17からの原色光が、ミラー18で全反射して上記マイクロミラー素子16に照射される。
そして、マイクロミラー素子16での反射光で光像が形成され、形成された光像が投影レンズユニット19を介して、投影対象となる図示しないスクリーンに投影表示される。
光源部17は、赤色(R)光を発する発光ダイオード(以下「R−LED」と称する)21、緑色(G)光を発する発光ダイオード(以下「G−LED」と称する)22、及び青色(B)光を発する発光ダイオード(以下「B−LED」と称する)23を有する。
R−LED21の発する赤色光は、ダイクロイックミラー24を透過した後、インテグレータ25で輝度分布が略均一な光束とされた後に上記ミラー18へ送られる。
G−LED22の発する緑色光は、ダイクロイックミラー26で反射された後、上記ダイクロイックミラー24でも反射され、上記インテグレータ25を介して上記ミラー18へ送られる。
B−LED23の発する青色光は、ミラー27で反射された後に上記ダイクロイックミラー26を透過し、その後に上記ダイクロイックミラー24で反射され、上記インテグレータ25を介して上記ミラー18へ送られる。
上記ダイクロイックミラー24は、赤色光を透過する一方で、緑色光及び青色光を反射する。上記ダイクロイックミラー26は、緑色光を反射する一方で、青色光を透過する。
光源部17の各LED21〜23の発光タイミングや駆動信号の波形等を投影光処理部28が統括して制御する。投影光処理部28は、投影画像処理部15から与えられるR,G,Bの各タイミング信号と後述するCPU31の制御に応じてLED21〜23の発光動作を制御する。
また投影光処理部28は、後述するCPU31の制御に応じてLED21〜23の駆動電圧を検出し、検出結果をCPU31へ出力する。
上記各回路の動作すべてをCPU31が制御する。このCPU31は、メインメモリ32及びプログラムメモリ33と直接接続される。メインメモリ32は、DRAMで構成され、CPU31のワークメモリとして機能する。プログラムメモリ33は、電気的書換可能な不揮発性メモリで構成され、CPU31が実行する動作プログラムや各種定型データ等を記憶する。CPU31は、上記メインメモリ32及びプログラムメモリ33を用いて、このデータプロジェクタ装置10内の制御動作を実行する。
上記CPU31は、操作部34からのキー操作信号に応じて各種投影動作を実行する。
この操作部34は、データプロジェクタ装置10の本体に設けられるキー操作部と、このデータプロジェクタ装置10専用の図示しないリモートコントローラからの赤外光を受光するレーザ受光部とを含む。操作部34は、ユーザが本体のキー操作部またはリモートコントローラで操作したキーに基づくキー操作信号をCPU31へ直接出力する。
上記CPU31はさらに、上記システムバスSBを介して音声処理部35とも接続される。音声処理部35は、PCM音源等の音源回路を備える。音声処理部35は、投影動作時に与えられる音声データをアナログ化し、スピーカ部36を駆動して拡声させ、あるいは必要によりビープ音等を発生させる。
次に上記実施形態の動作について説明する。
図2は、本実施形態に係る半導体発光素子の駆動制の基本概念を示す。
図2(A)は、投影画像処理部15が投影光処理部28に与えるタイミング信号の基本波形を示す。LED(21〜23)を1フィールド期間発光させる際に投影画像処理部15は、図示する如くフィールドの終了タイミングより時間Tm分だけ早くオフとなるタイミング信号を出力する。
上記時間Tmは、投影光処理部28がLED(21〜23)での電圧を測定するのに要する時間、例えば数10[μsec]程度に応じて固定的に設定される。
投影画像処理部15からのタイミング信号を受けた投影光処理部28は、そのタイミング信号の立上り部分をトリガとして、LED(21〜23)を一定の電流値で駆動開始する。
図2(B)は、投影光処理部28の定電流駆動に伴うLED(21〜23)での電圧の変化を示す。LEDとLD(半導体レーザ)とを問わず半導体発光素子では、定電流で駆動した場合、素子温度の上昇に伴って電圧が低下する。
したがって、フィールド期間の当初は、それまでの間欠期間に放熱冷却していた状態から瞬間的に電圧値が上昇し、その後素子が蓄熱して徐々に温度が上昇するのに伴って、電圧が低下する。そのため、素子の温度を直接測定しなくとも、電圧値を測定することにより、素子の温度を推定することが可能となる。
上記投影画像処理部15からのタイミング信号がフィールド期間の終了より早く、時間Tm分だけ先にオフとなる。投影光処理部28では、このタイミング信号のオフに同期してLED(21〜23)の電圧を測定し、測定を終了した時点、すなわちフィールド期間の終了と同時に当該LED(21〜23)に対する駆動を終了する。
投影光処理部28はその測定結果に基づき、LED(21〜23)の当該フィールド期間における最高温度を推定して、次にLED(21〜23)を駆動する際の電流値を制御する。
上述したように、投影画像処理部15からのタイミング信号がオフするタイミングは、投影光処理部28でのLED(21〜23)の電圧測定に要する時間Tm分だけ、フィールド期間が終了するタイミングより早めるように設定されている。
そのため投影光処理部28は、電圧測定開始のトリガとなるタイミング信号の立下り時から、電圧の測定の終了までに要する時間Tm経過後に、当該LED(21〜23)への電流駆動を終了することで、正確にフィールド期間に同期したLED(21〜23)の発光駆動が実現できる。
図3は、画像1フレームを構成するR,G,Bの3フィールド期間と、各LED21〜23の駆動制御のタイミングとを示す。図3(A)に示すように1枚の画像フレームが、Rフィールド、Gフィールド、及びBフィールドの順序で構成されるものとする。
投影画像処理部15は、同フィールド期間に対応して各原色画像をマイクロミラー素子16で表示する一方で、投影光処理部28に対して図3(B)〜図3(D)に示すようなRタイミング信号、Gタイミング信号、及びBタイミング信号を送出する。
これら各タイミング信号は、上記図2で説明した如く各フィールド期間の終了より早く、時間Tm分だけ先にオフとなる。
Rフィールドにおいては、投影光処理部28が図3(B)に示すRタイミング信号の立上りに同期してR−LED21に定電流を流して発光を開始する。その後、Rタイミング信号がオフとなった時点で、Rタイミング信号のオフをトリガとして駆動しているR−LED21の電圧を測定する。
図3(H)は、R−LED21の駆動電圧の変化を示す。上記図2(B)でも示したように、発光での加熱に伴い、定電流であってもR−LED21に印加される電圧はフィールド期間当初の高い状態から徐々に低下する。
Rタイミング信号がオフとなるタイミングt31で投影光処理部28がその電圧値を測定する。そして、タイミングt31からTm経過後の測定終了及びRフィールド期間の終了に伴って、図3(E)に示すようにR−LED21への駆動電流をオフすることで、図3(H)に示す駆動電圧も同時にオフとなる。
続くGフィールド、Bフィールドにおいても同様であり、投影光処理部28がG−LED22、B−LED23を発光駆動させる過程で、各フィールド期間の終了間際に駆動電圧を測定する。
投影光処理部28で得た各測定結果はCPU31に送られる。CPU31は、投影光処理部28から送られてきた測定結果としての電圧値により当該LED(21〜23)のフィールド期間内での最高温度を推定する。CPU31は、その推定結果に基づいて次の画像フレームの各フィールドでLED(21〜23)を駆動する際の電流値を決定して、その決定結果を投影光処理部28へ送出する。
なお、上述したように投影光処理部28が測定した結果をCPU31に出力し、それを受けたCPU31が測定結果から次のLED(21〜23)の駆動電流を決定して投影光処理部28に通達するのではなく、測定から次の電流値決定までの一連の制御処理を投影光処理部28内で実行するものとしても良い。
例えば、測定結果である電圧値とその電圧値から推定されるLEDの温度を考慮した駆動電流値とをルックアップテーブルの形で投影光処理部28内に保持し、投影光処理部28は測定結果から次の駆動電流値を該ルックアップテーブルを参照して読出し、次のフレームで読出した電流値での駆動を実行するものとしても良い。
以上詳記した如く本実施形態によれば、複数の半導体発光素子、例えばR,G,Bの各原色で発光するLED21〜23を時分割で間欠駆動する際に、各素子の動作温度を正確に測定して、素子の劣化を生じない温度環境を維持することが可能となる。
特に上記実施形態では、LED21〜23の測定を開始するタイミングを、投影光処理部28が測定に要する時間Tm分に応じてフィールド終了タイミングより早めるものとして設定したので、より正確にLED21〜23の温度上昇を電圧値の形で測定することができる上、測定終了と同時に当該LED21〜23の駆動を終了し、即時次のフィールドの駆動に移行できる。
なお、本願発明は、上記実施形態のように、立下り時を発光フィールド期間よりも僅かに早めたR,G,Bのタイミング信号の立下がり時をトリガとして電圧測定を開始する構成とした。このように信号の立下りを発光フィールド期間より微小時間早めたタイミング信号の立下り時をトリガとしたことで、その微小時間後の発光フィールド期間の終了に伴った発光停止を指示する信号を容易に生成することができる。例えば、微小時間Tmは固定値であるため、タイミング信号の立下りに基づいてTm分遅らせるコンデンサ回路等を設置するだけでよい。
また、例えば、データプロジェクタ装置10が1フレームにおけるR,G,B各発光フィールド期間の幅が異なる複数の投影モードを有しており、ある投影モードから異なる投影モードに投影モードが変更された場合、その投影モードに応じて発光フィールド期間も変更されることになる。しかし、発光フィールド期間より微小時間Tm前のタイミング信号の立下りを電圧測定のトリガとし、タイミング信号の立下りからTm後を発光終了のトリガとする上記実施形態のように、電圧測定の指示をタイミング信号の立下りに基づいて出力することで、このように発光フィールド期間が変更されるような場合であっても正確な電圧測定が可能となる。
また、上記実施形態では、LED(21〜23)に印加する電流値を、一定の電流値波形で駆動することとしたが、これに限らず、例えば発熱による輝度減少を考慮に入れた電流値波形、すなわち、発光直後から徐々に電流値が右肩上がりになるような電流値波形をセットしてもよい。
なお、上記実施形態では光源の素子として3原色のLED21〜23を用いる場合について説明したが、本発明はLEDに限らず、LD(半導体レーザ)でも同様に適用可能であり、複数の半導体発光素子を用いる装置あるいは当該装置の駆動方法であれば、その素子の種類や構成個数等を制限するものではない。
その他、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上述した実施形態で実行される機能は可能な限り適宜組み合わせて実施しても良い。上述した実施形態には種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件による適宜の組み合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、効果が得られるのであれば、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
10…データプロジェクタ装置、11…入出力コネクタ部、12…入出力インタフェース(I/F)、13…画像変換部、14…ビデオRAM、15…投影画像処理部、16…マイクロミラー素子、17…光源部、18…ミラー、19…投影レンズユニット、21…R−LED、22…G−LED、23…B−LED、24…ダイクロイックミラー、25…インテグレータ、26…ダイクロイックミラー、27…ミラー、28…投影光処理部、31…CPU、32…メインメモリ、33…プログラムメモリ、34…操作部、35…音声処理部、36…スピーカ部、SB…システムバス。

Claims (6)

  1. 半導体発光素子と、
    上記半導体発光素子を所定の発光期間単位で時分割発光させる駆動手段と、
    上記半導体発光素子の発光期間の発光開始タイミングと発光終了から一定時間前のタイミングとを示すタイミング信号を発生するタイミング信号発生手段と、
    上記タイミング信号発生手段から与えられるタイミング信号の上記発光終了から一定時間前のタイミングに基づき、上記半導体発光素子の電圧値を測定する測定手段と、
    上記測定手段で得た測定結果により上記駆動手段が駆動する半導体発光素子の駆動電力を調整する駆動制御手段と
    を具備したことを特徴とする光源装置。
  2. 上記タイミング信号発生手段は、上記測定手段での測定に要する時間に応じて、発光期間の発光終了から一定時間前のタイミングを設定したタイミング信号を発生することを特徴とする請求項1記載の光源装置。
  3. 上記タイミング信号は矩形波状であって、
    上記タイミング信号発生手段は、該矩形波状の立上り時に上記駆動手段による発光開始を指示するタイミング信号を発生し、該矩形波状の立下り時に上記測定手段による半導体発光素子の電圧値の測定を指示するタイミング信号を発生する
    ことを特徴とする請求項1または2記載の光源装置。
  4. 複数の半導体発光素子と、
    上記複数の半導体発光素子を、それぞれ所定の発光期間単位で時分割発光させる駆動手段と、
    上記複数の半導体発光素子の各発光期間の発光開始タイミングと発光終了から一定時間前のタイミングとを示すタイミング信号を発生するタイミング信号発生手段と、
    上記タイミング信号発生手段から与えられるタイミング信号の上記発光終了から一定時間前のタイミングに基づき、上記複数の半導体発光素子の各電圧値を測定する測定手段と、
    上記測定手段で得た測定結果により上記駆動手段が駆動する複数の半導体発光素子の各駆動電力を調整する駆動制御手段と、
    画像信号を入力する入力手段と、
    上記複数の半導体発光素子から出射する光を用い、上記入力手段で入力する画像信号に対応した光像を形成して投影する投影手段と
    を具備したことを特徴とする投影装置。
  5. 上記タイミング信号は矩形波状であって、
    上記タイミング信号発生手段は、該矩形波状の立上り時に上記駆動手段による発光開始を指示するタイミング信号を発生し、該矩形波状の立下り時に上記測定手段による半導体発光素子の電圧値の測定を指示するタイミング信号を発生する
    ことを特徴とする請求項4記載の投影装置。
  6. 複数の半導体発光素子、画像信号を入力する入力部、及び上記複数の半導体発光素子から出射する光を用い、上記入力部で入力する画像信号に対応したカラーの光像を形成して投影する投影部を備えた投影装置での投影方法であって、
    上記複数の半導体発光素子の各発光期間の発光開始タイミングと発光終了から一定時間前のタイミングとを示すタイミング信号を発生するタイミング信号発生工程と、
    上記タイミング信号発生工程で発生するタイミング信号に基づき、上記複数の半導体発光素子を各発光期間に対応して時分割で循環的に駆動する駆動工程と、
    上記タイミング信号発生工程で与えられるタイミング信号の上記発光終了から一定時間前のタイミングに基づき、上記複数の半導体発光素子の各電圧値を測定する測定工程と、
    上記測定工程で得た測定結果により上記駆動工程で駆動する複数の半導体発光素子の各駆動電力を調整する駆動制御工程と
    を有したことを特徴とする投影方法。
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