JP4752514B2 - 投影装置及び投影方法 - Google Patents

Description

本発明は、白色光源とカラーホイールを用いて時分割で各原色成分の画像を形成することによりカラー画像を投影することが可能な投影装置及び投影方法に関する。

ＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）（登録商標）方式のプロジェクタ装置では、白色光源からの光をカラーホイールと称される少なくともＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各原色フィルタを形成した部材を介することで時分割で原色成分ごとに透過させ、その原色光をモノクロ画像を表示するマイクロミラー素子でなる光変調素子で順次反射させることで光像を形成して投影出力し、結果としてカラー画像を投影表示することが可能となる。

この種のプロジェクタ装置では、白色光源としてアーク放電を行なう高圧水銀ランプなどを交流駆動して使用しており、その駆動周波数に対してカラーホイールの回転周波数が整数倍となるように設定していた。

図４は、一般的なカラーホイール１の構成を例示するものである。図中の矢印ｒは回転方向を示すもので、ここでは上記Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の他にＷ（白）（正確には透明）のセグメントを配置した計４セグメントの構成を採るものとする。このＷのセグメントは、人間の目が色彩よりも明暗により大きく反応する点も鑑み、投影する画像の輝度（明るさ）とコントラストを向上させるために設けられたものである。

このＷのセグメントが光源からの光路中にあるときに、表示素子であるマイクロミラー素子上では輝度信号（Ｙ）に対応した画像が表示されて、その光像が投影系のレンズを介してスクリーン等に投影表示される。

また、上記図４におけるカラーホイール１を構成する扇形の各セグメントＲ，Ｇ，Ｂ，Ｗの中心角が異なるのは、各セグメントに使用されるフィルタの波長帯域特性と、投影する画像の色バランスとを考慮して設定されるためである。

カラーホイール１の回転駆動は、投影する画像のフレーム周波数に同期されており、代表的なテレビジョン方式であるＰＡＬ／ＮＴＳＣを基準として５０（ＰＡＬ）／６０（ＮＴＳＣ）［Ｈｚ］と設定されることが多い。

光源となるランプの交番は、この画像のフレーム周波数に同期させないと画像のフリッカ（ちらつき）等の問題を生じることになるので、一般的な光源ランプは５０／６０［Ｈｚ］で駆動することが常となっていた。

図５は、一般的なカラーホイールの駆動タイミングを光源ランプの駆動周期と対応して示すものである。同図では、光源ランプの周波数を我が国のテレビジョン方式であるＮＴＳＣに合わせた６０［Ｈｚ］としており、これに対してカラーホイール１の駆動周波数を２倍の１２０［Ｈｚ］とした場合について例示する。

ランプの点灯駆動１周期（＝１／６０［ｓｅｃ］）中、その前半の１／１２０［ｓｅｃ］では光源ランプが一方、例えば＋（プラス）の極性で点灯駆動され、これに同期してカラーホイール１のセグメントがＲ，Ｇ，Ｂ，Ｗの順に光路に挿入される。

その後、後半の１／１２０［ｓｅｃ］では光源ランプが他方、−（マイナス）の極性で点灯駆動され、これに同期して同様にカラーホイールのセグメントがＲ，Ｇ，Ｂ，Ｗの順に光路に挿入される。

このように、ランプの駆動周波数に対してカラーホイールの回転周波数を整数倍とすることが必要とされる一方で、より明るい投影画像を実現するために、発光輝度の高いランプが求められている。

しかしながら、ランプの駆動周波数はそのランプの構造、性能によって決められるものであり、単に発光輝度の高い構造を採用した場合、上記駆動周波数を外れた周波数で駆動することが要求されることになる可能性が高い。

しかし、定まった例えば５０／６０［Ｈｚ］という周波数を外してランプを駆動することは上述した如くフリッカ等、画質の点で問題が大きく、結果としてそのようなランプはたとえ発光輝度が高くともＤＬＰシステムのプロジェクタに採用することができない。

また、ランプの駆動周波数はランプ電極に直接影響を与えるものであり、周波数が低く電極温度が下がるとちらつきを生じ、逆に周波数が高すぎると電極を摩耗させてランプの寿命を縮めてしまうという不具合があるため、上記ランプの駆動周波数がその構造に大きく依存していることも踏まえると、駆動周波数を大幅に変更することはできなかった。

光源となるランプは高価なものであり、その性能劣化を防ぐためには、電極温度を一定の範囲内に維持する必要があるので、そのためにはファン等の冷却手段や、ランプへの印加電圧波形などを工夫する必要がある。

またこれとは別に、ランプの駆動周波数をカラーホイールの回転周波数の例えば０．７５倍とするように、ランプの駆動周波数に対してカラーホイールの回転周波数を必ずしも整数倍とはしない技術も考えられていた。（例えば、特許文献１）
特開２００３−１６２００１号公報

しかしながら、上記特許文献に記載された技術も、カラーホイールの各セグメントの期間（中心角）はランプの駆動周波数の影響を受けるので、任意に設定することはできなかった。

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、光源のランプの温度制御がより容易となる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、交流放電点灯により白色光を発する光源と、この光源からの光路中に挿入され、回転駆動されることで上記白色光中の複数の波長帯成分を時分割で透過させる複数色のセグメントが任意の中心角で周方向に沿って形成されたカラーホイールと、このカラーホイールを一定の速度で回転駆動するカラーホイール駆動手段と、上記光源を、上記カラーホイールの回転周期より短い周期で、且つ上記光路中に挿入されるカラーホイールのセグメントの切換タイミングで極性反転させて点灯駆動する光源駆動手段とを備え、上記光源駆動手段は、少なくとも２種類の極性反転回数の異なる駆動制御を行い、投影モードで切換えることを特徴とする。

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、上記投影モードは、光源への入力電力が異なる通常発光モードと低輝度発光モードであり、通常発光モードより低輝度発光モードの極性反転回数を多くしたことを特徴とする。

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、上記少なくとも２種類の駆動制御は、いずれもカラーホイールの回転周期に対する極性反転回数が奇数回であることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、上記請求項１乃至３いずれか記載の発明において、上記カラーホイールは、複数色のセグメントとして、透明のセグメントであるホワイトセグメントを有し、上記極性反転のタイミングは、ホワイトセグメント中間点付近に設けることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、交流放電点灯により白色光を発する光源と、この光源からの光路中に挿入され、一定の回転速度で回転駆動されることで上記白色光中の複数の波長帯成分を時分割で透過させる複数色のセグメントが任意の中心角で放射状に形成されたカラーホイールとを有する投影装置での投影方法であって、上記光源を、上記カラーホイールの回転周期より短い周期で、且つ上記光路中に挿入されるカラーホイールのセグメントの切換タイミングで極性反転させて点灯駆動する少なくとも２種類の極性反転回数の異なる駆動制御を行い、投影モードで切換えることを特徴とする。

本願発明によれば、投影モードに対応して、光源を構成するランプの温度制御がより容易となる。

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１０に適用した場合の実施の一形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施の形態に係るデータプロジェクタ装置１０の機能的な回路構成を示すものである。同図で、入出力コネクタ部１１より入力された各種規格の画像信号が、入出力インタフェース（Ｉ／Ｆ）１２、システムバスＳＢを介して画像変換部１３で所定のフォーマットの画像信号に統一された後に、投影エンコーダ１４へ送られる。

投影エンコーダ１４は、送られてきた画像信号をビデオＲＡＭ１５に展開記憶させた上でこのビデオＲＡＭ１５の記憶内容からビデオ信号を生成して投影駆動部１６に出力する。

この投影駆動部１６は、送られてきた画像信号に対応して適宜フレームレート、例えば例えば１２０［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で空間的光変調素子（ＳＯＭ）である例えばマイクロミラー素子１７を表示駆動する。

このマイクロミラー素子１７に対して、リフレクタ１８内に配置された例えば高圧水銀灯でなる光源ランプ１９が出射する高輝度の白色光を、カラーホイール２０を介して適宜原色成分を選択的に透過させ、ライトトンネル２１で輝度分布を均一化した後にミラー２２で全反射して照射することで、その反射光で光像が形成され、投影レンズ２３を介してここでは図示しないスクリーンに投影表示される。

しかるに、光源ランプ１９の点灯駆動はランプ駆動部２４により実行されるものであり、上記リフレクタ１８の光源ランプ１９近傍に配置された温度センサ２５の検知出力もこのランプ駆動部２４に送られ、デジタル信号化される。

また、上記カラーホイール２０を回転駆動するモータ（Ｍ）２６は、カラーホイール駆動部２７からの供給電圧に従った一定の速度で回転するものであり、このカラーホイール２０の回転位置、具体的にはＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青），Ｗ（白）の各セグメントの境目である切換位置はポジションセンサ２８により検知され、その検知出力がカラーホイール駆動部２７へ送られてデジタル化される。

上記各回路のすべての動作制御を司るのが制御部２９である。この制御部２９は、ＣＰＵと、投影動作時に該ＣＰＵで実行される動作プログラムを記憶した不揮発性メモリ、及びワークメモリ等により構成される。

この制御部２９にはまた、上記システムバスＳＢを介して音声処理部３０が接続される。
音声処理部３０は、ＰＣＭ音源等の音源回路を備え、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３１を駆動して拡声放音し、あるいは必要によりビープ音等を発生させる。

なお、データプロジェクタ装置１０は、その筐体上面に備えられるキースイッチ（ＳＷ）部３２における各キー操作信号が直接制御部２９に入力されると共に、Ｉｒ受信部３３からの信号も直接制御部２９に入力される。

このＩｒ受信部３３は、データプロジェクタ装置１０の筐体前面及び背面にそれぞれ設けられるＩｒ受信窓部より、このデータプロジェクタ装置１０付属の図示しないリモートコントローラからの操作信号、あるいは外部機器からのＩｒＤＡ規格に則った赤外線変調信号を受信し、その受信信号をコード信号化して制御部２９に送出する。

次に上記実施の形態の動作について説明する。
なお、このデータプロジェクタ装置１０では、光源ランプ１９を通常発光時と低輝度発光時の２段階に分けて駆動制御するものとする。すなわち、通常発光時には光源ランプ１９を定格の電圧を印加して駆動し、上記図１では示さなかった冷却ファン等による冷却動作も定格の条件で実行する一方で、低輝度発光時には光源ランプ１９を定格より低く、且つその寿命等に悪影響を及ぼさない程度の所定の電圧を印加して駆動し、発光輝度が低い分だけ低下する発熱量に応じて冷却ファン等による冷却動作も定格より低い条件で実行し、全体の電力消費と騒音の発生とを低く抑えるものである。

また、カラーホイール２０は、例えばＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青），Ｗ（白）の４つのセグメントを有するもので、上記図４に示したカラーホイール１と同様に各セグメントに使用されるフィルタの波長帯域特性と色バランスとを考慮し、扇形の各セグメントＲ，Ｇ，Ｂ，Ｗ毎にその中心角が異なり、それらの和が３６０度となるように任意に設定されているものとする。

図２は、通常発光時の光源ランプ１９の発光駆動周期とカラーホイール２０のカラーホイールの駆動タイミングとを例示するものである。

同図に示す如く、カラーホイール２０は定速で回転駆動され、その回転周期が例えば１／１２０［秒］と固定されているのに対し、光源ランプ１９は制御部２９及びランプ駆動部２４の制御により光路中に挿入されるカラーホイール２０のセグメントの切換タイミングにより極性反転タイミングを同期して点灯駆動されるものとする。

なお、以下では光源ランプ１９の交流駆動に際してその一方の駆動方向をプラス、極性を反転した他方の駆動方向をマイナスとして表現するものとする。

具体的には、カラーホイール２０が第１の回転周期中、カラーホイール２０のＲのセグメントが光路に挿入されている期間中に光源ランプ１９をプラス方向の極性で点灯駆動し、続くＧ，Ｂのセグメントが光路に挿入されている期間中、反転したマイナス方向の極性で点灯駆動する。

さらに、Ｗのセグメントが光路に挿入されている期間中に光源ランプ１９をプラス方向の極性で点灯駆動し、続く第２の回転周期中のＲのセグメントが光路に挿入されている期間中、反転したマイナス方向の極性で点灯駆動する。

続いてＧ，Ｂのセグメントが光路に挿入されている期間中に光源ランプ１９をプラス方向の極性で点灯駆動し、続くＷのセグメントが光路に挿入されている期間中、反転したマイナス方向の極性で点灯駆動する。

このように、カラーホイール２０が２回転する周期を１つの駆動パターンサイクルとして、カラーホイール２０のセグメントの切換えのタイミングに合わせて光源ランプ１９の点灯駆動の極性反転タイミングを同期させるものとする。

これは、カラーホイール２０の回転位置をポジションセンサ２８で検知してカラーホイール駆動部２７がその検知信号をデジタル化して制御部２９へ送出することにより、制御部２９がカラーホイール２０の各セグメントの任意に設定された中心角に対応して切換えるような駆動信号をランプ駆動部２４へ送出し、ランプ駆動部２４がこの駆動信号に従って光源ランプ１９の極性反転タイミングを制御するべく点灯駆動することにより実現される。

このように、カラーホイール２０が２回転する周期を１つの駆動パターンサイクルとして、カラーホイール２０のセグメントの切換えのタイミングに合わせて光源ランプ１９の点灯駆動の極性反転タイミングを同期させ、光源ランプ１９を３周期に該当するものとして駆動制御する。

また図３は、低輝度発光時の光源ランプ１９の発光駆動周期とカラーホイール２０のカラーホイールの駆動タイミングとを例示するものである。

同図に示す如く、カラーホイール２０は通常発光時と同様の定速で回転駆動され、その回転周期が例えば１／１２０［秒］と固定されているのに対し、光源ランプ１９は制御部２９及びランプ駆動部２４の制御により光路中に挿入されるカラーホイール２０のセグメントの切換タイミングにより極性反転タイミングを同期して点灯駆動されるものとする。

具体的には、カラーホイール２０が第１の回転周期中、カラーホイール２０のＲのセグメントが光路に挿入されている期間中に光源ランプ１９をプラス方向の極性で点灯駆動し、続くＧのセグメントが光路に挿入されている期間中、反転したマイナス方向の極性で点灯駆動する。

同様に、次のＢのセグメントが光路に挿入されている期間中に光源ランプ１９をプラス方向の極性で点灯駆動し、続くＷのセグメントが光路に挿入されている期間の前半で、反転したマイナス方向の極性で点灯駆動する。

さらに、Ｗのセグメントが光路に挿入されている期間の後半で光源ランプ１９をプラス方向の極性で点灯駆動し、続く第２の回転周期中のＲのセグメントが光路に挿入されている期間中、反転したマイナス方向の極性で点灯駆動する。

次にＧのセグメントが光路に挿入されている期間に光源ランプ１９をプラス方向の極性で点灯駆動し、続くＢのセグメントが光路に挿入されている期間中、反転したマイナス方向の極性で点灯駆動する。

続いてＷのセグメントが光路に挿入されている期間の前半で光源ランプ１９をプラス方向の極性で点灯駆動し、同Ｗのセグメントが光路に挿入されている期間の後半で、反転したマイナス方向の極性で点灯駆動する。

このように、カラーホイール２０が２回転する周期を１つの駆動パターンサイクルとして、カラーホイール２０のセグメントの切換えのタイミングに合わせると共に、特にＷのセグメントではその前半と後半とに２分して光源ランプ１９の点灯駆動の極性反転タイミングを同期させ、光源ランプ１９を５周期に該当するものとして駆動制御する。

以上、通常発光時と低輝度発光時とに分けてその動作を説明した如く、光源ランプ１９の放電周期を均等とせず、光路中に挿入されるカラーホイール２０のセグメントの切換タイミングに光源ランプ１９の極性反転のタイミングが同期するように点灯駆動させるものとした。

これにより、単位時間当たりの光源ランプ１９の放電回数をカラーホイール２０を構成する各セグメントの時間幅（中心角）設定に対応して上げることができ、光源ランプ１９の温度制御が非常に容易なものとなる。

加えて、カラーホイール２０を構成する複数色のセグメントＲ，Ｇ，Ｂ，Ｗに対応してその時間幅を考慮した上で光路挿入時の光源ランプ１９の極性が交互に反転するように光源ランプ１９を同期させて駆動するものとしたので、フリッカ（ちらつき）や色ずれ等が発生してしまうのを確実に防止できる。

さらに、光源ランプ１９の低輝度発光時においては、Ｗのセグメントが光路に挿入されている期間を２分し、Ｗのセグメントの光路への挿入時に光源ランプ１９の極性が反転するように光源ランプ１９を駆動するものとした。

これにより、光源ランプ１９の駆動電圧が低い低輝度発光時においても、色成分のバランス等に悪い影響を与えることなく、光源ランプ１９の放電回数を増加させることでその端子電極の温度が許容範囲より低下してしまうのを防止し、温度制御の可能な範囲をより広げることで、光源ランプ１９の寿命を縮めてしまうのを未然に防止できる。

なお、上記実施の形態では光源ランプ１９が高圧水銀ランプで構成されるものとして説明したが、本発明はこれに限らず、ランプ管内の圧力がさらに高い超高圧水銀灯など、交流駆動により極性を反転しながら発光する放電系のランプであれば、他にも同様に適応することが可能となる。

その他、本発明は上記実施の形態に限らず、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することが可能であるものとする。

さらに、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施の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、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも１つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも１つが得られる場合には、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。

本発明の実施の一形態に係るデータプロジェクタ装置の機能回路構成を示すブロック図。 同実施の形態に係るカラーホイールの駆動タイミングを光源ランプの駆動周期と対応して示す図。 同実施の形態に係る低輝度発光モード時のカラーホイールの駆動タイミングを光源ランプの駆動周期と対応して示す図。 一般的なカラーホイールの構成を例示する図。 一般的なカラーホイールの駆動タイミングを光源ランプの駆動周期と対応して示す図。

符号の説明

１…カラーホイール、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…投影エンコーダ、１５…ビデオＲＡＭ、１６…投影駆動部、１７…マイクロミラー素子、１８…リフレクタ、１９…光源ランプ、２０…カラーホイール、２１…ライトトンネル、２２…ミラー、２３…投影レンズ、２４…ランプ駆動部、２５…温度センサ、２６…モータ（Ｍ）、２７…カラーホイール駆動部、２８…ポジションセンサ、２９…制御部、３０…音声処理部、３１…スピーカ、３２…キースイッチ（ＳＷ）部、３３…Ｉｒ受信部、ＳＢ…システムバス。

Claims (5)

1. 交流放電点灯により白色光を発する光源と、
   この光源からの光路中に挿入され、回転駆動されることで上記白色光中の複数の波長帯成分を時分割で透過させる複数色のセグメントが任意の中心角で周方向に沿って形成されたカラーホイールと、
   このカラーホイールを一定の速度で回転駆動するカラーホイール駆動手段と、
   上記光源を、上記カラーホイールの回転周期より短い周期で、且つ上記光路中に挿入されるカラーホイールのセグメントの切換タイミングで極性反転させて点灯駆動する光源駆動手段とを備え、
   上記光源駆動手段は、少なくとも２種類の極性反転回数の異なる駆動制御を行い、投影モードで切換えることを特徴とする投影装置。
2. 上記投影モードは、光源への入力電力が異なる通常発光モードと低輝度発光モードであり、通常発光モードより低輝度発光モードの極性反転回数を多くしたことを特徴とする請求項１記載の投影装置。
3. 上記少なくとも２種類の駆動制御は、いずれもカラーホイールの回転周期に対する極性反転回数が奇数回であることを特徴とする請求項１または２記載の投影装置。
4. 上記カラーホイールは、複数色のセグメントとして、透明のセグメントであるホワイトセグメントを有し、
   上記極性反転のタイミングは、ホワイトセグメント中間点付近に設ける
   ことを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の投影装置。
5. 交流放電点灯により白色光を発する光源と、この光源からの光路中に挿入され、一定の回転速度で回転駆動されることで上記白色光中の複数の波長帯成分を時分割で透過させる複数色のセグメントが任意の中心角で放射状に形成されたカラーホイールとを有する投影装置での投影方法であって、
   上記光源を、上記カラーホイールの回転周期より短い周期で、且つ上記光路中に挿入されるカラーホイールのセグメントの切換タイミングで極性反転させて点灯駆動する少なくとも２種類の極性反転回数の異なる駆動制御を行い、投影モードで切換えることを特徴とする投影方法。

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