JP7122552B2 - Video projection device - Google Patents

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Description

本開示は、半導体光源の光を蛍光体で波長変換し、その光を用いて映像を表示する映像表示システムの映像投影装置に関する。 The present disclosure relates to an image projection device of an image display system that wavelength-converts light from a semiconductor light source with a phosphor and uses the light to display an image.

特許文献１は、発光素子と蛍光体との組み合わせにより、各色異なる発光効率を考慮して、できる限り明るく、かつ色再現性の高い画像を投影する光源装置、投影装置及び投影方法を開示する。 Patent Literature 1 discloses a light source device, a projection device, and a projection method that project an image that is as bright as possible and has high color reproducibility by combining light emitting elements and phosphors, taking into account the different luminous efficiencies of each color.

この光源装置、投影装置及び投影方法は、青色光を発光する半導体レーザーと、青色光を用いて青色光及び緑色光を発生するカラーホイール及びモータと、赤色光を発するＬＥＤと、青色光、緑色光及び赤色光が循環的に発生するように半導体レーザー、ＬＥＤ、カラーホイール及びモータを制御する投影光処理部及びＣＰＵと、画像信号を入力する入力部と、青色光、緑色光及び赤色光を用いて光像を形成して投影する投影系とを備える。 The light source device, the projection device, and the projection method include a semiconductor laser that emits blue light, a color wheel and motor that use blue light to generate blue light and green light, an LED that emits red light, blue light, and green light. A projection light processing unit and a CPU for controlling a semiconductor laser, an LED, a color wheel and a motor so as to cyclically generate light and red light; an input unit for inputting an image signal; and a projection system for forming and projecting an optical image using the optical image.

このカラーホイール及びモータは、より発光効率の高い青色光の発生時間が緑色光の発生時間よりも短くなるように設定される。また、投影光処理部及びＣＰＵは、青色光を発生する時の駆動電力が、緑色光を発生する時の駆動電力よりも大きくなるように設定される。これにより、明るくかつ色再現性の高い画像を投影する光源装置、投影装置及び投影方法を実現することができる。 The color wheel and motor are set so that blue light, which has higher luminous efficiency, is generated for a shorter period of time than green light. Further, the projection light processing section and the CPU are set so that the driving power for generating blue light is higher than the driving power for generating green light. Accordingly, it is possible to realize a light source device, a projection device, and a projection method that project a bright image with high color reproducibility.

しかしながら、このように半導体光源の光を蛍光体で波長変換し、その光を用いて映像を表示する投影装置において、励起限界強度が異なる複数の蛍光体を切り替えて用いる際に、低い励起限界強度を持つ蛍光体が発熱してエネルギー効率を低下させるという問題点がある。 However, in a projection device that wavelength-converts light from a semiconductor light source with a phosphor and displays an image using the light, when switching between a plurality of phosphors with different excitation limit intensities, the excitation limit intensity is low. There is a problem that the phosphor with the heat generation reduces the energy efficiency.

特開２０１１－７０１２７号公報JP 2011-70127 A

本開示は、従来技術に比較してより高いエネルギー効率を達成しつつ映像を表示することが可能な、映像投影装置を提供する。 The present disclosure provides a video projection device capable of displaying video while achieving higher energy efficiency compared to the prior art.

本開示に係る映像投影装置は、ＰＷＭ変調信号に従って駆動される半導体光源と、並びに、第１の蛍光体及び第１の蛍光体よりも小さい強度の入力光で励起強度が飽和する第２の蛍光体を含む複数の蛍光体を順次選択的に切り替えながら、半導体光源の出力光を波長変換する時分割切替え波長変換素子とを備え、第２の蛍光体が用いられる期間におけるＰＷＭ変調信号の周波数は、第１の蛍光体が用いられる期間におけるＰＷＭ変調信号の周波数よりも高い。 A video projection device according to the present disclosure includes a semiconductor light source driven according to a PWM modulated signal, a first phosphor, and a second phosphor whose excitation intensity is saturated with input light having an intensity lower than that of the first phosphor. a time-division switching wavelength conversion element for wavelength-converting the output light of the semiconductor light source while sequentially selectively switching a plurality of phosphors including phosphors, wherein the frequency of the PWM modulated signal during the period in which the second phosphor is used is , is higher than the frequency of the PWM modulated signal during the period when the first phosphor is used.

本開示における映像投影装置は、従来技術に比較してより高いエネルギー効率を達成しつつ、映像を表示することができる。 The image projection device according to the present disclosure can display images while achieving higher energy efficiency than the conventional technology.

実施の形態１における映像投影装置の構成例を示すブロック図1 is a block diagram showing a configuration example of a video projection device according to Embodiment 1; FIG. 図１の映像投影装置において、時分割切替え波長変換素子に含まれる蛍光体ホイールの構成例を示す平面図2 is a plan view showing a configuration example of a phosphor wheel included in the time-division switching wavelength conversion element in the image projection device of FIG. 1; FIG. 図１の半導体光源駆動回路の構成例を示すブロック図Block diagram showing a configuration example of the semiconductor light source drive circuit in FIG. ＰＷＭ変調信号の周波数の変更を行わない従来例の半導体光源駆動回路において、半導体光源に流れる電流を示すタイミングチャートFIG. 4 is a timing chart showing the current flowing through the semiconductor light source in a conventional semiconductor light source drive circuit that does not change the frequency of the PWM modulated signal; ＰＷＭ変調信号の周波数の変更を行う図１の半導体光源駆動回路において、半導体光源に流れる電流を示すタイミングチャート2 is a timing chart showing the current flowing through the semiconductor light source in the semiconductor light source drive circuit of FIG. 1 that changes the frequency of the PWM modulated signal;

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。ただし、例えば既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明など、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。これは、以下の説明が必要以上に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. However, more detailed description than necessary may be omitted, for example, detailed description of already well-known matters or redundant description of substantially the same configuration. This is to avoid the following description from becoming more redundant than necessary and to facilitate understanding by those skilled in the art.

なお、発明者は、当業者による本開示の十分な理解を助けるために添付図面及び以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。 It is noted that the inventors provide the accompanying drawings and the following description to assist those skilled in the art in fully understanding the present disclosure, which are intended to limit the subject matter of the claims. is not.

（実施の形態１）
以下、図１～図５を参照して、実施の形態１を詳細に説明する。 (Embodiment 1)
Embodiment 1 will be described in detail below with reference to FIGS. 1 to 5. FIG.

［１－１．構成］
まず、図１～図３を参照して、実施の形態１における映像投影装置及び、半導体光源駆動回路の構成を詳細に説明する。 [1-1. Constitution]
First, with reference to FIGS. 1 to 3, the configurations of the image projection apparatus and the semiconductor light source drive circuit according to the first embodiment will be described in detail.

［１－１－１．映像投影装置の構成］
図１は本開示の実施の形態１における映像投影装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、実施の形態１における映像投影装置は、半導体光源駆動回路１００と、半導体光源１１０と、時分割切替え波長変換素子１２０と、光変調素子１３０と、投影レンズ１４０と、ＰＷＭ変調器１５０と、波長変換素子駆動回路１６０を備えて構成される。 [1-1-1. Configuration of video projection device]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a video projection device according to Embodiment 1 of the present disclosure. As shown in FIG. 1, the image projection apparatus according to Embodiment 1 includes a semiconductor light source drive circuit 100, a semiconductor light source 110, a time division switching wavelength conversion element 120, an optical modulation element 130, a projection lens 140, a PWM It comprises a modulator 150 and a wavelength conversion element drive circuit 160 .

本開示の実施の形態１における映像投影装置は、色順次表示の映像表示装置等に用いられる。半導体光源１１０の出力光を複数の蛍光体を切替えて波長変換することで、異なる色の映像光を生成する。さらにこの映像光を用いることで、入力された映像信号に従って、スクリーン１７０に映像１７１を投影して表示する。 The image projection device according to Embodiment 1 of the present disclosure is used for a color sequential display image display device or the like. Image light of different colors is generated by wavelength-converting the output light of the semiconductor light source 110 by switching a plurality of phosphors. Furthermore, by using this image light, an image 171 is projected and displayed on the screen 170 in accordance with the input image signal.

ＰＷＭ変調器１５０は、外部回路から入力されるＰＷＭ設定値及び波長変換素子駆動回路１６０から入力される周波数切替え信号に従ってＰＷＭ変調信号を生成し、半導体光源駆動回路１００に供給する。生成するＰＷＭ変調信号の周波数は、波長変換素子駆動回路１６０からの周波数切替え信号により切替えられる。半導体光源駆動回路１００は、外部から入力される目標電流値及び、ＰＷＭ変調器１５０からのＰＷＭ変調信号に従って、半導体光源１１０に流す電流がＰＷＭ変調されるように半導体光源１１０を駆動する。 The PWM modulator 150 generates a PWM modulated signal according to a PWM set value input from an external circuit and a frequency switching signal input from the wavelength conversion element drive circuit 160 , and supplies it to the semiconductor light source drive circuit 100 . The frequency of the PWM modulated signal to be generated is switched by a frequency switching signal from the wavelength conversion element drive circuit 160 . The semiconductor light source driving circuit 100 drives the semiconductor light source 110 according to the externally input target current value and the PWM modulation signal from the PWM modulator 150 so that the current flowing through the semiconductor light source 110 is PWM-modulated.

半導体光源駆動回路１００により駆動された半導体光源１１０は、青色光を発生して、時分割切替え波長変換素子１２０に出力する。波長変換素子駆動回路１６０は、外部回路から入力された垂直同期信号に同期して、波長変換素子駆動信号を生成し、時分割切替え波長変換素子１２０に供給する。また、波長変換素子駆動回路１６０は、上記の垂直同期信号に同期して周波数切替え信号を生成し、ＰＷＭ変調器１５０に供給する。 The semiconductor light source 110 driven by the semiconductor light source driving circuit 100 generates blue light and outputs it to the time division switching wavelength conversion element 120 . The wavelength conversion element driving circuit 160 generates a wavelength conversion element driving signal in synchronization with a vertical synchronization signal input from an external circuit, and supplies it to the time-division switching wavelength conversion element 120 . Also, the wavelength conversion element driving circuit 160 generates a frequency switching signal in synchronization with the vertical synchronization signal and supplies it to the PWM modulator 150 .

時分割切替え波長変換素子１２０は、波長変換素子駆動信号に従って波長変換に用いる蛍光体を順次切替えながら、半導体光源１１０の出力光を波長変換する。波長変換された出力光は、光変調素子１３０へ出力される。光変調素子１３０では外部から入力された映像信号に従って入力された光が強度変調され、映像光となる。映像光は投影レンズ１４０を通してスクリーン１７０に投射され、スクリーン１７０に映像１７１が表示される。 The time-division switching wavelength conversion element 120 wavelength-converts the output light of the semiconductor light source 110 while sequentially switching phosphors used for wavelength conversion in accordance with the wavelength conversion element drive signal. The wavelength-converted output light is output to the optical modulation element 130 . The light modulation element 130 intensity-modulates the input light in accordance with the video signal input from the outside to produce video light. The image light is projected onto the screen 170 through the projection lens 140 and the image 171 is displayed on the screen 170 .

［１－１－２．時分割切替え波長変換素子１２０の構成］
図２を参照して、時分割切替え波長変換素子１２０の構成を説明する。図２は、時分割切替え波長変換素子１２０に含まれる蛍光体ホイール１２１の構成例を示す平面図である。時分割切替え波長変換素子１２０は、図２に示す蛍光体ホイール１２１及び蛍光体ホイール１２１を回転させるモータを備えて構成される。 [1-1-2. Configuration of Time Division Switching Wavelength Conversion Element 120]
The configuration of the time-division switching wavelength conversion element 120 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a plan view showing a configuration example of the phosphor wheel 121 included in the time-division switching wavelength conversion element 120. As shown in FIG. The time-division switching wavelength conversion element 120 includes a phosphor wheel 121 shown in FIG. 2 and a motor for rotating the phosphor wheel 121 .

蛍光体ホイール１２１は、その演習に沿った領域を分割するように、径方向に所定の幅を持って形成された透過領域１２２、緑色蛍光体領域１２３及び赤色蛍光体領域１２４からなる。蛍光体ホイール１２１はモータによって駆動されて回転することで、半導体光源１１０からの青色光を受ける領域１２２～１２４を選択的に切り替える。透過領域１２２は、半導体光源１１０からの青色光を透過し、そのまま光変調素子１３０に出力する。緑色蛍光体領域１２３は緑色蛍光体で構成され、半導体光源１１０からの青色光を緑色光に変換して光変調素子１３０に出力する。赤色蛍光体領域１２４は赤色蛍光体で構成され、半導体光源１１０からの青色光を赤色光に変換して光変調素子１３０に出力する。 The phosphor wheel 121 consists of a transmissive area 122, a green phosphor area 123 and a red phosphor area 124 which are formed with a predetermined width in the radial direction so as to divide the area along its axis. Phosphor wheel 121 is rotated by a motor to selectively switch areas 122 to 124 that receive blue light from semiconductor light source 110 . The transmissive region 122 transmits the blue light from the semiconductor light source 110 and outputs it to the light modulation element 130 as it is. The green phosphor region 123 is composed of a green phosphor, converts blue light from the semiconductor light source 110 into green light, and outputs the green light to the light modulation element 130 . Red phosphor region 124 is composed of a red phosphor, converts blue light from semiconductor light source 110 into red light, and outputs the red light to light modulation element 130 .

［１－１－３．半導体光源駆動回路の構成］
図３は、実施の形態１における半導体光源駆動回路１００の構成例を示すブロック図である。図３において、半導体光源駆動回路１００は、スイッチング電源２００、比較器２１０、コンデンサ２２０、平均化抵抗２３０、ＦＥＴ２４０及び検知抵抗２５０を備える。スイッチング電源２００、半導体光源１１０、ＦＥＴ２４０及び検知抵抗２５０は直列に接続される。 [1-1-3. Configuration of semiconductor light source drive circuit]
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of the semiconductor light source driving circuit 100 according to the first embodiment. 3, the semiconductor light source driving circuit 100 comprises a switching power supply 200, a comparator 210, a capacitor 220, an averaging resistor 230, an FET 240 and a sensing resistor 250. FIG. The switching power supply 200, semiconductor light source 110, FET 240 and sense resistor 250 are connected in series.

スイッチング電源２００は、比較器２１０からの比較結果信号に従って、半導体光源１１０への出力電圧を制御する。ＦＥＴ２４０は、ＰＷＭ変調器１５０からのＰＷＭ変調信号に従って導通のオンオフを切り替え、半導体光源１１０に流れる電流をオンオフ制御する。検知抵抗２５０は、検知抵抗２５０を流れる電流により電圧を発生する。発生した電圧は平均化抵抗２３０を通じてコンデンサ２２０を充電する。比較器２１０は、外部から入力された目標電流値を示す基準電圧と、コンデンサ２２０の出力電圧とを比較し、その差分を示す比較結果信号を生成し、スイッチング電源２００に出力する。これによりスイッチング電源２００は、半導体光源１１０に流れる電流の平均値と、目標電流値とが等しくなるように駆動制御される。 Switching power supply 200 controls the output voltage to semiconductor light source 110 according to the comparison result signal from comparator 210 . The FET 240 switches ON/OFF of the conduction according to the PWM modulation signal from the PWM modulator 150 to control the ON/OFF of the current flowing through the semiconductor light source 110 . Sense resistor 250 generates a voltage due to the current flowing through sense resistor 250 . The voltage generated charges capacitor 220 through averaging resistor 230 . Comparator 210 compares an externally input reference voltage indicating a target current value with the output voltage of capacitor 220 , generates a comparison result signal indicating the difference, and outputs it to switching power supply 200 . Thereby, the switching power supply 200 is driven and controlled so that the average value of the current flowing through the semiconductor light source 110 and the target current value are equal.

［１－２．動作］
以上のように構成された映像投影装置及び半導体光源駆動回路について、その動作を以下で詳細に説明する。 [1-2. motion]
The operation of the image projection apparatus and the semiconductor light source driving circuit configured as described above will be described in detail below.

図１において、ＰＷＭ変調器１５０は、外部回路から入力されるＰＷＭ設定値及び波長変換素子駆動回路１６０から入力される周波数切替え信号に従ってＰＷＭ変調信号を生成し、半導体光源駆動回路１００に出力する。出力されるＰＷＭ変調信号の周波数は、波長変換素子駆動回路１６０からの周波数切替え信号により切替えられる。また、ＰＷＭ変調信号は、デューティサイクルが外部から入力されるＰＷＭ設定値（デューティサイクルの指示値）と等しくなるように生成される。 In FIG. 1 , PWM modulator 150 generates a PWM modulated signal according to a PWM set value input from an external circuit and a frequency switching signal input from wavelength conversion element drive circuit 160 , and outputs it to semiconductor light source drive circuit 100 . The frequency of the PWM modulated signal to be output is switched by a frequency switching signal from the wavelength conversion element driving circuit 160 . Also, the PWM modulated signal is generated so that the duty cycle is equal to the PWM set value (indicated value of the duty cycle) input from the outside.

半導体光源駆動回路１００は、外部から入力される、目標電流値を示す基準電圧及び、ＰＷＭ変調器１５０からのＰＷＭ変調信号に従って、半導体光源１１０を駆動する。この時半導体光源１１０は、ＰＷＭ変調信号がオンである間のみ半導体光源１１０に電流が流れ、かつ上述のように、ＰＷＭ変調信号の１周期の間に半導体光源１１０に流れる電流の平均値が、目標電流値と等しくなるように駆動制御する。 The semiconductor light source drive circuit 100 drives the semiconductor light source 110 according to the externally input reference voltage indicating the target current value and the PWM modulation signal from the PWM modulator 150 . At this time, semiconductor light source 110 allows a current to flow through semiconductor light source 110 only while the PWM modulation signal is on. Drive control is performed so that it becomes equal to the target current value.

半導体光源駆動回路１００により駆動された半導体光源１１０は、青色光を発生して、時分割切替え波長変換素子１２０に出力する。波長変換素子駆動回路１６０は、外部回路から入力された垂直同期信号に同期して、前述の波長変換素子駆動信号を生成し、時分割切替え波長変換素子１２０に出力する。また、波長変換素子駆動回路１６０は、ＰＷＭ変調器１５０のＰＷＭ変調信号の周波数を後述のように切り替えるための周波数切替え信号も生成し、ＰＷＭ変調器１５０に出力する。 The semiconductor light source 110 driven by the semiconductor light source driving circuit 100 generates blue light and outputs it to the time division switching wavelength conversion element 120 . The wavelength conversion element drive circuit 160 generates the wavelength conversion element drive signal described above in synchronization with the vertical synchronization signal input from the external circuit, and outputs it to the time-division switching wavelength conversion element 120 . The wavelength conversion element drive circuit 160 also generates a frequency switching signal for switching the frequency of the PWM modulated signal of the PWM modulator 150 as described later, and outputs the signal to the PWM modulator 150 .

時分割切替え波長変換素子１２０は、波長変換素子駆動回路１６０からの波長変換素子駆動信号に従って駆動される。時分割切替え波長変換素子１２０はモータにより半導体ホイール１２１を回転させ、波長変換に使用する領域１２２～１２４を順次選択的に切り替える。 The time-division switching wavelength conversion element 120 is driven according to a wavelength conversion element driving signal from the wavelength conversion element driving circuit 160 . The time division switching wavelength conversion element 120 rotates the semiconductor wheel 121 by a motor, and sequentially selectively switches the regions 122 to 124 used for wavelength conversion.

透過領域１２２が使用されている間、半導体光源１１０からの青色光はカラーホイール１２１を透過し、そのまま光変調素子１３０へと出力される。黄色蛍光体領域１２３が使用されている間、黄色蛍光体領域１２３の黄色蛍光体は半導体光源１１０からの青色光を受けて黄色光を発光し、光変調素子１３０に出力する。同様に、赤色蛍光体領域１２４の蛍光体は半導体光源１１０からの青色光を受けて赤色光を発光し、光変調素子１３０に出力する。 While the transmissive region 122 is in use, the blue light from the semiconductor light source 110 is transmitted through the color wheel 121 and directly output to the light modulation element 130 . While the yellow phosphor region 123 is in use, the yellow phosphor in the yellow phosphor region 123 receives blue light from the semiconductor light source 110 and emits yellow light, which is output to the light modulation element 130 . Similarly, the phosphor in red phosphor region 124 receives blue light from semiconductor light source 110 and emits red light, which is output to light modulation element 130 .

光変調素子１３０は、外部から入力された映像信号に従って、時分割切替え波長変換素子１２０からの出力光を強度変調し、映像光とする。映像光は投影レンズ１４０を通してスクリーン１７０に投射され、スクリーン１７０に映像１７１が表示される。 The light modulation element 130 intensity-modulates the output light from the time-division switching wavelength conversion element 120 in accordance with an externally input video signal to produce image light. The image light is projected onto the screen 170 through the projection lens 140 and the image 171 is displayed on the screen 170 .

半導体光源１１０の出力光の強度は、半導体光源１１０に流れる電流の値が大きいほど増大する。半導体光源１１０の出力光の強度の増大に応じて、時分割切替え波長変換素子１２０の出力光の強度も増大する。しかしながら、蛍光体にはそれぞれの励起限界強度があり、それを超える強度の光を入力しても、発光の強度は一定のままである。励起限界強度を超えた分のエネルギーにより蛍光体は発熱してエネルギー効率を低下させ、ひいては映像投影装置のエネルギー効率を低下させる。励起限界強度は蛍光体の種類によって異なり、赤色蛍光体領域１２４の赤色蛍光体の励起限界強度は、緑色蛍光体領域１２３の緑色蛍光体の励起限界強度よりも小さい。 The intensity of the output light from semiconductor light source 110 increases as the value of the current flowing through semiconductor light source 110 increases. As the intensity of the output light from the semiconductor light source 110 increases, the intensity of the output light from the time-division switching wavelength conversion element 120 also increases. However, each phosphor has its own excitation limit intensity, and the intensity of the emitted light remains constant even if the intensity of the light exceeds the limit. The energy exceeding the excitation limit intensity causes the phosphor to generate heat, lowering the energy efficiency of the image projection apparatus. The excitation limit intensity differs depending on the type of phosphor, and the excitation limit intensity of the red phosphor in the red phosphor region 124 is smaller than the excitation limit intensity of the green phosphor in the green phosphor region 123 .

また、半導体光源１１０の温度は、半導体光源１１０に電流が流れる期間（以下では「オン期間」と表記する）の間に上昇し、半導体光源１１０に電流が流れない期間（以下では「オフ期間」と表記する）の間に急速に低下する。半導体光源１１０の順方向電圧は高温であるほど減少するため、スイッチング電源２００が一定の電圧を出力する場合において半導体光源１１０に流れる電流は、オン期間の間徐々に増加し、一定の値に飽和する。その後オフ期間に入ると半導体光源１１０の温度は急速に低下し、オン期間に入る前の温度まで戻る。従って、デューティサイクルの値によらず立ち上がりの波形は同一となる。 Further, the temperature of the semiconductor light source 110 rises during a period in which a current flows through the semiconductor light source 110 (hereinafter referred to as an “ON period”), and a period during which a current does not flow through the semiconductor light source 110 (hereinafter referred to as an “OFF period”). (denoted as ). Since the forward voltage of the semiconductor light source 110 decreases as the temperature increases, the current flowing through the semiconductor light source 110 gradually increases during the ON period when the switching power supply 200 outputs a constant voltage, and saturates at a constant value. do. After that, when the OFF period starts, the temperature of the semiconductor light source 110 drops rapidly and returns to the temperature before the ON period. Therefore, the rising waveform is the same regardless of the duty cycle value.

以下では、半導体光源１１０を流れる電流が飽和している時に半導体光源１１０が発光する光の強度が、緑色蛍光体の励起限界強度よりも小さく、赤色蛍光体の励起限界強度よりも大きい場合を想定する。図４は、ＰＷＭ変調信号の周波数の変更を行わない従来例の半導体光源駆動回路において、半導体光源１１０に流れる電流を示すタイミングチャートである。図４では、時分割切替え波長変換素子１２０において緑色蛍光体領域１２３を用いる期間をＴ１で示し、赤色蛍光体領域１２４を用いる期間をＴ２で示す。また、Ｔｃ１はＰＷＭ変調信号の周期を示す。 In the following, it is assumed that the intensity of light emitted by semiconductor light source 110 when the current flowing through semiconductor light source 110 is saturated is lower than the excitation limit intensity of the green phosphor and higher than the excitation limit intensity of the red phosphor. do. FIG. 4 is a timing chart showing the current flowing through the semiconductor light source 110 in a conventional semiconductor light source drive circuit that does not change the frequency of the PWM modulated signal. In FIG. 4, T1 indicates the period in which the green phosphor region 123 is used in the time division switching wavelength conversion element 120, and T2 indicates the period in which the red phosphor region 124 is used. Also, Tc1 indicates the period of the PWM modulated signal.

図４において、半導体光源１１０に流れる電流が飽和している時の電流値をＩｐで表す。また、半導体光源１１０が赤色蛍光体の励起限界強度に等しい強さの光を発する電流はＩｐｍで示される。図４における斜線部では、半導体光源１１０に過剰な電流が流れ、赤色蛍光体には励起限界強度を超える強度の光が入力されている。この入力光の過剰分は赤色蛍光体の内部で熱エネルギーに変換され、発熱した赤色蛍光体はエネルギー効率を低下させる。 In FIG. 4, the current value when the current flowing through the semiconductor light source 110 is saturated is represented by Ip. Also, the current at which the semiconductor light source 110 emits light with an intensity equal to the excitation limit intensity of the red phosphor is indicated by Ipm. In the shaded area in FIG. 4, excessive current flows through the semiconductor light source 110, and light with an intensity exceeding the excitation limit intensity is input to the red phosphor. This excess of input light is converted to heat energy inside the red phosphor, and the heated red phosphor reduces its energy efficiency.

図５は、図１の半導体光源駆動回路１００においてＰＷＭ変調信号の周波数を蛍光体の種類ごとに切り替える場合の、半導体光源１１０に流れる電流を示すタイミングチャートである。図５において、期間Ｔ１、Ｔ２及び周期Ｔｃ１は図４のものと同一である。期間Ｔ２におけるＰＷＭ変調信号の周波数は、期間Ｔ１におけるＰＷＭ変調信号の周波数よりも高く設定されている。従って、期間Ｔ２においてＰＷＭ変調信号の周期Ｔｃ２は、期間Ｔ１における周期Ｔｃ１よりも短い。 FIG. 5 is a timing chart showing the current flowing through the semiconductor light source 110 when the frequency of the PWM modulated signal is switched for each phosphor type in the semiconductor light source drive circuit 100 of FIG. In FIG. 5, periods T1, T2 and period Tc1 are the same as in FIG. The frequency of the PWM modulated signal in period T2 is set higher than the frequency of the PWM modulated signal in period T1. Therefore, the period Tc2 of the PWM modulated signal in the period T2 is shorter than the period Tc1 in the period T1.

ここで周期Ｔｃ２は、半導体光源１１０に流れる電流が飽和するよりも早くオフ期間に入るように、充分短く設定される。こうすることで、半導体光源１１０に流れる電流の最大値が低下する。この電流の最大値がＩｐｍ以下であれば、半導体光源１１０の出力光は赤色蛍光体の励起限界強度を超えることはない。従って、半導体光源１１０に図４の斜線部に示す過剰な電流は流れず、エネルギー効率の低下が解決される。 Here, the period Tc2 is set sufficiently short so that the off period starts earlier than the current flowing through the semiconductor light source 110 is saturated. By doing so, the maximum value of the current flowing through the semiconductor light source 110 is reduced. If the maximum value of this current is Ipm or less, the output light of the semiconductor light source 110 does not exceed the excitation limit intensity of the red phosphor. Therefore, excessive current indicated by hatching in FIG. 4 does not flow through the semiconductor light source 110, thereby solving the problem of lower energy efficiency.

なお、デューティサイクルが１００パーセントに近い値である場合にＰＷＭ変調信号の周波数を高くすると、半導体光源１１０に流れる電流の期間Ｔ２にわたっての積分値は減少する。これは、期間Ｔ２において半導体光源１１０の合計の出力が低下することを示している。従ってこの期間Ｔ２に関して、ＰＷＭ変調信号の周波数を切り替える場合における半導体光源１１０の出力は、周波数を切り替えない場合における半導体光源１１０の最大出力を達成できない。しかしながら、期間Ｔ２をより長く設定することで、出力の低下を補うことができるため、この出力の低下が問題となることはない。 When the duty cycle is close to 100% and the frequency of the PWM modulation signal is increased, the integrated value of the current flowing through the semiconductor light source 110 over the period T2 decreases. This indicates that the total output of semiconductor light source 110 decreases during period T2. Therefore, regarding this period T2, the output of the semiconductor light source 110 when switching the frequency of the PWM modulated signal cannot achieve the maximum output of the semiconductor light source 110 when not switching the frequency. However, by setting the period T2 longer, the decrease in output can be compensated for, so this decrease in output does not pose a problem.

［１－３．効果等］
以上のように、本実施の形態では、赤色蛍光体を用いる期間Ｔ２におけるＰＷＭ変調信号の周波数を、緑色蛍光体を用いる期間Ｔ１におけるＰＷＭ変調信号の周波数よりも高くする。これにより半導体光源１１０に流れる電流の最大値を所定の値よりも低下させ、半導体光源１１０の出力光の強度が赤色蛍光体の励起限界強度を超えないように調整できる。従って蛍光体におけるエネルギー損失が軽減され、光源装置全体の効率を高めることができる。 [1-3. effects, etc.]
As described above, in the present embodiment, the frequency of the PWM modulation signal during the period T2 using the red phosphor is set higher than the frequency of the PWM modulation signal during the period T1 using the green phosphor. Thereby, the maximum value of the current flowing through the semiconductor light source 110 can be lowered below a predetermined value, and the intensity of the output light from the semiconductor light source 110 can be adjusted so as not to exceed the excitation limit intensity of the red phosphor. Therefore, the energy loss in the phosphor is reduced, and the efficiency of the entire light source device can be improved.

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１を説明した。しかしながら、本開示における技術はこれに限定されず、適宜変更、置換、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態１で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。そこで、以下では他の実施の形態を例示する。 (Other embodiments)
As described above, Embodiment 1 has been described as an example of the technology disclosed in the present application. However, the technology in the present disclosure is not limited to this, and can also be applied to embodiments in which modifications, substitutions, additions, omissions, etc. are made as appropriate. Also, it is possible to combine the constituent elements described in the first embodiment to form a new embodiment. Therefore, other embodiments will be exemplified below.

実施の形態１では、半導体光源駆動回路１００の検知抵抗２５０による電圧を平均化抵抗２３０とコンデンサ２２０によって時間軸で平均化する。そして、この平均化された電圧と、目標電流値が示す基準電圧とを比較器２１０によって比較し、スイッチング電源２００を制御している。これにより、半導体光源１１０を流れる電流は、入力されたＰＷＭ変調信号に従ってＰＷＭ変調されるように制御される。 In Embodiment 1, the voltage across the sensing resistor 250 of the semiconductor light source driving circuit 100 is averaged over time by the averaging resistor 230 and the capacitor 220 . A comparator 210 compares this averaged voltage with a reference voltage indicated by the target current value to control the switching power supply 200 . Thereby, the current flowing through the semiconductor light source 110 is controlled so as to be PWM-modulated according to the input PWM modulation signal.

しかしながら、検知抵抗２５０による電圧は、オフ期間も含めた期間で平均化される。オフ期間では半導体光源１１０に電流が流れていないため、検知抵抗２５０による電圧の値は０である。また、ＰＷＭ変調信号のデューティサイクルの値が例えば５％以下のように小さい場合、検知抵抗２５０による電圧の値が０であるオフ期間が全体の期間の大部分を占める。従ってその場合、比較器２１０が比較に用いる平均の電圧値は０に近い値となる。そのためノイズ又は素子性能のばらつき等の影響を強く受けて電流制御の精度が低下し、光出力の強度制御の精度も低下する。 However, the voltage across sense resistor 250 is averaged over periods including the off period. Since no current flows through the semiconductor light source 110 during the OFF period, the voltage value of the sensing resistor 250 is zero. Also, when the duty cycle value of the PWM modulation signal is small, such as 5% or less, the OFF period in which the voltage value of the sensing resistor 250 is 0 occupies most of the entire period. Therefore, in that case, the average voltage value used for comparison by the comparator 210 is a value close to zero. As a result, the accuracy of current control and the accuracy of intensity control of light output are also reduced due to the strong influence of noise, variations in device performance, and the like.

そこで、平均化抵抗２３０の直前又は直後に直列にスイッチを挿入し、スイッチはＰＷＭ変調器１５０からのＰＷＭ変調信号によりオンオフ制御される構成を想定する。スイッチはＰＷＭ変調信号がオンの間に導通し、ＰＷＭ変調信号がオフの間は切断される。このような構成におけるコンデンサ２２０はオフ期間に充放電を行わず、従ってオフ期間の間、コンデンサ２２０の電荷が保存される。これにより、平均化抵抗２３０及びコンデンサ２２０は、オン期間の間のみの電圧を平均する。従ってコンデンサ２２０の出力電圧Ｖｃは、デューティサイクルの値が変化してもほぼ一定となる。これによりデューティサイクルが例えば５％以下のように小さい場合でも、比較器２１０が比較に用いる出力電圧Ｖｃが上記ほぼ一定のレベルに維持され、精度の高い制御が可能となる。 Therefore, a configuration is assumed in which a switch is inserted in series immediately before or after the averaging resistor 230 and the switch is on/off controlled by the PWM modulation signal from the PWM modulator 150 . The switch conducts while the PWM modulation signal is on and disconnects while the PWM modulation signal is off. Capacitor 220 in such a configuration does not charge or discharge during the off period, thus the charge on capacitor 220 is stored during the off period. This causes averaging resistor 230 and capacitor 220 to average the voltage only during the ON period. Therefore, the output voltage Vc of capacitor 220 is substantially constant even if the value of the duty cycle changes. As a result, even when the duty cycle is small, for example, 5% or less, the output voltage Vc used for comparison by the comparator 210 is maintained at the substantially constant level, enabling highly accurate control.

また、実施の形態１では、蛍光体ホイール１２１は緑色蛍光体及び、励起限界強度が緑色蛍光体よりも小さい赤色蛍光体の２種類の蛍光体から構成されている。しかしながら、時分割切替え波長変換素子に用いる複数の蛍光体はこれに限らず、第１の蛍光体及び、第１の蛍光体よりも励起限界強度が小さい第２の蛍光体を含むように構成してもよい。 In Embodiment 1, the phosphor wheel 121 is composed of two types of phosphors, a green phosphor and a red phosphor whose excitation limit intensity is lower than that of the green phosphor. However, the plurality of phosphors used in the time-division switching wavelength conversion element is not limited to this. may

以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面及び詳細な説明を提供した。 As described above, the embodiment has been described as an example of the technique of the present disclosure. To that end, the accompanying drawings and detailed description have been provided.

従って、添付図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることを以て、直ちにそれらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。 Therefore, among the components described in the attached drawings and detailed description, there are not only components essential for solving the problem, but also components not essential for solving the problem in order to illustrate the above technology. can also be included. Therefore, it should not be determined that those non-essential components are essential just because they are described in the attached drawings and detailed description.

また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置換、付加、省略等を行うことができる。 In addition, the above-described embodiments are intended to illustrate the technology of the present disclosure, and various changes, substitutions, additions, omissions, etc. can be made within the scope of the claims or equivalents thereof.

本開示は、映像投影装置に利用可能である。励起限界強度の異なる２種類以上の蛍光体を切替えて半導体光源の光を波長変換し、その光を用いて映像を表示する映像表示システムにおいて、半導体光源が出力する光の強度の最大値が各蛍光体の励起限界強度を超えないように調整し、効率を高めることができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present disclosure is applicable to video projection devices . In an image display system that converts the wavelength of light from a semiconductor light source by switching between two or more types of phosphors having different excitation limit intensities and displays an image using that light, the maximum value of the intensity of the light output from the semiconductor light source is different from each other. Efficiency can be improved by adjusting the intensity so as not to exceed the excitation limit intensity of the phosphor.

１００ 半導体光源駆動回路
１１０ 半導体光源
１２０ 時分割切替え波長変換素子
１２１ 蛍光体ホイール
１２２ 透過領域
１２３ 緑色蛍光体領域
１２４ 赤色蛍光体領域
１３０ 光変調素子
１４０ 投影レンズ
１５０ ＰＷＭ変調器
１６０ 波長変換素子駆動回路
２００ スイッチング電源
２１０ 比較器
２２０ コンデンサ
２３０ 平均化抵抗
２４０ ＦＥＴ
２５０ 検知抵抗 REFERENCE SIGNS LIST 100 semiconductor light source drive circuit 110 semiconductor light source 120 time division switching wavelength conversion element 121 phosphor wheel 122 transmission region 123 green phosphor region 124 red phosphor region 130 light modulation element 140 projection lens 150 PWM modulator 160 wavelength conversion element drive circuit 200 Switching power supply 210 Comparator 220 Capacitor 230 Averaging resistor 240 FET
250 sensing resistor

Claims (3)

ＰＷＭ変調信号に従って駆動される半導体光源と、
第１の蛍光体と、前記第１の蛍光体よりも小さい強度の入力光で励起強度が飽和する第２の蛍光体とを含む複数の蛍光体を順次選択的に切り替えながら、前記半導体光源の出力光を波長変換する時分割切替え波長変換素子とを備え、
前記第２の蛍光体が用いられる期間において前記半導体光源を駆動する電流をＰＷＭ変調するＰＷＭ変調信号の周波数は、前記第１の蛍光体が用いられる期間におけるＰＷＭ変調信号の周波数よりも高い、
映像投影装置。 a semiconductor light source driven according to a PWM modulated signal;
While sequentially selectively switching a plurality of phosphors including a first phosphor and a second phosphor whose excitation intensity is saturated with input light having an intensity lower than that of the first phosphor, the semiconductor light source is operated. a time-division switching wavelength conversion element for wavelength-converting the output light,
The frequency of the PWM modulation signal that PWM-modulates the current that drives the semiconductor light source during the period when the second phosphor is used is higher than the frequency of the PWM modulation signal during the period when the first phosphor is used.
video projection device. 前記時分割切替え波長変換素子は、外部から入力された垂直同期信号に同期して前記複数の蛍光体を順次選択的に切り替える、
請求項１に記載の映像投影装置。 The time-division switching wavelength conversion element sequentially selectively switches the plurality of phosphors in synchronization with an externally input vertical synchronization signal,
The video projection device according to claim 1. 前記映像投影装置はさらに、
外部から入力された映像信号に従って、前記時分割切替え波長変換素子からの出力光を変調して出力する光変調素子と、
前記光変調素子からの出力光を投射するための投影レンズとを備える、
請求項１又は２に記載の映像投影装置。 The video projection device further includes:
an optical modulation element that modulates and outputs the output light from the time-division switching wavelength conversion element in accordance with an externally input video signal;
a projection lens for projecting output light from the light modulation element,
3. The image projection device according to claim 1 or 2.
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