CN101937165B - 光源装置、投影装置及投影方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光源装置、投影装置以及投影方法，能够利用色轮将光源光转换为多色光，进而使用其他光源，并且考虑每一光源的发光特性而使驱动稳定，同时实现颜色再现性和投影图像的明亮度。该光源装置具备：第一光源，在第一波段发光；光源光发生单元，利用上述第一光源的发光，以规定的频率依次发生多色光源光；第二光源，在与上述第一波段不同的第二波段发光；以及光源控制单元，对上述第一光源及第二光源的驱动定时进行控制，以使利用了上述第二光源的发光的光源光以比上述光源光发生单元的频率大的频率，插入至由上述光源光发生单元发生的上述多色光源光的发生中。

Description

光源装置、投影装置及投影方法
相关申请的交叉引用
本申请基于2009年6月30日提出的日本专利申请第2009-156092号并主张其优先权，这里引用该日本专利申请的全部内容。
技术领域
本发明涉及适合于DLP(Digital Light Processing：数字光处理)(注册商标)方式的数据投影装置等的光源装置、投影装置及投影方法。
背景技术
在投射式显示装置中为了进行彩色显示，需要发出R、G、B各个原色光的面状光源以及与其分别对应的空间光调制器。因此部件点数增加，无法实现装置整体的小型、轻量化以及低价格化。因此，例如在日本特开2004-341105号中，公开了在光源中使用发出紫外光的发光二极管，并将紫外光照射至色轮(色环：color wheel)而生成对应于R、G、B的可见光的技术。具体而言，在色轮的光源侧的表面形成具有透射紫外光且反射可见光的特性的可见光反射膜，在色轮的背面侧形成通过紫外光照射而分别发出对应于R、G、B的可见光的荧光体层。
但是，在实际采用了日本特开2004-341105号中记载的发明的情况下，现在知道的各种红色荧光体的发光效率都明显比其他的绿色荧光体、蓝色荧光体的发光效率低，因此红色的亮度不足。
结果，若要使亮度优先而获得明亮的投影图像，则白平衡(whitebalance)破坏而引起颜色再现性下降的不良情况。另一方面，若重视白平衡而重视颜色再现性，则整体的亮度随着亮度低的红色图像而下降，成为暗的图像。
发明内容
本发明是鉴于如上所述的以往技术的问题而作出的，其目的在于提供光源装置、投影装置及投影方法，能够利用色轮将光源光转换为多色光，进而使用其他光源，并且考虑每一光源的发光特性而使驱动稳定，同时实现颜色再现性和投影图像的明亮度。
该发明的优选方式的一个是光源装置，其特征在于，具备：
第一光源，在第一波段发光；
光源光发生单元，利用上述第一光源的发光，以规定的频率依次发生多色光源光；
第二光源，在与上述第一波段不同的第二波段发光；以及
光源控制单元，对上述第一光源及第二光源的驱动定时进行控制，以使利用了上述第二光源的发光的光源光以比上述光源光发生单元的频率大的频率，插入(割り込む)至由上述光源光发生单元发生的上述多色光源光的发生中。
附图说明
本发明的上述的及其他的目的、特征以及优点将通过附图及以下的详细说明而变得更加清楚。
图1是表示有关本发明的一实施方式的数据投影装置整体的功能电路结构的模块图。
图2是主要表示有关该实施方式的光源系统的具体的光学结构的图。
图3是表示有关该实施方式的荧光色轮的结构的俯视图。
图4是表示有关该实施方式的一个图像帧中的光学系统的驱动处理内容的时间图。
图5是表示有关该实施方式的荧光色轮的其他结构的俯视图。
图6是表示有关该实施方式的一个图像帧中的光学系统的其他驱动处理内容的时间图。
具体实施方式
以下，利用附图说明用于实施本发明的最优方式。只是，在以下所述的实施方式中进行了用于实施本发明而在技术上优选的各种限定，但并不是将发明范围限定于以下的实施方式及图示例。
以下，参照附图说明将本发明应用于DLP(注册商标)方式的数据投影装置的情况的一实施方式。
图1是表示有关本实施方式的数据投影装置10所具备的电子电路的大致功能结构的模块图。
11是输入输出连接器部，例如包含接触插孔(RCA)类型的视频输入端子、D-sub15类型的RGB输入端子以及USB(Universal Serial Bus)连接器。
由输入输出连接器部11输入的各种规格的图像信号经由输入输出接口(I/F)12、系统总线SB，一般输入至称作缩放控制器(scaler)的图像转换部13。
图像转换部13将所输入的图像信号统一为适合投影的规定格式的图像信号，并存储在作为适当显示用的缓冲存储器的视频RAM14之后，发送至投影图像处理部15。
此时，将表示OSD(On Scrccn Display：屏幕显示)用的各种动作状态的符号等数据也根据需要在视频RAM14中与图像信号重叠加工，加工后的图像信号被发送至投影图像处理部15。
投影图像处理部15根据发送来的图像信号，通过将基于规定格式的帧速率例如120[帧/秒]、颜色成分的分割数以及显示灰度数相乘的更高速的分时驱动，对作为空间光调制元件(SLM)的微镜元件16进行显示驱动。
该微镜元件16对以阵列状排列的多个例如XGA(横1024像素×768像素)量的微小镜的各倾斜角度分别高速地进行on/off动作，从而通过其反射光来形成光像。
另一方面，从光源部17分时地且循环性地射出R、G、B的原色光。来自该光源部17的原色光由镜18全反射而照射至上述微镜元件16。
并且，通过微镜元件16的反射光来形成光像，所形成的光像经由投影透镜单元19，投影显示在作为投影对象的未图示的屏幕上。
对于光源部17，关于具体的光学结构将在后面叙述，但其具有两种光源，即发出蓝色激光的半导体激光器20以及发出红色光的LED21。
半导体激光器20发出的蓝色的激光由镜22全反射之后，透射分色镜(dichroic mirror)23而照射至色轮24的圆周上的一点。该色轮24由马达25旋转。在色轮24的被照射了激光的圆周上，绿色荧光反射板与蓝色用扩散板相配合而形成为环状。
在色轮24的绿色荧光反射板位于激光的照射位置的情况下，通过激光的照射来激发绿色光，被激发的绿色光由色轮24反射之后，也由分色镜23反射。然后，该绿色光再由分色镜28反射，并通过积分器29成为亮度分布大致均匀的光束之后由镜30全反射，被发送至上述镜18。
此外，在该扩散板位于激光的照射位置的情况下，激光在一边由该扩散板扩散一边透射色轮24之后，分别由镜26、27全反射。然后，该蓝色光透射分色镜28，并通过积分器29成为亮度分布大致均匀的光束之后由镜30全反射，被发送至镜18。
进而，上述LED21发出的红色光在透射分色镜23之后由分色镜28反射，并通过积分器29成为亮度分布大致均匀的光束之后由镜30全反射，被发送至镜18。
如上所述，分色镜23具有透射蓝色光及红色光、另一方面反射绿色光的分光特性。
此外，分色镜28具有透射蓝色光、另一方面反射红色光及绿色光的分光特性。
光源部17的半导体激光器20和LED21的各发光定时以及基于马达25的色轮24的旋转由投影光处理部31总括控制。投影光处理部31根据从投影图像处理部15提供的图像数据的定时，控制半导体激光器20、LED21的各发光定时和色轮24的旋转。
上述各电路的动作全部由CPU32控制。该CPU32利用由DRAM构成的主存储器33以及由存储了动作程序及各种定型数据等的可进行电改写的非易失性存储器构成的程序存储器34，执行该数据投影装置10内的控制动作。
上述CPU32根据来自操作部35的键操作信号，执行各种投影动作。
该操作部35包含设置于数据投影装置10的主体的键操作部、以及与该数据投影装置10专用的未图示的遥控器之间接受红外光的激光受光部，并且将用户通过主体的键操作部或遥控器来操作的基于键的键操作信号直接输出至CPU32。
操作部35除上述键操作部以及遥控器之外，例如还具备焦点调节键、缩放调节键、输入切换键、菜单键、指示(←、→、↑、↓)键、设定键以及取消键等。
上述CPU32还经由上述系统总线SB而与声音处理部36连接。声音处理部36具备PCM音源等音源电路，将在投影动作时所提供的声音数据进行模拟化，并驱动扬声器部37而进行扩音播放，或者根据需要发生蜂鸣声等。
下面，通过图2主要表示光源部17的具体的光学系统的结构例。该图是用平面布局表现了上述光源部17的结构的图。
这里，设置具有相同的发光特性的多个例如3个半导体激光器20A～20C，这些半导体激光器20A～20C均振荡出蓝色、例如波长为450[nm]的激光。
这些半导体激光器20A～20C振荡出的蓝色光经由透镜41A～41C由22A～22C全反射，进而经由透镜42、43之后透射上述分色镜23，经由透镜组44照射至色轮24。
图3表示本实施方式的色轮24的结构。如该图所示，在色轮24上，中心角为180°的半圆环状的绿色荧光体反射板24G与蓝色用扩散板24B共同配合而形成一个环。
在色轮24的绿色荧光体反射板24G位于蓝色光的照射位置的情况下，通过该照射而激发例如以波长约530[nm]为中心的波段的绿色光。并且，被激发的绿色光由色轮24反射之后，经由透镜组44也由分色镜23反射。
由分色镜23反射的绿色光经由透镜45再由分色镜28反射。并且，经由透镜46通过积分器29成为亮度分布大致均匀的光束之后，经由透镜47由镜30全反射，并经由透镜48发送至上述镜18。
由镜18全反射的绿色光经由透镜49照射至微镜元件16。并且，通过该绿色光的反射光形成绿色成分的光像，并经由透镜49、上述投影透镜单元19向外部投射。
此外，在色轮24的蓝色用扩散板24B位于蓝色光的照射位置的情况下，蓝色光一边由该扩散板24B扩散一边透射色轮24。并且，蓝色光经由位于背面侧的透镜50由镜26全反射。
进而，蓝色光经由透镜51由镜27全反射，并经由透镜52之后透射上述分色镜28。然后，经由透镜46通过积分器29成为亮度分布大致均匀的光束之后经由透镜47由镜30全反射，并经由透镜48发送至上述镜18。
另一方面，上述LED21发生例如波长620[nm]的红色光。LED21发出的红色光经由透镜组53，透射上述分色镜23之后经由透镜45由上述分色镜28反射。进而，经由透镜46通过积分器29成为亮度分布大致均匀的光束之后经由透镜47由镜30全反射，并经由透镜48发送至上述镜18。
下面，对上述实施方式的动作进行说明。
这里，将构成要投影的彩色图像1帧的R、G、B的各原色图像的时间比设为1∶1∶1。即，对于色轮24的一个旋转360°，若将投影R、G、B的各原色图像的时间比r∶g∶b置换为色轮24的中心角度，则为120°∶120°∶120°。
图4(A)为了参照而示出以往的一般的驱动方法中的色轮的驱动定时。在以往的一般的色轮中，控制为R、G、B的各分段在一帧中循环一次。
另一方面，在本实施方式中，如上述的图3所示，色轮24构成为由绿色荧光体反射板24G和蓝色用扩散板24B将圆周二分割，因此投影光处理部31如图4(B)所示被控制为，通过这两个分段的一次旋转而与一帧同步。
此外，投影光处理部31将在来自半导体激光器20A～20C的蓝色激光的光路中存在色轮24的绿色荧光体反射板24G的前半个1/2帧的期间进行三等分，并在各等分期间中的最初的1/3期间，将LED21点灯驱动而使其发出红色光。
此时，在半导体激光器20A～20C中，与LED21的点灯同步地停止蓝色的激光的振荡。
同样，将在来自半导体激光器20A～20C的蓝色激光的光路中存在色轮24的蓝色用扩散板24B的后半个1/2帧的期间也进行三等分，并在各等分期间中的最初的1/3期间，将LED21点灯驱动而使其发出红色光。
此时，在半导体激光器20A～20C中，与LED21的点灯同步地停止蓝色的激光的振荡。
以上，在图4(D)中表示半导体激光器20A～20C振荡出蓝色的激光的定时，在图4(E)中表示LED21发生红色光的定时。
因此，作为光源部17而照射至微镜元件16的R、G、B原色光的切换模式如图4(C)所示。
像这样，与色轮24的分段的结构相配合地从半导体激光器20A～20C振荡出蓝色的激光并使其插入至发生蓝色光及红色光之中，从而将期间分割地配置，以使基于LED21的点灯的红色光成为更高的频率，例如蓝色光及绿色光的6倍的频率。
在该情况下，若换算为色轮24的中心角，则在红色光的点灯期间20°×6而成为120°，在绿色光的点灯期间40°×3而成为120°，同样在蓝色的点灯期间40°×3而成为120°，将一帧360°通过R、G、B进行三等分而成为各120°。
如上所述，对于在来自光源即半导体激光器20A～20C的光轴中存在色轮24的绿色荧光体反射板24G的期间，在该期间中使半导体激光器20A～20C的振荡暂时停止而使LED21点灯，并利用将对于色轮24的一次旋转360°的R、G、B的各原色图像进行投影的时间比r∶g∶b，由Gr＝r/(r+g+b)给出通过微镜元件16形成并投影基于红色光的图像的期间Gr的占空比。
相对于此，对于在来自半导体激光器20A～20C的光轴中存在色轮24的绿色荧光体反射板24G的期间，使LED21的点灯暂时停止而使半导体激光器20A～20C振荡，并由Gg＝(g+b)/(r+g+b)给出通过微镜元件16形成并投影基于作为反射光的绿色光的图像的期间Gg的占空比。
同样，对于在来自光源即半导体激光器20A～20C的光轴中存在色轮24的蓝色用扩散板24B的期间，在该期间中使半导体激光器20A～20C的振荡暂时停止而使LED21点灯，并由Br＝r/(r+g+b)给出通过微镜元件16形成并投影基于红色光的图像的期间Br的占空比。
相对于此，对于在来自半导体激光器20A～20C的光轴中存在色轮24的蓝色用扩散板24B的期间，使LED21的点灯暂时停止而使半导体激光器20A～20C振荡，并由Bb＝(g+b)/(r+g+b)给出通过微镜元件16形成并投影基于作为透射光的蓝色光的图像的期间Bb的占空比。
可知，发生红色光的LED21因连续点灯带来的温度上升而热电阻值上升，随之发光效率下降，通过像上述那样分割发光期间来进行高频驱动，能够避免发光效率的下降而实现稳定的亮度下的发光。
此外可知，虽然不是LED21的程度，但半导体激光器20A～20C也同样因连续振荡带来的温度上升而发光效率下降，并通过像上述那样分割发光期间来进行高频驱动，依然能够避免发光效率的下降而实现稳定的亮度下的发光。
在微镜元件16中，与这样的光源部17的发光驱动同步地执行各原色像素的灰度驱动。
如上述的详细记载，根据本实施方式，鉴于通过激光的激发而发光的红色荧光体的发光亮度比其他颜色低的情况，作为第一光源使用振荡出蓝色光的半导体激光器20A～20C。并且，将从第一光源射出的蓝色光在色轮24中转换为作为投影光的蓝色光及绿色光，并且关于红色光，使用发出红色光的LED21作为第二光源来发光。通过采用这样的光学系统结构，考虑各光源的发光特性来进行光频驱动，从而提高发光效率而使动作稳定，结果能够同时实现颜色再现性和投影图像的明亮。
此外，在上述实施方式中，关于在DLP方式的投影机中产生的彩虹现象(色分离现象)，也由于不经由色轮24而使发生红色光的LED21的点灯定时与色轮24的绿色荧光体反射板24G及蓝色用扩散板24B的切换定时同步，因此能够可靠地抑制彩虹现象的发生，避免画质下降。
(变形例)
下面，对色轮24的其他结构例也进行说明。
图5表示与上述色轮24不同的色轮24’的结构。如该图所示，在色轮24’上，绿色荧光体反射板24G的中心角为240°，蓝色用扩散板24B的中心角为120°，从而形成绿色荧光体反射板24G与蓝色用扩散板24B的比成为2∶1的一个环。
关于半导体激光器20A～20C振荡出的蓝色的激光的波长、在照射了该蓝色的激光的情况下从色轮24’的绿色荧光体反射板24G激发的绿色光的波长、以及LED21发生的红色光的波长，与上述的内容相同。
对利用上述色轮24’的情况的动作进行说明。
这里，设构成要投影的彩色图像1帧的R、G、B的各原色图像的时间比为1∶2∶1。即，对于色轮24的一次旋转360°，若将投影R、G、B的各原色图像的时间比置换为色轮24的中心角度，则成为90°∶180°∶90°。
图6(A)是为了参照以往的一般的驱动方式中的色轮的驱动定时而示出。在以往的一般的色轮中，被控制为R、G、B的各分段在一帧中循环一次。
另一方面，在本实施方式中，如上述图5所示，色轮24’构成为：虽然比例不同，但由绿色荧光体反射板24G和蓝色用扩散板24B将圆周进行二分割，因此如图6(B)所示，控制为通过这两个分段一次旋转，与一帧同步。
将在来自半导体激光器20A～20C的蓝色激光的光路中存在色轮24’的绿色荧光体反射板24G的前半2/3帧的期间进行三等分，在各等分期间的最初的1/3期间将LED21点灯驱动而使其发生红色光。
此时，在半导体激光器20A～20C中，与LED21的点灯同步地停止蓝色激光的振荡。
同样，将在来自半导体激光器20A～20C的蓝色激光的光路中存在色轮24’的蓝色用扩散板24B的后半1/3帧的期间也进行三等分，在各等分期间的最初的1/3期间将LED21点灯驱动而使其发生红色光。
此时，在半导体激光器20A～20C中，与LED21的点灯同步地停止蓝色激光的振荡。
以上，在图6(D)中表示半导体激光器20A～20C振荡出蓝色的激光的定时，在图6(E)中表示LED21发生红色光的定时。
因此，作为光源部17而向微镜元件16照射的R、G、B原色光的切换模式如图6(C)所示。
像这样，与色轮24的分段的结构相配合地从半导体激光器20A～20C振荡出蓝色激光并使其插入至发生蓝色光及绿色光之中，从而将期间分割地配置，以使基于LED21的点灯的红色光成为更高的频率，例如蓝色光及绿色光的6倍的频率。
在该情况下，若换算为色轮24’的中心角，则在红色光的点灯期间20°×3+10°×3而成为90°，在绿色光的点灯期间60°×3而成为180°，在蓝色的点灯期间30°×3而成为90°，由R、G、B将一帧360°以1∶2∶1的比例进行分割。
在微镜元件16中，与这样的光源部17的发光驱动同步地执行每个各原色图像的灰度驱动。
这样，在上述实施方式的变形例中，色轮24的绿色荧光体反射板24G与蓝色用扩散板24B的期间为不同的时间比，因此插入至这些期间的LED21的发光期间也配置为：在绿色荧光体反射板24G的期间和蓝色用扩散板24B的期间以相同的比例成为不同的定时模式，结果能够适当地维持一帧中的R、G、B的各期间的时间比。
另外，上述实施方式说明了由半导体激光器20A～20C振荡出蓝色的激光并通过色轮24(24’)发生蓝色光及绿色光，另一方面，由LED21发生红色光，但本发明不限于此，只要是在能够由一个光源发生的原色光的亮度不一致的情况下利用其他光源来补偿该不一致的、使用多种光源的光源部以及使用这样的光源部的投影装置，均能够同样地适用。
此外，在上述实施方式中说明了将本发明应用于DLP(注册商标)方式的投影装置的情况，但同样能够将本发明应用于例如利用透射式的单液晶面板来形成光像的液晶投影机。
例如，即使从实施方式中示出的所有结构要件中删除若干个结构要件，只要能够获得效果，就能够将该被删除了结构要件的结构提取为发明。
此外，本发明不限于以上的实施例，可以在不脱离发明的主旨的范围内自由地进行变更及改良。
虽然示出并说明了各种典型的实施方式，但本发明不限定于这些实施方式。因此，本发明的范围仅由以下的权利要求限定。

Claims (9)

1.一种光源装置，具备：
第一光源，在第一波段发光；
光源光发生单元，利用上述第一光源的发光，以规定的频率依次发生多色光源光；
第二光源，在与上述第一波段不同的第二波段发光；
该光源装置的特征在于，具备：
光源控制单元，对上述第一光源及第二光源的驱动定时进行控制，以使利用了上述第二光源的发光的光源光以比上述光源光发生单元的频率大的频率，插入至由上述光源光发生单元发生的上述多色光源光的发生中。
2.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，
上述光源控制单元使上述第一光源以规定的时间间隔间歇地驱动，并且使上述第二光源间歇地驱动以使其在上述第一光源的间歇期间点灯。
3.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，
上述光源控制单元对上述第一光源及第二光源的驱动定时进行控制，以使利用了上述第二光源的发光的光源光以与上述光源光发生单元的频率同步且为该频率的多倍的频率，插入至由上述光源光发生单元发生的上述多色光源光。
4.一种投影装置，具备：
第一光源，在第一波段发光；
光源光发生单元，利用上述第一光源的发光，以规定的频率依次发生多色光源光；
第二光源，在与上述第一波段不同的第二波段发光；
光源控制单元，对上述第一光源及第二光源的驱动定时进行控制；
输入单元，输入图像信号；以及
投影单元，利用根据上述光源控制单元的控制来射出的光源光，形成并投影与由上述输入单元输入的图像信号对应的彩色的光像，
该投影装置的特征在于：
上述光源控制单元以以下方式对上述第一光源及第二光源的驱动定时进行控制：使利用了上述第二光源的发光的光源光以比上述光源光发生单元的频率大的频率，插入至由上述光源光发生单元发生的上述多色光源光的发生中。
5.如权利要求4所述的投影装置，其特征在于，
上述光源控制单元使上述第一光源以规定的时间间隔间歇地驱动，并且使上述第二光源间歇驱动以使其在上述第一光源的间歇期间点灯。
6.如权利要求4所述的投影装置，其特征在于，
上述光源控制单元对上述第一光源及第二光源的驱动定时进行控制，以使利用了上述第二光源的发光的光源光以与上述光源光发生单元的频率同步且为该频率的多倍的频率，插入至由上述光源光发生单元发生的上述多色光源光。
7.如权利要求4所述的投影装置，其特征在于，
上述光源光发生单元通过透射或反射来自上述第一光源的发光，使用至少在圆周上的一部分形成了对该发光的波段进行转换的波长转换物质的色轮，
上述光源控制单元对上述第一光源及第二光源的驱动定时进行控制，以与在上述光源光发生单元的上述色轮上形成的波长转换物质的切换定时同步地插入利用了上述第二光源的发光的光源光。
8.如权利要求7所述的投影装置，其特征在于，
上述光源控制单元对上述第一光源及第二光源的驱动定时进行控制，以使在上述光源光发生单元的上述色轮上形成的波长转换物质的分周比和利用了上述第二光源的发光的光源光对于上述多个光源光插入的时间比一致。
9.一种投影装置的投影方法，上述投影装置具备：第一光源，在第一波段发光；光源光发生部，利用上述第一光源的发光，以规定的频率依次发生多色光源光；第二光源，在与上述第一波段不同的第二波段发光；光源控制部，对上述第一光源及第二光源的驱动定时进行控制；输入部，输入图像信号；以及投影部，利用光源光，形成并投影与由上述输入部输入的图像信号对应的彩色的光像，
上述投影方法的特征在于，包括：
光源控制工序，通过上述光源控制部对上述第一光源及第二光源的驱动定时进行控制，以使利用了上述第二光源的发光的光源光以比上述光源光发生部的频率大的频率，插入至由上述光源光发生部发生的上述多色光源光的发生中。
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