CN105431896A - 投射型影像显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光源的明亮度与脉冲宽度调制信号的占空比成比例的投射型影像显示装置。投射型影像显示装置具备：多个光源(20，26)、对从所述多个光源(20，26)射出的光进行合成的光合成部(32)、对从所述光合成部(32)射出的光进行调制的光调制元件(96)、和投射从所述光调制元件(96)射出的影像的投射光学系统(98)。并且，所述多个光源(20，26)的各光源由脉冲宽度调制信号来控制，在由所述光合成部(32)合成的光的光量的设定范围的至少一部分中，针对各光源的所述脉冲宽度调制信号的占空比被设为不同。

Description

投射型影像显示装置
技术领域
本公开涉及具备多个光源的投影仪等的投射型影像显示装置。
背景技术
专利文献1公开了一种数据投影仪装置，具备通过脉冲宽度调制方式以相位差对各RGB色的发光二极管进行发光驱动的驱动控制单元。
该装置将LED阵列分割为多个组，具备通过脉冲宽度调制以给定的相位差使各LED阵列组与色轮的旋转同步地驱动的光源。由此，能够实现对各RGB色的亮度进行了控制的数据投影仪装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-102300号公报
发明内容
若根据脉冲宽度调制信号对光源的驱动电流进行控制，则例如脉冲宽度调制信号的占空比为50％时的光源驱动电流如图7A所示那样，在光源驱动电流上升时会产生振铃R。因而，平均电流不会变为50％，例如变为53％。
此外，脉冲宽度调制信号的占空比为10％时的光源驱动电流如图7B所示那样，也会在光源驱动电流上升时产生振铃R，因此平均电流不会变为10％，例如变为12％。
图7C表示脉冲宽度调制信号的占空比为100％时的光源驱动电流。在此情况下，不产生振铃，因此平均电流变为100％。
此外，图8A以及图8B表示脉冲宽度调制信号的占空比与光源驱动电流的上升时间的关系，图8A表示脉冲宽度调制信号的占空比为50％时的光源驱动电流。在此情况下，从FET(FieldEffectTransistor；场效应晶体管)完全截止的饱和区域起开始动作，因此开关速度变慢，光源驱动电流的上升时间变长，光源驱动电流的平均值低于50％。
此外，图8B表示脉冲宽度调制信号的占空比为95％时的驱动电流。在此情况下，从FET未完全截止的状态起开始动作，因此开关速度只是稍微变慢，但由于FET未完全截止，因此光源驱动电流的平均值高于95％。
这样，开关时间根据占空比而不同，并且，由于电流上升时所产生的振铃R，脉冲宽度调制信号的占空比与光源驱动电流的平均值的关系变得如图9所示。
图9所示的虚线表示脉冲宽度调制信号的占空比与光源驱动电流的平均值的理想的线性关系，实线是实际的光源驱动电流的平均值相对于脉冲宽度调制信号的占空比的关系。如图9所示，在脉冲宽度调制控制中，尤其在脉冲宽度调制信号的占空比为20％以下的范围内以及为90％以上的范围内，从理想的线性关系偏离大。其理由在于，由于上述图7A、图7B所示那样的振铃R、图8A、图8B所示的FET等半导体开关元件的开关时间特性等，光源驱动电流无法生成与脉冲宽度调制信号同等的理想的矩形波。
由于光源的明亮度与光源驱动电流的平均值成比例，因此若光源驱动电流的平均值相对于脉冲宽度调制信号的占空比的比例关系，则脉冲宽度调制信号的占空比与光源的明亮度的比例关系也会被破坏。尤其在光量多的脉冲宽度调制信号的占空比为90％～100％的范围内，改善与光源的明亮度的比例关系尤为重要。
本公开提供一种光源的明亮度与脉冲宽度调制信号的占空比成比例的投射型影像显示装置。
本公开的投射型影像显示装置具备：多个光源、对从多个光源射出的光进行合成的光合成部、对从光合成部射出的光进行调制的光调制元件、和投射从光调制元件射出的影像的投射光学系统。多个光源的各光源由脉冲宽度调制信号来控制，在由所述光合成部合成的光的光量的设定范围的至少一部分中，针对各光源的脉冲宽度调制信号的占空比不同。
本公开中的投射型影像显示装置对于使光源的明亮度与脉冲宽度调制信号的占空比成比例而言是有效的。
附图说明
图1是表示实施方式1中的投射型影像显示装置的构成的图。
图2是表示实施方式1中的投射型影像显示装置的控制部的构成的图。
图3是表示实施方式1中的光量目标值相对于额定值的比率与脉冲宽度调制信号的占空比的关系的示意图。
图4A是表示实施方式1中的被合成的光源用脉冲宽度调制信号(低频)与DMD驱动定时信号的频率关系的示意图。
图4B是表示实施方式1中的被合成的光源用脉冲宽度调制信号(高频)与DMD驱动定时信号的频率关系的示意图。
图5是表示实施方式1中的光源用脉冲宽度调制信号与DMD驱动定时信号的频率关系的示意图。
图6是表示其他实施方式中的光量目标值相对于额定值的比率与脉冲宽度调制信号的占空比的关系的示意图。
图7A是表示现有技术中的脉冲宽度调制信号(占空比：50％)与光源驱动电流的关系的图。
图7B是表示现有技术中的脉冲宽度调制信号(占空比：10％)与光源驱动电流的关系的图。
图7C是表示现有技术中的脉冲宽度调制信号(占空比：100％)与光源驱动电流的关系的图。
图8A是表示现有技术中的脉冲宽度调制信号(占空比：50％)与光源驱动电流的上升时间的关系的图。
图8B是表示现有技术中的脉冲宽度调制信号(占空比：95％)与光源驱动电流的上升时间的关系的图。
图9是表示现有技术中的脉冲宽度调制的占空比与光源驱动电流的平均值的关系的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本公开所涉及的实施方式。但是，有时将省略必要以上的详细说明。例如，有时将省略已经熟知的事项的详细说明、对于实质上相同的构成的重复说明。这是为了避免以下说明变得不必要的冗余，以易于本领域技术人员的理解。
另外，附图以及以下的说明用于使本领域技术人员充分理解本公开而提供，并非旨在通过这些内容来限定权利要求书所记载的主题。
在以下的实施方式的说明中，作为投射型影像显示装置的一例，例举投影仪来进行说明，但实施方式并不限定于此，投射型影像显示装置也可以是电视机、其他显示装置等。
(实施方式1)
以下，参照图1～图5来说明实施方式1。
[1-1.构成]
[1-1-1.整体构成]
图1是表示投射型影像显示装置100的构成的图。图2是表示投射型影像显示装置100的控制部300的构成的图。在该示例中，投射型影像显示装置100为投影仪。
投射型影像显示装置100具备：照明装置10、影像生成部90、和投射由图2所示的控制部300生成的影像光的投射镜头98。
照明装置10向影像生成部90照射均匀且大致平行光化的光。关于照明装置10和控制部300的详细内容将在后面叙述。
影像生成部90具备：透镜92、全反射棱镜94、1片DMD(DigitalMirrorDevice；数字镜器件)96。透镜92具有使棒状积分器72的出射面的光成像于DMD96的功能。
经由透镜92而入射至全反射棱镜94的光被面94a反射，导入至DMD96。DMD96通过控制部300使得与分别入射至多个镜的各色光的定时相一致、且根据所输入的影像信号来进行控制。
由DMD96调制并射出的光(影像光)透过全反射棱镜94而导入至投射镜头98。在本实施方式中，作为DMD96，使用对角尺寸例如为0.67英寸的DMD。DMD96为光调制元件的一例。
投射镜头98将按时间合成的影像光向装置外部的屏幕(未图示)投射。投射镜头98的光圈数例如为1.7。投射镜头98为投射光学系统的一例。
[1-1-2.照明装置的构成]
如图1所示，照明装置10具备：光源装置12、将来自光源装置12的射出光向影像生成部90导光的导光光学系统70、和滤光轮80。
第1激光模块20以及第2激光模块26被配置为5×5的矩阵状，分别具备：射出波长为450nm的蓝色激光的第1半导体激光元件22以及第2半导体激光元件28；和为半导体激光元件逐一设置的第1透镜24以及第2透镜30。
第1透镜24以及第2透镜30具有：将从半导体激光元件以具有扩展角的方式射出的光会聚成平行光束的功能。第1激光模块20以及第2激光模块26分别为光源的一例。
来自各激光模块的射出光通过镜32而在空间上被合成。虽然各激光模块的半导体激光元件均被等间隔地配置，但可调整各激光模块的位置而使得：来自第1激光模块20的射出光和来自第2激光模块26的射出光在镜32上入射至不同的位置。
为此，镜32在来自第1激光模块20的射出光所入射的区域中，被实施相对于激光而成为高透射的AR(Anti-Reflection：防反射)涂层，在来自第2激光模块26的射出光所入射的区域中，被实施相对于激光而成为高反射的镜涂层。
由镜32合成的激光通过涂覆有发出黄色光的荧光体的荧光体轮(未图示)被变换为含黄色和蓝色的光。变换后的光被透镜34会聚。被透镜34会聚后的光成为来自光源装置12的射出光。
来自光源装置12的射出光入射至棒状积分器72。棒状积分器72具备入射面72a以及出射面72b。向棒状积分器72的入射面72a入射的来自光源装置12的光在棒状积分器72内照度被进一步均匀化，从出射面72b射出之后通过滤光轮80。
滤光轮80为圆板形状。滤光轮80在圆板面上具有按照每个给定角度被分割出的红色分区、绿色分区、蓝色分区。红色分区具有红色滤色器。绿色分区具有绿色滤色器。蓝色分区具有蓝色滤色器。
红色滤色器使来自光源装置12的射出光之中波长为580nm～700nm程度的光即红色光透过。绿色滤色器使来自光源装置12的射出光之中波长为480nm～580nm程度的光即绿色光透过。蓝色滤色器使来自光源装置12的射出光之中波长为400nm～480nm程度的光即蓝色光透过。
在经由滤光轮80射出的光被透镜74以及透镜76中继，成为来自照明装置10的输出光，入射至影像生成部90。如以上，照明装置10具备各种透镜、镜等光学部件。
[1-1-3.控制部的构成]
如图2所示，控制部300具有：光源亮度控制部200、第1脉冲宽度调制信号产生部210以及第2脉冲宽度调制信号产生部220、第1光源驱动部230以及第2光源驱动部240、和影像显示元件驱动部250。
光源亮度控制部200基于由用户通过亮度设定部40设定的光量目标值(目标亮度值)，来控制第1脉冲宽度调制信号产生部210以及第2脉冲宽度调制信号产生部220。
第1脉冲宽度调制信号产生部210以及第2脉冲宽度调制信号产生部220，分别生成使第1光源驱动部230以及第2光源驱动部240启动、关断的开关用的脉冲信号。第1光源驱动部230以及第2光源驱动部240基于第1脉冲宽度调制信号产生部210以及第2脉冲宽度调制信号产生部220的脉冲信号，来分别驱动第1激光模块20以及第2激光模块26。影像显示元件驱动部250根据被输入的影像信号和同步信号来驱动DMD96。另外，影像的亮度调整不仅仅基于用户所进行的调整，例如也可以是基于针对光源的温度变化的亮度变化的修正、伴随光源的随时间劣化的亮度下降的修正、与输入影像信号的场景相应的自动亮度控制等所进行的调整。
[1-2.动作]
关于如以上那样构成的投射型影像显示装置100，下面说明其动作。
在投射型影像显示装置100中，照明装置10以分时的方式切换红色光、绿色光、蓝色光这3色光来进行输出。影像生成部90根据来自照明装置10的光来生成影像光。投射镜头98将所生成的影像光向屏幕投射。
控制部300同步控制影像生成部90的DMD96和照明装置10的滤光轮80。控制部300基于所输入的影像信号来控制DMD96，使得生成与各色光对应的影像光。由此，以分时的方式向屏幕投射各色的影像光。用户通过连续地观看被投射至屏幕的影像光而视觉辨认为影像。
若将由用户通过亮度设定部40设定的光量目标值相对于额定亮度的比率设为d0，将第1脉冲宽度调制信号产生部210的启动和关断的占空比设为d1，将第2脉冲宽度调制信号产生部220的启动和关断的占空比设为d2，则光源亮度控制部200算出通过式(1)以及式(2)计算的d1以及d2。
在d0＜(1000/11)％时，d1＝d0×90％、d2＝d0×110％…(1)
在d0≥(1000/11)％时，d1＝d0×2-100％、d2＝100％…(2)
该式(1)以及式(2)意味着d1和d2的平均值为d0，即，意味着将第1激光模块20和第2激光模块26相对于额定亮度的比率进行了平均而得到的亮度比率，成为光量目标值相对于额定值的比率d0。
图3在图表中示出该特性，表示光量目标值相对于额定值的比率d0与脉冲宽度调制信号的占空比的关系。图3所示的虚线是针对第1光源驱动部230的脉冲宽度调制信号的占空比d1的设定，图3所示的单点划线是针对第2光源驱动部240的脉冲宽度调制信号的占空比d2的设定。如此，在本实施方式中，针对驱动各激光模块的各光源驱动部而设定不同的脉冲宽度调制信号的占空比。通过以不同的占空比来驱动各激光模块，从而各激光模块的合成后的光被平均化，光源装置12中的线性不良的占空比的特性被缓和。图3所示的实线示意性表示对第1激光模块20和第2激光模块26进行合成而得到的光量特性，表示被改善后的线性良好的占空比的特性。
图4A以及图4B是表示被合成的光源用脉冲宽度调制信号与DMD驱动定时信号的频率关系的示意图。在如图4A那样光源用脉冲宽度调制信号的频率比DMD驱动定时信号的频率低的情况下，会产生光源用脉冲宽度调制信号和DMD驱动定时信号的干扰所引起的闪烁。为了减轻该闪烁，需要如图4B那样使光源用脉冲宽度调制信号的频率高于DMD驱动定时信号的频率。
此外，图5表示由第1光源驱动部230和第2光源驱动部240使脉冲宽度调制信号的相位错开了180度时的第1激光模块20和第2激光模块26的合成光的脉冲。
由第1光源驱动部230和第2光源驱动部240使第1脉冲宽度调制信号产生部210以及第2脉冲宽度调制信号产生部220所生成的脉冲宽度调制信号的相位错开180度，从而第1激光模块20和第2激光模块26的合成光的频率变为原始的脉冲宽度调制信号的频率的2倍。
这意味着，在使合成光的开关频率相对于DMD驱动定时信号的频率而设为一定的情况下，各光源驱动部用的脉冲宽度调制信号的频率变为一半。通过降低脉冲宽度调制信号的频率，从而上述图7A～图7C以及图8A、图8B所示的光源驱动电流的振铃R、开关时间特性会得到改善，脉冲宽度调制信号的占空比与光源的亮度的比例关系也会得到改善。
[1-3.效果等]
如此，通过将光源的驱动部设为双系统，在各系统间使脉冲宽度调制信号的占空比以及相位不同，从而脉冲宽度调制信号的占空比与光源的亮度的比例关系得到改善。
(其他的实施方式)
如以上，作为在本申请中公开的技术例示，说明了实施方式1。但是，本公开中的技术并不限定于此，也能够应用于进行变更、置换、附加、省略等而获得的实施方式中。此外，也可以组合在上述实施方式1中说明的各构成要素来作为新的实施方式。为此，以下例示其他实施方式。
在上述实施方式1中，如图3、式(1)以及式(2)所示，以光量目标值相对于额定值的比率d0约为90％之处为界，来切换针对第1光源驱动部230以及第2光源驱动部240的各个占空比d1、d2的控制。然而，例如，如图6所示，也可以以光量目标值相对于额定值的比率d0约为80％之处为界来切换占空比的控制。
此外，在上述实施方式1中，如图3、式(1)以及式(2)所示，在光量目标值相对于额定值的比率d0的整个范围内，将针对第1光源驱动部230的占空比d1和针对第2光源驱动部240的占空比d2设定为不同的值。然而，例如，如图6所示，也可以在光量目标值相对于额定值的比率d0为50％以上的范围内，将针对第1光源驱动部230的占空比d1和针对第2光源驱动部240的占空比d2设定为不同的值。如此，在从各激光模块射出的光被合成后的光量的设定范围的至少一部分中，需要控制各光源驱动部而使得占空比不同。尤其是，如图9所示，脉冲宽度调制信号的占空比与光源驱动电流的平均值的比例关系的偏离在90％～100％的范围内较大，因此，至少在该范围内，需要将针对第1光源驱动部230的占空比d1和针对第2光源驱动部240的占空比d2设定为不同的值。如此一来，光量目标值相对于额定值的比率d0与实际从光源装置12射出的光量的比例关系得到改善。
在上述实施方式1中，作为光调制元件的一例而说明了DMD96。光调制元件只要是对从照明装置10射出的光进行调制并输出影像光的元件即可。因此，光调制元件并不限定为DMD96。例如，光调制元件也可以由反射型液晶面板、透射型液晶面板来构成。
在上述实施方式1中，例示了对3色的光进行分时并使用1个DMD96的构成，但也可以采用如下构成，即，利用棱镜将1色的白色光分离为红色、绿色、蓝色而使用3个DMD的构成。
在上述实施方式1中，虽然由双系统的光源驱动部和光源部构成，但也可以采用3系统以上的光源驱动部和光源部的构成。
在上述实施方式1中，例示了由被配置为5×5矩阵状的半导体激光元件而构成的激光模块，但半导体激光元件的数目以及配置并不限定于此。激光模块的构成只要根据每一个半导体激光元件的光强度、光源装置12所期望的输出等来设定即可。
此外，激光的波长也并不限定为450nm，例如可以采用射出405nm的光的紫色半导体激光元件、射出400nm以下的紫外线光的半导体激光元件等。
在上述实施方式1中，例示了通过蓝色的激光激发荧光体使得发出以黄色为主波长的光的构成，但也可以采用使得发出以红色、绿色为主波长的光的荧光体。
此外，在上述实施方式1中，使25个第1激光模块20的脉冲宽度调制信号的占空比和25个第2激光模块26的脉冲宽度调制信号的占空比不同，但也可以使从第1激光模块20以及第2激光模块26之中选出的任意的25个激光模块的脉冲宽度调制信号的占空比和剩余的25个激光模块的脉冲宽度调制信号的占空比不同。此外，也可以使50个激光模块的所有激光模块的脉冲宽度调制信号的占空比不同。
在上述实施方式中，来自各激光模块的射出光通过镜32而在空间上被合成，但光合成部并不限于镜32。例如，也可以不利用镜32，而使来自各激光模块的射出光从相同的方向射出，并通过棒状积分器72进行合成。
此外，在上述实施方式1中，作为光源而使用了半导体激光器，但也可以使用LED、光源灯等其他光源。
产业上的可利用性
本技术能够应用于具备多个光源的投射型影像显示装置。具体而言，除了投影仪之外，本技术也能够应用于电视机等。
符号说明
10照明装置
12光源装置
20第1激光模块
26第2激光模块
22第1半导体激光元件
28第2半导体激光元件
24第1透镜
30第2透镜
34，74，76，92透镜
32镜
40亮度设定部
72棒状积分器
80滤光轮
90影像生成部
94全反射棱镜
96DMD
98投射镜头
100投射型影像显示装置
200光源亮度控制部
210第1脉冲宽度调制信号产生部
220第2脉冲宽度调制信号产生部
230第1光源驱动部
240第2光源驱动部
250影像显示元件驱动部
300控制部

Claims (5)

1.一种投射型影像显示装置，具备：
多个光源；
光合成部，其对从所述多个光源射出的光进行合成；
光调制元件，其对从所述光合成部射出的光进行调制；和
投射光学系统，其投射从所述光调制元件射出的影像，
所述投射型影像显示装置的特征在于，
所述多个光源的各光源由脉冲宽度调制信号来控制，在由所述光合成部合成的光的光量的设定范围的至少一部分中，针对各光源的所述脉冲宽度调制信号的占空比不同。
2.根据权利要求1所述的投射型影像显示装置，其特征在于，
各光源的所述脉冲宽度调制信号的占空比被设定为使得：基于针对各光源的所述脉冲宽度调制信号的占空比的各光源的亮度的合计亮度值，成为从所述投射光学系统投射的影像的目标亮度值。
3.根据权利要求2所述的投射型影像显示装置，其特征在于，
至少在所述目标亮度值相对于额定值的比率为90％～100％的范围内，对各光源进行控制的所述脉冲宽度调制信号的占空比不同。
4.根据权利要求1所述的投射型影像显示装置，其特征在于，
所述投射型影像显示装置还具备：亮度设定部，其设定从所述投射光学系统投射的影像的亮度，
各光源的所述脉冲宽度调制信号的占空比被设定为使得：基于各光源的所述脉冲宽度调制信号的占空比的各光源的亮度的合计亮度值，成为由所述亮度设定部设定的影像的亮度值。
5.根据权利要求1所述的投射型影像显示装置，其特征在于，
针对所述各光源的所述脉冲宽度调制信号的相位不同。
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