JP2004347645A - カラープロジェクタの同期制御方法及び同期制御装置 - Google Patents

カラープロジェクタの同期制御方法及び同期制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】複数の色セグメントに分割されたカラーホイールから検出される回転基準位置信号に同期して映像信号の色変調の同期をとるようにした単板式のカラープロジェクタにおいて、簡易な構成で高精度にカラーホイールの回転タイミングと色変調との同期をとる同期制御方法及び同期制御装置を提供する。
【解決手段】カラープロジェクタ1からは回転基準位置信号に同期してカラーホイール13の複数の色セグメントを透過したいずれか一つの色光のみを出射させ、このカラープロジェクタ1から出射される一つの色光以外の色光を遮光フィルタ25とフォトデテクタ24で構成される色光検出器2で検出し、色光検出器2の出力が最小ないしは0になるようにカラーホイール13の回転タイミングを制御することで映像信号の色変調との同期がとられる。
【選択図】 図2

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数の色領域に分割された円盤状のカラーホイールを備えて色順次方式でカラー映像表示を行う単板式フルカラープロジェクタに関し、特にカラーホイールの回転タイミングと色変調器での変調タイミングとの同期を制御するための方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
カラーホイールを用いた単板式のフルカラープロジェクタ(本明細書では単にカラープロジェクタと称する)の構成は、図1に示すように、光源11から出力された白色光は反射鏡12によって集光され、カラーホイール13に対してビームスポットBSが投射される。カラーホイール13は円周方向に例えば、赤色、緑色、青色の色セグメント(透過フィルタ)が配列形成された円盤として構成されており、回転モータ等によって高速回転されるようになっている。そして、カラーホイール13の回転によって、光源11からの白色光は各色セグメントによって赤色、緑色、青色の各単色光としてライトバルブ14、反射鏡15へと送られ、反射デバイス16に入射される。一方、投影しようとする映像信号は変調駆動回路17で処理され、前記反射デバイス16へ供給される。この変調駆動回路17はカラーホイール13によって反射デバイス16に順次的に入射される単色光に対して映像信号を同期させ、各単色光に対応した映像信号を供給する。表示用の反射デバイス16は、この映像信号に従って画素をONまたはOFFさせ、入射された単色光を画素単位で反射して色変調を行い、色変調した映像を投射レンズ18へ供給し、投射レンズ7によってスクリーン上に映し出される。
【0003】
この種のカラープロジェクタにおいては、カラーホイール13の各色セグメントと映像信号を同期させるために、カラーホイール13の回転位置制御と、カラーホイール13の回転速度制御を行う必要があり、そのためにはカラーホイール13の回転基準位置を検出する必要がある。この回転基準位置を検出するために、特許文献1には、カラーホイールに反射率の高いマーカを貼り付け、センサとして反射型フォトインタラプタを用いてマーカがセンサの前を通過する際に受光し、それ以外の期間は受光しないようにして基準となるパルスを得て回転基準位置信号とする技術が記載されている。例えば、図1には反射マーカ19、反射型フォトインタラプタ20、検出回路21を図示している。ただし、この技術ではマーカ19の貼り付け位置やセンサの配設位置に誤差があると、カラーホイール13の回転基準位置の検出に誤差が生じるという問題が生じる。また、各色のセグメントの境界には製造上の誤差があり、マーカの位置との関係も1つ1つ個別のずれが生じる。このずれを補正するために、例えばマーカの位置を動かしたり、センサ位置を動かしたり、検出したパルスを後段でディレイさせたりして調整する必要がある。そのため、特許文献1ではカラーホイールを回転駆動するための回転モータの回転位置、回転速度を検出するように構成しているが、これでは特殊なモータが必要となり、高価なものになる。
【0004】
このような問題に対し、特許文献2では、マーカによる回転基準位置の検出に加えて、異なる色光を検出する一対のセンサによりカラーホイールを透過した色光を検出し、両センサの出力から光源光のビームスポットが色セグメントの境界を通過したタイミングを検出する技術が提案されている。例えば、青色光を検出するフォトダイオードと赤色光を検出するフォトダイオードとでセンサを構成し、各フォトダイオードの検出出力が等しくなった時点、すなわちマゼンタ色を検出したときにビームスポットが赤色フィルタと青色フィルタの境界に投射されたタイミングであることが検出できる。この技術では、実際にカラーホイールを透過した光を検出して回転基準位置を検出するため、マーカのみで回転基準位置を検出して映像信号の同期をとる場合のような問題が解消できるとともに、特許文献1のような特殊かつ高価なモータが不要になる。
【0005】
【特許文献1】特開2001−337390号公報
【特許文献2】特開平9−127437号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献2の技術では、一対のセンサ(フォトダイオード)は特性が揃って検出感度が等しくないとマゼンタ色を正確に検出することができず、回転基準位置を高精度に検出することができなくなるという問題がある。また、一対のセンサにおける色光の検出は等しい条件で行う必要があるため、一対のセンサを光学的に等価な位置に配置する必要がある。そのため、特許文献2の技術では、簡易な構成で高精度にカラーホイールの回転基準位置を検出してその回転タイミングを制御することが難しいという問題も残されている。
【0007】
本発明の目的は、カラープロジェクタにおいて、簡易な構成で高精度にカラーホイールの回転タイミングと色変調との同期をを制御することが可能な同期制御方法及び同期制御装置を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の同期制御方法は、回転方向に並ぶ複数の色セグメントに分割されたカラーホイールを用い、カラーホイールの回転基準位置を検出し、得られた回転基準位置信号に同期して映像信号の色変調の同期をとるようにしたカラープロジェクタにおいて、カラープロジェクタからは回転基準位置信号に同期して複数の色セグメントのいずれか一つを透過した一つの色光のみを出射させるように動作させる一方、カラープロジェクタから出射される一つの色光以外の色光を色光検出器で検出し、この色光検出器の出力が最小ないしは0になるようにカラーホイールの回転タイミング又は色変調の同期タイミングを制御する。
【0009】
本発明の同期制御装置は、回転方向に並ぶ複数の色セグメントに分割されたカラーホイールを用い、カラーホイールの回転基準位置を検出し、得られた回転基準位置信号に同期して映像信号の色変調の同期をとるようにしたカラープロジェクタにおいて、カラープロジェクタは前記複数の色セグメントのいずれか一つに対応した一つの色光のみを出射させ得る色変調手段を備え、一方カラープロジェクタから出射される一つの色光以外の色光を検出する色光検出器を備え、色光検出器の出力に基づいてカラーホイールの回転タイミング又は色変調手段の同期タイミングを制御するように構成する。
【0010】
本発明の同期制御装置において、カラープロジェクタはカラーホイールの回転方向の一部に設けられたマーカを検出して回転基準位置信号を出力する回転基準位置検出手段と、回転基準位置信号に基づいてカラーホイールの回転タイミングを制御する駆動モータ制御手段と、回転基準位置信号に基づいて光源光を目的とする色セグメントを透過させるように映像信号を色変調する色変調手段とを備え、色変調手段は、回転基準位置信号に同期して前記複数の色セグメントのいずれか一つを透過させて一つの色光を出射するように動作するように構成する。また、色光検出器は、カラープロジェクタから出射される一つの色光を遮光する遮光フィルタと、この遮光フィルタを透過した光を検出するフォトデテクタとを備える構成とすることが好ましい。
【0011】
ここで、色光検出器はフォトデテクタで検出した光信号を表示するための表示器を備え、マーカの回転方向の位置、あるいは回転基準位置検出手段の位置は、表示器に表示される光信号が最小ないし0になる位置に設定される。あるいは、出射色光制御手段は色光検出器の出力に基づいて当該色光検出器の出力が0になるように回転基準位置信号を遅延する遅延手段を備える。
【0012】
本発明によれば、色光検出器においてカラープロジェクタから出射された色変調光を受光するか否かを判定し、受光しない状態となるようにカラーホイールの回転タイミングを制御し、あるいは色変調の同期タイミングを制御することで調整が完了できる。そのため、簡易な構成で高精度にカラープロジェクタにおける色変調の同期を制御することが可能になる。
【0013】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図2は本発明装置の概念構成図である。同図において、カラープロジェクタ1は図1で説明したようなカラーホイールを備える単板式のフルカラープロジェクタである。このカラープロジェクタ1の第1の実施形態の詳細な構成を示す図3を参照すると、カラーホイール13は赤色、緑色、青色に加えて白色の各色セグメントR,G,B,Wを備えており、モータ制御回路22により制御される駆動モータ23によって高速回転駆動される。また、前記カラーホイール13の円周方向の一部には回転基準位置を検出するための反射マーカ19が貼り付けられている。
【0014】
一方、前記反射マーカ19を検出して回転基準位置信号を出力するために回転基準位置検出器が設けられる。この回転基準位置検出器は、カラーホイールに対向して配置された発光ダイオードLDとフォトダイオードPDからなる反射型フォトインタラプタ20で構成されており、発光ダイオードLDで発光した光をカラーホイール13に対して投射し、反射マーカ19で反射された光をフォトダイオードPDで受光するようにされている。前記反射型フォトインタラプタ20には、フォトダイオードPDの受光電流を検出して基準電流と比較し、これから反射マーカを検出したときに回転基準位置信号としてのINDEX信号を出力する検出回路20としてコンパレータが接続されている。ここでは青色セグメントBから赤色セグメントRに切り替わる回転位置を回転基準位置としてINDEX信号が出力されるように構成されている。このコンパレータ20からのINDEX信号は前記カラーホイール13の駆動モータ23を駆動制御するためのモータ制御回路22に入力され、前記駆動モータ23すなわちカラーホイール13の回転タイミングや回転速度を制御するようになっている。また、前記コンパレータ21からのINDEX信号は図1に示した色変調器としての反射デバイス16を駆動する変調駆動回路17に入力され、反射デバイス16を駆動して映像の変調タイミングを制御するようになっている。
【0015】
前記カラープロジェクタ1に対し、図2に示したように、本発明にかかる色光検出器2が接続されている。この色光検出器2は、フォトダイオード等で構成されるフォトデテクタ24と、このフォトデティクタ24の直前に配置された遮光フィルタ25とを備えており、前記カラープロジェクタ1の投射レンズ18から出射される色光を受光するように構成される。ここでは、前記遮光フィルタ25は赤色遮光フィルタで構成されており、この赤色遮光フィルタ25は前記カラープロジェクタ1から出射される赤色光を完全にあるいは一部を遮光するような特性に設定されている。すなわち、図4に分光特性を示すように、前記カラーホイール13の各色セグメントR,G,Bの透過特性は同図に実線、一点鎖線、二点鎖線に示す通りであり、前記赤色遮光フィルタ25は太破線で示すように、赤色光は遮光するが、緑色光、青色光は透過するようになっている。
【0016】
また、前記フォトデティクタ24は前記カラーホイール13の赤色、緑色、青色のいずれの色セグメントを透過した光あるいは一部を受光することができるように、図4に細実線で示すようにほぼ可視光領域を受光可能な分光感度のものが用いられている。そして、前記フォトデティクタ24には受光により得られた受光信号を検出する受光信号検出回路26が接続されており、この受光信号検出回路26には受光信号の検出波形を表示する表示器としてのオシロスコープ27が接続され、検出した受光信号の波形を当該オシロスコープ27に表示するように構成されている。
【0017】
以上の構成の制御装置によるカラープロジェクタ1での同期制御動作について、図5のタイミング図を参照して説明する。カラープロジェクタ1を駆動し、駆動モータ23によりカラーホイール13を回転させると同時に光源11を点灯すると、図5(a)に示すように、カラーホイール13の回転により、反射型フォトインタラプタ20は反射マーカ19を検出し、コンパレータ21から基準回転位置を示すパルス状のINDEX信号が周期的に出力される。また、このINDEX信号に基づいてカラーホイール13の各色セグメントを透過した赤色、緑色、白色、青色の各色光が周期的に出射可能な状態となる。ここで、本実施形態では、図5(b)のように、変調駆動回路17はINDEX信号に基づいて反射デバイス16を制御し、INDEX信号が立ち上がるタイミングを起点として赤色光のみが出射されるような制御、すなわち光源11からの光がカラーホイール13の赤色セグメントのみを透過するタイミングでのみ反射デバイス16で反射動作を行うような制御を実行すると、カラープロジェクタ1からは赤色光のみが出射されるようになる。
【0018】
このようにしてカラープロジェクタから1出射された赤色光は、赤色遮光フィルタ25を通してフォトデテクタ24で受光される。このとき、カラープロジェクタ1においてINDEX信号のタイミングが変調駆動回路17での動作タイミングに対して適正であれば、図5(b)に示したようにカラープロジェクタ1からは純粋な赤色光のみが出射されているため、この赤色光は赤色遮光フィルタ25によって遮光されるためフォトデテクタ24で赤色光を受光することはできず、フォトデテクタ24からは図5(c)のように信号が出力されることはなく、ほぼ0の信号となる。
【0019】
ところが、INDEX信号のタイミングと変調駆動回路17での動作タイミングとの間に誤差があり、例えばINDEX信号が図5(a)の破線T1のように進んでいると、カラーホイール13の回転において青色セグメントから赤色セグメントに切り替わる前の時点で反射デバイス16が駆動され、カラープロジェクタ1からは最初に青色光が出射され、その後赤色光が出射されるようになる。そのため、出射された光のうち青色光は赤色遮光フィルタ25によって遮光されず、フォトデテクタ24で受光されるため、フォトデテクタ24からは図5(d)のように青色光に対応する信号が出力される。
【0020】
また、逆に破線T2のようにINDEX信号のタイミングが遅れていると、赤色セグメントから緑色セグメントに切り替わった後の時点で反射デバイス16が駆動され、カラープロジェクタ1からは赤色光の後に緑色光が出射されるようになる。そのため、出射された光のうち緑色光は赤色遮光フィルタ25によって遮光されず、フォトデテクタ24で受光されるため、フォトデテクタ24からは図5(e)のように緑色光に対応する信号が出力される。
【0021】
したがって、INDEX信号のタイミングが適正なとき、すなわち反射マーカ19による基準回転位置の検出が正確である場合にはフォトデテクタ24に接続されたオシロスコープ27には何らの波形が表示されることはなく、一方INDEX信号のタイミングが進み、あるいは遅れているときにはオシロスコープ27には青色或いは緑色のパルス信号の波形が表示されることになる。そのためオシロスコープ27に表示される波形を観察しながら、波形が表示されなくなるようにモータ制御回路22により駆動モータ23の回転タイミングを調整する。あるいは、カラーホイール13における反射マーカ19の貼り付け位置を調整し、または反射型フォトインタラプタ20の配設位置を調整することで、変調駆動回路17での動作タイミングに合致したINDEX信号が得られるようにカラーホイール13の回転タイミングを調整することが可能になる。
【0022】
このように、本実施形態ではフォトデテクタ24での受光の有無を検出することでカラーホイール13の回転タイミングの調整が実現できるため、単純にカラープロジェクタで投影される色映像を目視しながらのあいまいな調整に比較すればより正確な調整が可能となる。また、特許文献1のように特殊な駆動モータが不要であり、特許文献2のように特性の揃った一対のフォトダイオードを光学的に等価な位置に配置する必要もなく、簡易でかつ低価格な制御装置が実現できる。
【0023】
また、本実施形態では、フォトデテクタ24において赤色光以外の色光を検出するかしないかで判定できるため、特許文献2のようにフォトデテクタの出力レベル(光の強さのレベル)に基づいて判断するクリティカルな判定技術に比較すると明確な判定が可能になるため、調整が簡単になり、精度も向上する。さらに、フォトデテクタ24の性能は、ある一定の光を検出するかしないかでよいため、カラーホイール13で使用する各色の波長領域をカバーしていればよく、可視光のすべての範囲で高感度である必要はなく、多少の感度の偏りがあってもよい。また、カラープロジェクタに使用される光源11としてのランプには、さまざまな波長特性のものが使用されるが、それぞれの色に対して絶対値で比較して検出する方式ではなく、ある一定の光を検出できればよいため、いろいろなランプに対応できる。
【0024】
図6は本発明の第2の実施形態を示しており、INDEX信号によるカラーホイールの回転タイミングを自動的に調整するように構成したものである。この実施形態では第1の実施形態の一部を変更したものとして構成してあり、第1の実施形態と同一部分には同一符号を付してある。この実施形態では、カラープロジェクタ1にINDEX信号のタイミングを遅延するディレイ回路28と、そのディレイ量を記憶するメモリ29と、ディレイ回路28にディレイ量を指示するCPU30とを備えている。また、前記色光検出器2には前記フォトデテクタ24の検出出力をA/D変換して前記CPU30に入力させるためのA/D変換器31を備えている。そして、ディレイ回路28で遅延された遅延INDEX信号をモータ制御回路22に入力してカラーホイール13の回転タイミングを調整するように構成している。ここでフォトデテクタ24の検出出力は図5(d),(e)に示したように赤色光以外の青色光あるいは緑色光を受光したときの受光量であり、A/D変換器31の出力は当該受光量に対応したデジタル値となる。
【0025】
この構成では、第1の実施形態と同様に、回転されるカラーホイール13の反射マーカ19を反射型フォトインタラプタ20で検出し、得られるINDEX信号に基づいてモータ制御回路22が駆動モータ23の回転タイミングを制御する。一方CPU30はA/D変換器31から入力されるデータを監視しており、ディレイ回路28においてコンパレータ21から出力されるINDEX信号を遅延させ遅延INDEX信号とする。そして、この遅延INDEX信号はモータ駆動回路に入力され、駆動モータの回転タイミグをINDEX信号の遅延量に相当するだけ制御する。このように、INDEX信号のタイミングがずれると、図5を参照して説明したようにカラープロジェクタ1から出射される色光のタイミングも変化されることになるため、A/D変換器31からのデータが最小ないしは0になるように制御を行うことで、遅延INDEX信号により制御されたカラーホイール13の回転タイミングを遅延されていないINDEX信号による変調駆動回路16における反射デバイス17の動作タイミングとの同期がとられ、自動的にカラーホイール13の回転基準位置を調整し、回転タイミングを調整することが可能になる。なお、CPU30はA/D変換器31のデータが最小ないし0になった時の遅延量をメモリ29に記憶し、その後はCPU30は順次メモリ29から遅延量を読み出してディレイ回路28での遅延量を制御すればよい。
【0026】
なお、この第2の実施形態の変形例としては、第1の実施形態と同様に遅延されないINDEX信号によってモータ制御回路22がカラーホイール13の回転タイミングを制御する一方で、遅延された遅延INDEX信号によって変調駆動回路17で反射デバイス16の動作タイミングを制御して両者の同期をとるように構成してもよい。
【0027】
ここで、前記各実施形態では赤色光を利用して調整を行った場合を説明したが、カラーホイールの緑色や青色のセグメントでも可能である。この場合には、フォトデテクタの前に配置する遮光フィルタは、図4に示したような緑色あるいは青色の色光を遮光するような特性の光学フィルタを用いればよい。また、例えば異なる色の遮光フィルタを交換し得るように構成しておき、カラーホイールの各色セグメントの各色すべてについて同様の検出を行うようにしてもよく、より高精度な調整が可能である。また、例えば、他の中間色でもフィルタの特性をその色の波長をカットする特性に変更すれば同様に可能である。さらに、可視光を検出できるものであれば、フォトデテクタの代わりに、安価なフォトセンサなどでもよい。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、カラープロジェクタからは回転基準位置信号に同期してカラーホイールの複数の色セグメントを透過したいずれか一つの色光のみを出射させ、このプロジェクタから出射される一つの色光以外の色光を色光検出器で検出できるように構成しているので、単にカラープロジェクタから出射される色光を色光検出器において受光するか否かを判定し、受光しない状態となるようにカラーホイールの回転タイミングを制御することで調整が完了でき、簡易な構成で高精度にカラープロジェクタの同期を制御することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】単板式カラープロジェクタの概念構成図である。
【図2】本発明の同期制御技術を説明するための概念構成図である。
【図3】カラープロジェクタの内部構成を示す図である。
【図4】遮光フィルタと色セグメントの分光特性を示す図である。
【図5】本発明にかかる同期制御技術を説明するための図である。
【図6】本発明の第2の実施形態のカラープロジェクタの内部構成を示す図である。
【符号の説明】
1 カラープロジェクタ
2 色光検出器
11 光源
13 カラーホイール
16 反射デバイス
17 変調駆動回路
18 投射レンズ
20 反射型フォトインタラプタ
21 検出回路(コンパレータ)
22 モータ制御回路
23 駆動モータ
24 フォトデテクタ
25 遮光フィルタ
26 受信信号検出回路
27 オシロスコープ
28 ディレイ回路
29 メモリ
30 CPU
31 A/D変換器

Claims (6)

  1. 回転方向に並ぶ複数の色セグメントに分割されたカラーホイールを用い、前記カラーホイールの回転基準位置を検出し、得られた回転基準位置信号に同期して映像信号の色変調の同期をとるようにした単板式のカラープロジェクタにおいて、前記カラープロジェクタからは前記回転基準位置信号に同期して前記複数の色セグメントのいずれか一つを透過した一つの色光のみを出射させるように動作させる一方、前記カラープロジェクタから出射される一つの色光以外の色光を色光検出器で検出し、この色光検出器の出力が最小ないしは0になるように前記カラーホイールの回転タイミング又は色変調の同期タイミングを制御することを特徴とするカラープロジェクタの同期制御方法。
  2. 回転方向に並ぶ複数の色セグメントに分割されたカラーホイールを用い、前記カラーホイールの回転基準位置を検出し、得られた回転基準位置信号に同期して映像信号の色変調の同期をとるようにした単板式のカラープロジェクタにおいて、前記カラープロジェクタは前記複数の色セグメントのいずれか一つに対応した一つの色光のみを出射させ得る色変調手段を備え、一方前記カラープロジェクタから出射される前記一つの色光以外の色光を検出する色光検出器を備え、前記色光検出器の出力に基づいて前記カラーホイールの回転タイミング又は前記色変調手段の同期タイミングを制御するように構成したことを特徴とするカラープロジェクタの同期制御装置。
  3. 前記カラープロジェクタは前記カラーホイールの回転方向の一部に設けられたマーカを検出して回転基準位置信号を出力する回転基準位置検出手段と、前記回転基準位置信号に基づいて前記カラーホイールの回転タイミングを制御する駆動モータ制御手段と、前記回転基準位置信号に基づいて光源光を目的とする色セグメントを透過させるように映像信号を色変調する色変調手段とを備え、前記色変調手段は、前記回転基準位置信号に同期して前記複数の色セグメントのいずれか一つを透過させて前記一つの色光を出射するように動作することを特徴とする請求項2に記載のカラープロジェクタの同期制御装置。
  4. 前記色光検出器は、前記カラープロジェクタから出射される前記一つの色光を遮光する遮光フィルタと、前記遮光フィルタを透過した光を検出するフォトデテクタとを備えることを特徴とする請求項2又は3に記載のカラープロジェタクの同期制御装置。
  5. 前記色光検出器は、前記フォトデテクタで検出した光信号を表示するための表示器を備え、前記マーカの回転方向の位置、あるいは前記回転基準位置検出手段の位置は、前記表示器に表示される光信号が最小ないし0になる位置に設定されていることを特徴とする請求項3又は4に記載のカラープロジェクタの同期制御装置。
  6. 前記出射色光制御手段は、前記色光検出器の出力に基づいて当該色光検出器の出力が0になるように前記回転基準位置信号を遅延する遅延手段を備えることを特徴とする請求項3又は4に記載のカラープロジェクタの同期制御装置。
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