JP2005025107A

JP2005025107A - プロジェクタ

Info

Publication number: JP2005025107A
Application number: JP2003270436A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Morimoto; 健森本
Original assignee: NEC Viewtechnology Ltd
Current assignee: Sharp NEC Display Solutions Ltd
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2003-07-02
Publication date: 2005-01-27

Abstract

【課題】赤色の発色を向上させる。省電力化を図る。
【解決手段】赤色で点灯する副光源１０９を設ける。タイミングジェネレータ１１０を設け、カラーホイール１０２の色領域のうち赤色領域が主光源１０１からの照明光と回転対向する期間を赤色期間として検出し、この赤色期間を検出している間、副光源１０９を点灯させる。微小揺動ミラー素子１０５からの映像非表示期間の反射光を太陽電池１１１で受けて電気エネルギーに変換する。この電気エネルギーを副光源１０９への電源とする。
【選択図】図２

Description

この発明は、入射される光を映像表示期間と映像非表示期間とで異なる方向に反射するミラーを用いたプロジェクタに関するものである。

従来より、この種のプロジェクタとして、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device：米国テキサス・インスツルメンツ社の登録商標）と呼ばれる微小揺動ミラー素子を用いたプロジェクタがある。

図３は微小揺動ミラー素子を構成する１つの微小揺動ミラーの構造を説明する図、図４は微小揺動ミラー素子を使用した従来のプロジェクタの概略を示す構成図である（例えば、特許文献１参照）。

図３に示されているように、微小揺動ミラー素子を構成する微小揺動ミラー１は、シリコン基板１−１上に立設された２つの支持ポスト１−２間に、ねじれヒンジ１−３を介してアルミニウムによって形成されたミラー１−４が支持されている。そして、シリコン基板１−１の上に設けられたミラー駆動用電極１−５に供給される電圧（論理信号の「０」、「１」）に応じてミラー１−４が揺動する。このような微小揺動ミラー１が正方格子状に多数配列されることで微小揺動ミラー素子が構成される。

図４に示されているように、従来のプロジェクタ１００は、光源（ランプ）１０１、カラーホイール１０２、モータ１０３、ロッドレンズ１０４、微小揺動ミラー素子１０５、コントローラ１０６、投写レンズ１０７、光吸収板（ライトダンパ）１０８などを備えている。光源１０１としては、可視光の波長帯域で発光効率の高い超高圧水銀ランプなどが用いられる。カラーホイール１０２はモータ１０３によって回転する。

カラーホイール１０２は、図５に示されるよう円盤状とされ、その周縁部１０２Ａに扇状の赤，緑，白，青の色領域１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｗ，１０２Ｂが形成されている。色領域１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｗ，１０２Ｂは、それぞれ赤，緑，白，青の成分の光のみを透過させる。

また、カラーホイール１０２のハブ１０２Ｈには、青色領域１０２Ｂと赤色領域１０２Ｒとの境目にインデックス１０２Ｉが設けられている。インデックス１０２Ｉに対しては、このインデックス１０２Ｉのカラーホイール１０２の回転に伴う通過を検出し、１回転につき１パルスのパルス信号（インデックス検出信号）を出力するインデックス検出部１０２Ｊが設けられている。

このプロジェクタ１００において、コントローラ１０６は、映像信号を入力とし、カラーホイール１０２の回転速度や位相、微小揺動ミラー素子１０５の動作を制御する。

〔回転速度〕
例えば、コントローラ１０６に、６０フレーム毎秒の映像信号が与えられるものとする。この場合、１／６０秒間隔で垂直同期信号が入力される。
コントローラ１０６は、この垂直同期信号を基準信号とし、この基準信号の発生間隔とインデックス検出部１０２Ｊからのインデックス検出信号の発生間隔とを比較し、インデックス検出信号の発生間隔が基準信号の発生間隔の１／２となるように、モータ１０３の回転速度を制御する。これにより、カラーホイール１０２は、１秒間に１２０回転する。

〔位相〕
また、コントローラ１０６は、基準信号（垂直同期信号）の発生タイミングとインデックス検出信号の発生タイミングとを比較し、両者が一致するようにカラーホイール１０２の回転位相を調整する。

この回転速度と位相の制御により（図６（ａ），（ｂ）参照）、１フレームの映像信号に対し、カラーホイール１０２が２回転することになる。また、１フレームの映像信号に対し、光源１０１からの照明光がカラーホイール１０２の赤色領域１０２Ｒ，緑色領域１０２Ｇ，白色領域１０２Ｗ，青色領域１０２Ｂの順で２回通過する（図６（ｃ）参照）。すなわち、赤，緑，白，青の順でその色成分が取り出され、赤色光，緑色光，白色光，青色光となり、ロッドレンズ１０４を介して微小揺動ミラー素子１０５へ照射されることになる。

〔微小揺動ミラー素子の動作〕
コントローラ１０６は、１フレームの映像信号について、画素毎にＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青），Ｗ（白）値を求め、この求めたＲ，Ｇ，Ｂ，Ｗ値を各色のフレームメモリに格納する。

そして、赤色光が微小揺動ミラー素子１０５を照射している間、すなわちカラーホイール１０２の赤色領域１０２Ｒが光源１０１からの照明光と回転対向している間（図６（ｃ）に示す期間Ｔ_R）、赤色のフレームメモリに格納されている各画素のＲ値に応じたＰＷＭ信号を微小揺動ミラー素子１０５へ出力する。

同様にして、カラーホイール１０２の緑色領域１０２Ｇが光源１０１からの照明光と回転対向している間（図６（ｃ）に示す期間Ｔ_G）、緑色のフレームメモリに格納されている各画素のＧ値に応じたＰＷＭ信号を微小揺動ミラー素子１０５へ出力し、カラーホイール１０２の白色領域１０２Ｗが光源１０１からの照明光と回転対向している間（図６（ｃ）に示す期間Ｔ_W）、白色のフレームメモリに格納されている各画素のＷ値に応じたＰＷＭ信号を微小揺動ミラー素子１０５へ出力し、カラーホイール１０２の青色領域１０２Ｂが光源１０１からの照明光と回転対向している間（図６（ｃ）に示す期間Ｔ_B）、青色のフレームメモリに格納されている各画素のＢ値に応じたＰＷＭ信号を微小揺動ミラー素子１０５へ出力する。

微小揺動ミラー素子１０５は、各画素に対応する微小揺動ミラー１（図３）を有しており、この微小揺動ミラー１がコントローラ１０６からのＲ，Ｇ，Ｂ，Ｗ値に応じたＰＷＭ信号によって駆動される。

例えば、ある画素のＲ値が１００％であった場合、その画素に対応する微小揺動ミラー１に１００％デューティのＰＷＭ信号が送られる。これにより、期間Ｔ_Rの間中、微小揺動ミラー１のミラー１−４が第１の位置（オンステート位置）に傾けられ、光源１０１からのカラーホイール１０２を介する照明光の反射方向が投写レンズ１０７へ向けられる。

これに対し、ある画素のＲ値が５０％であった場合、その画素に対応する微小揺動ミラー１に５０％デューティのＰＷＭ信号が送られる。これにより、期間Ｔ_Rのうちの半分は、微小揺動ミラー１のミラー１−４が第２の位置（オフステート位置）に傾けられ、光源１０１からのカラーホイール１０２を介する照明光の反射方向が光吸収板１０８に向けられる。

Ｇ，Ｂ，Ｗ値についても同様にして、その値に応ずるＰＷＭ信号によって各画素に対応する微小揺動ミラー１がオンステート位置、オフステート位置に傾けられる。オンステート位置に傾けられている間（映像表示期間）、光源１０１からのカラーホイール１０２を介する照明光は、投写レンズ１０７を通してスクリーン２００に拡大して映像として表示される。オフステート位置に傾けられている間（映像非表示期間）、光源１０１からのカラーホイール１０２を介する照明光は、光吸収板１０８によって吸収される。スクリーン２００には、１／６０秒の間にＲ，Ｇ，Ｗ，Ｂ、Ｒ，Ｇ，Ｗ，Ｂの各色の映像が順次表示されるため、人間の目にはこれらが残像として見え、フルカラーの映像が認識される。

特開２００１−３１１９９８号公報特開２００２−２９６６８０号公報

しかしながら、図４に示した構成において、光源１０１として用いられる超高圧水銀ランプなどは、赤色、緑色の波長帯域である４４０ｎｍ近辺の波長帯域、５５０ｎｍ近辺の波長帯域においては、十分な光量を確保できるのに対し、赤色の波長帯域である６００ｎｍ以上の波長帯域においては、青色，緑色の波長帯域に比して、十分な光量を確保できないという問題があった。

なお、特許文献２には、主の照明光で不足する赤色の光量を副の照明光によって補うことが記載されている。しかし、この技術は、図４に示した構成において、光源１０１に対して赤色の照明光を出射する副光源を設け、この副光源を常時点灯するという技術を示唆しているに過ぎない。このような技術では、副光源を常時点灯させるため、余分な電力を必要とする。

このような課題を解決するために、第１発明（請求項１に係る発明）は、照明光を出射する主光源と、所定の色成分を透過する赤色を含む複数の色領域を周縁部に有する円盤状のカラーホイールと、このカラーホイールを回転させその色領域を主光源が出射する照明光と順次対向させるモータと、カラーホイールの色領域を通過した主光源からの照明光を映像表示期間と映像非表示期間とで異なる方向に反射するミラーと、このミラーからの映像表示期間の反射光をスクリーンに拡大表示する投写レンズと、カラーホイールの色領域のうち赤色領域が主光源からの照明光と回転対向する期間を赤色期間として検出する赤色期間検出手段と、この赤色期間検出手段が赤色期間を検出している間赤色で点灯し、この点灯による赤色光をカラーホイールの赤色領域を通過する照明光に加える副光源とを設けたものである。

この発明によれば、カラーホイールが回転し、その色領域のうち赤色領域が主光源からの照明光と回転対向し始めると、すなわち主光源からの照明光がカラーホイールの赤色領域を通過し始めると、副光源が赤色で点灯する。これにより、主光源からの照明光に副光源からの赤色光が加わり、カラーホイールの赤色領域を通過し、光量がアップされた赤色光がミラーに照射されることになる。この赤色光の光量アップは、カラーホイールの赤色領域が主光源からの照明光と回転対向している間続く。カラーホイールの赤色領域が主光源からの照明光と回転対向しなくなると、すなわち主光源からの照明光のカラーホイールの赤色領域に対する通過が終了すると、副光源が消灯する。

第２発明（請求項２に係る発明）は、照明光を出射する主光源と、所定の色成分を透過する赤色を含む複数の色領域を周縁部に有する円盤状のカラーホイールと、このカラーホイールを回転させその色領域を主光源が出射する照明光と順次対向させるモータと、カラーホイールの色領域を通過した主光源からの照明光を映像表示期間と映像非表示期間とで異なる方向に反射するミラーと、このミラーからの映像表示期間の反射光をスクリーンに拡大表示する投写レンズと、カラーホイールの色領域のうち赤色領域が主光源からの照明光と回転対向する期間を赤色期間として検出する赤色期間検出手段と、ミラーからの映像非表示期間の反射光を電気エネルギーに変換する光電変換手段と、この光電変換手段によって変換された電気エネルギーの供給を受けて、赤色期間検出手段が赤色期間を検出している間赤色で点灯し、この点灯による赤色光をカラーホイールの赤色領域を通過する照明光に加える副光源とを設けたものである。

この発明によれば、ミラーにおいて反射される映像非表示期間の光が光吸収板ではなく、光電変換手段（例えば、太陽電池）へ与えられる。光電変換手段は、ミラーからの映像非表示期間の光を電気エネルギーに変換する。副光源は、光電変換手段によって変換された電気エネルギーの供給を受けて、カラーホイールの赤色領域が主光源からの照明光と回転対向している間赤色で点灯し、その期間中のミラーへの赤色光の光量をアップさせる。

本発明によれば、カラーホイールの色領域のうち赤色領域が主光源からの照明光と回転対向する期間を赤色期間として検出し、この赤色期間を検出している間、副光源を赤色で点灯させるので、副光源を常時点灯させることなく、赤色の発色を向上させることができる。
また、本発明によれば、ミラーからの映像非表示期間の反射光を電気エネルギーに変換する光電変換手段を設け、この光電変換手段によって変換された電気エネルギーを副光源に供給するので、さらなる省電力化を図ることができる。また、副光源が必要な時にだけ点灯するので、光電変換手段で生成される電気エネルギーの消費量を少なくすることができる。

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
〔実施の形態１〕
図１はこの発明の一実施の形態（実施の形態１）を示すプロジェクタの概略構成図である。同図において、図４と同一符号は図４を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。

この実施の形態１のプロジェクタ１００Ａでは、光源１０１を主光源とし、この主光源１０１のそばに副光源１０９を設けている。副光源１０９は赤色の発光ダイオード（赤色ＬＥＤ）Ｄ１とＤ２とで構成されている。この副光源１０９の点灯によって出射される赤色光の照射方向は、主光源１０１が出射する照明光と同様、カラーホイール１０２の周縁部１０２Ａに向けられている。また、カラーホイール１０２の回転方向において、主光源１０１が出射する照明光の通過位置と副光源１０９が出射する赤色光の通過位置とは一致している。

また、このプロジェクタ１００Ａでは、副光源１０９に対してタイミングジェネレータ１１０を設けている。タイミングジェネレータ１１０は、インデックス検出部１０２Ｊからのインデックス検出信号を入力とし、このインデックス検出信号の発生タイミングからカラーホイール１０２の赤色領域１０２Ｒ（図５）が主光源１０１からの照明光と対向する期間を赤色期間として検出し、この検出した赤色期間の間、副光源１０９を点灯させる。なお、この実施の形態１において、タイミングジェネレータ１１０から副光源１０９への電源は、主光源１０１などへの電源と同じとされている。

このプロジェクタ１００Ａにおいても、従来のプロジェクタ１００と同様、コントローラ１０６は、映像信号を入力とし、カラーホイール１０２の回転速度や位相、微小揺動ミラー素子１０５の動作を制御する。この制御動作については、従来例で説明したので、ここでの説明は省略する。以下では、カラーホイール１０２の回転速度や位相の調整が取れているものとして説明を進める。

カラーホイール１０２が回転し、赤色領域１０２Ｒが主光源１０１からの照明光と回転対向し始めると、すなわち主光源１０１からの照明光がカラーホイール１０２の赤色領域１０２Ｒを通過し始めると、タイミングジェネレータ１１０から副光源１０９へ電源が供給され、副光源１０９が点灯する。

これにより、主光源１０１からの照明光に副光源１０９からの赤色光が加わり、カラーホイール１０２の赤色領域１０２Ｒを通過し、光量がアップされた赤色光が微小揺動ミラー素子１０５に照射されることになる。すなわち、微小揺動ミラー素子１０５を構成する各微小揺動ミラー１（図３）に、光量がアップされた赤色光が照射されることになる。

この赤色光の光量アップは、カラーホイール１０２の赤色領域１０２Ｒが主光源１０１からの照明光と回転対向している間続く。カラーホイール１０２の赤色領域１０２Ｒが主光源１０１からの照明光と回転対向しなくなると、すなわち主光源１０２からの照明光のカラーホイール１０２の赤色領域１０２Ｒに対する通過が終了すると、タイミングジェネレータ１１０からの副光源１０９への電源の供給が遮断され、副光源１０９が消灯する。

この実施の形態１では、１フレームの映像信号に対し、カラーホイール１０２が２回転し、カラーホイール１０２の赤色領域１０２Ｒが光源１０１からの照明光と回転対向する期間Ｔ_R（図６参照）がＴ_R1とＴ_R2の２つ生じるので、１フレーム毎にこの期間Ｔ_R1，Ｔ_R2の間、赤色光の光量アップが繰り返されるものとなる。

このように、この実施の形態１では、副光源９が必要な時にだけ点灯し、赤色の発色の向上を図るので、副光源９を常時点灯する方式に対して、電力の消費を抑えることができる。

〔実施の形態２〕
図２はこの発明の他の実施の形態（実施の形態２）を示すプロジェクタの概略構成図である。同図において、図１と同一符号は図１を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。

この実施の形態２のプロジェクタ１００Ｂでは、図１に示した光吸収板１０８に代えて、太陽電池１１１を設けている。また、太陽電池１１１によって生成された電気エネルギーを整流回路１１２を介して蓄電池１１３へ蓄積し、蓄電池１１３に蓄積した電気エネルギーをタイミングジェネレータ１１０を介して副光源１０９へ供給するようにしている。

このプロジェクタ１００Ｂでは、微小揺動ミラー素子１０５において反射される映像非表示期間の光が太陽電池１１１へ与えられる。太陽電池１１１は、微小揺動ミラー素子１０５からの映像非表示期間の光を電気エネルギーに変換する。この電気エネルギーは、整流回路１１２を介して蓄電池１１３へ送られ、蓄積される。

タイミングジェネレータ１１０は、カラーホイール１０２の赤色領域１０２Ｒが主光源１０１からの照明光と対向する期間を赤色期間として検出し、この検出した赤色期間の間、蓄電池１１３に蓄積された電気エネルギーを副光源１０９へ供給し、副光源１０９を点灯させる。副光源１０９は、カラーホイール１０２の赤色領域１０２Ｒが主光源１０１からの照明光と回転対向している間赤色で点灯し、その期間中の微小揺動ミラー素子１０５への赤色光の光量をアップさせる。

この実施の形態２では、図１では光吸収板１０８で吸収され、全く再利用されていなかった光が電気エネルギーに変換され、副光源１０９の電源として用いられるので、さらなる省電力化が図られる。また、副光源１０９が必要な時にだけ点灯するので、太陽電池１１１で生成される電気エネルギーの消費量は少ない。

なお、上述した実施の形態１や２では、副光源１０９を赤色で点灯させるようにしたが、副光源１０９の点灯色を例えば主光源１０１と同じ発色としてもよい。このようにしても、副光源１０９の光のうち赤色成分のみがカラーホイール１０２の赤色領域１０２Ｒを通過するので、微小揺動ミラー素子１０５への赤色光の光量アップを図ることができる。但し、副光源１０９の光のうち赤色成分以外の光はカラーホイール１０２を通過しないので、赤色光の光量のアップ量は少ない。副光源１０９を赤色で点灯させれば、副光源１０９からの光の全てを赤色光の光量アップに寄与させることができ、効率がよい。

また、上述した実施の形態１や２では、カラーホイール１０２を１フレームの間に２回転させるものとしたが、３回転、４回転とその回転数を上げてもよい。勿論、１フレームの間に１回転させるようにしてもよい。

本発明の技術は、緑色や白色、青色へも転用可能である。例えば、緑色光を光量アップしたい場合には、カラーホイール１０２の緑色領域１０２Ｇが主光源１０１からの照明光と対向する期間を緑色期間として検出し、この緑色期間の間、副光源１０９を緑色で点灯させればよい。

本発明の一実施の形態（実施の形態１）を示すプロジェクタの概略構成図である。本発明の他の実施の形態（実施の形態２）を示すプロジェクタの概略構成図である。微小揺動ミラー素子を構成する１つの微小揺動ミラーの構造を説明する図である。微小揺動ミラー素子を使用した従来のプロジェクタの概略を示す構成図である。このプロジェクタに用いるカラーホイールを示す正面図である。垂直同期信号（基準信号）とインデックス検出信号およびカラーホイールを通過する通過光との関係を示すタイムチャートである。

符号の説明

１…微小揺動ミラー、１−１…シリコン基板、１−２…支持ポスト、１−３…ねじれヒンジ、１−４…ミラー、１−５…ミラー駆動用電極、１００Ａ，１００Ｂ…プロジェクタ、１０１…主光源、１０２…カラーホイール、１０２…周縁部、１０２Ｒ…赤色領域、１０２Ｇ…緑色領域、１０２Ｗ…白色領域、１０２Ｂ…青色領域、１０２Ｈ……ブ、１０２Ｉ…インデックス、１０２Ｊ…インデックス検出部、１０３…モータ、１０４…ロッドレンズ、１０５…微小揺動ミラー素子、１０６…コントローラ、１０７…投写レンズ、１０８…光吸収板（ライトダンパ）、１０９…副光源、Ｄ１，Ｄ２…発光ダイオード（赤色ＬＥＤ）１１０…タイミングジェネレータ、１１１…太陽電池、１１２…整流回路、１１３…蓄電池。

Claims

照明光を出射する主光源と、
所定の色成分を透過する赤色を含む複数の色領域を周縁部に有する円盤状のカラーホイールと、
このカラーホイールを回転させその色領域を前記主光源が出射する照明光と順次対向させるモータと、
前記カラーホイールの色領域を通過した前記主光源からの照明光を映像表示期間と映像非表示期間とで異なる方向に反射するミラーと、
このミラーからの映像表示期間の反射光をスクリーンに拡大表示する投写レンズと、
前記カラーホイールの色領域のうち赤色領域が前記主光源からの照明光と回転対向する期間を赤色期間として検出する赤色期間検出手段と、
この赤色期間検出手段が赤色期間を検出している間赤色で点灯し、この点灯による赤色光を前記カラーホイールの赤色領域を通過する照明光に加える副光源と
を備えたことを特徴とするプロジェクタ。
照明光を出射する主光源と、
所定の色成分を透過する赤色を含む複数の色領域を周縁部に有する円盤状のカラーホイールと、
このカラーホイールを回転させその色領域を前記主光源が出射する照明光と順次対向させるモータと、
前記カラーホイールの色領域を通過した前記主光源からの照明光を映像表示期間と映像非表示期間とで異なる方向に反射するミラーと、
このミラーからの映像表示期間の反射光をスクリーンに拡大表示する投写レンズと、
前記カラーホイールの色領域のうち赤色領域が前記主光源からの照明光と回転対向する期間を赤色期間として検出する赤色期間検出手段と、
前記ミラーからの映像非表示期間の反射光を電気エネルギーに変換する光電変換手段と、
この光電変換手段によって変換された電気エネルギーの供給を受けて、前記赤色期間検出手段が赤色期間を検出している間赤色で点灯し、この点灯による赤色光を前記カラーホイールの赤色領域を通過する照明光に加える副光源と
を備えたことを特徴とするプロジェクタ。