JP2005331705A - 半導体発光素子を光源に含むプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 機械的な複雑な切替機構を用いることなく、投射モードに応じて投射画像を選択または調整することができるプロジェクタを提供する。
【解決手段】 Ｒ、Ｇ、Ｂの発光ダイオード１２、１４、１６を含む光源１０と、光源１０から出力された光を変調するＤＭＤ３０と、変調された光を投射する投射レンズ４０と、照射モードを選択する選択手段と、選択された投射モードに応じて発光ダイオードの駆動タイミングを制御する駆動制御手段（５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０）とを有するプロジェクタ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空間変調デバイスを用いたプロジェクタに関し、特に発光ダイオードを光源として用いたプロジェクタに関する。

空間変調デバイスとして、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）や液晶デバイスを利用し、カラー画像を表示するプロジェクタが実用化されている。ＤＭＤを利用したＤＬＰ（Digital Light Processing）方式のプロジェクタは、半導体素子からなるＤＭＤに光を照射し、その反射光をレンズ等で拡大投影してカラー画像の表示を行うものである。

ＤＬＰ方式のプロジェクタは、本出願人より例えば特許文献１に開示されている。図８に示すように、白色光源５１からの光は楕円ミラー５２によって反射され、その反射光が回転自在なカラーホイール５３に入射される。カラーホイール５３は、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）のカラーフィルターが周方向に配置した透過型フィルターである。カラーホイールを透過した光は、コンデンサレンズ１と、折り返しミラーとしての球面ミラー２によって反射され、ＤＭＤ５６に高角度で入射される。ＤＭＤに入射された光のうち、オン状態のピクセルで反射された光が投影レンズ５７を介してスクリーン５８上に表示される。カラーホイール５３からはＲ、Ｇ、Ｂの光が順次透過され、これと同期するタイミングでＤＭＤのピクセルが駆動され、時分割的なカラー画像の表示が行われる。

また、カラーフィルターのすべての領域を３原色のフィルターにより構成する場合の明るさの不足分を補うために、白色光をそのまま透過するフィルターを３原色フィルターに追加したカラーホイール装置も使用されている。しかし、カラーホイールに部分的に白色光を透過させる領域を設けると、カラーコントラストが減少してしまう。このような課題を解決するために、本出願人は、先に特願２００３−９０２９０号を出願している。この出願では、図９に示すように、カラーフィルターの色比率の異なる２つのカラーホイール３０、３２を用意し（例えば一方のカラーホイール３０がＲ、Ｇ、Ｂの３原色のカラーフィルターから構成され、他方のカラーホイール３２が、これに白色光のカラーフィルターを追加している）、いずれかのカラーホイールをＳ１、Ｓ２方向に移動させて、投影映像に使用するものである。

特許３１２１８４３号

しかしながら、上記従来のプロジェクタには次のような課題がある。特願２００３−９０２９０号に示されるように、色比率またはカラーパターンの異なる２つのカラーホイールを用意し、これを選択的に切り替えて使用する場合、装置構成が複雑化し、小型化、軽量化を図ることが困難になってしまう。さらに、プロジェクタを天井に吊るしてホームシアターとして利用するような場合、ユーザとって切替操作が困難となることがある。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、機械的な複雑な切替機構を用いることなく、投射モードに応じて投射画像を選択または調整することができる、操作性に優れたプロジェクタを提供することを目的とする。
さらに本発明は、新規に光源として半導体発光素子を備えたプロジェクタを提供することを目的とする。

本発明に係るプロジェクタは、複数の半導体発光素子を含む光源と、光源から出力された光を変調する変調手段と、変調された光を投射する投射手段と、投射モードを選択する選択手段と、選択された投射モードに応じて複数の半導体発光素子の駆動タイミングを制御する駆動制御手段とを有する。

好ましくはプロジェクタはさらに、投射モードに対応する発光パターンを記憶する記憶手段を含み、前記駆動制御手段は、記憶手段の発光パターンに基づき複数の半導体発光素子の駆動タイミングを制御する。

例えば、複数の半導体発光素子は、赤、青、緑を発光する発光素子を含み、駆動制御手段は、赤、青、緑の発光素子の発光時間を個別に制御する。発光素子は、発光ダイオードや発光レーザダイオードを用いることができる。そして、赤、青、緑の発光素子の発光時間は、発光パターンに基づき制御される。

好ましくは、発光パターンは、赤、緑、青の発光を１周期に含む第１の発光パターン、赤、緑、青、白を１周期に含む第２の発光パターン、および赤、緑、青の複数を１周期に含む第３の発光パターンを有する。投射モードは、少なくとも明るさを重視したモードと色合いを重視したモードを含み、明るさを重視したモードのとき、第２の発光パターンが選択され、色合いを重視したモードのとき、第１または第３の発光パターンが選択される。

光源は、複数の半導体発光素子からの光を入射し、所定の方向へ出射する合成プリズムを含むものであってもよい。さらに、レンズ、ミラー、ライトトンネルのような光学部材をふくむものであってもよい。

本発明に係るプロジェクタによれば、投射モードに応じて半導体発光素子の駆動タイミングを制御するようにしたので、従来のようにカラーホイールを切替えるための複雑な機構を必要とせず、簡単に投射画像の明るさや色合いの調整を行うことができる。これによりプロジェクタの小型化、軽量化を図り、かつ、ユーザによる操作性を向上させることができる。

本発明に係るプロジェクタの好ましい形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施例に係るプロジェクタの構成を示すブロック図である。本実施例に係るプロジェクタは、半導体発光素子として、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む光源１０と、光源１０からの光をＤＭＤへ照射する２つの反射ミラー２０、２２と、複数の半導体ミラー素子を２次元アレイ状に配列し、各々のミラー素子の傾斜角を可変させるＤＭＤ３０と、ＤＭＤ３０からの反射光を投射する投射レンズ４０と、光源１０を駆動するＬＥＤ駆動装置５０と、ＬＥＤ駆動装置５０の駆動を制御するタイミングコントロール装置６０と、タイミングコントロール装置６０およびＤＭＤ３０を制御するＤＭＤコントロール装置７０と、クロック信号を生成するクロック発生器８０と、ユーザによる操作入力を受け取る入力インターフェース９０と、中央処理装置（ＣＰＵ）１００と、インデックスタイミング発生器１１０とを含んで構成される。

本実施例のプロジェクタの一つの特徴は、光源１０が、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の波長の光をそれぞれ発光する発光ダイオード１２、１４、１６を含んでいる。発光ダイオード１２は、赤色の波長帯の光を発光し、この光は、集光レンズＬ１を介して合成プリズム１８に入射され、レンズＬ４から出射される。発光ダイオード１４は、緑色の波長帯の光を発光し、この光は、集光レンズＬ２を介して合成プリズム１８に入射され、レンズＬ４から出射される。発光ダイオード１６は、青色の波長帯の光を発光し、この光は、集光レンズＬ３を介して合成プリズム１８に入射され、レンズＬ４から出射される。

合成プリズム１８から出射されたＲ、Ｇ、Ｂの光は、ライトトンネルまたは光インテグレータＴに入射され、そこで光強度を均一化された後、反射ミラー２０、２２によって反射され、ＤＭＤ５０に所定の角度で入射される。ＤＭＤ５０において、傾斜角がオン状態とされたミラー素子によって反射されたオン光は、投影レンズ４０へ出射され、スクリーン上に画像を形成する。

タイミングコントロール装置６０は、発光ダイオード１２を駆動するためのパルスを含む駆動信号Ｒ−ＥＮ、発光ダイオード１４を駆動するためのパルスを含む駆動信号Ｇ−ＥＮおよび発光ダイオード１６を駆動するためのパルスを含む駆動信号Ｂ−ＥＮをＬＥＤ駆動装置５０に出力する。駆動装置５０は、駆動信号Ｒ−ＥＮ、Ｇ−ＥＮ、Ｂ−ＥＮに応答し、パルス期間発光ダイオード１２、１４、１６に電力を供給し、ダイオードを発光させる。

さらに、タイミングコントロール装置６０は、不具合等が発生したときに、すべての発光ダイオード１２、１４、１６を強制的に消去させるための消去信号ＥＮと、発光ダイオードの電流を設定する電流設定信号ＬＥＤ−Ｃを駆動装置５０へ供給する。

ＣＰＵ１００は、ディジタル画像データＤｉｎを受け取り、これをＤＭＤの画素数(ミラー素子数)に対応するフォーマットプレーンを有するＲ、Ｇ、Ｂ画像データを生成する。生成されたＲ、Ｇ、Ｂ画像データＤ１はＤＭＤコントロール装置７０に供給される。ＣＰＵ１００はまた、ＤＭＤコントロール装置７０との間で制御信号Ｓ１の送受を行い、かつクロック発生器８０に対してクロック制御信号Ｓ２を送信する。クロック発生器８０は、クロック制御信号Ｓ２に応答して、所定のクロック周期のクロック信号ＣＬＫ１、ＣＬＫ２を生成し、クロック信号ＣＬＫ１をＤＭＤコントロール装置７０およびＣＰＵ１００に供給し、クロック信号ＣＬＫ２をタイミングコントロール装置６０に供給する。

ＣＰＵ１００はさらに、ユーザからの操作入力を入力インターフェース９０を介して受け取る。操作入力は、プロジェクタの投射モードの選択を含み、例えば、標準的な色合いおよび明るさの投射モード、明るさをより重視するような投射モード、および色合いをより重視するような投射モードを選択することができる。ユーザは、例えば、ワイヤレスリモコンなどを通じて入力をすることができる。

ＣＰＵ１００は、好ましくは図２に示すような投射モードと発光パターンとの関係を内部メモリに記憶する。そして、ユーザにより所定の投射モードの選択が行われたとき、対応する発光パターンが特定され、ＣＰＵ１００は、そのシーケンス選択信号ＳＥＬ１をタイミングコントロール装置６０へ供給する。標準的な投射モードであれば、発光パターンがＲＧＢのシーケンス（ＳＥＬ１：「００」）、明るさを重視する投射モードであれば、発光パターンがＲＧＷＢのシーケンス（ＳＥＬ１：「０１」）、色合いを重視する投射モードであれば、発光パターンがＲＧＢＲＧＢのシーケンス（ＳＥＬ１：「１０」）が選択される。

タイミングコントロール装置６０は、シーケンス選択信号ＳＥＬ１に応答して駆動信号Ｒ−ＥＮ、Ｇ−ＥＮ、Ｂ−ＥＮを生成する。シーケンス選択信号ＳＥＬ１が「００」のとき、発光ダイオード１２、１４、１６の１周期の発光パターンはＲＧＢであり、駆動信号Ｒ−ＥＮ、Ｇ−ＥＮ、Ｂ−ＥＮは、図３(ａ)に示すように、それぞれ異なるタイミングで駆動される。各駆動信号のパルス幅は、スポーク信号ＳＰＯＫＥによって互いに等しく設定されているが、ＲＧＢの色比率を可変したい場合には、パルス幅を異なるように設定することも可能である。
なお、タイムチャートの右側には、これと等価な関係にあるカラーフィルターの配列を示している。

シーケンス選択信号ＳＥＬ１が「０１」のとき、発光ダイオード１２、１４、１６の発光パターンはＲＧＷＢであり、駆動信号は、図３（ｂ）に示すような波形となる。駆動信号Ｒ−ＥＮ、Ｇ−ＥＮ、Ｂ−ＥＮは、Ｒ、Ｇ、Ｂを発光させる期間はそれぞれ異なるタイミングで駆動されるが、Ｗ（白色またはホワイト）を発光させる期間は、すべての駆動信号のパルス幅が重複するように駆動される。Ｒ、Ｇ、Ｂのすべての発光ダイオード１２、１４、１６が同時に点灯されるとき、白色光が得られる。

シーケンス選択信号ＳＥＬ１が「１０」のとき、発光ダイオード１２、１４、１６の発光パターンはＲＧＢＲＧＢとなる。駆動信号Ｒ−ＥＮ、Ｇ−ＥＮ、Ｂ−ＥＮは、図３(ａ)のときの駆動信号の２倍の周期で駆動され、言い換えれば、駆動信号のパルス幅は半分となるように駆動される。この発光パターンでは、Ｒ、Ｇ、Ｂの発光がより細かくなり、これは、色合いが重視された投射画像に適している。

また、ＣＰＵ１００は、タイミングコントロール装置６０に対して発光ダイオードの電流を制御する電流制御信号Ｓ３を供給する。電流制御信号Ｓ３は、発光ダイオード１２、１４、１６の出力すなわち光強度を調整するものである。ＣＰＵ１００はさらに、インデックスタイミング発生器１１０に対してインデックス速度選択信号ＳＥＬ２を供給する。この信号は、上記した図３に示すような発光パターンの１周期を規定する。

ＤＭＤコントロール装置７０は、クロック信号ＣＬＫ１に同期したタイミングで、ＤＭＤ制御信号Ｓ４をＤＭＤ３０へ出力する。ＤＭＤ制御信号Ｓ４は、ＤＭＤ３０の各画素すなわち各ミラー素子をオン・オフ駆動させるための信号である。例えば、ＤＭＤ３０が発光ダイオード１２からのＲの光により照射されるとき、ＤＭＤ３０には、Ｒの画像データに対応するＤＭＤ制御信号Ｓ４が供給される。ＤＭＤ３０が発光ダイオード１４からのＧの光により照射されるとき、ＤＭＤ３０にはＧの画像データに対応するＤＭＤ制御信号Ｓ４が供給される。ＤＭＤ３０が発光ダイオード１６からのＢの光により照射されるとき、ＤＭＤ３０にはＢの画像データに対応するＤＭＤ制御信号Ｓ４が供給される。

さらに、ＤＭＤコントロール装置７０は、タイミングコントロール装置６０に対して、発光ダイオードを強制的に消灯するための信号ＬＡＭＰ−ＥＮと、発光ダイオード１２、１４、１６のパルス幅またはタイミングの切り替えを示すスポーク信号ＳＰＯＫＥとを供給する。

インデックスタイミング発生器１１０は、インデックス速度選択信号ＳＥＬ２に応答して、発光ダイオード１２、１４、１６が点灯する１周期（サイクル）を制御するインデックス信号ＩＮＤＥＸをＤＭＤコントロール装置７０およびタイミングコントロール装置６０へ供給する。

次に、図１の各部の動作を図４のタイミングチャートに示す。なお、図４は、シーケンス選択信号ＳＥＬ１が「００」、すなわち、発光パターンがＲＧＢのシーケンスのときのチャートである。

投射動作が開始されるとき、ＣＰＵ１００は、インデックス速度選択信号ＳＥＬ２をインデックスタイミング発生器１１０へ供給し、かつ、クロック制御信号Ｓ２をクロック発生器８０へ供給する。インデックスタイミング発生器１１０は、図４に示すように、選択信号ＳＥＬ２に基づきインデックス信号ＩＮＤＥＸをＤＭＤコントロール装置７０おおよびタイミングコントロール装置６０へ供給する。

ＣＰＵ１００はまた、投射モードに応じたシーケンス選択信号ＳＥＬ１をタイミングコントロール装置６０へ供給し、かつ、制御信号Ｓ１により発光パターンの内容をＤＭＤコントロール装置７０に通知する。

ＤＭＤコントロール装置７０は、クロック信号ＣＬＫ１に同期し、かつインデックス信号ＩＮＤＥＸに応答し、発光ダイオードの発光期間を制御するスポーク信号ＳＰＯＫＥをタイミングコントロール装置６０へ出力する。このとき、消灯信号ＬＡＭＰ−ＥＮはオフである。タイミングコントロール装置６０は、スポーク信号の立ち上がりに同期して、駆動信号Ｒ−ＥＮを生成する。次のスポーク信号の立ち上がりに同期して、駆動信号Ｒ−ＥＮのパルスが立ち下がる。駆動信号Ｒ−ＥＮに同期して、ＤＭＤコントロール装置７０からは、Ｒの画像データに対応するＤＭＤ制御信号Ｓ４がＤＭＤ３０に供給される。この間、投射レンズ４０からＲの画像がスクリーン上に投射される。

駆動信号Ｒ−ＥＮのパルスが立下ると同時に、スポーク信号の立ち上がりに同期して駆動信号Ｇ−ＥＮのパルスが立ち上がる。同様に、このパルス幅は、次のスポーク信号まで続く。この間、Ｇの画像データに対応するＤＭＤ制御信号Ｓ４がＤＭＤ３０に供給される。これにより、ＤＭＤ３０に発光ダイオード１４の緑の光が照射されているときに、ＤＭＤがＧの画像データによって制御される。

駆動信号Ｇ−ＥＮのパルスが立ち下がると同時に、駆動信号Ｂ−ＥＮのパルスが立ち上がり、このパルスの期間、Ｂの画像データに対応するＤＭＤ制御信号Ｓ４がＤＭＤ３０に供給される。

発光ダイオード１２、１４、１６は、駆動信号のパルス期間に応答してシーケンシャルに点灯し、その光は、集光レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、合成プリズム１８、反射ミラー２０、２２を経由してＤＭＤ３０を照射し、その反射光が投影レンズ４０へ入射される。こうして、Ｒ、Ｇ、Ｂの画像を順次映し出すことでカラー画像の投射が行われる。

図５は、一例として、画像データＤｉｎと、Ｒ画像、Ｇ画像、Ｂ画像の関係を示している。図６は、ＲＧＢの発光パターンが選択されたときに、投射レンズ４０から投射されるＲ画像、Ｇ画像、Ｂ画像を示している。

図７は、ＲＧＷＢの発光パターンが選択されたときに、投射レンズ４０から投射されるＲ画像、Ｇ画像、Ｂ画像を示している。Ｗ（白色）の投射期間、つまり、駆動信号Ｒ−ＥＮ、Ｇ−ＥＮ、Ｂ−ＥＮのすべてのパルスが重複するとき、発光ダイオード１２、１４、１６がすべて点灯され、それらのＲ、Ｇ、Ｂの光は、レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３を介して合成プリズム１８で合成され、ＤＭＤ３０を照射する。このとき、ＤＭＤ３０は、ＤＭＤ制御信号Ｓ４によりすべてのミラー素子がオン状態とされ、ＤＭＤ３０を照射した白色光は反射されて投影レンズ４０に入射される。これにより明るい投射画像を得ることができる。

このように本実施例によれば、ユーザから選択された投射モードに応じて、発光ダイオードの発光パターンまたは発光シーケンスを自動的に可変することができ、ユーザが所望する画像を得ることができる。また、従来のように、カラーフィルターを配列したカラーホイールを切り替える必要がないため、プロジェクタの構成を簡易にすることができる。

本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

上記実施例では、半導体発光素子として発光ダイオードを用いたが、これ以外にも、半導体レーザダイオードを用いることも可能である。さらに、発光ダイオード等の素子は、Ｒ、Ｇ、Ｂの素子を単体で用いるものに限らず、アレイ状に配列したＲ、Ｇ、Ｂの発光ダイオードとしてもよい。

投射モードは、上記実施例に限定されるものではない。また、Ｒ，Ｇ、Ｂの発光ダイオードの比率や駆動期間は、適宜設計事項に応じて変更が可能である。さらに、上記実施例では、投射モードに応じた発光パターンを予め内部メモリに記憶する例を示したが、必ずしも発光パターンを記憶する必要はない。投射モードに応じて発光パターンを生成するような処理回路を用いても良い。

さらに上記実施例では、光源からの光を合成プリズム、レンズ、ミラー等の光学部材を用いてＤＭＤに照射するようにしたが、これに限定されるものではなく、適宜変更することが可能である。

本発明に係るプロジェクタは、映像や画像を投射する投射画像装置として利用することができ、例えば、前面投射型プロジェクタや背面投射型プロジェクタなどに利用することができる。

本発明の実施例に係るプロジェクタの構成を示すブロック図である。 投射モードと発光パターンの関係を示す表である。 各シーケンス時の発光ダイオードの発光パターンを説明する図である。 プロジェクタの動作を説明するタイムチャートである。 画像データと、Ｒ画像、Ｇ画像、Ｂ画像との関係を示す図である。 ＲＧＢの発光パターンのときの投射画像を説明する図である。 ＲＧＷＢの発光パターンのときの投射画像を説明する図である。 従来のプロジェクタの構成を示す図である。 従来のカラーホイールの切替機構を示す図である。

符号の説明

１０：光源 １２：発光ダイオード（Ｒ）
１４：発光ダイオード（Ｇ） １６：発光ダイオード（Ｂ）
２０、２２：ミラー ３０：ＤＭＤ
４０：投射レンズ ５０：ＬＥＤ駆動装置
６０：タイミングコントロール装置 ７０：ＤＭＤコントロール装置
８０：クロック発生器 ９０：インターフェース
１００：ＣＰＵ １１０：インデックスタイミング発生器

Claims (9)

1. 複数の半導体発光素子を含む光源と、
   前記光源から出力された光を変調する変調手段と、
   変調された光を投射する投射手段と、
   投射モードを選択する選択手段と、
   選択された投射モードに応じて複数の半導体発光素子の駆動タイミングを制御する駆動制御手段と、
   を有するプロジェクタ。
2. プロジェクタはさらに、投射モードに対応する発光パターンを記憶する記憶手段を含み、前記駆動制御手段は、記憶手段の発光パターンに基づき複数の半導体発光素子の駆動タイミングを制御する、請求項１に記載のプロジェクタ。
3. 前記複数の半導体発光素子は、赤、青、緑を発光する発光素子を含み、前記駆動制御手段は、赤、青、緑の発光素子の発光時間を個別に制御する、請求項１または２に記載のプロジェクタ。
4. 赤、青、緑の発光素子の発光時間は、発光パターンに基づき制御される、請求項１ないし３いずれか１つに記載のプロジェクタ。
5. 発光パターンは、赤、緑、青の発光を１周期に含む第１の発光パターン、赤、緑、青、白を１周期に含む第２の発光パターン、および赤、緑、青の複数を１周期に含む第３の発光パターンを有する、請求項３または４に記載のプロジェクタ。
6. 投射モードは、少なくとも明るさを重視したモードと色合いを重視したモードを含み、明るさを重視したモードのとき、第２の発光パターンが選択され、色合いを重視したモードのとき、第１または第３の発光パターンが選択される、請求項３ないし５いずれか１つに記載のプロジェクタ。
7. 駆動制御手段は、半導体発光素子の駆動に同期して変調手段の変調を制御する、請求項１に記載のプロジェクタ。
8. 光源は、複数の半導体発光素子からの光を入射し、所定の方向へ出射する合成プリズムを含む、請求項１に記載のプロジェクタ。
9. 選択手段は、ユーザによる投射モードの操作入力を含む、請求項１に記載のプロジェクタ。

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