JP2006106240A - 回転速度検出回路及び該回路を用いた投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転速度検出回路の反射型フォトインタラプタの性能や、入射する外来光の量等に関わらず、回転型カラーホイールの回転速度検出回路の出力を得ることができるようにする。
【解決手段】回転型カラーホイール１２の回転は、回転速度検出回路１９の反射型フォトインタラプタ１９ａで検出される。コンパレータ１９ｂは、反射型フォトインタラプタ１９ａのアナログ出力を、基準信号を用いてデジタル信号に変換する。ここでコンパレータ１９ａの基準信号を、反射型フォトインタラプタ１９ａの出力パルスをローパスフィルタ１９ｃにて平滑化した信号とする。これによりコンパレータ１９ｂの基準信号は、反射型フォトインタラプタ１９ａの出力パルスが外来光によって大きく変動した場合でもその変動に追従する。その結果、外来光の量、または反射型フォトインタラプタの性能に関わらず、回転速度検出回路１９の出力を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転速度検出回路及び該回路を用いた投射型表示装置、より詳細には、回転型カラーホイールを使用したＤＬＰプロジェクタなどの投射型表示装置に適用され、その回転型カラーホイールの回転速度を検出して制御に用いるための回転速度検出回路と、該回転速度検出回路を備えた投射型表示装置に関する。

回転型カラーホイールを使用した映像表示機器が普及している。例えば、ＤＬＰ（Digital Light Processing）素子を用いて画像を投射する投射型表示装置であるＤＬＰプロジェクタに、回転型カラーホイールが使用されている。
図３は、ＤＬＰ素子を用いたＤＬＰプロジェクタの一般的な光学系の構成例を示す図で、図中、１０はＤＬＰプロジェクタ、１１はランプ、１２は回転型カラーホイール、１３はロッドレンズ、１４はプリズム、１５はＤＬＰ素子、１６は投射レンズ、１７は映像処理回路、１８はＤＬＰ駆動回路、１９は回転速度検出回路、１９ａは反射型フォトインタラプタ、１９ｂはコンパレータである。

ＤＬＰ素子１５を用いたＤＬＰプロジェクタ１０は、光源となるランプ１１、該ランプ１１からの光をＲＧＢの３原色に時分割する回転型カラーホイール１２、回転型カラーホイール１２から出射した光をプリズム１４の反射面に収束させるロッドレンズ１３、ロッドレンズ１３からの光をＤＬＰ素子１５に反射させるプリズム１４、ＤＬＰ素子１５による反射光をスクリーン等の被投射面に投射する投射レンズ１６とを有している。

ＤＬＰ素子１５は、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を利用した素子であり、ピクセルを構成する微小なマイクロミラーを多数（例えば数十万枚）ワンチップに集積し、個々のマイクロミラーを制御して光の反射方向を切り替える。そしてこのときに、マイクロミラーを１秒間に数千回の速度で動作させることによって画像を描く。
また、ＤＬＰプロジェクタ１０は、入力された映像信号を処理する映像処理回路１７と、その映像処置回路１７で処理された映像信号に従ってＤＬＰ素子１５の各マイクロミラーを駆動するＤＬＰ駆動回路１８とを有している。

図４は、回転型カラーホイールの構成例を示す図である。回転型カラーホール１２は、ＤＬＰ素子１５に対して３原色に時分割した光を入射させるために使用されるもので、ランプ１１からの白色光を色分離するための扇型のＲ，Ｇ，Ｂの色分離フィルタによるセグメント１２ｒ，１２ｇ，１２ｂを円盤上に順次配置してなり、これを回転させることにより、入射する光源光を時分割でＲ，Ｇ，Ｂに色分離してそれぞれの単色光を順次ＤＬＰ素子１５の表示領域前面に入射させるものである。例えば、フィールドで構成される映像を表示する場合、１枚の画像を表示するにはそれぞれの単色の画像を回転型カラーホイール１２と同期させ、順次Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｒ，Ｇ，Ｂ・・といったように表示していくことで映像表示が実現される。また、回転型カラーホイールの他の例として、Ｒ，Ｇ，Ｂの三つのセグメントに加えて可視光を全て透過させる白色フィルタを配置することにより、輝度を向上させるようにしたものもある。

ＤＬＰプロジェクタ１０は、さらに回転型カラーホイール１２の回転速度を検出する回転速度検出回路１９を有している。回転速度検出回路１９は、反射型フォトインタラプタ１９ａとコンパレータ１９ｂとを有して構成されている。この回転速度検出回路１９の出力は、回転型カラーホイール１２の回転速度に同期したデジタル信号であり、このデジタル信号がＤＬＰプロジェクタの図示しないマイコンに入力される。マイコンは、映像信号に応じて回転型カラーホイールの回転を制御する。

反射型フォトインタラプタ１９ａは、赤外線を発光し、外部に設置された鏡面などの反射面によって反射された赤外線を受光することにより電流が流れる部品である。例えば、反射面に黒色と白色の領域を設定したとき、反射型フォトインタラプタ１９ａが発光した赤外線が黒色の領域で反射したときは、多くの赤外線のエネルギーが黒色領域に吸収され、また白色の領域で反射したときは多くのエネルギーが白色領域で反射される。そして反射された光エネルギーにより、反射型フォトインタラプタ１９ａのフォトトランジスタが動作して電流を流す。

上記のような反射型フォトインタラプタ１９ａによって、回転型カラーホイール１２の回転を検出するために、回転型カラーホイール１２の軸部端面には、軸部の回転方向に、高反射領域と無反射領域とが設けられている。例えば、高反射領域は、軸部端面の周方向３１５°の領域に設けられ、無反射領域は、残りの４５°の領域に設けられる。そして回転型カラーホイール１２が回転することによって、反射型フォトインタラプタ１９ａの電流の変化が生じ、回転速度に同期したパルスが出力される。

反射型フォトインタラプタ１９ａによって出力されたパルスはアナログ信号であるため、回転速度検出回路１９は、反射型フォトインタラプタ１９ａから出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するためのコンパレータ１９ｂを有している。コンパレータ１９ｂの入力は、反射型フォトインタラプタ１９ａからの出力信号とコンパレータの基準信号であって、基準信号は一定電圧の信号である。そして、コンパレータ１９ｂの出力が回転速度検出回路１９の出力となる。

例えば、特許文献１には、回転型カラーホイールのセグメント角度を１２０°に設定し、カラーホイールの回転速度を映像信号の垂直同期周波数Ｆｉｎの略２倍以上に制御し、ランプの駆動電流の周波数がカラーホイールの回転速度の略３／４倍であり、少なくとも、映像信号の垂直同期信号の周波数Ｆｉｎが所定値以上の場合には、長いブランキング期間と短いブランキング期間とを交互に発生し、ランプ電源回路は長いブランキング期間中に駆動電流の極性を切り替えるようにした投射型表示装置が開示されている。ここでは、長いブランキング期間中にランプの極性を切り替えるので、切り替えに伴いランプが出射する光の強度が変動しても、その変動がブランキング期間中に起こることになるので、光の強度の変動によるフリッカ及び諧調の不連続を低下させることができる。
特開２００３−１６９３４６号公報

回転型カラーホイール１２の速度を検出する場合、回転型カラーホイール１２の回転に同期した回転速度検出回路１９の出力、即ちコンパレータ１９ｂの出力を得るためには、コンパレータ１９ｂの基準信号が反射型フォトインタラプタ１９ａの出力であるパルスのＨｉ部分とＬｏｗ部分の間にある、という関係でなければならない。

このとき、上記のように反射型フォトインタラプタ１９ａは、自身が発光した赤外線の反射光を受光することにより電流を流しているが、外来光がある場合、その外来光にも反応して電流が生じてしまう。電流の生じる量は、反射型フォトインタラプタ１９ａの性能、及び外来光の量によって異なる。

外来光が反射型フォトインタラプタ１９ａで受光された結果、反射型フォトインタラプタ１９ａでは、回転型カラーホイール１２の軸部端面の無反射領域に赤外線が照射されているときでも電流が流れてしまい、全体的に電流が多くなり、反射型フォトインタラプタ１９ａの出力パルスが大きく変動する。ここでコンパレータ１９ｂの基準信号は一定電圧であるため、反射型フォトインタラプタ１９ａの出力パルスとコンパレータ１９ｂの基準信号の関係が崩れることになり、回転速度検出回路１９の出力（回転型カラーホイール１２の回転に同期したデジタル信号）を得ることができなくなる。

なお、外来光とは主にランプ光であり、ランプ光を遮光するため遮光板などを使用して、反射型フォトインタラプタ１９ａに入射するランプ光を遮光するように考慮されているが、このような構成はコスト、及び手間がかかり、また完全に遮光することが難しいのが現状である。

また、上記特許文献１では、回転型カラーホイールを用いた投射型表示装置において、光の強度の変動によるフリッカ及び諧調の不連続を低下させる構成が開示されているものの、外来光等の外乱の影響があっても回転型カラーホイールの回転速度を安定して検出できるようにした構成は開示されていない。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、回転型カラーホイールの回転速度を検出する回転速度検出回路の反射型フォトインタラプタに入射する外来光の量や、その反射型フォトインタラプタの性能に関わらず、回転型カラーホイールの速度検出回路の出力を得ることができるようにした、回転型カラーホイールの回転速度検出回路及び該回路を有する投射型表示装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、第１の技術手段は、光源光を色分離するために用いる回転型カラーホイールの回転速度を検出する回転速度検出回路であって、回転型カラーホイールの回転を検出し、回転型カラーホイールの回転に同期したアナログ信号を出力する反射型フォトインタラプタと、反射型フォトインタラプタの出力を用いてデジタル信号を生成するコンパレータとを有し、コンパレータの出力を回転速度検出回路の出力とする回転速度検出回路において、回転速度検出回路は、反射型フォトインタラプタが出力したアナログ信号を平滑化するローパスフィルタを有し、コンパレータは、ローパスフィルタからの出力を基準信号とし、反射型フォトインタラプタからの出力信号と基準信号とを入力として、回転型カラーホイールの回転に同期したデジタル信号を出力することを特徴としたものである。

第２の技術手段は、第１の回転速度検出回路と、回転速度検出回路によって回転速度を検出する回転型カラーホイールと、回転型カラーホイールの出射光を用いて映像を投射する投射光学系とを有する投射型表示装置であって、回転速度検出回路の検出結果を用いて、投射映像を制御して品位を向上させるようにしたことを特徴としたものである。

第３の技術手段は、第２の技術手段において、投射映像の品位の向上は、回転速度の検出回路の検出結果を用いて、回転型カラーホイールの回転の制御、及び回転型カラーホイールが有する色セグメントと入力映像信号の時分割映像信号との位相調整を行うことにより実行することを特徴としたものである。

第４の技術手段は、第２または第３の技術手段において、投射型表示装置は、回転型カラーホイールで色分離する光源光を生成する光源と、回転型カラーホイールで色分離された光を映像信号に応じて反射制御するＤＬＰ素子とを有し、ＤＬＰ素子で反射した光を投射光学系により投射するＤＬＰプロジェクタとして構成されていることを特徴としたものである。

本発明によれば、回転型カラーホイールの回転速度を検出する回転速度検出回路の反射型フォトインタラプタに入射する外来光の量や、その反射型フォトインタラプタの性能に関わらず、回転型カラーホイールの速度検出回路の出力を得ることができるようにした、回転型カラーホイールの回転速度検出回路及び該回路を有する投射型表示装置を提供することができる。
ここでは、外来光によって反射型フォトインタラプタの出力が変動しても、コンパレータの基準信号が反射型フォトインタラプタの出力パルスに追従するため、反射型フォトインタラプタの出力とコンパレータの基準信号の関係が崩れることはなく、これより、回転型カラーホイールの回転速度に同期したデジタル信号を、信頼性をもって安定して得ることができるようになる。

上述のように、反射型フォトインタラプタとコンパレータとを有する速度検出回路によって回転型カラーホイールの回転速度を検出する際に、外来光によって速度検出回路の出力が得られなくなる原因は、コンパレータの基準信号が反射型フォトインタラプタの出力変動に追従せず一定電圧であることにある。

そこで本発明では、コンパレータの基準信号を反射型フォトインタラプタの出力に追従する信号、即ち反射型フォトインタラプタの出力を基準信号とする。ただし、反射型フォトインタラプタの出力信号をそのまま基準信号とするだけでは、同じ信号がコンパレータに入力されるだけで、コンパレータは何も出力しない。コンパレータがデジタル信号を出力するためには、基準信号が反射型フォトインタラプタの出力パルスのＨｉ部分とＬｏｗ部分の間にあればいい。反射型フォトインタラプタの出力はパルスであるため、ローパスフィルタを用いて平滑化した信号を基準信号とすることにより、基準信号を反射型フォトインタラプタの出力パルスのＨｉ部分とＬｏｗ部分の間のレベルにすることができる。

これにより、外来光により反射型フォトインタラプタの出力が変動した場合でも、コンパレータの基準信号はそれに追従して変動するため、反射型フォトインタラプタの出力とコンパレータの基準信号との関係が崩れることなく、回転型カラーホイールの速度検出回路の出力を得ることができる。

本発明の実施の形態を添付された図面を参照しながら更に具体的に説明する。
図１は、回転型カラーホイールの回転速度検出回路の実施形態を説明するためのブロック図である。本実施形態に関わる回転速度検出回路１９は、上述した図３に示すごとくのＤＬＰプロジェクタ１０に適用することができる。

図１において、反射型フォトインタラプタ１９ａは、自身が発光した赤外線を回転型カラーホイール１２に照射し、その反射光を受光することにより回転型カラーホイール１２の回転に同期したパルス（アナログ信号）Ｓ１を発生し、コンパレータ１９ｂとローパスフィルタ１９ｃとにそれぞれ出力する。

コンパレータ１９ｂは、反射型フォトインタラプタ１９ａから出力されたパルスＳ１をデジタル信号に変換するために使用される。
コンパレータ１９ｂに入力する信号は、反射型フォトインタラプタ１９ａから出力されたパルスＳ１と、同じ出力パルスＳ１をローパスフィルタ１９ｃによって平滑化したパルス（基準信号）Ｓ２の二つである。そして、コンパレータ１９ｂでは、二つの入力パルスＳ１，Ｓ２を比較し、それらの電圧の大小に応じたパルス（デジタル信号）Ｓ３を出力する。このデジタル信号は、回転型カラーホイール１２の回転に同期したパルスであって、回転型カラーホイール１２の回転情報としてＤＬＰプロジェクタ１０の図示しないマイコンに入力される。

回転速度検出回路１９の検出信号は、回転型カラーホイール１２の速度制御に用いられ、また回転型カラーホイール１２の色セグメントと時分割された入力映像信号の色情報との位相調整に使用する。

回転型カラーホイール１２の速度制御に関して、回転型カラーホイール１２の速度は、入力映像信号の垂直同期周波数の定倍（例えば２倍）に同期した速度になっている。この回転型カラーホイール１２の速度は、図示しないモータードライバによって制御している。モータードライバは、入力映像信号の垂直同期周波数を基準に、回転速度検出回路１９の検出信号をフィードバックさせて、回転型カラーホイールの速度制御を行っている。

また、色セグメントと時分割された入力映像信号の色情報との位相調整に関して、回転型カラーホイール１２の色セグメント角度，順序，速度情報が入力されたマイコンは、入力映像信号を回転型カラーホイール１２の色セグメント角度，順序，速度情報に沿った時分割映像信号にする。しかし回転型カラーホイール１２の色セグメントと時分割映像信号の色信号の位相調整については、回転型カラーホイールの回転位置情報が必要であり、上記の情報を入力されたマイコンでは位相の同期を取ることはできない。回転速度検出回路の検出信号は回転型カラーホイールの回転位置情報でもあるため、この検出信号を基準として回転型カラーホイールの色セグメントと時分割映像信号の色情報の位相を調整する。

こうして、回転型カラーホイールの回転を検出する回転速度検出回路の検出結果を用いて、映像品位を制御し、向上させるようにしている。

図２は、回転速度検出回路のコンパレータに入力される信号と、コンパレータから出力される信号の波形の一例を示す図で、コンパレータに入力される信号例を図２（Ａ）に、コンパレータから出力される信号例を図２（Ｂ）に示すものである。
上述のように、コンパレータ１９ｂには、回転型カラーホイール１２の回転に同期して反射型フォトインタラプタ１９ａから出力されるパルス（アナログ信号）Ｓ１と、そのパルスＳ１をローパスフィルタ１９ｃで平滑化したパルス（基準信号）Ｓ２とが入力される。

コンパレータ１９ｂが、回転型カラーホイール１２の回転に同期したデジタル信号を出力するためには、基準信号であるパルスＳ２のレベルが、回転型カラーホイール１２の回転に同期したパルスＳ１のＨｉ部分とＬｏｗ部分の間にあることが必要となる。基準信号が上記パルスＳ１のＨｉ部分とＬｏｗ部分から外れてしまうと、コンパレータ１９ｂでコンパイルしても回転に同期したデジタル信号を出力することができない。

本実施形態では、図２（Ａ）に示すように、基準信号となるパルスＳ２は、反射型フォトインタラプタ１９ａから出力されたアナログ信号のパルスＳ１を平滑化することにより生成しているため、基準信号であるパルスＳ２のレベルが、上記パルスＳ１のＨｉ部分とＬｏｗ部分の間に必ず入ることになり、図２（Ｂ）に示すように、コンパレータの出力パルスＳ３は、回転型カラーホイール１２の回転に同期したデジタル信号となる。

上述のように、反射型フォトインタラプタ１９ａとコンパレータ１９ｂとによって回転型カラーホイール１２の回転速度を検出する際に、外来光によってコンパレータ１９ｂの出力が得られなくなる原因は、コンパレータ１９ｂの基準信号が反射型フォトインタラプタ１９ａの出力変動に追従せず一定電圧であることにある。これに対して本実施形態では、コンパレータ１９ｂの基準信号を反射型フォトインタラプタ１９ａの出力に追従する信号、即ち反射型フォトインタラプタ１９ａの出力を、ローパスフィルタ１９ｃを用いて平滑化した信号を基準信号とすることにより、基準信号を反射型フォトインタラプタ１９ａの出力パルスのＨｉ部分とＬｏｗ部分の間のレベルにすることができる。

これにより、外来光により反射型フォトインタラプタ１９ａの出力が変動した場合でも、コンパレータ１９ｂの基準信号はそれに追従して変動するため、反射型フォトインタラプタ１９ａの出力とコンパレータ１９ｂの基準信号の関係が崩れることなく、回転型カラーホイール１２の速度検出回路の出力を得ることができる。

なお、本発明の実施形態を上述して説明したが、本発明の技術的範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内において適宜変更が可能であることはいうまでもない。

回転型カラーホイールの回転速度検出回路の実施形態を説明するためのブロック図である。 回転速度検出回路のコンパレータに入力される信号と、コンパレータから出力される信号の波形の一例を示す図である。 ＤＬＰ素子を用いたＤＬＰプロジェクタの一般的な光学系の構成例を示す図である。 回転型カラーホイールの構成例を示す図である。

符号の説明

１…ＤＬＰ素子、１０…ＤＬＰプロジェクタ、１１…ランプ、１２…回転型カラーホイール、１２ｒ，１２ｇ，１２ｂ…セグメント、１３…ロッドレンズ、１４…プリズム、１５…ＤＬＰ素子、１６…投射レンズ、１７…映像処理回路、１８…ＤＬＰ駆動回路、１９…回転速度検出回路、１９ａ…反射型フォトインタラプタ、１９ｂ…コンパレータ、１９ｃ…ローパスフィルタ。

Claims (4)

1. 光源光を色分離するために用いる回転型カラーホイールの回転速度を検出する回転速度検出回路であって、前記回転型カラーホイールの回転を検出し、該回転型カラーホイールの回転に同期したアナログ信号を出力する反射型フォトインタラプタと、該反射型フォトインタラプタの出力を用いてデジタル信号を生成するコンパレータとを有し、該コンパレータの出力を該回転速度検出回路の出力とする回転速度検出回路において、該回転速度検出回路は、前記反射型フォトインタラプタが出力したアナログ信号を平滑化するローパスフィルタを有し、前記コンパレータは、前記ローパスフィルタからの出力を基準信号とし、前記反射型フォトインタラプタからの出力信号と前記基準信号とを入力として、前記回転型カラーホイールの回転に同期したデジタル信号を出力することを特徴とする回転速度検出回路。
2. 請求項1に記載の回転速度検出回路と、該回転速度検出回路によって回転速度を検出する前記回転型カラーホイールと、該回転型カラーホイールの出射光を用いて映像を投射する投射光学系とを有する投射型表示装置であって、前記回転速度検出回路の検出結果を用いて、投射映像を制御して品位を向上させるようにしたことを特徴とする投射型表示装置。
3. 請求項２に記載の投射型表示装置において、前記投射映像の品位の向上は、前記回転速度の検出回路の検出結果を用いて、前記回転型カラーホイールの回転の制御、及び前記回転型カラーホイールが有する色セグメントと入力映像信号の時分割映像信号との位相調整を行うことにより実行することを特徴とする投射型表示装置。
4. 請求項２または３の投射型表示装置において、該投射型表示装置は、前記回転型カラーホイールで色分離する光源光を生成する光源と、該回転型カラーホイールで色分離された光を映像信号に応じて反射制御するＤＬＰ素子とを有し、該ＤＬＰ素子で反射した光を前記投射光学系により投射するＤＬＰプロジェクタとして構成されていることを特徴とする投射型表示装置。

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