JP2006259654A - プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、プロジェクタ、家庭用リアプロジェクションテレビ等に関するものであり新たにＮＤフィルタを付加することなく、光源を制御することによって、投影画像の階調を改善することを目的としている。
【解決手段】本発明は、請求項１に記載するように、交流で駆動されるランプを含む光源と、このランプを制御するランプ駆動回路と、前記光源から発生する光を、移動する複数のカラーフィルタによって受光し、赤、青、緑の光を時系列に出力するカラーホイール装置と、このカラーホイール装置からの出力光を投影画像に変調する画像形成装置と、この画像形成部品からの出力光を拡大投影する投影レンズとを有するプロジェクタにおいて、
前記各色の光の出力期間内に、前記ランプの交流切替えが１サイクル以上含まれる周波数で前記ランプを駆動することを特徴としている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、投影形の高精細度テレビジョン（ＨＤＴＶ）システムやビデオプロジェクタ等に使用される投影形の画像表示装置に関し、例えばリアプロジェクションテレビに関する。

本件発明者は、先に、特願２００１−７１９３７号に示される画像表示装置を発明した。この画像表示装置は、白色光源と、白色光源からの光線を２次光源として集光する集光ミラーと、２次光源の位置に配置され、白色光を時間的に光の３原色に分解するカラーフィルタと、コンデンサレンズと、第１及び第２の折り返しミラーと、２次元に配列された各ピクセルの微小ミラーの傾きを変化させることにより反射光の角度を変化させてオン／オフ状態を作る反射表示手段と、この反射表示手段によって表された画像をスクリーンに拡大して投影する投影レンズとを備えるものである。

図６は、上記従来技術の構造図であり、２２０は白色光源（ランプ）のアーク（発光点）、２２１は集光ミラーとしての楕円ミラー、２２２は輪帯部分が光の三原色（赤、緑、青）に分割された回転可能なカラーフィルタ、２２３は光学部品であるライトトンネル、２２４はコンデンサレンズ、２２５は折り返しミラーとしての平面ミラー、２２６は第２の折り返しミラーとしての球面ミラー、２２７は後述する反射表示手段としてのＤＭＤ（ディジタルマイクロミラーデバイス）、２２８はフィールドレンズ、２２９は投影レンズである。

ここで、ＤＭＤ２２７は、「光学」（ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．６，ｐ．３１３〜３１４，１９９６年）に記載されているように、２次元的に配列した各ピクセルが微小なミラーから構成され、各ピクセルごとにその直下に配置されたメモリー素子による静電界作用によって上記微小ミラーの傾きを制御し、反射光の反射角度を変化させることによってオン／オフ状態を作る反射形表示素子である。そして、ピクセルがオフの状態では、当該ピクセルの微小ミラーによる反射光が投影レンズに入射せず、ピクセルがオンの状態では、当該ピクセルの微小ミラーによる反射光が投影レンズ２９に入射してスクリーンに画像を形成するように光学系部品を配置する必要がある。なお、各ピクセルの微小ミラーのオン時の傾き角は、ＤＭＤ２２７の光線の入射面に対して１０から１２度程度と決められている。

特開２００３−１６２００１ 特開２００３−１６９３４６

従来、プロジェクタ装置では、高圧水銀灯からなる放電ランプと、カラーホイール装置を用いているが、例えば、緑色の出力光による投影画像において、暗い緑の再現性が悪かった。
この対策として、通常の緑の光を出力するフィルタに加えて、濃い緑色を出力するためのＮＤ（ニュートラルデンシティー）フィルタを追加することが考えられ、光の出力を下げることにより、電気的には分解能ビット数を増加させて、階調を表現できるようにされている。

しかしながら、このように新たにフィルタを追加する場合、通常の緑の光を出力するフィルタとの光の透過率比を正確に調整する工程が必要となる。
また、ＮＤフィルタを用いることによって、投影画像の全体光量が減少するという問題があり、またコストが高くなる。

本発明は、プロジェクタにおいて、新たにＮＤフィルタを付加することなく、光源を制御することによって、投影画像の階調を改善することを目的としている。
尚、上記、特許文献１、及び２には、カラーホイール装置とランプとの制御について記載されているが、本発明は、これらの特許文献に記載された光源の駆動周波数より高い周波数で駆動することで、上記問題点を解決するものである。

上記課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載するように、交流で駆動されるランプと、このランプを制御するランプ駆動回路と、前記ランプから発生する光を、移動する複数のカラーフィルタによって受光し、赤、青、緑の光を時系列に出力するカラーホイール装置と、このカラーホイール装置からの出力光を投影画像に変調する画像形成装置と、この画像形成部品からの出力光を拡大投影する投影レンズとを有するプロジェクタにおいて、
前記各色の光の出力期間内に、前記ランプの交流切替えが１サイクル以上含まれる周波数で前記ランプを駆動することを特徴としている。

更に、請求項２項から３項に記載するように、前記ランプ駆動回路は、所定の色の光の出力期間内に、光量を変更する駆動電流調節手段を有することを特徴とし、また、
前記カラーホイール装置の駆動時におけるスポーク時間に、前記ランプの交流切替えが半サイクル以上含まれる周波数で前記ランプを駆動することを特徴としている。

本発明の装置は、交流光源の駆動周波数を高く設定することによって、このデューティー比を各カラーフィルタの動作期間と対応（同じ程度に）できるため、カラーホイール装置に新たなるフィルタを付加することなく、投影画像の階調を改善することが可能となる。
更に、駆動電流を調節可能とすることによって、先のデューティー比を各カラーフィルタの動作期間と対応（同じ程度に）した場合、ランプの電極磨耗のバランスが取れるため、容易に光源の長寿命化を図ることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
尚、以下に記載する要素部品以外のプロジェクタの要素部品は、先に従来技術として示した要素部品と同様である。
図１は本発明の第１の実施の形態に係るランプ駆動回路１の構成を示すブロック図である。
ランプ駆動回路１は、交流電源１０と、交流電源１０の交流電圧を直流電圧に整流する整流回路２０と、放電ランプ９０へ安定的な電力を供給する電力供給回路３０と、放電ランプ９０を駆動する駆動回路４０と、電力供給回路３０の電力供給を制御するＰＷＭ制御回路５０と、放電ランプのアーク異常を検出するアーク異常検出部６０と、駆動回路４０等の各部を制御する制御部７０とを含む。
ランプ駆動回路は、さらに電力供給回路３０と駆動回路４０との間の電源供給ライン間に介在されたランプ電圧検出回路８０と、一方の電源供給ラインに接続されたランプ電流検出回路８２とを含む。
ランプ電圧検出回路８０は放電ランプ９０の動作電圧を検出し、その検出した出力をＰＷＭ制御回路５０及び制御部７０にそれぞれ供給し、一方
ランプ電流検出回路８２は放電ランプ９０の動作電流を検出し、その検出した出力をＰＷＭ制御回路５０及び制御部７０にそれぞれ供給することによって、電圧と電流が演算され、この演算値によって、ＰＷＭ制御回路５０は制御される。
尚、ＰＷＭ制御回路５０には、パルスの高さを設定する設定回路７３が接続されている。

駆動回路４０は、放電ランプ９０を交流駆動（ＡＣ駆動）するためのＡＣ駆動回路４１と、放電ランプ９０の起動時にランプに高電圧を印加するイグナイタ回路４２とを有する。放電ランプ９０は、例えばキセノンランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプなどである。このようなランプ駆動回路１は、ＤＭＤを用いたプロジェクタに用いられる。

１００は、赤色の光を透過するフィルタ、青色の光を透過するフィルタ、及び緑色の光を透過するフィルタを同心円状に保持・固定したカラーホイール装置、１０１は、このカラーホイール１００を回転駆動するカラーホイール制御回路であり、映像信号処理回路７２と接続されている。
１０２は、前述のカラーフィルタの回転位置を検出する回転位置センサである。この回転位置センサ１０２は、制御部７０に接続され、フィルタの位置信号を、映像信号処理回路７２の映像信号と同期させて、制御部７０に供給している。

図２は図１に示すランプ駆動回路の構成を示す図である。電力供給回路３０は、ＭＯＳトランジスタ３１、パルストランス３２、ダイオード３３、インダクター（コイル）３４、コンデンサ３５を含む。ＭＯＳトランジスタ３１のゲートはパルストランス３２の二次側コイルに接続され、その一次側コイルはＰＷＭ制御回路５０のＰＷＭ出力信号５１に接続される。ＰＷＭ出力信号５１から出力されるパルス信号に応答してＭＯＳトランジスタ３１のオン・オフが制御され、直流電圧の降圧が行われる。インダクター３４及びコンデンサ３５は、変圧された直流電圧から脈動する成分を取り除き平滑化された直流電圧を供給する。

電力供給回路３０の電源供給ライン間にランプ電圧検出回路８０が接続される。ランプ電圧検出回路８０は、ライン間に直列に接続された抵抗Ｒ２、Ｒ３と、抵抗Ｒ３に並列に接続されたコンデンサとを含む。抵抗Ｒ２とＲ３との接続ノードはＰＷＭ制御回路５０および制御部７０へ供給される。

ランプ電流検出回路８２は、電力供給回路３０からの一方の電源供給ラインに直列接続されたランプ電流検出用の抵抗Ｒ１を含む。抵抗Ｒ１の出力は、ＰＷＭ制御回路５０および制御部７０へ供給される。

ＰＷＭ制御回路５０は、スイッチＳＷ１を閉じることによって動作を開始し、スイッチＳＷ１は制御部７０から出力される制御信号７１によって制御される。ＰＷＭ制御回路５０は、ランプ電圧検出回路８０の出力およびランプ電流検出回路８２の出力を入力し、これらの出力からランプ電力を演算し、放電ランプ９０の動作に必要な電力が安定的に供給されるように電力供給回路３０を制御する。

ＡＣ駆動回路４１は、電源供給ラインを介して電力供給回路３０に接続され、直流電圧を交流電圧に変換するためのＣＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２とＱ３、Ｑ４とを有する。ＣＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２と、ＣＭＯＳトランジスタＱ３、Ｑ４により一対のＣＭＯＳインバータを構成し、それらのゲート電極は制御部７０からの駆動信号７４を介して相補的に駆動される。
従って、トランジスタＱ１、Ｑ４がオンするときトランジスタＱ２、Ｑ３がオフであり、反対にトランジスタＱ２、Ｑ３がオンするとき、トランジスタＱ１、Ｑ４がオフである。こうして電力供給回路３０からの直流電圧は、各インバータによって交流電圧に変換され、放電ランプ９０に印加される。
直流−交流の変換周波数は制御部７０からの駆動信号７４のパルス周波数を可変することによって任意に選択する。

各インバータの出力は、イグナイタ回路４２の電源供給ラインを介して放電ランプ９０に接続される。イグナイタ回路４２は、放電ランプ９０の起動時に放電ランプ９０に高電圧を印加し放電ランプ９０にアーク放電を引き起こす。
ＰＷＭ制御回路５０によって制御された電力供給回路３０は、約２５０ないし３７０ボルトの電圧を電源供給ラインに出力し、この電圧はＡＣ駆動回路４１を介してイグナイタ回路４２に供給される。ＡＣ駆動回路４１の高電位側出力からダイオード１２１を介してコンデンサ１２２に電流が蓄積され、この電圧が一定値を超えるとトリガー素子１２３が導通し、トランス１２４の一次側コイルに電流が流され、これによって二次側コイルに発生された電流がダイオード１２５を介してコンデンサ１２６に充電される。コンデンサ１２６の電圧がバリスタ１２７のしきい値を越えると、トランス１２８の一次側コイルに電流が流れ、これによって二次側コイルに非常に高い十数キロボルトの電圧が発生される。そして、放電ランプ９０の端子間に絶縁破壊が生じ、アーク放電が開始される。

アーク異常検出部６０は、比較回路６１、６２を含む。比較回路６１の一方の入力には、ランプ電圧検出回路８０からの出力電圧が接続され、他方の入力には基準電圧が接続される。比較回路６２の一方の入力には、ランプ電流検出回路８２からの出力が接続され、他方の入力には基準電圧が接続される。比較回路６１、６２の出力は制御部７０へ入力される。

比較回路６１は、ランプ電圧検出回路８０からの出力電圧を基準電圧と比較し、放電ランプ９０の電極間において発生されるアークジャンプやアークフリッカ等のアーク異常を検出する。アークジャンプやアークフリッカが発生すると、アークは定常の経路から外れた経路で放電するため、それによって放電電圧が変化する。比較回路６１の基準電圧を所定の値に選択することにより、ランプ動作電圧が一定の値よりも大きく変化した場合には、それをアーク異常と判定する。

比較回路６２は、ランプ電流検出回路８２からの出力電圧を基準電圧と比較し、ランプ動作電流の変化が一定の値よりも大きい場合にはアーク異常と判定する。

制御部７０は、スイッチＳＷ１、のオン、オフを制御する制御信号７１と、ＡＣ駆動回路４１の駆動を制御する駆動信号７４とを出力する。
また、制御部７０は、比較回路６１、６２の出力を入力するオア回路を含み、比較回路６１または比較回路６２のいずれか一方からアーク異常を示す検出信号が入力された場合、放電ランプのアーク異常を抑制させる。
更に、カラーホイール装置の回転位置センサ１０２から回転位置信号が入力される。

次に、本実施の形態に係るランプ駆動回路の動作について説明する。
スイッチＳＷ１をオンすることによって、交流電源１０からの交流電圧が整流・平滑化回路２０により直流電圧に変換され、ＰＷＭ制御回路５０からＰＷＭ出力信号５１がパルストランス３２へ出力される。
これによって、ＭＯＳトランジスタ３１のオン・オフが制御され、電力供給回路３０からは約２５０−３７０ボルトの直流電圧が供給される。

ＡＣ駆動回路４１のトランジスタＱ２、Ｑ３は駆動信号７４によりオン状態にされており、イグナイタ回路４２により放電ランプ９０の電極間に１０キロ−２０キロボルトの高電圧が印加され、アーク放電により電流が流れ始まる。

ＰＷＭ制御回路５０は、放電初期時のランプ動作電圧が低いためランプが安全に動作できる電流制御を行い、その後、温度上昇と共にランプ動作電圧が上昇（例えば６５ボルト）した時点で電力（ワット）制御に切り替える。
他方、制御部７０は、駆動信号７４によりＡＣ駆動回路４１のインバータ駆動を開始させ、直流電圧を交流駆動電圧に変換させる。
尚、暗い緑色の階調表現に用いるフィルタ領域を、カラーホイールの中心角Ｘの範囲とし、カラーホイールの回転数をＲ（ｒｐｍ）とすると、光源の駆動周波数は、Ｘ／３６０＊６０／Ｒで表される。
本実施例では、この光源の駆動周波数（インバータの駆動周波数）は、１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚであり、これは、カラーホイール装置の緑色の光を透過するフィルタの動作時間内に１サイクル以上含まれる周波数である。
これによって放電ランプ９０の電極間には、ランプ電流が印加される。
またイグナイタ回路４２は、そのトリガー素子１２３のしきい値電圧を２００ボルト程度としているため、ＡＣ駆動回路４１からの交流駆動電流によって動作しない。

カラーホイール装置の回転と、ＤＭＤの駆動、及び交流光源の駆動回路は、プロジェクタに入力される画像信号に同期して制御される。
放電ランプ９０においては、カラーホイール装置の回転数、及びカラーフィルタの位置が検出され、このカラーフィルタの位置信号に同期してランプの駆動電流は制御される。
本実施例では、緑色の光を出力する期間において、パルスの高さ設定回路７３による、ＰＷＭ制御回路５０からのＰＷＭ出力信号５１を低減することによって、緑色光の光量が調節され、投影画像の暗い緑色の階調が改善される。
尚、ランプ駆動電流の立ち上がり、立ち下がり時間は、１０マイクロセカンド以下に設定するのが好ましい。

図３（１）は、各カラーフィルタの動作領域におけるランプの駆動状態を示している。
緑色光を出力する領域では、ランプは１サイクル含まれ、その他の色の光出力領域では、それより大きなサイクルが含まれる。
図３（２）は、一定期間、緑色領域で、ランプ駆動電流を減少させた状態を示している。このような動作によって、暗い緑色の階調が良好に再現される。

図４（１）には、図３の例よりも、ランプの駆動周波数を上げることによって、緑色光を出力する領域で、ランプの交流切替えが４回（４サイクル）行われる例が示されている。
この場合は、この４サイクルの内、２サイクル分のランプ駆動電流を減少させて、この２サイクルにおいて、暗い緑色の階調と明るい部分の階調が良好に表現される。
図４（２）は、緑色光を出力する領域で、ランプの交流切替えが１サイクルの整数倍でない場合の例が示されている。
このように、非整数倍となる周波数でランプを駆動しても、駆動電流の制御を、各色のフィルタの領域内で制御する場合は、問題なく動作する。

放電ランプ９０に、アークジャンプやアークフリッカ等のアーク異常が発生すると、ランプ動作電圧あるいはランプ動作電流が変動する。
アークフリッカは、比較的早い周期でアーク経路を変動もしくは遷移させるため、それに応じてランプ電圧およびランプ電流の変化の周波数が比較的高い。これに対してアークジャンプは、アークが異なる経路を比較的遅い周期で行き来するため、ランプ電圧およびランプ電流の変化の周波数も比較的低くなる。

ランプ電圧検出回路８０は、放電ランプ９０の電極と並列に接続された関係にあり、ランプ動作電圧が変動すると、抵抗Ｒ２、Ｒ３の接続ノードからの検出電圧が変動する。
比較回路６１の入力Ｖｉｎに、アークジャンプを伴う出力電圧が入力されると、ＲＣ回路によりその脈動（変動）成分が除去された電圧が基準電圧としてコンパレータ６１ａに入力される。
他方、その反転入力端子には脈動成分を有する信号が入力されるため、その比較によりパルス信号が出力電圧Ｖｏｕｔとして出力される。
ランプ電圧検出回路８０の出力から基準電圧を生成することで、ランプの経年変化等による動作電圧の変化（例えば電極の磨耗等により動作電圧が変化する）を考慮し的確にアーク異常の電圧を検出することが可能となる。こうして比較回路６１によって検出されたアーク異常を示す信号が制御部７０へ供給される。

ランプ電流検出回路８２は、放電ランプ９０の一方の電極と直列に接続された電流検出用の抵抗Ｒ１を含む。
ランプ動作電流が変動すると、抵抗Ｒ１の出力電圧が変動される。この出力電圧は、比較回路６２の入力電圧Ｖｉｎとしてコンパレータ６２ａに供給され、上述した比較回路６１と同様の動作が行われる。
こうして比較回路６２によって検出されたアーク異常を示す信号が制御部７０へ出力される。

比較回路６１、６２は必ずしもコンパレータに限られるものではない。例えば、差動増幅器を用いて、アーク異常を検出することが可能なことは云うまでもない。この場合、検出結果から増幅された出力電圧を得ることができる。

制御部７０は、比較回路６１、６２の出力をオアする回路を有するが、これに代えてアンド回路を用いてもよい。さらに、制御部７０は、駆動パルス電流に重畳する脈電流９１の期間をタイマーにより制御することも可能である。

以上、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。

本発明の第１の実施の形態に係るランプ駆動回路の構成を示すブロック図である。 図１に示すランプ駆動回路の詳細を示す図である。 各カラー出力と、ランプの交流切替えタイミングを示す図。 図３の場合よりも、高い周波数でランプを駆動した場合の、ランプの交流切替えタイミングを示す図。 スポーク時間に過電流を印加する場合の、ランプの交流切替えタイミングを示す図。 プロジェクタの構成を示すブロック図。

符号の説明

１：ランプ駆動回路、
９０：放電ランプ、
１００：カラーホイール装置

Claims (3)

1. 交流で駆動されるランプと、このランプを制御するランプ駆動回路と、前記ランプから発生する光を、移動する複数のカラーフィルタによって受光し、赤、青、緑の光を時系列に出力するカラーホイール装置と、このカラーホイール装置からの出力光を投影画像に変調する画像形成装置と、この画像形成部品からの出力光を拡大投影する投影レンズとを有するプロジェクタにおいて、
   前記各色の光の出力期間内に、前記ランプの交流切替えが１サイクル以上含まれる周波数で前記ランプを駆動することを特徴とするプロジェクタ。
2. 前記ランプ駆動回路は、所定の色の光の出力期間内に、光量を変更する駆動電流調節手段を有することを特徴とする請求項１項記載のプロジェクタ。
3. 前記カラーホイール装置の駆動時におけるスポーク時間に、前記ランプの交流切替えが半サイクル以上含まれる周波数で前記ランプを駆動することを特徴とする請求項１項記載のプロジェクタ。

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