JP2007121971A - 投射型画像表示装置及びランプ点灯回路制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ランプ１９の光がカラーセグメントを透過しているときに、放電灯のちらつきを防止するランプパルスを用いて、投射される映像の色バランスをユーザが容易に制御できる投射型画像表示装置を提供する。
【解決手段】複数のカラーセグメント１７ｒ、１７ｇ、１７ｂのうち、１つのカラーセグメントが選択される。ランプ１９から投射される光が、前記選択されたカラーセグメントを通過する期間Ｔｒに、ランプパルスＬＰ１が直流ランプ電流に重畳されるように、ランプ点灯回路１８が制御される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、カラー映像をスクリーン等に投射するプロジェクタ装置に関し、特にカラーホイールを用いて白色光を各色の光に時分割し、ＤＭＤ等の画像表示素子によって各色の映像光に変調してスクリーンに投射する投射型画像表示装置に関する。

近年、映像をより明るく繊細に大画面で写したいというニーズが高まり、プロジェクタや民生用液晶テレビ等の需要が急速に高まってきた。また、高画質のデジタル放送も普及し始め、高画質化及び大画面化のニーズが年々高まっている。

このように高画質化及び大型化のニーズが高まり、大型でより明るい画面を目指して業務用から民生用まで、種々の映像表示デバイスを使用したプロジェクタの開発競争が展開されている。

ところで、プロジェクタの方式として、光源から出射される白色光を、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の色フィルタ（以下カラーセグメントという）を含むカラーホイールを用いて時間的に分割し、この分割した光を液晶パネルやＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）等の画像表示素子によって、各色の映像光に変調してスクリーン等に投射するようにした投射型画像表示装置が製品化されている。

このような投射型画像表示装置の光源としては、一般に高輝度が容易に得られる高圧放電灯が用いられる。しかし高圧放電灯の場合、その放電が不安定となり、スクリーンに投射された映像の明るさがちらつき、映像品質が低下することがある。下記特許文献１には、高圧放電灯のちらつきを防止するために、放電灯から出射した光が白セグメントを透過しているとき、放電灯駆動電流にパルス電流（以下ランプパルスという）を重畳する技術が開示されている。このランプパルスにより、高圧放電灯の放電は安定化される。

また、下記特許文献２には、放電灯の駆動電流の強さを、好ましい色つまり特定色が生成されるときに最大になるように変化させ、色バランスを制御する投射型システムを開示している。この駆動電流は、放電灯の放電を安定させるランプパルスを有し、ランプパルスの持続時間は白色を生成する時間に対応している。
特開２００４−２１２８９０公報 特開２００２−４９０９７公報

上記特許文献２には、放電灯の光がカラーセグメントを透過しているときに、放電灯のちらつきを防止するランプパルスを用いて、投射される映像の色バランスを容易に制御する具体的な構成あるいは方法は開示されていない。

従って本発明は、放電灯の光がカラーセグメントを透過しているときに、放電灯のちらつきを防止するランプパルスを用いて、投射される映像の色バランスをユーザが容易に制御できる投射型画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明の１実施例に係る投射型画像表示装置は、互いに異なる周波数帯の光を透過する複数のカラーセグメントを含み回転可能なカラーホイールと、前記カラーホイールを透過する光を発生する放電灯と、入力映像信号に基づいて、前記カラーホイールを透過した光をスクリーン方向へ反射する光学素子と、前記複数のカラーセグメントのうち、１以上のカラーセグメントを選択する選択手段と、前記放電灯に直流ランプ電流を供給し前記放電灯を点灯するランプ点灯回路と、前記放電灯から投射される光が、前記選択手段により選択されたカラーセグメントを透過する期間、前記直流ランプ電流にランプパルスが重畳されるように、前記ランプ点灯回路を制御する制御手段とを具備する。

放電灯の光がカラーセグメント（フィルタ）を透過しているときに、放電灯のちらつきを防止するランプパルスを用いて、投射される映像の色バランスをユーザが容易に制御できる投射型画像表示装置が提供される。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は本発明が適用される投射型画像表示装置の構成例を示すブロック図である。

マイコン１２は操作部１１から入力される制御信号に応じて、ＤＭＤ制御回路１４ａ、カラーホイール制御回路１４ｂ、ランプ制御回路１４ｃを制御する。マイコン１２はＲＡＭ１２ａ及びＲＯＭ１２ｂを含み、ＲＡＭ１２ａを作業エリアとして使用し、ＲＯＭ１２ｂに格納された本発明に係る制御プログラムを実行する。メモリ１３はランプ波形などを記録するメモリであって、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリである。

ランプ点灯回路１８は、ランプ制御回路１４ｃの制御の下に、直流点灯ランプ１９に駆動電流を供給する。ランプ１９は高圧放電灯であって、白色光を出射する。ランプ１９からの光は、カラーホイール１７を通過し、ＤＭＤ１５を反射し、光学系２０を介してスクリーン２１に照射される。ランプ点灯回路１８は点消灯信号ＬＯＮに応じて、ランプ１９に対する電流供給をＯＮ／ＯＦＦする。

カラーホイール１２は、赤セグメント１７ｒ、緑セグメント１７ｇ、青セグメント１７ｂ、白セグメント１７ｗを含み、同期回転モータ１６により回転駆動される。各カラーセグメント１７ｒ、１７ｇ、１７ｂは、例えば可視光の波長を選択的に通過させる性質を有するダイクロイックフィルターにより構成される。白セグメント１７ｗは、ランプ１９から出射される光の色が白色であるので、本実施形態においては透明フィルタで良い。

同期回転モータ１６は、ＤＭＤ１２に供給される映像信号の映像フィールドに同期して、カラーホイール１２を回転駆動する。同期回転モータ１６は例えば１２０回転／秒でカラーホイール１７を回転駆動する。

ＤＭＤ１５には、画像の各画素に対応して、マイクロミラーが配置されている。各マイクロミラーは、入力映像信号に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御され、例えばＯＮのとき、ランプ１９からの光がスクリーン２１に向かって反射するように、その傾きが制御される。例えば赤成分映像信号がＤＭＤ１５に供給されているとき、赤成分映像信号に対応するマイクロミラーがＯＮ状態となり、赤セグメント１７ｒにより赤色の光がＤＭＤ１５に照射され、赤成分映像がスクリーンに投射される。各マイクロミラーのＯＮ時間は、入力映像信号の値（画素値）に応じて決定される。ＤＭＤ１５を反射した光は、光学系２０によってスクリーン上に結像される。

尚、ランプ１９がセグメント間の境界部を照射しているときの光は使用されない（スクリーン２１に反射されない）。また、ランプ１９が白セグメントを照射しているときの光は、ＤＭＤ１５に供給される入力映像信号に対応するマイクロミラーのＯＮ時間を最適に制御し、スクリーン方向に反射される。

次に、本発明に係る投射型画像表示装置のランプ点灯回路制御動作について説明する。

操作部１１のメニューボタン、スイッチ等を用いて、ユーザは例えばスクリーン２１に投射されたメニュー画面を見ながら、表示モードをシアターモード、スポーツモードなどのモードに切り替えることが可能である。他の表示モードへの切替指示が入力されると、マイコン１２は他のモードに相当する映像設定値を、メモリ１３に格納されている映像設定値テーブル１３ａから読出す。マイコン１２はランプ制御回路１４ｃを介して、ランプ点灯回路１８へ該映像設定値に対応するランプ波形コントロール信号ＬＷＣ、ランプ電力コントロール信号ＬＰＣを送ると同時に、ＤＭＤ制御回路１４ａを介してＤＭＤ１５へ該映像設定値に対応するＤＭＤ制御信号を送ることにより、映像の色バランスを変更する。

このランプ波形コントロール信号ＬＷＣは、カラーホイール１７の同期信号とランプパルス幅及びランプパルス高さを定義する信号を含んでいる。ランプ波形コントロール信号ＬＷＣにより、カラーホイール１７の任意のセグメント位置に任意の幅及び高さのパルス電流を供給することが可能となる。

ランプ電力コントロール信号ＬＰＣは、ランプ波形コントロール信号ＬＷＣのパルス幅及びパルス高さの変動に伴って変動するランプ電力を補正するための信号（例えば、ＰＷＭ方式の信号）であって、ランプ電力を任意の一定値に保持することを可能としている。

次にランプ制御回路１４ｃにより可変されるランプ波形の様々な実施形態を図２〜図５を参照して説明する。

図２〜図５に示す実施形態においては、ランプパルスＬＰ０をカラーホイール１７の白セグメントに同期させ、白セグメントのほぼ全域に重畳した電流波形（点線）を、変更前（ノーマルモード）のランプ電流波形ＩＬＢとする。ランプパルスＬＰ０は、放電ランプ１９の放電を安定させ、この結果スクリーン２１に投射される映像のちらつきを防止すると共に、明るさを調節するために発生される。

ユーザが操作部１１を用いて表示モードの切替を指示すると、ランプの実効電流（一点鎖線）ＩＬＥつまり出力電力を一定に保持しながら、ランプパルスの重畳位置及び幅、あるいは高さが変更される。

図２はランプ制御回路１４ｃにより可変されたランプ波形の第１実施形態を示す。

変更後のランプ電流波形ＩＬＡ１（実線）は、白セグメント１７ｗをランプ１９かの光が通過する期間（以下単に通過期間という）Ｔｗに重畳していたランプパルスＬＰ０を削除し、対応するパルスを他の任意のカラーセグメント（図２では赤セグメント１７ｒ）の通過期間Ｔｒに重畳して得られた波形である。白セグメント１７ｗの通過期間に重畳していたランプパルスＬＰ０のパルス幅Ｐｗは、白セグメント１７ｗの通過期間Ｔｗに略一致する。白セグメント１７ｗの通過期間Ｔｗは、各カラーセグメント１７ｒ、１７ｇ、１７ｂの通過期間Ｔｒ、Ｔｇ、Ｔｂとはそれぞれ異なり、各カラーセグメント１７ｒ、１７ｇ、１７ｂの通過期間Ｔｒ、Ｔｇ、Ｔｂは互いに異なる。

各セグメントの通過時間を回転角度で示すと、例えば白セグメント１７ｗでは１１０°、赤セグメント１７ｒでは９０°、緑セグメント１７ｇでは７５°、青セグメント１７ｂでは８５°である。従って通過時間の割合（Ｔｗ：Ｔｒ：Ｔｇ：Ｔｂ）は、パーセンテージで示すと、３０％、２５％、２１％、２４％となる。つまり第１実施形態では、表示モード切替えが指示されると、ランプパルスが重畳されるセグメント通過期間が変更され、それに伴ってパルス幅も変更されている。図２ではセグメント１７ｗの通過期間Ｔｗからセグメント１７ｒの通過期間Ｔｒへ変更されている。何れの場合でも、ランプパルスの幅は、ランプパルスが重畳される各セグメントの通過期間に略一致する。

ランプの実効電流ＩＬＥは、変更の前後で同一であって、ランプ１９の定格電流に一致する。このようにランプ電流を定格電流に保持することにより、ランプの性能を十分に発揮した明るい光を得ることができる。また、図２では白セグメント１７ｗを通過していたランプパルスＬＰ０が削除される代わりに、赤セグメント１７ｒにランプパルスＬＰ１が重畳される事によって、カラーホイール１７からランプ１９への反射光のエネルギーが増大し一般にランプ１９の温度上昇をもたらすが、白セグメント１７ｗの通過期間Ｔｗに対し、赤セグメント１７ｒの通過期間Ｔｒが狭いために、ランプ電力が変更の前後で相対的に下がるため、ランプ１９の温度が略一定に保たれ、ランプ１９の寿命を短くしないようにすることができる。

図２に示す実施形態では、スクリーンに投射される映像の赤成分が増加し、白成分が減少する。このようにランプ波形を変更することで、変更前に白セグメントを通過していたランプからの光出力が、他の色セグメントを通過する光出力に振り分けられるようになる。従って、投射される画像の各色の色純度（色成分に含まれる白成分の少なさを含む）、あるいは任意色の明るさを増加させることが可能となる。尚、図２のように赤セグメント１７ｒにパルスが重畳されたランプ電流によりランプ１９を駆動する表示モードは、ここではシアターモードと呼ばれる。また、変更後のパルスＬＰ１は、ランプ１９のちらつき防止（放電の安定化）にも寄与している。

本装置の設計時において、ランプパルスを例えば図２のように白セグメントから赤セグメントの通過期間に変更した場合、投射される映像の赤成分が増加しすぎて、色バランス等が当該表示モードとして適さない場合がある。従って設計段階では、上記ランプ波形の変更と共に、色バランス、γ補正、ＲＧＢ各色のピーク値設定など映像信号レベルでの微調整を行う。この各表示モードに対応するＲＧＢ信号レベルの微調整値は、前述の映像設定値テーブル１３ａに含まれる数値であってメモリ１３に記録される。ユーザが表示モードを切替えるたびに、この映像設定値は映像設定値テーブル１３ａから読出され、ＤＭＤ制御回路からＤＭＤ１５に供給される映像信号が補正される。

図３はランプ制御回路１４ｃにより可変されるランプ波形の第２実施形態を示す。

変更後のランプ電流波形ＩＬＡ２のランプパルスＬＰ２は、変更前のランプパルスＬＰ０よりパルス幅が狭く、白セグメント通過期間Ｔｗのほぼ中心に挿入されており、同時にランプ電力を変更の前後で略一致するようにランプ電力を制御している。これにより、変更前に白セグメント１７ｗを通過していたランプからの光出力の一部が、カラーセグメント１７ｒ、１７ｇ、１７ｂを通過する光の光出力に振り分けられるようになる。従って、色バランスを変えずに、投射される画像の色純度や明るさを向上させることが出来る。

ここで、第２実施形態によるランプパルスＬＰ２が、白セグメント１７ｗの透過期間のほぼ中心に挿入される理由を説明する。各セグメント１７ｒ、１７ｇ、１７ｂ、１７ｗの境界には前述したスポークタイムが存在し、このスポークタイム期間中にカラーホイールに照射された光は、投射される映像の明るさに寄与しない。従って、ランプパルスＬＰ２の立ち上がり時点は、白セグメント１７ｗの通過期間Ｔｗの開始時点より所定時間後に設定したほうが良い。又、ランプパルスは一般にリップルＲＩＰを含む。従ってリップルＲＩＰが次の色セグメント（図３では青セグメント）を通過する光の強度に影響を与えないように、白セグメント１７ｗの通過期間Ｔｗの終了時点より所定時間前に設定した方がよい。従って第２実施形態によるランプパルスＬＰ２は、ランプ１９から投射される光を有効に利用し、更にランプパルスのリップルの影響を防止するために、白セグメント１７ｗの通過期間Ｔｗのほぼ中心に挿入される。尚、本実施形態においても、変更後のパルスＬＰ２は、ランプ１９のちらつき防止（放電の安定化）に寄与している。

図４はランプ制御回路１４ｃにより可変されるランプ波形の第３実施形態を示す。

変更後のランプ電流波形ＩＬＡ３の白セグメント１７ｗの通過期間Ｔｗにおけるランプ電流値Ｉｗｃは、変更前のカラーセグメント用電流の電流値Ｉｃｓより小さい。この期間Ｔｗにおける減少された光出力に対応する光出力（ランプパルスＬＰ３）が、複数のカラーセグメント（図４では青セグメント１７ｂ及び赤セグメント１７ｒ）の通過期間に重畳されている。これにより、ＲＧＢ各色間の色バランスをコントロールし、色純度を向上することが可能となる。

ランプパルスＬＰ３のパルス幅Ｔｃｓは、ランプ１９のちらつき防止効果を得るために、全セグメント１７ｒ、１７ｇ、１７ｂ、１７ｗの期間Ｔａｓの半分の期間（＝Ｔａｓ／２）より短い幅に設定される。

図５はランプ制御回路１４ｃにより可変されるランプ波形の第４実施形態を示す。

変更後のランプ電流波形ＩＬＡ４は、ＲＧＢのカラーセグメントのほぼ全域にランプパルスＬＰ４が重畳されている。これにより、変更前に白セグメント１７ｗを通過していたランプからの光出力と、ＲＧＢセグメント１７ｒ、１７ｇ、１７ｂを通過していたランプからの光出力の割合が逆転する。従って、投射される画像の各色の色純度や明るさを調整前と異なるようにすることが出来る。

以上の説明はこの発明の実施の形態であって、この発明の装置及び方法を限定するものではなく、様々な変形例を容易に実施することができる。又、各実施形態における構成要素、機能、特徴あるいは方法ステップを適宜組み合わせて構成される装置又は方法も本発明に含まれるものである。

本発明が適用される投射型画像表示装置の構成例を示すブロック図である。 本発明のパルス電流重畳直流ランプ電流の電流波形の第１実施例をカラーフィルタの回転シーケンスと共に示す図である。 本発明のパルス電流重畳直流ランプ電流の電流波形の第２実施例をカラーフィルタの回転シーケンスと共に示す図である。 本発明のパルス電流重畳直流ランプ電流の電流波形の第３実施例をカラーフィルタの回転シーケンスと共に示す図である。 本発明のパルス電流重畳直流ランプ電流の電流波形の第４実施例をカラーフィルタの回転シーケンスと共に示す図である。

符号の説明

１５…デジタル・マイクロミラー・デバイス、１７…カラーホイール、１９…ランプ、２０…光学系、２１…スクリーン。

Claims (9)

1. 互いに異なる周波数帯の光を透過する複数のカラーフィルタを含み回転可能なカラーホイールと、
   前記カラーホイールを透過する光を発生する放電灯と、
   入力映像信号に基づいて、前記カラーホイールを透過した光をスクリーン方向へ反射することにより、映像を該スクリーンに投射する映像投射手段と、
   前記複数のカラーフィルタのうち、１以上のカラーフィルタを選択する選択手段と、
   前記放電灯に直流ランプ電流を供給し前記放電灯を点灯するランプ点灯回路と、
   前記放電灯から投射される光が、前記選択手段により選択されたカラーフィルタを透過する期間、前記直流ランプ電流にランプパルスが重畳されるように、前記ランプ点灯回路を制御する制御手段と、
   を具備することを特徴とする投射型画像表示装置。
2. 前記選択手段は、前記映像投射手段によりスクリーンに投射される映像の表示モードを切替える表示モード切替え手段を具備し、この表示モード切替え手段は、入力される表示モードに応じて、特定カラーフィルタを選択することを特徴とする請求項１記載の投射型画像表示装置。
3. 前記表示モード切替え手段は、各表示モードに対応して、入力映像信号のγ特性を設定するための映像設定値テーブルを有することを特徴とする請求項２記載の投射型画像表示装置。
4. 前記カラーホイールは透明フィルタを含み、前記選択手段は、前記特定カラーフィルタを前記放電灯の光が透過する期間に応じた幅のランプパルスを、前記放電灯の光が透明フィルタを透過する期間中において前記直流ランプ電流に重畳することを特徴とする請求項２記載の投射型画像表示装置。
5. 前記カラーホイールは透明フィルタを含み、前記選択手段は、前記特定カラーフィルタを前記放電灯の光が透過する期間に応じて、前記放電灯の光が透明フィルタを透過する期間中における前記直流ランプ電流の値を変更することを特徴とする請求項２記載の投射型画像表示装置。
6. 前記複数の表示モードにおいて、前記放電灯の電力が同一となるように、前記ランプ点灯回路の駆動電流を制御する手段を更に具備することを特徴とする請求項１乃至５記載の投射型画像表示装置。
7. 互いに異なる周波数帯の光を透過する複数のカラーフィルタを含み回転可能なカラーホイールと、前記カラーホイールを透過する光を発生する放電灯と、入力映像信号に基づいて、前記カラーホイールを透過した光をスクリーン方向へ反射することにより、映像を該スクリーンに投射する映像投射手段と、前記放電灯に直流ランプ電流を供給し前記放電灯を点灯するランプ点灯回路と、を具備する投射型画像表示装置のランプ点灯回路制御方法であって、
   前記複数のカラーフィルタのうち、１以上のカラーフィルタを選択するステップと、前記放電灯から投射される光が、前記選択されたカラーフィルタのみを透過する期間、前記直流ランプ電流にランプパルスが重畳されるように、前記ランプ点灯回路を制御するステップと、
   を具備することを特徴とするランプ点灯回路制御方法。
8. 前記選択ステップは、前記映像投射手段によりスクリーンに投射される映像の表示モードを切替える切替えステップを具備し、この切替えステップは、入力される表示モードに応じて、特定カラーフィルタを選択することを特徴とする請求項７記載のランプ点灯回路制御方法。
9. 前記切替えステップは、各表示モードに対応して、入力映像信号のγ特性を変更するステップを含むことを特徴とする請求項８記載のランプ点灯回路制御方法。

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