JP2008145507A - Projection type image display apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光変調デバイスを用いる投射型画像表示装置に関するものである。 The present invention relates to a projection type image display apparatus using a light modulation device.
LCD(Liquid Crystal Display)やDMD(Digital Micromirror Device)などの光変調デバイスを用いて、光源から放射される光を画像データに応じて変調し、変調した光をスクリーンに投射して画像を表示する投射型画像表示装置(プロジェクションディスプレイ)がある。
例えば、特許文献1に示されるようなDMDを用いた投射型画像表示装置では、DMDのミラーの傾き、すなわちスクリーンへの反射率を画像情報に合わせて切り替えることにより、画像情報の階調を表現している。DMDのスクリーンへの反射率は、スクリーンへ光を反射するオン状態と、スクリーンへ光を反射しないオフ状態の2値をとる。オン状態でスクリーンへ投射された光が、画像として表現できる最大輝度となる。オフ状態では、理想的には反射率がゼロであれば、スクリーンへ光が到達しないが、実際にはオフ状態でも、わずかにスクリーンへ光が到達する。これが、スクリーン上で表現できる最小輝度となる。現状の投射型画像表示装置では、最大輝度、および最大輝度と最小輝度の比であるコントラスト比は、ともに表示性能として決して十分ではなく、より大きい最大輝度とコントラスト比を持つ投射型画像表示装置が望まれている。
Using light modulation devices such as LCD (Liquid Crystal Display) and DMD (Digital Micromirror Device), the light emitted from the light source is modulated according to the image data, and the modulated light is projected onto the screen to display the image. There is a projection-type image display device (projection display).
For example, in a projection-type image display device using DMD as disclosed in Patent Document 1, the gradient of image information is expressed by switching the tilt of the DMD mirror, that is, the reflectance to the screen in accordance with the image information. is doing. The reflectance of the DMD to the screen takes two values, an on state in which light is reflected on the screen and an off state in which light is not reflected on the screen. The light projected on the screen in the ON state has the maximum luminance that can be expressed as an image. In the off state, ideally, if the reflectance is zero, no light reaches the screen, but actually, the light slightly reaches the screen even in the off state. This is the minimum luminance that can be expressed on the screen. In the current projection type image display device, the maximum luminance and the contrast ratio, which is the ratio between the maximum luminance and the minimum luminance, are not sufficient as display performance, and there is a projection type image display device having a larger maximum luminance and contrast ratio. It is desired.
この種の投射型画像表示装置において、最大輝度を上昇させようとした場合、光源の光量を大きくする方法があるが、光源の光量を大きくした場合、最大輝度は上昇するが、同時に最小輝度も上昇するためコントラスト比は改善されない。また、光源の消費電力も大きくなり、その結果、光源の寿命が短くなるという問題が生じる。よって、安易に光源の光量を大きくすることは得策ではない。 In this type of projection-type image display device, there is a method of increasing the light intensity of the light source when trying to increase the maximum brightness, but when the light intensity of the light source is increased, the maximum brightness increases, but at the same time the minimum brightness is also increased. The contrast ratio is not improved because it rises. Further, the power consumption of the light source is increased, resulting in a problem that the life of the light source is shortened. Therefore, it is not a good idea to easily increase the light amount of the light source.
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、光源の消費電力を大きくすることなく、最大輝度、コントラスト比を大きくすることが可能な投射型画像表示装置を提供するものである。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides a projection type image display device capable of increasing the maximum luminance and the contrast ratio without increasing the power consumption of the light source. .
本発明は、光変調デバイスを用いて、光源から放射される光を画像データに応じて変調し、変調した光をスクリーンに投射して画像を表示する投射型画像表示装置において、前記画像データを構成する時間単位を、前記光変調デバイスにより前記光を前記スクリーン上に画像として表現することができる光有効時間と、前記光を前記スクリーン上に画像として表現することができない光無効時間とに分け、前記光有効時間における前記光源への供給電力を、前記光無効時間における前記光源への供給電力よりも大きくしたものである。 The present invention relates to a projection-type image display apparatus that uses a light modulation device to modulate light emitted from a light source according to image data, and projects the modulated light onto a screen to display an image. The time unit to be configured is divided into a light effective time in which the light modulation device can represent the light as an image on the screen and a light invalid time in which the light cannot be represented as an image on the screen. The power supplied to the light source during the light effective time is greater than the power supplied to the light source during the light invalid time.
本発明の投射型画像表示装置によれば、光有効時間における供給電力と光無効時間における供給電力に差がない場合と比較して、光源に供給されている平均電力が一定にも係らず、光として有効な時間の光量を増加することができるので、最大輝度、コントラスト比を大きくすることができる。 According to the projection type image display device of the present invention, compared with the case where there is no difference between the supply power in the light effective time and the supply power in the light invalid time, the average power supplied to the light source is constant, Since the amount of light that is effective as light can be increased, the maximum luminance and contrast ratio can be increased.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1における投射型画像表示装置のシステム図である。本実施の形態において、投射型画像表示装置としてDLP(Digital Light Processing、登録商標、テキサス・インスツルメンツ社製)投射型画像表示装置について説明する。DLPは、光変調デバイスとしてDMDを用いた投射型画像表示装置である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a system diagram of a projection type image display apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In this embodiment, a DLP (Digital Light Processing, registered trademark, manufactured by Texas Instruments) projection image display device will be described as a projection image display device. The DLP is a projection type image display apparatus using DMD as a light modulation device.
図1において、画像信号変調回路2は、入力された画像データ1を変調し、DMD駆動回路8へそのデータを送り、また、ランプ点灯回路3、モータ駆動回路5に同期信号を送る。
ランプ点灯回路3は、後述する特定の電力波形を光源となるランプ4へ入力し、可視光線12を放射する。ランプ4は、例えばHIDランプの一つである超高圧水銀ランプである。
カラーホイール6は、図2に示されるように、赤色透過フィルタ6a、緑色透過フィルタ6b、青色透過フィルタ6cで構成され、画像信号変調回路2からの同期信号に応じて駆動されるモータ駆動回路5によって一定の回転数で回転している。なお、ここではカラーホイールは、赤、緑、青の3色に分割する例を示して説明しているが、更に、シアン、マジェンダ、黄色を加えた6色に時分割される例もあり、時分割する波長に限定されるものではない。ランプ4から放射された光は、カラーホイール6を通過することによって順次赤、緑、青の波長の光に時間的に分別され、照明光学系7を介してDMD9に入射される。
In FIG. 1, an image
The
As shown in FIG. 2, the
ランプ4から放射された光は、カラーホイール6を通過するポイントで集光されるが、ビームスポット径は有限であるため、ある色のカラーフィルタから次の色のカラーフィルタに移る際、混色エリアが生じる。従って基本的にその時間の光を画像に使用することはない。ランプ4からの光が混色エリアを通過している時間、すなわちカラーホイール6のカラーフィルタと隣接する他のカラーフィルタの境界線と、ランプ4からの光とが重なる時間は、画像データ1に関係なく常時DMD9をオフにし、スクリーン11へ投射しないようにしている。カラーフィルタとカラーフィルタの境界線をスポークと呼んでいる。
また、スポークを中心軸として、画像データ1に関係なく常時DMD9をオフにしている時間、すなわち光変調デバイスにより光源からの光をスクリーン上に画像として表現することができない時間を、光無効時間と呼び、記号としてt2で示すことにする。一方、画像データ1に応じて、DMD9がオン、オフし、階調表示を行っている時間、すなわち光変調デバイスにより光源からの光をスクリーン上に画像として表現することができる時間を、光有効時間と呼び、記号としてt1で示すことにする。
なお、光無効時間t2には、カラーホイールのカラーフィルタと隣接する他のカラーフィルタの境界線と、前記光源からの光とが重なる時間が含まれる。
The light emitted from the
Also, the time when the
Note that the light invalid time t2 includes a time when the boundary line between the color filter of the color wheel and another color filter adjacent to the color filter overlaps the light from the light source.
光変調デバイスであるDMD9は、半導体基板上に二次元に配列された複数のマイクロミラー素子からなり、DMD駆動回路8によって、各々のマイクロミラー素子の傾きを変えることにより光の変調を行う。傾きの角度は、光を投射光学系10を介してスクリーン11へ投射するオン状態と、光をスクリーン11へ投射しないオフ状態の2値をとる。2の階乗で時間的に重み付けされた時間単位(サブフィールドと称する)に対し、画像データに合わせて、各マイクロミラー素子をオン、オフすることによって階調表示が可能になる。例えば、256階調を出す場合、サブフィールドを、20、21、23、24、25、26、27、28で重み付けする。8つのサブフィールドは、1フレーム内での各色の割り当て時間内で、それぞれ割り当てられる。
The
図2は実施の形態1におけるランプ点灯回路3の回路図である。
ランプ点灯回路3は、DC電源31、DCDCコンバータ34、インバータ35、イグナイタ33およびコントロールユニット32によって構成される。DCDCコンバータ34は、MOSFETからなるスイッチ34a、ダイオード34b、リアクトル34cおよびコンデンサ34dによって構成されているチョッパ式降圧コンバータである。DCDCコンバータ34は、DC電源31からDC電圧Vinが印加されると、DC電圧Vinを所定のDC電圧Vbへ変換する。DC電圧Vinは、商用AC電圧が全波整流された後に昇圧されたDC電圧である。
FIG. 2 is a circuit diagram of the
The
インバータ35は、MOSFETからなるスイッチSW1〜SW4によって構成されたフルブリッジインバータである。インバータ35は、DCDCコンバータ34によって変換されたDC電圧Vbを交流矩形波に変換し、交流矩形波電圧をランプ4の電極4a,4bの両端に印加する。イグナイタ33は、ランプ4の初期始動を行うために、インバータ35とランプ4との間に接続され、ランプ4の初期始動時にランプ4が絶縁破壊可能な電圧をランプ4の電極4a,4bに印加する。
The
コントロールユニット32は、DC電圧Vbと電流Ibとを検出し、検出された電圧と電流とによって、検出時にランプ4で消費されている電力を計算する。計算された電力と目標電力との差が無くなるように、DCDCコンバータ34のスイッチ34aの周波数およびデューティを制御する。ここでの検出された電力と目標電力は、1フレーム(1/60sec)、またはそれ以上の時間で平均化した値である。この制御によって、ランプでの消費電力は平均的に一定に保たれ、ランプの平均的な光量、および温度を一定に保つことができる。
また、コントロールユニット32は、ランプで消費される平均的な電力を一定に保ちながら、画像信号変調回路2からの同期信号にもとづき、ランプ4に供給される電力波形が後述する所望の電力波形になるように、DCDCコンバータ34のスイッチ34aの周波数およびデューティを制御する。
The
Further, the
図4に、カラーホイール6の時間シーケンス(a)と、ランプ4へ供給される電力波形の時間シーケンス(b)の関係を示す。
カラーホイール6の時間シーケンス(a)に対して、(b)の電力波形は、画像信号変調回路2からの同期信号にもとづきコントロールユニット32によって、いつも図4に示す同じタイミングで出力されている。ここではランプ4のへの供給電力波形を示しているが、ランプ4への供給電力とランプ4の光出力はほぼ比例しているので、(b)の供給電力波形は、光出力の波形をも示していると考えてよい。
FIG. 4 shows the relationship between the time sequence (a) of the
For the time sequence (a) of the
ここで、画像データ1の1フレームにおいてランプ4へ供給される平均電力をP、光有効時間t1における供給電力をP1、光無効時間t2における供給電力をP2とする。
従来の装置では、1フレーム内を通して光有効時間における供給電力と光無効時間における供給電力に差がなく一定の値であるので、P=P1=P2であるのに対し、本発明装置では、1フレーム内においてランプ4へ供給される平均電力Pは一定であるが、光有効時間t1における供給電力P1が光無効時間t2における供給電力P2よりも大きくなるようにしている。
すなわち本発明装置では、画像データの1フレーム内での光有効時間t1の割合をT1、1フレーム内での光無効時間t2の割合をT2とすると、P、P1、P2の関係が以下の式を満足するように設定される。
T1・P1+T2・P2=P・(T1+T2)
P1>P2
Here, it is assumed that the average power supplied to the
In the conventional apparatus, there is no difference between the supply power in the optical effective time and the supply power in the optical ineffective time through one frame, and is a constant value. Therefore, P = P1 = P2, whereas in the apparatus of the present invention, 1 The average power P supplied to the
That is, in the apparatus of the present invention, assuming that the ratio of the light effective time t1 within one frame of the image data is T1, and the ratio of the light invalid time t2 within one frame is T2, the relationship between P, P1, and P2 is expressed by the following equation: Is set to satisfy.
T1 / P1 + T2 / P2 = P / (T1 + T2)
P1> P2
次に、本発明装置により最大輝度とコントラスト比が上昇することを、従来の装置と比較して示す。最大輝度をLmax、最小輝度をLmin、光有効時間でのDMD入射輝度をL1、光無効時間でのDMD入射輝度をL2、DMDのオン時の反射率をRon、オフ時の反射率をRoffとすると、次式が成立する。
Lmax・(T1+T2)=L1・T1・Ron+L2・T2・Roff
Lmin・(T1+T2)=L1・T1・Roff+L2・T2・Roff
コントラスト比=Lmax/Lmin:1
まず、比較の前提として、両装置ともにDMDのオン時の反射率を90%、オフ時の反射率を0.1%とし、T1を75%、T2を25%とする。
従来の装置では、P=P1=P2なので、L=L1=L2である。ここで、Lは1フレームで平均したDMDへの入射輝度である。最大輝度、最小輝度、コントラスト比は以下のようになる。
Lmax=L・0.75・0.9+L・0.25・0.001=0.675・L
Lmin=L・0.75・0.001+L・0.25・0.001=0.001・L
コントラスト比=675:1
Next, it will be shown that the maximum brightness and the contrast ratio are increased by the device of the present invention in comparison with the conventional device. The maximum luminance is Lmax, the minimum luminance is Lmin, the DMD incident luminance during the light effective time is L1, the DMD incident luminance during the light ineffective time is L2, the reflectance when the DMD is on is Ron, and the reflectance when off is Roff Then, the following equation is established.
Lmax · (T1 + T2) = L1 · T1 · Ron + L2 · T2 · Roff
Lmin · (T1 + T2) = L1 · T1 · Roff + L2 · T2 · Roff
Contrast ratio = Lmax / Lmin: 1
First, as a precondition for comparison, both devices have DMD on-state reflectance of 90%, off-state reflectance of 0.1%, T1 of 75%, and T2 of 25%.
In the conventional apparatus, since P = P1 = P2, L = L1 = L2. Here, L is the incident luminance on the DMD averaged over one frame. The maximum brightness, minimum brightness, and contrast ratio are as follows.
Lmax = L ・ 0.75 ・ 0.9 + L ・ 0.25 ・ 0.001 = 0.675 ・ L
Lmin = L ・ 0.75 ・ 0.001 + L ・ 0.25 ・ 0.001 = 0.001 ・ L
Contrast ratio = 675: 1
これに対し、本発明装置において、もっとも極端な差のつけ方は、P1=4/3・P、P2=0の場合であり、この場合を想定すると、L1=4/3・L、L2=0である。最大輝度、最小輝度、コントラスト比は以下のようになる。
Lmax=4/3・L・0.75・0.9=0.9・L
Lmin=4/3・L・0.75・0.001=0.001・L
コントラスト比=900:1
よって、本発明装置は、従来の装置に対して、最大輝度で4/3倍、コントラスト比で4/3倍大きくなることが分かる。
以上のような構成によって、本発明によれば、光源の消費電力を大きくすることなく、最大輝度、コントラスト比を大きくすることが可能な投射型画像表示装置を実現することができる。
On the other hand, in the device of the present invention, the most extreme difference is when P1 = 4/3 · P and P2 = 0, and assuming this case, L1 = 4/3 · L, L2 = 0. The maximum brightness, minimum brightness, and contrast ratio are as follows.
Lmax = 4/3 ・ L ・ 0.75 ・ 0.9 = 0.9 ・ L
Lmin = 4/3 ・ L ・ 0.75 ・ 0.001 = 0.001 ・ L
Contrast ratio = 900: 1
Therefore, it can be seen that the device of the present invention is 4/3 times the maximum brightness and 4/3 times the contrast ratio of the conventional device.
With the configuration as described above, according to the present invention, it is possible to realize a projection type image display apparatus capable of increasing the maximum luminance and the contrast ratio without increasing the power consumption of the light source.
1 画像データ、2 画像信号変調回路、3 ランプ点灯回路、4 ランプ、5 モータ駆動回路、6 カラーホイール、7 照明光学系、8 DMD駆動回路、9 DMD、10 投射光学系、11 スクリーン、12 可視光線
31 DC電源、32 コントロールユニット、33 イグナイタ、34 DCDCコンバータ、34a スイッチ、34b ダイオード、34c リアクトル、34d コンデンサ、35 インバータ
1 image data, 2 image signal modulation circuit, 3 lamp lighting circuit, 4 lamp, 5 motor drive circuit, 6 color wheel, 7 illumination optical system, 8 DMD drive circuit, 9 DMD, 10 projection optical system, 11 screen, 12 visible Rays
31 DC power supply, 32 control unit, 33 igniter, 34 DCDC converter, 34a switch, 34b diode, 34c reactor, 34d capacitor, 35 inverter
Claims (3)
前記画像データを構成する時間単位を、前記光変調デバイスにより前記光を前記スクリーン上に画像として表現することができる光有効時間と、前記光を前記スクリーン上に画像として表現することができない光無効時間とに分け、前記光有効時間における前記光源への供給電力を、前記光無効時間における前記光源への供給電力よりも大きくしたことを特徴とする投射型画像表示装置。 In a projection-type image display device that uses a light modulation device to modulate light emitted from a light source according to image data, and projects the modulated light onto a screen to display an image.
The time unit constituting the image data includes a light effective time during which the light modulation device can represent the light as an image on the screen, and a light invalidity where the light cannot be represented as an image on the screen. A projection-type image display apparatus, wherein power supplied to the light source during the light effective time is made larger than power supplied to the light source during the light invalid time.
T1・P1+T2・P2=P・(T1+T2)
P1>P2 The average power supplied to the light source in one frame of the image data is P, the supply power in the light effective time is P1, the supply power in the light invalid time is P2, and the light effective time in one frame is 3. The projection type image display device according to claim 1, wherein when the ratio is T1 and the ratio of the light invalid time is T2, the following expression is satisfied.
T1 / P1 + T2 / P2 = P / (T1 + T2)
P1> P2
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