JP2008166219A - 光源駆動装置及びプロジェクタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源駆動装置及びこれを用いたプロジェクタ装置に関し、任意に所定の期間ランプ電流の増減が可能となると共に、ランプ光駆動の効率化がされた光源駆動装置を提供すること、及び、演色性、及び階調の改善がされたプロジェクタ装置を提供。
【解決手段】投影画像を生成する光学エンジンを有するプロジェクタ装置において、光源駆動装置は、光源８０から出力される所定の光の成分を個別に制御するための電流制御回路９０を有することを特徴とするプロジェクタ装置であり、光源の制御において、電力供給回路３０とは別に、電流制御回路９０を設けることを特徴としている。電力供給回路とは別に、電流制御回路を設けることによって、所定の期間、所定のタイミングで、立ち上がり、立下りの急峻なパルス電流を生成することを特徴としており、このことによって、演色性、及び階調の改善がされたプロジェクタ装置を提供することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源駆動装置及びこれを用いたプロジェクタ装置に関し、特に、液晶デバイスやＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ−Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いたプロジェクタ装置の高圧水銀灯ランプや半導体発光素子、レーザー光源などを駆動するための光源駆動装置に関する。

空間変調デバイスとして、ＤＭＤ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、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）Ｂ（青）のカラーフィルターを配列したカラーホイールを用い、放電ランプからの光を回転するカラーホイールに透過させ、順次Ｒ、Ｇ、Ｂの光を半導体ミラー素子に照射し、その反射光を拡大投影することで、カラー画像の表示を行っている。

プロジェクタの光源である、放電ランプを点灯させるランプ駆動装置は、放電ランプの起動を行うイグナイタ回路と放電ランプへ安定的に電力を供給する駆動回路とを含んでいる。イグナイタ回路は過渡応答特性を有しており、放電ランプの着火時にトランスが瞬間的に数ＫＶから約２０ＫＶ程度のパルス状の高電圧を発生し、放電ランプの電極間に放電を引き起こさせる。放電が開始されると、駆動回路は放電ランプを交流駆動し、ランプを点灯させる。

近年、高圧水銀灯を使用したプロジェクタにおいて、ランプ光駆動の効率化と、演色性、及び階調の改善のため、ランプ電流をパルス状に増減制御することが望まれるようになってきた。それには、ランプ電流の立ち上がり、立下り時間を速くする必要があり、また、電流値の安定化と同時に光源駆動装置の高効率化のために、電力制御との併用が必要となる。

この放電灯は、タングステン灯などとは異なり、電圧を増加しても、それに見合った電力の増加がなされず、また電圧の変化が微小であるため、従来の放電灯駆動回路においては、電力制御供給回路によって電力の制御が行われている。
これは、電流と電圧を検出し、この電流と電圧との乗算した信号を、前記電力制御供給回路のスイッチング素子に印加することで、所望の電力で放電灯を点灯、制御するものである。

従来の電力制御供給回路はＰＷＭ制御によって、パルスのデューティを変更することによって、電力（電流）の増減を行うことが可能であるが、電力制御供給回路は、平滑回路を後段に設けているため、この平滑回路のＬ（インダクタ）とＣ（キャパシタ）の影響を受け、立ち上がり、立下りの急峻なパルス電流を生成することは困難である。

特開２００６−２２７４４０号

上記の特許文献１には、所定のカラーの期間のみ、ランプ電流を増加させることが示されている。
しかしながら、この文献１に示されたものは、上述の電力制御供給回路の制御によって、ランプ電流を増加させるものであるため、上述のように、電力制御供給回路後段の平滑回路のＬ（インダクタ）とＣ（キャパシタ）の影響を受け、立ち上がり、立下りの急峻なパルス電流を生成することは困難である。

本発明は、上記課題を解決するものであり、ランプの立ち上がりを急峻とするとともに、均一な電力をランプに印加可能とすることによって、任意に所定の期間ランプ電流の増減が可能となると共に、ランプ光駆動の効率化がされた光源駆動装置を提供すること、及び、演色性、及び階調の改善がされたプロジェクタ装置を提供することを目的とする。

本発明に係る光源制御装置は、光源の電力を制御し供給する電力制御供給回路と、この光源の電流を制御する電流制御回路とを有することを特徴とする光源駆動装置。及び、光源と、この光源を駆動する光源駆動装置と、前記光源からの出力光によって、投影画像を生成する光学エンジンとを有するプロジェクタ装置において、前記光源駆動装置は、前記光源から出力される所定の光の成分を個別に制御するための電流制御回路を有することを特徴とするプロジェクタ装置である。
光源の制御において、電力制御供給回路とは別に、電流制御回路を設けることを特徴としている。

本発明は、電力制御供給回路とは別に、電流制御回路を設けることによって、所定の期間、所定のタイミングで、立ち上がり、立下りの急峻なパルス電流を生成することを特徴としており、このことによって、演色性、及び階調の改善がされたプロジェクタ装置を提供することが可能となる。

本発明に係る光源駆動装置は、好ましくはＤＬＰ方式を利用したプロジェクタ装置に用いられる。以下、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例に係る光源駆動装置の構成を示すブロック図である。
本実施例に係る光源駆動装置は、交流電源１０からの交流電圧を整流・平滑化する整流・平滑化回路２０と、平滑化された直流電圧を昇圧または降圧し電力の供給を行う電力制御供給回路３０と、電力制御供給回路３０による出力電力を制御するＰＷＭ制御回路４０と、電力制御供給回路３０から供給される直流電圧を交流駆動電圧に変換するＡＣ駆動回路５０と、ＰＷＭ制御回路、ＡＣ駆動回路５０及び後述する電流制御回路９０等を制御する制御部６０と、起動時に高電圧を放電ランプに印加するイグナイタ回路７０と、放電ランプ８０と、前記電力制御供給回路の後段に設けられ、所定のタイミングで所定の期間電流値を増減制御する電流制御回路９０を含む。
放電ランプ８０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。

図２は、図１の実施例装置の回路構成を示す図である。電力制御供給回路３０は、ＭＯＳトランジスタ３１、パルストランス３２、ダイオード３３を含み、さらに、多段の平滑（ＬＣ）回路を含む。ＭＯＳトランジスタ３１のゲートには、パルストランス３２の二次側コイルが接続され、その一次側コイルはＰＷＭ制御回路４０のコントロールユニット４２に接続される。
コントロールユニット４２から出力されるＰＷＭ信号に応答してパルストランス３２が所定電圧を発生し、この電圧に応答してＭＯＳトランジスタ３１のオン・オフ（デューティ比）が制御され、ＰＷＭ変調された矩形波直流信号が生成される。

ＭＯＳトランジスタ３１の出力には、多段構成の平滑回路が接続される。インダクター（コイル）３４およびコンデンサ３５は、初段の平滑回路を構成し、インダクター３６およびコンデンサ３７は、次段の平滑回路を構成する。

ＰＷＭ変調された矩形波信号は、インダクター３４及びコンデンサ３５からなる平滑回路に加えられ、そこで平滑化される。平滑化された信号は、さらにインダクター３６およびコンデンサ３７からなる平滑回路に加えられ、そこで、電流波形のリップルまたは脈動成分が取り除かれる。
インダクターは、そのインダクタンスが大きくなれば、それに比例してリップルを小さくすることができるが、その分だけコイルの形状が大きくなる。従って、インダクター３４および３６のインダクタンスは、ランプに許容されるリップルやＰＷＭ変調周波数に応じて適宜選択される。

ＰＷＭ制御回路４０は、コントロールユニット４２、電力演算回路４３、増幅回路４４を含む。コントロールユニット４２は、スイッチ４１が閉じられたとき動作を開始し、スイッチ４１は、制御部６０からの制御信号によって制御される。
増幅回路４４の入力は、電流検出用抵抗Ｒ１の一端に接続され、電力制御供給回路３０におけるランプ電流を検知し、これを電力演算回路４３へ出力する。
電力演算回路４３の他方の入力には、電源ライン間を抵抗Ｒ２、Ｒ３で分割して検出したランプ電圧が入力される。コントロールユニット４２は、電力演算回路４３の演算結果に基づき電力制御供給回路３０の出力電力をＰＷＭ制御する。

ＡＣ駆動回路５０は、電力制御供給回路３０に出力に接続され、直流電圧を交流（ＡＣ）駆動電圧に変換するためのＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、及びＱ４を有する。
ＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２と、ＭＯＳトランジスタＱ３、Ｑ４により一対のインバータを構成し、それらのゲートは、制御部６０からの駆動信号ライン６４に接続される。
ＡＣ駆動を行うとき、トランジスタＱ１、Ｑ４がオンであれば、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がオンであれば、トランジスタＱ１、Ｑ４がオフである。電力制御供給回路３０からの直流電圧は、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４によりＡＣ駆動電圧に変換される。直流−交流の変換周波数は、制御部６０からの駆動信号６４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ことが可能である。

ＡＣ駆動回路５０の出力端には、イグナイタ回路７０が接続される。イグナイタ回路７０は、図示しないが高電圧発生用のトランスを含み、放電ランプ８０の点火を行う。

電流制御回路９０は、電力制御供給回路３０とＡＣ駆動回路５０の間に設けられ、制御部６０の制御信号によって、所定のタイミング、所定の期間で、急峻な立ち上がりのランプ電流を形成する。
尚、電流制御回路９０は、図中Ａ又はＢの位置に設けられる。
この電流制御回路９０は、例えば図５（ａ）、（ｂ）に示すような定電流回路が用いられる。このような定電流回路の基準電圧が制御部によって制御され、電流値の増減が行われる。図５（ａ）は図２のＡに配置する場合、図５（ｂ）は図２のＢに配置する場合の定電流回路を示している。

制御部６０は、スイッチ４１のオン、オフを制御すると共に、コンバータ同期信号に基づきＡＣ駆動回路５０を駆動制御する駆動信号を出力する。
また、映像信号に応じて、所定の時間、所定のタイミングで、ランプ電流を制御するための同期信号、及びパルス電流値指令信号を電流制御回路９０に出力すると共に、電力制御信号を電力制御供給回路に出力する。
さらに制御部６０は各部の動作を制御するためのタイマー回路、シーケンス回路、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ変換回路等を含む。

次に、図２の実施例装置の動作について、図６のタイミングチャートを参照して説明する。
放電ランプ８０に高電圧が印加される前、スイッチ４１は開いた状態にある。
制御部６０の制御信号によりスイッチ４１がオンされると、ＰＷＭ制御回路４０からＰＷＭ信号がパルストランス３２へ供給される。パルストランス３２のパルスに応答してＭＯＳトランジスタ３１のオン・オフが制御され、所定のデューティの矩形波信号が生成される。

矩形波信号は、インダクター３４およびコンデンサ３５からなる平滑回路に加えられる。ＭＯＳトランジスタ３１の出力電圧は、矩形波形状であり、これが初段の平滑回路において、直流電圧のほぼ一定の平滑化電圧となる。一方、ＭＯＳトランジスタ３１の出力電流は、初段の平滑回路において、平滑化電流となる。

平滑化電圧および平滑化電流はさらに、インダクター３５およびコンデンサ３７からなる次段の平滑回路に加えられる。そこで、平滑化電流のリップルまたは脈動成分がさらに除去され、リップルがほとんど除去された平滑化電流となる。

こうして、電力制御供給回路３０からは、約２０−３７０ボルトの直流電圧が供給される。
電流を増加させる場合、制御部６０からのＰＷＭ信号によって、ＰＷＭパルスは密に生成され出力電圧と電力は徐々に増加すると共に、制御部６０からのパルス電流値信号が電流制御回路９０に出力され、電流（ランプ電流）は増加する。

図６（ａ）では、制御部６０は、電力制御供給回路３０への電力の増加指令と、電流制御回路９０へのパルス電流値増加指令を同時に行っている。
この場合、電力制御供給回路の出力の立ち上がりが遅いため、ランプ電流の立ち上がりが、少し傾斜を持つ。
これに対して、図６（ｂ）では、電力制御供給回路３０への電力の増加指令に対して、電流制御回路９０へのパルス電流値増加指令をｔ０分遅らせている。
このように、電力制御供給回路３０からの出力電力が所定以上になった後に、電流制御回路３０によって、ランプ電流の増加行うと、急峻な立ち上がりのランプ電流が得られる。

尚、電力制御供給回路を数パルス分オーバードライブして、ランプ電流の立ち上がりを早くしてもよい。

図２の実施例では、独立した電流制御回路９０を設けているが、図３に示すように、ＡＣ駆動回路５０に電流制御回路９０を組み込んでも良い。
この例では、図２でトランジスタＱ３、とＱ４の位置に電流制御回路を設けている。
これは１対の定電流回路に、同期信号及び、パルス電流値信号を供給し、所定のタイミング、所定の期間に、定電流回路の基準電圧を変更することによって、て、パルス電流の増減を行うものである。
尚、ＡＣ駆動の動作は、ＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２と、ＭＯＳトランジスタＱ３、Ｑ４で構成された一対のインバータによる先の図２の例と同様である。
電流値の変化がない定常時においては、ランプの電力制御は、電力制御供給回路のみで行い、電流制御回路は、ランプ電流以上の基準電圧に設定して定電流回路におけるトランジスタを飽和させることにより、定電流回路におけるトランジスタ等の熱損失を最小限にすることで、電力の高効率化が図られている。

更に、図４では、直流ランプの光源駆動装置の例を示している。
直流ランプでは、当然にＡＣ駆動回路５０は不要となる。
この実施例では、ランプの一端に定電流回路を含む電流制御回路９０が接続されている。
この実施例も、電流制御回路９０に、同期信号及び、パルス電流値信号を供給し、所定のタイミング、所定の期間に、定電流回路の基準電圧を変更することによって、パルス電流の増減を行うものである。

以上の実施例に示した光源制御装置は、ＤＭＤを変調装置として、カラーフィルタを用いたプロジェクタ装置に用いられる。
例えば、映像信号の緑色の成分を投影するタイミング及びその期間に、その期間の電流値を増加させて、投影画像の色の再現性を向上させる。

プロジェクタ装置は、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９は、プロジェクタ装置の構造図であり、１は白色光源のアーク（発光点）、２は集光ミラーとしての楕円ミラー、３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、４は光学部品であるライトトンネル、５はコンデンサレンズ、６は折り返しミラーとしての平面ミラー、７は第２の折り返しミラーとしての球面ミラー、８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）、９は投影レンズである。

ここで、ＤＭＤ８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９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、ＤＭＤ８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。

このようなプロジェクタ装置における動作例を図７に示す。
カラーフィルタは回転駆動され、時系列にＲＧＢの光が生成される。
このカラーに同期して、電力及びランプ電流が制御されている。
本実施例では、緑（Ｇ）のときに、ＰＷＭパルスを増加させると共に、これから所定のタイミング（ｔ０）遅延させて、パルス電流値信号を増加させている。
また、２つ目の赤（Ｒ）のとき、ＰＷＭパルスを減少させると共に、パルス電流値信号を減少させている。
これらの動作によって、急峻な立ち上がりのランプ電流が生成され、演色性、及び階調の改善がされ、投影画像の画質が向上する。
尚、図には示されていないが、各ＲＧＢ区間内の任意の時間にパルス電流値信号を印加してもよい。

以上、本発明の実施例について説明したが、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。
例えば、上記実施例では、電力制御供給回路３０に２段構成の平滑回路を設けたが、これ以上の段数の平滑回路を設けるものであってもよい。さらに、ＡＣ駆動回路や電流制御回路も一例であって、これ以外の回路構成であってもよい。
また、図４における回路において、イグナイター回路７０を削除し、放電灯に代えて半導体発光素子（ＬＥＤ）光源を用いてもよい。

更に、例えば図１０に示すような制御を行っても良い。
図１０（ａ）では、電流制御信号によって、ＡＣ駆動回路により、正の期間と、負の期間の波形が対象となるように制御されている。
交流ランプは正特性の期間と負特性の期間の電流値の合計が数フィールド内で、同一とすることが望まれる。これは、不均一の場合、片側の電極のみ磨耗して、電極の大きさに偏りが生じ、ランプの寿命が低下してしまう問題が発生する場合があるからである。
第１０図（ｂ）では、ＡＣ駆動回路の周波数を周波数変調制御することで、電流制御信号が正の期間と負の期間で不均一であっても、数フール度内で、電流の合計値を同一としている。
尚、数フィールドである程度同一とし、数百フィールドで同一とするような制御を行っても良い。
このようにＡＣ駆動回路の周波数を制御する場合は、電流制御信号だけで正の期間と負の期間の同一性を確保する場合と比べ、映像信号に対して、最適な電流値信号をリアルタイムで任意に印加できる。

本発明に係る光源制御装置は、高画質が望まれるプロジェクタに用いることができる。プロジェクタは、前面投射型プロジェクタあるいは背面投射型プロジェクタなどであってもよい。

本発明の実施例に係るランプ点灯装置の構成を示すブロック図である。 第１の実施例の装置の回路構成を示す図である。 第２の実施例の装置の回路構成を示す図である。 第３の実施例の装置の回路構成を示す図である。 第１の実施例の定電流回路の例を示す回路である。 実施例の装置の動作を示すタイミングチャートである。 実施例の装置の動作を示すタイミングチャートである。 実施例の装置の動作を示すタイミングチャートである。 実施例の装置のプロジェクタ装置の構成図である。

符号の説明

１０：交流電源
２０：平滑回路
３０：電力制御供給回路
４０：ＰＷＭ制御回路
５０：ＡＣ駆動回路
６０：制御部
７０：イグナイタ回路
８０：放電ランプ
９０：電流制御回路

Claims (10)

1. 光源を制御し駆動する光源駆動装置において、光源の電力を制御し供給する電力制御供給回路と、この光源の電流を制御する電流制御回路とを有することを特徴とする光源駆動装置。
2. 電力を供給する電力制御供給回路と、光源と、この光源と前記電力制御供給回路との間に設けられた電流制御回路とを有することを特徴とする光源駆動装置。
3. 電力を制御供給する電力制御供給回路と、光源と、電力制御供給回路から供給される直流電圧を交流駆動電圧に変換し、該交流駆動電圧を前記光源に印加するＡＣ駆動回路と、光源の起動時に光源に高電圧を印加するイグナイタ回路とを有し、前記ＡＣ駆動回路に電流制御回路を設けたことを特徴とする光源駆動装置。
4. 前記電力制御供給回路の出力電力を増減させる制御信号と、前記電流制御回路による電流を増減させる制御信号とを同期して出力する制御部を有することを特徴とする請求項１項乃至請求項３項に記載の光源駆動装置。
5. 前記電力制御供給回路の出力電力を増加させる制御信号に対して、前記電流制御回路による電流を増加させる制御信号を遅延させて出力する制御部を有することを特徴とする請求項１項乃至請求項３項に記載の光源駆動装置。
6. 前記電流制御回路は、定電流回路からなることを特徴とする請求項１項乃至請求項５に記載の光源駆動装置。
7. 光源と、この光源を駆動する光源駆動装置と、前記光源からの出力光によって、投影画像を生成する光学エンジンとを有するプロジェクタ装置において、前記光源駆動装置は、前記光源から出力される所定の光の成分を個別に制御するための電流制御回路を有することを特徴とするプロジェクタ装置。
8. 前記光学エンジンは、少なくとも赤、青、緑の光を時系列に出力するためのカラーフィルタを有し、前記電流制御回路は、前記カラーフィルタから出力される所定の色の出力時に電流を増加或いは減少させるように制御されることを特徴とする請求項７項記載のプロジェクタ装置。
9. 前記ＡＣ駆動回路は、駆動周波数を周波数変調制御されることを特徴とする請求項３項乃至請求項６項記載の光源駆動装置。
10. 前記光源は、赤色、緑色、及び青色に発光する半導体発光素子であることを特徴とする請求項７項又は請求項８項記載のプロジェクタ装置。

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