JP2008304878A - プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、プロジェクタ装置において、カラーホイール装置の各色フィルタの領域を、ランプ電流による制限によって制限されることなく、最適な値で設計することを可能とし、照度を向上させると共に、色再現性を向上させ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、回転する複数のカラーフィルタによって受光し、赤、青、緑またはそれらの混合色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、この画像形成装置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の内で任意の出力期間に、駆動電流値を変更すると共に、この駆動電流を分周する制御回路を有することを特徴としている。
【選択図】図１

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５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と白（赤、緑、青、白）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２００６−２５９６５４

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。
このとき、ランプのフリッカ発生の防止や、ランプの電極の磨耗を防ぐために、カラーホイルの１回転毎に、ランプの電極に正負交互に電流を印加し、更にその交流の切替え時に、大きな電流値のパルス電流を印加している。

また、照度の向上や色再現性を良くするために、カラーホイールの各色の光発生期間毎に、多くしたい色の期間の電流値を上昇させ、あるいは少なくしたい色の期間の電流を減少させる制御が行われている。

尚、ランプの電極の一方向のみに過負荷電流が流れると、電極が片方のみ熱せられ、熱損傷を受け、ランプの寿命が減少する。
このため、ランプ電流の駆動は、ランプ寿命を低下させないために、カラーホイールの２回転で１サイクルを構成し、この１サイクルで、正方向の電流値と負方向の電流値の合計がゼロとなり、かつ、その際の実効値電力がランプの定格電力になるように制御されている。

このため、例えば、赤色の期間に過負荷電流を印加して赤色を増加させたい場合、従来例では図２（Ａ）または図２（Ｂ）のように、その増加させた分を、残りの色の期間の電流値、或いは照度の影響が少ない色の期間の電流値を減少させて定格電力となるように制御している。
図中点線は定格電流値を示し、（１）はカラーホールの各色領域、（２）はカラーホイールの基準パルス信号、（５）はランプ電流を示している。
図２（Ａ）では、赤色領域の電流の増加分をその他の色領域で減少させており、図２（Ｂ）では、照度の影響が少ない青色の期間の電流を減少させて補償している。
このため、過負荷電流の流せる値が限定され、照度の向上、色再現性をよくすることに限度があった。
また、上記特許文献１は、本出願人が先に出願したものであるが、ランプ電流の駆動周波数を、色領域に少なくとも１サイクル以上含まれるような周波数とすることにより、照度や色再現性を向上させる技術が示されている。
しかしながら、この特許文献１においては、必要な色の領域のみ周波数を変更するような制御については考慮されていない。

本発明は、プロジェクタ装置において、所望の色成分を増加させたい場合、その色の出力期間のみ分周して、この期間のみ１対のランプ電極に印加する過負荷電流が各電極に交互に流れるようにし、１つの電極に流す期間を短くする。
また、この分周する値（周波数）は、流したい過負荷電流の値に応じて制御する。例えば、より多くの電流を流したい場合は、より周波数を大きくするように制御する。
また、この分周した際の、正方向の電流値と負方向の電流値は同一になるように制御し、１サイクル、或いは数サイクル後において、正負の電流値の和をゼロになるように制御する。

以上のような制御によって、定格電力以上の電流が流せるようになり、過負荷電流による増加分を、他の色期間で補償する必要がなくなり、照度の向上、及び色再現性の向上が達成される。

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、回転する複数のカラーフィルタによって受光し、赤、青、緑またはそれらの混合色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、この画像形成装置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の内で任意の出力期間に、駆動電流値を変更すると共に、この駆動電流を分周する制御回路を有することを特徴としている。

本発明の装置は、カラーホイール装置の各色フィルタの領域を、ランプ電流による制限によって制限されることなく、最適な値で設計することが可能となり、照度が向上すると共に、色再現性が向上する。
また、ランプの電極磨耗のバランスが取れるため、フリッカー、アークジャンプ抑制や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、緑色の光を透過するフィルタ及び透明フィルタ（白）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。

電力供給回路３０は、ＰＷＭ出力信号５１から出力されるパルス信号に応答して図示しないＭＯＳトランジスタのオン・オフが制御され、直流電圧の降圧が行われる。この変圧された直流電圧は、脈動する成分が取り除かれて平滑化され直流電圧生成する。
電力供給回路３０の電源供給ライン間には、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の検出信号は、ＰＷＭ制御回路５０および制御部７０へ供給される。
また、ランプ電流検出回路８２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１対のインバータで構成され、この１対のインバータは制御部７０からの駆動信号を介して相補的に駆動される。
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、この制御部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、点灯始動時約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。
イグナイタ回路４２では、ＡＣ駆動回路４１の高電位側出力からダイオードを介して図示しないコンデンサに電流が蓄積され、この電圧が一定値を超えるとトリガー素子が導通し、トランス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を介してコンデンサに充電される。
このコンデンサの電圧がしきい値を越えると、トランス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、ランプ電流比較回路７０１、及びランプ同期周波数発生回路７０２を有し、ＡＣ駆動回路４１の駆動を制御するランプ周波数信号７４とランプ電流値信号７５とを出力する。
尚、ランプ電流比較回路７０１は、所望の色領域における過負荷電流指令による電流値に応じて、その期間の同期周波数（分周値）を決定する回路であり、この決定された同期周波数が、ランプ同期周波数発生回路７０２に入力され、このランプ同期周波数発生回路７０２からＡＣ駆動回路４１にランプ周波数信号７４が出力される。
この制御部７０には、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。
また、制御部７０は、更にスイッチＳＷ１、のオン、オフを制御する制御信号を出力すると共に、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。

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、電力供給回路３０からはランプ点灯に必要な電力（電圧、電流）の直流電圧が供給される。

ＡＣ駆動回路４１は駆動信号（周波数信号及び電流値信号）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３キロから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、点灯始動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７４，７５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。

図３（Ａ）に本実施のタイミングチャートを示す。
ランプ同期周波数信号（３）とランプ電流値信号（４）によって、ランプ電流は（５）に示すような波形となる。
位置センサーの出力（２）は、赤色の開始の位置を示しており、この位置センサーの出力を基準にして、過負荷電流を印加したい領域が得られる。なお（１）はカラーフィルタの配列関係である。
尚、位置センサーからの出力時点からの各色領域の位置情報が、図示しないメモリに記録されている。

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、赤色の光を出力する期間において、赤色光の光量が調節され、投影画像の明るさや黄色等の中間色の演色性が改善される。
このとき、定格電力を超えることになるが、分周によって、各電極に与える過負荷電流は分割されるため、各電極に与える熱磨耗は低減され、寿命劣化を招くことはない。
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（Ｂ）にはランプ電流値信号は省略しているが、図３（Ａ）の例よりも、大きい過負荷電流を印加する例のランプ同期周波数信号（３）とランプ電流信号（４）を図示している。
この本実施例では、過負電流値の大きさに対応して、分周によって４つのパルス（２サイクル）形成する例が示されている。
この場合は、定格電力よりも、より大きな電力で駆動することになるが、この過負荷電流が電極に印加される時間は、図３（Ａ）に示した例よりもより短時間となり、熱磨耗は低減され、寿命劣化を招くことはない。

尚、上述のように、過負荷電流を１サイクルの整数倍パルスに分周する場合、正方向及び負方向に流れる電流が同一のため、１対のランプの電極の片磨耗の発生が防止できる。
また、印加する過負荷電流値に対応した分周を行うため、各ランプの電極に印加される過負荷電流の印加時間は短時間となり、熱損傷が低減され寿命が劣化することがない。
このように、ランプの所望の領域のみ、ランプ電流及び周波数を変更することが可能となるため、カラーホイールの各色領域を任意に設定することが可能となる。従って、例えば、各色領域を均等に配置することができる。尚、上述の各実施例においては、赤色、緑色、青色及び、白色領域としたが、白色領域をなくしても良い。また、他の色領域を追加してもよい。

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。
例えば、上述の実施例では駆動電流に応じて分周による周波数を設定しているが、駆動電力に応じて周波数を設定してもよい。

本発明は、照度が向上すると共に色再現性に優れた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。

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の構成を示すブロック図である。 図２は、従来の技術に係るタイミングチャートを示す図であり、（Ａ）は、赤色の領域の増加分をその他の全領域で減少させて補償する例、（Ｂ）は、赤色の領域の増加分を青色の領域で減少させて補償する例である。 図３は、本実施例のランプの交流切替えのタイミングチャートを示す図であり、（１）は過負荷電流を増加させた場合に２分の１の周波数に分周したタイミングチャートを示し、（２）は（１）の場合よりも、大きい過負荷電流でランプを駆動した場合のタイミングチャートを示す図である。 図４は、従来のプロジェクタの構成を示す図である。

符号の説明

１：ランプ駆動回路、
７０：制御回路、
９０：放電ランプ、
１００：カラーホイール装置

Claims (4)

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、回転する複数のカラーフィルタによって受光し、赤、青、緑または赤、青、緑、とそれらの混合色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、この画像形成装置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の内で任意の出力期間に、駆動電流値を変更すると共に、この駆動電流を分周する制御回路を有することを特徴とするプロジェクタ。
2. １サイクルの整数倍の周波数で分周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. 前記変更された駆動電流値または駆動電力に応じて前記分周による周波数が決定されることを特徴とする請求項１項記載のプロジェクタ。
4. 前記制御回路は、所定の期間において、前記駆動電流の正方向の電流値と負方向の電流値の値が同一となるように制御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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