JP2009053452A - Image projection apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転カラーフィルタと微細可動ミラー集積素子等の画像表示素子を用いた画像投影装置に関するものである。 The present invention relates to an image projection apparatus using an image display element such as a rotating color filter and a fine movable mirror integrated element.
従来、プロジェクタやプロジェクションテレビ等に用いられる画像投影装置として、高圧放電灯点灯装置で点灯した高圧放電灯からの光束を回転カラーフィルタに照射してRGB等のような光の3原色に分割して、DMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)と呼ばれる反射型画像表示素子を用いて画像を作成し、投影レンズを介してスクリーン上にカラーの画像を投影する装置が知られている。 Conventionally, as an image projection device used for projectors, projection televisions, etc., a light beam from a high pressure discharge lamp lit by a high pressure discharge lamp lighting device is irradiated on a rotating color filter and divided into three primary colors of light such as RGB. An apparatus for creating an image using a reflective image display element called DMD (digital micromirror device) and projecting a color image on a screen via a projection lens is known.
プロジェクタ市場は業務用だけでなく家庭用へも急速に拡大しており、今後も更なる市場拡大が期待されている。しかしテレビ市場においては液晶テレビやプラズマテレビに代表されるように大画面化へと移行しつつある。これまでは大画面の液晶テレビやプラズマテレビは高価であったため、プロジェクタの画質向上などの技術の進化と共に、この技術を生かした安価なリアプロジェクションテレビが北米を中心に需要が高まってきていた。ところが、近年、液晶テレビやプラズマテレビの低価格化が進み、安価なリアプロジェクションテレビとの差異が縮まる傾向にある。そのため、プロジェクションテレビの市場を維持、拡大していくためには更なる画質の向上と低価格化が重要な要素になってくる。 The projector market is rapidly expanding not only for business use but also for home use, and further market expansion is expected in the future. However, the TV market is shifting to larger screens as represented by LCD TVs and plasma TVs. Until now, large-screen liquid crystal televisions and plasma televisions were expensive, and with the advancement of technologies such as improving the image quality of projectors, the demand for inexpensive rear-projection televisions that made use of this technology was increasing, particularly in North America. However, in recent years, the price of liquid crystal televisions and plasma televisions has been reduced, and the difference from inexpensive rear projection televisions tends to be reduced. Therefore, in order to maintain and expand the projection television market, further improvements in image quality and price reduction are important factors.
そこで、画質の向上を図るのに色再現性の向上が挙げられる。これに関して特表平8−505031号公報(特許文献1)では、高圧放電灯を交流点灯させる方式において、回転カラーホイールのカラーセグメントがR(赤)、G(緑)、B(青)の3種類で構成された画像投影装置において、カラーセグメント毎に電流レベルを変化させることが提案されている。また、特開2007−79330号公報(特許文献2)では、高圧放電灯を直流点灯させる方式において、回転カラーフィルタのカラーセグメントがR(赤)、G(緑)、B(青)、Y(イエロー)、M(マゼンタ)、C(シアン)の6種類で構成された画像投影装置において、カラーセグメント毎に電流レベルを変化させて画質の向上を図ることが提案されている。
しかし、特許文献1では、各ユーザ(プロジェクタメーカー)の使用する回転カラーフィルタのセグメント数や各セグメントの角度、回転カラーフィルタの回転数すなわち同期信号周波数等に応じて、同期信号周波数のオンオフ信号のタイミングを変更しなければならない。また、同期信号のオン時間もユーザの使用する各セグメントの最小時間を考慮しなければならない。また、特許文献2では、回転カラーフィルタの各セグメント毎に同期信号を発生させており、同期信号の発生とその処理が複雑化するという問題があった。
However, in
本発明は、回転カラーフィルタの各セグメント毎にランプ電流を可変制御する画像投影装置において、簡単な構成で各セグメント毎のランプ電流の制御を可能とすることを課題とする。 An object of the present invention is to enable control of a lamp current for each segment with a simple configuration in an image projection apparatus that variably controls the lamp current for each segment of a rotating color filter.
請求項1の発明によれば、上記の課題を解決するために、図1に示すように、高圧放電灯点灯装置1と、前記高圧放電灯点灯装置1により点灯される高圧放電灯2と、前記高圧放電灯2の光束を少なくとも3つ以上の色に分離する回転カラーフィルタ4と、前記回転カラーフィルタ4を透過した光束を照射される画像表示素子6と、前記画像表示素子6により変調された光束をスクリーン上に投影する投影レンズ7と、前記回転カラーフィルタ4の回転状態を検出して同期信号を発生させる同期信号発生装置10を備える画像投影装置であって、前記同期信号発生装置10から出力される同期信号Syncは、図2に示すように、前記回転カラーフィルタ4内の複数のカラーセグメントのうち1つのセグメントYの時間幅Tyに同期して前記高圧放電灯点灯装置1にオン信号が入力され、そのオン信号の時間幅Tyに応じて残りのカラーセグメントの時間幅Tg,Tc,Tw,Tb,Trを設定すると共に、前記高圧放電灯1に流れるランプ電流IL を各カラーセグメント毎に設定された電流値Iy,Ig,Ic,Iw,Ib,Irとなるように制御することを特徴とするものである。
According to invention of
請求項2の発明によれば、請求項1の発明において、高圧放電灯点灯装置1は高圧放電灯2を交流点灯せしめる点灯装置であって、高圧放電灯2に流れるランプ電流IL の極性を反転させるタイミングは、図3に示すように、前記同期信号Syncがオンするタイミングまたはオフするタイミングに同期していることを特徴とする。
According to the invention of claim 2, in the invention of
本発明によれば、回転カラーフィルタの各セグメント毎にランプ電流を可変制御する画像投影装置において、回転カラーフィルタ内の複数のカラーセグメントのうち1つのセグメントの時間幅に同期するオン信号を入力し、そのオン信号の時間幅に応じて残りのカラーセグメントの時間幅を設定すると共に、前記高圧放電灯に流れるランプ電流を各カラーセグメント毎に設定された電流値となるように制御するようにしたので、高圧放電灯の出力光を各カラーセグメント毎に可変とする制御を簡単な構成で実現することができ、回転カラーフィルタの回転数に関わらず、ユーザの要望に合った様々な色再現性を実現できる効果がある。 According to the present invention, in the image projection apparatus that variably controls the lamp current for each segment of the rotating color filter, an ON signal that is synchronized with the time width of one of the plurality of color segments in the rotating color filter is input. The time width of the remaining color segments is set according to the time width of the ON signal, and the lamp current flowing through the high-pressure discharge lamp is controlled to be a current value set for each color segment. Therefore, it is possible to realize a control that makes the output light of the high-pressure discharge lamp variable for each color segment with a simple configuration, and various color reproducibility that meets the user's requirements regardless of the number of rotations of the rotating color filter. There is an effect that can be realized.
(実施形態1)
図1は本発明の実施形態1に係る画像投影装置のシステム構成を示すブロック図であり、図2は本実施形態に用いる回転カラーフィルタのセグメントの選択状態と、同期信号Syncの波形と、直流点灯方式の高圧放電灯のランプ電流IL の関係を同一時間軸に示したものである。なお、各カラーセグメント間にはSPOKEと呼ばれるセグメント間の影響を低減する部分が設定されていたりするが、過渡動作を示す部分でもあるので、今回は説明を省略する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a system configuration of an image projection apparatus according to
図1に示すように、高圧放電灯点灯装置1により高圧放電灯2が点灯され、高圧放電灯2から出力された白色の光束は、レンズ3により集光され、回転カラーフィルタ4を透過した光束がレンズ5を介して反射型画像表示素子であるDMD素子6に照射され、その反射光が投射レンズ7を介してスクリーン(図示せず)に投影される。ここでDMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)素子6とは、CMOS半導体上に独立して動くミラーが数十万〜数百万個、敷き詰められた素子であり、個々のミラーを制御することにより濃淡画像を表示できる。
As shown in FIG. 1, the high-pressure discharge lamp 2 is turned on by the high-pressure discharge
回転カラーフィルタ駆動装置9はDMD素子6に表示される映像信号の同期信号に応じて回転カラーフィルタ4を回転させる。回転カラーフィルタ駆動装置9からの駆動信号で回転カラーフィルタ4が高速で回転するにつれて、DMD素子6に照射される光がR(red)、Y(yellow)、G(green)、C(cyan)、W(white)、B(blue)と切り替わる。この回転カラーフィルタ4の回転を検出して、同期信号発生装置10から同期信号Syncが高圧放電灯点灯装置1に入力され、また、DMD素子6を駆動させる信号が光学素子駆動装置8にそれぞれ伝達されて、DMD素子6にカラーセグメント毎の光束と光学素子駆動装置8からの輝度の画像信号を与えることにより、スクリーンにカラー映像を投影することができる。
The rotating color filter driving device 9 rotates the rotating color filter 4 according to the synchronizing signal of the video signal displayed on the
ここで、図2に示すように、各カラーセグメントR(red)、Y(yellow)、G(green)、C(cyan)、W(white)、B(blue)の角度をそれぞれθr、θy、θg、θc、θw、θbとし、光が各カラーセグメントを透過する時間をそれぞれTr、Ty、Tg、Tc、Tw、Tbとする。角度θr、θy、θg、θc、θw、θbの合計は、回転カラーフィルタの1回転となるから360°であり、光が各カラーセグメントを透過する時間の合計は回転カラーフィルタ4の1回転の時間に相当する。同期信号Syncがオンとなるタイミングは、各カラーセグメントのどれかで設定するが、本実施形態ではカラーセグメントY(yellow)に同期している場合を示す。 Here, as shown in FIG. 2, the angles of the color segments R (red), Y (yellow), G (green), C (cyan), W (white), and B (blue) are set to θr, θy, θg, θc, θw, and θb are set, and the times during which light passes through each color segment are set to Tr, Ty, Tg, Tc, Tw, and Tb, respectively. The sum of the angles θr, θy, θg, θc, θw, and θb is 360 ° because it is one rotation of the rotating color filter, and the total time for light to pass through each color segment is one rotation of the rotating color filter 4. It corresponds to time. The timing at which the synchronization signal Sync is turned on is set in any one of the color segments. In the present embodiment, the synchronization signal Sync is synchronized with the color segment Y (yellow).
画像投影装置内にセットされ、使用される回転カラーフィルタは1種類であることが多いので、各セグメントの角度は予め既知であり、同期信号SyncがオンとなるカラーセグメントY(yellow)以外の残りの各カラーセグメントG(green)、C(cyan)、W(white)、B(blue)、R(red)の時間をそれぞれTg=Ty×θg÷θy、Tc=Ty×θc÷θy、Tw=Ty×θw÷θy、Tb=Ty×θb÷θy、Tr=Ty×θr÷θyのように、高圧放電灯点灯装置内で設定しておくことで、カラーセグメントY(yellow)を除く残りの各カラーセグメントの時間設定が可能となる。なお、カラーセグメントR(red)の時間Trを演算式(Tr=Ty×θr÷θy)で計算しているが、演算式を使用せずにカラーセグメントY(yellow)に同期している同期信号Syncのオンするタイミングで時間Trを終了させてもよい。 Since there is often only one type of rotating color filter that is set and used in the image projection apparatus, the angle of each segment is known in advance, and the rest other than the color segment Y (yellow) for which the sync signal Sync is turned on The time of each color segment G (green), C (cyan), W (white), B (blue), and R (red) is Tg = Ty × θg ÷ θy, Tc = Ty × θc ÷ θy, Tw = By setting in the high pressure discharge lamp lighting device such as Ty × θw ÷ θy, Tb = Ty × θb ÷ θy, Tr = Ty × θr ÷ θy, each of the remaining items excluding the color segment Y (yellow) Color segment time can be set. Although the time Tr of the color segment R (red) is calculated by an arithmetic expression (Tr = Ty × θr ÷ θy), the synchronization signal synchronized with the color segment Y (yellow) without using the arithmetic expression. The time Tr may be ended at the timing when the Sync is turned on.
次に、各カラーセグメントR(red)、Y(yellow)、G(green)、C(cyan)、W(white)、B(blue)を光が透過するときの高圧放電灯のランプ電流IL をそれぞれIr、Iy、Ig、Ic、Iw、Ibとなるように設定しておくことで、ユーザの要望に合わせた色再現性を実現することが可能となる。 Next, the lamp current I L of the high-pressure discharge lamp when light passes through each color segment R (red), Y (yellow), G (green), C (cyan), W (white), and B (blue). Is set to be Ir, Iy, Ig, Ic, Iw, and Ib, respectively, it is possible to realize color reproducibility according to the user's request.
また、同期信号Syncの周波数が変化しても、カラーセグメントY(yellow)の角度θyは同じであるので、全体(回転カラーフィルタ1回転の時間)に占める時間Tyの割合は同じのままであるから、演算式の精度にもよるが、残りの各カラーセグメントの全体(回転カラーフィルタ1回転の時間)に占める割合もほとんど変化はなく、画像投影装置から出力されるカラー画像の明るさ及び色再現性の変化はほとんどない。 Even if the frequency of the synchronization signal Sync changes, the angle θy of the color segment Y (yellow) is the same, so the ratio of the time Ty to the whole (time of one rotation of the rotating color filter) remains the same. Therefore, although it depends on the accuracy of the arithmetic expression, the ratio of the remaining color segments to the whole (the time for one rotation of the rotating color filter) is hardly changed, and the brightness and color of the color image output from the image projection apparatus There is almost no change in reproducibility.
(実施形態2)
図3は本発明の実施形態2の動作説明図である。画像投影装置のシステム構成は図1と同じで良いが、高圧放電灯は交流点灯タイプであり、高圧放電灯点灯装置は交流点灯可能な点灯装置である。図3は本実施形態に用いる回転カラーフィルタのセグメントの選択状態と、同期信号Syncの波形と、交流点灯方式の高圧放電灯のランプ電流IL の関係を同一時間軸に示したものである。なお、本実施形態1と同様に各カラーセグメント間に介在するSPOKEについての説明は省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is an operation explanatory diagram of Embodiment 2 of the present invention. The system configuration of the image projection apparatus may be the same as in FIG. 1, but the high pressure discharge lamp is an AC lighting type, and the high pressure discharge lamp lighting apparatus is a lighting apparatus capable of AC lighting. Figure 3 is a selected state of the segments of the rotary color filter used in this embodiment, in which the waveform of the synchronizing signal Sync, showing the relationship of the lamp current I L of the high pressure discharge lamp of the alternating current lighting system in the same time axis. Note that the SPOKE interposed between the color segments is omitted as in the first embodiment.
図3に示す通り、交流点灯方式の高圧放電灯を使用する場合において、高圧放電灯のランプ電流IL の極性を反転させるタイミングを同期信号Syncがオフされるタイミングに設定することで、同期信号Syncの周波数が変化しても、同期信号の周波数に対応して、高圧放電灯のランプ電流と回転カラーフィルタのカラーセグメント切替タイミングは同期が取れている。 As shown in FIG. 3, in the case of using a high-pressure discharge lamp of the AC lighting system, when the lamp current I polarity synchronizing signal Sync timing for inversion of L of the high pressure discharge lamp is set to a timing that is off, the synchronization signal Even if the Sync frequency changes, the lamp current of the high-pressure discharge lamp and the color segment switching timing of the rotating color filter are synchronized in accordance with the frequency of the synchronization signal.
図3では、同期信号Syncがオフされるタイミングで高圧放電灯の電流極性を反転させているが、同期信号Syncがオンされるタイミングに高圧放電灯の電流極性を反転させても同様の効果が得られる。 In FIG. 3, the current polarity of the high-pressure discharge lamp is inverted at the timing when the synchronization signal Sync is turned off. However, the same effect can be obtained by inverting the current polarity of the high-pressure discharge lamp at the timing when the synchronization signal Sync is turned on. can get.
上記各実施形態の説明において、高圧放電灯点灯装置1の回路構成は周知であるので、図示しなかったが、例えば、商用交流電圧を整流する整流回路と、整流回路の出力電圧を昇圧された直流電圧に変換する昇圧チョッパ回路と、昇圧チョッパ回路の出力電圧を降圧して放電灯に供給される電流(ひいてはランプ電力)を調整する降圧チョッパ回路と、降圧チョッパ回路の出力電圧を極性反転して放電灯に供給するフルブリッジ回路と、フルブリッジ回路の出力と放電灯の間に介挿されて始動時に高電圧を印加するイグナイタ回路と、これらを制御する制御回路とから構成されている。制御回路は降圧チョッパ回路のスイッチング素子の周波数やデューティを可変制御することで、放電灯に流れるランプ電流IL を所定の値となるように制御する。また、フルブリッジ回路の出力極性を切り替えるタイミングを制御する。制御回路はマイクロコンピュータ(以下「マイコン」と呼ぶ)で構成される。
In the description of each of the above embodiments, the circuit configuration of the high-pressure discharge
同期信号発生装置10に接続されたセンサーは、回転カラーフィルタ4の回転を検出し、選択されている色がY(yellow)であるタイミングでHighレベルとなる同期信号Syncを出力する。この信号は制御回路を構成するマイコンの2値入力ポートに入力されて監視される。例えば、マイコンのタイマー割込機能を用いて微小時間毎に割り込み動作を行い、同期信号SyncがLowレベルからHighレベルに変化すると、タイマーカウント用の変数Tyをリセットして初期値0からカウントを開始し、同期信号SyncがHighレベルである間は、タイマー割り込みが発生する毎に変数Tyを1つずつカウントアップしていく。この間、ランプ電流の目標値はIyに設定されており、マイコンの出力ポートからランプ電流をIyに制御するための信号が出力されている。この信号を受けて降圧チョッパ回路のスイッチング素子が制御されることでランプ電流はIyとなるように制御される。同期信号SyncがHighレベルからLowレベルに変化すると、変数Tyのカウントを停止し、そのカウント値をY(yellow)の色が選択されていた時間Tyのカウント値とする。
The sensor connected to the
次に、同期信号SyncがLowレベルになったタイミングからタイマーカウント用の変数Tgをリセットして初期値0からカウントを開始し、タイマー割り込みが発生する毎に変数Tgを1つずつカウントアップしていく。マイコンの演算機能により、変数Tgのカウント終了の目標値を(Ty×θg÷θy)として演算し、変数Tgのカウント値が目標値に達した段階でカウントを終了する。この間、ランプ電流の目標値はIgに設定されており、マイコンの出力ポートからランプ電流をIgに制御するための信号が出力されている。この信号を受けて降圧チョッパ回路のスイッチング素子が制御されることでランプ電流はIgとなるように制御される。 Next, the timer count variable Tg is reset from the timing when the synchronization signal Sync becomes the Low level, the count is started from the initial value 0, and each time the timer interrupt occurs, the variable Tg is incremented by one. Go. The calculation value of the variable Tg is calculated as (Ty × θg ÷ θy) by the calculation function of the microcomputer, and the count ends when the count value of the variable Tg reaches the target value. During this time, the target value of the lamp current is set to Ig, and a signal for controlling the lamp current to Ig is output from the output port of the microcomputer. By receiving this signal and controlling the switching element of the step-down chopper circuit, the lamp current is controlled to be Ig.
次に、変数Tgのカウントが終了すると、そのタイミングからタイマーカウント用の変数Tcのカウントを開始し、ランプ電流の目標値はIcに設定する。以下、同様にして、変数Tw、Tb、Trを初期値0から目標値Ty×θw÷θy、Ty×θb÷θy、Ty×θr÷θyまでカウントしている間、ランプ電流の目標値をそれぞれIw、Ib、Irに設定する。 Next, when the counting of the variable Tg is completed, the timer count variable Tc starts counting from that timing, and the target value of the lamp current is set to Ic. Similarly, while counting the variables Tw, Tb, Tr from the initial value 0 to the target values Ty × θw ÷ θy, Ty × θb ÷ θy, Ty × θr ÷ θy, the target values of the lamp current are respectively set. Set to Iw, Ib, Ir.
なお、最後の期間についてはタイマー変数Trのカウントに代えて、同期信号SyncがLowレベルからHighレベルに変化するタイミングまでランプ電流IL の目標値をIrに設定しておくように構成しても良い。 Note that the last period in place of the count of the timer variable Tr, also constitute a target value of the lamp current I L to the timing of the synchronization signal Sync is changed from the Low level to the High level so is set to Ir good.
同期信号SyncがLowレベルからHighレベルに変化したタイミング(またはHighレベルからLowレベルに変化したタイミング)では、フルブリッジ回路を切替制御して、出力極性を反転させる。これにより放電灯の一方の電極のみが消耗することを防止し、放電灯の寿命を改善することができる。 At the timing when the synchronization signal Sync changes from the Low level to the High level (or when the synchronization signal Sync changes from the High level to the Low level), the full-bridge circuit is switched and the output polarity is inverted. Thereby, it is possible to prevent only one electrode of the discharge lamp from being consumed and to improve the life of the discharge lamp.
上述の説明では、同期信号SyncはオンであるときにHighレベル、オフであるときにLowレベルである正論理を例示したが、オンであるときにLowレベル、オフであるときにHighレベルである負論理であっても構わない。 In the above description, the synchronization signal Sync is high level when it is on, and positive logic that is low level when it is off. However, it is low level when it is on and high level when it is off. It may be negative logic.
また、同期信号Syncがオンとなる期間をカラーセグメントのY(yellow)が選択されている期間としたが、これに限定されるものではなく、他の任意の色が選択されている期間に置き換えても良い。 In addition, the period during which the synchronization signal Sync is turned on is the period in which Y (yellow) of the color segment is selected. However, the present invention is not limited to this and is replaced with a period in which any other color is selected. May be.
回転カラーフィルタの特定の色が選択されている期間に同期信号Syncをオンとする手段については、例えば、フォトインタラプタ等を用いて、回転カラーフィルタの特定箇所に設けた透過窓を透過する光または回転カラーフィルタの特定箇所に設けた反射板で反射される光を検出しても良いし、その他の手段を用いても良い。例えば、特定の色の光のみを検出するセンサーをレンズ5の周辺に配置し、光源側のレンズ3で集光された光が回転カラーフィルタ4に照射される箇所をレンズ5側から観察し、特定の色の光が出力されている間、同期信号Syncをオンとするような構成を用いても構わない。
As a means for turning on the synchronization signal Sync during a period when a specific color of the rotating color filter is selected, for example, using a photo interrupter or the like, light transmitted through a transmission window provided at a specific position of the rotating color filter or Light reflected by a reflector provided at a specific location of the rotating color filter may be detected, or other means may be used. For example, a sensor that detects only light of a specific color is arranged around the
図示された実施形態では、DMD素子6のような反射型の画像表示素子を用いる構成を例示したが、これに限定されるものではなく、カラーフィルタを通過した光をモノクロ液晶表示素子のような透過型の画像表示素子により各色の濃淡画像に変調して投影レンズ7を介してスクリーンに投影する構成であっても、本発明を適用することができる。
In the illustrated embodiment, the configuration using a reflective image display element such as the
1 高圧放電灯点灯装置
2 高圧放電灯
3 レンズ
4 回転カラーフィルタ
5 レンズ
6 DMD素子
7 投影レンズ
8 光学素子駆動装置
9 回転カラーフィルタ駆動装置
10 同期信号発生装置
DESCRIPTION OF
Claims (2)
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