JP2009086609A - 回転位置検出回路及びプロジェクタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、プロジェクタ装置及びこのプロジェクタ装置に用いられるカラーホイールの回転位置検出回路に関するものであり、回転位置検出の際の、外来光による誤動作を防止することを目的としている。
【解決手段】本発明は、請求項１に記載するように位置マークが設けられた回転体の、所定の位置に光を照射する発光素子と、この回転体の所定の位置からの反射光を検出する受光素子と、この受光素子で検出した信号を分割する分割回路と、前記受光素子で検出した信号及び前記分割した信号を入力し、前記回転体の回転に同期した信号を出力するコンパレータとを有することを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、カラーホイール装置を用いたプロジェクタ装置、及びこのプロジェクタ装置に用いられるカラーホイール装置のカラーフィルタの回転位置を検出する回転位置検出回路に関する。

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。

ここで、ＤＭＤ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、ＤＭＤ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２００６−１０６２４０

上述のＤＭＤを用いたプロジェクタ装置においては、カラーホイール装置に同心円状に設けられた赤色、青色、緑色、及び白色（透明）のカラーフィルタを回転させて、カラーフィルタを透過した光と映像信号とを同期させる必要がある。
このカラーフィルタと映像信号との同期は、カラーフィルタを回転駆動するカラーホイール装置の回転位置を検出する回転位置検出回路から出力される回転位置信号を用いて行われている。
近年、プロジェクタ装置は、より明るい投影映像が望まれ、光源の高出力化がなされ、強力な光を発する光源ランプの導入が一般的になってきた。
このため、この高出力ランプから出力される光が、漏れ光として前述の回転位置検出回路に入力されて、誤動作などの不具合が発生することがあった。

これは、前述の回転位置検出回路が、フォトインタラプタを用いており、このフォトインタラプタにランプから出力された光が、外来光として入射することに起因している。
すなわち、回転位置検出は、図５に示すように、１対の発光素子１と受光素子２からなるフォトインタラプタ３を用いて、カラーホイール２２の回転ドラムの一部に設けられた位置マークＡを検出することにより行われている。
位置マークＡのない状態でロー、位置マークＡのある状態でハイのパルス信号出力を得て、あらかじめ決定された基準値と比較するコンパレータ回路によって出力パルス信号を得ている。
しかし、前述の高出力ランプからの漏れ光が受光素子２に入力され、位置マークＡのローパルス信号レベルが上昇するため、固定された基準値をオーバーしたり、位置マークＡの無い部分でのローパルス信号レベルとのＳ／Ｎ比が悪くなったりして、コンパレータ回路から出力を得られなかったり、ノイズに弱く誤動作を招くことがあった。
従来は、この問題を解決するために、位置検出部を遮光板で覆うなどの対策が施されているが、プロジェクタ装置本体が大型化し、かつ十分な遮光効果が得られないことがあった。

これに対して、上記特許文献１では、フォトインタラプタの出力をローパスフィルタで平滑化した信号をコンパレータの基準値として用いることが示されている。
これは、ランプの漏れ光などの外来光がフォトインタラプタに入力された場合であっても、そのフォトインタラプタの出力を用いて、これをローパスフィルタで平滑化すれば、この平滑化された信号は、フォトインタラプタの最大出力と最小出力の間に必ず位置するため、誤動作を防止できるというものである。

しかしながら、例えば図７に示すように、フォトインタラプタのハイパルス信号の時間ｔが、時間Ｔと大きく異なる場合（Ｔ＞＞ｔ）や、時間ｔが非常に小さい場合、ローパスフィルタで平滑化した値は、点線で示すように、ローの値により近づき、これを基準値として用いても、マージンが取れないため、ノイズの影響が大きく、誤動作を防止できない場合がある。

上記課題を解決するため、本発明は、フォトインタラプタの出力を分割した出力をピークホールドした信号を、コンパレータの基準値として用いてカラーフィルタの回転位置信号を得る回転位置検出回路、及びこの回転位置検出回路を用いたプロジェクタ装置を特徴としている。
本構成によって、外来光の影響を受けることなく、安定してカラーフィルタの回転位置を検出することが可能となる。
また任意の値の基準値を設定することが可能となる。

本発明によれば、回転位置センサを遮光するケースが不要となり、より小型化したプロジェクタ装置を提供することが可能となると共に、外来光に影響されない、安定した動作を行うことが可能なプロジェクタ装置を提供することが可能となる。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態を示す回転位置検出回路の回路構成図である。
１は発光素子、２は受光素子であり、この発光素子１と受光素子２によってフォトインタラプタ３が構成されている。
このフォトインタラプタ３によって、図示しないカラーホイール装置の回転ドラムの位置マークが検出される。
４はフォトインタラプタ３の出力電圧Ｖ１を分割する分割回路であり、抵抗Ｒ２及び抵抗Ｒ３で構成され、この抵抗Ｒ２及び抵抗Ｒ３の比率によって、後述のコンパレータ９の基準値Ｖ３が決定される。
６及び７はオペアンプであり、このオペアンプの間に設けられたダイオードＤ１、抵抗Ｒ４及びコンデンサＣ１とで、ピークホールド回路８を構成している。このピークホールド回路８の出力端子は、抵抗Ｒ６を介して、コンパレーター９の作動入力のマイナス端子に接続されている。
フォトインタラプタ３の出力部である抵抗Ｒ２と受光素子２との接続点は、コンパレーター９の作動入力のプラス端子に接続されている。

続いて、図２を用いて本実施例回路の動作について説明する。
フォトインタラプタ３から出力される電圧Ｖ１はパルス信号波形であり、図示しないカラーホイール装置の位置マークを検出したときの値であるピーク値（Ｖ１−ｐ）と位置マークを検出していないときの値である底値（Ｖ１−ｂ）が出力される。このとき位置マークを検出している時間をｔ、このｔに位置マークを検出していない時間を加えた時間をＴで示している。（図２（（１））

分割回路４では、フォトインタラプタ３の出力値Ｖ１を抵抗Ｒ２及びＲ３で分割した値Ｖ２＝Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）＊Ｖ１が形成され、ピークホールド回路８に出力される。
抵抗分割されたピークパルス信号Ｖ２は、パルス幅であるｔの時間の間にオペアンプ６を通して急速にＣ１に充電され、Ｖ２値にホールドされる。
また、ロー信号の時間（Ｔ−ｔ）には、放電時定数τ＝Ｃ１＊Ｒ４に従って放電される。
このように、オペアンプ６でコンデンサＣ１を急速に充電できるため、ピークパルス信号の幅が小さくても、そのピーク値を十分にホールドすることが可能となる。
また、Ｔ−ｔ時間には、放電時定数τの値でＶ２（＝Ｖ３）基準電圧を放電させることができるため、任意に放電時定数を決定することにより、外来光の入射変化にも追従した基準値を維持することができ、かつＳ／Ｎ比のマージンも十分に取ることができる。
このように、放電時定数を有したピークホールド回路を設けることにより、外来光の変化や、小さいパルス幅の信号も確実にピークホールドすることが出来ると共に、外来光にも追従した基準信号を得ることが可能となり、安定した出力信号が得られる。
尚、Ｖ２は、Ｖ１−ｂ＜Ｖ２＜Ｖ１−ｐとなるように設定される。
種々の使用状況での外来光による影響を実験によって調べ、最適なＶ２となるように抵抗Ｒ２及びＲ３が設定されている。（図２（２））

ピークホールド回路８の出力Ｖ３は、Ｖ２のピーク値を保持した電位になり、これが基準信号として、コンパレータ９の作動入力のマイナス端子に入力される。
フォトインタラプタ３の出力であるＶ１が、コンパレータ９の作動入力のプラス端子に入力されると、基準値Ｖ３より高いパルス信号によって、Ｖ０が出力される。（図２（３））

以上の動作は、外来光がフォトインタラプタ３に入力されても、Ｖ１及びＶ２が同じ比率で増加し、コンパレータ９の基準値Ｖ３も同じ比率で増加するため、位置検出出力Ｖ０が影響を受けることはない。
また、外来光が減少した場合、抵抗Ｒ４によるピーク値の減衰によって基準値Ｖ３も減少する。

上述の回転位置検出回路を用いたプロジェクタ装置の構成を図６に示す。
第６図において、２０は本体ケース、２１は光源であり、図示しないランプから出力される光を、集光ミラーとしての楕円ミラーによって、楕円ミラーの一方の焦点に集光し、仮想的な２次光源を形成する。
光源のランプとしては、例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルはライドランプ、高圧水銀ランプを用いることができる。

２２はカラーホイールであり、前記２次光源の位置（楕円ミラーの一方の焦点）に、回転自在に配置される。
このカラーホイール２２は、その輪帯部分に、赤色、緑色、及び青色の３原色に対応させた部分と光を全て透過させる部分とで形成された透過型フィルタを有する。
尚、光源２１により出力した光がカラーホイール２２に入射する際の入射角は小さいほど設計が容易になり、また、赤色の再現性が向上する。
２３は上述の回転位置検出回路であり、フォトインタラプタ、分割回路、ピークホールド回路、コンパレータを含む。
尚、ここの位置には、フォトインタラプタだけを配置し、その他の位置検出回路の構成要素を、後述するメイン回路基板３０内に設けてもよい。
２４はライトトンネルであり、カラーホイール２２を透過した光を、内部で複数回反射を繰り返すことで、光強度を均一化して出力する。
２５はコンデンサレンズであり、このコンデンサレンズは凸レンズからなり、ライトトンネル２４を通過した光の拡がりを抑えるとともに、照明ムラを減少させる役割を果たす。
なお、コンデンサレンズ２５に熱線反射膜を蒸着したり、あるいは、コンデンサレンズを熱線を吸収可能な耐熱性を有する硝材で形成すれば、光源からの無用な熱線を除去することができる。

２６は第１の折り返しミラーであり、コンデンサレンズ２５を透過した光を、その斜め前方に配置された第２の折り返しミラー２７へ反射する。
なお、折り返しミラー２６の反射面にアルミ蒸着膜を形成したり、硝材を適宜選択することにより、熱線を透過させて除去することができる。

第２の折り返しミラー２７は、第１の折り返しミラー２６からの光を反射して、ＤＭＤ８へ光を照射する。
第２の折り返しミラー２７により反射してＤＭＤ８に入射した光線のうち、ＯＮ状態にあるピクセルの微小ミラーにより反射した光は、光画像を構成し、図示する光路に沿って投影レンズ２９に入射し、図示しないスクリーンの上に結像する。
一方、ＯＦＦ状態にあるピクセルの微小ミラーによって反射した光は、投影レンズ２９に入射せず、結像に寄与しない。
尚、投影レンズ２９は、図示しない複数のレンズ体から構成される。

３０はＤＭＤ２８に電気信号を送るためのコントローラやカラーホイール３のドライバが組み込まれたメイン基板である。
このメイン基板に設けられた信号処理回路によって、図示しない外部からの映像信号と、カラーホイールの回転位置信号との同期が取られ、ＤＭＤ８が制御されることにより、赤色、青色、緑色及び白色の投影画像が時分割で形成される。３１は光源２の熱を排気して冷却する排気ファンである。

図３に、第２の実施例の回転位置検出回路を示す。
本実施例では、ピークホールド回路８をオペアンプとダイオードＤ１、抵抗Ｒ４及びコンデンサＣ１とで構成している。
動作は、図２に示した第１の実施例と同様である。

図４に、第３の実施例の回転位置検出回路を示す。
本実施例では、ピークホールド回路をダイオードＤ１、抵抗Ｒ４及びコンデンサＣ１のみで構成している。
動作は、図２に示した第１の実施例と同様である。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例えば、フォトインタラプタの出力を分割する回路や、ピークホールド回路は種々の変更が可能である。
例えば、ピークホールド回路に代えサンプルホールド回路を用いてもよい。
また、各光学要素の配置、数量も、上記実施例に限定されない。
例えば、ライトトンネルに代えて、フライアイレンズ或いはロッドレンズを用いることができる。
カラーホイール装置の位置マークも図５に限定されない。
また、本発明においても、多大な外来光は望ましくないため、回転位置検出部付近に所定の遮光板を配置してもよい。

本発明では、従来よりも装置の小型化、コンパクト化が可能となり、また、さらなる高出力なランプの利用が可能となる。
外来光の影響や、カラーホイール装置の位置マーク周辺の汚れなどの影響を受けないため、安定した動作を行うことが可能なプロジェクタ装置を提供することが可能となる。

図１は、本発明の第１の実施例の回転位置検出回路の構成図である。 図２は、本発明の第１の実施例の回転位置検出回路の動作を説明するためのタイムチャート図である。 図３は、本発明の第２の実施例の回転位置検出回路の構成図である。 図４は、本発明の第３の実施例の回転位置検出回路の構成図である。 図５は、本発明の実施例に用いられるカラーホイール装置の位置検出を説明するための、概念図である。 本発明の第１の実施例の回転位置検出回路の構成図である。 図７は、特許文献１に示された回転位置検出回路の動作を説明するためのタイムチャート図である。

符号の説明

１：発光素子
２：受光素子
３：フォトインタラプタ
４：分割回路
８：ピークホールド回路
９：コンパレータ
２１：光源
２２：カラーホイール
２３：回転位置検出回路
２８：デジタルマイクロミラーデバイス

Claims (5)

1. 位置マークが設けられた回転体の、所定の位置に光を照射する発光素子と、この回転体の所定の位置からの反射光を検出する受光素子と、この受光素子で検出した信号を分割する分割回路と、前記受光素子で検出した信号及び前記分割した信号を入力し、前記回転体の回転に同期した信号を出力するコンパレータとを有することを特徴とする回転位置検出回路。
2. 前記分割した信号をピークホールド回路を介して、前記コンパレータに入力することを特徴とする請求項１項記載の回転位置検出回路。
3. 前記受光素子で検出した信号を分割する回路手段は複数の抵抗であることを特徴とする請求項２項記載の回転位置検出回路。
4. 前記受光素子で検出した信号をピークホールドする回路は、コンデンサと抵抗からなり、放電時定数τ＝Ｃ＊Ｒ（Ｃはコンデンサ容量、Ｒは抵抗値）を有することを特徴とする請求項２項記載の回転位置検出回路。
5. 光源と、この光源から出力された光を入力し、少なくとも赤色、青色、及び緑色の光を時分割で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の回転位置を検出するフォトインタラプタと、このフォトインタラプタの出力を分割する分割回路としての抵抗と、この分割回路の出力のピーク値を保持するピークホールド回路と、このピークホールド回路からの出力を基準値として入力すると共に、前記フォトインタラプタの出力を入力するコンパレータと、このコンパレータから出力される回転位置信号を用いて映像信号と前記カラーホイール装置との同期を行う信号処理回路と、前記カラーホイール装置によって時分割出力された光によって投影画像を形成するマイクロミラーデバイス装置とを有することを特徴とするプロジェクタ装置。

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