JP2009237302A - 画像投影装置、プロジェクタ用の光源点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧放電灯１のランプ電流・ランプ電力の瞬間的な変化を伴うことなく、回転カラーフィルタ４の各セグメント毎に反射型光学素子６に投射される光出力の強度を調節可能とする。
【解決手段】高圧放電灯１から出力された光束を調整する光学フィルタ１１と、前記光学フィルタ１１を透過した光を複数のカラーセグメントにより複数の色に時分割する回転カラーフィルタ４と、この回転カラーフィルタ４を通過した光束に映像信号による変調を付与する反射型光学素子６と、この光学素子６によって反射された光束をスクリーン上に投影する投影レンズ７とを備える画像投影装置であって、前記光学フィルタ１１により、前記回転カラーフィルタ４のカラーセグメント及び前記光学素子６と同期するように光出力に強弱を付ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプなどの高輝度高圧放電灯を点灯させる高圧放電灯点灯装置を用いた画像投影装置に関するものである。

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原色に時分割して、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画像を投影する装置が知られている。

従来の画像投影装置の概略構成を図６に示す。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、その反射光が投影レンズ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。

セット側の制御回路１２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）、Ｇ（ｇｒｅｅｎ）、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、点灯制御信号が高圧放電灯点灯装置１に入力され、また、ＤＭＤ素子６にカラーセグメント毎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。

また、回転カラーフィルタ４のカラーセグメントの切り替わりに同期して、ランプ電流の波高値を他のいずれかのカラーセグメントにおけるランプ電流の波高値より低く変化させ、または高く変化させることにより、ランプ電流の可変により特定の色の階調数（ビット数）を補って画質を向上させたり、光利用効率を改善して画像をより明るく表示させたりすることが行われている。
特開２００３−１０２０３０号公報

このように、反射型光学素子を備えた画像投射システムにおいて、特定のカラーセグメントと同期しながら高圧放電灯のランプ電流の大きさを制御することは、再現性の良い色調に調整をしたり、ユーザーの好みに応じて色を表現したり等、豊かな表現力を与えることのできる技術の一つとして注目されている。

ランプ電流を時間的に変化させるため、ランプ電流に定格電流よりも低い負のパルスを重畳することで、ランプ電流の大きさを定常状態の電流値から低減し、等価的に一定期間だけ電流量を小さくする制御方式がしばしば用いられる。しかし、ランプ電流を瞬間的に変化させることを繰り返し何度も行うと、放電灯の寿命特性がパルスを印加しない場合よりも劣化することが分かっている。

つまり、ランプ電流・ランプ電力の瞬間的な変化を行った場合、高圧放電灯の電極が消耗し易くなるため、高圧放電灯の寿命が短くなる。特に、定格電力よりも低い電力への変化（ネガティブパルス）は高圧放電灯の電極を劣化させると考えられているが、ネガティブパルスのみの場合よりも、ネガティブパルスに引き続き定格電力よりも高い電力への変化（ポジティブパルス）が印加された場合の方が、一層電極が劣化し易くなると考えられる。その場合、高圧放電灯の電極が更に消耗し易くなると考えられている。

また、ランプ電流等の点灯波形をカラーセグメント毎に同期させる必要があり、高圧放電灯点灯装置のランプ電流を細かく制御するために、複雑な制御が必要であった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、高圧放電灯のランプ電流・ランプ電力の瞬間的な変化を伴うことなく、回転カラーフィルタの各セグメント毎に反射型光学素子に投射される光出力の強度を調節可能とすることを課題とする。

請求項１の発明は、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１から出力された光束を調整する光学フィルタ１１と、前記光学フィルタ１１を透過した光を複数のカラーセグメントにより複数の色に時分割する回転カラーフィルタ４と、この回転カラーフィルタ４を通過した光束に映像信号による変調を付与する反射型光学素子６と、この光学素子６によって反射された光束をスクリーン上に投影する投影レンズ７とを備える画像投影装置であって、前記光学フィルタ１１により、前記回転カラーフィルタ４のカラーセグメント及び前記光学素子６と同期するように光出力に強弱を付けることを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、光出力に強弱を付ける前記光学フィルタ１１は、図２に示すように、機械式の複数個の開閉器により高圧放電灯１の光束を透過・遮断することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記機械式の複数個の開閉器を透過する光出力は略均等の光強度としたことを特徴とする（図２）。

請求項４の発明は、請求項１の発明において、光出力に強弱を付ける前記光学フィルタ１１は、光の透過率を可変できるフィルムにより光の透過率を可変させることを特徴とする（表３、表４）。

請求項５の発明は、請求項１〜４の発明において、前記高圧放電灯は直流点灯方式又は交流点灯方式のいずれかであることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１〜５の画像投影装置３０の高圧放電灯２を所定の光出力で点灯させるプロジェクタ用の光源点灯装置１である（図５）。

本発明によれば、光源である高圧放電灯を点灯させ、様々な色調に調整できる画像投影装置において、光学フィルタにより光出力を調整することによりランプ電流・ランプ電力を瞬間的に可変させるような複雑な制御を必要とせず、また、高圧放電灯に過大な負荷を与えないから、高圧放電灯の寿命特性の劣化、特に照度維持率の低下を抑制しつつ、ユーザー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。

（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概略構成を示す図である。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、光学フィルタ１１で調整され、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、その反射光が投影レンズ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。

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（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、Ｗ（白）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、同期発生装置１０から光学フィルタ１１の各出力α，β，γ，δを切り換える。

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に照射されるカラーセグメント毎の光束を光学フィルタ１１により調整し、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。

図２は光学フィルタ１１を光軸側から見た概略構成図である。各出力α，β，γ，δに対応した機械式の複数個の開閉器により高圧放電灯２の光束の透過・遮断を個別に選択することにより、高圧放電灯２の光束を調整し、回転カラーフィルタ４のカラーセグメントに合わせて、光学フィルタ１１の各々の出力α，β，γ，δを切替えて出力する。光学フィルタ１１の各出力α，β，γ，δは、略同等の光強度となるように調節されており、透過した光束を合成した出力をレンズ３へ投射することが可能である。本実施形態では、光学フィルタ１１の各出力α，β，γ，δからレンズ３の中心までの距離が等距離となるように光学フィルタ１１の各出力α，β，γ，δに対応する開閉器を同一円周上に配置している。

表１は本実施形態に用いる回転カラーフィルタ４のカラーセグメントＲ，Ｇ，Ｂ，Ｗの選択状態と、光学フィルタ１１の各出力α，β，γ，δの透過・遮断の選択状態を示す。表において、０は遮断状態、１は透過状態を意味する。

図３は本実施形態に用いる回転カラーフィルタ４のカラーセグメントＲ，Ｇ，Ｂ，Ｗの選択状態と、光学フィルタ１１の光出力の変化を示す。光学フィルタ１１の光出力は、各出力α，β，γ，δを合成した光の強さを示している。

例えば、カラーセグメントのＲ（赤）が選択されている場合、光学フィルタ１１の出力α，β，γは遮断状態であり、１つの出力δのみが透過状態であるので、２５％の光出力となる。カラーセグメントのＧ（緑）が選択されている場合、光学フィルタ１１の出力αは遮断状態であり、３つの出力β，γ，δが透過状態であるので、７５％の光出力となる。カラーセグメントのＢ（青）が選択されている場合、光学フィルタ１１の出力α，βは遮断状態であり、出力γ，δは透過状態であるので、５０％の光出力となる。カラーセグメントのＷ（白）が選択されている場合、光学フィルタ１１の各出力α，β，γ，δは透過状態であるので、１００％の光出力となる。

以上のように、図１の構成によれば、回転カラーフィルタ４のカラーセグメントの選択状態に応じて光学フィルタ１１の光出力を可変とすることができるものであるが、高圧放電灯２の光出力は一定のままとすることができ、ランプ寿命が短縮するようなストレスが加わることはない。また、高圧放電灯点灯装置１に対して同期発生装置１０からランプ電流可変制御用の信号を与える必要はなく、高圧放電灯点灯装置１の構成を簡略化できる。

（実施形態２）
表２は回転カラーフィルタ４のセグメントの数が５色に増えた場合の回転カラーフィルタ４のセグメントの選択状態と、光学フィルタ１１の各出力α，β，γ，δの透過・遮断の選択状態を示す。表において、０は遮断状態、１は透過状態を意味する。

例えば、カラーセグメントのＲ（赤）が選択されている場合、光学フィルタ１１の出力α，β，γは遮断状態であり、１つの出力δのみが透過状態であるので、２５％の光出力となる。カラーセグメントのＹ（黄）が選択されている場合、光学フィルタ１１の出力αは遮断状態であり、３つの出力β，γ，δが透過状態であるので、７５％の光出力となる。カラーセグメントのＧ（緑）またはＢ（青）が選択されている場合、光学フィルタ１１の出力α，βは遮断状態であり、出力γ，δは透過状態であるので、５０％の光出力となる。カラーセグメントのＷ（白）が選択されている場合、光学フィルタ１１の各出力α，β，γ，δは透過状態であるので、１００％の光出力となる。

なお、表２の例では、カラーセグメントのＧ（緑）が選択されている場合と、Ｂ（青）が選択されている場合とで、光学フィルタ１１の光出力を同じにしているが、図４に示すように、カラーセグメントのＧ（緑）が選択されている場合よりも、Ｂ（青）が選択されている場合の光出力を低下させたい場合には、Ｂ（青）が選択されている期間において、光学フィルタ１１の出力γまたはδが透過状態である時間を短縮すれば良い。あるいは、光学フィルタ１１の光出力の数をセグメントと同数（５出力）として、５段階に光出力を可変としても良い。

（実施形態３）
表３は実施形態３に用いる回転カラーフィルタ４のセグメントの選択状態と、光学フィルタ１１の出力のシーケンスを示す。画像投影装置の構成は図１とほとんど同じであるが、光学フィルタ１１の構成が異なり、本実施形態では、光学フィルタ１１が透過率を可変できるフィルムを用いた構成となっている。例えば、フィルムに電圧を印加することにより透明度を可変できるような素子を利用することにより、放電灯からの光束の透過率を可変できるから、光学フィルタを通る光の出力に強弱を付けることが出来る。

表３では、回転カラーフィルタ４のセグメントが４色の場合について、各セグメントが選択された状態での光学フィルタ１１の光透過率を示している。カラーセグメントの選択状態に対応する光学フィルタ１１の光出力の時間的な変化は図３と同じとなる。

具体的には、カラーセグメントのＲ（赤）が選択されている場合、光学フィルタ１１の光透過率は２５％、カラーセグメントのＧ（緑）が選択されている場合、光学フィルタ１１の光透過率は７５％、カラーセグメントのＢ（青）が選択されている場合、光学フィルタ１１の光透過率は５０％、カラーセグメントのＷ（白）が選択されている場合、光学フィルタ１１の光透過率は１００％となる。

（実施形態４）
表４は実施形態４に用いる回転カラーフィルタ４のセグメントの選択状態と、光学フィルタ１１の出力のシーケンスを示す。画像投影装置の構成は実施形態３と同じであるが、光学フィルタ１１の光透過率が５段階に切り替え可能となっている。

表４では、回転カラーフィルタ４のセグメントが５色の場合について、各セグメントが選択された状態での光学フィルタ１１の光透過率を示している。カラーセグメントの選択状態に対応する光学フィルタ１１の光出力の時間的な変化は図４と同じとなる。

具体的には、カラーセグメントのＲ（赤）が選択されている場合、光学フィルタ１１の光透過率は２０％、カラーセグメントのＹ（黄）が選択されている場合、光学フィルタ１１の光透過率は８０％、カラーセグメントのＧ（緑）が選択されている場合、光学フィルタ１１の光透過率は６０％、カラーセグメントのＢ（青）が選択されている場合、光学フィルタ１１の光透過率は４０％、カラーセグメントのＷ（白）が選択されている場合、光学フィルタ１１の光透過率は１００％となる。

なお、高圧放電灯には交流点灯タイプ、直流点灯タイプがあるが、本発明の実施形態１〜４では、どちらの場合でも使用可能である。高圧放電灯が交流点灯タイプである場合、光学フィルタ１１の光透過率の切り替えタイミングは交流電圧の極性反転のタイミングと同期させると良い。また、高圧放電灯が直流点灯タイプであっても交流点灯タイプであっても、回転カラーフィルタ４のセグメントが切り替わる過渡期においては、光学フィルタ１１の光透過率を０％近くまで低減させるように制御すれば、色再現性が損なわれることを防止できる。

（実施形態５）
図５は上述の実施形態１〜４のいずれかを用いたプロジェクタの内部構成を示す概略図である。図中、３１は投光窓、３２は電源部、３３ａ、３３ｂ、３３ｃは冷却用ファン、３４は外部信号入力部、３５は光学系、３６はメイン制御基板、１は放電灯点灯装置、２は高圧放電灯である。破線で示した枠内にメイン制御基板が実装されている。本実施形態では、放電灯点灯装置１は高圧放電灯２を一定の光強度で点灯できれば良く、図６の従来例のように、光学系３５の回転カラーフィルタや反射型光学素子と同期してランプ電流・ランプ電力を瞬間的に変化させる必要は無いので、構成を簡単化できると共に、高圧放電灯２の電極劣化を防止し、ランプ寿命を延長できる利点がある。

本発明の実施形態１の画像投影装置の概略構成図である 本発明の実施形態１に用いる光学フィルタの正面図である。 本発明の実施形態１，３の動作説明図である。 本発明の実施形態２，４の動作説明図である。 本発明の実施の形態５のプロジェクタの構成図である。 従来例の概略構成図である。

符号の説明

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
１１ 光学フィルタ

Claims (6)

1. 高圧放電灯から出力された光束を調整する光学フィルタと、
   前記光学フィルタを透過した光を複数のカラーセグメントにより複数の色に時分割する回転カラーフィルタと、
   この回転カラーフィルタを通過した光束に映像信号による変調を付与する反射型光学素子と、
   この光学素子によって反射された光束をスクリーン上に投影する投影レンズとを備え、
   前記光学フィルタにより、前記回転カラーフィルタのカラーセグメント及び前記光学素子と同期するように光出力に強弱を付けることを特徴とする画像投影装置。
2. 請求項１において、光出力に強弱を付ける前記光学フィルタは、機械式の複数個の開閉器により高圧放電灯の光束を透過・遮断することを特徴とする画像投影装置。
3. 請求項２において、前記機械式の複数個の開閉器を透過する光出力は略均等の光強度としたことを特徴とする画像投影装置。
4. 請求項１において、光出力に強弱を付ける前記光学フィルタは、光の透過率を可変できるフィルムにより光の透過率を可変させることを特徴とする画像投影装置。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、前記高圧放電灯は直流点灯方式又は交流点灯方式のいずれかであることを特徴とする画像投影装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の画像投影装置の高圧放電灯を所定の光出力で点灯させるプロジェクタ用の光源点灯装置。

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