JP2012088546A - 光源制御装置及び方法並びにプロジェクター - Google Patents

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Abstract

【課題】光変調装置の特性に影響されずにスクロールノイズの発生を防止することができる光源制御装置及び方法、並びに当該装置を備えるプロジェクターを提供する。
【解決手段】光源制御装置1は、複数の固体光源11aを備える固体光源アレイ11から射出されるべき光の光量である目標光量を示す目標光量信号S1に基づいて、固体光源アレイ11の制御周期内における固体光源11aの発光時間と消灯時間との比であるデューティー比を決定するデューティー比決定部2と、デューティー比決定部2で決定されたデューティー比を有し、複数の固体光源11aのうちの少なくとも1つの固体光源を駆動する位相を、他の固体光源を駆動する位相と異ならせるPWM信号S11〜S14を生成して複数の固体光源11aの駆動制御を行う駆動制御部(PWM信号生成部3及び光源駆動部4a〜4d)とを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、光源制御装置及び方法並びにプロジェクターに関する。
LD(Laser Diode:レーザダイオード)、LED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)等の固体光源は、消費電力が低い、寿命が長い、発熱量が少ない、小型化が可能である、点灯・消灯の制御が容易である等の利点を有する。このため、近年では、固体光源が様々な分野で急速に用いられ始めている。例えば、スクリーン上に画像を表示するプロジェクターでは、主に、消費電力及び発熱量を抑え、小型・軽量化を図る目的で、固体光源が積極的に用いられ始めている。
固体光源は、パルス幅変調(PWM:Pulse Width Modulation)制御されることが多い。これは、ディジタル回路での制御が容易である、一定の光量が安定して得られる、高効率である等の理由からである。プロジェクターで用いられる固体光源は、ユーザにちらつき(フリッカー)が視認されることがないよう、数百Hz程度の制御周波数でPWM制御される。また、プロジェクターに設けられる光変調装置(固体光源からの光を画像信号に応じて変調するライトバルブ等)も、ユーザにフリッカーが視認されることがない周波数(例えば、60Hz)で駆動される。
上述した固体光源をPWM制御することによって生ずるフリッカー、及び、光変調装置を駆動することによって生ずるフリッカーは、何れもユーザが視認することができない高周波数成分が主体である。しかしながら、両フリッカーが干渉することによって低周波数成分が発生し、ユーザに視認され得るフリッカーやスクロールノイズが生ずることがある。ここで、スクロールノイズとは、画面の横方向に延びる帯状の明るい部分と暗い部分とが画面の上方向又は下方向にゆっくりと移動する現象である。以下の特許文献1には、固体光源の明滅周期を変化させることによってスクロールノイズの発生を防止する技術が開示されている。
特開2009−175627号公報
ところで、上述した特許文献1に開示された技術は、固体光源の明滅周期を変化させて両フリッカー(固体光源をPWM制御することによって生ずるフリッカーと光変調装置を駆動することによって生ずるフリッカー)の干渉成分の規則性を無くすことにより、スクロールノイズの発生を防止するものである。このため、特許文献1において設定される固体光源の明滅周期(PWM制御の制御周波数)は、光変調装置を駆動することによって生ずるフリッカーの状態に密接に関連する。
従って、ある光変調装置に対してスクロールノイズの発生を防止し得る固体光源の明滅周期を設定しても、光変調装置が変わればスクロールノイズの発生を防止することができない状況が生じ得る。このため、上述した特許文献1に開示された技術では、特性が異なる光変調装置が用いられる場合には固体光源の明滅周期を再設定する必要があり、面倒な作業が強いられるという問題があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、光変調装置の特性に影響されずにスクロールノイズの発生を防止することができる光源制御装置及び方法、並びに当該装置を備えるプロジェクターを提供することを目的とする。
第1発明の光源制御装置は、複数の固体光源を有する光源装置を制御する光源制御装置であって、前記光源装置から射出されるべき光の光量である目標光量を示す信号に基づいて、前記光源装置の制御周期内における前記固体光源の発光時間と消灯時間との比であるデューティー比を決定する決定部と、前記決定部で決定されたデューティー比を有し、前記複数の固体光源のうちの少なくとも1つの固体光源を駆動する位相を、他の固体光源を駆動する位相と異ならせる制御信号を生成して前記複数の固体光源の駆動制御を行う駆動制御部とを備えることを特徴としている。
この発明によると、目標光量を示す信号に基づいて決定されたデューティー比を有し、複数の固体光源のうちの少なくとも1つの固体光源を駆動する位相を、他の固体光源を駆動する位相と異ならせる制御信号を生成して複数の固体光源の駆動制御を行っており、光源装置をパルス幅変調制御する際に生ずるフリッカーを低減又は消失させることができるため、光源装置から射出された光を変調する光変調装置の特性に影響されずにスクロールノイズの発生を防止することができる。
また、第1発明の光源制御装置は、前記目標光量及び前記決定部で決定されるデューティー比に応じて、前記固体光源に供給する電流を制御する電流制御部を備えることを特徴としている。
また、第1発明の光源制御装置は、前記決定部が、前記光源装置から射出される光の光量と前記デューティー比との関係を示すテーブルを有しており、該テーブルを用いて前記目標光量に応じたデューティー比を決定することを特徴としている。
また、第1発明の光源制御装置は、前記電流制御部が、前記光源装置から射出される光の光量、前記デューティー比、及び前記固体光源に供給される電流の関係を示すテーブルを有しており、該テーブルを用いて前記目標光量及び前記デューティー比に応じた電流を前記固体光源に供給することを特徴としている。
また、第1発明の光源制御装置は、前記複数の固体光源が、発光及び消灯を個別に制御可能なn個(nは2以上の整数)のブロックに区分されており、前記決定部が、前記目標光量をm%(mは0≦m≦100を満たす数)とし、m/(1/n)なる式で得られる値の小数点以下を切り上げた値をaとすると、前記デューティー比D%をa×(1/n)なる式で得られる値に決定し、前記駆動制御部が、位相が互いに360/n度だけずれたn個の制御信号を生成し、前記電流制御部が、前記固体光源に供給する電流を、前記目標光量が100%である場合に前記固体光源に供給される電流のm/D%に制御することを特徴としている。
また、第2発明の光源制御装置は、印加電圧の極性を反転させながら複数の光源を有する光源装置を駆動制御する光源制御装置であって、前記複数の光源のうちの少なくとも1つの光源を駆動する位相を、他の光源を駆動する位相と異ならせる制御信号を生成して前記複数の光源の駆動制御を行う駆動制御部を備えることを特徴としている。
この発明によると、複数の光源のうちの少なくとも1つの光源を駆動する位相を、他の光源を駆動する位相と異ならせて極性反転を行っており、光源装置を駆動制御する際に生ずるフリッカーを低減させることができるため、光源装置から射出された光を変調する光変調装置の特性に影響されずにスクロールノイズの発生を防止することができる。
第1発明の光源制御方法は、複数の固体光源を有する光源装置を制御する光源制御方法であって、前記光源装置から射出されるべき光の光量である目標光量を示す信号に基づいて、前記光源装置の制御周期内における前記固体光源の発光時間と消灯時間との比であるデューティー比を決定し、決定されたデューティー比を有し、前記複数の固体光源のうちの少なくとも1つの固体光源を駆動する位相を、他の固体光源を駆動する位相と異ならせる制御信号を生成して前記複数の固体光源の駆動制御を行うことを特徴としている。
第2発明の光源制御方法は、印加電圧の極性を反転させながら複数の光源を有する光源装置を駆動制御する光源制御方法であって、前記複数の光源のうちの少なくとも1つの光源を駆動する位相を、他の光源を駆動する位相と異ならせる制御信号を生成して前記複数の光源の駆動制御を行うことを特徴としている。
本発明のプロジェクターは、光源装置と、表示すべき画像の画像信号に基づいて該光源装置からの光を変調する光変調装置と、該光変調装置で変調された光をスクリーンに投射する投射光学系とを備えるプロジェクターにおいて、前記光源装置を制御する上記の何れかに記載の光源制御装置を備えることを特徴としている。
この発明によると、光源装置を駆動制御する際に生ずるフリッカーを低減又は消失させることができる光源制御装置を備えているため、光源装置から射出された光を変調する光変調装置の特性に影響されずにスクロールノイズの発生を防止することができる。
また、本発明のプロジェクターは、前記画像信号から前記目標光量を示す信号を求める目標光量算出部を備えることを特徴としている。
また、本発明のプロジェクターは、前記目標光量算出部で求められた前記目標光量に応じて、前記光変調装置の変調に用いられる画像信号の伸張処理を行う伸張処理部を備えることを特徴としている。
本発明の第1実施形態による光源制御装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明の第1実施形態における駆動信号と光出力との関係を示す図である。 本発明の第2実施形態による光源制御装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明の第2実施形態における駆動信号と光出力との関係を示す図である。 本発明の第3実施形態による光源制御装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明の第3実施形態における駆動信号と光出力との関係を示す図である。 本発明の一実施形態によるプロジェクターの構成を示す図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態による光源制御装置及び方法並びにプロジェクターについて詳細に説明する。尚、以下に説明する実施形態は、本発明の一部の態様を示すものであり、本発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。
《光源制御装置》
〔第1実施形態〕
図1は、本発明の第1実施形態による光源制御装置の要部構成を示すブロック図である。図1に示す通り、本実施形態の光源制御装置1は、デューティー比決定部2(決定部)、PWM信号生成部3(駆動制御部)、及び光源駆動部4a〜4d(駆動制御部)を備えており、外部から入力される目標光量信号S1に基づいて固体光源アレイ11(光源装置)を駆動制御する。ここで、上記の目標光量信号S1は、固体光源アレイ11から射出されるべき光の光量である目標光量を示す信号である。尚、目標光量信号S1は、固体光源アレイ11から射出されるべき光の明るさを示す信号であっても良い。
固体光源アレイ11は、図1に示す通り、略矩形形状の基板SB上に面状(マトリクス状)に配列された複数の固体光源11aを備えており、光源制御装置1によって駆動制御されることにより例えば青色光を射出する。基板SBは、固体光源素子11aが搭載される略矩形形状の板状部材であり、固体光源素子11aは、例えば発光強度のピークが約460nmである青色光を射出する半導体レーザーである。
図1に示す例では、24個の固体光源11aが基板SB上に6行4列のマトリクス状に配列されており、同じ列に配置された固体光源11aが直列接続されている。つまり、符号C1が付された列に配置された6個の固体光源11aが直列接続され、符号C2が付された列に配置された6個の固体光源11aが直列接続されている。符号C2,C4が付された列に配列された固体光源11aについても同様である。
このように、固体光源アレイ11に設けられた複数の固体光源11aは、列C1〜C4毎に設けられた6個を単位として4つのブロックに区分されており、このブロックを単位として(つまり、列C1〜C4毎に)発光及び消灯が制御可能である。尚、固体光源アレイ11に設けられる固体光源11aの数は、必要となる光量に応じて適宜増減することが可能である。
光源制御装置1に設けられるデューティー比決定部2は、目標光量信号S1に基づいて固体光源アレイ11の制御周期内における固体光源11aの発光時間と消灯時間との比であるデューティー比を決定する。具体的に、デューティー比決定部2は、固体光源アレイ11から射出される光の光量とデューティー比との関係を示すテーブルT1(第1テーブル)を有しており、このテーブルT1を用いて目標光量信号S1に応じたデューティー比を決定する。このデューティー比決定部2で決定されるデューティー比は、概して目標光量信号S1で示される目標光量が高くなるにつれて高くなる。尚、上記の制御周期とは、光源制御装置1による固体光源アレイ11のPWM制御周期であって、PWM制御周波数(数百Hz程度)の逆数である。
PWM信号生成部3は、デューティー比決定部2で決定されたデューティー比に基づいて、固体光源アレイ11に設けられた複数の固体光源11aを駆動するPWM信号を生成する。具体的には、周波数が上記のPWM制御周波数であり、デューティー比決定部2で決定されたデューティー比を有し、固体光源アレイ11に設けられた固体光源11aを駆動する位相を列C1〜C4毎に90度ずつ異ならせるPWM信号S11〜S14(制御信号)を生成する。
ここで、PWM信号生成部3で生成されるPWM信号S11〜S14の周波数を規定する上記のPWM制御周波数は、ユーザにちらつき(フリッカー)が視認されることがないよう数百Hz程度に設定される。また、固体光源アレイ11に設けられた複数の固体光源11aは、4つの列(列C1〜C4)を単位として発光及び消灯が制御可能であるため、PWM信号S11〜S14の間の位相は90度(360度/4)ずつ異なるよう設定される。
光源駆動部4a〜4dは、PWM信号生成部3で生成されるPWM信号S11〜S14に基づいて、固体光源アレイ11に設けられた複数の固体光源11aを列C1〜C4毎に駆動する駆動信号D1〜D4をそれぞれ生成する。尚、駆動信号D1〜D4は、PWM信号S11〜S14に基づいて周波数、デューティー比、及び位相が規定され、PWM信号S11〜S14の信号レベルが「H(ハイ)」レベルのときの電流が一定(本実施形態ではI1とする)であるパルス状の信号である。
次に、上記構成における光源制御装置1の動作について説明する。外部からの目標光量信号S1が光源制御装置1に入力されると、デューティー比決定部2に入力されて固体光源アレイ11のPWM制御周期内における固体光源11aの発光時間と消灯時間との比であるデューティー比がテーブルT1を用いて決定される。尚、ここでは、目標光量信号S1で示される目標光量が固体光源アレイ11から射出され得る最大光量の80%の光量であり、上記のテーブルT1を用いてデューティー比が80%に決定されるものとする。
デューティー比決定部2で決定されたデューティー比はPWM信号生成部3に出力され、このデューティー比に基づいて固体光源アレイ11に設けられた複数の固体光源11aを駆動するPWM信号S11〜S14が生成される。具体的には、周波数が上記のPWM制御周波数であり、デューティー比決定部2で決定されたデューティー比を有し、互いに位相が90度ずつ異なるPWM信号S11〜S14が生成される。
PWM信号生成部3で生成されたPWM信号S11〜S14は、光源駆動部4a〜4dにそれぞれ出力され、固体光源アレイ11に設けられた複数の固体光源11aを列C1〜C4毎に駆動する駆動信号D1〜D4がそれぞれ生成される。これらの駆動信号D1〜D4は固体光源アレイ11に供給され、固体光源アレイ11に設けられた複数の固体光源11aの発光及び消灯が列C1〜C4を単位として行われる。
図2は、本発明の第1実施形態における駆動信号と光出力との関係を示す図である。図2に示す通り、光源駆動部4a〜4から固体光源アレイ11に供給される駆動信号D1〜D4は、前述したPWM制御周期と同じ周期Twを有し、デューティー比が80%であって、0[A]とI1[A]との二値の電流値をとり、互いに位相が90度ずつ異なる信号である。
ここで、仮に駆動信号D2〜D4の位相が駆動信号D1の位相と一致しているとすると、固体光源アレイ11からは、図2中の曲線L12の通りに光量が変化する光が射出される。つまり、最大光量がLであって、光量の時間変化が駆動信号D1の時間変化と同様である光が固体光源アレイ11から射出される。このような光が固体光源アレイ11から射出されている場合のフリッカーは、駆動信号D1の周波数と同じ周波数であるPWM制御周波数の周波数成分が主体になる。
これに対し、図2に示す通り、位相が互いに90度ずつ異なる駆動信号D1〜D4が固体光源アレイ11に供給される場合には、固体光源アレイ11からは、図2中の曲線L11の通りに光量が変化する光が射出される。つまり、駆動信号D1〜D4の周期Twの4分の1の周期(Tw/4)で光量が(3L/4)とLとの間で(L/4)だけ変化する光が射出される。このような光が固体光源アレイ11から射出されている場合のフリッカーは、駆動信号D1の4倍の周波数(PWM制御周波数の4倍の周波数)の周波数成分が主体になる。
このように、位相が互いに90度ずつ異なる駆動信号D1〜D4によって固体光源アレイ11を駆動すると、同一位相の駆動信号によって固体光源アレイ11を駆動した場合に比べ、射出される光の光量変化を4分の1に低減することができるとともに、フリッカーの周波数成分を4倍に上昇させることができる。このため、固体光源アレイ11から射出された光をライトバルブ等の光変調装置で変調する場合であっても、光変調装置の特性にさほど影響されることなくフリッカーやスクロールノイズの発生を低減することができる。
以上の説明は、デューティー比決定部2で決定されるデューティー比が80%である場合の説明であったが、デューティー比決定部2で決定されるデューティー比が75%,50%,25%である場合にはフリッカーを完全に消失させることができる。すると、固体光源アレイ11から射出された光をライトバルブ等の光変調装置で変調しても、光変調装置のフリッカーと固体光源アレイ11のフリッカーとの干渉が生じないため、フリッカーやスクロールノイズの発生を防止することができる。
〔第2実施形態〕
図3は、本発明の第2実施形態による光源制御装置の要部構成を示すブロック図である。図3に示す通り、本実施形態の光源制御装置1′は、図1に示す光源制御装置1に駆動電流制御部6(電流制御部)を追加し、デューティー比決定部2をデューティー比選択部5(決定部)に代えるとともに、光源駆動部4a〜4dを光源駆動部7a〜7d(駆動制御部)に代えた構成である。かかる構成の光源制御装置1′は、デューティー比選択部5で選択されるデューティー比に応じて、固体光源アレイ11に供給する駆動電流D1〜D4の電流値を変更することが可能である。
デューティー比選択部5は、目標光量信号S1で示される目標光量に応じてデューティー比を0%,25%,50%,75%,100%から選択する。例えば、目標光量信号S1で示される目標光量が予め設定された最大光量の60%である場合には、75%のデューティー比を選択する。つまり、図1に示すデューティー比決定部2は、テーブルT1を用いて目標光量信号S1に応じたデューティー比を細かに決定するものであったが、本実施形態のデューティー比選択部5は、目標光量信号S1で示される目標光量に応じて上記のデューティー比の1つを選択することにより、デューティー比を大まかに決定するものである。
駆動電流制御部6は、目標光量信号S1及びデューティー比選択部5で選択されるデューティー比に基づいて、固体光源アレイ11に供給する駆動電流D1〜D4の電流を制御する制御信号S21〜S24を出力する。具体的に、駆動電流制御部6は、固体光源アレイ11から射出される光の光量、デューティー比、及び固体光源アレイ11に供給される電流の関係を示すテーブルT2(第2テーブル)を有しており、このテーブルT2を用いて駆動電流D1〜D4の電流を目標光量信号S1及びデューティー比に応じた電流に制御する制御信号S21〜S24を出力する。
駆動電流制御部6で生成される制御信号S21〜S24は、概して目標光量信号S1で示される目標光量が高くなるにつれて、或いは、デューティー比が低くなるにつれて駆動電流D1〜D4の電流値を大きくするものである。例えば、目標光量信号S1で示される目標光量が予め設定された最大光量の60%であり、デューティー比選択部5で選択されたデューティー比が75%である場合には、駆動電流D1〜D4の電流値を固体光源アレイ11から最大光量の光が射出されるときに供給される電流値の80%に制御する制御信号S21〜S24を出力する。
光源駆動部7a〜7dは、PWM信号生成部3で生成されるPWM信号S11〜S14及び駆動電流制御部6で生成される制御信号S21〜S24に基づいて、固体光源アレイ11に設けられた複数の固体光源11aを列C1〜C4毎に駆動する駆動信号D1〜D4をそれぞれ生成する。尚、駆動信号D1〜D4は、PWM信号S11〜S14に基づいて周波数、デューティー比、及び位相が規定され、制御信号S21〜S24に基づいてPWM信号S11〜S14の信号レベルが「H」レベルのときの電流値が規定されたパルス状の信号である。
次に、上記構成における光源制御装置1′の動作について説明する。外部からの目標光量信号S1が光源制御装置1に入力されると、デューティー比選択部5に入力されて目標光量信号S1で示される目標光量に応じたデューティー比が選択される。尚、ここでは、目標光量信号S1で示される目標光量が固体光源アレイ11から射出され得る最大光量の60%の光量であり、75%のデューティー比が選択されるものとする。
デューティー比選択部5で選択されたデューティー比はPWM信号生成部3に出力され、このデューティー比に基づいて固体光源アレイ11に設けられた複数の固体光源11aを駆動するPWM信号S11〜S14が生成される。具体的には、周波数が上記のPWM制御周波数であり、デューティー比選択部5で選択されたデューティー比を有し、互いに位相が90度ずつ異なるPWM信号S11〜S14が生成される。
これと並行して、目標光量信号S1及びデューティー比選択部5で選択されたデューティー比が駆動電流制御部6に入力され、固体光源アレイ11に供給される駆動信号D1〜D4の電流値を制御する制御信号S21〜S24が生成されて出力される。尚、ここでは、駆動電流D1〜D4の電流値を固体光源アレイ11から最大光量の光が射出されるときに供給される電流値の80%に制御する制御信号S21〜S24が出力されるとする。
PWM信号生成部3で生成されたPWM信号S11〜S14及び駆動電流制御部6で生成された制御信号S21〜S24は光源駆動部7a〜7dにそれぞれ出力され、固体光源アレイ11に設けられた複数の固体光源11aを列C1〜C4毎に駆動する駆動信号D1〜D4がそれぞれ生成される。これらの駆動信号D1〜D4は固体光源アレイ11に供給され、固体光源アレイ11に設けられた複数の固体光源11aの発光及び消灯が列C1〜C4を単位として行われる。
図4は、本発明の第2実施形態における駆動信号と光出力との関係を示す図である。図4に示す通り、光源駆動部7a〜7dから固体光源アレイ11に供給される駆動信号D1〜D4は、前述したPWM制御周期と同じ周期Twを有し、デューティー比が75%であって、互いに位相が90度ずつ異なる信号である。但し、その電流値は、駆動電流制御部6からの制御信号S21〜S24によって、最大値がI1[A]の80%となるように制御されている。
ここで、仮に駆動信号D2〜D4の位相が駆動信号D1の位相と一致しており、駆動信号D1〜D4の電流値の最大値がI1[A]であるとすると、固体光源アレイ11からは、図4中の曲線L22の通りに光量が変化する光が射出される。つまり、最大光量がLであって、光量の時間変化が駆動信号D1の時間変化と同様である光が固体光源アレイ11から射出される。このような光が固体光源アレイ11から射出されている場合のフリッカーは、駆動信号D1の周波数と同じ周波数であるPWM制御周波数の周波数成分が主体になる。
これに対し、図4に示す通り、位相が互いに90度ずつ異なり、最大値がI1[A]の80%となるように制御されている駆動信号D1〜D4が固体光源アレイ11に供給される場合には、固体光源アレイ11からは、図4中の曲線L21の通り、一定の光量を有する光が射出される。具体的には、最大光量Lの60%の光量を有し、時間的な光量の変動が生じない光が射出される。
このように、本実施形態においても、デューティー比が75%に設定されており、位相が互いに90度ずつ異なる駆動信号D1〜D4によって固体光源アレイ11を駆動することによりフリッカーを完全に消失させることができる。すると、固体光源アレイ11から射出された光をライトバルブ等の光変調装置で変調しても、光変調装置のフリッカーと固体光源アレイ11のフリッカーとの干渉が生じないため、フリッカーやスクロールノイズの発生を防止することができる。
以上の第1,第2実施形態では、固体光源アレイ11の固体光源11aが4つの列C1〜C4に区分されており、テーブルT1を用いて或いは選択によってデューティー比を決定し、更にはテーブルT2を用いて電流制御を行う例について説明した。しかしながら、固体光源アレイ11に設けられた固体光源11aの特性(電流と光量との特性、デューティー比と光量との特性)が線形的である場合には、デューティー比の決定及び電流制御はテーブルT1,T2を用いることなく演算等により行っても良い。
具体的には、固体光源アレイ11に設けられている固体光源11aがn個(nは2以上の整数)のブロックに区分されており、目標光量信号S1で示される目標光量が予め設定された最大光量のm%(mは0≦m≦100を満たす数)であるとすると、以下の式に基づいてデューティー比D%を決定することができる。
D=a×(1/n)
但し、上記式中の変数aは、m/(1/n)なる式で得られる値の小数点以下を切り上げた値を示す変数である。
このとき、PWM信号生成部3によって生成される制御信号は、PWM制御周期と同じ周期Twを有し、位相が互いに360/n度だけずれたn個の制御信号である。また、第2実施形態においては、駆動電流制御部6によって、固体光源アレイ11に供給される駆動信号D1〜D4の電流の最大値が、I1[A](目標光量が100%である場合に固体光源アレイ11に供給される電流)のm/D%となるように制御される。
〔第3実施形態〕
図5は、本発明の第3実施形態による光源制御装置の要部構成を示すブロック図である。図5に示す通り、本実施形態の光源制御装置1″は、極性反転信号生成部8(駆動制御部)及びランプ駆動部9a,9bを備えており、印加電圧の極性を反転させながら複数のランプU1,U2を有するランプユニットU(光源装置)を駆動制御する。
前述した第1,第2実施形態の光源制御装置1,1′は、点灯及び消灯を瞬時に行うことが可能な固体光源11aを制御するものであった。これに対し、本実施形態の光源制御装置1″は、一旦消灯させると再点灯に数分程度の時間を要するランプU1,U2を制御するものである。ランプユニットUに設けられたランプU1,U2は、例えば超高圧水銀ランプなどの放電ランプである。
光源制御装置1″に設けられる極性反転信号生成部8は、ランプユニットUに供給される駆動信号D11,D12の極性を反転させる極性反転信号S31,S32(制御信号)を生成する。具体的には、周波数がランプU1,U2の極性を反転させる制御周波数に規定され、位相が90度だけ異なっている極性反転信号S31,S32を生成する。ここで、極性反転信号S31,S32の位相を90度だけ異ならせるのは、ランプユニットUから射出される光のフリッカーの周波数成分を高めるためである。
ランプ駆動部9a,9bは、極性反転信号生成部8で生成される極性反転信号S31,S32に基づいて、ランプU1,U2を駆動する駆動信号D11,D12をそれぞれ生成する。ここで、ランプ駆動部9a,9bは、極性反転が行われるタイミングまでにある程度電圧を上昇させた駆動信号D11,D12を生成する。これは、ランプU1,U2の極性を反転させるためには、極性反転に先立ってある程度電圧を上昇させる必要があるためである。尚、電圧の上昇のさせ方は任意である。例えば、極性反転が行われる直前のタイミングでパルス状に電圧を上昇させても良く、三角波状に電圧を上昇させても良い。
図6は、本発明の第3実施形態における駆動信号と光出力との関係を示す図である。図6に示す通り、ランプ駆動部9a〜9dからランプユニットUに供給される駆動信号D11,D12は、ランプU1,U2の極性を反転させる制御周波数と同じ周波数を有し、位相が90度だけ異なる信号である。尚、図6に示す駆動信号D11,D12は何れも、極性が反転した時点から次に極性が反転する時点まで電圧が曲線状に徐々に上昇する信号である。
図6を参照すると、ランプユニットUから射出される光の光量は、駆動信号D1,D2の極性が反転するタイミングで不連続に変化していることが分かる。尚、図6では明示していないが、光量の変化量は、駆動信号D1,D2の位相を同じにした場合の変化量よりも小さくなる。また、ランプユニットUから射出される光の光量が変化する周期(周波数)は、駆動信号D1,D2の周期(周波数)の半分(2倍)であることが分かる。
このように、本実施形態においても、第1実施形態と同様に、極性反転時における光量の変化量を小さくすることができるとともに、光量が変化する周波数を2倍にすることができる。このため、ランプユニットUから射出された光をライトバルブ等の光変調装置で変調する場合であっても、光変調装置の特性にさほど影響されることなくフリッカーやスクロールノイズの発生を低減することができる。
《プロジェクター》
次に、本発明の一実施形態によるプロジェクターについて説明する。尚、以下では、図1を用いて説明した光源制御装置1を備えるプロジェクターを例に挙げて説明する。図7は、本発明の一実施形態によるプロジェクターの構成を示す図である。図7に示す通り、プロジェクターPJは、照明装置10、色分離導光光学系20、液晶光変調装置30R,30G,30B(光変調装置)、クロスダイクロイックプリズム40、投射光学系50、及び信号処理部60を備えており、外部から入力される画像信号V1に応じた画像光をスクリーンSCRに向けて投射することによりスクリーンSCR上に画像を表示する。
照明装置10は、図1に示す光源制御装置1及び固体光源アレイ11と、コリメーターレンズアレイ12、集光光学系13、蛍光生成部14、コリメーター光学系15、第1レンズアレイ16、第2レンズアレイ17、偏光変換素子18、及び重畳レンズ19とを備えており、赤色光、緑色光、及び青色光を含む白色光を射出する。コリメーターレンズアレイ12は、固体光源アレイ11に設けられた複数の固体光源11aの各々に対応する複数のコリメーターレンズを備えており、固体光源11aの各々から射出される青色光を略平行化する。
具体的に、コリメーターレンズアレイ12は、24個の平凸レンズであるコリメーターレンズを、6行4列のマトリクス状に配列してなるものである。このコリメーターレンズアレイ12は、コリメーターレンズの凸面を固体光源アレイ11に向け、且つ、各コリメーターレンズを各固体光源11aにそれぞれ対応させた状態で配置されている。集光光学系13は、第1レンズ13a及び第2レンズ13bを備えており、コリメーターレンズアレイ12で略平行化された青色光を蛍光生成部14の近傍の位置に集光する。
蛍光生成部14は、集光光学系13の集光位置の近傍に配設され、集光光学系13で集光された青色光のうちの一部から赤色光及び緑色光を含む蛍光を生成する蛍光層(図示省略)と、この蛍光層を担持する透明部材(図示省略)とを有する。具体的に、蛍光生成部14は、集光光学系13で集光された青色光がデフォーカス状態で蛍光層に入射する位置に配設される。蛍光生成部14は、蛍光の生成に関わることなく蛍光層を通過する青色光を蛍光とともに含み、全体として白色光となる光を射出する。
上記の蛍光層は、例えば、YAG系蛍光体である(Y,Gd)(Al,Ga)12:Ceを含有する層からなる。蛍光層は、集光光学系13で集光された青色光のうちの一部を、赤色光(発光強度のピーク:約610nm)及び緑色光(発光強度のピーク:約550nm)を含む蛍光に変換して射出する。尚、青色光のうち、蛍光の生成に関わることなく蛍光層を通過する一部の青色光は、蛍光とともに射出される。コリメーター光学系15は、第1レンズ15a及び第2レンズ15bを備えており、蛍光生成部14からの光を略平行化する。
第1レンズアレイ16は、複数の小レンズ16aを有しており、固体光源アレ11からの光を複数の部分光束に分割する。具体的に、第1レンズアレイ16が有する複数の小レンズ16aは、照明光軸AXと直交する面内において、複数行及び複数列に亘ってマトリクス状に配列されている。尚、第1レンズアレイ16が有する複数の小レンズ16aの外形形状は、液晶光変調装置30R,30G,30Bの画像形成領域の外形形状に関して略相似形である。
第2レンズアレイ17は、第1レンズアレイ16に設けられた複数の小レンズ16aに対応する複数の小レンズ17aを有する。つまり、第2レンズアレイ17が有する複数の小レンズ17aは、第1レンズアレイ16が有する複数の小レンズ16aと同様に、照明光軸AXと直交する面内において、複数行及び複数列に亘ってマトリクス状に配列されている。この第2レンズアレイ17は、重畳レンズ19とともに、第1レンズアレイ16が有する各小レンズ16aの像を液晶光変調装置30R,30G,30Bの画像形成領域近傍に結像させる。
偏光変換素子18は、偏光分離層、反射層、及び位相差板(何れも図示省略)を有しており、第1レンズアレイ16により分割された各部分光束の偏光方向を、偏光方向の揃った略1種類の直線偏光光として射出する。ここで、偏光分離層は、固体光源アレイ11からの光に含まれる偏光成分のうちの一方の直線偏光成分をそのまま透過させ、他方の直線偏光成分を照明光軸AXに垂直な方向に反射する。また、反射層は、偏光分離層で反射された他方の直線偏光成分を照明光軸AXに平行な方向に反射する。更に位相差板は、反射層で反射された他方の直線偏光成分を一方の直線偏光成分に変換する。
重畳レンズ19は、その光軸が照明装置10の光軸と一致するように配置されており、偏光変換素子18からの各部分光束を集光して液晶光変調装置30R,30G,30Bの画像形成領域近傍に重畳させる。上述した第1レンズアレイ16、第2レンズアレイ17、及び重畳レンズ19は、固体光源アレイ11からの光を均一化するレンズインテグレーター光学系を構成している。
色分離導光光学系20は、ダイクロイックミラー21,22、反射ミラー23〜25、リレーレンズ26,27、及び集光レンズ28R,28G,28Bを備えており、照明装置10からの光を赤色光、緑色光、及び青色光に分離して液晶光変調装置30R,30G,30Bにそれぞれ導光する。ダイクロイックミラー21,22は、所定の波長領域の光を反射して他の波長領域の光を通過させる波長選択透過膜が透明基板上に形成されたミラーである。具体的に、ダイクロイックミラー21は赤色光成分を反射して緑色光及び青色光成分を通過させ、ダイクロイックミラー22は緑色光成分を反射して青色光成分を通過させる。
反射ミラー23は赤色光成分を反射するミラーであり、反射ミラー24,25は青色光成分を反射するミラーである。リレーレンズ26はダイクロイックミラー22と反射ミラー24との間に配設され、リレーレンズ27は、反射ミラー24と反射ミラー25との間に配設される。これらリレーレンズ26,27は、青色光の光路の長さが他の色光の光路の長さよりも長いため、光の発散等による光の利用効率の低下を防止するために設けられる。集光レンズ28R,28G,28Bは、反射ミラー23で反射された赤色光成分、ダイクロイックミラー22で反射された緑色光成分、及び反射ミラー25で反射された青色光成分を、液晶光変調装置30R,30G,30Bの画像形成領域にそれぞれ集光する。
ダイクロイックミラー21で反射された赤色光は、反射ミラー23で反射され、集光レンズ28Rを介して赤色光用の液晶光変調装置30Rの画像形成領域に入射する。ダイクロイックミラー21を通過した緑色光は、ダイクロイックミラー22で反射され、集光レンズ28Gを介して緑色光用の液晶光変調装置30Gの画像形成領域に入射する。ダイクロイックミラー21,22を通過した青色光は、リレーレンズ26、反射ミラー24、リレーレンズ27、反射ミラー25、及び集光レンズ28Bを順に介して青色光用の液晶光変調装置30Bの画像形成領域に入射する。
液晶光変調装置30R,30G,30Bは、入射された色光を信号処理部60から出力される画像信号に応じて変調して、赤色の画像光、緑色の画像光、及び青色の画像光をそれぞれ生成する。尚、図7では図示を省略しているが、集光レンズ28R,28G,28Bと液晶光変調装置30R,30G,30Bとの間にはそれぞれ入射側偏光板が介在配置されており、液晶光変調装置30R,30G,30Bとクロスダイクロイックプリズム40との間にはそれぞれ射出側偏光板が介在配置されている。
液晶光変調装置30R,30G,30Bは、一対の透明なガラス基板の間に電気光学物質である液晶を密閉封入した透過型の液晶光変調装置であり、例えば、ポリシリコンTFT(Thin Film Transistor:薄膜トランジスター)をスイッチング素子として備える。上述した不図示の入射側偏光板の各々を介した色光(直線偏光)の偏光方向が、液晶光変調装置30R,30G,30Bの各々に設けられたスイッチング素子のスイッチング動作によって変調されることにより、画像信号に応じた赤色の画像光、緑色の画像光、及び青色の画像光がそれぞれ生成される。
クロスダイクロイックプリズム40は、上述した不図示の射出側偏光板の各々から射出された画像光を合成してカラー画像を形成する。具体的に、クロスダイクロイックプリズム40は、4つの直角プリズムを貼り合わせてなる略立方体形状の光学部材であり、直角プリズム同士を貼り合わせた略X字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。略X字状の一方の界面に形成された誘電体多層膜は赤色光を反射するものであり、他方の界面に形成された誘電体多層膜は青色光を反射するものである。これらの誘電体多層膜によって赤色光及び青色光は曲折され、緑色光の進行方向と揃えられることにより、3つの色光が合成される。投射光学系50は、クロスダイクロイックプリズム40で合成されたカラー画像をスクリーンSCRに向けて拡大投射する。
信号処理部60は、明るさパラメータ抽出部61(目標光量算出部)、伸張処理部62、及び液晶駆動部63を備えており、外部から入力される画像信号V1の信号処理を行って光源制御装置1で用いられる目標光量信号S1及び液晶光変調装置30R,30G,30Bで用いられる画像信号を生成する。
明るさパラメータ抽出部61は、画像信号V1に基づいて表示されるべき画像の明るさの代表値を示す情報である明るさパラメータを抽出する。例えば、画像信号V1を複数のブロック(例えば4画素×4画素からなるブロック)に分割し、各ブロックに含まれる画素の輝度の平均値を算出し、それら平均値の最大値を明るさパラメータとして抽出する。この明るさパラメータは、照明装置10に設けられた光源制御装置1に目標光量信号S1として出力される。ここで、図7に示す通り、光源制御装置1(正確には、光源制御装置1が備えるデューティー比決定部2)には、明るさパラメータ抽出部61からの目標光量信号S1以外に、ホワイトバランスを制御する制御信号A1も入力されている。
伸張処理部62は、明るさパラメータ抽出部61で抽出された明るさパラメータに基づいて、外部から入力される画像信号V1に伸張処理を行う。例えば、画像信号V1に基づいて表示可能な画像の階調が255階調であり、抽出された明るさパラメータが200階調目の明るさを示すものである場合には、画像信号V1に対して係数α=(255/200)を乗算する処理を行う。かかる伸張処理を行うことにより、液晶光変調装置30R,30G,30Bのダイナミックレンジを最大活かした高コントラストの画像の表示が可能になる。液晶駆動部63は、伸張処理部62で伸張処理が行われた画像信号から、液晶光変調装置30R,30G,30Bの各々を駆動する駆動信号を生成する。
上記構成のプロジェクターPJに画像信号V1が入力されると、信号処理部60の明るさパラメータ抽出部61で明るさパラメータが抽出され、目標光量信号S1として光源制御装置1に出力される。光源制御装置1に目標光量信号S1が入力されると、前述した通り、テーブルT1を用いたデューティー比の決定、PWM信号S11〜S14の生成、及び駆動信号S1〜S4の生成が行われて固体光源アレイ11が駆動される。
他方、明るさパラメータ抽出部61で抽出された明るさパラメータは、画像信号V1とともに伸張処理部62に出力され、伸張処理部62において画像信号V1の伸張処理が行われる。そして、液晶駆動部63において、伸張処理が行われた画像信号に基づいて駆動信号が生成されて、液晶光変調装置30R,30G,30Bが駆動される。
ここで、本実施形態のプロジェクターPJは、固体光源アレイ11から射出される光の光量変化を低減させるとともにフリッカーの周波数成分を4倍に上昇させ、或いは、固体光源アレイ11から射出される光のフリッカーを完全に消失させることができる光源制御装置1を備えている。このため、固体光源アレイ11から射出される光を液晶光変調装置30R,30G,30Bで変調しても液晶光変調装置30R,30G,30Bでの特性に影響されることなくフリッカーやスクロールノイズの発生を低減或いは防止することができる。
尚、光源制御装置1に代えて光源制御装置1′を備える構成の場合、或いは、固体光源アレイ11及びコリメーターレンズアレイ12に代えてランプユニットUを備えるとともに光源制御装置1に代えて光源制御装置1″を備える構成の場合であっても、光量変化の低減及びフリッカーの周波数成分の上昇を図ることが可能である。このため、このような構成の場合にも液晶光変調装置30R,30G,30Bでの特性に影響されることなくフリッカーやスクロールノイズの発生を低減或いは防止することができる。
以上、本発明の実施形態による光源制御装置及び方法並びにプロジェクターについて説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、以下に示す変形例が可能である。
(1)上記実施形態では、固体光源アレイ11に配列形成された固体光源11aが半導体レーザーである場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、固体光源が発光ダイオードである固体光源アレイにも本発明を適用することができる。
(2)上記実施形態では、固体光源が面状に配列されている例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、固体光源が線状に配列されている場合にも本発明を適用することが可能である。加えて、上記実施形態では、基板SBの縦方向及び横方向に一定の間隔で固体光源が配列されている例について説明したが、ハニカム状に配列されていても良い。ここで、ハニカム状とは、正六角形を平面上に隙間無く並べた場合の各交点に固体光源が位置する配列をいう。
(3)上記実施形態では、プロジェクターとして透過型のプロジェクターを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、反射型のプロジェクターにも本発明を適用することができる。ここで、「透過型」とは、透過型の液晶表示装置等のように光変調装置が光を透過すものであることを意味し、「反射型」とは、反射型の液晶表示装置等のように光変調装置が光を反射するものであることを意味する。反射型のプロジェクターに本発明を適用した場合にも、透過型のプロジェクターと同様の効果を得ることができる。
(4)上記実施形態では、光変調装置として液晶光変調装置を用いる例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。光変調装置としては、一般に、画像信号に応じて入射光を変調するものであればよく、ライトバルブやマイクロミラー型光変調装置等を用いても良い。マイクロミラー型光変調装置としては、例えばDMD(デジタルマイクロミラーデバイス)(TI社の商標)を用いることができる。
(5)本発明は、投射画像を観察する側から投射するフロント投射型プロジェクターに適用することも、投射画像を観察する側とは反対の側から投射するリア投射型プロジェクターに適用することも可能である。
1,1′,1″…光源制御装置、2…デューティー比決定部、3…PWM信号生成部、4a〜4d…光源駆動部、5…デューティー比選択部、6…駆動電流制御部、7a〜7d…光源駆動部、8…極性反転信号生成部、11…固体光源アレイ、11a…固体光源、30R,30G,30B…液晶光変調装置、50…投射光学系、61…明るさパラメータ抽出部、62…伸張処理部、PJ…プロジェクター、S1…目標光量信号、S11〜S14…PWM信号、S31,S32…極性反転信号、SCR…スクリーン、T1,T2…テーブル、U…ランプユニット、U1,U2…ランプ、V1…画像信号

Claims (11)

  1. 複数の固体光源を有する光源装置を制御する光源制御装置であって、
    前記光源装置から射出されるべき光の光量である目標光量を示す信号に基づいて、前記光源装置の制御周期内における前記固体光源の発光時間と消灯時間との比であるデューティー比を決定する決定部と、
    前記決定部で決定されたデューティー比を有し、前記複数の固体光源のうちの少なくとも1つの固体光源を駆動する位相を、他の固体光源を駆動する位相と異ならせる制御信号を生成して前記複数の固体光源の駆動制御を行う駆動制御部と
    を備えることを特徴とする光源制御装置。
  2. 前記目標光量及び前記決定部で決定されるデューティー比に応じて、前記固体光源に供給する電流を制御する電流制御部を備えることを特徴とする請求項1記載の光源制御装置。
  3. 前記決定部は、前記光源装置から射出される光の光量と前記デューティー比との関係を示す第1テーブルを有しており、該第1テーブルを用いて前記目標光量に応じたデューティー比を決定することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の光源制御装置。
  4. 前記電流制御部は、前記光源装置から射出される光の光量、前記デューティー比、及び前記固体光源に供給される電流の関係を示す第2テーブルを有しており、該第2テーブルを用いて前記目標光量及び前記デューティー比に応じた電流を前記固体光源に供給することを特徴とする請求項2記載の光源制御装置。
  5. 前記複数の固体光源は、発光及び消灯を個別に制御可能なn個(nは2以上の整数)のブロックに区分されており、
    前記決定部は、前記目標光量をm%(mは0≦m≦100を満たす数)とし、m/(1/n)なる式で得られる値の小数点以下を切り上げた値をaとすると、前記デューティー比D%をa×(1/n)なる式で得られる値に決定し、
    前記駆動制御部は、位相が互いに360/n度だけずれたn個の制御信号を生成し、
    前記電流制御部は、前記固体光源に供給する電流を、前記目標光量が100%である場合に前記固体光源に供給される電流のm/D%に制御する
    ことを特徴とする請求項2記載の光源制御装置。
  6. 印加電圧の極性を反転させながら複数の光源を有する光源装置を駆動制御する光源制御装置であって、
    前記複数の光源のうちの少なくとも1つの光源を駆動する位相を、他の光源を駆動する位相と異ならせる制御信号を生成して前記複数の光源の駆動制御を行う駆動制御部を備えることを特徴とする光源制御装置。
  7. 複数の固体光源を有する光源装置を制御する光源制御方法であって、
    前記光源装置から射出されるべき光の光量である目標光量を示す信号に基づいて、前記光源装置の制御周期内における前記固体光源の発光時間と消灯時間との比であるデューティー比を決定し、
    決定されたデューティー比を有し、前記複数の固体光源のうちの少なくとも1つの固体光源を駆動する位相を、他の固体光源を駆動する位相と異ならせる制御信号を生成して前記複数の固体光源の駆動制御を行う
    ことを特徴とする光源制御方法。
  8. 印加電圧の極性を反転させながら複数の光源を有する光源装置を駆動制御する光源制御方法であって、
    前記複数の光源のうちの少なくとも1つの光源を駆動する位相を、他の光源を駆動する位相と異ならせる制御信号を生成して前記複数の光源の駆動制御を行うことを特徴とする光源制御方法。
  9. 光源装置と、表示すべき画像の画像信号に基づいて該光源装置からの光を変調する光変調装置と、該光変調装置で変調された光をスクリーンに投射する投射光学系とを備えるプロジェクターにおいて、
    前記光源装置を制御する請求項1から請求項6の何れか一項に記載の光源制御装置を備えることを特徴とするプロジェクター。
  10. 前記画像信号から前記目標光量を示す信号を求める目標光量算出部を備えることを特徴とする請求項9記載のプロジェクター。
  11. 前記目標光量算出部で求められた前記目標光量に応じて、前記光変調装置の変調に用いられる画像信号の伸張処理を行う伸張処理部を備えることを特徴とする請求項10記載のプロジェクター。
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