JP2013148453A - 回転位置検出回路及びプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】フォトインタラプタの出力レベルに変動があっても安定したパルス検出を実現する技術を提供する。
【解決手段】カラーホイール回転位置検出回路は、カラーホイール回転部に設けられた回転位置検出マークを識別するためのフォトインタラプタ３と、その出力信号のピークレベル、ボトムレベルを検出するピークホールド回路１０及びボトムホールド回路１４と、ピークレベルとボトムレベルの中間レベルを基準レベルとするコンパレータ７と、ピークレベル低下及びボトムレベル上昇を検出するピーク低下検出回路２１及びボトム上昇検出回路２８と、その検出結果によって切替可能なスイッチ２２、２９と、スイッチ２２、２９から出力される電圧を保持する電圧ホールド回路１９、２６と、そのピークレベルとボトムレベルから生成された信号で出力電圧を可変できる可変型レギュレータ１６と、を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、回転位置検出回路及びそのような回転位置検出回路を備えたプロジェクターに関する。

一般的に、ＤＭＤ素子の単板構成のプロジェクター装置等においては、ランプ光の色分離を行うカラーホイールの回転位置を検出し映像処理と同期させる必要がある。

一般に、カラーホイール回転位置検出信号生成に関する技術では、カラーホイール回転部に設けられた回転位置検出マークを反射型のフォトインタラプタを用いて検出し、コンパレータを用いてパルス信号化する。そしてフォトインタラプタ出力の積分信号やピークレベルの分圧信号をコンパレータの基準信号に用いることでパルス信号化動作の安定化が図られている。

カラーホイール回転位置検出信号生成に適用可能な技術については、様々な技術が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特許文献１に開示の技術では、フォトインタラプタ出力の積分信号をコンパレータの基準信号に用いてパルス信号化する技術が開示されている。また、特許文献２に開示の技術では、図１０に示すようなピークホールド回路の構成を適用し、フォトインタラプタ出力のピークレベルの分圧信号をコンパレータの基準信号に用いてパルス信号化する技術が開示されている。また、特許文献３に開示の技術では、図１１に示すようなピークホールド回路とボトムホールド回路を用いた簡易的な装置が提案されている。

特開２００６−１０６２４０号公報 特開２００９−０８６６０９号公報 特開平６−３００５８４号公報

ところで、フォトインタラプタには発光素子、受光素子ともに感度のばらつきや変動があり、またプロジェクター内に配置されたカラーホイール回転部及び位置検出マークには使用時間の経過とともにゴミや異物の付着、劣化が発生し光の反射率が変化することがある。その結果、図１２に示すように、フォトインタラプタ出力信号のピークレベル、ボトムレベルともに、大きく下降、上昇した状態になることがあり、また、振幅も小さくなってしまうことがある。特に、図１２（ｃ）に示すボトムレベルが上昇した場合には、特許文献１に開示の技術において、ピークレベルの半分に分圧した信号を基準信号に用いてもコンパレートできなくなってしまうという課題があった。特許文献２や特許文献３に開示の技術でも、上記の課題について何ら検討されておらず新たな技術が求められていた。

本発明は以上のような状況に鑑みなされたものであって、上記課題を解決する技術を提供することを目的とする。

本発明の回転位置検出回路は、回転体に設けられた識別マークを検出するフォトインタラプタと、前記フォトインタラプタの出力のピーク値をホールドするピークホールド回路と、前記フォトインタラプタの出力のボトム値をホールドするボトムホールド回路と、前記ピークホールド回路の出力と前記ボトムホールド回路の出力の中間レベルを基準信号として入力し、前記フォトインタラプタの出力と比較するコンパレータと、前記ピークホールド回路の出力が所定のピーク基準値より低下したときに、前記フォトインタラプタの発光素子への電力供給する可変レギュレータの基準電圧入力への入力電圧を低下させ、前記ボトムホールド回路の出力が所定のボトム基準値より上昇したときに、前記フォトインタラプタの発光素子への電力供給する可変レギュレータの基準電圧入力への入力電圧を上昇させる基準電圧調整手段と、を有する。
また、前記基準電圧調整手段は、前記可変レギュレータの前記基準電圧入力への入力電圧の上昇または低下のいずれかを選択的に実行してもよい。
本発明のプロジェクターは、上述の回転位置検出回路を有する。

本発明によれば、フォトインタラプタの出力レベルに変動があっても安定したパルス検出を実現する技術を提供することができる。

実施形態に係る、プロジェクターの構成図である。 実施形態に係る、カラーホイール位置検出回路の機能ブロック図である。 実施形態に係る、カラーホイール及びモーターの周辺の部品構成を示す図である。 実施形態に係る、カラーホイール位置検出回路の回路ブロック図である。 実施形態に係る、フォトインタラプタ出力信号の波形図である。 実施形態に係る、フォトインタラプタ出力信号の波形図である。 実施形態に係る、フォトインタラプタ出力信号の波形図である。 実施形態に係る、フォトインタラプタ出力信号の波形図である。 実施形態に係る、各出力電圧のレベル推移を示したグラフである。 従来技術に係る、ピークホールド回路を有するカラーホイール位置検出回路の回路ブロック図である。 従来技術に係る、一般的な構成にピークホールド回路とボトムホールド回路を有するカラーホイール位置検出回路の回路ブロックである。 従来技術に係る、フォトインタラプタ出力信号の波形図である。

次に、本発明を実施するための形態（以下、単に「実施形態」という）を、図面を参照して具体的に説明する。本実施形態の概要は、フォトインタラプタ出力信号のピークレベル、ボトムレベルの両方を検出し、それらの中間レベルでコンパレータを動作させることで、フォトインタラプタの出力レベルに変動があっても安定したパルス化動作を実現する。さらに、フォトインタラプタ出力信号の振幅を適正に保持するため、ピークレベルは回路電源電圧近くに、ボトムレベルはＧＮＤ近くとなるように、フォトインタラプタ発光素子駆動電流を変化させる。以下、具体的に説明する。

図１は本実施形態にかかるプロジェクター９０の概略構成を示す図であり、プロジェクター９０は、光学系の構成として、ランプ６０と、カラーホイール５０と、ＤＭＤ６２と、投射レンズ６４とを備える。ランプ６０を出力した光は、カラーホイール５０を通過し、ＤＭＤ６２で変調され、投射レンズ６４から映像として出力する。なお、図１のプロジェクター９０の構成において一般的なものの説明は適宜省略する。

また、プロジェクター９０は、システムマイコン５２と、モーター制御回路５４と、ランプ制御回路５６と、映像処理回路５８とを備え、ランプ光の色分離を行うカラーホイール５０の回転位置を検出し映像処理と同期させている。

図２は、カラーホイール５０の回転位置を検出し映像処理と同期させるためのカラーホイール位置検出回路８０の機能ブロック図である。カラーホイール位置検出回路８０は、例えば、モーター制御回路５４に含まれる。また、図３は、上記同期処理のためにカラーホイール５０の周辺に配置される構造を示した図である。

図３に示すように、カラーホイール５０を回転させるモーター４０の側面部分であるカラーホイール回転部４４には、回転位置検出マーク４２が設けられている。フォトインタラプタ３から出力された光がカラーホイール回転部４４で反射し戻って、フォトインタラプタ３で取得される。反射光の強さで回転位置検出マーク４２の位置が検出される。回転位置検出マーク４２の大きさは任意に設定可能である。

具体的な構成として、図２に示すように、カラーホイール位置検出回路８０は、フォトインタラプタ３を用いたカラーホイール５０の回転位置検出マーク４２の検出するための構成として、フォトインタラプタ出力検出回路７０と、発光素子駆動制御回路７２と、基準信号生成回路７４と、コンパレータ７とを備える。

図４に、カラーホイール位置検出回路８０のより詳細な回路構成を示す。カラーホイール回転位置検出回路８０は、カラーホイール回転部（モーター４０）に設けられた回転位置検出マーク４２を識別するためのフォトインタラプタ３と、その出力信号のピークレベル、ボトムレベルを検出する回路（ピークホールド回路１０、ボトムホールド回路１４）と、そのピークレベルとボトムレベルの中間レベルを基準レベルとするコンパレータ回路（コンパレータ７）と、ピークレベル低下及びボトムレベル上昇を検出する回路（ピーク低下検出回路２１、ボトム上昇検出回路２８）とその検出結果によって切替可能なスイッチ回路（スイッチ２２、２９）と、そのスイッチ回路（スイッチ２２、２９）から出力される電圧を保持するホールド回路（電圧ホールド回路１９、２６）と、そのピークレベルとボトムレベルから生成された信号で出力電圧を可変できるレギュレータ回路（可変型レギュレータ１６）と、そのレギュレータ回路出力電圧Ｖ＿ＯＵＴをフォトインタラプタ発光素子駆動電圧源とする回路構成を持つ。なお、カラーホイール位置検出回路８０では、各所に抵抗が配されているが、特に説明がないものについては、一般的な機能（例えば、入力／出力インピーダンス調整機能や所定の基準値機能）を実現するものである。なお、ピークレベル低下及びボトムレベル上昇を検出する回路（ピーク低下検出回路２１、ボトム上昇検出回路２８）と、スイッチ回路（スイッチ２２、２９）と、ホールド回路（電圧ホールド回路１９、２６）は、可変型レギュレータ１６の基準電圧入力へ入力される電圧を調整する基準電圧調整手段として機能する。

フォトインタラプタ３にはフォトダイオードからなる発光素子１とフォトトランジスタからなる受光素子２とが内蔵されている。発光素子１からの放射光がカラーホイール回転部４４（モーター４０）に設けられた回転位置検出マーク４２で反射される。その反射光を受光素子２が受けて、反射光の強弱によりフォトインタラプタ３の出力信号レベルが変化する。本実施形態では、反射光が強くなると出力電圧が上昇し、反射光が弱くなると出力電圧が下降するタイプのフォトインタラプタ３が用いられているものとする。

フォトインタラプタ出力Ｖ１はピークホールド回路１０にてピークレベルＶｐが、ボトムホールド回路１４にてボトムレベルＶｂが取出される。このピークレベルＶｐとボトムレベルＶｂは、それぞれの出力先に配されている抵抗Ｒ１９、Ｒ２０を介して出力された後、加算されて、その中間レベルＶｍとしてコンパレータ７の基準信号とされる。

ピークホールド回路１０は、ピークホールド機能を実現する一般的な回路構成を有している。即ち、ピークホールド回路１０は、非反転入力にフォトインタラプタ出力Ｖ１が入力する入力コンパレータ８と、順方向に配置された整流回路Ｄ２と、ホールドコンデンサＣ２と、放電用の抵抗Ｒ７と、出力コンパレータ９とを有し、ピークレベルＶｐを出力する。なお、ホールドコンデンサＣ２と、抵抗Ｒ７のそれぞれの一方の端子は、整流回路Ｄ２のカソードと出力コンパレータ９の非反転入力との間の経路に接続される。ホールドコンデンサＣ２と、放電用の抵抗Ｒ７のそれぞれの他方の端子は、接地（ＧＮＤ）に接続される。また、出力コンパレータ９の出力であるピークレベルＶｐは入力コンパレータ８の反転入力に入力される。つまり、ピークホールド回路１０は、全体として負帰還動作をする。

同様に、ボトムホールド回路１４は、ボトムホールド機能を実現する一般的な回路構成を有している。即ち、ボトムホールド回路１４は、非反転入力にフォトインタラプタ出力Ｖ１が入力する入力コンパレータ１２と、逆方向に配置された整流回路Ｄ３と、ホールドコンデンサＣ３と、基準用の抵抗Ｒ１１と、出力コンパレータ１３とを有し、ボトムレベルＶｂを出力する。なお、ホールドコンデンサＣ３と、抵抗Ｒ１１のそれぞれの一方の端子は、整流回路Ｄ３のアノードと出力コンパレータ１３の非反転入力との間の経路に接続される。ホールドコンデンサＣ３と、抵抗Ｒ１１のそれぞれの他方の端子は、電源電圧ＶＣＣ１に接続される。また、出力コンパレータ１３の出力であるボトムレベルＶｂは入力コンパレータ１２の反転入力に入力される。つまり、ボトムホールド回路１４は、全体として負帰還動作をする。

ピークレベルＶｐとボトムレベルＶｂの出力先に配される上記の二つの抵抗Ｒ１９、Ｒ２０をほぼ等価抵抗値とすれば、中間レベルＶｍはピークレベルＶｐとボトムレベルＶｂの中間値となる。コンパレータ７は中間レベルＶｍを基準信号（反転入力）としてフォトインタラプタ３のフォトインタラプタ出力Ｖ１を抵抗Ｒ５を介して非反転入力側で取得し、コンパレートし、カラーホイール回転位置検出信号Ｖ０を出力する。

ここでフォトインタラプタ出力Ｖ１について検討する。図５（ａ）が理想的な状態のフォトインタラプタ出力Ｖ１を示している。しかし、図５（ｂ）や図５（ｃ）に示すように、ピークレベルＶｐ、ボトムレベルＶｂが下降、上昇にて変動することがある。変動の結果、ピークレベルＶｐ−ボトムレベルＶｂ間が狭くなりフォトインタラプタ出力信号Ｖ１の振幅がある程度小さくなっても、中間レベルＶｍは必ずピークレベルＶｐ−ボトムレベルＶｂ間の中間にあり、これを基準信号とするコンパレータ７はカラーホイール回転位置検出信号Ｖ０の出力が可能となる。

図６にノイズ成分が現れた状態のフォトインタラプタ出力Ｖ１を示す。図６（ａ）は、ノイズ成分があるものの反射状態が理想的な状態のフォトインタラプタ出力Ｖ１を示している。しかしながら、例えば図６（ｂ）に示すように、フォトインタラプタ出力信号Ｖ１に大きなノイズ成分が現れていたり、さらにフォトインタラプタ出力信号Ｖ１の振幅が小さくなる場合には、中間レベルＶｍをピークレベルＶｐとボトムレベルＶｂの中間値として最適化するだけではコンパレータ７が動作しないおそれがある。したがって、図６（ｃ）に示すように、フォトインタラプタ出力信号Ｖ１の振幅を適正値まで回復させてコンパレータ７の動作マージンを確保することが必要である。

そのために、本実施形態では、ピークレベルＶｐについては、ピーク低下検出回路２１及びピーク補正信号生成回路１７における処理が追加されている。また、ボトムレベルＶｂについては、ボトム上昇検出回路２８及びボトム補正信号生成回路２４の処理が追加されている。

まず、ピークレベルＶｐに対する処理を説明する。ピークホールド回路１０から出力されるピークレベルＶｐは、まずピーク低下検出回路２１に入力されて、コンパレータ２０によりピーク低下検出レベルＶｐｄと比較される。ピーク低下検出回路２１は、ピーク低下検出レベルＶｐｄよりも下がるとピーク低下状態としてスイッチ１８を導通させる。

また、ピークレベルＶｐはピーク補正信号作成回路１７にも入力されて、オペアンプ１１において電源電圧ＶＣＣ１との差電圧が増幅され、ピーク補正信号Ｖｐａが出力される。ピーク補正信号ＶｐａはピークレベルＶｐが下降して電源電圧ＶＣＣ１との差が大きくなると下降し、ピークレベルＶｐが上昇して電源電圧ＶＣＣ１との差が小さくなると上昇する。

ピーク補正信号作成回路１７から出力されるピーク補正信号Ｖｐａは、ピーク低下検出時のみスイッチ１８、電圧ホールド回路１９を通して供給される。スイッチ１８がオンのときに、電圧ホールド回路１９の電圧値が更新される。

さらにボトムホールド回路１４から出力されるボトムレベルＶｂも、まずボトム上昇検出回路２８に入力されて、コンパレータ２７によりボトム上昇検出レベルＶｂｄと比較される。ボトム上昇検出回路２８は、ボトム検出レベルＶｂｄよりも上がるとボトム上昇状態としてスイッチ２５を導通させる。

また、ボトムレベルＶｂはボトム補正信号作成回路２４にも入力されて、オペアンプ２３によりＧＮＤ（接地）電圧との差電圧が増幅されボトム補正信号Ｖｂａが生成されて出力される。ボトム補正信号ＶｂａはボトムレベルＶｂが上昇してＧＮＤ（接地）電圧との差が大きくなると上昇し、ボトムレベルＶｂが下降してＧＮＤ（接地）電圧との差が小さくなると下降する。

ボトム補正信号作成回路２４から出力されるボトム補正信号Ｖｂａは、ボトム上昇検出時のみスイッチ２５、電圧ホールド回路２６を通して供給される。スイッチ２５がオンのときに、電圧ホールド回路２６の電圧値が更新される。

これらピーク補正信号Ｖｐａ及びボトム補正信号Ｖｂａは、抵抗Ｒ１５、抵抗Ｒ１６を通じて可変型レギュレータ１６のＲＥＦ電圧に（レギュレータ基準電圧ＶＲＥＦとして）加算され入力される。

可変型レギュレータ１６に入力されるＲＥＦ電圧は、出力電圧ＶＯＵＴを抵抗Ｒ１７と抵抗Ｒ１８で分圧した電圧に、ピーク補正信号Ｖｐａ及びボトム補正信号Ｖｂａを抵抗Ｒ１５と抵抗Ｒ１６を通じて加算された値となる。その結果、出力電圧ＶＯＵＴが変化することになる。

図７及び図８に上記の構成により適正化されたフォトインタラプタ出力Ｖ１を示す。また、図９（ａ）にピークレベルＶｐ、ピーク低下検出レベルＶｐｄ、ピーク低下検出信号Ｖｐｅ及びレギュレータ基準電圧ＶＲＥＦのレベル推移を示し、図９（ｂ）にボトムレベルＶｂ、ボトム低下検出レベルＶｂｄ、ボトム低下検出信号Ｖｂｅ及びレギュレータ基準電圧ＶＲＥＦのレベル推移を示す。

図７（ａ）に示すようにピークレベルＶｐが低下した場合には、図９（ａ）に示すようにピーク低下検出ＯＮとなり、ピーク補正信号Ｖｐａが出力され、ピーク低下検出信号Ｖｐｅがハイとなる。その結果、スイッチ１８が導通し、レギュレータ基準電圧ＶＲＥＦが下降する。その結果、出力電圧ＶＯＵＴは上昇する。

するとフォトインタラプタ３の発光素子１の駆動電流値Ｉｆは元の電流値Ｉ０よりも増加する。その結果、ピークレベルＶｐが上昇してピーク低下検出レベルＶｐｄを上回るとピーク低下検出ＯＦＦとなり、スイッチ１８が非導通となってピーク補正信号Ｖｐａは供給されなくなる。しかし、電圧ホールド回路１９によってピーク低下検出ＯＦＦ時の電圧が保持される。このとき、フォトインタラプタ３の出力信号Ｖ１の振幅は増加して、図７（ｂ）に示すような適正レベルまで回復する。

また、図８（ａ）に示すようなボトムレベルＶｂが上昇した場合には、図９（ｂ）に示すようにボトム上昇検出ＯＮとなりボトム補正信号Ｖｂａが出力される。その結果、レギュレータ基準電圧ＶＲＥＦが上昇するので出力電圧ＶＯＵＴは下降する。するとフォトインタラプタ３の発光素子１の駆動電流値Ｉｆは元の電流値Ｉ０よりも減少する。その結果、ボトムレベルＶｂが下降してボトム検出レベルを下回ると、ボトム検出ＯＦＦとなりスイッチ２５が非導通となってボトム補正信号Ｖｂａは供給されなくなる。しかしながら、電圧ホールド回路２６によってボトム上昇検出ＯＦＦ時の電圧が保持される。この時、フォトインタラプタ３の出力信号Ｖ１の振幅は増加して、図８（ｂ）に示すような適正レベルまで回復する。なお波形図のパルス幅は、カラーホイール回転部４４（モーター４０）に設けられた回転位置検出マーク４２の大きさにより規定され、図５から図８の波形図はその一例を示すものである。

ピーク低下検出時のピーク補正信号Ｖｐａ供給による補正処理時は、スイッチ２９を非導通とすることで、同時にボトム補正処理が実施されないようにしている。また同様にボトム上昇検出時のボトム補正信号Ｖｂａ供給による補正処理時はスイッチ２２を非導通とすることで、同時にピーク補正処理が実施されないようにしている。

以上、本実施形態によると、フォトインタラプタ３の部品ばらつきやカラーホイール回転部４４及び回転位置検出マーク４２の光反射率に変動があっても、それらの状態に対応してフォトインタラプタ３の出力信号を適正化することが可能で、カラーホイール回転位置検出動作が安定したものとなる。

以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせ等にいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

１ 発光素子
２ 受光素子
３ フォトインタラプタ
７ コンパレータ
１１ オペアンプ
１２ 入力コンパレータ
１３ 出力コンパレータ
１０ ピークホールド回路
１４ ボトムホールド回路
１６ 可変型レギュレータ
１７ ピーク補正信号生成回路
１８ スイッチ
１９ 電圧ホールド回路
２１ ピーク低下検出回路
２２ スイッチ
２４ ボトム補正信号生成回路
２５ スイッチ
２６ 電圧ホールド回路
２８ ボトム上昇検出回路
２９ スイッチ
４０ モーター
４２ 回転位置検出マーク
４４ カラーホイール回転部
５０ カラーホイール
５２ システムマイコン
５４ モーター制御回路
５６ ランプ制御回路
５８ 映像処理回路
６０ ランプ
６２ ＤＭＤ
６４ 投射レンズ
７０ フォトインタラプタ出力検出回路
７２ 発光素子駆動制御回路
７４ 基準信号生成回路
８０ カラーホイール位置検出回路
９０ プロジェクター
Ｖ０ カラーホイール回転位置検出信号
Ｖ１ フォトインタラプタ出力
ＶＣＣ１ 電源電圧
Ｖｂ ボトムレベル
Ｖｂｄ ボトム上昇検出レベル
Ｖｂｅ ボトム低下検出信号
Ｖｍ 中間レベル
Ｖｐ ピークレベル
Ｖｐａ ピーク補正信号
Ｖｐｄ ピーク低下検出レベル
Ｖｐｅ ピーク低下検出信号

Claims (3)

1. 回転体に設けられた識別マークを検出するフォトインタラプタと、
   前記フォトインタラプタの出力のピーク値をホールドするピークホールド回路と
   前記フォトインタラプタの出力のボトム値をホールドするボトムホールド回路と、
   前記ピークホールド回路の出力と前記ボトムホールド回路の出力の中間レベルを基準信号として入力し、前記フォトインタラプタの出力と比較するコンパレータと、
   前記ピークホールド回路の出力が所定のピーク基準値より低下したときに、前記フォトインタラプタの発光素子への電力供給する可変レギュレータの基準電圧入力への入力電圧を低下させ、前記ボトムホールド回路の出力が所定のボトム基準値より上昇したときに、前記フォトインタラプタの発光素子への電力供給する可変レギュレータの基準電圧入力への入力電圧を上昇させる基準電圧調整手段と、
   を有することを特徴とする回転位置検出回路。
2. 前記基準電圧調整手段は、前記可変レギュレータの前記基準電圧入力への入力電圧の上昇または低下のいずれかを選択的に実行することを特徴とする請求項１に記載の回転位置検出回路。
3. 請求項１または２の回転位置検出回路を有することを特徴とするプロジェクター。

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