JP2014164289A - 光源装置および投写型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】映像のちらつきを抑制し、美しい映像を投写することができる光源装置および投写型映像表示装置を提供する。
【解決手段】励起光を発する青色レーザ２１と、励起光により励起され、光を発する蛍光体３２と、蛍光体が設けられ、所定の周期で回動する蛍光体ホイール３１と、光源を駆動する電力を制御する制御部９０と、を有する光源装置であって、制御部は、光源、発光体または発光体ホイールを要因とする光量の変動を予め検出し、変動を抑制するように算出した電力が、光源へ供給されるように制御する。
【選択図】図２

Description

本開示は、光量の変動を抑制する制御に関し、この制御を搭載した光源装置および投写型映像表示装置に関する。

従来、光源と、光源から出射された光を変調する光変調素子と、光変調素子から出射された光を投写面上に投写する投写ユニットとを有する投写型映像表示装置が知られている。

ここで、光源から出射される光の光量は、経時的に変動することが知られており、光量を検出する検出部を備え、この検出部からの検出結果に応じて、光源の出力を制御する制御部を備える投写型映像表示装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１２−０４７９５１号公報

ところで、光源から出射される光を、赤色成分光や緑色成分光などを発光する発光体に照射して基準映像光を得る投写型映像表示装置も、近年、提案されてきており、このような投写型映像表示装置では、発光体のムラを要因とする光源部の光量の変動が発生する。

具体的には、樹脂と混合した発光体をホイールに塗布するケースが多いため、ホイール自体の歪み、ホイール取付け時の傾斜、あるいは、塗布時の塗ムラなどが、光量が変動する要因となる。これらの要因は、経時的に変化するものではないが、初期の段階から映像がちらつくといった映像を劣化させるという課題があった。

そこで、本開示は、上述した課題を解決するためになされたものであり、映像のちらつきを抑制し、美しい映像を投写することができる光源装置および投写型映像表示装置を提供することを目的とする。

本開示に係る光源装置は、励起光を発する光源（例えば、青色レーザ２１）と、励起光により励起され、光を発する発光体（例えば、蛍光体３２）と、発光体が設けられ、所定の周期で回動する発光体ホイール（例えば、蛍光体ホイール３１）と、光源を駆動する電力を制御する制御部（例えば、制御部９０）と、を有する。この制御部は、光源、発光体または発光体ホイールを要因とする光量の変動を予め検出し、この変動を抑制するように算出した電力が、光源へ供給されるように制御するものである。

本開示に係る投写型映像表示装置は、励起光を発する光源（例えば、青色レーザ２１）と、励起光により励起され、光を発する発光体（例えば、蛍光体３２）と、発光体が設けられ、所定の周期で回動する発光体ホイール（例えば、蛍光体ホイール３１）と、を有する光源部（例えば、光源部２０）と、入力信号に応じて映像を生成する表示部（例えば、表示部８０）と、光源部からの光を表示部へ導く照明部（例えば、照明部５０）と、光源部、表示部および照明部を制御する制御部（例えば、制御部９０）と、を有する。この制御部は、光源、発光体または発光体ホイールを要因とする光量の変動を予め検出し、変動を抑制するように算出した電力が、光源へ供給されるように制御するものである。

本開示によれば、光源装置あるいはこの光源装置を用いた投写型映像表示装置のちらつきを抑制することが可能となる。

本開示に係る投写型映像表示装置の構成を示す図である。 本開示に係る投写型映像表示装置の光学構成を示す図である。 本開示に係る蛍光体ホイールの構成を示す図である。 本開示に係る制御部の構成を示すブロック図である。 本開示に係る制御の流れを説明するフローチャートである。 本開示に係る光量ムラを説明する図である。

以下において、本開示の実施形態に係る光源装置および投写型映像表示装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。

ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
［実施形態の概要］
本実施の形態に係る光源装置（例えば、光源部２０）は、励起光を発する光源（例えば、青色レーザ２１）と、励起光により励起され、光を発する発光体（例えば、蛍光体３２）と、発光体が設けられ、所定の周期で回動する発光体ホイール（例えば、蛍光体ホイール３１）と、光源を駆動する電力を制御する制御部（例えば、制御部９０）と、を有する光源装置であって、制御部は、光源、発光体または発光体ホイールを要因とする光量の変動を予め検出し、この変動を抑制するように算出した電力が、光源へ供給されるように制御する。

上記の光源装置において、予め検出した光量の変動を記憶する記憶部（例えば、記憶部９１）を更に有しており、制御部は、光源装置が起動されるとき、記憶部から変動を読み出して、変動を抑制する電力を算出する。

本実施の形態に係る投写型映像表示装置（例えば、投写型映像表示装置１０）は、励起光を発する光源（例えば、青色レーザ２１）と、励起光により励起され、光を発する発光体（例えば、蛍光体３２）と、発光体が設けられ、所定の周期で回動する発光体ホイール（例えば、蛍光体ホイール３１）と、を有する光源部（例えば、光源部２０）と、入力信号に応じて映像を生成する表示部（例えば、表示部８０）と、光源部からの光を表示部へ導く照明部（例えば、照明部５０）と、光源部、表示部および照明部を制御する制御部（例えば、制御部９０）と、を有する投写型映像表示装置であって、制御部は、光源、発光体または発光体ホイールを要因とする光量の変動を予め検出し、変動を抑制するように算出した電力が、光源へ供給されるように制御する。
［第１実施形態］
（投写型映像表示装置の構成）
図１は、本開示に係る投写型映像表示装置１０の構成を示す図である。投写型映像表示装置１０は投写レンズ１２によりスクリーン１４上へ映像を拡大投写する。

投写型映像表示装置１０は、基準映像光を出射する光源部２０と、それぞれの基準映像光を表示部８０へ導く照明部５０と、制御部９０とを備える。

制御部９０は、外部から映像の入力信号を受け付ける。制御部９０は、この入力信号や周辺環境、その他の諸条件に応じて、光源部２０へ供給する電力（電圧値、電流値）を制御する。制御部９０は、詳細は後述するが、光源部の初期データを検出し、検出したデータを記憶部に記憶させる。さらに、制御部９０は、入力信号に応じて映像を生成する光変調素子の制御信号を表示部８０へ送り光変調素子を制御するとともに、光変調素子の信号タイミングに同期して照明部５０から出射する基準映像光のタイミングを制御する制御信号を照明部５０へ送る。
（投写型映像表示装置の光学構成）
図２は、投写型映像表示装置１０の光学構成を示す図である。なお、基準映像光として、赤色成分光Ｒ、緑色成分光Ｇおよび青色成分光Ｂを用いる。

図２に示すように、投写型映像表示装置１０は光源部２０と照明部５０と表示部８０とを有する。

光源部２０の詳細は後述するが、光源部２０は、複数の青色レーザ２１と赤色ＬＥＤ２２と青色ＬＥＤ２３とを有しており、基準映像光としての赤色成分光Ｒ、緑色成分光Ｇおよび青色成分光Ｂを時分割に出射する。

照明部５０は、ロッドインテグレータ５２を有しており、光源部２０の出射光を均一な照明光として、リレー光学系を構成するレンズ５５、５６を通して、表示部８０のＤＭＤ８１へ均一に照明する。

表示部８０は、光変調素子であるＤＭＤ８１を有しており、ＤＭＤ８１へ基準映像光を導くためのフィールドレンズ８２と全反射プリズム８３などからなるプリズムブロックとして構成される。ＤＭＤ８１は、入力信号に応じて、青色成分光Ｂ、緑色成分光Ｇおよび赤色成分光Ｒのそれぞれに光変調を行い、投写レンズ１２より図示しないスクリーンへ映像を投写する。
（光源部の光学構成）
以下において、光源部２０について、図面を参照しながら説明する。

光源部２０は、複数の青色レーザ２１と赤色ＬＥＤ２２と青色ＬＥＤ２３とを有する。

複数の青色レーザ２１は、指向性の高いレーザ光を出射する。複数の青色レーザ２１は、高出力の光を得るため、複数の光源がアレイ状に構成される。複数の青色レーザ２１の出射光は、直後に備えるコリメータレンズ２４で略平行光化される。略平行光化されレーザ光は集光レンズ２５で集光され、拡散板２６に入射する。拡散板２６はレーザ光の指向性を緩和する特性を有する。拡散板２６を通過した光は、アフォーカルレンズ２７によって再び略平行光化される。

アフォーカルレンズ２７を通過した光は、ダイクロイックミラー２８によって、蛍光体ホイール３１の方へ反射される。蛍光体ホイール３１に入射する光は、面積が小さくなるように照射した方が、高い光利用効率が得られるので、集光レンズ２９、３０によって集光する。蛍光体ホイール３１は、図３に示すように、ホイール上に円周状の蛍光体３２を配し、モータ３３で駆動する。蛍光体ホイール３１に入射した光は、蛍光体３２を励起する。蛍光体３２を緑色成分光Ｇの元となる緑色〜黄色の光を発光する。

図２に戻り、蛍光体３２で発光した光は、集光レンズ３０、２９に入射して略平行光化され、ダイクロイックミラー２８に入射する。ダイクロイックミラー２８は、緑色〜黄色の波長域を透過する特性を有しており、蛍光体ホイール３１からの光を照明部５０の方へ導く。

赤色ＬＥＤ２２および青色ＬＥＤ２３は、比較的狭い波長域の赤色成分光Ｒおよび青色成分光Ｂを出射する。赤色ＬＥＤ２２および青色ＬＥＤ２３からの光は、広がり角が比較的大きく、ＬＥＤは面発光であるため、集光レンズ３４、３５および集光レンズ３６、３７によって略平行光化される。

略平行光化された赤色成分光Ｒおよび青色成分光Ｂは、ダイクロイックミラー３８によって合成される。合成された赤色成分光Ｒおよび青色成分光Ｂは、蛍光体ホイール３１からの緑色〜黄色の光と光路長を調整するため、リレー系３９に入射する。リレー系３９を通過した赤色成分光Ｒおよび青色成分光Ｂは、ダイクロイックミラー２８によって反射され、照明部５０の方へ導かれる。
（照明部の光学構成）
以下において、照明部５０について、図面を参照しながら説明する。

照明部５０は、集光レンズ５１とロッドインテグレータ５２と、カラーホイール５３とを有する。光源部２０のダイクロイックミラー２８にて合成された赤色成分光Ｒ、緑色〜黄色の光および青色成分光Ｂは、集光レンズ５１によって集光され、ロッドインテグレータ５２に入射する。ロッドインテグレータ５２は、入射面および出射面が矩形の柱状のガラスであり、側面で複数回反射することによって、入射した光を均一化する。

ロッドインテグレータ５２を出射した光は、カラーホイール５３に入射する。カラーホイール５３は、基準映像光となる赤色成分光Ｒ、緑色成分光Ｇおよび青色成分光Ｂを時間的に分割する。本実施の形態におけるカラーホイール５３は、緑色成分光Ｇを出射する時間帯（角度領域）において、黄色成分を除去するカラーフィルタが設けられている。そして、赤色成分光Ｒおよび青色成分光Ｂのそれぞれが出射する時間帯（角度領域）は、赤色ＬＥＤ２２および青色ＬＥＤ２３からの光それぞれが透過するカラーフィルタが設けられている。ここで、赤色成分光Ｒの光量を増加させるために、赤色成分光Ｒを出射する時間帯（角度領域）において、蛍光体ホイール３１からの緑色〜黄色の光のうち、黄色の成分も透過する特性を有するカラーフィルタを設けてもよい。

カラーホイール５３を駆動するモータ５４は、制御部９０からの制御信号を受けて、回転制御される。これにより、カラーホイール５３から基準映像光がＤＭＤ８１のタイミングに合わせて出射する。

ロッドインテグレータ５２を出射した光は、出射面の光をＤＭＤ８１で結像させるレンズ５５、５６を介して、ＤＭＤ８１へ照明される。
（制御部の構成および動作）
以下において、制御部について、図面を参照しながら説明する。図４は、本実施形態に係る制御部９０の、出荷調整時の構成（図４（ａ）参照）と出荷後の使用時の構成（図４（ｂ））とを説明するブロック図である。図５は、本実施形態に係る出荷調整時（図５（ａ）参照）と通常の起動時（図５（ｂ））との制御フローを説明するフローチャートである。制御部９０は、投写型映像表示装置１０に設けられており、投写型映像表示装置１０を制御する。

制御部９０には、マイクロコンピュータやＦＰＧＡなどが使用される。制御部９０は、アナログデータをデジタルデータに変換するＡＤコンバータ、他のＩＣと通信によってデータの受け渡しを行う通信モジュールなどを有する。

記憶部９１は、検出データなどの値をデジタル値として記憶する。記憶部９１には、投写型映像表示装置１０の電源をＯＦＦにしたときでも、データの保持が可能な不揮発性のメモリを使用する。具体的には、電気的にデータの書き換えを行うＥＥＰＲＯＭを用いる。

出荷調整時には、図４（ａ）に示すように、複数の青色レーザ２１および蛍光体３２を要因とする光量ムラを検出できる位置にフォトセンサ９２を設置する。具体的には、図２のダイクロイックミラー２８と集光レンズ５１との間、ロッドインテグレータ５２の入射面、あるいは、出射面などに設けると良い。図５（ａ）に示すように、フォトセンサ９２は、蛍光体３２からの緑色〜黄色の光を検出する（Ｓ１１）。ここで、制御部９０は、蛍光体ホイール３１の一周分に相当する光量の検出データを算出する（Ｓ１２）。

検出データは、図６に示すように、青色レーザ２１の出力の変動、蛍光体ホイール３１自体の歪み、蛍光体ホイール３１取付け時の傾斜、あるいは、蛍光体３２塗布時の塗ムラなど要因により、周期的な光量の変動（光量ムラ）が見られる。本実施形態に場合、この光量ムラは、基準の光量に対し、±３％生じた。制御部９０にて算出された検出データは、記憶部９１に保存される（Ｓ１３）。そして、投写型映像表示装置１０が出荷される際には、図４（ｂ）に示すように、フォトセンサ９２は取り外される。

一方、投写型映像表示装置１０が出荷され、ユーザが起動するときは、図５（ｂ）に示すように、制御部９０は、記憶部９１から検出データを読み出す（Ｓ２１）。制御部９０は、読み出した検出データをもとに、光量ムラを相殺するように青色レーザ２１を駆動するための電流値の補正データを算出する（Ｓ２２）。算出した補正電流値をもとに、制御部９０は、複数の青色レーザ２１を駆動する（Ｓ２３）。
（作用および効果）
本実施形態の光源部２０は、励起光を発する青色レーザ２１と、励起光により励起され、光を発する蛍光体３２と、蛍光体３２が設けられ、所定の周期で回動する蛍光体ホイール３１と、複数の青色レーザ２１を駆動する電力を制御する制御部９０と、を有しており、制御部９０は、青色レーザ２１、蛍光体３２または蛍光体ホイール３１を要因とする光量の変動（光量ムラ）を予め検出し（Ｓ１１）、変動を抑制するように算出した電力が、複数の青色レーザ２１へ供給されるように制御する（Ｓ２３）。

本実施形態の投写型映像表示装置１０は、励起光を発する青色レーザ２１と、励起光により励起され、光を発する蛍光体３２と、蛍光体３２が設けられ、所定の周期で回動する蛍光体ホイール３１と、を有する光源部２０と、入力信号に応じて映像を生成する表示部８０と、光源部２０からの光を表示部８０へ導く照明部５０と、光源部２０、表示部８０および照明部５０を制御する制御部９０と、を有しており、制御部９０は、青色レーザ２１、蛍光体３２または蛍光体ホイール３１を要因とする光量の変動（光量ムラ）を予め検出し（Ｓ１１）、変動を抑制するように算出した電力が、複数の青色レーザ２１へ供給されるように制御する（Ｓ２３）。

ここで、ランプ光源の場合、光源での光量ムラが２〜３％、投写レンズから出射する映像光の光量ムラが１％未満であるといわれている。上記の制御を行わず、一定の電力をレーザ光源に供給した場合の光源部２０の光量ムラは２〜３％となるが、上記制御を行うことにより、光源部２０の光量ムラを１％未満に抑えることができる。従って、上記制御を搭載した投写型映像表示装置１０の光量ムラは、極めて小さく抑えることが可能となる。
［その他の実施形態］
本開示は、上述した実施形態によって説明したが、この開示の一部を成す論述および図面は、この開示を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。

例えば、上述した実施形態では、制御部９０は、検出したデータを記憶部に保存したが、補正電流値を記憶部に保存して、起動時には補正電流値を読み出してもよい。
（その他の適用）
実施形態では、光変調素子として、ＤＭＤ８１が例示されているが、実施形態は、これに限定されるものではない。光変調素子は、３つのＤＭＤであってもよい。光変調素子は、１つの液晶パネル或いは３つの液晶パネルであってもよい。液晶パネルは透過型であっても良く、反射型であっても良い。

本開示の光源部は主に投写型映像表示装置に利用するケースについて説明したが、室内照明用の光源装置として利用することも可能である。

１０…投写型映像表示装置
１２…投写レンズ
１４…スクリーン
２０…光源部
２１…青色レーザ
２２…赤色ＬＥＤ
２３…青色ＬＥＤ
２４…コリメータレンズ
２５…集光レンズ
２６…拡散板
２７…アフォーカルレンズ
２８…ダイクロイックミラー
２９…集光レンズ
３０…集光レンズ
３１…蛍光体ホイール
３２…蛍光体
３３…モータ
３４…集光レンズ
３５…集光レンズ
３６…集光レンズ
３７…集光レンズ
３８…ダイクロイックミラー
３９…リレー系
５０…照明部
５１…集光レンズ
５２…ロッドインテグレータ
５３…カラーホイール
５４…モータ
５５…レンズ
５６…レンズ
８０…表示部
８１…ＤＭＤ
８２…フィールドレンズ
８３…全反射プリズム
９０…制御部
９１…記憶部
９２…フォトセンサ

Claims (3)

1. 励起光を発する光源と、
   前記励起光により励起され、光を発する発光体と、
   前記発光体が設けられ、所定の周期で回動する発光体ホイールと、
   前記光源を駆動する電力を制御する制御部と、
   を有する光源装置であって、
   前記制御部は、
   前記光源、前記発光体または前記発光体ホイールを要因とする光量の変動を予め検出し、
   前記変動を抑制するように算出した電力が、前記光源へ供給されるように制御することを特徴とする光源装置。
2. 請求項１記載の光源装置において、
   予め検出した光量の変動を記憶する記憶部を更に有しており、
   前記制御部は、前記光源装置が起動されるとき、前記記憶部から前記変動を読み出して、前記変動を抑制する電力を算出することを特徴とする光源装置。
3. 励起光を発する光源と、前記励起光により励起され、光を発する発光体と、前記発光体が設けられ、所定の周期で回動する発光体ホイールと、を有する光源部と、
   入力信号に応じて映像を生成する表示部と、
   前記光源部からの光を前記表示部へ導く照明部と、
   前記光源部、前記表示部および前記照明部を制御する制御部と、
   を有する投写型映像表示装置であって、
   前記制御部は、
   前記光源、前記発光体または前記発光体ホイールを要因とする光量の変動を予め検出し、
   前記変動を抑制するように算出した電力が、前記光源へ供給されるように制御することを特徴とする投写型映像表示装置。

Images