JP2015203741A - 投写型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源に供給されるＰＷＭ信号と、光変調素子に供給される駆動信号に起因したフリッカが生じないようにした投写型映像表示装置を提供すること。
【解決手段】入力された映像信号及び同期信号は、光変調素子駆動回路１０１に供給され、これらから生成されたサブフレーム信号から、光変調素子１０５を駆動する駆動信号が生成される。光変調素子１０５は入射される光を光変調素子駆動回路１０１からの駆動信号に基づいて変調して映像光を生成し、投写光学系１０６を通して投写面に投写する。光源駆動回路１０４は、ＰＷＭ回路１０２からのＰＷＭ信号に基づいて、半導体光源１０３の点灯／不点灯を制御し、その発光量を調整する。制御回路１０７は、サブフレーム信号の期間が、ＰＷＭ信号の所定の周期の整数倍になるように制御する。
【選択図】図１

Description

本開示は、入力された映像信号を投写表示する投写型映像表示装置に関する。

特許文献１は励起光を射出する固体光源と、励起光を蛍光に変換する回転蛍光板からの光を変調する液晶光変調装置と、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た映像表示装置を開示する。この文献に記載の技術では、固体光源のパルス幅変調制御周波数をＡ［Ｈｚ］とし、回転蛍光板の回転周波数をＢ［Ｈｚ］とすると、Ａ＝Ｂなる関係式と、Ａ＝２Ｂなる関係式と、｜Ａ−Ｂ｜≧２０且つ｜Ａ−２Ｂ｜≧２０なる関係式との何れか１つの関係式を満たすように、固体光源及び回転蛍光板を制御する。これによって、回転蛍光板を回転駆動することによって生じるフリッカの発生を防止するようにしている。

特開２０１２−１０３３９８号公報

本開示は、光源に供給されるパルス幅変調信号と、光変調素子に供給される駆動信号に起因したフリッカが生じないようにした投写型映像表示装置を提供する。

本開示における投写型映像表示装置は、光源と、１フレームの表示期間を示す同期信号と映像信号から１フレームの画像を構成する複数のサブフレーム信号を生成し、このサブフレーム信号に基づいて生成した駆動信号を出力する光変調素子駆動回路と、入力信号に基づいて、光源からの光を変調して映像光を出射する光変調素子と、光変調素子駆動回路からの駆動信号に基づいて光源からの光を変調して映像光を出射する光変調素子と、映像光を投写面に投写する投写光学系と、所定の周期をもつＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ回路と、ＰＷＭ回路で生成されたＰＷＭ信号が供給され、このＰＷＭ信号に基づいて光源を発光駆動する光源駆動回路と、サブフレーム信号の期間が、ＰＷＭ信号の所定の周期の整数倍になるように制御する制御回路とを備える。

本開示における映像表示装置は、光源のＰＷＭ変調により、広い範囲で明るさの調整が可能で、且つ、光変調素子のスイッチングのタイミングと、光源のＰＷＭ変調位相の揺らぎに起因する表示映像のフリッカを抑制するのに有効である。

実施の形態１における投写型映像表示装置の構成を示すブロック図 光変調素子駆動回路により生成されたサブフレーム信号の波形図 サブフレーム信号とＰＷＭ信号波形図を示す図 ＰＷＭ信号のパルス幅の可変範囲を示す図 サブフレーム信号とＰＷＭ信号との関係を示す図 本実施の形態１におけるサブフレーム信号とＰＷＭ信号との関係を示す図

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

（実施の形態１）
以下、図１〜図６を用いて、実施の形態１を説明する。

［１−１．構成］
図１は、実施の形態１にかかる投写型映像表示装置であるプロジェクタ１００の構成を示すブロック図である。

プロジェクタ１００に外部の信号ソースから入力された映像信号と同期信号は、光変調素子駆動回路１０１に供給される。光変調素子駆動回路１０１は、１フレームの表示期間を示す同期信号と映像信号が供給されると、これらの信号より１フレームの画像を構成する複数のサブフレーム信号を生成し、このサブフレーム信号に基づいて生成した駆動信号を出力する。

光変調素子１０５は入射される光を光変調素子駆動回路１０１からの駆動信号に基づいて変調して映像光を生成し、投写光学系１０６を通して投写面に投写する。

ＰＷＭ回路１０２は、入力される同期信号を基準としてパルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）によりＰＷＭ信号を生成し、このＰＷＭ信号を光源駆動回路１０４に供給する。光源駆動回路１０４は、ＰＷＭ回路１０２からのＰＷＭ信号に基づいて、青色ＬＤ（半導体レーザ）からなる半導体光源１０３の点灯／不点灯を制御し、その発光量を調整する。半導体光源１０３で発光する光は蛍光体ホイール装置１０８で、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）に変換され、光変調素子１０５に入射される。青色光は波長変換せずに、そのまま使用するように構成することもできる。

蛍光体ホイール装置１０８は、モータによって回転駆動される回転板に蛍光体が円弧状に設けられて構成され、半導体光源１０３からの青色光が赤色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体を励起することによって赤色光、緑色光及び青色の発光光を得る。青色光を蛍光体の発光で得ない場合は、蛍光体ホイールの回転板に円弧状の開口を設け、レーザ光をその開口に透過させ、そのまま青色光として使用する。

制御回路１０７は、例えばマイクロコンピュータから構成されており、ＰＷＭ回路１０２、蛍光体ホイール装置１０８、光変調素子駆動回路１０１を制御する。

［１−２．動作］
以上のように構成されたプロジェクタについて、その動作を以下説明する。

本実施の形態のプロジェクタは、光変調素子１０５としてＤＭＤ（デジタル・ミラー・デバイス）を使用している。ＤＭＤにＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色光を時分割で投写することによりカラー画像を投写する方式のものは単板式と呼ばれている。

単板式では、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）を生成する蛍光体セグメントが円周方向に配列された蛍光体ホイール１０８を回転させ、光源からの青色光を各セグメントに照射して、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、及び青色光（Ｂ）を生成し、ＤＭＤへ時分割で与えるようにしている。青色光については、上述したように、蛍光体の発光で得るのではなく、光源の青色光をそのまま使用するようにすることもできる。

蛍光体ホイールを使用する単板式ＤＭＤシステムにおける１フレーム分の画像信号は、１フレームの期間が、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）各色光を順次に表示するための複数のサブフレームとして分割されている。従って、画像信号の１フレームの間の各サブフレームにおいて、画像信号をＲ、Ｇ、Ｂの各色の成分に分解した画像がＤＭＤでオン（映像として投写）またはオフ（映像として投写しない）され、それぞれの色で投写面に投写表示される。これによって、人間の目には１フレームの期間に画像信号の同一フレームのＲ、Ｇ、Ｂの各色別の画像が見え、これらが残像現象によってカラー画像として視認される。

図２は、光変調素子駆動回路１０１に同期信号（ａ）と、映像信号及び同期信号（ａ）から生成したサブフレーム信号（ｂ）の信号波形図を示す。

同期信号の１周期は入力される１フレームの画像を構成する期間である。この１フレームの画像は、上述した複数のサブフレームＳＦ１、ＳＦ２、・・・ＳＦｎから構成される。これらサブフレームは光変調素子１０５をオン（ＯＮ）、またはオフ（ＯＦＦ）状態に駆動するために、サブフレームＳＦ１〜ＳＦｎはハイレベル（オン）状態またはローレベル（オフ）状態をとる。

光変調素子１０５は、半導体光源１０３の出力光を、光変調素子駆動回路１０１に基づいてスイッチングして光変調するため、光変調素子１０５の出力は、半導体光源１０３の出力がＯＮでかつ、光変調素子がＯＮの時のみ光出力され、その他の場合は光出力されない。

このようにして、光変調素子１０５は、同期信号の１周期をサブフレームによって複数の時間の区切りに分割し、各サブフレームのＯＮ／ＯＦＦ状態を組み合わせて、同期信号の１周期期間の内、ＯＮとなっている時間（開口時間と呼ぶ）を制御して、入力光を変調する。

図２にて説明したサブフレームの各時間長さが、ＰＷＭ回路１０２が出力するＰＷＭ信号の１周期の非整数倍の関係にあり、光変調素子のサブフィールドと、半導体光源１０３の強度の波形（すなわち、ＰＷＭ信号波形）の位相関係が図３のようになる場合を考える。

図３において、ＰＷＭ信号波形Ａは、サブフレームと所定の位相関係が保持されている場合を示している。ＰＷＭ信号波形Ｂは、何等かの原因で、位相の揺らぎ（ジッター）もしくは時間のずれが生じ、ＰＷＭ信号波形Ａに対して位相ずれが生じている状態を示している。

ＰＷＭ信号は、図４の信号波形において破線で示すように、例えばデューティ比が５０％からＴ０の期間可変させることができるが、デューティ比が最大限増加した場合を考える。その場合、図５（ａ）のサブフレームＳＦ１の期間Ｔ１において、図５（ｂ）のＰＷＭ信号波形Ａの斜線で示すＡＳの面積分増加する。このとき、ＰＷＭ信号波形Ａに位相の揺らぎが発生し、サブフレームＳＦ１の期間Ｔ１において、ＰＷＭ信号波形Ａに対して図５（ｃ）のＰＷＭ信号波形Ｂのように位相のずれが生じるとする。そうすると、サブフレームＳＦ１の期間Ｔ１において、ＰＷＭ信号波形Ｂは、ＰＷＭ信号波形Ａに比べて網掛けで示すＢＳ１とＢＳ２で示す面積分だけ増加するが、このＢＳ１とＢＳ２を合計した領域の面積は領域ＡＳの面積よりも小さくなる。

サブフレームＳＦ１の期間がオンの状態であるとすると、このサブフレーム期間でＰＷＭ信号波形ＡとＰＷＭ信号波形Ｂとの間の位相揺らぎの推移に応じ、領域ＡＳと領域（ＢＳ１＋ＢＳ２）との面積差に応じた輝度の変化が生じる。この輝度変化の速度が、人間の目に感じやすい１５Ｈｚ前後の周波数であると、光変調素子１０５の出力映像光に生じたフリッカを人間が感じてしまう。

そこで、本実施の形態においては、以下に説明する方法によりフリッカが生じ無いようにしている。

すなわち、図６に示すように各サブフレームＳＦ１、ＳＦ２の時間幅Ｔ１、Ｔ２が、それぞれＰＷＭ回路１０２が出力するＰＷＭ信号の１周期の整数倍になるようにしている。

図６の場合、同図（ｂ）から分かるようにサブフレームＳＦ１ではＰＷＭ信号の１周期の１倍になっており、サブフレームＳＦ２ではＰＷＭ信号の１周期の２倍の関係になっている。このような関係において、図６（ｂ）のようにＰＷＭ信号波形Ａのデューティ比が図５（ｂ）の場合と同様に領域ＡＳ分増加したとする。この場合において、ＰＷＭ信号に位相の揺らぎが発生し、図６（ｃ）のように増加分がサブフレーム間を跨ぐことになるが、このとき例えばサブフレームＳＦ１の期間を見てみると、ＰＷＭ信号波形Ｂに示すように増加した領域ＢＳ１と領域ＢＳ２の合計の面積は、領域ＡＳの面積と等しくなる。

従って、サブフレームＳＦ１の期間がオンの状態であった場合、サブフレーム期間でＰＷＭ信号波形ＡとＰＷＭ信号波形Ｂとの間の位相揺らぎが生じても、ＰＷＭ信号波形ＡにおけるサブフレームＳＦ１期間の光強度とＰＷＭ信号波形ＢにおけるサブフレームＳＦ１期間の光強度とは等しくなる。このため、ＰＷＭ信号の位相の揺らぎに起因する出力映像光のフリッカが生じることがない。

［１−３．効果等］
以上のように、本実施の形態によれば、光変調素子１０５を駆動するサブフレーム信号と、半導体光源の発光の強度を制御するＰＷＭ波形の位相関係が変化しても投写映像に輝度変化を生じさせないことが可能になる。

従って、半導体光源からの光を、スイッチングによる光変調によって変調して表示する投写型映像表示装置において、光源をＰＷＭ変調して明るさを調整した時に、光変調素子のスイッチングのタイミングと、光源のＰＷＭ変調の位相の揺らぎに起因する表示映像のフリッカを抑制することができる。

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態１で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
そこで、以下、他の実施の形態を例示する。

実施の形態１では、ＰＷＭ回路１０２に同期信号を入力として加え、これを基にＰＷＭ波形を生成したが、図６にて説明したようにサブフレームの各時間長さが、ＰＷＭ回路１０２が出力するＰＷＭ信号の１周期の整数倍であれば良いため、ＰＷＭ回路１０２に同期信号を入力として加え、これを基にＰＷＭ波形を生成する事は必ずしも必要ではなく、ＰＷＭ回路に同期信号を供給する構成を取り除いても良い。

また、人間がフリッカを感じる検知限界は、最も感度の高い１５Ｈｚ付近において、平均輝度に対する変化率は１％程度であることが知られている。

最も時間が短く、最も暗い光出力を制御するサブフレームが、図６のサブフレームＳＦ１のようにその期間Ｔ１がＰＷＭ信号の１周期にほぼ近い時は、領域ＡＳと領域（ＢＳ１＋ＢＳ２）の面積の差で表される輝度変化が±１％以内であれば良い。また、最も時間が短く、最も暗い光出力を制御するサブフレームが、図６のサブフレームＳＦ２のようにその期間Ｔ２がＰＷＭ信号の２周期にほぼ近い時は、その期間における輝度変化が±２％以内であれば良い。同様に、最も時間が短く、最も暗い光出力を制御するサブフレームの期間がＰＷＭ信号のｎ周期にほぼ近い時は、その期間における輝度変化が±ｎ％以内であれば良い。

本開示は、入力された映像信号を投写表示する投写型映像表示装置に適用可能である。

１００ プロジェクタ
１０１ 光変調素子駆動回路
１０２ ＰＷＭ回路
１０３ 半導体光源
１０４ 光源駆動回路
１０５ 光変調素子
１０６ 投写光学系

Claims (1)

1. 光源と、
   １フレームの表示期間を示す同期信号と映像信号から１フレームの画像を構成する複数のサブフレーム信号を生成し、このサブフレーム信号に基づいて生成した駆動信号を出力する光変調素子駆動回路と、
   前記光変調素子駆動回路からの駆動信号に基づいて前記光源からの光を変調して映像光を出射する光変調素子と、
   前記映像光を投写面に投写する投写光学系と、
   所定の周期をもつＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ回路と、
   前記ＰＷＭ回路で生成されたＰＷＭ信号が供給され、このＰＷＭ信号に基づいて前記光源を発光駆動する光源駆動回路と、
   前記サブフレーム信号の期間が、ＰＷＭ信号の所定の周期の整数倍になるように制御する制御回路と、
   を備える投写型映像表示装置。