JP2019033485A - 光源装置、投影装置、光源装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置を構成する回路等の大幅な変更なしに、投影期間中に、入力される映像信号の周波数に応じた極短時間の投影を行なわない黒期間を挿入する。【解決手段】発光素子を駆動して時分割で周期的に色が変化する光を出射する光源部15と、光源部15が出射する光の色が変化するタイミングを制御するための同期信号の一部を、予め設定した時間幅分だけ早めた消灯信号として周期的に出力する投影処理部13と、同期信号に基づいて光源部15に供給する電力量を可変するとともに、消灯信号の当該周期における有無を判定してその判定結果に基づき、各周期で予め設定した時間だけ光源部15の発光素子に供給する電力を停止するデジタル電源18と、光源部15から出射されてきた光を用いて光像を形成するマイクロミラー素子14と、マイクロミラー素子14で形成された光像を被投影対象に向けて投影する投影レンズ部17と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、高解像度の光変調素子を用いたプロジェクタ等に好適な投影装置、光源装置、投影方法及びプログラムに関する。

テレビ受像機やディスプレイにおいて、４Ｋ解像度（横４０００画素×縦２０００画素程度の解像度）に対応した製品が広く一般に普及しつつある現況で、データプロジェクタ等の投影装置においても、同様に高解像度に対応した技術が種々提案されている。（例えば、特許文献１）

特開２０１２−２４２６２６号公報

上記特許文献に記載された技術を含めて、光源からの光をなんらかの光変調素子に照射し、その透過光または反射光により光像を形成してレンズ光学系で出射し、被投影対象となるスクリーン面に投影するような投影装置においても、上述した如く高解像度化が検討されている。

このうち、特に近年普及しつつある、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術により実用化されたマイクロミラー素子を光変調素子とする、ＤＬＰ（登録商標）（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）方式のプロジェクタ装置について考える。

例えば２Ｋ解像度（横２０００画素×縦１０００画素程度の解像度）に対応したプロジェクタ装置の製品が既にある時点で、４Ｋ解像度に対応したマイクロミラー素子を用いたプロジェクタ装置をあらたに製品化する場合、マイクロミラー素子の素子サイズを変えることなく高解像度化することができれば、マイクロミラー素子周囲の光源系やレンズ光学系など、マイクロミラー素子以外のハードウェアをサイズアップに伴って新たに設計し直す必要がないため、大変に合理的に対応できる。

しかしながら、素子サイズを変えずに高解像度化を図った場合、当然ながら１画素当たりのマイクロミラーの面積は、例えば１／４程度に縮小される。そのような極小面積のマイクロミラーをアレイ構成したマイクロミラー素子では、特に長時間にわたって画像の一部エリアで同一のオン／オフ状態を維持するような駆動環境下で、当該エリアのマイクロミラーが固着する不具合が発生する傾向にあることがわかっている。

例えば、画像の台形補正機能を有するプロジェクタ装置では、画像中の両側端の３角形状のエリアで画像の表示を行なわないために、光源からの光をレンズ光学系以外に反射させるべく、オフ表示を維持する必要があり、当該エリアのマイクロミラーに固着が発生する可能性が高い。

上記したマイクロミラーの固着を防ぐためには、例えば画像投影の１フレームまたは２フレーム毎に全体のおよそ１／１００の期間に相当する、１００［マイクロ秒］強の時間に渡って、表示内容を反転するべくオン／オフさせるリフレッシュ動作が有効であることが確認されている。

しかしながら、このリフレッシュ動作中にも投影動作を継続すると、例えば台形補正機能により両側端がカットされているエリアで本来の投影画像以外の画像が投影される動作が継続して実行され、投影画像の品質を著しく劣化させる結果となる。したがって、上記リフレッシュ動作時には全光源を一時的に消灯する黒期間とする必要がある。

以下、マイクロミラー素子をリフレッシュ動作させるために黒期間を設定する過程について説明する。なお以下の説明では、１枚のマイクロミラー素子と蛍光ホイールとを用いた、所謂「単板式」の投影装置を前提とする。

プロジェクタ装置が認識する主な映像周波数として、全米テレビジョン放送方式標準化委員会が策定したコンポジット映像信号とそのテレビジョン放送の方式（規格）であるＮＴＳＣ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）方式と、カラーコンポジット映像信号の規格であるＰＡＬ（Ｐｈａｓｅ Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｌｉｎｅ、位相反転線）方式がある。ＮＴＳＣ方式の垂直同期周波数が６０Ｈｚ（厳密には５９．９４Ｈｚ）に対して、ＰＡＬ方式の垂直同期周波数は５０Ｈｚである。このため、複数の入力信号周波数の動作に対応する必要がある。

図６（Ａ）は、５０［Ｈｚ］系の設定範囲で最も高い周波数、５２．１［Ｈｚ］の入力信号の周波数をロックした場合の蛍光ホイールレートを示す。装置内部では、入力信号の２倍の周波数で装置を駆動するため、数値は２倍の１０４．２［Ｈｚ］となる。同図（Ａ）の下段がＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各原色フィールド、上段が上記フィールドに同期したシンクパルスであり、同シンクパルスを発生して蛍光ホイールを同図（Ａ）の下段で示すように各フィールドに同期させると共に、対応する発光素子を同期して発光駆動させることで、正しく時分割で原色光が発せられ、マイクロミラー素子に照射される。マイクロミラー素子では、照射される原色光に応じた画像表示を行なうことで、その反射光により光像が形成されて、レンズ光学系を介して投影される。

一方の図６（Ｂ）は、６０［Ｈｚ］系の設定範囲で最も高い周波数、６２．０［Ｈｚ］の入力信号の周波数をロックした場合の蛍光ホイールレートを示す。装置内部では、入力信号の２倍の周波数で装置を駆動するため、数値は２倍の１２４．０［Ｈｚ］となる。同じく同図（Ｂ）の下段がＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各原色フィールド、上段が上記フィールドに同期したシンクパルスである。

上述した如くそれぞれの蛍光ホイールレートにはロック可能な「守備範囲」が装置によって設定されるものであり、ここでは５０［Ｈｚ］系で９４．００［Ｈｚ］〜１０４．２０［Ｈｚ］、６０［Ｈｚ］系で１０２．４０［Ｈｚ］〜１２４．００［Ｈｚ］が設定されている場合を例にとって説明している。上述した如く、装置内部では入力信号の周波数の２倍で各回路を駆動するために周波数の数値が２倍となっている。上記設定した範囲を外れた周波数の入力信号では、装置が入力信号にロックすることができず、投影動作を行なえない。

上記図６（Ａ）、図６（Ｂ）はそれぞれ守備範囲中の最も高い周波数でロックした場合のタイミングを例示したものである。

図７は、５０［Ｈｚ］系の標準値５０．０［Ｈｚ］の入力信号をロックした場合の同蛍光ホイールレートを示すものである。内部での同期周波数は１００．０［Ｈｚ］となり、１画像フレームの周期が丁度１００００［μ秒］となる。

なお上記図示では、説明を簡易にするために、Ｒ，Ｇ，Ｂの各フィールド期間の比を１：１：１としているが、他の比を用いる場合であってもそのバランスを崩すことなく、周波数をロックした信号に対処することができる。

上述した如く、ロックする入力信号の周波数に応じて、フレーム１周期当たりの期間が変わる。例えば、６０［Ｈｚ］系で１２４．０［Ｈｚ］の場合の１周期は８０６４．５［μ秒］、同１０２．４［Ｈｚ］の場合の１周期は９７６５．６［μ秒］であり、最も高い周波数に対して最も低い周波数では約２１％周期が延びる。

同様に、５０［Ｈｚ］系で１０４．２［Ｈｚ］の場合の１周期は９５９６．９［μ秒］、同９４．０［Ｈｚ］の場合の１周期は１０６３８．３［μ秒］であり、最も高い周波数に対して最も低い周波数では約１０％周期が延びる。

入力信号をロックする状況に応じて、上記リフレッシュ動作を行なうための処理時間も変化する。ここで、リフレッシュ期間の長さを
時間長＝（蛍光ホイールレート最大周波数／同最小周波数）×１００［μ秒］
として定義すると、
６０［Ｈｚ］系でのリフレッシュ期間の時間長は約１２１［μ秒］
（≒（１２４．０／１０２．４）×１００［μ秒］）、
５０［Ｈｚ］系でのリフレッシュ期間の時間長は約１１１［μ秒］
（≒（１０４．２／９４．０）×１００［μ秒］）、
となる。

上記リフレッシュ動作を実行するために、あらためて従来のシーケンス動作について説明する。
図８（Ａ）は、リフレッシュ動作を実行しない、通常の蛍光ホイールレートを示すタイミングチャートである。上段が電源に与えるシンクパルスであり、下段が同電源によって駆動される光源が発光する原色光である。

ここでは、例えば赤色光Ｒは赤色光を発光するＬＥＤによる独立光源（第２の発光素子）から得られ、緑色光Ｇは図８（Ｂ）に示す蛍光ホイールに塗布される蛍光体（図中の「Ｇ」の範囲に塗布）に下記青色レーザ光を照射して得られる蛍光反射光、青色光Ｂは独立光源（第１の発光素子）から出射された青色レーザ光を上記図８（Ｂ）に示す蛍光ホイールの拡散板（図中の「Ｂ」の範囲）の透過光としてそれぞれ得られるものとする。

図８（Ａ）の上段に示すシンクパルスを電源に向けて発行することで、同パルスを受けた電源が以下の処理を行なう。

すなわち、（１）のシンクパルスを受けた電源は、赤色ＬＥＤをオフし、同時に青色レーザをオンする。このとき青色レーザは蛍光ホイールのＧの範囲に照射され、その蛍光反射光である緑色光が得られる。

（２）のシンクパルスを受けた電源は、青色レーザをオンとしたまま、必要に応じて色バランス調整により電流値調整を行なう。このとき図中にタイミングｔ11で示すように、蛍光ホイールの方向Ｄへの回転によって、青色レーザ光の照射範囲がＢの拡散板となって、その透過拡散光である青色光が得られるよう、光源では別途蛍光ホイールの同期調整も同時に実行している。

（３）のシンクパルスを受けた電源は、青色レーザをオフし、同時に赤色ＬＥＤをオンする。独立光源である赤色光が得られる。

上記図８に示したシーケンスに加えて、上述したリフレッシュ動作による黒期間を追加する場合を考える。

図９は、上記図８（Ａ）で示したシーケンスのフレーム周期末尾に黒期間を配置した仮想の蛍光ホイールレートの例を示す。この動作が実現できれば、容易に上記リフレッシュ動作が実行可能となる。

この図９では、（１）と（２）のシンクパルスと、赤色光Ｒが得られる期間、及び緑色光Ｇが得られる期間については上記図８（Ａ）と同様である。

また図８（Ａ）で青色光Ｂの期間があるところ、蛍光ホイールの中心角で１２０°相当中の６°分を削って、（３）′のシンクパルスと（４）′のシンクパルス間で黒期間を生成している。

実際に色バランスを維持しながら黒期間を作る場合は、各色の占める割合に応じて（１）、（２）の各シンクパルスに移動させる必要がある。例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の時間比が１：１：１、蛍光ホイールの中心角相当で(Ｒ)１２０°：(Ｇ)１２０°：(Ｂ)１２０°であった場合に６°相当の黒期間を作るのであれば、(Ｒ)１１８°：(Ｇ)１１８°：(Ｂ)１１８°となるように（１）〜（３）のシンクパルスを生成する。

また、例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の時間比が３：２：１、蛍光ホイールの中心角相当で(Ｒ)１８０°：(Ｇ)１２０°：(Ｂ)６０°であった場合に６°相当の黒期間を作るのであれば、色バランスを保つために(Ｒ)１７７°：(Ｇ)１１８°：(Ｂ)５９°となるように（１）〜（３）のシンクパルスを生成する。

上記（１），（２）のシンクパルスを受けた電源が行なう動作は、上記図８（Ａ）の場合と同様である一方で、（３）′、（４）′のシンクパルスを受けた電源は、次のように動作する必要がある。

すなわち、（３）′のシンクパルスを受けた電源は、青色レーザをオフする。
その後、（４）′のシンクパルスを受けた時点で、電源は赤色ＬＥＤをオンする。

図１０（Ａ）は、上記（３）′、（４）′のシンクパルス部分を拡大して示す図である。（３）′のシンクパルスで青色レーザがオフしても、当該青色レーザの応答性によって直ちに発光量が「０（ゼロ）」になるわけではなく、また（４）′のシンクパルスにより赤色ＬＥＤがオンしても、この赤色ＬＥＤの応答性により直ちに１００％の発光量となるわけではない。

図１０（Ｂ）は、上記（３）′、（４）′のシンクパルス間の時間１６０［μ秒］を確保できていることがわかる。上述した如く（３）′のシンクパルスで青色レーザがオフしてから、実際に青色レーザの発光量が「０（ゼロ）」になるまでに約４０［μ秒］を要しており、約１００［μ秒］の黒期間を確保できることがわかる。

なお青色レベルの応答性が悪く、オフしてから発光量が「０（ゼロ）」になるまでにさらに時間を要するような製品を使用する場合には、上記（３）′、（４）′のシンクパルスの間隔をさらに広げることで対処する。

ここで問題となるのは、上記（３）′、（４）′のシンクパルスの時間的な間隔が極端に小さい点にある。上記（３）′、（４）′のシンクパルスを発生させ、この種の製品に使用されるデジタル電源に与えた場合、その時間的な間隔が小さすぎるが故に、電源側では後ろ側の（４）′のシンクパルスを認識することができない。

一般的にこの種の投影装置で用いられるデジタル電源では、シンクパルスは最低でも５００［μ秒］程度離間させる必要がある。そのため、上記図９で説明したような動作を実現するためには、従来の製品で用いられていたデジタル電源ではなく、より高価な電源に変更するか、あるいは新規に電源を開発する必要がある。

そのため、上記図９で説明した、シンクパルスを用いてリフレッシュ動作のための黒期間を生成する動作は、実現性がきわめて低く、その他の手段により、入力される信号の周波数に応じて適正な黒期間を生成する方法が模索されている。

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、装置を構成する回路等の大幅な変更なしに、投影期間中に、入力される映像信号の周波数に応じた極短時間の投影を行なわない黒期間を挿入することが可能な投影装置、光源装置、投影方法及びプログラムを提供することにある。

本発明の一態様は、第１の発光素子と、上記第１の発光素子から出射された光により励起されて蛍光光が発せられる蛍光体を有する蛍光光反射エリア、及び上記発光素子からの光を透過させる透過エリアの少なくとも一方が円周方向に並設された蛍光ホイールと、上記第１の発光素子とは異なる波長の光を出射する第２の発光素子と、上記蛍光ホイールの回転を検出する検出信号を出力する検出信号出力部と、を含む光源部と、上記第１及び上記第２の発光素子の点灯制御を行なう制御部と、上記光源部が出射する光の色が切り替わるタイミングを制御するための同期信号を、上記検出信号に同期して、上記第１及び上記第２の発光素子のうちの一方の発光素子を消灯させる同期信号を出力し、次の周期で他方の発光素子を点灯させる同期信号を出力する同期信号生成部と、上記光源部から出射されてきた光を用いて光像を形成する、複数のマイクロミラーから構成された表示素子と、を備え、上記制御部は、上記同期信号生成部から入力された複数の上記同期信号に基づいて、全周期で上記光源部の発光素子に供給する電力を停止する期間を設け、上記第１及び上記第２の発光素子に供給する電力が停止された期間に上記マイクロミラーのオン／オフの反転動作を行なうように制御することを特徴とする。

本発明によれば、装置を構成する回路等の大幅な変更なしに、投影期間中に、入力される映像信号の周波数に応じた極短時間の投影を行なわない黒期間を挿入することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るプロジェクタ装置の概略機能構成を示すブロック図。 同実施形態に係るシンクパルスと画像投影のタイミングを示すタイミングチャート。 同実施形態に係るインデックスマーカパルスとシンクパルス、及び画像投影のタイミングを示すタイミングチャート。 同実施形態に係る図３の一部を拡大して示すタイミングチャート。 同実施形態に係るプロジェクタ装置の電源投入当初から、主としてデジタル電源が内蔵するプロセッサで処理される処理内容の一部を示すフローチャート。 ５０［Ｈｚ］系、６０［Ｈｚ］系でそれぞれ最も高い周波数の入力信号の同期をロックした場合の蛍光ホイールレートを示すタイミングチャート。 ５０［Ｈｚ］の入力信号の同期をロックした場合の蛍光ホイールレートを示すタイミングチャート。 リフレッシュ動作を実行しない、通常の蛍光ホイールレートを示すタイミングチャートと蛍光ホイールの構成例とを示す図。 リフレッシュ動作を実行する場合の仮想蛍光ホイールレートを示すタイミングチャート。 図９のシンクパルス（３）′、（４）′部分を拡大して示すタイミングチャート。

以下本発明をＤＬＰ（登録商標）方式のプロジェクタ装置に適用した場合の一実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係るプロジェクタ装置１０の概略機能構成を示す図である。同図で入力部１１は、例えばピンジャック（ＲＣＡ）タイプのビデオ入力端子、Ｄ−ｓｕｂ１５タイプのＲＧＢ入力端子、ＨＤＭＩ（登録商標）（Ｈｉｇｈ−Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）端子、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）端子などにより構成される。入力部１１に入力された各種規格のアナログまたはデジタルの画像信号は、入力部１１で必要に応じてデジタル化された後に、システムバスＳＢを介して画像変換部１２に送られる。

画像変換部１２は、一般にスケーラあるいはフォーマッタとも称され、入力されるデジタル値の画像データを、投影に適した所定フォーマットの画像データに統一して投影処理部１３へ送る。

投影処理部１３は、送られてきた画像データに応じたフレームレート、例えば元の画像信号の周波数が５０［Ｈｚ］系であれば１００［フレーム／秒］前後（６０［Ｈｚ］系であれば１２０［フレーム／秒］前後）と、色成分の分割数、及び表示階調数を乗算した、より高速な時分割駆動により、空間的光変調素子であるマイクロミラー素子１４を表示するべく駆動する。

このマイクロミラー素子１４は、アレイ状に配列された高解像度、例えば横４０００画素×縦２０００画素分の微小ミラーの各傾斜角度を個々に高速でオン／オフ動作して画像を表示することで、その反射光により光像を形成する。

一方で、光源部１５から時分割でＲ，Ｇ，Ｂの原色光が循環的に出射される。この光源部１５からの原色光が、ミラー１６で全反射して上記マイクロミラー素子１４に照射される。

そして、マイクロミラー素子１４での反射光で光像が形成され、形成された光像が投影レンズ部１７を介して、投影対象となる図示しないスクリーンに投影表示される。

光源部１５は、赤色光を発するＬＥＤ（発光ダイオード、第２の発光素子）、青色のレーザ光を発するＬＤ（半導体レーザ、第１の発光素子）、上記青色のレーザ光を透過、拡散させるエリアと蛍光体に照射して緑色光を励起させるエリアとを周面上に形成した蛍光ホイールを有するものとする。上記蛍光ホイールの回転に伴い、蛍光ホイールの所定位置に取付けられているマーカ（インデックスマーカ）の検出信号をデジタル電源１８へ送出する。

上記投影処理部１３は、上記マイクロミラー素子１４での画像の表示による光像の形成を後述するＣＰＵ１９の制御の下に実行する一方で、デジタル電源１８に対してフィールド切換のためのシンクパルスを送出し、またこのデジタル電源１８と電源制御用の各種コマンド信号の送受を行なって、デジタル電源１８により上記光源部１５内の発光素子としての上記ＬＥＤ，ＬＤの各発光、及び蛍光ホイールの回転の制御を実行させる。

上記デジタル電源１８は、このプロジェクタ装置１０用に与えられるＡＣ電源（図示せず）から各回路に必要な多数の直流電圧値を生成して供給すると共に、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）（不図示）を内蔵し、上記光源部１５から上記蛍光ホイールの回転検出信号を入力し、また光源部１５に対してＬＥＤ及びＬＤの発光駆動と蛍光ホイールの回転に必要な電力を供給する。

上記各回路の動作すべてをＣＰＵ１９が統括して制御する。このＣＰＵ１９は、メインメモリ２０及びプログラムメモリ２１と直接接続される。メインメモリ２０は、例えばＳＲＡＭで構成され、上記ＣＰＵ１９のワークメモリとして機能する。プログラムメモリ２１は、電気的に書換可能な不揮発性メモリで構成され、上記ＣＰＵ１９が実行する動作プログラムや各種定型データなどを記憶する。換言すれば、ＣＰＵ１９は上記メインメモリ２０及びプログラムメモリ２１を用いて、このプロジェクタ装置１０全体の制御動作を実行する。

上記ＣＰＵ１９は、操作部２２からのキー操作信号に応じて各種投影動作を実行する。
この操作部２２は、プロジェクタ装置１０の本体に設けられるキー操作部と、このプロジェクタ装置１０専用の図示しないリモートコントローラからの赤外光を受光する赤外線受光部とを含み、ユーザが本体のキー操作部またはリモートコントローラで操作したキーに基づくキー操作信号をＣＰＵ１９へ直接出力する。

上記ＣＰＵ１９はさらに、上記システムバスＳＢを介して音声処理部２３とも接続される。音声処理部２３は、ＰＣＭ音源等の音源回路を備え、投影動作時にシステムバスＳＢを介して与えられる音声データをアナログ化し、スピーカ部２４を駆動して拡声放音させ、あるいは必要によりビープ音等を発生させる。

次に上記実施形態の動作について説明する。
まず本実施形態の基本的な考え方から説明する。

図２（Ａ）は、参考としてこの種のプロジェクタ装置が一般的に使用している、デジタル電源に与えられるシンクパルスと、蛍光ホイールの回転周期とを示すタイミングチャートである。シンクパルスは、Ｒ，Ｇ，Ｂの切換えタイミングに同期した同期信号として利用される。

一般的にＤＬＰ（登録商標）方式の投影装置では、入力される画像信号の２倍の周波数で動作し、２画像フレームで元の画像信号の画像１フレーム分を表現している。上記シンクパルスに関しては、上述した如くパルス間隔が短いと、それを受けるデジタル電源では後ろ側に位置するシンクパルスを認識できない点はあるが、その出力タイミング自体は任意に変更設定を行なうことができる。

図２（Ｂ）は、本実施形態において、投影処理部１３がデジタル電源１８へ出力するシ
ンクパルスを示す。１周期目の青フィールド期間と２周期目のＲフィールド期間との間の
シンクパルスを本来のタイミングから所定時間、例えば１６０［μ秒］だけ早めたものとし、これを受けたデジタル電源１８では１周期目の青フィールド期間と２周期目のＲフィールド期間との間に位置する筈のシンクパルスを受信した場合には、上記シンクパルスを、消灯を指示する信号として受信し、青色レーザの消灯のみを行ない、合わせて本来は行なう筈の赤色ＬＥＤの点灯は行なわない。

その後、デジタル電源１８では上記シンクパルスが入力されてから所定時間、例えば上記１６０［μ秒］が経過したことをソフトウェア上で判断して、あらためて赤色ＬＥＤの点灯を開始する。

したがってデジタル電源１８では、順次入力されるシンクパルスに対して、特に青フィールド期間とＲフィールド期間との間に位置するシンクパルスを入力した際、その前の青フィールド期間が同一の画像を投影する１周期目であったか２周期目であったかを認識した上で、続くＲフィールド期間での赤色ＬＥＤの点灯開始タイミングを制御する必要がある。

そこで本実施形態では、デジタル電源１８が上記の点を判定するために、光源部１５から蛍光ホイールの回転同期を検出するための検出パルスを用いる。一般に蛍光ホイールは、回転するホイール回転体の一部に、インデックスマーカと称される遮光性のシールが貼付されており、このシールの回転面に対向して近接配置されたフォトセンサの出力するパルスにより、蛍光ホイールの回転状態を把握している。

本実施形態では、光源部１５内の蛍光ホイールの回転により得られるインデックスマーカの検出パルスＩＭが、青色レーザからのレーザ光が蛍光ホイールの透過、拡散するエリアに照射される、青フィールド期間中に発生するものとして説明を行なう。

図３は、上記図２（Ｂ）に光源部１５からの検出パルスＩＭを追加して示す図である。同図に示すように検出パルスＩＭがＢ期間に位置し、且つその検出パルスＩＭが入力されてから、次の周期でＲフィールドが開始されるまでの時間、すなわち赤色ＬＥＤの点灯を開始させるまでの時間は各周期によって変わらない。

一方で、上述したようにＢフィールドとＲフィールドとの間に投影処理部１３から入力されるシンクパルスは、１周期目で意図してタイミングが早められている。

したがって、検出パルスＩＭが入力されてから、ＢフィールドとＲフィールドとの間に投影処理部１３からシンクパルスが入力されるまでの時間を随時計測していれば、次の周期が１周期目であるか、または２周期目であるかをその長短によって判定することができることになる。

ここで計算して得られた時間値の短い方を時間値ＳＴ（Ｓｈｏｒｔ Ｔｉｍｅ）、同長い方を時間値ＬＴ（Ｌｏｎｇ Ｔｉｍｅ）として設定するものとする。

図４（Ａ）は、１周期目に検出パルスＩＭが入力されてから、シンクパルスＳＰが入力されるまでの時間ＳＴを例示するものである。すなわち、ここではシンクパルスＳＰが意図して早められたタイミングで入力されている時間分、例えば１６０［μ秒］分だけ、２周期目より短い時間となっている。

したがって、このシンクパルスＳＰが入力された時点で青色レーザを消灯させ、上記検出パルスＩＭから時間値ＬＴが経過した時点でソフトウェアにより赤色ＬＥＤの点灯を開始させれば、上記意図的にタイミングが早められている時間幅分だけいずれの発光素子も消灯して黒期間が形成できることになる。

図４（Ｂ）は、２周期目に検出パルスＩＭが入力されてから、シンクパルスＳＰが入力されるまでの時間ＬＴを例示するものである。ここではシンクパルスＳＰが本来のフィールド切換えタイミングに同期して生成されているため、１周期目より長い時間となっている。
したがって、上記検出パルスＩＭから時間値ＳＴが経過した時点でソフトウェアにより青色レーザを消灯させ、次にシンクパルスＳＰが入力された時点で赤色ＬＥＤの点灯を開始させれば、上記意図的にタイミングが早められている時間幅分だけいずれの発光素子も消灯して黒期間が形成できることになる。

以下、ＣＰＵ１９及び投影処理部１３による制御の下に、主としてデジタル電源１８で実行される処理について説明する。

図５は、このプロジェクタ装置１０の電源投入当初から、主としてデジタル電源１８が内蔵するプロセッサで処理される処理内容の一部を抽出して示すフローチャートである。ここでは、デジタル電源１８が、特に光源部１５から蛍光ホイールの回転に伴う検出パルスＩＭがデジタル電源１８に入力され、、その後にデジタル電源１８からシンクパルスが入力される際に、Ｂフィールド期間を終了するべく青色レーザを消灯し、続く次の周期のＲフィールド期間を開始するべく赤色ＬＥＤを点灯開始させる場合の処理内容についてのみを抽出して示すものとする。

同図に示すように電源投入直後は各信号が安定していないため、光源部１５の蛍光ホイールの回転が安定するまで待機する（ステップＳ１０１）。ここでこの待機処理は、電源投入後に一定時間、例えば蛍光ホイールの回転が安定するまでに２〜３［秒］を要するものとして、十分余裕を持った５［秒］間が経過するのを待機するものとしても良い。

その後、デジタル電源１８では光源部１５から入力される検出パルスＩＭのカウントを開始する（ステップＳ１０２）。この検出パルスＩＭのカウント値の奇数、偶数により、続くシンクパルスＳＰ入力後の周期が、上記１周期目であるか２周期目であるかを判断する基準となる。

ここでデジタル電源１８では、検出パルスＩＭの立上りタイミングから、次にシンクパルスＳＰが入力されるまでの時間を連続した２周期にわたって測定し、測定結果を保持する（ステップＳ１０３）。

その後、これら２つの長短を判定して、その判定結果から、意図的に早めたタイミングでのシンクパルスが入力された場合の時間値ＳＴと、本来のタイミングでのシンクパルスが入力された場合の時間値ＬＴとをそれぞれ識別して保持設定する（ステップＳ１０５）。

次いで、上記保持した内容から、次の周期が上記時間値ＳＴが得られる１周期目であるか否かを判断する（ステップＳ１０６）。

ここで次の周期が上記時間値ＳＴが得られる１周期目であると判断した場合（ステップＳ１０６のＹｅｓ）、デジタル電源１８では次に検出パルスＩＭが入力されてから、その時点で設定されている時間値ＬＴが経過した後に割込み処理がかかるようにソフトウェアによりタイマ動作をセットする（ステップＳ１０７）。

その後、実際に検出パルスＩＭが入力されると、その立上りタイミングで上記セットしたタイマ動作を開始させると共に、次に投影処理部１３からシンクパルスＳＰが入力されるまでの時間の計測を開始する（ステップＳ１０８）。

その後、シンクパルスＳＰが入力されたか否かを繰返し判断して、シンクパルスＳＰの入力を待機する（ステップＳ１０９）。シンクパルスＳＰが入力されたと判断した時点で（ステップＳ１０９のＹｅｓ）、デジタル電源１８では時間の計測を終了すると共に、Ｂフィールド期間の終了に伴って光源部１５の青色レーザへの電力供給を停止して消灯させる（ステップＳ１１０）。

次いでデジタル電源１８は時間値ＳＴの保持内容を直前のシンクパルスＳＰの入力で計測した時間値を用いて上書き設定する（ステップＳ１１１）。

その後、デジタル電源１８では直前の上記ステップＳ１０７でセットした時間値ＬＴが経過したことによるソフトウェアによる割込みがかかった否かを繰返し判断して、同割込み処理を待機する（ステップＳ１１２）。

そして、ソフトウェアによる割込み処理があったと判断した時点で（ステップＳ１１２のＹｅｓ）、デジタル電源１８ではシンクパルスＳＰによらずに光源部１５の赤色ＬＥＤの点灯を開始させ、次の周期のＲフィールドでの動作を開始させた上で（ステップＳ１１３）、上記ステップＳ１０６からの処理に戻る。

上記ステップＳ１１０で光源部１５の青色レーザを消灯させてから、上記ステップＳ１１３で赤色ＬＥＤの点灯を開始させるまでの間をソフトウェアで制御し、予め設定されている時間、例えば１６０［μ秒］を確保して、上記図４（Ａ）で示したように青色レーザ、赤色ＬＥＤの双方を消灯させ、黒期間が形成できる。

また上記ステップＳ１０６において、次の周期が上記時間値ＳＴが得られる１周期目ではないと判断した場合（ステップＳ１０６のＮｏ）、次の周期は上記時間値ＬＴが得られる２周期目であることになるので、デジタル電源１８では次に検出パルスＩＭが入力されてから、その時点で設定されている時間値ＳＴが経過した後に割込み処理がかかるようにソフトウェアによりタイマ動作をセットする（ステップＳ１１４）。

その後、実際に検出パルスＩＭが入力されると、その立上りタイミングで上記セットしたタイマ動作を開始させると共に、次に投影処理部１３からシンクパルスＳＰが入力されるまでの時間の計測を開始する（ステップＳ１１５）。

その後、デジタル電源１８では直前の上記ステップＳ１１４でセットした時間値ＳＴが経過したことによるソフトウェアによる割込みがかかった否かを繰返し判断して、同割込み処理を待機する（ステップＳ１１６）。

そして、ソフトウェアによる割込み処理があったと判断した時点で（ステップＳ１１６のＹｅｓ）、デジタル電源１８では光源部１５の青色レーザへの電力供給を停止して消灯させる（ステップＳ１１７）。

その後、シンクパルスＳＰが入力されたか否かを繰返し判断して、シンクパルスＳＰの入力を待機する（ステップＳ１１８）。シンクパルスＳＰが入力されたと判断した時点で（ステップＳ１１８のＹｅｓ）、デジタル電源１８では時間の計測を終了すると共に、光源部１５の赤色ＬＥＤの点灯を開始させ、次の周期のＲフィールドでの動作を開始させる（ステップＳ１１９）。

ここであらためてデジタル電源１８は時間値ＬＴの保持内容を直前のシンクパルスＳＰの入力で計測した時間値を用いて上書き設定した上で（ステップＳ１２０）、上記ステップＳ１０６からの処理に戻る。

上記ステップＳ１１７で光源部１５の青色レーザを消灯させるタイミングをソフトウェアで制御し、上記ステップＳ１１９でシンクパルスＳＰに基づいて赤色ＬＥＤの点灯を開始させるまでの間により、予め設定されている時間、例えば１６０［μ秒］を確保して、上記図４（Ｂ）で示したように青色レーザ、赤色ＬＥＤの双方を消灯させ、黒期間が形成できる。

以上、次の周期が、上記時間値ＳＴが得られる１周期目であればステップＳ１０７〜Ｓ１１３の処理を、上記時間値ＬＴが得られる２周期目であればステップＳ１１４〜Ｓ１２０の処理を交互に繰返し実行する。

なお上記図４でも示したように、半導体発光素子個々の応答性にもよるが、青色レーザを消灯したその瞬間に当該青色レーザからの発光量が「０（ゼロ）」になるわけではなく、赤色ＬＥＤの点灯を開始した瞬間から当該赤色ＬＥＤが１００％の発光輝度となるわけでもないため、それらを鑑みて、完全に双方の発光素子の発光量が「０（ゼロ）」となる黒期間が少なくとも約１００［μ秒］確保できるように上記１６０［μ秒］という時間値が設定されるものであり、使用する半導体発光素子の応答性に応じて適宜上記時間値の設定は可変すればよい。

以上詳述した如く本実施形態によれば、装置を構成する回路等の大幅な変更なしに、投影期間中に、入力される映像信号の周波数に応じた極短時間の投影を行なわない黒期間を挿入することが可能となる。

また上記実施形態では、蛍光ホイールの回転を検出する検出信号を用いて当該周期が上記１周期目であるか２周期目であるかを判定するものとしたので、蛍光ホイールを使用する装置では必ず使用する検出信号を有効に活用して制御を簡易化できる。

さらに上記実施形態では、時間値ＳＴ，ＬＴを上書きにより随時更新記憶するものとしたので、微小な周波数の変動にも追従して、動作を安定化させることができる。

なお上記実施形態では、光源部１５が独立光源としての赤色ＬＥＤと、青色レーザからの光を蛍光ホイールを介して青色光及び緑色光を得る場合について説明したが、本発明はそのような発光素子と色の組合せに限るものではない。

その他、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上述した実施形態で実行される機能は可能な限り適宜組み合わせて実施しても良い。上述した実施形態には種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件による適宜の組み合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、効果が得られるのであれば、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［請求項１］
第１の発光素子と、上記第１の発光素子から出射された光により励起されて蛍光光が発せられる蛍光体を有する蛍光光反射エリア、及び上記発光素子からの光を透過させる透過エリアの少なくとも一方が円周方向に並設された蛍光ホイールと、上記第１の発光素子とは異なる波長の光を出射する第２の発光素子と、上記蛍光ホイールの回転を検出する検出信号を出力する検出信号出力部と、を含む光源部と、
上記第１及び上記第２の発光素子の点灯制御を行なう制御部と、
上記光源部が出射する光の色が切り替わるタイミングを制御するための同期信号を、上記検出信号に同期して、上記第１及び上記第２の発光素子のうちの一方の発光素子を消灯させる同期信号を出力し、次の周期で他方の発光素子を点灯させる同期信号を出力する同期信号生成部と、
上記光源部から出射されてきた光を用いて光像を形成する、複数のマイクロミラーから構成された表示素子と、
を備え、
上記制御部は、上記同期信号生成部から入力された複数の上記同期信号に基づいて、全周期で上記光源部の発光素子に供給する電力を停止する期間を設け、上記第１及び上記第２の発光素子に供給する電力が停止された期間に上記マイクロミラーのオン／オフの反転動作を行なうように制御することを特徴とする投影装置。
［請求項２］
上記表示素子で形成された光像を被投影対象に向けて投影する投影部を有し、
上記制御部は、上記検出信号と上記同期信号の入力タイミングに応じて当該周期の上記発光素子を消灯させる同期信号の有無を判定する
ことを特徴とする請求項１記載の投影装置。
［請求項３］
上記制御部は、上記検出信号と上記同期信号の入力タイミングの時間幅を計測し、その計測値を更新記憶して上記光源部の発光素子に供給する電力を停止するタイミングの基準とすることを特徴とする請求項２記載の投影装置。
［請求項４］
上記第１の発光素子は、青色のレーザ光を発する半導体レーザであり、上記第２の発光素子は、赤色光を発する発光ダイオードであることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の投影装置。
［請求項５］
発光素子を駆動して時分割で周期的に色が変化する光を出射する光源部と、
上記光源部が出射する光の色が変化するタイミングを制御するための同期信号の一部を、予め設定した時間幅分だけ早めた消灯信号として周期的に出力する同期信号生成部と、
同期信号生成部から入力する上記同期信号に基づいて上記光源部に供給する電力量を可変するとともに、上記消灯信号の当該周期における有無を判定してその判定結果に基づき、各周期で上記予め設定した時間だけ上記光源部の発光素子に供給する電力を停止する電源制御部と、
を備えることを特徴とする光源装置。
［請求項６］
第１の発光素子と、上記第１の発光素子から出射された光により励起されて蛍光光が発せられる蛍光体を有する蛍光光反射エリア、及び上記発光素子からの光を透過させる透過エリアの少なくとも一方が円周方向に並設された蛍光ホイールと、上記第１の発光素子とは異なる波長の光を出射する第２の発光素子と、上記蛍光ホイールの回転を検出する検出信号を出力する検出信号出力部と、を含む光源部と、上記第１及び上記第２の発光素子の点灯制御を行なう制御部と、上記光源部が出射する光の色が切り替わるタイミングを制御するための同期信号を、上記検出信号に同期して、上記第１及び上記第２の発光素子のうちの一方の発光素子を消灯させる同期信号を出力し、次の周期で他方の発光素子を点灯させる同期信号を出力する同期信号生成部と、上記光源部から出射されてきた光を用いて光像を形成する、複数のマイクロミラーから構成された表示素子と、を備える装置での投影方法であって、
上記制御部により、上記同期信号生成部から入力された複数の上記同期信号に基づいて、全周期で上記光源部の発光素子に供給する電力を停止する期間を設け、上記第１及び上記第２の発光素子に供給する電力が停止された期間に上記マイクロミラーのオン／オフの反転動作を行なうように制御させる制御工程を有することを特徴とする投影方法。
［請求項７］
第１の発光素子と、上記第１の発光素子から出射された光により励起されて蛍光光が発せられる蛍光体を有する蛍光光反射エリア、及び上記発光素子からの光を透過させる透過エリアの少なくとも一方が円周方向に並設された蛍光ホイールと、上記第１の発光素子とは異なる波長の光を出射する第２の発光素子と、上記蛍光ホイールの回転を検出する検出信号を出力する検出信号出力部と、を含む光源部と、上記第１及び上記第２の発光素子の点灯制御を行なう制御部と、上記光源部が出射する光の色が切り替わるタイミングを制御するための同期信号を、上記検出信号に同期して、上記第１及び上記第２の発光素子のうちの一方の発光素子を消灯させる同期信号を出力し、次の周期で他方の発光素子を点灯させる同期信号を出力する同期信号生成部と、上記光源部から出射されてきた光を用いて光像を形成する、複数のマイクロミラーから構成された表示素子と、を備える装置が内蔵したコンピュータが実行するプログラムであって、上記コンピュータを、
上記制御部が、上記同期信号生成部から入力された複数の上記同期信号に基づいて、全周期で上記光源部の発光素子に供給する電力を停止する期間を設け、上記第１及び上記第２の発光素子に供給する電力が停止された期間に上記マイクロミラーのオン／オフの反転動作を行なうように制御するものとして機能させることを特徴とするプログラム。

１０…プロジェクタ装置、
１１…入力部、
１２…画像変換部、
１３…投影処理部、
１４…マイクロミラー素子、
１５…光源部、
１６…ミラー、
１７…投影レンズ部、
１８…デジタル電源、
１９…ＣＰＵ、
２０…メインメモリ、
２１…プログラムメモリ、
２２…操作部、
２３…音声処理部、
２４…スピーカ部、
ＳＢ…システムバス。

本発明は、高解像度の光変調素子を用いたプロジェクタ等に好適な光源装置、投影装置、光源装置の制御方法に関する。

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、装置を構成する回路等の大幅な変更なしに、投影期間中に、入力される映像信号の周波数に応じた極短時間の投影を行なわない黒期間を挿入することが可能な光源装置、投影装置、光源装置の制御方法を提供することにある。

本発明の一態様は、第１及び第２の発光素子と光学ホイールとを含む光源部と、上記光源部が出射する光の色が切り替わるタイミングを制御するための同期信号を、上記光学ホイールの回転を検出する検出信号に同期して、上記第１及び上記第２の発光素子のうちの一方の発光素子を消灯させる同期信号を出力し、次の周期で他方の発光素子を点灯させる同期信号を出力する同期信号生成部と、を備えることを特徴とする。

Claims (7)

1. 第１の発光素子と、上記第１の発光素子から出射された光により励起されて蛍光光が発せられる蛍光体を有する蛍光光反射エリア、及び上記発光素子からの光を透過させる透過エリアの少なくとも一方が円周方向に並設された蛍光ホイールと、上記第１の発光素子とは異なる波長の光を出射する第２の発光素子と、上記蛍光ホイールの回転を検出する検出信号を出力する検出信号出力部と、を含む光源部と、
   上記第１及び上記第２の発光素子の点灯制御を行なう制御部と、
   上記光源部が出射する光の色が切り替わるタイミングを制御するための同期信号を、上記検出信号に同期して、上記第１及び上記第２の発光素子のうちの一方の発光素子を消灯させる同期信号を出力し、次の周期で他方の発光素子を点灯させる同期信号を出力する同期信号生成部と、
   上記光源部から出射されてきた光を用いて光像を形成する、複数のマイクロミラーから構成された表示素子と、
   を備え、
   上記制御部は、上記同期信号生成部から入力された複数の上記同期信号に基づいて、全周期で上記光源部の発光素子に供給する電力を停止する期間を設け、上記第１及び上記第２の発光素子に供給する電力が停止された期間に上記マイクロミラーのオン／オフの反転動作を行なうように制御することを特徴とする投影装置。
2. 上記表示素子で形成された光像を被投影対象に向けて投影する投影部を有し、
   上記制御部は、上記検出信号と上記同期信号の入力タイミングに応じて当該周期の上記発光素子を消灯させる同期信号の有無を判定する
   ことを特徴とする請求項１記載の投影装置。
3. 上記制御部は、上記検出信号と上記同期信号の入力タイミングの時間幅を計測し、その計測値を更新記憶して上記光源部の発光素子に供給する電力を停止するタイミングの基準とすることを特徴とする請求項２記載の投影装置。
4. 上記第１の発光素子は、青色のレーザ光を発する半導体レーザであり、上記第２の発光素子は、赤色光を発する発光ダイオードであることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の投影装置。
5. 発光素子を駆動して時分割で周期的に色が変化する光を出射する光源部と、
   上記光源部が出射する光の色が変化するタイミングを制御するための同期信号の一部を、予め設定した時間幅分だけ早めた消灯信号として周期的に出力する同期信号生成部と、
   同期信号生成部から入力する上記同期信号に基づいて上記光源部に供給する電力量を可変するとともに、上記消灯信号の当該周期における有無を判定してその判定結果に基づき、各周期で上記予め設定した時間だけ上記光源部の発光素子に供給する電力を停止する電源制御部と、
   を備えることを特徴とする光源装置。
6. 第１の発光素子と、上記第１の発光素子から出射された光により励起されて蛍光光が発せられる蛍光体を有する蛍光光反射エリア、及び上記発光素子からの光を透過させる透過エリアの少なくとも一方が円周方向に並設された蛍光ホイールと、上記第１の発光素子とは異なる波長の光を出射する第２の発光素子と、上記蛍光ホイールの回転を検出する検出信号を出力する検出信号出力部と、を含む光源部と、上記第１及び上記第２の発光素子の点灯制御を行なう制御部と、上記光源部が出射する光の色が切り替わるタイミングを制御するための同期信号を、上記検出信号に同期して、上記第１及び上記第２の発光素子のうちの一方の発光素子を消灯させる同期信号を出力し、次の周期で他方の発光素子を点灯させる同期信号を出力する同期信号生成部と、上記光源部から出射されてきた光を用いて光像を形成する、複数のマイクロミラーから構成された表示素子と、を備える装置での投影方法であって、
   上記制御部により、上記同期信号生成部から入力された複数の上記同期信号に基づいて、全周期で上記光源部の発光素子に供給する電力を停止する期間を設け、上記第１及び上記第２の発光素子に供給する電力が停止された期間に上記マイクロミラーのオン／オフの反転動作を行なうように制御させる制御工程を有することを特徴とする投影方法。
7. 第１の発光素子と、上記第１の発光素子から出射された光により励起されて蛍光光が発せられる蛍光体を有する蛍光光反射エリア、及び上記発光素子からの光を透過させる透過エリアの少なくとも一方が円周方向に並設された蛍光ホイールと、上記第１の発光素子とは異なる波長の光を出射する第２の発光素子と、上記蛍光ホイールの回転を検出する検出信号を出力する検出信号出力部と、を含む光源部と、上記第１及び上記第２の発光素子の点灯制御を行なう制御部と、上記光源部が出射する光の色が切り替わるタイミングを制御するための同期信号を、上記検出信号に同期して、上記第１及び上記第２の発光素子のうちの一方の発光素子を消灯させる同期信号を出力し、次の周期で他方の発光素子を点灯させる同期信号を出力する同期信号生成部と、上記光源部から出射されてきた光を用いて光像を形成する、複数のマイクロミラーから構成された表示素子と、を備える装置が内蔵したコンピュータが実行するプログラムであって、上記コンピュータを、
   上記制御部が、上記同期信号生成部から入力された複数の上記同期信号に基づいて、全周期で上記光源部の発光素子に供給する電力を停止する期間を設け、上記第１及び上記第２の発光素子に供給する電力が停止された期間に上記マイクロミラーのオン／オフの反転動作を行なうように制御するものとして機能させることを特徴とするプログラム。