近年、テレビをはじめとする画像表示装置の大画面化の要求が高まっており、プロジェクタ装置もその画像表示装置の1つとして注目されている。
プロジェクタ装置には、液晶パネルやDMD(デジタルミラーデバイス)等を用いたものがあり、それら空間的光変調器SLM(Spatial Light Modulator)の使用枚数により、単板式と3板式とが一般的にある。
3板式は、色分解されたR(赤色),G(緑色),B(青色)の各色光を、それぞれ対応する3つのSLMで各々変調した後、それらを色合成して、同時にスクリーンに投影することにより画像を形成する。
単板式は、1つのSLMでR,G,Bの各色光の変調を行なう。SLMの各画素は、入力画像信号を基に作成されたR,G,Bの各色成分の画像データにより、時分割的に順次駆動される。その一方で、これらR,G,Bの各色画像データの駆動タイミング(時分割処理タイミング)に同期して、カラーホイールの各色セグメントを透過した同色の光がSLMに照射される。
ここで、時分割色順次にて画像を形成する場合に、色の切換えが、標準ディスプレイレートである60枚/秒よりも速くなれば、表示されたカラー画像を鑑賞する人間の目には、色順次処理によるカラーブレーキング現象を知覚し難くなり、自然なカラー画像として認識できるため、カラーホイールはできるだけ高速で回転させることが必要となる。
ここで、SLMの各画素を駆動する各色画像データの駆動タイミングに同期させて、高速回転するカラーホイールの各色セグメントを透過した各色光をSLMに正確なタイミングで照射させるには、カラーホイールモータの回転速度と位相とを、如何に正確に制御するかが重要となる。
そのため、従来は、カラーホイールの内部あるいは外部に、磁気方式あるいは光方式のインデックスマーカを取付け、そこからカラーホイールモータが1回転する毎に発生されるインデックスパルス信号を基に、SLMの画素を駆動する各色画像データの駆動タイミングと同期してカラーホイールモータが所定速度で回転するように、モータの回転速度と位相の制御を行なっている。
カラーホイールからパルス帰還を受けてカラーホイールモータの回転速度及び位相を制御する方法の一例が、特許文献1に示す特開平8−214580号公報「カラーホイールのためのデジタルモータ制御装置および方法」に記載されている。図11は、該特許文献1に記載された従来のカラーホイールモータ制御装置を用いた画像ディスプレイ装置のブロック構成を示している。図11において、空間的光変調器SLM404を用いた画像ディスプレイ装置は、信号インタフェース401に入力されるビデオ信号を画素データプロセッサ402によりディスプレイ表示用の画素データに変換してディスプレイメモリ403に蓄積して、SLM404に向けて出力することにより、光源409からカラーホイール408を介してフィルタリングされた照明用色光に基づいて、入力されたビデオ信号をディスプレイ表示するように構成されている。
ここで、カラーホイール408を回転駆動するカラーホイールモータ407の位相及び回転速度は、信号インタフェース401により入力ビデオ信号から抽出された垂直同期信号(基準信号)と、カラーホイール408に取付けられたインデックスマーカから出力されてくるインデックスパルス信号との間の速度誤差及び位相誤差を用いて、モータ制御回路406により制御されている。即ち、モータ制御回路406では、該速度誤差及び位相誤差により決定される電圧変化量に応じて、現在の入力電圧を変化させて、カラーホイールモータ407に対するモータ駆動信号を決定して、カラーホイールモータ407へ供給するようにしている。
しかしながら、カラーホイール408の回転位相を制御するために、画像ディスプレイ装置は、カラーホイールモータ407やカラーフィルタ、更にはカラーホイール408からインデックスパルス信号を生成するインデックスマーカ等、多くの部品を組立てて形成されているので、かくのごとき状態では、各部品の取付け誤差や寸法誤差が必ず発生する。したがって、インデックスマーカにより生成される、カラーホイール408の位相(位置)基準となるインデックスパルス信号の位相そのものにも、必ず誤差が含まれてしまう。その誤差を補正するには、実際にカラーホイール408を回転させ、SLM404により変調された画像の混色状態を目視確認しながら、インデックスマーカの取付け位置を補正して、インデックスパルス信号の位相(位置)を微調整する作業が必要である。
かかる問題を解決する技術として、特許文献2に示す特開2001−337390号公報「カラーホイールとそれを用いた色順次カラー表示装置」がある。該特許文献2に記載の技術においては、カラーホイールを取り付けるための位置決め用の穴や溝を設けて組立てることにより、カラーホイールの位置決め精度を高める方法が記載されているが、構造が複雑になり、なおかつ、かかる技術においても、取付け誤差を、少なくすることは出来たとしても、完全に無くすことは難しい。
また、特許文献3に示す特開平9−127437号公報「表示システム及びカラー変調データをカラーホイールフィルタセグメントに整合させる方法」には、カラーホイールの位置決め精度を高める他の方法が記載されている。図12は、該特許文献3に記載された、従来の他のカラーホイールモータ制御装置を用いたフィールド順次カラー空間的光変調器表示システムのブロック構成を示している。図12に示すように、空間的光変調器SLMとしてDMD526を用いたフィールド順次カラー表示システム500において、DATA INとして入力されたビデオデータは、データフォーマッタ534によりメモリバンク532に記憶されていき、DMD制御回路530により、DMD526により表示すべきデータを、垂直同期信号VSYNC536に同期して、メモリバンク532から取り出してDMD526に供給して、入力ビデオデータに対応するカラー画像を表示している。
ここで、DMD526を照射する着色光522は、光源516からレンズ518を介して集光されて入射した光ビーム520が、カラーホイール512上の小さな部分を透過して着色されてDMD526に対して射出されている。カラーホイール512は、スポーク(境界部)514により6個の等しい占有角度(60度)からなる円弧状の着色セグメント513に分割されており、該着色セグメント513のG(緑色)とR(赤色)とを区切るスポーク514を跨いで緑と赤とを同じ大きさで検知できるように、ホイール基準マーカ542が配置されている。光学センサ540により、カラーホイール512上のホイール基準マーカ542の出力を検出する。DMD制御回路530においては、光学センサ540により検出されたホイール基準マーカ542の出力により、カラーホイール512の回転位相を検知し、どのタイミングで、どの着色セグメント513に光源516からの光ビーム520が照射されているかを検知することができる。
更に、カラーホイール512を透過した着色光522がDMD526を照射している光の色を検出するための2色分の光学センサ550,550が、DMD526の近傍に2個(1対)設けられており、DMD制御回路530は、カラーホイール512上のG(緑色)とR(赤色)との着色セグメント513間に配置されているスポーク514に光源516からの光があることを検出した後、2つの光学センサ550,560からそれぞれ出力される照射光の色の出力が均等なバランスが得られたとのタイミングを検出して、その検出タイミングに同期させるように、メモリバンク532からSLMを構成するDMD526に書込むタイミングを調整して、DMD526の各色画素データによる駆動タイミングを調整する。ここで、DMD526により表示されている画像の色を観測した結果に基づいて、当該人間が、機械的遅延時間調節器544を用いて、人間が手動で、光学センサ540の設置位置を調節することも可能としている。
なお、本明細書で引用した文献は、次に示す通りである。
特開平8−214580号公報
特開2001−337390号公報
特開平9−127437号公報
本発明に係るカラーホイールモータ回転位相制御システムは、カラーホイールモータによりカラーホイールを回転駆動させるカラーホイールモータ回転位相制御システムであって、前記カラーホイールに配設されたインデックスマーカを検知して、該カラーホイールの1回転毎にインデックスパルス信号を出力するインデックスセンサと、光源からの光が前記カラーホイールを透過する透過光の光路近傍に配置されて、該透過光の光量を検出する光量センサと、該光量センサにより検出された前記透過光の光量と予め定められた所定の閾値とを比較するコンパレータと、を具備している。
更に、本発明に係るカラーホイールモータ回転位相制御システムは、前記カラーホイール上に、光源からの光をそのまま透過させる無着色透明なセグメントを設け、前記カラーホイール上に設けられた該無着色透明なセグメントを光源からの光が透過開始するタイミングを示す白色透過開始タイミング信号を、前記コンパレータの比較結果により生成し、かつ、入力画像信号から分離された同期信号を基にして空間的光変調器における白色データへの時分割処理に切換えるタイミングを示す白色切換えタイミング信号を発生させ、該白色切換えタイミング信号と前記白色透過開始タイミング信号とを位相比較し、該位相比較結果として算出された位相誤差量に基づいて、前記インデックスパルス信号の遅延量を可変に設定して、遅延させた遅延インデックスパルス信号として出力するインデックスパルス遅延回路と、更に、該インデックスパルス遅延回路から出力される該遅延インデックスパルス信号と、入力画像信号から分離された前記同期信号を基に作成される、前記空間的光変調器におけるR,G,Bのいずれかの特定色への時分割処理に切換えるタイミングを示す特定色切換えタイミング信号とを用いて、前記白色透過開始タイミング信号と前記白色切換えタイミング信号との位相を一致させるように、前記カラーホイールモータの回転位相制御を行なうモータ制御回路と、を具備している。
かくのごとき手段を備えることにより、空間的光変調器SLMを駆動する画素データの色切換えタイミングと、カラーホイールの各色セグメントを透過して着色される色光即ち空間的光変調器SLMを照射する各色光の切換えタイミングと、を自動的に正確に整合させ、安定したカラーホイールモータ制御を行なうことを可能とし、従来の画像ディスプレイ装置の組立てに要していた調整作業時間を大幅に短縮することができ、より低コストで、かつ、より迅速に画像ディスプレイ装置を製造することができる。
以下に、本発明に係るカラーホイールモータ回転位相制御システム、及び、該カラーホイールモータ回転位相制御システムを適用した画像ディスプレイ装置の実施形態の一例について、図1乃至図10を用いて説明する。
図1は、本発明に係るカラーホイールモータ回転位相制御システムの一例を用いた画像ディスプレイ装置のブロック図を示すものである。
図1に示す画像ディスプレイ装置は、空間的光変調器SLM104の各画素を駆動するR,G,B各色画素データを作成する画像生成ブロック11と、画像生成ブロック11によるSLM104のR,G,B各色画素データでの駆動に同期させて、カラーホイール108を回転させ、光源109からカラーホイール108を透過した同色の色光をSLM104へ照射させるためのカラーホイールモータ回転制御ブロック12とにより構成される。
信号インタフェース101は、水平及び垂直同期成分を有するビデオ信号が標準的であるが、様々な種類の入力画像信号を受信することができ、PC等からの画像信号でも入力し得る。信号インタフェース101において入力画像信号から分離された同期信号(垂直同期信号)を基にして、基準タイミング信号発生回路105において作成されるモータ用基準タイミング信号は、モータ制御回路106に供給され、カラーホイール108の回転制御をするための基準のタイミング信号として用いられる。信号インタフェース101では、入力画像信号がビデオ信号であれば、Y/C分離を含めて、水平及び垂直同期信号の分離、AD変換による入力画像信号のデジタル化の処理が行なわれる。
画素データプロセッサ102は、様々な信号処理を行なうことにより、SLM104上に入力画像信号に基づく画像を出力するための画素データを作成する。この画素データプロセッサ102には、信号処理の際に、各種のデータを記憶するための処理メモリが含まれている。画素データプロセッサ102が行なう処理は、デガンマ補正、色空間変換、インタレース補間が含まれる。デガンマ補正は、放送信号に対して行なわれるガンマ補正の影響を除去し、SLM104によって投映される画像の直線性を確保する。色空間変換は、前記データをRGBデータへ変換する。インタレース補間は、インタレースデータフィールドを、奇数ライン又は偶数ラインを満たすための新データを発生させて完全なフレームに変換するために用いられる。これら処理を行なう順序としては、いずれの処理からであっても構わない。
ディスプレイメモリ103は、画素データプロセッサ102にて処理された画素データを受けて記憶する。ディスプレイメモリ103は、該画素データを入力または出力上においてビットプレーンフォーマットに形成し、該ビットプレーンフォーマットの画素データをSLM104へ供給する。該ビットプレーンフォーマットは、SLM104の各画素に対してそれぞれ一時に1ビットを供給し、SLM104の各画素はそのビットの値にしたがってオンまたはオフが切り替わる。例えば、SLM104の各画素が3色それぞれ8ビットで表される場合には、3×8=24ビットプレーン/フレームが存在することになる。
通常、ディスプレイメモリ103は、二重バッファメモリで構成されており、少なくとも2つのディスプレイフレーム用の容量を有している。1方のディスプレイフレーム用のバッファメモリは、他方のディスプレイフレーム用のバッファメモリにデータが書き込まれている間に、SLM104に読み出される。これら2つのバッファメモリは、データが連続的にSLM104に読み出されるように、交互に制御される。
SLM104は、前述のごとく、空間的光変調器であり、例えば液晶パネルやDMD(デジタルマイクロミラーデバイス)から構成される。本発明は、どのようなSLMを用いるディスプレイシステムに対しても、カラーホイール108により着色された光源照明を用いて、色画像を発生させるシステムであれば、適用することができる。
SLM104上に照射される光は、回転するカラーホイール108の各色セグメント(各カラーセグメント)を透過し着色されて送られてくる。R,G,B各色画素データの画像処理は、時分割的にシーケンス化されており、入力画像信号から生成されるそれぞれの色の画素データがSLM104でディスプレイされる時点と同期して、各色セグメント(各カラーセグメント)のうち同色の色セグメントを、光源109からの光が透過するように、カラーホイール108は、カラーホイールモータ107により回転制御される。
基準タイミング信号発生回路105は、入力画像信号から分離された同期信号(水平及び垂直同期信号)と基準のクロック信号(図示せず)とを基にして、SLM104にR,G,B各色画素データを書込むための時系列的な各種画像処理用の基準タイミング信号と、SLM104に書込む画素データの色切換え時点即ち時分割処理切換えタイミングを示す色切換えタイミング信号とを発生させ、該色切換えタイミング信号に同期して、カラーホイール108を透過した着色光の色切換えが行なわれるように、同期信号(垂直同期信号)を基に作成されたモータ制御用の基準タイミングを示すモータ用基準タイミング信号も出力する。
モータ制御回路106は、詳細は後述するが、カラーホイール108に配設されたインデックスマーカ110を検知して生成されたインデックスパルス信号を適切な遅延量だけ遅延させた遅延インデックスパルス信号と、モータ用基準タイミング信号とを用いて、あるいは、遅延インデックスパルス信号と、SLM104におけるR,G,Bいずれか特定色への時分割処理に切換えるタイミングを示す特定色切換えタイミング信号とを用いて、カラーホイール108の回転速度と位相の誤差を検出し、カラーホイール108の回転位相とSLM104の各画素の駆動用位相とを同期させるように、カラーホイールモータ107に駆動信号を出力し、カラーホイールモータ107の回転速度、位相を制御する回転位相制御を行なう。
ここで、インデックスパルス信号は、カラーホイール108の近傍に配置されたインデックスセンサ111により、カラーホイール108が1回転する都度、カラーホイール108上又は周縁部に設けられたインデックスマーカ110を検知して生成されるものであり、カラーホイール108の回転速度と位相とを検出することができる。また、遅延インデックスパルス信号は、インデックスパルス遅延回路116により、SLM104における色切換えタイミングとカラーホイール108の同色の色セグメントへの切換えタイミング(例えば、SLM104における白色データに対する時分割処理を開始する白色切換えタイミングと、カラーホイール108上の白色Wセグメントへの透過が開始される白色透過開始タイミング)との位相誤差量に応じて算出される遅延量だけ、インデックスパルス信号を遅延させて生成される。また、モータ用基準タイミング信号は、基準タイミング信号発生回路105により、入力画像信号から分離された同期信号に基づいて作成される。
例えば、モータ制御回路106は、カラーホイール108の回転速度が標準ディスプレイ速度の60フレーム/秒の所定倍数の回転速度となるように、カラーホイールモータ107を制御し、カラーホイール108の位相がカラーホイール108の透過光がSLM104で表示される画素データの色に一致するように、カラーホイールモータ107の速度を加速又は減速して制御する。なお、カラーホイールモータ107は、通常、3相などの多相モータである。
カラーホイール108は、R,G,Bの各色セグメント(領域)を有し、更に、光源109からの光をそのまま透過させる無着色透明なセグメント(領域)も有する。図1の例においては、各色セグメントをそれぞれ1箇所に纏めて配置しているが、2箇所以上に分散して配置することも可能である。また、各色セグメントの色にR,G,B以外の色を用いたり、各色セグメントの占有角度の配分を様々に設定することも可能である。図1では、白色の色セグメントの占有角度は小さくし、その他のR,G,B各色セグメントの占有角度を同じ大きさにして配置している例を示している。
光源109の光は、カラーホイール108の無着色透明なセグメント以外の各色セグメントを透過時に各色にそれぞれ着色され、SLM104を照射する。
インデックスマーカ110は、カラーホイール108と共に回転する部位(カラーホイール108上部あるいは周縁部)に設置され、一方、インデックスセンサ111は、回転しない部位に設置されていて、カラーホイール108が1回転する間に1回だけカラーホイール108に設置されたインデックスマーカ110と近接し得る位置に配置されている。インデックスセンサ111は、カラーホイール108が1回転する間に1回、カラーホイール108に設けられたインデックスマーカ110を検知してインデックスパルス信号を出力する。インデックスセンサ111としては、光学式や磁気式等、様々なものを利用可能である。
光量センサ112は、光源109から射出されてカラーホイール108を透過して着色された透過光の光量を検出するものであり、該透過光がSLM104を照射する光源照明光路に近接して設置され、SLM104を照射する該透過光の光路は妨げないが、該透過光の光量が検出できる位置に設置される。図1に示すカラーホイール108における透過光量は、無着色透明なW(無色)セグメントを透過する光量が最も多く、次に、G(緑色)、R(赤色)、B(青色)の順になるのが一般的である。
コンパレータ113は、図2に示すように、光量センサ112からの受光出力(即ち、光量センサ112により検出された透過光の光量)を予め定められた所定の閾値(スレッショールドレベル)と比較し、比較結果によりHi(High)レベルまたはLo(Low)レベルの出力パルス信号を出力する。ここに、図2は、カラーホイール108の透過光の光量に応じて、それぞれの出力パルス信号を出力する光量センサ112、コンパレータ113、光量検出回路115の各出力の概略波形図である。
ここで、カラーホイール108の各色セグメントの配置と回転方向は、図1に示す通りであり、回転方向にW,G,R,Bの順に各色セグメントが纏められた状態に配置されている例を示している。図2(A1)、(A2)は、カラーホイール108の各色セグメントを透過する光量の光量センサ112における出力波形とスレッショールドレベルとを示し、図2(B1)、(B2)は、それぞれ、図2(A1)、(A2)の光量センサ112の出力波形の場合のコンパレータ113における出力波形を示し、図2(C1)、(C2)は、それぞれ、図2(B1)、(B2)のコンパレータ113の出力波形の場合の光量検出回路115における出力波形を示している。なお、図2(A1)、(B1),(C1)は、光源109のランプ点灯直後あるいは光源109の異常発生などの低輝度時の様子を示し、図2(A2)、(B2),(C2)は、ランプ輝度が高い状態に安定している安定時の様子を示している。
図2の例においては、図2(A1)に示すように、光源109のランプが低輝度の場合、カラーホイール108のいずれの色セグメントにおいても、光量センサ112では、予め定められたスレッショールドに達する光量は得られず、図2(B1)に示すように、コンパレータ113の比較結果を示す出力波形(光量変化パルス)は、Loレベルとなり、図2(C1)に示すように、光量検出回路115の出力(イネーブル信号)も、Loレベルとなる。一方、図2(A2)に示すように、光源109のランプが高輝度に安定している場合、カラーカラーホイール108の透過光のうち、最も透過光量が多いW(白色)セグメントでの受光出力と次に多いG(緑色)セグメントでの受光出力との間に、予め定められたスレッショールドレベルが設定されていて、図2(B2)に示すように、コンパレータ113の比較結果を示す出力波形としては、Wセグメント領域と同期した光量変化パルスが得られ、図2(C2)に示すように、光量検出回路115の出力(イネーブル信号)は、Hiレベルとなる。
位相比較回路114は、コンパレータ113から出力される図2(B2)のごとき光量変化パルスと、白色データの直前に位置する緑色(G)の画素データの表示が終了するタイミングを示す白色順次切換えパルスとを位相比較し、その位相誤差量を出力する。ここで、光量変化パルスとは、コンパレータ113の比較結果に基づいて、光源109からの光がカラーホイール108のW(白色)セグメントを透過開始するタイミング情報即ち白色透過開始タイミング信号を示している。また、白色順次切換えパルスとは、入力画像信号から分離された同期信号に基づいて基準タイミング信号発生回路105から出力されるものであり、SLM104の各画素を駆動する画像処理用基準タイミング信号のうち、SLM104における画素データの白色データへの時分割処理に切換えるタイミングを示す白色切換えタイミング信号を意味している。
光量検出回路115には、コンパレータ113から出力される光量変化パルスが入力される。前述の図2(B2)に示すように、コンパレータ113から出力される該光量変化パルスにHiレベルのパルスが含まれているか否かを検出し、Hiレベルのパルスが含まれている場合には、前述の図2(C2)に示すように、光量検出回路115から出力するイネーブル信号をHiレベルとし、一方、図2(B1)に示すように、該光量変化パルスにHiレベルのパルスが含まれていない場合には、図2(C1)に示すように、光量検出回路115から出力するイネーブル信号をLoレベルとする。
ここに、光量検出回路115からのイネーブル信号は、図1に示す構成において、光源109からカラーホイール108の各色セグメントを透過した照明光が十分明るく、遅延インデックスパルス信号の遅延量を位相比較回路114の位相比較結果、即ち、白色切換えタイミング信号と白色透過開始タイミング信号との位相誤差量に基づいて、可変に設定するインデックスパルス遅延回路116の動作を行なうことができるか否か、を指示する信号である。
即ち、光量検出回路115から出力されるイネーブル信号は、インデックスパルス遅延回路116の動作を許可するか否かを示すものであり、透過光の光量が予め定められたスレッショールドよりも低下して、イネーブル信号がLoレベル(即ち出力されない状態)にある場合には、インデックスパルス遅延回路116の通常の動作を抑止して、無着色透明なセグメントを透過開始する白色透過開始タイミングを用いたカラーホイールモータ107の回転位相制御を行なうことができる状態にはないことを示し、一方、イネーブル信号がHiレベル(即ち出力されている状態)にある場合には、インデックスパルス遅延回路116の通常の動作を許可して、無着色透明なセグメントを透過開始する白色透過開始タイミングを用いたカラーホイールモータ107の回転位相制御を行なうことができる状態にあることを示している。
インデックスパルス遅延回路116は、位相比較回路114から出力される位相誤差量に基づいて、該位相誤差量をより小さくするように、カラーホイール108が1回転する毎に1回出力されるインデックスパルス信号の遅延量を可変に制御し、該遅延量にて遅延処理された遅延インデックスパルス信号を、モータ制御回路106に対して出力する。なお、前述したように、インデックスパルス遅延回路116において、位相比較回路114から出力される前記位相誤差量に基づいて実施されるインデックスパルス遅延処理は、光量検出回路115からのイネーブル信号がHiレベルの場合、即ち、光源109からカラーホイール108の各色セグメントを透過してSLM104を照射する光の明るさが十分であり、無着色透明なセグメントを透過開始する白色透過開始タイミングを用いたカラーホイールモータ107の回転位相制御を行なうことが可能である場合、にのみ行なわれる。
光量検出回路115からのイネーブル信号がLoレベルとなる、システム立上げ時や光源異常時等のごとく、光源109からカラーホイール108の各色セグメントを透過してSLM104を照射する光の明るさが十分ではなく、無着色透明なセグメントを透過開始する白色透過開始タイミングを用いたカラーホイールモータ107の回転位相制御を行なうことが可能な状態にはないと判断された場合には、インデックスパルス信号の遅延量の設定は、カラーホイール108のタイミングを示す白色透過開始タイミング信号とSLM104の時分割処理のタイミングを示す白色切換えタイミングとの位相誤差量を用いて算出される遅延量ではなく、直前の設定値のままに保持したり、又は、予め設定された値である基準遅延量とする等の処理に切換えられる。このため、インデックスパルス遅延回路116には、メモリ部を含み、遅延処理における直前のインデックスパルス遅延量の設定値を、該メモリ部にて常に更新して記憶している。また、設計的に標準となる前記基準遅延量(基準値)についても、該メモリ部にて記憶しておいても良いし、別のメモリ回路や回路論理として設定するようにしても良い。
而して、SLM104への照射光の明るさが十分でなく、位相比較回路114から出力される位相誤差量に基づいたインデックスパルス信号の遅延量の制御を行なうことができないと判断された場合には、位相誤差量に基づいて算出する遅延量から切換えて、該メモリ部に記憶された遅延量設定値、即ち、前回のインデックスパルス遅延回路116の動作時に設定されたインデックスパルス遅延量、又は、該メモリ部又は別のメモリ回路や回路論理により設定されている前記基準遅延量の、いずれかを読出して、今回のインデックスパルス信号の遅延量として設定される。このような切換えを行なうことにより、システム動作の起動時や異常時にも、カラーホイールモータ107の安定した回転位相制御動作を可能としている。
図1、図2に示す各信号の極性、タイミング等は、本発明の説明の一例として示したものであり、これと異なる設定とすることも勿論可能である。次に、図3乃至図10を用いて、本発明におけるカラーホイールモータ107の回転位相制御について更に詳しく説明する。ここに、図3は、カラーホイール108とインデックスマーカ110とインデックスセンサ111との位置関係を説明する概念図であり、図4乃至図10は、本発明に係るカラーホイールモータ回転位相制御システムにおける各部の制御タイミングを説明する概念図である。また、図4は、インデックスマーカ110が正確な取付け位置として標準状態にある場合の各部の制御タイミングを説明する概念図である。また、図5、図6及び図7は、いずれも、インデックスマーカ110が取付けずれ状態1として進み位置に取り付けられた場合における各部の制御タイミングを説明する概念図であり、カラーホイールモータ107の回転位相の制御順に並べている。逆に、図8、図9及び図10は、いずれも、取付けずれ状態2として遅れ位置に取り付けられた場合における各部の制御タイミングを説明する概念図であり、カラーホイールモータ107の回転位相の制御順に並べている。
図3に示すカラーホイール108においては、色セグメント(カラーセグメント)は、前述のように、R(赤色)、G(緑色)、B(青色)の他に、無着色透明なW(無色)を更に設けた合計4つの領域から構成されており、インデックスマーカ110は、R領域とB領域との色セグメントの境界線上の周縁部に設置されており、一例として、光源109からの光がカラーホイール108を透過する点pと、インデックスセンサ111の設置中心位置qとは、カラーホイール108の中心位置oから見て、半径方向の同一線上にあるものとする。また、カラーホイール108は、時計回りに回転し、光源109からの光の透過位置をW、B、R、G、W、B、R、G、…の色セグメント順に切換えるように回転する。
(1)まず、インデックスマーカ110の標準状態として、インデックスマーカ110が設計上の標準位置に正確に取り付けられている場合について説明する(図4参照)。
カラーホイール108が所定速度で回転すると、カラーホイール108を透過する透過光は、図4にあるように、W、B、R、G、W、B、R、G、…の順に着色され、それぞれの色に着色される時間幅は、カラーホイール108上の各色の色セグメントの占有角度に依存する。
インデックスパルス信号は、カラーホイール108の透過光の色がB(青色)からR(赤色)に切換わるタイミングでインデックスセンサ111から出力され、インデックスパルス遅延回路116にて、インデックスパルス信号の発生タイミングから標準の遅延時間T=t0だけ遅れたタイミングで遅延インデックスパルス信号として作成される。ここで、カラーホイール108の透過光の色がB(青色)からR(赤色)に切換わるタイミングで発生するインデックスパルス信号が、遅延時間T=t0だけ遅延されて、遅延インデックスパルス信号として発生するというタイミングは、標準状態においては、図4に示すように、カラーホイール108の透過光の色がR(赤色)からG(緑色)に切換わるタイミングに一致するように設定されている。
一方、入力画像信号の同期信号に対応して、基準タイミング信号発生回路105において画像処理用基準タイミング信号として、SLM104における各画素を駆動する画素データへの時分割色切換えタイミングに同期して出力レベルが変化するカラー時分割切換えパルスが生成されている。ここで、カラーホイール108の回転位相制御を行なうために、該カラー時分割切換えパルスのうち、カラーホイール108上のW(白色)セグメントの直前に配置されている特定色、即ち、図4乃至図10の各図においては、G(緑色)のセグメントと、同色の画素データによりSLM駆動を行なう時分割処理がなされる時間間隔を示すカラー時分割切換えパルスを用いる。即ち、図4乃至図10に示すように、G(緑色)のカラー時分割切換えパルス信号は、G(緑色)画素データによりSLM駆動を行なう時分割処理時間中においてはHiレベルとなり、その他のW,R,B画素データによりSLM駆動を行なう時分割処理時間中においてはLoレベルとなる信号である。
かくのごとく、カラーホイールモータ107の回転位相制御を行なうために、W(白色)セグメントの直前に配置されている特定色セグメント即ちG(緑色)のセグメントと同色の画素データへのカラー時分割切換えパルス信号即ち特定色時分割切換えパルス信号から、カラーホイール108の回転位相制御用に用いるイミング信号を得ることとすれば、白色データの直前の特定色即ちG画素データの時分割処理への切換えがなされる特定色切換えタイミング位置と、直後に続く白色データの時分割処理への切換えがなされる白色切換えタイミング位置とを、SLM104における該特定色即ちG画素データを時分割処理する時間間隔を与える特定色時分割切換えパルス信号即ちG(緑色)カラー時分割切換えパルス信号の立上がりエッジと立下がりエッジとにより指定することが可能となる。
まず、特定色即ちG画素データによりSLM駆動を開始するタイミングを示す特定色切換えタイミング信号即ち特定色時分割切換えパルスの立上がりエッジと、遅延インデックスパルス信号の発生タイミングを示す遅延インデックスパルス発生タイミング信号即ち遅延インデックスパルス信号の立上がりエッジとに基づいて、まず、モータ制御回路106において、これらの位相が一致するように、遅延インデックスパルス信号の遅延時間Tが調整されて、カラーホイールモータ107の回転速度が制御される。
ここに、遅延インデックスパルス信号の立上がりエッジとは、前述のごとく、カラーホイール108が1回転する毎に出力されるインデックスパルス信号の遅延量をインデックスパルス遅延回路116により可変に設定して適宜遅延出力される遅延インデックスパルス信号の発生タイミング位置を示しているものである。一方、特定色時分割切換えパルスの立上がりエッジとは、入力画像信号から分離された同期信号を基に基準タイミング発生回路105により作成される画像処理用基準タイミング信号の一つとして発生される空間的光変調器SLM104におけるR,G,Bいずれか特定色の画素データへの時分割処理切換えタイミング位置を示すものである。本実施例においては、前記特定色セグメントとして、前述のように、カラーホイール108上、次にW(白色)セグメントに切換えられる位置に配置されているG(緑色)セグメントと同じ色を用いる、即ち、SLM104において次にW画素データの時分割処理を行なうことになるG画素データを用いる場合を示している。
一方、光源が十分に明るく、カラーホイール108の色セグメントがW領域にある時には、カラーホイール108の透過光の光量がスレショールドレベルよりも大きくなり、コンパレータ113から光量変化パルスが発生している。該光量変化パルスの立上がりエッジと、前記特定色時分割切換えパルスの立下がりエッジとに基づいて、モータ制御回路106において、これらの位相が一致するように、インデックスパルス信号からの遅延時間Tが調整されて、カラーホイールモータ107の回転速度が制御される。
ここに、光量変化パルスの立上がりエッジとは、カラーホイール108上に設けられたW(白色)セグメントに切換わって光源109からの光が透過開始するタイミング位置を示す白色透過開始タイミング信号であり、一方、前記特定色時分割切換えパルスの立下がりエッジとは、G画素データによるSLM駆動が終了し、Gセグメントの次に配置されているWセグメントと同色の白色データに対するSLM駆動処理が開始されるタイミング位置を示すものであり、入力画像信号から分離された同期信号を基に基準タイミング信号発生回路105により作成される空間的光変調器SLM104におけるW(白色)データへの時分割処理切換えタイミングを示す白色切換えタイミング信号である。
インデックスマーカ110の標準の取付け状態を示す図5においては、遅延時間T=t0にて、白色透過開始タイミング信号と白色切換えタイミング信号との前記位相が完全に一致しており、この状態でカラーホイールモータ107は正しく回転位相制御された状態となる。
なお、前述の実施例においては、カラーホイールモータ107の回転位相制御を行なうために、W(白色)セグメントの直前に配置されている特定色セグメント即ちGのセグメントと同色の画素データへの特定色時分割切換えパルスから得られるタイミング信号を用いている場合を示したが、本発明においては、カラーホイールモータ107の回転位相制御を行なうために用いる特定色として、かくのごとく、W(白色)セグメントの直前に配置されている特定色に固定するものではなく、R,G,Bいずれの色を用いるようにしても構わない。
更に、前述の実施例においては、特定色即ちG画素データによりSLM駆動を開始するタイミングを示す特定色切換えタイミング信号と遅延インデックスパルス信号の発生タイミングを示す遅延インデックスパルス発生タイミング信号との位相関係、及び、W(白色)セグメントに切換わって光源109からの光が透過開始するタイミング位置を示す白色透過開始タイミング信号とW(白色)画素データへの時分割処理切換えタイミングを示す白色切換えタイミング信号との位相関係、の双方の位相比較結果に基づいて、カラーホイールモータ107の回転位相制御を行なう例を示したが、本発明においては、特定色切換えタイミング信号の代わりに、入力画像信号から分離された同期信号を基に作成されたモータ用基準タイミング信号を用いて、カラーホイールモータ107の回転位相制御を行なうようにしても構わない。
(2)次に、インデックスマーカ110が取付けずれ状態1として(1)項で説明した標準状態よりも進んだ位置、即ち、R領域とB領域との色セグメントの境界線上からBセグメント側にずれた位置にインデックスマーカ110が取り付けられている状態にある場合について説明する(図5乃至図7参照)。
前記インデックスマーカ取付けずれ状態1で、(1)項で前述した標準状態と同じ条件にて、カラーホイールモータ107を回転位相制御させると、遅延時間T=t0だけ遅延させた遅延インデックスパルス信号の立上がりエッジが、カラーホイール108のR領域とG領域との色セグメント(カラーセグメント)の切換え位置に一致せず、W(白色)セグメントの直前にあるG(緑色)セグメントと同色の特定色即ちG画素データによりSLM駆動を開始するタイミング(特定色切換えタイミング信号)を示すカラー時分割切換えパルスの立上がりエッジとの間には、インデックスマーカ110の取付け位置ずれがある分だけ、時間ずれΔT=taを生じ、図5のようになる。
このため、該時間ずれΔT=taを0とするように、カラーホイールモータ107は、モータ制御回路106により更に制御され、図6に示すように、(1)項と同様に、遅延インデックスパルス信号の立上がりエッジと、特定色のG画素データによりSLM駆動を開始するタイミングを示すカラー時分割切換えパルスの立上がりエッジとの位相が一致する状態に回転位相が制御される。
しかしながら、遅延インデックスパルス信号の立上がりエッジ即ち遅延インデックスパルス発生タイミング信号と、カラー時分割切換えパルスの立上がりエッジ即ち特定色切換えタイミング信号との位相が一致した状態になったとしても、遅延インデックスパルス信号の立上がりエッジは、カラーホイール108の色セグメントがR領域からG領域に切換わる位置ではなく、R領域の途中にある。従って、カラーホイール108の色セグメントがW領域において発生する光量変化パルスの立上がりエッジ即ち白色透過開始タイミング信号と、特定色のG画素データによるSLM駆動が終了し、G画素データの次に位置するW(白色)データに対するSLM駆動処理が開始されるタイミングを示す、G画素データのカラー時分割切換えパルスの立下がりエッジ即ち白色切換えタイミング信号とは、インデックスマーカ110の取付け位置にずれがあるため、図6に示すように、やはり、位相が一致せず、時間ずれΔT=tbを生じる。このため、該時間ずれΔT=tbを0とするように、インデックスパルス信号の遅延時間Tが、モータ制御回路106により更に調整される。
図7に示すように、インデックスパルス信号の該遅延時間Tは標準状態のt0よりも大きな値t1として、モータ制御回路106によりカラーホイールモータ107の回転位相を制御することにより、カラーホイール108の色セグメントがW領域で発生する光量変化パルスの立上がりエッジ即ち白色透過開始タイミング信号と、G画素データによるSLM駆動が終了し、Wセグメントに対するSLM駆動処理が開始するタイミングを示す、カラー時分割切換えパルスの立下がりエッジ即ち白色切換えタイミング信号の位相とが一致する状態に回転位相が制御される。
この状態に制御されることにより、カラー時分割切換えパルスと遅延インデックスパルスと光量変化パルスとは、標準状態と同一の位相状態になり、カラーホイールモータ107は、正しく回転位相制御された状態となっている。
(3)次に、取付けずれ状態2はインデックスマーカ110が(1)項で説明した標準状態よりも遅れた位置、即ち、R領域とB領域との色セグメントの境界線上からRセグメント側にずれた位置にインデックスマーカ110が取り付けられている状態にある場合について説明する(図8乃至図10参照)。
前記インデックスマーカ取付けずれ状態2で、(1)項で前述した標準状態と同じ条件にて、カラーホイールモータ107を回転位相制御させると、遅延時間T=t0だけ遅延させた遅延インデックスパルス信号の立上がりエッジが、カラーホイール108のR領域とG領域との色セグメント(カラーセグメント)の切換え位置に一致せず、W(白色)セグメントの直前にあるG(緑色)セグメントと同色の特定色即ちG画素データによりSLM駆動を開始するタイミング(特定色切換えタイミング信号)を示すカラー時分割切換えパルスの立上がりエッジとの間には、インデックスマーカ110の取付けずれのある分だけ、時間ずれΔT=tcを生じ、図8のようになる。
このため、該時間ずれΔT=tcを0とするように、カラーホイールモータ107は、モータ制御回路106により更に制御され、図9に示すように、遅延インデックスパルスの立上がりエッジと、特定色のG画素データによりSLM駆動を開始するタイミングを示すカラー時分割切換えパルスの立上がりエッジとの位相が一致する状態に回転位相が制御される。
しかしながら、遅延インデックスパルス信号の立上がりエッジ即ち遅延インデックスパルス発生タイミング信号と、カラー時分割切換えパルスの立上がりエッジ即ち特定色切換えタイミング信号との位相が一致した状態になったとしても、遅延インデックスパルス信号の立上がりエッジは、カラーホイール108の色セグメントがR領域からG領域に切換わる位置ではなく、G領域の途中にある。従って、カラーホイール108の色セグメントがW領域において発生する光量変化パルスの立上がりエッジ即ち白色透過開始タイミング信号と、特定色のG画素データによるSLM駆動が終了し、G画素データの次に位置するW(白色)データに対するSLM駆動処理が開始されるタイミングを示す、G画素データのカラー時分割切換えパルスの立下がりエッジ即ち白色切換えタイミング信号とは、インデックスマーカ110の取付け位置にずれがあるため、図9に示すように、やはり、位相が一致せず、時間ずれΔT=tdを生じる。このため、該時間ずれΔT=tdを0とするように、インデックスパルスの遅延時間Tが、モータ制御回路106により更に調整される。
図10に示すように、インデックスパルス信号の該遅延時間Tは標準状態のt0よりも小さな値t2として、モータ制御回路106によりカラーホイールモータ107の回転位相を制御することにより、カラーホイール108の色セグメントがW領域で発生する光量変化パルスの立上がりエッジ即ち白色透過開始タイミング信号と、G画素データによるSLM駆動が終了し、Wセグメントに対するSLM駆動処理が開始するタイミングを示す、カラー時分割切換えパルスの立下がりエッジ即ち白色切換えタイミング信号の位相とが一致する状態に回転位相が制御される。
この状態に制御されることにより、カラー時分割切換えパルスと遅延インデックスパルスと光量変化パルスとは、標準状態と同一の位相状態になり、カラーホイールモータ107は、正しく回転位相制御された状態となっている。
以上の説明において設定されるインデックスパルスの遅延時間T=t1やt2は、カラーホイールユニット組立て状態から予め規定される固有の値であり、遅延時間T=t1やt2は、組立てられた各カラーホイールユニットそれぞれにおいて、ほぼ変化しない値であると想定される。而して、遅延時間T=t1やt2をメモリ回路において予め記憶させ、次のシステム起動時には、該メモリ回路に記憶されたこれらの値を、最初からインデックスパルス遅延時間Tとして用いて位相制御を行なえば、カラーホイールモータ107の回転位相を制御する制御時間の更なる短縮を図ることが可能である。なお、該メモリ回路としては、書換え動作が不要な半固定の記憶手段であっても、特定の回路論理により保持するようにしても良く、カラーホイールユニットの組立て時に、遅延時間T=t1やt2を書込んだり設定したりすることとすれば良い。
なお、図4乃至図10に示す各種信号の極性、タイミングは一例として示したものであり、本発明においてこれらと異なるものとすることも、勿論可能である。
また、カラーホイールユニット組立て時には、インデックスマーカ110だけでなく、インデックスセンサ111やカラーホイールモータ107や色セグメントを配する円盤の取付け位置のずれ等、多くのカラーホイールモータ回転位相制御に関わる誤差発生要因がある。図4乃至図10を用いた前述の説明においては、これら全ての部品の取付け位置のずれをインデックスマーカ110の取付け位置のずれに代表させて説明したものであり、本発明に係るカラーホイールモータ回転位相制御システム及び画像ディスプレイ装置は、前述した全ての取付け位置のずれから発生する誤差をも包含して自動的に補正することを可能とするものであることは、以上の説明からも明らかである。
11…画像生成ブロック、12…カラーホイールモータ回転制御ブロック、101…信号インタフェース、102…画素データプロセッサ、103…ディスプレイメモリ、104…空間的光変調器SLM、105…基準タイミング信号発生回路、106…モータ制御回路、107…カラーホイールモータ、108…カラーホイール、109…光源、110…インデックスマーカ、111…インデックスセンサ、112…光量センサ、113…コンパレータ、114…位相比較回路、115…光量検出回路、116…インデックスパルス遅延回路、401…信号インタフェース、402…画素データプロセッサ、403…ディスプレイメモリ、404…空間的光変調器SLM、405…マスタタイミング回路、406…モータ制御回路、407…カラーホイールモータ、408…カラーホイール、409…光源、500…フィールド順次カラー表示システム、512…カラーホイール、513…着色セグメント、514…スポーク、516…光源、518…レンズ、520…光ビーム、522…着色光、526…DMD、530…DMD制御回路、532…メモリバンク、534…データフォーマッタ、536…垂直同期信号(VSYNC)、540…光学センサ、542…ホイール基準マーカ、544…機械的遅延時間調節器、550,560…光学センサ。