JP4237090B2

JP4237090B2 - カラープロジェクタ及びその同期調整方法

Info

Publication number: JP4237090B2
Application number: JP2004112889A
Authority: JP
Inventors: 巳千男小林
Original assignee: NEC Display Solutions Ltd
Current assignee: Sharp NEC Display Solutions Ltd
Priority date: 2004-04-07
Filing date: 2004-04-07
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2024-04-07
Also published as: US20050225731A1; JP2005300647A; US7367678B2

Description

本発明は、カラーホイールによって時分割で分離された色光を光変調して２色以上の画像光を形成し、形成された２色以上の画像光を順次投射してカラー映像を表示する単板式カラープロジェクタに関するものである。

カラーホイールを用いた従来の単板式カラープロジェクタ（単に「カラープロジェクタ」と称する場合もある）の基本構成を図４に示す。図４に示すカラープロジェクタ１０では、光源１１から発せられた白色光が反射鏡１２によって集光され、カラーホイール１３に照射される。カラーホイール１３は、赤色光のみを透過させ、その他の色光を反射又は吸収する光学フィルタ（赤色フィルタ）、緑色光のみを透過させ、その他の色光を反射又は吸収する光学フィルタ（緑色フィルタ）、青色光のみを透過させ、その他の色光を反射又は吸収する光学フィルタ（青色フィルタ）が円周方向に沿って配列形成された円盤として構成されており、モータ制御回路２２によって制御される駆動モータ２３によって高速回転されるようになっている。従って、カラーホイール１３の回転に伴って、光源１１から出射された光の光路に各色フィルタが順次挿入され、カラーホイール１３に照射された白色光が赤色光、緑色光、青色光の各単色光に時分割で色分離される。そして、分離された各単色光は、ライトバルブ１４から反射鏡１５へと送られ、液晶パネルやＤＭＤ（登録商標）等の映像形成素子１６に照射される。一方、映像形成素子１６は映像形成素子制御回路１７によって駆動制御されている。映像形成素子制御回路１７は、入力された映像信号に従って映像形成素子１６を駆動する。具体的には、入力された映像信号に従って映像形成素子１６の各セルや微小ミラーをＯＮまたはＯＦＦさせることによって、照射された単色光を画素単位で反射して光変調を行い、画像光を形成する。形成された画像光は、投射レンズ１８に入射し、その投射レンズ１８によって不図示のスクリーン等に拡大投射される。

ここで、上記のような構成を有するカラープロジェクタでは、カラーホイールによる色分離のタイミングと映像形成素子による光変調のタイミングとを同期させる必要がある。図４に示すカラープロジェクタ１０では、カラーホイール１３に反射率の高い反射マーカ１９を貼り付けると共に、カラーホイール１３の近傍に反射型フォトインタラプタ２０を配置してある。この反射型フォトインタラプタ２０は、発光素子と受光素子とが一体化されたセンサであり、カラーホイール１３が１回転する度に、上記発光素子から出射されている光が反射マーカ１９に当たって反射され、その反射光が上記受光素子によって受光され、受光素子から信号が出力される。受光素子から出力された信号は検出回路２１によって検出され、同期信号としてモータ制御回路２２及び映像形成素子制御回路１７に入力される。モータ制御回路２２及び映像形成素子制御回路１７は、入力された同期信号に従って駆動モータ２３及び映像形成素子１６を駆動する。以上によってカラーホイール１３による色分離のタイミングと映像形成素子１６による光変調のタイミングとの同期が取られる。このようにして同期を取るカラープロジェクタの詳細については、例えば特許文献１に記載されている。

また、カラーホイールによる色分離のタイミングと映像形成素子による光変調のタイミングとの同期を取る他の技術としては、異なる色光を検出する一対のセンサによってカラーホイールを透過した色光を検出し、両センサの出力に基づいて、光源光のビームスポットが２つの色フィルタの境界を通過したタイミングを検出する技術がある。例えば、青色光を検出するフォトダイオードと赤色光を検出するフォトダイオードとによってセンサを構成し、各フォトダイオードの出力が等しくなったとき、すなわちマゼンタ色が検出されたときにビームスポットが赤色フィルタと青色フィルタの境界を通過したと判断する。以上によって、カラーホイールの回転基準位置としての赤色フィルタと青色フィルタの境界が検出され、検出結果に基づいて映像形成素子が駆動されることによって、カラーホイールによる色分離のタイミングと映像形成素子による光変調のタイミングとの同期が取られる。以上のようにして同期を取るカラープロジェクタの詳細については、例えば特許文献２に記載されている。
特開２００１−３３７３９０号公報特開平９−１２７４３７号公報

上記反射マーカの貼り付け位置やセンサの設置位置には誤差がある。また、各色フィルタの境界にも製造上の誤差がある。これら誤差が存在する場合、特許文献１等に記載されている上記技術では、カラーホイールによる色分離のタイミングと映像形成素子による光変調のタイミングとが十分に同期せず、色彩が正しく再現されない。

また、特許文献２等に記載されている上記技術では、一対のセンサ（フォトダイオード）の特性が一致しており、検出感度が等しくないとマゼンタ色を正確に検出することができないで、回転基準位置を高精度で検出することが難しい。また、一対のセンサによる色光の検出は等しい条件で行う必要があるため、一対のセンサを光学的に等価な位置に配置する必要がある。従って、簡易な構成で高精度にカラーホイールの回転基準位置を検出してその回転タイミングを制御することは難しい。このため、特許文献１等に記載されている技術と同様、色彩が正しく再現されない。

本発明は、上記課題を解決し、簡易な構成によって、カラーホイールによる色分離のタイミングと、映像形成素子による光変調のタイミングとを正確に同期させることを目的とする。

本発明は、光源から出射された光の光路に順次挿入される２以上の光学フィルタを備えたカラーホイールに設けられた被検知部を検出手段によって検出し、被検知部を検知した検知手段から出力される信号を同期信号として、カラーホイールによる色分離のタイミングと、映像形成素子による光変調のタイミングとの同期を取るカラープロジェクタにおいて、該カラープロジェクタから投射される光の色度値を検出し、その検出結果に基づいて同期タイミングを調整可能としたことを特徴とする。

例えば、本発明の第一のカラープロジェクタは、光源から出射された光をカラーホイールによって時分割で色分離し、分離された各色光を映像形成素子によって順次光変調する単板式のカラープロジェクタであって、カラーホイールをその周方向に回転させる駆動源と、カラーホイールと共に回転する被検知部と、被検知部の通過を検知して信号を出力する検知手段と、検知手段から出力される信号に同期して駆動源を駆動する駆動源制御手段と、検知手段から出力される信号に同期して映像形成素子を駆動する映像形成素子制御手段と、被検知部と検知手段の双方または一方を移動させて、両者の相対的位置関係を変更可能なタイミング調整手段とを有する。

本発明の第二のカラープロジェクタは、上記検知手段から出力された信号の一部を設定された遅延量だけ遅延させる遅延手段と、遅延手段によって遅延された信号に同期して駆動源を駆動する駆動源制御手段と、検知手段から出力され、遅延手段による遅延を受けていない信号に同期して映像形成素子を駆動する映像形成素子制御手段と、遅延手段による遅延量を設定する遅延量設定手段とを有する。

さらに、本発明の第三のカラープロジェクタは、上記検知手段から出力された信号の一部を設定された遅延量だけ遅延させる遅延手段と、遅延手段によって遅延された信号に同期して映像形成素子を駆動する映像形成素子制御手段と、検知手段から出力され、遅延手段による遅延を受けていない信号に同期して駆動源を駆動する駆動源制御手段と、遅延手段による遅延量を設定する遅延量設定手段とを有する。

また、本発明の第一のカラープロジェクタの同期調整方法は、上記第一のカラープロジェクタが有する２以上の光学フィルタのうちの特定の一つが上記光路に挿入されている間だけ上記映像形成素子が駆動されるように該カラープロジェクタを動作させる工程と、上記被検知部と検知手段の双方または一方を移動させつつ、カラープロジェクタから投射される光の色度値を検出する工程と、被検知部と検知手段との相対的位置関係が検出される色度値が最大となる位置関係となるように、上記タイミング調整手段を制御する工程とを有する。

本発明の第二のカラープロジェクタの同期調整方法は、上記第二のカラープロジェクタが有する２以上の光学フィルタのうちの特定の一つが上記光路に挿入されている間だけ上記映像形成素子が駆動されるように該カラープロジェクタを動作させる工程と、上記遅延量を変化させつつ、カラープロジェクタから投射される光の色度値を検出する工程と、検出される色度値が最大となるように上記遅延量を設定する工程とを有する。

従って、本発明によれば、被検知部と検知手段との位置関係に起因する同期タイミングのずれを、被検知部や検知手段を物理的に移動させるか、検知手段から出力される信号を遅延させるかして補正し、同期タイミングを調整することができる。しかも、被検知部や検知手段を物理的に移動させる際の移動方向や移動距離、或いは、検知手段から出力される信号を遅延させる際の遅延量が実際の投射光の色度値によって決定されるので、正確な同期調整が実現される。また、投射光の色度値の検出は、既存の検出器や測定器によって行うことができるので、同期調整のために特別な機器を用意する必要がない。

本発明によれば、投射光の色度値に基づいてカラーホイールによる色分離のタイミングと、映像形成素子による光変調のタイミングとの同期タイミングが調整される。従って、簡易な構成で高精度に同期タイミングを調整することが可能となり、映像信号に従って色彩が正しく再現される。また、色度値は既存の検出器によって検出可能なので、特別な機器を用意することなく、上記効果を得ることができる。

（実施形態１）
以下、本発明のカラープロジェクタの実施形態の一例について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本例のカラープロジェクタ１の構成を模式的に示すブロック図である。図１を参照すると、本例のカラープロジェクタ１は、図４に示すカラープロジェクタ１０と同一の構成に加えて、タイミング調整部２を有していることが分かる。そこで、図４に示す構成と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略すると共に、ここではタイミング調整部２を中心とする本例のカラープロジェクタ１の特徴点について専ら説明する。

図１に示すタイミング調整部２は、反射型フォトインタラプタ２０が搭載された不図示の可動テーブルと、その可動テーブルを外部の色彩判別部３によって指示された方向に指示された距離だけ移動させる不図示の駆動機構とを備えている。そして、色彩判別部３は、カラープロジェクタ１から出射された光の色彩を色度値として検出可能な色彩検出器４の検出結果に基づいて、上記駆動機構に可動テーブルの移動方向及び移動距離を指示する。

ここで、プロジェクタ１から出射される光の色彩をｘｙ色度図で示すと図２のようになる。同図に示した曲線（ａ）は単色スペクトル軌跡であり、実在する物体の色度値（色度座標）は全てこの領域内に存在する。一方、赤色、緑色、青色の各色フィルタから構成されたカラーホイール１３によって白色光を色分離する単板式のカラープロジェクタ１では、赤色、緑色、青色の３原色の光の組み合わせによってカラー映像が再現されるので、色の再現範囲は同図に示す三角形（ｂ）のようになる。すなわち、カラープロジェクタ１によって再現される色の色度値は、赤色フィルタを透過した色光の色度値Ｒで、緑色フィルタを透過した色光の色度値Ｇ、青色フィルタを透過した色光の色度値Ｂを頂点とした三角形（ｂ）の領域内に存在する。従って、例えば赤色フィルタを透過した色光のみが出射されるようにカラープロジェクタ１を動作させれば（光源１１から出射された光の光路にカラーホイール１３の赤色フィルタが挿入されている間だけ映像形成素子１６を駆動させて反射動作を行なわせれば）、色彩検出器４によって図２のＲ点の色度値が得られる。ところが、光源１１から出射された光の光路に挿入されている色フィルタが切り替わるタイミングと、映像形成素子１６の駆動タイミングとがずれていると、光路に次の色フィルタが挿入された後も映像形成素子１６は反射動作を継続する。例えば、上記光路に挿入される色フィルタが赤色フィルタから青色フィルタに切り替わるタイミングと、映像形成素子１６の駆動タイミングとが同期していない場合、色度検出器４によって検出される色度値は、タイミングのずれ量に応じて、図２に示すＲ点とＢ点を結ぶ直線上をＲ点からＢ点に向かって移動する。また、上記光路に挿入される色フィルタが赤色フィルタから緑色フィルタに切り替わるタイミングと、映像形成素子１６の駆動タイミングとが同期していない場合、色度検出器４によって検出される色度値は、そのタイミングのずれ量に応じて、図２に示すＲ点とＧ点を結ぶ直線上をＲ点からＧ点に向かって移動する。

本例のカラープロジェクタ１は、図４に示すカラープロジェクタ１０と同様の原理によって、上記光路に挿入されている色フィルタが切り替わるタイミングと、映像形成素子１６の駆動タイミングとの同期を取っている。従って、上記のような同期タイミングのずれは、主にカラーホイール１３の回転基準位置としての反射マーカ１９の位置と、反射型フォトインタラプタ２０の位置とが所期の位置関係から外れていることに起因する。

しかし、反射型フォトインタラプタ２０を移動可能なタイミング調整部２を備える本例のカラープロジェクタ１では、以下の手順によって反射マーカ１９と反射型フォトインタラプタ２０との相対的位置関係を補正し、同期タイミングのずれを調整する（校正する）ことが可能である。

前提として、カラープロジェクタ１には、プログラムを実行することによって既述及び後述の作用を有する色彩判別部３として機能するコンピュータから出力された信号をタイミング調整部２に入力するため入力ポートが設けられており、色彩判別部３の出力ポートとカラープロジェクタ１の入力ポートとを同軸ケーブル等に接続することによって、上記可動テーブルの移動方向及び移動距離を指示する信号をタイミング調整部２に入力可能としてある。そこで、色彩判別部３の出力ポートとカラープロジェクタ１の入力ポートとが接続された状態で、光源１１から出射された光の光路にカラーホイール１３の赤色フィルタが挿入されている間だけ映像形成素子１６が駆動されるようにカラープロジェクタ１を動作させる。このとき、現在の反射型フォトインタラプタ２０の検出結果に基づく同期信号によって、カラーホイール１３及び映像形成素子１６の同期が取られることはこれまでの説明から自明である。尚、カラープロジェクタ１には、同期調整用のモードが用意されており、そのモードが選択されると、自動的に上記のような動作を行なうように設定されている。

次に、カラープロジェクタ１の投射光を色彩検出器４に入射させる。すると、入射した投射光の色度値が色彩検出部３によって検出され、検出結果が色彩判別部３に出力される。このとき、反射マーカ１９と反射型フォトインタラプタ２０との相対的位置関係が正しければ、色度検出器４によって検出される色度値は図２に示すＲ点上に存在する。一方、上記相対的位置関係に誤差があると、色度検出器４によって検出される色度値は、図２に示すＲ点とＢ点を結ぶ直線上をＲ点からＢ点に向かって移動するか、Ｒ点とＧ点を結ぶ直線上をＲ点からＧ点に向かって移動する。そこで、色彩判別部３は、タイミング調整部２の可動テーブルを連続的又は段階的に移動させることによって、反射マーカ１９と反射型フォトインタラプタ２０との相対的位置関係を変化させつつ、色彩検出器４によって検出される色度値をモニタし、色度値（ｘ値）が最大となる位置に反射型フォトインタラプタ２０を移動させる。

以上によって、反射マーカ１９と反射型フォトインタラプタ２０との相対的位置関係が適正化され、反射型フォトインタラプタ２０の検出結果に基づく同期信号によって、カラーホイール１３による色分離のタイミングと映像形成素子１６の駆動タイミングとを正確に同期させることが可能となる。

（実施形態２）
以下、本発明のカラープロジェクタの実施形態の他例について図面を参照しながら詳細に説明する。図３は、本例のカラープロジェクタ５の構成を模式的に示すブロック図である。図３を参照すると、本例のカラープロジェクタ５は、図１に示すカラープロジェクタ１と基本構成を同一にする（図３では光源１１及び反射鏡１２の図示は省略してある）。異なるのは、カラープロジェクタ１がタイミング調整部２によって反射型フォトインタラプタ２０の位置を物理的に変化させて同期調整を実現するのに対し、本例のカラープロジェクタ５は、遅延回路２８による信号処理によって同様の同期調整を実現する点である。そこで、図１に示すカラープロジェクタ１と共通する構成については、図３中に同一の符号を付して説明を省略し、ここでは遅延回路２８を中心とする本例のカラープロジェクタ５の特徴点について専ら説明する。

本例のカラープロジェクタ５でも、図４に示すカラープロジェクタ１０と同様の原理によって、カラーホイール１３による色分離のタイミングと映像形成素子１６による光変調のタイミングとの同期が取られる。すなわち、反射型フォトインタラプタ２０から出力され、検出回路２１によって検出された信号を同期信号として、カラーホイール１３による色分離のタイミングと映像形成素子１６による光変調のタイミングとの同期が取られる。但し、検出回路２１から出力され二分された同期信号のうち、モータ制御回路２２に入力される同期信号は、遅延回路２８によって遅延されてからモータ制御回路２２に入力される。一方、映像形成素子制御回路１７には、検出回路２１から出力された同期信号がそのまま入力される。

以上の構成を有する本例のカラープロジェクタ５では、以下の手順によってカラーホイール１３の回転タイミングを調整することによって、カラーホイール１３による色分離のタイミングと映像形成素子１６による光変調のタイミングとを正確に同期させることができる。

まず、実施形態１で説明したのと同様に、カラープロジェクタ５を同期調整用のモードで動作させ、赤色光のみを投射させる。さらに、カラープロジェクタ５の投射光を色彩検出器４に入射させ、検出された色度値をＣＰＵ３０に入力する。実際には、色彩検出器４の所定の出力ポートと、カラープロジェクタ５の所定の入力ポートとを同軸ケーブル等で接続すると、色彩検出器４によって検出された色度値がＣＰＵ３０に入力される。一方、ＣＰＵ３０は、入力された色度値をモニタする。このとき、反射マーカ１９と反射型フォトインタラプタ２０との相対的位置関係が正しければ、ＣＰＵ３０に入力される色度値は、図２に示すＲ点上に存在する。一方、上記相対的位置関係に誤差があると、入力される色度値は、図２に示すＲ点とＢ点を結ぶ直線上をＲ点からＢ点に向かって移動するか、Ｒ点とＧ点を結ぶ直線上をＲ点からＧ点に向かって移動する。

そこで、ＣＰＵ３０は、遅延回路２８の遅延量を連続的又は段階的に変化させつつ、入力される色度値をモニタし、色度値（ｘ値）が最大となる遅延量を設定し、設定された遅延量をメモリ２９に記憶させる。以後、ＣＰＵ３０は、メモリ２９から遅延量を読み出し、遅延回路２８の遅延量を制御する。

以上のように、本例のカラープロジェクタ５では、遅延されていない同期信号に従って駆動される映像形成素子１６の駆動タイミングを基準とし、これにカラーホイール１３の回転タイミングを合わせることによって、カラーホイール１３による色分離のタイミングと映像形成素子１６による光変調のタイミングとを正確に同期させることが可能である。

尚、検出回路２１から出力され二分された同期信号のうち、映像形成素子制御回路１７に入力される同期信号を遅延回路２８によって遅延させ、モータ制御回路２２には、遅延されていない同期信号を入力させても、カラーホイール１３による色分離のタイミングと映像形成素子１６による光変調のタイミングとを正確に同期させることが可能である。

（実施形態３）
実施形態１、２では、カラーホイール１３の赤色フィルタを透過した赤色光を利用して同期調整を行う場合について説明したが、カラーホイール１３の緑色フィルタや青色フィルタを透過した色光を利用して同期調整を行うことも可能である。この場合には、色彩検出器４から得られる色度値が最緑色あるいは最青色の色度値になるように、反射マーカ１９と反射型フォトインタラプタ２０との相対的位置関係や遅延回路２８の遅延量を調整すればよい。具体的には、最緑色の判別は、色度値のｙ値が最大になるようにすればよく、また、最青色の判別は、色度のｘ値又はｙ値が最小になるようにすればよい。さらに、ｘｙ色度座標を適宜回転させることで、ｘ値又はｙ値の最大あるいは最小値がより明確になるようにするといった工夫も有効である。

また、カラーホイール１３として、赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタに加えて白色フィルタ（入射光をそのまま透過させる特性の光学フィルタ）を備えることで投射レンズ１８から出射される光量の増加を図った場合であっても、色の再現範囲は図２に示した三角形（ｂ）の領域内になることから、これまで説明した手順によって同期調整が可能である。

さらに、色彩検出器４としてはカラープロジェクタの色彩調整に従来から使用されている既存の色彩計を用いることが可能である。従って、特別な機器を用意しなくても、カラーホイールによる色分離のタイミングと映像形成素子による光変調の同期タイミングを高精度に調整することが可能である。このことは、生産工場や修理現場において同期タイミングを調整する際に非常に有効である。

本発明のカラープロジェクタの実施形態の一例を示すブロック図である。単色スペクトル軌跡と、カラープロジェクタによって再現可能な色彩の範囲が表された色度図を示す図である。本発明のカラープロジェクタの実施形態の他例を示すブロック図である。従来のカラープロジェクタの一例を示すブロック図である。

符号の説明

１、５、１０カラープロジェクタ
２タイミング調整部
３色彩判別部
４色彩検出器
１１光源
１２、１５反射鏡
１３カラーホイール
１４ライトバルブ
１６映像形成素子
１７映像形成素子制御回路
１８投射レンズ
２０反射型フォトインタラプタ
２１検出回路
２２モータ制御回路
２３駆動モータ
２８遅延回路
２９メモリ
３０ＣＰＵ

Claims

光源から出射された光を２以上の光学フィルタを備えたカラーホイールによって時分割で色分離し、分離された各色光を映像形成素子によって順次光変調する単板式のカラープロジェクタであって、
前記カラーホイールをその周方向に回転させる駆動源と、
前記カラーホイールと共に回転する被検知部と、
前記被検知部の通過を検知して信号を出力する検出手段と、
前記検出手段から出力された信号の一部を設定された遅延量だけ遅延させる遅延手段と、
前記遅延手段によって遅延された信号に同期して前記駆動源を駆動する駆動源制御手段と、
前記検出手段から出力され、前記遅延手段による遅延を受けていない信号に同期して前記映像形成素子を駆動する映像形成素子制御手段と、
該カラープロジェクタの投射光の色度値を検出する色度検出器の検出結果に基づいて前記遅延手段による遅延量を設定する遅延量設定手段と、を有し、
前記２以上の光学フィルタのうちの特定の一つが前記光源から出射された光の光路に挿入されている間だけ前記映像形成素子を駆動すると共に、前記遅延量を変化させつつ、前記色度検出器により検出される色度値が最大となるように、前記遅延量設定手段により前記遅延量を設定するカラープロジェクタ。
光源と、前記光源から出射された光の光路に順次挿入される２以上の光学フィルタを備えたカラーホイールと、前記カラーホイールをその周方向に回転させる駆動源と、前記カラーホイールと共に回転する被検知部と、前記被検知部の通過を検知して信号を出力する検出手段と、前記検出手段から出力された信号の一部を設定された遅延量だけ遅延させる遅延手段と、前記遅延手段によって遅延された信号に同期して前記駆動源を駆動する駆動源制御手段と、前記検出手段から出力され、前記遅延手段による遅延を受けていない信号に同期して前記映像形成素子を駆動する映像形成素子制御手段と、前記遅延手段による遅延量を設定する遅延量設定手段とを有するカラープロジェクタの同期調整方法であって、
前記２以上の光学フィルタのうちの特定の一つが前記光路に挿入されている間だけ前記映像形成素子が駆動されるように前記カラープロジェクタを動作させる工程と、
前記遅延量を変化させつつ、前記カラープロジェクタから投射される光の色度値を検出する工程と、
前記検出される色度値が最大となるように前記遅延量を設定する工程と、を有するカラープロジェクタの同期調整方法。