JP4752569B2 - 投影装置、光源制御方法及びプログラム - Google Patents

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Description

本発明は、例えば高圧水銀灯など交流駆動により点灯されるランプを光源に使用する投影装置、この投影装置の光源となるランプを駆動制御する光源制御方法、及びプログラムに関する。
従来より、液晶プロジェクタやDLP(Digital Light Processing)(登録商標)方式のプロジェクタを問わず、プロジェクタ装置では光源として高圧水銀灯等の放電ランプが一般的に使用されている。
この種の放電ランプは、点灯方法により交流駆動と直流駆動のものに大別される。図4は、交流駆動の放電ランプに供給される駆動波形を例示するもので、図4(1)はDLP(登録商標)方式のプロジェクタ装置で、当該ランプの光路下流に設置されるカラーホイールの各色セグメントが光路中に挿入されるタイミングを示す。
ここでは、上記カラーホイールが3原色のRフィルタ(Red:赤),Gフィルタ(Green:緑),Bフィルタ(Blue:青)に加えて、投影される画像の輝度を上げるためのWフィルタ(White:白(正確には透明もしくはフィルタなし))の計4つのセグメントを円周上に分割配置して有し、その回転により光路中に各セグメントをR,G,W,Bの順で時分割的に挿入するものとする。
図4(2)〜図4(5)は、図5に示す各駆動条件での矩形波による制御波形A〜Dを例示するもので、光源ランプのバラスト(点灯装置)により、例えばその駆動信号レベルが“H”である場合に放電ランプの対向配置された2つの電極の一方から他方へ、“L”レベルである場合に他方から一方へそれぞれ放電が行なわれる。
ここで、特に上述したDLP(登録商標)方式のプロジェクタ装置では、カラーホイールの回転周期に同期して制御波形の信号を入力しなければならないという制約がある。
図4(6)は、上記制約を外れた制御波形Eを例示するものであり、カラーホイールのB(青)のセグメントが光路にある途中で信号は波形が“H”レベルと“L”レベルの切替タイミングとなってしまっている状態を示す。このような制御波形となってしまった場合には当然ながら入力信号に応じた画像を正確に投影することができない。
一方で、高圧水銀ランプの特徴としてハロゲン化サイクルがある。すなわち高圧水銀ランプは、ランプ管内に水銀が封入されており、ランプ点灯時には電極が放電によって摩耗し、その摩耗した電極の原子が水銀と結合してハロゲン化合物を生成し、そのハロゲン化合物が分割してまた電極を再生する、といったサイクルを繰返すものである。
このサイクルが円滑に繰返されることにより、発光効率や寿命、フリッカの発生に影響を与える。このハロゲン化サイクルを円滑に行なうためには、適度な温度条件があり、交流駆動の周波数を最適化することにより実施されている。
この種の技術の1つとして、交流駆動のランプのフリッカを抑圧するべく、ランプ電流の半周期の所定数分の1で電流パルスを発生させ、この電流パルスの極性を前記ランプ電流の極性と同一するとともにこの電流パルスをその発生した半周期の後の部分でこのランプ電流の重畳するようにしたものが考えられている。(例えば、特許文献1)
特表平10−501919号公報
上述した従来のDLP(登録商標)方式のプロジェクタ装置での交流駆動ランプの制御に関しては、カラーホイールのセグメントとの同期をとり、各セグメントの切替タイミングに合わせて駆動波形の極性が反転するようにしなければならないため、ある程度駆動周波数が限定されてしまうことになる。
図5に示した例で言えば、カラーホイールがRGB+Wの計4つのセグメントからなり、入力画像信号の周波数が現在の我が国のテレビジョン方式であるNTSC方式や一般的なPC(パーソナルコンピュータ)で採用されている60[Hz]である場合、カラーホイールは2倍の120ヘルツで回転することになるので、図4(2)に示した制御波形Aでは駆動周波数が60[Hz]、図4(3)に示した制御波形Bでは駆動周波数が120[Hz]、図4(4)に示した制御波形Cでは駆動周波数が180[Hz]、図4(5)に示した制御波形Dでは駆動周波数が240[Hz]となり、ここでは60[Hz]の整数倍で、且つ240[Hz]を上限とする値に制限されることになる。
さらに、映像信号としてはPAL方式(50[Hz])も考慮しなければならず、そうすると50[Hz]の整数倍で上限が200[Hz]という条件と、上記60[Hz]の整数倍で上限が240[Hz]、という限定された条件下でランプを駆動する適正周波数を見つけ出さなければならず、具体的な適正周波数を設定することが大変難しいという不具合がある。
また、上記特許文献に記載されている技術は、つまるところ交流駆動ランプの駆動波形を周期内で変形する技術であるが、DLP(登録商標)方式のプロジェクタ装置のように、カラーホイールの回転に伴う1セグメント期間内で階調制御のためにマイクロミラー素子で表示させる画像の内容を時間幅制御により変化させる方式のものでは、正確な階調制御を行なうことができなくなるために採用することができない。
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、高圧水銀灯などの交流駆動のランプを用い、カラーホイールで色成分毎の画像を時分割投影してカラー画像の投影を行なうDLP(登録商標)方式のプロジェクタ装置等で、フリッカの発生を充分に抑制して安定した画像の投影を実現することが可能な投影装置、光源制御方法及びプログラムを提供することにある。
請求項1記載の発明は、光源となる交流駆動のランプと、このランプからの光路中で回転駆動され、白色光を透過させるセグメントを少なくとも1つ有するカラーホイールと、このカラーホイールの回転に同期し、当該カラーホイールを透過してきた光により光像を形成して投影する投影手段と、上記カラーホイールの白色光を透過させるセグメントが上記ランプからの光路にある期間中に上記ランプの交流駆動波形を少なくとも一回反転させ、上記ランプの駆動周波数を他の期間よりも高い駆動周波数に上げる光源制御手段とを具備したことを特徴とする。
本発明によれば、高圧水銀灯などの交流駆動のランプを用いるプロジェクタ装置等で、フリッカの発生を充分に抑制して安定した画像の投影を実現することが可能となる。
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実施の一形態について図面を参照して説明する。
図1は、同実施の形態に係るプロジェクタ装置10の電子回路の構成について説明するものである。なお、同図は機能的な回路の概略構成について示すものであり、実際のLSIやIC等の実装構成とは異なるものも含む。
同図中、入出力コネクタ部11より入力された各種規格の画像信号が、入出力インタフェース(I/F)12、システムバスSBを介して画像変換部13で所定のフォーマットの画像信号に統一された後に、投影エンコーダ14へ送られる。
投影エンコーダ14は、送られてきた画像信号をビデオRAM15に展開記憶させた上でこのビデオRAM15の記憶内容からビデオ信号を生成して投影駆動部16に出力する。
この投影駆動部16は、送られてきた画像信号に対応して適宜フレームレート、例えばNTSC/PC方式の60[フレーム/秒]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で空間的光変調素子(SOM)である例えばマイクロミラー素子17を表示駆動する。
このマイクロミラー素子17に対して、リフレクタ18内に配置された、例えば超高圧水銀灯を用いた交流駆動の光源ランプ19が出射する高輝度の白色光を、カラーホイール20を介して適宜原色に着色し、ライトトンネル21で輝度分布が均一な断面が矩形の光束とした後にミラー22で全反射して照射することで、その反射光で光像が形成され、投影レンズ23を介してここでは図示しないスクリーンに投影表示される。
しかるに、光源ランプ19の点灯駆動と、カラーホイール20を回転駆動するモータ(M)24はいずれも投影光処理部25からの供給電圧値に基づいて動作する。
加えて、リフレクタ18の光源ランプ19近傍には温度センサ26が配置され、光源ランプ19の温度を検出し続けるもので、この温度センサ26で得た光源ランプ19の温度検出信号もまた投影光処理部25に入力される。
上記各回路のすべての動作制御を制御部27が司る。この制御部27は、CPUと、投影動作時に該CPUで実行する動作プログラムや各種定型データ等を固定記憶した不揮発性メモリ、及びワークメモリ等により構成される。
この制御部27にはまた、上記システムバスSBを介して測距処理部28及び音声処理部29が接続される。
測距処理部28は、2対の位相差センサからなる測距センサ30を制御駆動し、それらの検出出力から任意の点位置までの距離を算出するもので、算出された距離値データは上記制御部27へ送られる。
音声処理部29は、PCM音源等の音源回路を備え、投影動作時に与えられる音声データをアナログ化してスピーカ31を駆動して拡声放音し、あるいは必要によりビープ音等を発生させる。
なお、キースイッチ(SW)部32における各キー操作信号が直接制御部27に入力されると共に、Ir受光部33からの信号も直接制御部27に入力される。
キースイッチ部32は、例えば電源キー、AFK(Automatic Focus/automatic Key−stone correction:自動合焦/自動台形補正)キー、ズームキー、入力選択キー、カーソル(「↑」「↓」「←」「→」)キー、「Enter」キー等からなるもので、同様のキーがこのプロジェクタ装置10の図示しないリモートコントローラにも配設されるものとする。
Ir受光部33は、プロジェクタ装置10の前面及び背面に設けられる各Ir受光部を含み、このプロジェクタ装置10のリモートコントローラからの赤外光受信信号をコード信号化して制御部27に送出する。
次に上記実施の形態の動作について説明する。
図2(1)は、上記カラーホイール20の回転周期を示すもので、上記図4(1)で示した場合と同様に3原色のR(Red:赤),G(Green:緑),B(Blue:青)の各セグメントに加え、上記GとBのセグメント間に、投影される画像の輝度を上げるためのW(White:白(正確には透明))のセグメントを円周上に分割配置し、モータ24の回転駆動により光源ランプ19からの光路中に計4つのセグメントをR,G,W,Bの順序で循環的に挿入するものとする。
図2(2)は、上記カラーホイール20の回転に同期して投影光処理部25が光源ランプ19を交流駆動する場合の電流値の制御波形Fを示すものである。
図示する如く、Rのセグメントに相当する期間に“H”レベル、G,Bの各セグメントに相当する期間に“L”レベルとして階調制御した各原色の画像を投影表示させる一方で、Wのセグメントに相当する期間にのみ、光源ランプ19をより高い周波数として、当該期間中に光源ランプ19を構成する一対の電極間での放電を複数回実行させる。
このとき制御部27は、輝度信号Yに基づいて2値化した画像信号を投影駆動部16によりマイクロミラー素子17で表示させるもので、投影レンズ23からスクリーンに対しては当該輝度信号の2値化画像が同一内容で上記高周波駆動により複数回連続して投影されることとなる。
このような動作とすることにより、投影する画質に劣化を生じさせることなくトータルでの駆動周波数を上げて光源ランプ19を構成する超高圧水銀灯でのハロゲン化サイクルを促進させ、光源ランプ19の電極温度を適切な範囲内に保って、フリッカの発生を極力抑制する。
Wセグメントに相当する投影期間中にマイクロミラー素子17では、例えば画面全体が白となるような画像を表示することで、投影する画像をより明るいものとすることも可能となる。
しかしながら、そうすると画像中の本来は黒である部分もグレーとして投影されてしまう、所謂「黒浮き」を生じるものとなる。
そのため本実施の形態では、上述した如く輝度信号に基づいて2値化した画像をWセグメントに相当する期間中に投影するものとして、明るい部分と暗い部分を明確に表現し、「黒浮き」を抑えたメリハリのある画像を再現することができる。
なお、この輝度信号に基づく2値化画像の投影に際しては、輝度信号を2値化する際のしきい値をユーザが任意に調整できるものとすれば、プロジェクタ装置10が設置されている部屋の遮光性などの設置環境やユーザ自身の好み等に応じた画質の画像を投影させることができる。
また、上記実施の形態では、カラーホイール20の回転周期に合わせてWセグメントに相当する期間毎に光源ランプ19を高周波駆動するものとして説明したが、光源ランプ19の特性によってはそれほどの高周波駆動が必要ない場合も考えられるので、例えばカラーホイール20が複数回転する間、すなわちWセグメントに相当する期間が複数回あるうちの1回のみ、当該期間中に光源ランプ19を高周波駆動して光源ランプ19の電極温度を上げ、ハロゲン化サイクルを促進して光源ランプ19の電極温度を一定の範囲内で維持するものとしてもよい。
さらに、上記Wセグメントに相当する期間内で光源ランプ19を高周波駆動する際の周波数を可変調整できるものとしてもよい。
加えて、Wのセグメントに相当する期間に制御するのは光源ランプの駆動周波数のみならず、同光源ランプの駆動電圧であってもよい。その場合、当該期間に駆動電圧を上げることで光源を上げることができるため、さらに効率よくフリッカの発生を抑制することができる。
また、駆動周波数の制御に代えて駆動電圧の制御を行なうようにしてもよい。
図3は、プロジェクタ装置10の側で自動的にその周波数を可変調整する場合の動作例を示すフローチャートであり、その制御動作は制御部27が投影光処理部25を介して実行するものとする。
なお、同図中で温度センサ26が検出する光源ランプ19の温度をTs、ハロゲン化サイクルが適正であると判断される光源ランプ19の温度の下限値をTl(固定)、同上限値をTh(固定)、その時点でのWセグメントに相当する期間内の光源ランプ19の駆動周波数をfwとする。
その当初に温度センサ26により光源ランプ19の温度Tsを検出し(ステップS01)、検出した当該温度Tsが予め設定された下限値Tlより低いか否か(ステップS02)、同上限値Thより高いか否か(ステップS03)を判断して、問題なければ再びステップS01に戻る、という処理を繰返し実行することで、光源ランプ19の温度Tsがハロゲン化サイクルが適正であると考えられる範囲を外れていないことを終始認識する。
ステップS02で検出温度Tsがその下限値Tlよりも低いと判断した場合には、ハロゲン化サイクルをより促進させるべく、その時点で設定されているWセグメントに相当する期間内の光源ランプ19の駆動周波数fwを1段階上げる更新設定を行なう(ステップS04)。
そして、その更新設定した後の駆動周波数が予め設定される同駆動周波数の上限値を越えていないことを確認した上で(ステップS05)、再び上記ステップS01からの処理に戻る。
この処理により、光源ランプ19での温度が低いと考えられる場合には、Wセグメントに相当する期間内の光源ランプ19の駆動周波数fwを順次段階的に上げてゆき、ハロゲン化サイクルをより促進させて光源ランプ19の電極温度を上昇させることができる。
なお、光源ランプ19での電極温度が思うように上がらないままに複数回の上記ステップS04での処理を繰返し実行することで、更新設定した後の駆動周波数が予め設定される同駆動周波数の上限値を越えてしまった場合には、光源ランプ19が何らかの要因によりオーバークールの状態にあることになるので、上記ステップS05でこれを判断し、その旨を例えば投影画像中でガイドメッセージ表示してユーザに報知した後に直ちに投影動作を中止し、光源ランプ19が劣化してしまうのを防止する(ステップS06)。
また、ステップS03で検出温度Tsがその上限値Thよりも高いと判断した場合には、ハロゲン化サイクルをより抑制させるべく、その時点で設定されているWセグメントに相当する期間内の光源ランプ19の駆動周波数fwを1段階下げる更新設定を行なう(ステップS07)。
そして、その更新設定した後の駆動周波数が予め設定される同駆動周波数の下限値を下回っていないことを確認した上で(ステップS08)、再び上記ステップS01からの処理に戻る。
この処理により、光源ランプ19での温度が高いと考えられる場合には、Wセグメントに相当する期間内の光源ランプ19の駆動周波数fwを順次段階的に下げてゆき、ハロゲン化サイクルをより抑制させて光源ランプ19の電極温度を下降させることができる。
なお、光源ランプ19での電極温度が思うように下がらないままに複数回の上記ステップS07での処理を繰返し実行することで、更新設定した後の駆動周波数が予め設定される同駆動周波数の下限値を下回ってしまった場合には、光源ランプ19が何らかの要因によりオーバーヒートの状態にあることになるので、上記ステップS08でこれを判断し、その旨を例えば投影画像中でガイドメッセージ表示してユーザに報知した後に直ちに投影動作を中止し、光源ランプ19が劣化してしまうのを防止する(ステップS09)。
このように、上記Wセグメントに相当する期間内で光源ランプ19を高周波駆動する際の周波数を自動的に可変調整し、常に一定のハロゲン化サイクルが実行されて光源ランプ19の電極温度が一定の範囲内で保つものとして、フリッカの発生を充分に抑制した状態を自動的に維持することができる。
また、上記図3で説明した動作は、温度センサ26で検出する光源ランプ19の温度に基づいて行なうものであるが、例えば制御部27内部の例えばワークエリアに電源投入後の時間をカウントするタイマを設けるものとし、電源を投入してから一定時間が経過するまでの立ち上げ時には、光源ランプ19の電極温度がまだ充分に高まっていないものとして、当該タイマの計時値にしたがって積極的に光源ランプ19のWセグメント期間時の駆動周波数を上げるものとしてもよい。
こうすることで、電源を投入してから光源ランプ19が充分に暖まって安定化したハロゲン化サイクルに入るまでの立ち上げ時間を短縮し、安定した画質での投影動作に素早く移項できると共に、光源ランプ19の寿命を延ばすことができる。
また、光源ランプ19が経年変化によりハロゲン化サイクルに変化を生じる場合には、その点を考慮し、例えば制御部27内部の例えば不揮発性メモリに光源ランプ19の累積使用時間をカウントするタイマを設けるものとし、その計時値によって光源ランプ19のWセグメント期間時の駆動周波数を加減調整するものとしてもよい。
こうすることで、光源ランプ19を長期にわたって使用し、経年変化により光源ランプ19がハロゲン化サイクルに変化を生じた場合であっても、光源ランプ19が同様のハロゲン化サイクルを維持してフリッカの発生を充分抑制した状態での投影動作を長く維持することができる。
なお、上記実施の形態では、画像信号に応じた光像を形成するための空間的光変調素子(SOM)としてマイクロミラー素子を用いるDLP(登録商標)方式のプロジェクタ装置に適用した場合について例示したが、本発明はこれに限るものではなく、透過型の液晶表示パネル、LCOS(Liquid Crystal On Silicon)を含む反射型の液晶表示パネル、あるいはGLV(Grating Light Value:光回析格子)技術を用いたG×L(登録商標)素子など、いずれの空間的光変調素子を用いる投影装置であっても、光源に交流駆動の放電ランプを用いるものであれば同様に適用することが可能となる。
本発明は上述した実施の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、上述した実施の形態で実行される機能は可能な限り適宜組合わせて実施しても良い。上述した実施の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り適宜の組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施の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。
本発明の実施の一形態に係るプロジェクタ装置の機能回路の概略構成を示すブロック図。 同実施の形態に係る交流駆動の光源ランプの駆動波形を示す図。 同実施の形態に係る交流駆動の光源ランプのWセグメント時の駆動周波数を設定する処理内容を示すフローチャート。 一般的なDLP(登録商標)方式のプロジェクタの光源となる交流駆動ランプの駆動波形を例示する図。 交流駆動のランプの周波数条件を示す図。
符号の説明
10…プロジェクタ装置、11…入出力コネクタ部、12…入出力インタフェース(I/F)、13…画像変換部、14…投影エンコーダ、15…ビデオRAM、16…投影駆動部、17…マイクロミラー素子(SOM)、18…リフレクタ、19…光源ランプ、20…カラーホイール、21…ライトトンネル、22…ミラー、23…投影レンズ、24…モータ(M)、25…投影光処理部、26…温度センサ、27…制御部、28…測距処理部、29…音声処理部、30…測距センサ、31…スピーカ、32…キースイッチ(SW)部、33…Ir受光部、SB…システムバス。

Claims (9)

  1. 光源となる交流駆動のランプと、
    このランプからの光路中で回転駆動され、白色光を透過させるセグメントを少なくとも1つ有するカラーホイールと、
    このカラーホイールの回転に同期し、当該カラーホイールを透過してきた光により光像を形成して投影する投影手段と、
    上記カラーホイールの白色光を透過させるセグメントが上記ランプからの光路にある期間中に上記ランプの交流駆動波形を少なくとも一回反転させ、上記ランプの駆動周波数を他の期間よりも高い駆動周波数に上げる光源制御手段と
    を具備したことを特徴とする投影装置。
  2. 上記投影手段は、上記カラーホイールの白色光を透過させるセグメントが上記ランプからの光路に挿入されている期間中に輝度信号に基づく2値化画像を投影する
    ことを特徴とする請求項1記載の投影装置。
  3. 上記光源制御手段は、上記白色光を透過させるセグメントが上記ランプからの光路に挿入されている期間中に交流駆動波形を少なくとも一回反転させ、上記ランプの駆動周波数を他の期間よりも高く上げられる駆動周波数を可変調整することを特徴とする請求項1の投影装置。
  4. 上記ランプの温度を検出する温度検出手段をさらに具備し、
    上記光源制御手段は、上記温度検出手段の検出結果に応じて上記ランプの駆動周波数を可変調整する
    ことを特徴とする請求項3記載の投影装置。
  5. 電源投入後の時間をカウントするタイマをさらに具備し、
    上記光源制御手段は、上記タイマのカウントする計時値に応じて上記ランプの駆動周波数を可変調整する
    ことを特徴とする請求項3記載の投影装置。
  6. 上記ランプの使用時間をカウントするタイマをさらに具備し、
    上記光源制御手段は、上記タイマのカウントする計時値に応じて上記ランプの駆動周波数を可変調整する
    ことを特徴とする請求項3記載の投影装置。
  7. 上記光源制御手段は、上記カラーホイールの白色光を透過させるセグメントが上記ランプからの光路にある期間中に、さらにランプの駆動電圧を他の期間とは異なる駆動電圧に制御することを特徴とする請求項1記載の投影装置。
  8. 光源となる交流駆動のランプ、白色光を透過させるセグメントを少なくとも1つ形成し、回転駆動されるカラーホイール、及びこのカラーホイールの回転に同期し、当該カラーホイールを透過してきた光により光像を形成して投影する投影部を有する投影装置の光源制御方法であって、
    上記カラーホイールの白色光を透過させるセグメントが上記ランプからの光路にある期間中に上記ランプの交流駆動波形を少なくとも一回反転させ、上記ランプの駆動周波数を他の期間よりも高い駆動周波数に上げる光源制御工程を有したことを特徴とする光源制御方法。
  9. 光源となる交流駆動のランプ、白色光を透過させるセグメントを少なくとも1つ形成し、回転駆動されるカラーホイール、及びこのカラーホイールの回転に同期し、当該カラーホイールを透過してきた光により光像を形成して投影する投影部を有する投影装置に内蔵されたコンピュータが実行するプログラムであって、
    上記カラーホイールの白色光を透過させるセグメントが上記ランプからの光路にある期間中に上記ランプの交流駆動波形を少なくとも一回反転させ、上記ランプの駆動周波数を他の期間よりも高い駆動周波数に上げる光源制御ステップをコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
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