JP5257105B2

JP5257105B2 - 放電ランプ点灯装置および投射型映像表示装置

Info

Publication number: JP5257105B2
Application number: JP2009021168A
Authority: JP
Inventors: 晃植田; 健太郎加藤; 敬明行天
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-02-02
Filing date: 2009-02-02
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2029-02-02
Also published as: CN101827483B; US20100195062A1; JP2010177150A; US8371701B2; CN101827483A

Description

本発明は、投射型映像表示装置において使用される高輝度放電ランプを点灯するための放電ランプ点灯装置、および放電ランプ点灯装置を用いた投射型映像表示装置に関する。

投射型映像表示装置（以下、単に「プロジェクタ」とも記載する）としては、液晶表示素子の透過光で投射映像を得る液晶プロジェクタと、ＤＭＤ（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）素子などの反射型ミラーデバイス素子の反射光で投射映像を得るＤＬＰ（ＤｉｇｉｔａｌＬｉｇｈｔＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）（登録商標）プロジェクタがある。いずれの方式のプロジェクタも、白色光源からの白色光をプリズム等の光学デバイスで３原色（赤：Ｒ、緑：Ｇ、青：Ｂ）の光に分解し、それぞれの色に対応する表示素子に照射して、この照射光を映像信号で変調することにより投射映像を生成している。特に、会議場や劇場等の高輝度、高信頼性を要求される業務用のプロジェクタとしてはＤＬＰプロジェクタがよく使われている。プロジェクタに使用される白色光源としては、高圧水銀ランプやキセノンランプなどの高輝度の放電ランプが用いられる場合が多い。

ＤＬＰプロジェクタでは３原色の光を投射映像の各画素に対応したＤＭＤ素子に照射し、その反射角度の変化によって投射レンズへの出力光を制御して投射映像を得ている。

このＤＬＰプロジェクタにはＲ、Ｇ、Ｂの３原色の光に対応して独立した３個のＤＭＤ素子を搭載する方式もあるが、この方式は高画質を実現できる反面、構成が複雑になるとともにＤＭＤ素子が高価であるので高価格なプロジェクタとなってしまう。そこで、３原色の光を順次、時系列的にＤＭＤ素子に照射する方式が低価格のプロジェクタとして普及している。

そして、３原色を得る方法としては、３原色をそれぞれ透過する３個の光学フィルタ（セグメント）を平面上に並べたカラーホイルと呼ばれる円盤を白色光源としての放電ランプの光軸と直交して回転させて、放電ランプの白色光から順次に時分割的に３原色を得る方法が用いられている。また、投射映像の輝度を高めるために白色フィルタを加えた４色セグメントのカラーホイルも用いられる。

放電ランプは直流電源で駆動すると、アーク放電時に電子が陽極に衝突して陰極よりも高温度になり、結果としてランプ寿命が短くなるので電極対には所定の周波数の交流を印加して陽極と陰極を周期的に交番させて駆動する。

カラーホイルは、映像の１フレームの周期（例えば、ＮＴＳＣ方式の場合には１／６０秒）に同期し、同じ周期か、その整数分の１の周期で回転制御される。

前述の放電ランプの交番周期は、極性が交番することにより輝度の不連続が発生してフリッカなどにより映像の品質を低下させるので、交番の周期は１／１００秒以下であることが望ましい。また切替のタイミングがカラーホイルのセグメントの領域中であると、極性切替時に発光の瞬断やオーバーシュート、リンギング等が発生して映像の品質を低下させる場合がある。このため、カラーホイルの各セグメントの境界で極性を切り替える制御が行われる。

図２は、一般的な４色のカラーホイルの構成を模式的に示す図である。図２に示すように、４色の扇形の各セグメントの中心角度（面積）は等しくない。この図２の例では、Ｇ（緑）とＷ（白色）とＢ（青）のセグメントの角度が同じであるのに対して、Ｒ（赤）のセグメントの角度が広く設定されている。すなわち、カラーホイルが１回転する際にカラーホイルを透過する光量の割合がＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗで異なるように構成されている。これは放電ランプの発光エネルギーのスペクトル分布や人間の眼の色感度等を考慮して決定される。また、この割合は当然ながら使用する光源によっても変化する。

このような４色（偶数色）のカラーホイルにおいては、セグメントの境界で放電ランプの極性切替を行った場合には、例えば図２でセグメントの角度の大きいＲ（赤）の期間では、放電ランプの極性が常時、一方の極性（例えば正の電圧が連続する）であるため電極対の片方にエネルギーが集中して、放電ランプの劣化を進行させることになる。一方、３色（奇数色）のカラーホイル（図示せず）の場合には、カラーホイルが１回転するたびに放電ランプの極性が反転するので、たとえカラーホイルを透過する光量の割合がＲ、Ｇ、Ｂで異なったとしても、このような問題は発生しない。

このような、一方の電極にエネルギーが集中せずに、両方の電極に均等な負担をかける方法として、例えば特許文献１に示す方法が提案されている。特許文献１に示す方法は、４色（偶数色）のセグメントを有するカラーホイルのセグメントの境界で放電ランプの極性を切り替える方式において、極性反転の切替を奇数回分、定期的に無視する方法である。

これは、例えば、図２の例で説明すると、図２でＷとＢのセグメントの境界で電極の極性切替を行わないと、Ｒのセグメントの極性は、前回までの極性とは反転するので極性の偏りが補正される。
特開２００８−１４６８３７号公報

しかしながら、特許文献１に示す方法は、放電極性の偏りを補正するために間欠的に極性反転の切替動作を無視するものであり、この切替動作が無視される周期や長さによっては投射映像に極性反転に伴うフリッカ等が発生して画質が低下する場合がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、電極対の双方のエネルギー分布をより正確に均等にして放電ランプの寿命を延長できるとともに、投射映像の画質を維持することができる放電ランプ点灯装置と、この放電ランプ点灯装置を用いた投射型映像表示装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の放電ランプ点灯装置は、放電ランプで発光する白色光の光路中で回転する赤色、青色、緑色および白色の４色のセグメントを有するカラーホイルにより、時分割的に前記４色の透過光を発生させて映像表示素子に照射することにより投射映像を生成する投射型映像表示装置の放電ランプ点灯装置であって、前記放電ランプに印加する電圧の極性を切り替える極性反転信号を発生する極性反転信号発生部と、前記極性反転信号に基づいて前記放電ランプに印加する電圧の極性を切り替えるランプ極性切替部と、を備え、前記極性反転信号発生部は、赤色、緑色および白色の各セグメントの境界部において前記極性反転信号を１回発生させると共に、前記青色のセグメントの領域内の始端の近傍または終端の近傍のタイミングで前記極性反転信号を連続して２回発生させることを特徴とする。

これにより、放電ランプの電極に印加される正と負の電圧の期間が、カラーホイルが２回転する毎に同じ時間になり、電極対の一方に熱エネルギーが偏ることがなく放電ランプの寿命の低下を抑制できる。

これにより、カラーホイルのセグメントの両端に近い部分で放電ランプの電極の極性を切り替えるので、極性切替時に発生するオーバーシュートやリンギングなどの影響を抑制し、投射映像の品質を維持することができる。

これにより、カラーホイルのセグメントの人の視感度の低い青色領域で放電ランプの電極の極性を切り替えるので、極性切替時に発生するオーバーシュートやリンギングなどの影響を抑制し、投射映像の品質を維持することができる。

本発明の投射型映像表示装置は、放電ランプで発光する白色光の光路中で回転する赤色、青色、緑色および白色の４色のセグメントを有するカラーホイルにより、時分割的に前記赤色、青色、緑色および白色の透過光を発生させて映像表示素子に照射することにより投射映像を生成する投射型映像表示装置であって、
請求項１記載の放電ランプ点灯装置を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、電極対の双方のエネルギー分布をより正確に均等にして放電ランプの寿命を延長できるとともに、投射映像の画質を維持することができる放電ランプ点灯装置と、この放電ランプ点灯装置を用いた投射型映像表示装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態における放電ランプ点灯装置と投射型映像表示装置の構成を示すブロック図である。

投射型映像表示装置１は、映像入力端子２に入力された映像信号（例えば、ＤＶＤの再生映像）に対して、ＤＭＤ素子５を駆動するためのＩＰ（Ｉｎｔｅｒｌａｃｅ−Ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ）変換、リサイズ、フレームレート変換、ガンマ補正等の画像処理を施す画像処理部３と、画像処理部３の出力画像信号でＤＭＤ素子５をドライブするためのＤＭＤ駆動部４と、放電ランプ６と、カラーホイル７と、輝度分布を均一化するためのロッドインテグレータ８と、ミラー９と、投射レンズ１０と、カラーホイル７を回転させるモータ１１と、カラーホイル７の回転を映像信号に同期させるためのモータ駆動部１２と、カラーホイル７のセグメントの位置を検知する位置センサ１３と、位置センサ１３の検知信号に基づいて放電ランプ６に印加する電圧の極性を反転させる信号を発生する極性反転信号発生部１４と、放電ランプ６に必要な電圧を印加するためのランプ駆動部１５と、極性反転信号発生部１４の信号を受けて放電ランプに印加する電圧の極性を反転するランプ極性切替部１６とを備えている。

放電ランプ６の点灯で発生する高輝度の白色光は、カラーホイル７を透過して３原色と白色光に時分割で分光され、ロッドインテグレータ８で輝度分布が均一化されるとともに適正な投射角度でミラー９に照射、屈折されてＤＭＤ素子５に照射され、その反射光が投射レンズ１０で拡大されてスクリーン（図示しない）に映像として投射される。

図３は、本実施の形態における放電ランプ点灯装置の動作を示す放電ランプ６の波形図である。なお、ここで放電ランプ点灯装置は図１における放電ランプ６、位置センサ１３、極性反転信号発生部１４、ランプ駆動部１５およびランプ極性切替部１６を含む部分である。

図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、極性反転信号発生部１４が発生する反転信号（図面の上段）と、放電ランプ６に流れる電流波形（図面の下段）との関係を示す図である。なお、下段の波形図は、波形と図２に示すカラーホイル７のフィルタＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｗ（白色）、Ｂ（青）との相対位置を併記したものである。

まず図３（ａ）について説明する。信号（反転信号）は、４色セグメントの境界部毎に発生させ、かつ、Ｂ（青）のセグメントの中間点でも信号ａを発生させる。このため放電ランプ６に印加される電圧波形は、下段のようになる。

図３（ａ）で明らかなように、例えば最初のＲのセグメントに注目すると、次のＲのセグメントでは極性が反転している。このことは、他の色のセグメントについても同様である。すなわち、カラーホイル７が２回転する時間Ｔの前半と後半（１回転目と２回転目）とは、４色それぞれのセグメントにおいて極性が反転しており、放電ランプに印加される電圧の極性の正と負の累積時間が等しい。これは、カラーホイル７を透過する光量の割合がＲ、Ｇ、Ｂで異なったとしても同じである。

次の図３（ｂ）は、図３（ａ）における反転信号ａの位置を反転信号ｂの位置、すなわちＷのセグメント領域に近い位置（Ｂのセグメントの始端の近傍）にしたものであり、次の図３（ｃ）は、同様に反転信号ａの位置を反転信号ｃの位置、すなわちＲのセグメント領域に近い位置（Ｂのセグメントの終端の近傍）にしたものである。

図３（ｂ）、（ｃ）で明らかなように、いずれの場合も図３（ａ）と同様にカラーホイル７の１回転目と２回転目とは、それぞれのセグメントにおいて極性が反転しており、このため放電ランプ６に印加される電圧の極性の正と負の累積時間が等しい。

このように、４色（偶数色）のカラーホイル７が１回転するごとに、特定の色セグメントの中で放電ランプ６の極性を反転することにより、容易に放電ランプ６に印加される電圧の極性の正と負の累積時間を等しくすることができる。これは、４つのセグメントの中心角度比（面積比）が異なっていても同様に成立する。

また、図３（ｂ）および図３（ｃ）に示すように、本実施の形態では、１回転ごとに付加する極性反転のタイミングは、カラーホイル７のＢのセグメントの始端の近傍または終端の近傍としている。前述したように放電ランプ６の極性を反転すると、そのタイミングで投射映像にオーバーシュートやリンギング等の画質劣化が発生する場合がある。青色（Ｂ）は一般的に他の色と比較して、人間の目の感度、いわゆる視感度が低い。したがって、極性反転をＢのセグメント中で行っても投射映像の画質劣化が目立ちにくい。さらに、カラーホイル７のセグメントの境界では、スポークタイム（映像出力に利用しないタイミング）が存在するため、極性反転タイミングをセグメント境界の近傍に設定することで画質劣化を目立ちにくくすることができる。

なお、上記実施の形態では、カラーホイル７のＲのセグメントの面積の比率が最も大きい場合について説明したが、各セグメントの面積の比率は使用する放電ランプの種類等で適宜最適に選択すればよい。

次に本実施の形態の他の事例について図４および図５を用いて説明する。図４は、一般的なカラーホイルの他の構成を模式的に示す図である。このカラーホイル１７は、４色のセグメントが中心角９０°の等角で構成されている。各セグメントで選択される光の量の適正化は、上記の実施の形態では各セグメントの中心角（面積）の比率を変えることで行ったが、本実施の形態では、各セグメントの中心角は等しくして、放電ランプ６の発光輝度（放電ランプ６に通電される電流値）を変えることによって行う。

図５は、図４のカラーホイル１７を用いた場合の放電ランプ点灯装置の動作を示す放電ランプの波形図である。

図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図３と同様に信号（反転信号：図面の上段）と、放電ランプ６に流れる電流波形（図面の下段）との関係を示す図である。

まず図５（ａ）について説明する。信号（反転信号）は、４色セグメントの境界部毎に発生させ、かつ、Ｂ（青）のセグメントの中間点でも信号ａを発生させる。このため電圧波形は、下段のようになる。

Ｒのセグメントに相当する電流波形は、他のセグメントに相当する電流波形に比べて、高くする（電流値が大）。このことにより、Ｒの光の輝度を高める。この場合も図５で明らかなように、例えば最初のＲのセグメントに注目すると、次のＲのセグメントでは極性が反転している。このことは、他の色のセグメントについても同様である。

すなわち、カラーホイルが２回転する時間Ｔの前半と後半（１回転目と２回転目）とは、４色それぞれのセグメントにおいて極性が反転しており、放電ランプに印加される電流の極性の正と負の累積時間が等しく、かつ正方向の電流の時間積と負方向の電流の時間積も等しい。電流の時間積が等しいので電極対の双方の熱負荷が均等になる。

次の図５（ｂ）は、図５（ａ）における反転信号ａの位置を図面の反転信号ｂの位置、すなわちＷのセグメントの領域に近い位置（Ｂのセグメントの始端の近傍）にしたものであり、次の図５（ｃ）は、同様に反転信号ａの位置を反転信号ｃの位置、すなわちＲのセグメントの領域に近い位置（Ｂのセグメントの終端の近傍）にしたものである。

図５（ｂ）、（ｃ）で明らかなように、いずれの場合も図５（ａ）と同様にカラーホイルの１回転目と２回転目とは、それぞれのセグメントにおいて極性が反転しており、かつ、正方向の電流の時間積と負方向の電流の時間積も等しい。電極対の双方の熱負荷が均等になる。

以上説明したように、本実施の形態の放電ランプ点灯装置によれば、偶数色のセグメントで構成されるカラーホイルを使う場合でも、各セグメントの境界部に加えて所定のセグメントの領域内で放電ランプの電極対の極性を反転させることで、放電電極の電極対の双方のエネルギー分布をより正確に均等にして放電ランプの寿命を延長できるとともに、投射映像の画質を維持することができる。

なお、上記実施の形態では、カラーホイル７はＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、Ｗ（白色）の４色のセグメントで構成される例で説明したが、他の色の組み合わせでもよい。あるいは、４色よりも多数の偶数色のセグメントで構成されていてもよい。

また、上記実施の形態では、カラーホイル７が１回転するごとに特定色（青色）のセグメントの領域内で極性反転信号を１回追加するとして説明したが、極性反転信号の追加は１回に限定されるものではなく、放電電極の電極対の双方のエネルギー分布が均等になればよいので、任意の奇数回としてもよい。例えば、青色のセグメントの領域内で１回追加し、白色のセグメントの領域内で２回追加して、合計３回追加するようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、カラーホイル７が１回転するごとに毎回、極性反転信号を追加するとして説明したが、追加しない回転期間を設けてもよい。例えば、カラーホイル７が２回転するごとに１回、特定色（青色）のセグメントの領域内で極性反転信号を追加するようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、ＤＬＰプロジェクタとして放電ランプを１個搭載した１灯式を例に説明したが、放電ランプの個数を増やした２灯式や４灯式でも本発明を適用できることは言うまでもない。

本発明は、交流駆動の放電ランプとカラーホイルを搭載した投射型映像表示装置一般に広く利用することが可能である。

本発明の実施の形態における放電ランプ点灯装置と投射型映像表示装置の構成を示すブロック図一般的なカラーホイルの構成を模式的に示す図本発明の実施の形態における放電ランプ点灯装置の動作を示す放電ランプの波形図一般的なカラーホイルの他の構成を模式的に示す図図４の放電ランプ点灯装置の動作を示す放電ランプの波形図

１投射型映像表示装置
２映像入力端子
３画像処理部
４ＤＭＤ駆動部
５反射型ミラーデバイス素子
６放電ランプ
７，１７カラーホイル
８ロッドインテグレータ
９ミラー
１０投射レンズ
１１モータ
１２モータ駆動部
１３位置センサ
１４極性反転信号発生部
１５ランプ駆動部
１６ランプ極性切替部

Claims

放電ランプで発光する白色光の光路中で回転する赤色、青色、緑色および白色の４色のセグメントを有するカラーホイルにより、時分割的に前記４色の透過光を発生させて映像表示素子に照射することにより投射映像を生成する投射型映像表示装置の放電ランプ点灯装置であって、
前記放電ランプに印加する電圧の極性を切り替える極性反転信号を発生する極性反転信号発生部と、
前記極性反転信号に基づいて前記放電ランプに印加する電圧の極性を切り替えるランプ極性切替部と、を備え、
前記極性反転信号発生部は、赤色、緑色および白色の各セグメントの境界部において前記極性反転信号を１回発生させると共に、前記青色のセグメントの領域内の始端の近傍または終端の近傍のタイミングで前記極性反転信号を連続して２回発生させることを特徴とする放電ランプ点灯装置。
放電ランプで発光する白色光の光路中で回転する赤色、青色、緑色および白色の４色のセグメントを有するカラーホイルにより、時分割的に前記赤色、青色、緑色および白色の透過光を発生させて映像表示素子に照射することにより投射映像を生成する投射型映像表示装置であって、
請求項１記載の放電ランプ点灯装置を備えたことを特徴とする投射型映像表示装置。