JP5541271B2

JP5541271B2 - プロジェクタおよびプロジェクタの制御方法

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Publication number: JP5541271B2
Application number: JP2011271008A
Authority: JP
Inventors: 高司武田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2022-11-11
Also published as: JP2012104489A

Description

本発明は、ＬＥＤなどの半導体発光素子を用いた照明装置に関し、特に、プロジェクタなどの映像表示用の光源として適した照明装置およびその制御方法に関するものである。

近年、光量の大きなＬＥＤあるいは有機ＥＬなどの半導体固体発光素子あるいは半導体発光素子が開発されており、これらを照明装置として様々な分野に利用することが考えられている。

映像を表示するプロジェクタの光源として半導体発光素子を使用した照明装置が利用可能であり、照明装置から各色の光をシーケンシャルに出力し、各色の光をライトバルブにより変調して投写することによりカラー画像を表示できる。この方式は、カラーフィルタが不用であり、各色毎の強度を調整することが可能なので、鮮明な色の画像を表示できるコンパクトなプロジェクタに適している。

しかしながら、半導体発光素子は、個々の半導体発光素子からは異なる色の光が射出されるので、各色の光量を自由に制御できる反面、各色の光が混合された中間色を規定通りに表示することが難しい。すなわち、従来の白色光源であれば、カラーフィルタを通すことにより、カラーフィルタで規定された色を表示することが可能であり、カラーフィルタをスルーにすれば白色も表示することができる。これに対し、半導体発光素子を用いた照明装置では、赤色Ｒ、緑色Ｇおよび青色Ｂの各色の光を出力する半導体発光素子を用意し、各色の半導体発光素子からの光を組み合わせることにより白色を表示する。したがって、各色の半導体発光素子からの光量を、それらを混合したときに白色が表示されるように調整する必要がある。

さらに、半導体発光素子は、出力される光量が増加したとはいいながら１つ１つの半導体発光素子から出力可能な光量は限られており、１つの色の光であっても所望の光量を得ようとすると複数の半導体発光素子を組み合わせる必要がある。そして、それぞれの半導体発光素子の個体差は比較的大きく、光量、経時変化特性、温度特性などが異なる。したがって、所望の白色が表示されるように半導体発光素子の駆動回路の特性を設定したとしても、表示される色合いは刻々変化する可能性がある。また、照明装置の温度条件などが一定になるのを待ってマニュアルで各色の半導体発光素子の出力を調整することも可能ではあるが、定常的な状態に達するまでプロジェクタを放置しておく必要があったり、その間の消費電力が無駄になるなど実際的でない。

温度特性などを制御するために、ＬＥＤやレーザからの出力を個別にフィードバックして出力調整を行うことは可能である。しかしながら、光量を検出するフォトダイオードやＣＣＤの特性にも個体差もあり、駆動回路の特性もあり、半導体発光素子の出力を見て駆動電流を制御しても色合いをきめ細かく制御することはできない。

そこで、本発明においては、半導体発光素子を利用した照明装置の色毎の光の強度（光量）を所定の割合に制御することができる光量調整装置およびそれを利用した照明装置およびプロジェクタを提供することを目的としている。そして、点灯した直後から、所望の色合いの画像を表示することができる照明装置およびプロジェクタを提供することを本発明の目的としている。

このため、本発明においては、半導体発光素子によりライトバルブが照明される場合は、各色の光がシーケンシャルに照射されることに着目し、各色の光に対して共通のサンプリング系統を設け、各色の光が照射されるタイミングに合わせてシーケンシャルにサンプリングし、サンプリング側の個体差に起因する特性あるいは公差を除去できるようにしている。すなわち、本発明の光量制御装置は、異なる色の光を出力可能な複数の半導体発光素子と、複数の半導体発光素子を少なくとも色毎の発光素子グループに分け、各々の発光素子グループに対し順番にグループ毎の駆動電流をグループ毎の設定値に基づき供給する駆動手段とを有する照明装置用の光量制御装置であって、複数の半導体発光素子から出力された光の強度を検出可能な共通の検出素子により、グループ毎の駆動電流に同期してグループ毎の光強度をサンプリングするサンプリング手段と、サンプリングされたグループ毎の光強度をグループ毎の基準値と比較し、グループ毎の設定値を制御するフィードバック手段とを有する。

この光量制御装置は、グループ毎の駆動電流に同期してグループ毎の光強度をシーケンシャルにサンプリングするので、複数の半導体発光素子のすべてに対して共通の検出素子、たとえば、フォトダイオードやＣＣＤを設けることが可能となる。したがって、少なくともサンプリング系統の固体差を除去することが可能となり、フィードバック手段においては、同一のサンプリング系統で測定あるいは検出されたグループ毎の光強度に基づき駆動手段を制御できる。このため、本発明の光量制御装置を採用した照明装置においては、グループ毎の駆動電流を制御することにより、照明装置を点灯した直後から、半導体発光素子から出力される光量を所定の割合で制御できる。さらに、サンプリング系統が１つになるので、検出素子は１つあるいは１グループで良く、また、サンプリング手段を構成する回路も共通となり、光量制御装置の構成は簡素で経済的なシステムとなる。

したがって、本発明の光量制御装置を搭載した照明装置、あるいは、同等の機能を備えた照明装置、すなわち、異なる色の光を出力可能な複数の半導体発光素子と、複数の半導体発光素子を少なくとも色毎の発光素子グループに分け、各々の発光素子グループに対し順番にグループ毎の駆動電流をグループ毎の設定値に基づき供給する駆動手段と、複数の半導体発光素子から出力された光の強度を検出可能な共通の検出素子と、この検出素子により、グループ毎の駆動電流に同期してグループ毎の光強度をサンプリングするサンプリング手段と、サンプリングされたグループ毎の光強度をグループ毎の基準値と比較し、グループ毎の設定値を制御するフィードバック手段とを有する照明装置においては、各半導体発光素子に温度係数のばらつきなどの固体差があっても色毎の強度比の変わらない照明を行うことができる。これらの照明装置においては、一定の比率で各色の光を出力するために、複数の半導体発光素子を少なくとも色毎の発光素子グループに分け、各々の発光素子グループに対し順番にグループ毎の駆動電流をグループ毎の設定値に基づき供給する駆動工程と、複数の半導体発光素子から出力された光の強度を検出可能な共通の検出素子により、グループ毎の駆動電流に同期してグループ毎の光強度をサンプリングするサンプリング工程と、グループ毎の光強度をグループ毎の基準値と比較し、グループ毎の設定値を制御するフィードバック工程とを有する制御方法が採用され、この制御方法も本発明に含まれる。

このように、本発明の照明装置は、定常的に光量比が一定の色の異なる光をシーケンシャルに出力できるので、この照明装置をプロジェクタの光源とすることにより色合いの変わらない映像が得られるプロジェクタを提供できる。すなわち、本発明の照明装置と、この照明装置から出力された照明光を画像データにより変調するスイッチング領域を備えた光変調手段と、この光変調手段で変調された光をスクリーンに投影する投写レンズとを有するプロジェクタも本発明に含まれる。

本発明においては、半導体発光素子はシーケンシャルに点灯することを前提としている。したがって、点灯直後のリンギング等による光の揺らぎが駆動電流にフィードバックされるのは避けることが望ましい。このため、サンプリング手段あるいは工程では、グループ毎の駆動電流が供給される時間内で、グループ毎の駆動電流を出力開始する第１のタイミングからある程度遅れた第２のタイミングでグループ毎の光強度をサンプリングすることが望ましい。

また、点灯期間中の光量の変動もありうる。したがって、サンプリング手段あるいは工程においては、グループ毎の駆動電流が供給される時間内にグループ毎の光強度を複数回サンプリングして平均化したグループ毎の光強度を出力することが望ましい。このような処理は、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）などデジタル処理手段でサンプリング手段の機能を実現することにより容易に実行できる。また、光量制御装置全体の機能をＤＳＰに実装することも可能であり、光量制御装置をワンチップで提供することも可能である。

光量制御装置においては、フィードバック手段を各グループに対して共通にすることも可能である。しかしながら、フィードバック手段の機能はほとんどが回路あるいはプロセッサで実行することが可能であり、サンプリング系統と比較すると個体差が発生する要素は小さい。したがって、フィードバック手段を、グループ毎に、サンプリングされたグループ毎の光強度をグループ毎の基準値と比較し、グループ毎の設定値を制御するグループ毎のフィードバック回路で構成することも可能である。この場合は、グループ毎のフィードバック回路に対してスイッチング回路により、共通のサンプリング手段でサンプリングされたデータを振り分けることができる。さらに、フィードバック手段をグループ毎のフィードバック回路で構成することにより、各フィードバック回路の処理時間に余裕がでるので、制御周波数がフレーム周波数以下、たとえば、１Ｈｚ程度以下のそれほど処理速度の速くない、経済的な回路またはプロセッサでフィードバック手段の機能を実現できる。

また、グループ毎の基準値を外部信号により変更可能な基準値更新手段あるいは基準値更新工程をさらに設けることが望ましい。外部信号は、ユーザの好みの色合いを示す信号であったり、画像を表示する環境の明るさを示す信号であっても良い。さらに、プロジェクタのライトバルブの明るさを制御する調光信号を外部信号として選択することも可能であり、暗い画像を表示するときは、照明装置からの光量を落とすことにより、ライトバルブの階調階調範囲を広げることが可能となる。したがって、画像が暗い場面であっても、微妙な色合いや濃淡を表現することができるプロジェクタを提供することができる。

照明装置としては、ライトバルブなどの照明対象に対して１つの方向に半導体発光素子が配列されたものに加えて、照明の対象に対し第１の方向から第１の照明光を照射する少なくとも１つのグループを備えた第１の半導体発光素子群と、第１の方向と共役な第２の方向から第２の照明光を照射する少なくとも１つのグループを備えた第２の半導体発光素子群とに分けられている照明装置も含まれる。反射型のライトバルブとしてＤＭＤが用いられた場合は、オン状態となる共役な角度を備えているので、２つの半導体発光素子群に分けることにより、配置することができる半導体発光素子の量が増加する。特に、緑色の光は他の色の光に比べて比視感度が低いので、独立した半導体発光素子群として配置することにより、他の色の光とのバランスをとるのが容易となる。すなわち、第１の半導体発光素子群と、第２の半導体発光素子群とは異なる色の光を出力することが望ましい。

本発明においては、サンプリング系統が複数の半導体発光素子に共通であり、複数の半導体発光素子からライトバルブに照射される光が共通の検出素子に導かれるようにする必要がある。したがって、光検出素子は、光変調手段のスイッチング領域の近傍に配置されていることが望ましい。１つの実現可能な形態は、光検出素子を光変調デバイスと共にパッケージングすることであり、光変調デバイスと、スイッチング領域の近傍に配置された光検出素子とを有する光変調デバイスパッケージを提供することができる。また、複数の半導体発光素子からの光を共通の検出素子に導く光学素子、たとえば、レンズ、プリズムあるいは回折素子などを設けることも有用である。さらに、共通の検出素子には複数の半導体発光素子からのすべての異なる色の光に対応した無反射コートを施して、反射による光量の減少を防止することが望ましい。

本発明にかかるプロジェクタの概略構成を示すブロック図である。図１に示す照明装置の概略構成を抜き出して示すブロック図である。照明装置の処理の概要を示すフローチャートである。サンプリングするタイミングを示すタイミングチャートである。光スイッチング部の概略構成を拡大して示す図である。本発明に係る異なるプロジェクタの概略構成を示す図である。本発明に係るさらに異なるプロジェクタの概略構成を示す図である。

以下に図面を参照しながら本発明についてさらに説明する。図１に、本発明に係るプロジェクタの概略構成を示してある。このプロジェクタ１は、半導体発光素子であるＬＥＤを光源とした照明装置１０と、この照明装置１０から出力された照明光２をパーソナルコンピュータなどのホスト装置から供給される画像データφ１により変調するライトバルブ３と、ライトバルブ３で変調された射出光４をスクリーン９に投影する投写レンズ５とを備えている。照明装置１０は、異なる色の光を出力する半導体発光素子、すなわち、赤色光を出力する複数のＬＥＤ１１ｒと、緑色の光を出力する複数のＬＥＤ１１ｇと、青色の光を出力する複数のＬＥＤ１１ｂを備えており、各々の色の光を出力するＬＥＤ１１ｒ〜１１ｂが色毎にグループ分けされ、グループ毎に同時に点灯するように制御される。本例のプロジェクタに採用されているライトバルブ３は、複数のマイクロミラーが２次元にマトリクス状に配置されたスイッチング領域３ａを備えたデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）と称される光スイッチングデバイスである。例えば、テキサツインスツルメンツ社のものがある。この光スイッチングデバイス３では、マイクロミラーが１０度程度傾斜した場合がオン状態であり、照明装置１０から射出された照明光２を射出光４として投写レンズ５の方向に反射する。したがって、光スイッチングデバイス３のスイッチング領域３ａを構成するマイクロミラーは、共役な方向に傾いた２つのオン位置を備えており、本例の照明装置１０においては、それらの共役な２方向にＬＥＤを配置して２方向からライトバルブ３を照明するようになっている。

本例の照明装置１０では、第１の方向には、赤色の光を出力するＬＥＤ１１ｒと、青色の光を出力するＬＥＤ１１ｂが配置され、第２の方向には緑色の光を出力するＬＥＤ１１ｇが配置されている。緑色の光は、比視感度が低く、赤色あるいは青色の光に対して数多くのＬＥＤ１１ｇを配置する必要がある。したがって、本例の照明装置１０のように、１方向に赤および青色のＬＥＤ１１ｒおよび１１ｂを配置し、他方に緑色のＬＥＤ１１ｇを配置した照明装置は、カラーバランスの良い照明光２を出力することができる。

プロジェクタ１は、照明光２を出力し、ライトバルブ３で照明光２を変調して射出光４としてレンズ５を通して出力する光学系７と、ライトバルブ３やＬＥＤ１１ｒ〜１１ｂを制御する制御系８とに大きく分かれる。制御系８は、ホストからの画像データφ１に基づいてライトバルブ３を駆動する画像制御部２０と、画像制御部２０からの各色毎の点灯開始信号φ２ｒ〜φ２ｂに基づいて各色のＬＥＤ１１ｒ〜１１ｂに対して駆動信号または駆動電流φ３ｒ〜φ３ｂを供給する駆動回路１２ｒ〜１２ｂを備えている。さらに、これらの駆動回路１２ｒ〜１２ｂより出力される駆動信号φ３ｒ〜φ３ｂの強度を各色のＬＥＤ１１ｒ〜１１ｂの照明光２の強度（光量）に基づいて制御する光量制御部３０を備えている。この光量制御部３０は、ライトバルブ３のスイッチング領域３ａの脇に配置されたフォトダイオードあるいはＣＣＤといった光電変換素子１３からの信号をサンプリングして各駆動回路１２ｒ〜１２ｂの設定値１４ｒ〜１４ｂを制御する。したがって、駆動回路１２ｒ〜１２ｂでは、その設定値１４ｒ〜１４ｂに基づいた強度の駆動信号φ３ｒ〜φ３ｂを各ＬＥＤ１１ｒ〜１１ｂに供給して各ＬＥＤ１１ｒ〜１１ｂを適切なタイミングで点灯する。なお、ＬＥＤ１１ｒが点灯する期間およびＬＥＤ１１ｂが点灯する期間において画素のオン状態を実現するマイクロミラーの傾斜方向（旋回方向）は、ＬＥＤ１１ｇが点灯する期間において画素のオン状態を実現するマイクロミラーの傾斜方向（旋回方向）の逆方向である。「オン状態」とは、ＬＥＤ１１ｒ、１１ｇ、１１ｂからの光がマイクロミラーを介してスクリーン９に導かれる状態のことである。

制御系８は、光電変化素子１３で検出された電流信号φｉを電圧信号φｖに変換する電流電圧変換部１５をさらに備えている。また、制御系８は、このプロジェクタ１の全体的な操作を行うユーザインタフェイス２１と、外界の状態、たとえば、室内の明るさを検出するセンサ類２２も備えている。このような制御系８のうち、ＬＥＤ１１ｒ〜１１ｂの制御に直に関わるものは、駆動回路１２ｒ〜１２ｂと、光量制御部３０と、光電変換素子１３からの信号を処理する電流電圧変化部１５である。

したがって、本例の照明装置１０は、半導体発光素子を用いた光源であるＬＥＤ１１ｒ〜１１ｂと、これらの駆動回路１２ｒ〜１２ｂと、これらの駆動回路１２ｒ〜１２ｂを介してそれぞれの色の発光素子ＬＥＤ１１ｒ〜１１ｂから射出される光量を制御する光量制御部３０と、発光素子ＬＥＤ１１ｒ〜１１ｂからの光を検出する光電変換素子１３と、光電変換素子１３からの信号を処理して光量制御部３０に対してサンプル入力とする電流電圧変化部１５を備えている。

図２に、本例の照明装置１０を抜き出して示してある。本例の照明装置１０の光量制御部３０は、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）によるデジタル制御により実現されている。この光量制御部３０は、画像制御部２０によって生成されるタイミングφ２ｔにしたがって光電変換素子１３からのデジタル化された光強度信号φｖをサンプリングするサンプルホールド回路３１と、サンプリングされたサンプル値Ｓを、点灯信号φ２ｒ、φ２ｇおよびφ２ｂに応じて、各色の比較回路３４ｒ〜３４ｂを選択して供給するスイッチング回路３２と、このスイッチング回路３２で振り分けられたサンプル値をそれぞれの色の光の基準値３３ｒ〜３３ｂとそれぞれ比較し駆動回路にフィードバックする比較回路３４ｒ〜３４ｂとしての機能を備えている。タイミング（トリガー）信号φ２ｔは、ＤＳＰである光量制御部３０の内部で生成することも可能である。

各色の比較回路３４ｒ〜３４ｂは、供給されたサンプル値Ｓを各色の基準値３３ｒ〜３３ｂと比較し、対応する駆動回路１２ｒ〜１２ｂの設定値１４ｒ〜１４ｂを変更するフィードバック回路である。この光量制御部３０では、たとえば、３つのグループのうち、ＬＥＤ１１ｒが点灯する場合には、光電変換素子１３から得られた光強度信号φｖを赤色の光のサンプルデータＳとしてサンプルホールド回路３１が画像制御部２０から供給されたタイミング信号φ２ｔにしたがってサンプリングする。このサンプルデータＳは、画像制御部２０から供給された点灯信号φ２ｒにしたがってスイッチング回路３２を介して赤色の比較回路３４ｒに供給され、赤色の基準値３３ｒと比較される。その結果、サンプルデータＳが基準値３３ｒより大きいと判断されれば駆動回路１２ｒの設定値１４ｒは、駆動電流φ３ｒが小さくなるように変更される。サンプルデータＳが基準値３３ｒより小さいときは逆に設定値１４ｒが更新あるいは変更され、サンプルデータＳと基準値３３ｒが許容範囲内であれば、設定値１４ｒは更新されない。

さらに、光量制御部３０は、各色の基準値３３ｒ〜３３ｂを外部信号φ４〜φ６により更新することができる基準値更新回路３５としての機能を備えている。本例の光量制御部３０は、ユーザインターフェイス２１から入力されたユーザの好みの色合いによって基準値３３ｒ〜３３ｂが変更できる。また、センサ２２から入力された部屋の明るさによって基準値３３ｒ〜３３ｂを変更し、周囲が明るいときは照明光２の強度を増してプロジェクタ１から明るい画像を投影し、暗いときは照明光２の強度を落として暗い画像を投影することができる。さらに、画像制御部２０から供給された調光信号φ６によっても基準値３３ｒ〜３３ｂを変更できる。たとえば、画像制御部２０に供給された画像データφ１により、暗い画像を表示するときは、基準値３３ｒ〜３３ｂを低くし、照明光２の強度を落とす。これにより、ライトバルブ３では、照明光２の強度を下げる幅は小さくなり、階調階調範囲を広くすることができる。したがって、暗くても濃淡あるいは色合いが鮮明な画像を投影することができる。

図３に、光量調整部３０を含む照明装置１０の動作をフローチャートにより示してある。まず、ステップ５１で外部信号があり、基準値の更新が必要な場合は、ステップ５２で基準値３３ｒ〜３３ｂを更新する。それぞれの色の基準値２３ｒ〜２３ｂを独立に更新することも可能であり、ユーザインターフェイス２１からの信号φ５により色合いを変更するときは基準値３３ｒ〜３３ｂを個別に変更し、部屋の明るさφ４や調光信号φ６により投影される画像の明るさを制御するときは基準値３３ｒ〜３３ｂが一括して更新される。

次に、画像制御部２０からの各色の点灯信号φ２ｒ〜φ２ｂにより、各色のＬＥＤを点灯する処理を行う。本例のプロジェクタ１では、ライトバルブ３はＬＥＤ１１ｒ〜１１ｂから出力される各色の照明光２に順番に照射され、それぞれの色の照明光をライトバルブ３で変調して投写することによりスクリーン９にマルチカラーの画像が表示される。このため、ライトバルブ３を制御するタイミングに合わせて各色のＬＥＤ１１ｒ〜１１ｂを駆動する信号が画像制御部２０から出力される。まず、ステップ５３において、赤色ＲのＬＥＤ１１ｒを点灯する信号φ２ｒが立ち上がると、ステップ５４において、赤色の駆動回路１２ｒから駆動電流φ３ｒが赤色のＬＥＤ１１ｒに対して出力され、信号φ２ｒがハイの期間、赤色のＬＥＤ１１ｒが点灯する。ＬＥＤ１１ｒから出力された照明光２は光電変換素子１３に当たり、光電変換素子１３によりＬＥＤ１１ｒから出力された照明光２の強度に対応する光強度信号φｖが出力される。次にステップ５５で光量制御部３０のサンプルホールド回路３１が、タイミング信号φ２ｔにしたがって光強度信号φｖをサンプリングする。ここで、ＬＥＤ１１ｒの点灯開始の時点から時間ｔｄ後にこのサンプリングが開始されるように、画像処理部２０がφ２ｒとφ２ｔとの位相を決定している。具体的には、φ２ｒの立ち上がりの時点からｔｄだけ遅延してφ２ｔが立ち上がるように、φ２ｔが設定されている。さらに、本例の光量制御部３０では、ステップ５５において、サンプルホールド回路３１は、一回の点灯時間中に２回のサンプリングを行うことで、それぞれサンプリングデータを得る。そして、ステップ５６においてサンプリングデータの平均であるサンプリングデータＳをスイッチング回路３２を介して赤色の比較回路３４ｒに供給する。スイッチング回路３２には、点灯信号φ２ｒ、φ２ｇおよびφ２ｂが供給されている。点灯信号φ２ｒがハイの場合には、スイッチング回路３２は、サンプルホールド回路３１の出力端子と、比較回路３４ｒの入力端子とを電気的に連結する。点灯信号φ２ｇがハイの場合には、スイッチング回路３２は、サンプルホールド回路３１の出力端子と、比較回路３４ｇの入力端子とを電気的に連結する。点灯信号φ２ｂがハイの場合には、スイッチング回路３２は、サンプルホールド回路３１の出力端子と、比較回路３４ｂの入力端子とを電気的に連結する。このため、点灯信号φ２ｒ、φ２ｇおよびφ２ｂにしたがって、サンプリングデータＳがサンプルホールド回路３１から比較回路３４ｒ、３４ｇ、３４ｂのいずれかに供給される。

図４に、各色のＬＥＤの点灯時間にサンプリングする様子を示してある。時刻ｔｒ１に赤色のＬＥＤ１１ｒの点灯信号φ２ｒが駆動回路１２ｒに供給されると、駆動回路１２ｒはＬＥＤ１１ｒに駆動電流φ３ｒを供給してＬＥＤ１１ｒを点灯する。サンプルホールド回路３１には画像制御部２０が生成するタイミング信号φ２ｔが供給されていて、サンプルホールド回路３１は、タイミング信号φ２ｔにしたがって光強度信号φｖをサンプリングする。ここで、点灯信号φ２ｒが立ち上がる時刻ｔｒ１と、タイミング信号φ２ｔが立ち上がる時刻ｔｒ２とには、時間ｔｄだけ遅れが存在する。これは、ＬＥＤ１１ｒが点灯した直後のリンギング等の光量の揺らぎをサンプリングするのを防止するためである。さらに、時刻ｔｒ３にもう一度、光強度信号φｖをサンプリングすることにより点灯時間内の揺らぎもできるだけ平均化し、ＬＥＤ１１ｒからの光の強度がサンプリングデータＳの揺らぎによりフリッカしないようにしている。他の色の光をサンプリングするときも同様であり、最初のサンプリング時刻ｔｇ２およびｔｂ２は、点灯時刻ｔｇ１およびｔｂ１から時間ｔｄだけ遅れるようにしている。そして、点灯時間内のｔｇ３およびｔｂ３にもう一度サンプリングして揺らぎを防止している。サインプリング回数は２回に限定されるものではないが、点灯サイクルと比較すると温度変化や経時変化の速度は非常に遅く、それに起因して大きく光量が変動することはないので２回程度の測定回数で充分である。光量制御部３０から駆動回路１２ｒ、駆動回路１２ｇ、および駆動回路１２ｂのそれぞれへの上記フィードバックの頻度は、それぞれ１フレーム期間に１回である。なお「１フレーム期間」とは、ホスト装置から供給される映像データφ１における１フレームに対応する期間のことである。

図３に戻って、サンプルホールド回路３１は、サンプルデータＳをスイッチング回路３２を介して出力すると、スタンバイ状態となる。そして、ステップ５７において、赤色の点灯信号φ２ｒに続いてシーケンシャルに出力される緑色ＧのＬＥＤ１１ｇを点灯する信号φ２ｇが立ち上がると、ステップ５８において、緑色の駆動回路１２ｇから駆動電流φ３ｇが緑色のＬＥＤ１１ｇに対して出力され、点灯信号φｇがハイの期間、緑色のＬＥＤ１１ｇが点灯する。ＬＥＤ１１ｇから出力された照明光２は光電変換素子１３に当たり、光電変換素子１３によりＬＥＤ１１ｇから出力された照明光２の強度に対応する光強度信号φｖが出力される。次にステップ５９で光量制御部３０のサンプルホールド回路３１がタイミング信号φ２ｔにしたがって光強度信号φｖをサンプリングする。ここで、ＬＥＤ１１ｇの点灯開始の時点から時間ｔｄ後にこのサンプリングが開始されるように、画像処理部２０がφ２ｇとφ２ｔとの位相を決定している。具体的には、φ２ｇが立ち上がりの時点からｔｄだけ遅延してφ２ｔの立ち上がるように、φ２ｔが設定されている。さらに、本例の光量制御部３０では、ステップ６０において、サンプルホールド回路３１が、一回の点灯時間中に２回のサンプリングを行うことで、それぞれサンプリングデータを得る。そして、ステップ６０においてサンプリングデータの平均であるサンプリングデータＳがスイッチング回路３２を介して緑色の比較回路３４ｇに出力される。

さらに、緑色に続いて順番に出力される青色のＬＥＤ１１ｂを点灯する信号φ２ｂを駆動回路１２ｂが検出した場合も同様であり、ステップ６１において、信号φ２ｂが立ち上がると、ステップ６２において、青色の駆動回路１２ｂから駆動電流φ３ｂが青色のＬＥＤ１１ｂに出力され、青色のＬＥＤ１１ｂが点灯する。そして、ステップ６３で光量制御部３０のサンプルホールド回路３１が点灯信号φ２ｂの立ち上り時刻から時間ｔｄだけ遅れた時刻に光強度信号φｖをサンプリングすると、青色の光の光強度のサンプルデータが得られ、ステップ６４において平均化されたサンプリングデータＳがスイッチング回路３２を介して青色の比較回路３４ｂに出力される。

このように、サンプルホールド回路３１は、ＬＥＤ１１ｒ〜１１ｂが点灯するタイミングに合わせて、光電変換素子１３から出力される光強度信号φｖを順番にサンプリングし、各色の光強度を示すサンプリングデータを生成する。したがって、各色の光強度をサンプリングする系統は光電変換素子１３からスイッチング回路３２まで各色、すなわち、制御対象であるＬＥＤの各グループに対して共通であり、各色の光の強度を同じ条件でサンプリングし、評価することができる。このため、各色の光の強度の比率を温度や、素子および回路の個体差に左右されることなく比較することが可能となり、各色のＬＥＤ１１ｒ〜１１ｂから出力される光の強度をいつでも所望の比率となるように制御できる。さらに、サンプリング系統が各色の光に対して共通なので、簡素な回路構成でサンプリングデータを取得でき、経済的である。

一方、サンプルホールド回路３１でサンプリングされたデータＳは、各色単位でフィードバックを行う比較回路３４ｒ〜３４ｂにより個別に処理される。すなわち、比較回路３４ｒでは、ステップ６５でサンプリングデータＳを受け取ると、ステップ６６で基準値３３ｒと比較し、その比較結果に基づいてステップ６７で駆動回路１２ｒの設定値１４ｒを更新あるいは変更する。同様に、比較回路３４ｇでは、ステップ６８でサンプリングデータＳを受け取ると、ステップ６９で基準値３３ｇと比較し、その比較結果に基づいてステップ７０で駆動回路１２ｇの設定値１４ｇを更新する。また、比較回路３４ｂでは、ステップ７１でサンプリングデータＳを受け取ると、ステップ７２で基準値３３ｂと比較し、その比較結果に基づいてステップ７３で駆動回路１２ｂの設定値１４ｂを更新する。

このように、光量制御部３０では、比較回路３４ｒ〜３４ｂは、それぞれ独立して比較処理を行う。また、必ずしもサンプルホールド回路３１から供給されるすべてのサンプリングデータを処理して駆動回路にフィードバックする必要はない。したがって、比較回路３４ｒ〜３４ｂの処理サイクルはサンプリングに対して遅くても良く、フレームの処理とも同期している必要もない。ただし、温度変化や経時変化に追従できる程度の制御帯域は保持していることが望ましく、おおむねフレーム周波数以下の処理速度で充分対応できる。このため、サンプルホールド回路３１以外の処理速度はそれほど高速である必要はなく、処理速度の低いＤＳＰであっても本例の光量制御部３０は実現でき、経済的である。

図５に、ライトバルブ３を備えた光スイッチング部８０の概略構成を拡大して示してある。本例の照明装置１０においては、サンプリング系統が各色の光に対して共通している。したがって、光電変換素子１３に対して各色の光が当たる必要がある。各色の照明光２は、ライトバルブ３のスイッチング領域３ａには当たるようにプロジェクタ１の光路はデザインされるので、スイッチング領域３ａの近傍に光電変換素子１３を配置することによりすべてのＬＥＤ１１ｒ〜１１ｂからの照明光２を捉えることができる。このため、本例の光スイッチング部８０においては、ライトバルブ３と光電変換素子１３とを予め隣接して配置した状態でパッケージ８９に収納している。

パッケージ８９は、照明光２が入力され、変調された射出光４が出力される側が透明な封止板８８となっており、光電変換素子１３の封止板８８の側には、照明光を光電変換素子１３に集光するためのマイクロレンズ８１が配置されている。このマイクロレンズ８１により、ライトバルブ３にほぼ焦点が当てられた照明光であっても光電変換素子１３に導くことが可能となり、確実に各色の照明光２を光電変換素子１３により検出することができる。さらに、マイクロレンズ８１の表面はＬＥＤ１１ｒ〜１１ｂから射出される赤色、緑色および青色の光に対して反射係数の少ない無反射コート８２が施されており、マイクロレンズ８１の表面反射により光量が減少したり、表面反射した光がライトバルブ３に戻って画質を劣化させることがないようにしている。

以上に説明したように、本例の照明装置１０およびそれを備えたプロジェクタ１においては、各色の照明光２に共通した光電変換素子１３を初めとする共通のサンプリング系統を備えており、サンプリング系統の個体差や揺らぎに影響されることなく、各色の照明光２を共通の条件で比較処理し、各色のＬＥＤ１１ｒ〜１１ｂの駆動回路１２ｒ〜１２ｂを制御できる。したがって、各色のＬＥＤ１１ｒ〜１１ｂに温度係数などの個体差や回路などに起因するばらつきがあっても、温度や経時変化によって色合いが変わることのない画像を表示することができる。また、本例の照明装置１０およびそれを備えたプロジェクタ１においては、各色の照明光２の光量比率を自動的に処理するので、ユーザがマニュアルで色調整をその都度行う必要はなく、最初に好みの色合いをセットしておくことにより、温度が変わっても、また、時間が経過してもその色合いの画像を手軽に楽しむことができる。さらに、サンプリング系統が各色、すなわち、色毎にグルーピングされたＬＥＤに対して共通しているので、回路が簡素化されており、低コストで色合いの自動調整機能を備え照明装置およびプロジェクタを提供できる。

図６に、本発明に係る異なる照明装置およびプロジェクタの例を示してある。上記の例では、光電変換素子１３に照明光２を集光するためにマイクロレンズを採用しているが、本図のプロジェクタ１のように、プリズム８３を集光するための光学素子として用いることも可能である。また、回折格子などの回折現象を用いた光学素子を使用することも可能である。

図７に、本発明に係る他の照明装置およびプロジェクタの例を示してある。ＬＥＤ１１ｒ〜１１ｂが２方向に分割して配置された照明装置を例に上記では説明しているが、図７に示すように、一方向に配置することももちろん可能である。さらに、光電変換素子１３をスイッチング領域３ａの充分近傍に配置できるのであれば、照明光を光電変換素子１３に導くための光学素子を配置しなくても十分に精度の高いサンプリングデータを取得することができる。

また、上記では、ティルトミラー型のライトバルブを用いたプロジェクタを例に本発明を説明しているが、反射型の液晶パネルなどの他のタイプのライトバルブを用いたプロジェクタに対しても本発明は適用できる。さらに、透過型の液晶パネルなどの透過型のライトバルブを備えたプロジェクタにも本発明は適用可能である。また、半導体発光素子としてＬＥＤを光源に採用した例に基づき本発明を説明しているが、半導体レーザや有機ＥＬなどの他の半導体発光素子を光源とする照明装置およびプロジェクタに対しても本発明は適用可能である。さらに、上記ではＤＳＰで実現された光量制御部により本発明を説明しているが、ＤＳＰに限定されることはなく、汎用的なプロセッサ、ゲート回路などのハードウェアロジック回路、さらにはアナログ回路によっても本発明を実現することができる。

以上、説明したように、本発明においては、半導体発光素子を備えた照明装置によりプロジェクタのライトバルブを照明する場合、各色の光がシーケンシャルに照射されるので、そのタイミングに合わせて各色の光の光強度をサンプリングするようにしている。したがって、各色の光に対して共通のサンプリング系統を設けるだけで、各色の光の強度を検出し、それをフィードバックして各色の光の強度比率を制御することができる。このため、本発明の照明装置を採用することにより、半導体発光素子に温度係数や経時変化にばらつきがあっても、色合いの変わらない画像を表示できるプロジェクタを提供することができる。また、サンプリング系統は共通になるので、サンプリングに要する構成が簡略化され、低コストで色合いの安定した画像を表示できるプロジェクタを提供できる。

１…プロジェクタ、２…照明光、３…ライトバルブ、４…出力光、５…投写レンズ、７…光学系、８…制御系、９…スクリーン、１０…照明装置、１１…ＬＥＤ、１２…駆動回路、２０…画像制御部、３０…光量制御部、３１…サンプルホールド回路、３２…スイッチング回路、３３…各色の基準値、３４…比較回路（フィードバック回路）。

Claims

プロジェクタであって、
異なる色の光を出力可能な複数の半導体発光素子と、
前記複数の半導体発光素子を少なくとも色毎の発光素子グループに分け、各々の前記発光素子グループに対し順番にグループ毎の駆動電流をグループ毎の設定値に基づき出力するグループ毎の駆動回路と、
前記複数の半導体発光素子から出力された光の強度を検出可能な検出素子と、
前記検出素子により検出された前記グループ毎の光強度をグループ毎の基準値と比較し、前記グループ毎の設定値を制御するフィードバック回路と、
前記半導体発光素子から出力された照明光を画像データにより変調するスイッチング領域を備えた光変調手段と、
前記光変調手段で変調された光をスクリーンに投影する投写レンズと、
前記グループ毎の基準値を外部信号により変更可能な基準値更新手段と、
を有し、
前記検出素子からの前記グループ毎の光強度をサンプリングするサンプルホールド回路を共通とし、
前記グループ毎の光強度をグループ毎の基準値と比較し、前記グループ毎の設定値を制御する前記フィードバック回路を個別に有し、
前記基準値更新手段は前記グループ毎の基準値の変更を個別に行う機能と一括して行う機能と、を有し、
前記基準値更新手段における前記グループ毎の基準値の変更を個別に行う処理はユ−ザーインターフェイスからの信号により個別に変更し、
前記基準値更新手段における前記グループ毎の基準値の変更を一括して行う処理は周囲の明るさおよび前記画像データにより画像制御部から供給された調光信号によって行なわれ、
前記複数の半導体発光素子から出力される前記照明光の明るさを制御するプロジェクタ。
請求項１において、前記グループ毎の光強度をグループ毎の基準値と比較する前記フィードバック回路の処理のサイクルを前記画像データのフレーム周波数以下の制御とするプロジェクタ。
請求項１において、前記グループ毎の光強度のサンプリングホールド回路の処理速度を前記フィードバック回路処理のサイクルと前記画像データのフレーム周波数より高速とするプロジェクタ。
請求項１〜３のいずれか一項において、前記基準値更新手段における前記グループ毎の基準値の変更は色毎に変更可能であるプロジェクタ。
請求項１〜４のいずれか一項において、前記基準値更新手段における前記グループ毎の基準値の変更は全ての色を一括して変更可能であるプロジェクタ。
請求項１〜５のいずれか一項において、前記複数の半導体発光素子からの光を前記検出素子に導く光学素子をさらに有するプロジェクタ。
請求項１〜６のいずれか一項において、前記検出素子により、前記グループ毎の駆動電流に同期してグループ毎の光強度をサンプリングするサンプリング手段をさらに有するプロジェクタ。
請求項７において、前記サンプリング手段は、前記グループ毎の駆動電流が供給される時間内で、前記グループ毎の駆動電流を出力開始する第１のタイミングから遅れた第２のタイミングで前記グループ毎の光強度をサンプリングするプロジェクタ。
請求項７または８において、前記サンプリング手段は、前記グループ毎の駆動電流が供給される時間内に前記グループ毎の光強度を複数回サンプリングして平均化した前記グループ毎の光強度を出力するプロジェクタ。
請求項１〜９のいずれか一項において、前記検出素子には無反射コートが施されているプロジェクタ。
請求項１〜１０のいずれか一項において、前記光変調手段はマイクロミラーを備えているプロジェクタ。
異なる色の光を出力可能な複数の半導体発光素子と、前記複数の半導体発光素子から出力された光の強度を検出可能な検出素子と、前記半導体発光素子から出力された照明光を画像データにより変調するスイッチング領域を備えた光変調手段と、を有するプロジェクタの制御方法であって、
前記複数の半導体発光素子を少なくとも色毎の発光素子グループに分け、各々の前記発光素子グループに対し順番にグループ毎の駆動電流をグループ毎の設定値に基づき供給する駆動工程と、
前記検出素子により、前記グループ毎の光強度を検出する検出工程と、
前記グループ毎の光強度をグループ毎の基準値と比較し、前記グループ毎の設定値を制御するフィードバック工程と、
前記グループ毎の基準値を外部信号により変更する基準値更新工程と、を有し
前記検出素子からの前記グループ毎の光強度をサンプリングするサンプルホールド工程を共通とし、
前記グループ毎の光強度をグループ毎の基準値と比較し、前記グループ毎の設定値を制御する前記フィードバック工程を個別とし、
前記基準値更新工程は前記グループ毎の基準値の変更を個別に行う工程と一括して行う工程と、を有し、
前記基準値更新工程における前記グループ毎の基準値の変更を個別に行う工程はユ−ザーインターフェイスからの信号により個別に変更し、
前記基準値更新工程における前記グループ毎の基準値の変更を一括して行う工程は周囲の明るさおよび前記画像データにより画像制御部から供給された調光信号によって行なわれ、
前記複数の半導体発光素子から出力される前記照明光の明るさを制御するプロジェクタの制御方法。