JP5968031B2 - レーザー光源プロジェクター - Google Patents

Description

本発明はレーザー光源プロジェクターに関し、特に複数のレーザー光源を駆動して画像を投射するレーザー光源プロジェクターに関する。

映像を投射して表示するプロジェクターの光源として、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色レーザー光源を用いて、画像光を形成するものが知られている。レーザー素子の経年劣化や温度変化等により、レーザー光源の光出力特性が劣化した場合は、白色を表示するときにＲ、Ｇ、Ｂ各色光の輝度比にずれが生じ、ホワイトバランスが変動してしまう問題がある。そこで、光出力特性の変化に応じて、ホワイトバランスが適切に保たれるように補正を行う必要があった。

ホワイトバランスの補正方法として、最も劣化が進んだ光源の光出力に他の光源の光出力を揃える制御を行うことで、全体の輝度を低下させて、ホワイトバランスを一定に保つ技術が知られている（特許文献１）。

また、レーザー光源の温度を制御する技術として、レーザー光源を冷却するペルチェ素子ユニットの駆動率が所定値に達した場合には、レーザー光源の光出力を下げることによってレーザー光源の温度上昇を抑制する技術が知られている（特許文献２）。

特開２００７−６５５７４号公報 特開２０１１−１９１５２６号公報

前述した特許文献１に記載の技術は、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色光源として、単一のレーザー光源を用いるプロジェクターに対する補正方法である。従って、各色光源として、複数のレーザー光源を用いた場合のホワイトバランスの補正には、従来の技術を適用する事ができないという問題がある。

本発明は、上述した問題を解決するために成されたものであり、複数個のレーザー光源を駆動する際に、１個、もしくは複数個の光源の経年変化等による劣化が原因で光出力が低下した場合に、残りの正常な光源の光出力を調整することで、適切なホワイトバランスの維持が可能なレーザー光源プロジェクターの提供を目的とする。

本発明に係るレーザー光源プロジェクターは、それぞれが複数のレーザー光源を備える各色グループのレーザー光源を駆動して画像を投射するレーザー光源プロジェクターであって、（ａ）任意の色グループの１又は複数の前記レーザー光源の光出力特性の変化に応じて、任意の色グループの残りのレーザー光源の光出力を調整することにより、任意の色グループ全体としては光出力を下げずに維持し、ホワイトバランスを一定に保ち、（ａ）において任意の色グループのレーザー光源の光出力が上限に達することによりホワイトバランスを一定に保つことができない場合、（ｂ）すべての色グループのレーザー光源の光出力を低下させることによって、ホワイトバランスを一定に保ち、（ｂ）の後に、任意の色グループのレーザー光源が上限に達した状態を脱した場合、（ｃ）すべての色グループのレーザー光源の光出力を上昇させることによって、ホワイトバランスを適切に保ちながら輝度を回復させることを特徴とする。

本発明に係るレーザー光源プロジェクターは、任意の色グループにおいて、１又は複数のレーザー光源の光出力特性が劣化して、光出力が低下した場合には、当該任意の色グループの光出力特性が劣化していないレーザー光源の光出力を上昇させることで、光出力の低下分を補う。よって、当該任意の色グループ全体としては、光出力を下げずに維持することができるため、色グループ間で輝度のずれが生じることがなく、ホワイトバランスを一定に保つことが可能である。

本発明の実施の形態に係るレーザー光源プロジェクターの機能ブロック図である。 本発明の実施の形態に係るレーザー光源プロジェクターのレーザー光源の機能ブロック図である。 本発明の実施の形態に係るホワイトバランス補正に関する第１のフローチャートである。 本発明の実施の形態に係るホワイトバランス補正に関する第２のフローチャートである。 本発明の実施の形態に係るホワイトバランス補正に関する第３のフローチャートである。 本発明の実施の形態に係るホワイトバランス補正に関する第４のフローチャートである。

＜実施の形態１＞
＜構成＞
図１に本実施の形態に係るレーザー光源プロジェクターの機能ブロック図を示す。本実施の形態におけるレーザー光源プロジェクターに備わる複数のレーザー光源は、レーザー光の色ごとに、第１〜３の色グループにグループ分けされており、第１色グループ１ＧはＮ_１個の赤色レーザー光源を備え、第２色グループ２ＧはＮ_２個の緑色レーザー光源を備え、第３色グループ３ＧはＮ_３個の青色レーザー光源を備える。各レーザー光源の駆動は、マイコン１６によって制御されている。

各レーザー光源の光出力は、レーザー合成部１９において合成される。レーザー合成部１９は、例えば、ミラーやプリズム、ロッドインテグレータなどで構成される。

合成されたレーザー光は、所定の光学系２０において変調等の処理が行われ、スクリーン２１に投射される。ここで、所定の光学系２０とは、例えば、光変調器としての液晶パネルや、変調光を投射する投射レンズなどである。

図２に、図１における任意のレーザー光源の機能ブロック図を示す。レーザー光を発生させるレーザー素子（以下、ＬＤ）５は、マイコン１６によって、レーザー駆動回路３を介して駆動制御されている。ＬＤ５から射出したレーザー光の一部は、ハーフミラー１２において反射されて、レーザー光源から出力され、他のレーザー光源から出力されるレーザー光と合成される。また、ハーフミラー１２を透過した光は、光量検出回路１０に入力され、検出された光量のデータは、ＡＤコンバーター１１を介してマイコン１６に入力される。マイコン１６は、ＬＤ５の光出力が一定になるようにレーザー駆動回路３への信号を制御している。

ＬＤ５の温度は、温度検出回路１３によって検出され、ＡＤコンバーター１４でデータ変換され、マイコン１６へ入力される。マイコン１６は、ＬＤ５の温度が一定となるように、ＤＡコンバーター１５を介してペルチェ素子６の駆動を制御している。ペルチェ素子６は、ＤＣ−ＤＣコンバーター４を介して、電源２により駆動され、ペルチェ素子５から発生する熱は、ヒートパイプ７を介してラジエーター８へ伝わり、ファン９により排熱される。

＜動作＞
各レーザー光源の光量検出回路１０には、そのレーザー光源の光出力の目標値が記憶されており、マイコン１６は、レーザー駆動回路３を介して、レーザー光源の光出力が目標値と一致するようにフィードバック制御を行っている。例えば、光量検出回路１０から得た光出力のデータが目標値を下回っている場合には、光出力を上げるためにＬＤ５に流す電流（Ｉ_Ｄ）を増大させ、光出力と目標値が一致するように制御を行う。また、光出力の増減は、光出力の目標値を変更することにより行われる。

また、上述したように、ＬＤ５の温度は、常に一定に保たれるように制御されているが、例えば、環境温度が急に上昇した場合には、ペルチェ素子５の冷却能力が不足し、ＬＤ５は温度上昇を起こす。

ＬＤ５が経年劣化や温度上昇を起こすと、そのＬＤ５を備えるレーザー光源の光出力特性が劣化して、光出力が低下する。この場合、マイコン１６は、上述のようにフィードバック制御を行い、光出力を目標値に維持するためにＩ_Ｄを増大させる。このとき、Ｉ_Ｄが限界電流（Ｉ_ＭＡＸ）に達すると、これ以上電流を増大させても光出力が増大しなくなる飽和状態、即ち光出力特性が劣化した状態となり、光出力の目標値を満たすことができなくなる。光出力の目標値を満たすことができないレーザー光源が存在する場合、各色グループ間で光出力の差、即ち輝度の差が生じ、ホワイトバランスが変化してしまう。なお、各レーザー光源のＬＤ５の限界電流値（Ｉ_ＭＡＸ）は、予めマイコン１６に記憶されている。

＜ホワイトバランスの補正＞
そこで、本実施の形態では、前述した制御に加えて、各レーザー光源が飽和状態とならないように各レーザー光源の光出力の目標値を調整して、ホワイトバランスを一定に保つホワイトバランス補正を行う。なお、ホワイトバランス補正は、例えば、一定の時間間隔で行われる。また、環境温度が所定値以上変化した場合や、飽和状態のレーザー光源の個数が所定値に達した場合に行ってもよい。

ホワイトバランス補正として、以下の３つの補正を行う。即ち、任意の色グループにおいて飽和状態となったレーザー光源の出力低下を、当該任意の色グループの残りのレーザー光源の出力を上昇させて補い、ホワイトバランスを一定に保つ上昇補正、上昇補正が不可能であった場合に、全ての色グループの光出力を低下させて、ホワイトバランスを一定に保つ低下補正、低下補正の後に、全てのレーザー光源が飽和状態を脱した場合、全ての色グループの光出力を上昇させて、ホワイトバランスを一定に保ったまま、輝度を回復させる回復補正である。

以下では、飽和状態に達し光出力特性が劣化したレーザー光源がある場合（Ａ＞０）と無い場合（Ａ＝０）に分けて、フローチャート（図３，図４，図５，図６）を用いてホワイトバランス補正の説明を行う。ここで、Ａは、例えば赤の第１色グループ１Ｇにおける飽和状態のレーザー光源の個数（Ａ_１）と、例えば緑の第２色グループ２Ｇにおける飽和状態のレーザー光源の個数（Ａ_２）と、例えば青の第３色グループ３Ｇにおける飽和状態のレーザー光源の個数（Ａ_３）の和である。

＜光出力特性が劣化したレーザー光源がある場合＞
図３のステップＳ１において、光出力特性が劣化したレーザー光源、即ち飽和状態のレーザー光源がある場合、即ちＡ＝０でない場合は、ステップＳ１０１（図４）に進む。まず、第ｎ色グループ（例えばｎ＝１は赤、２は緑、３は青）の光出力の調整を行う（ステップＳ１０１）。なお、ｎ＝１に予め設定されているため、実際には第１色グループ１Ｇの光出力の調整を行う。

ステップＳ１０２において、第ｎ色グループにおいて飽和状態（Ｉ_Ｄ≧Ｉ_ＭＡＸ）となっているレーザー光源の個数（Ａ_ｎ）が０を上回っているか否かの判断を行い、Ａ_ｎ＝０の場合は、第ｎ色グループにおいて劣化したレーザー光源が存在しないため、第ｎ色グループの光出力の調整を行う必要が無いので、第ｎ色グループの光出力の調整を終了して（ステップＳ１１１）、ステップＳ１１２に進む。ステップＳ１１２において、ｎが３でなければ、ステップ１０３においてｎをｎ＋１として、次のグループの補正を行う。一方、ｎが３である場合は、全ての色グループの光出力の調整が終了したので、ホワイトバランス補正を終了する。

一方、ステップＳ１０２でＡ_ｎ＞０の場合は、ステップＳ１０４において、Ａ_ｎにカウントされたレーザー光源の光出力の目標値をＸ％低下させる。ここで、Ｘは定数であり、例えば４％である。

ここで、Ｄ_ｎを、第ｎ色グループについての調整開始時点から、飽和状態となったことのないレーザー光源の個数と定義する。ステップＳ１０５において、Ｄ_ｎとしてカウントされるレーザー光源の光出力の目標値をＺ％上昇させる。ここで、Ｚは以下の式により求められる。

Ｚ＝ＸＡ_ｎ／Ｄ_ｎ…（１）

次に、ステップＳ１０６において、ステップＳ１０５で光出力の目標値を上げたことによって飽和状態（Ｉ_Ｄ≧Ｉ_ＭＡＸ）となったレーザー光源の個数（Ｃ_ｎ）をカウントする。

ステップＳ１０７において、Ｃ_ｎ＝０か否かの判断を行い、Ｃ_ｎ＝０の場合は、飽和状態となっていたレーザー光源の光出力の低下を、残りのレーザー光源の光出力を飽和状態に至らず上昇させることによって補うことができたことを意味するため、第ｎ色グループの光出力の調整を終了する（ステップＳ１１１）。ステップＳ１１２に進んで、ｎが３でなければ、ステップ１０３においてｎ＝ｎ＋１として、次の色グループの補正を行う。一方、ｎが３である場合は、全ての色グループの調整が終了したため、ホワイトバランス補正を終了する。

一方、ステップＳ１０９でＣ_ｎ＝０でない場合は、新たに飽和状態（Ｉ_Ｄ≧Ｉ_ＭＡＸ）となったレーザー光源について補正を行う必要がある。ステップＳ１０８において、調整開始時点から飽和状態に達していないレーザー光源の個数（Ｄ_ｎ）をカウントし、ステップＳ１０９において、Ｄ_ｎが０か否かの判断を行う。Ｄ_ｎが０でない場合は、Ｄ_ｎとしてカウントされたレーザー光源によって、Ｃ_ｎとしてカウントされたレーザー光源の光出力低下を補うために、Ａ_ｎの値をＣ_ｎの値で置き換えて（ステップＳ１１０）、即ち、光出力特性が劣化したレーザー光源の個数をＡ_ｎとしてカウントして、Ｓ１０２に戻り、再度調整を行う。

一方、Ｄ_ｎ＝０である場合は、第ｎ色グループの全てのレーザー光源において光出力が上限に達していることを意味する。即ち、Ｃ_ｎとしてカウントされたレーザー光源の光出力低下を、残りのレーザー光源によって補うことができない。

従って、ステップ２０１（図５）へ進み、各色グループの光出力の目標値を一律にＷ％下げる。これに伴って、各色グループのレーザー光源の光出力の目標値も一律にＷ％下げて、ホワイトバランス補正を終了する。このように、各色グループの光出力を一律に下げることによって、ホワイトバランスを一定に保つことが可能である。なお、前記Ｗの値は、輝度の変化として視認できない量として、例えば４％とする。

＜光出力特性が劣化したレーザー光源がない場合＞
図３のステップＳ２において、光出力特性が劣化したレーザー光源が無い場合、即ち、Ａ＝０の場合には、前回のホワイトバランス補正で各色グループの光出力の目標値を低下させたか否かの判断を行う（ステップＳ３）。各色グループの光出力目標値を低下させていない場合には、調整を行う必要がないため、ホワイトバランス補正を終了する。

一方、前回行った光出力目標値制御において、各色グループの光出力目標値を低下させた場合、即ち、ステップＳ２０１（図５）を行っている場合には、ステップＳ３０１（図６）において、各色グループの光出力の目標値を一律にＹ％上昇させる。これに伴って、各色グループのレーザー光源の光出力の目標値も一律にＹ％上昇させる。なお、Ｙの値としては、前記Ｗよりも小さい値として、例えば０．２５％とする。

次に、ステップＳ３０２において、全てのレーザー光源において飽和状態（Ｉ_Ｄ≧Ｉ_ＭＡＸ）であるか否かを調べ、飽和状態（Ｉ_Ｄ≧Ｉ_ＭＡＸ）となるレーザー光源が１つもない場合は、さらなる光出力の上昇が可能と判断して、ステップＳ３０１に戻る。このようにして、徐々に光出力を回復させる。

一方、ステップＳ３０２において、飽和状態（Ｉ_Ｄ≧Ｉ_ＭＡＸ）のレーザー光源が１つでも存在する場合は、光出力が上限値に達したと判断して、ホワイトバランス補正を終了する。

上述のように、一旦低下させた光出力を回復させる場合としては、例えば、環境温度の急な上昇により、一時的にレーザー光源の光出力特性が劣化したために、全体の光出力を下げる制御を行い、劣化していたレーザー光源の光出力特性が、環境温度の低下により回復した後に、再び全体の光出力を所定の値まで回復させる場合が考えられる。

＜効果＞
本実施の形態におけるレーザー光源プロジェクターは、それぞれが複数のレーザー光源を備える各色グループのレーザー光源を駆動して画像を投射するレーザー光源プロジェクターであって、任意の色グループの１又は複数のレーザー光源の光出力特性の変化に応じて、当該任意の色グループの残りのレーザー光源の光出力を調整することにより、ホワイトバランスを一定に保つことを特徴とする。

従って、任意の色グループにおいて、１又は複数のレーザー光源の光出力特性が劣化して、光出力が低下した場合には、当該任意の色グループの光出力特性が劣化していないレーザー光源の光出力を上昇させることで、光出力の低下分を補う。よって、当該任意の色グループ全体としては、光出力を下げずに維持することができるため、色グループ間で輝度のずれが生じることがなく、ホワイトバランスを一定に保つことが可能である。

また、本実施の形態におけるレーザー光源プロジェクターは、任意の色グループのレーザー光源の光出力が上限に達した場合、すべての色グループのレーザー光源の光出力を低下させることによって、ホワイトバランスを一定に保つことを特徴とする。

従って、任意の色グループにおいて、１又は複数のレーザー光源の光出力特性が劣化して、光出力が低下した場合であって、当該色グループの残りのレーザー光源で光出力の低下を補うことができない場合には、すべての色グループにおいて、一律に光出力を低下させることによって、ホワイトバランスを一定に保つことが可能である。

また、本実施の形態におけるレーザー光源プロジェクターは、前記任意の色グループのレーザー光源が上限に達した状態を脱した場合、すべての色グループのレーザー光源の光出力を上昇させることによって、ホワイトバランスを適切に保ちながら輝度を回復させることを特徴とする。

従って、任意の色グループにおいて、１又は複数のレーザー光源の光出力特性が劣化して、光出力が低下した場合であって、当該色グループの残りのレーザー光源で光出力の低下を補うことができずに、すべての色グループの光出力を一律に低下させた後に、光出力特性の劣化していたレーザー光源の光出力特性が回復した場合には、すべての色グループのレーザー光源の光出力を一律に上昇させることによって、ホワイトバランスを一定に保ったまま、輝度を、光出力を低下させる前の状態まで回復させることが可能である。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１Ｇ 第１色グループ、２ 電源、２Ｇ 第２色グループ、３ レーザー駆動回路、３Ｇ 第３色グループ、４ ＤＣ−ＤＣコンバーター、５ レーザー素子、６ ペルチェ素子、７ ヒートパイプ、８ ラジエーター、９ ファン、１０ 光量検出回路、１１，１４ ＡＤコンバーター、１２ ハーフミラー、１３ 温度検出回路、１５ ＤＡコンバーター、１６ マイコン、１９ レーザー合成部、２０ 光学系、２１ スクリーン。

Claims (2)

1. それぞれが複数のレーザー光源を備える各色グループのレーザー光源を駆動して画像を投射するレーザー光源プロジェクターであって、
   （ａ）任意の色グループの１又は複数の前記レーザー光源の光出力特性の変化に応じて、当該任意の色グループの残りの前記レーザー光源の光出力を調整することにより、当該任意の色グループ全体としては光出力を下げずに維持し、ホワイトバランスを一定に保ち、
   前記（ａ）において前記任意の色グループのレーザー光源の光出力が上限に達することによりホワイトバランスを一定に保つことができない場合、（ｂ）すべての色グループの前記レーザー光源の光出力を低下させることによって、ホワイトバランスを一定に保ち、
   前記（ｂ）の後に、前記任意の色グループのレーザー光源が上限に達した状態を脱した場合、（ｃ）すべての色グループの前記レーザー光源の光出力を上昇させることによって、ホワイトバランスを適切に保ちながら輝度を回復させることを特徴とする、
   レーザー光源プロジェクター。
2. 前記（ｃ）において、すべての前記色グループの前記レーザー光源の光出力を、任意の前記色グループの少なくとも１つのレーザー光源の光出力が上限に達するまで上昇させることによって、ホワイトバランスを適切に保ちながら輝度を回復させることを特徴とする、
   請求項１に記載のレーザー光源プロジェクター。

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