JP6700948B2 - 光源装置及び画像投射装置 - Google Patents

Description

本発明は、励起光源を有する光源装置及び画像投射装置に関する。

画像投射装置は、液晶パネル等の光変調素子によって変調された光を、投射光学系によりスクリーン等の被投射面に投射することで投射画像を表示する。画像投射装置の光源には、超高圧水銀ランプやキセノンランプの他、ＬＥＤやレーザーを用いる場合がある。特許文献１は、ホイール上に形成した蛍光層にレーザー光を照射し、投射光として照射する可視光を得る構成において、ホイールの回転が停止した場合にレーザー光による影響を防止する投影装置を開示している。

特許文献１は、蛍光体層下に被覆された所定のマークの現出を検知し、検知回数が所定の回数を越えた場合に蛍光体層が剥離したと判断し、レーザー光の発生を停止させることで、レーザー光による装置の被害の拡大や装置外部への影響を防ぐことが可能である。

特開２０１１−１１７９８９号公報

しかし、特許文献１では、蛍光体が剥離した（装置状態が異常になった）後でしかレーザー光の発生を停止させることができないため、装置自体の損傷を未然に防止することは難しい。特に、レーザー光による損傷は瞬時に拡大する可能性が高く、状態が異常になったことを検知した後でレーザー光の発生を停止しようとしても、その遅れにより装置が損傷してしまう場合がある。

そこで本発明は、装置が異常となる前に光源を制御し、装置の損傷を防ぐことが可能な光源装置を提供することである。

上記課題を達成するために、本発明の一側面としての光源装置は、励起光を発光する光源と、前記励起光が照射されることにより蛍光光を発光する蛍光体層を有する蛍光基板と、前記蛍光基板を回転させる駆動源と、前記蛍光基板の回転数を検出する検出手段と、前記光源への供給電力を制御する制御手段を有し、前記制御手段は、所定の時間における前記回転数の変化量が、第１の閾値未満の場合、前記光源に第１の電力を供給し、前記第１の閾値以上の場合、前記第１の電力より小さい第２の電力を供給することを特徴とする。

本発明によれば、装置が異常となる前に光量を制御し、装置の損傷を防ぐことが可能な光源装置を提供することができる。

本発明の実施形態であるプロジェクタの構成を示すブロック図。 本発明の実施形態における光源装置の一例を示すブロック図。 本発明の実施形態における光源装置の他の例を示すブロック図。 本発明の第１の実施例における処理のフローチャート。 本発明の第２の実施例における処理のフローチャート。 本発明の第３の実施例における処理のフローチャート。

以下、図１を参照して、本発明の実施形態の光源装置６２を含む液晶プロジェクタ１００（画像投射装置）について説明する。

映像処理部１０には、コンポジット端子やＨＤＭＩ（登録商標）端子等の映像信号を入力するための端子と、それらの端子を通じて入力された映像信号を受信するためのレシーバＩＣ等が設けられている。映像処理部１０は、入力した映像信号に対して、ブライトネス補正やコントラスト補正、ガンマ変換、色変換、解像度変換、鮮鋭処理、ＩＰ変換等の画像処理を施した映像信号を生成する。

ＯＳＤ重畳部２０は、映像処理部１０から出力される映像信号に対して、ＯＳＤ画像の重畳を行う。ＯＳＤ画像は、予め用意されたビットマップ等の画像データだけでなく、直線や矩形、或いは画素単位の描画指示に基づいて生成することもできる。

幾何歪補正部４０は、ＯＳＤ重畳部２０から出力される映像信号に対して、投射画像に生じた幾何学的な歪みを補正するような変形処理を行い、例えばあおり投射等によって生じた投射画像の歪みを抑制することができる。

液晶駆動部５０は、幾何歪補正部４０と接続され、幾何歪補正部４０により補正された画像信号を液晶駆動信号に変換し、光学系６０の液晶表示素子６６を駆動する。

光学系６０は、光源装置６２、照明光学系６４、液晶表示素子６６（画像表示素子）、投射光学系６８を有する。光源装置６２から出射した光は、照明光学系６４を通り、液晶表示素子６６を照明する。液晶表示素子６６は、液晶駆動部５０からの液晶駆動信号に基づいて入射光を変調し、変調された光は、投射光学系６８を通して投射画像としてスクリーンに投射される。

また、投射光学系６８は、レンズやユニットをモーターなどによりその位置を移動可能であり、光学ズーム（投射画像の拡大及び縮小）や、光学シフト（投射位置の移動）を行うことができる。

操作部７０は、ユーザーが操作を入力するための釦や、リモコンからの赤外線を受信するための赤外線受光部を備え、入力された操作を電気信号に変換する。操作の種類には、決定やキャンセル、各種設定を行うためのメニューの呼び出し、上下左右の方向指示、電源制御等がある。

ＣＰＵ３０は、映像処理部１０とＯＳＤ重畳部２０、幾何歪補正部４０、操作部７０、投射光学系６８に加え、温度センサーやファンなどを含む不図示の多数のデバイスに接続されている。ＣＰＵ３０は、液晶プロジェクタ１００の各部の電源や状態の制御を行うマイクロコンピュータである。例えば、操作部７０からユーザーの操作入力を受け付けて、ＯＳＤ重畳部２０を制御してメニュー画面を表示し、映像処理部１０や幾何歪補正部４０、投射光学系６８の制御することで、その操作に従った制御等を行う。また、各部の状態や機能の制御、状態の取得等を行い、例えば、内部状態の異常を検知した場合には、電源の遮断、冷却の制御、ユーザーへの警告などの処理を行う。

図２は、光源装置６２の一例を示すブロック図である。

レーザーダイオード１２０（光源）は、励起光を発光することができ、蛍光基板１４０に向けて照射するよう設置されている。蛍光基板１４０は、基板上に蛍光体層１４１が設けられ、モーター１３０により回転するよう設置されている。この蛍光基板１４０は、レーザーダイオード１２０から励起光が照射されると反対面側に蛍光光を発し、その蛍光光は照明光学系６４に向けて出射される。

図３は、光源装置６２の他の例を示すブロック図である。

レーザーダイオード１２０（光源）は、発生させた励起光を蛍光基板１４０に向けて照射するよう設置されており、蛍光基板１４０は、基板上に蛍光体層１４１、不図示の反射層が設けられ、モーター１３０により回転するよう設置されている。この蛍光基板１４０は、レーザーダイオード１２０から励起光が照射されると同一面側に蛍光光を発し、その蛍光光はダイクロイックミラー１８０により反射され照明光学系６４に向けて出射される。

後述の各実施例において、光源装置６２は、図２又は図３の何れの光源装置も用いることができる。

光源装置６２にはＣＰＵ１１０（制御部）が内蔵されている。ＣＰＵ１１０は、レーザーダイオード１２０を制御し、供給電力を、通常使用する電力（第１の電力）、消灯する電力（第２の電力）、減光する電力（第３の電力）など設定することにより、励起光の出力を制御できる。また、モーター１３０（駆動源）を制御し、蛍光基板１４０の回転速度を制御することができる。

さらに、ＣＰＵ１１０は、蛍光基板１４０の回転数を検出するためのセンサーであるフォトインタラプタ１６０（検出手段）、ＣＰＵ３０、不図示の多数のデバイスに接続されており、各部の制御を行うと共に、内部状態の異常を検知した場合の処理も行う。

記憶部１７０は、ＣＰＵ１１０の制御プログラムや後述の検出された蛍光基板１４０の回転数などを記憶する。

蛍光基板１４０には回転検出マーカー１５０が設けられ、フォトインタラプタ１６０から出力された光が回転検出マーカー１５０で反射される。すなわち、フォトインタラプタ１６０で反射光の強さを検出し、その検出回数から単位時間あたりの蛍光基板１４０の回転数を検出することができる。

蛍光基板１４０の回転数の検出は、本実施例の他に様々な方法を用いることができる。例えば、モーター１３０の回転軸にスリット円板を設け、それをフォトインタラプタに通すことによりモーターが所定の角度回転する毎に回転パルス信号を発生（パルス発生手段）する。単位時間当たりのパルス信号の間隔を検出することでモーター１３０の回転数を算出し、算出された回転数を蛍光基板１４０の回転数として検出してもよい。また、蛍光光の強度を測定するセンサーを設け、所定の回転数で蛍光基板が回転しているときの単位時間あたりの蛍光光の強度分布と、現在の単位時間あたりの蛍光光の強度分布から、蛍光基板１４０の回転数を検出してもよい。

図３は、第１の実施形態における光源部６２におけるレーザーダイオード１２０の制御動作を説明するためのフローチャートを示している。この処理は、ＣＰＵ１１０がコンピュータプログラム（光源制御プログラム）に従って実行する。ここで、図３に示すフローは、一定時間（例えば１ミリ秒）毎に実行されるものとする。

処理が開始されると、ステップＳ１０において、ＣＰＵ１１０は、フォトインタラプタ１６０で検出された蛍光基板１４０の回転数を記憶部１７０に記憶し、光源停止閾値（第３の閾値）未満であるか否かを判定する。光源停止閾値は、蛍光基板１４０の回転数が低くなることで、レーザーダイオード１４０からの励起光が蛍光基板１４０の同一の領域に照射される時間が長くなり、例えば蛍光基板１４０が高温となり損傷する可能性が高くなる回転数を設定する。

検出された回転数が、光源停止閾値未満と判定された場合はステップＳ３０に進み、光源停止閾値以上と判定された場合はステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０において、ＣＰＵ１１０は、蛍光基板１４０の回転数の変化量を算出する。回転数の変化量は、記憶部１７０に記憶されている所定の時間（例えば１０ミリ秒）において複数回検出された回転数とステップＳ１０で検出した現在の回転数から、最大値と最小値を求め、その差分により回転数の変化量を演算する。

演算された回転数の変化量が所定の閾値（第１の閾値）以上の場合、ステップＳ４０に進み、回転数の変化量が所定の閾値（第１の閾値）未満の場合、レーザーダイオード１２０に第１の電力を供給し、本フローを終了する。

ステップＳ３０において、ＣＰＵ１１０は、レーザーダイオード１２０に第２の電力を供給し、励起光の出力を停止させ、本フローを終了する。ステップＳ３０では、上述のように損傷が生じ始めている可能性が高いため、最優先で励起光の出力を停止させる。

ステップＳ４０において、ＣＰＵ１１０は、ステップ３０と同様に第２の電力を供給し、レーザーダイオード１２０の励起光の出力を停止させ、本フローを終了する。ステップＳ４０は、回転数は損傷する可能性が高くなる回転数を上回っているが、回転数の変化量が大きく、回転数が光源停止閾値を下回る状態に変化する兆候が見られる状況である。従って、まだ損傷が生じていない可能性は高いが、損傷を未然に防止するために、ステップ３０と同様に励起光の出力を停止させる。

以上のように、本実施例の液晶プロジェクタは、蛍光基板の回転数を検出し、回転数に異常があれば直ちに励起光の出力を停止する。また、回転数の変化量に基づいて励起光の出力を停止することで、装置の損傷を防ぐことができる。

図４は、第２の実施形態における光源部６２におけるレーザーダイオード１２０の制御動作を説明するためのフローチャートを示している。この処理は、ＣＰＵ１１０がコンピュータプログラム（制御プログラム）に従って実行する。ここで、図４に示すフローは、一定時間（例えば１ミリ秒）毎に実行されるものとする。第１の実施例との相違点は、ステップ５０が付加された点である。また、第１の実施例と同じ符号の説明は省略する。

ステップＳ２０において、ＣＰＵ１１０は、第１の実施例と同様に回転数の変化量を演算する。

演算された回転数の変化量が所定の閾値（第１の閾値）以上の場合、ステップＳ４０に進み、回転数の変化量が減光閾値（第２の閾値）以上かつ所定の閾値未満の場合、ステップ５０に進み、回転数の変化量が減光閾値未満の場合、本フローを終了する。

ステップＳ５０において、ＣＰＵ１１０は、レーザーダイオード１２０に第３の電力を供給し、励起光の出力を弱めるよう設定を行い、本フローを終了する。ステップＳ５０では、異常な状態に変化する兆候が弱く見られ状況である。従って、直ちに励起光の出力を停止するのではなく、異常な状態に変化した場合の対処への猶予を確保するために、励起光の出力を弱める。

以上のように、本実施例の液晶プロジェクタは、蛍光基板の回転数を検出し、回転数に異常があれば直ちに励起光の出力を停止する。また、回転数の変化量に基づいて励起光の出力を停止させたり弱めたりすることで、損傷を予防することができる。

図５は、第３の実施形態における光源装置部６２におけるレーザーダイオード１２０の制御動作を説明するためのフローチャートを示している。この処理は、ＣＰＵ１１０がコンピュータプログラム（制御プログラム）に従って実行する。ここで、図５に示すフローは、一定時間（例えば１ミリ秒）毎に開始されるものとする。第２の実施例との相違点は、ステップ２０がステップ１２０に置換された点である。また、第２の実施例と同じ符号の説明は省略する。

ステップＳ１２０において、ＣＰＵ１１０は、蛍光基板１４０の回転数の変化量の予測値を求める。予測値は、記憶部１７０に記憶されている所定の時間において検出された回転数から、例えば、最小二乗方などの演算により１００ミリ秒後の回転数の予測値を演算する。記憶部１７０に記憶されている回転数と、予測した回転数から、最大値と最小値を求め、その差分により回転数の変化量を演算する。

以上のように、本実施例の液晶プロジェクタは、蛍光基板の回転数を検出し、回転数に異常があれば直ちに励起光の出力を停止する。また、回転数の変化量の予測値を演算し、その予測値に基づいて励起光の出力を停止させたり弱めたりすることで、損傷を予防することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

上記実施形態では、回転数の変化量は、所定の時間として、１０ミリ秒として説明した。しかし、工場出荷調整において正常な回転数を記憶し、その回転数と現在の回転数または現在の回転数を含む過去の複数の回転数の平均値との差分を回転数の変化量としてもよい。

また、上記実施形態では、回転数の変化量に基づいて判定を行う場合について説明した。しかし、脱輪や蛍光基板欠損時に観測される回転状態の傾向を予め記憶させ、当該パターンとの類似度を判定し、類似度が高い場合に回転数の変化量が大きいと検出し、励起光の出力を止める制御を行ってもよい。

また、上記実施形態では、モーターの回転を検知する場合について説明した。しかし、モーターの回転以外でも良く、温度や振動、使用時間に基づく情報であっても良い。

また、上記実施形態では、予め定められた条件に基づいて励起光の出力を制御する場合について説明した。しかし、ユーザーが制御条件を選べるようにしても良く、例えば減光量を任意に設定できるようにしたりしてもよい。

また、上記実施形態では、画像表示素子として液晶表示素子を用いたが、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）などの画像表示素子を用いてもよい。

また、２つのＣＰＵ１１０、ＣＰＵ３０を統合し、１つのＣＰＵで制御してもよい。

また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

６２ 光源装置
１１０ ＣＰＵ（制御手段）
１２０ レーザーダイオード（光源）
１３０ モーター（駆動源）
１４０ 蛍光基板
１６０ フォトダイオード（検出手段）

Claims (11)

1. 励起光を発光する光源と、
   前記励起光が照射されることにより蛍光光を発光する蛍光体層を有する蛍光基板と、
   前記蛍光基板を回転させる駆動源と、
   前記蛍光基板の回転数を検出する検出手段と、
   前記光源への供給電力を制御する制御手段を有し、
   前記制御手段は、所定の時間における前記回転数の変化量が、第１の閾値未満の場合、前記光源に第１の電力を供給し、
   前記第１の閾値以上の場合、前記第１の電力より小さい第２の電力を供給する
   ことを特徴とする光源装置。
2. 前記制御手段は、前記所定の時間における前記回転数の変化量が、第２の閾値以上かつ前記第１の閾値未満の場合、前記第１の電力より小さくかつ前記第２の電力より大きい第３の電力を供給し、
   前記第２の閾値未満の場合、前記光源に第１の電力を供給する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記制御手段は、前記回転数が第３の閾値未満の場合、前記第２の電力を供給することを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
4. 前記第２の電力は、前記光源を消灯する電力であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の光源装置。
5. 前記所定の時間において前記回転数を複数回検出し、該検出した複数の回転数のうち最大値と最小値との差により前記回転数の変化量を演算する
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の光源装置。
6. 前記所定の時間において前記回転数を複数回検出し、該検出した複数の回転数から前記回転数の変化量の予測値を演算し、前記予測値を前記回転数の変化量とする
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の光源装置。
7. 前記蛍光基板は、前記蛍光基板の回転を検出するためのマーカーを備え、
   前記検出手段は、単位時間当たりの前記マーカーの検出回数から、前記蛍光基板の回転数を検出する
   ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の光源装置。
8. 前記検出手段は、単位時間当たりの前記駆動源の回転数を検出することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の光源装置。
9. 前記駆動源は、所定の角度回転する毎に回転パルスを発生するパルス発生手段を有し、
   前記検出手段は、前記パルス発生手段からの前記回転パルスを受信し、該回転パルスの間隔から前記蛍光基板の回転数を検出することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の光源装置。
10. 画像表示素子と、
    前記画像表示素子を照明する光を発する、請求項１乃至９の何れか一項に記載の光源装置と、
    前記光源装置からの光を前記画像表示素子に導く照明光学系と、
    前記画像表示素子により変調された光を投射する投射光学系と
    を有することを特徴とする画像投射装置。
11. 励起光を発光する光源と、前記励起光が照射されることにより蛍光光を発光する蛍光体層を有する蛍光基板と、前記蛍光基板を回転させる駆動源と、前記蛍光基板の回転数を検出する検出手段とを有する光源装置のコンピュータを動作させるコンピュータプログラムであって、
    前記コンピュータに、
    所定の時間における前記回転数の変化量を演算させ、
    所定の時間における前記回転数の変化量が、第１の閾値未満の場合、前記光源に第１の電力を供給させ、
    前記第１の閾値以上の場合、前記第１の電力より小さい第２の電力を供給させる
    ことを特徴とする光源制御プログラム。

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