(57)【要約】【課題】光源の消費電力を大きくすることなく、最大輝度、コントラスト比を大きくすることが可能な投射型画像表示装置を提供する。【解決手段】光変調デバイス（ＤＭＤ９）を用いて、光源（ランプ４）から放射される光を画像データ１に応じて変調し、変調した光をスクリーン１１に投射して画像を表示する投射型画像表示装置において、画像データを構成する時間単位を、光変調デバイスにより光をスクリーン上に画像として表現することができる光有効時間t1と、光をスクリーン上に画像として表現することができない光無効時間t2とに分け、光有効時間における光源への供給電力P1を、光無効時間における光源への供給電力P2よりも大きくした。【選択図】図４
2008145507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光変調デバイスを用いて、光源から放射される光を画像データに応じて変調し、変調した光をスクリーンに投射して画像を表示する投射型画像表示装置において、
前記画像データを構成する時間単位を、前記光変調デバイスにより前記光を前記スクリーン上に画像として表現することができる光有効時間と、前記光を前記スクリーン上に画像として表現することができない光無効時間とに分け、前記光有効時間における前記光源への供給電力を、前記光無効時間における前記光源への供給電力よりも大きくしたことを特徴とする投射型画像表示装置。
【請求項２】
前記光源から放射された光を所定の波長毎に時間的に分別するカラーフィルタを有するカラーホイールを備え、前記光無効時間には、前記カラーホイールのカラーフィルタと隣接する他のカラーフィルタの境界線と、前記光源からの光とが重なる時間が含まれるようにしたことを特徴とする請求項１記載の投射型画像表示装置。
【請求項３】
前記画像データの１フレームにおいて前記光源に供給されている平均電力をP、前記光有効時間における供給電力をP1、前記光無効時間における供給電力をP2とし、１フレーム内での前記光有効時間の割合をT1、前記光無効時間の割合をT2とした場合、次式を満足するようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の投射型画像表示装置。
T1・P1＋T2・P2＝P・（T1＋T2）
P1＞P2
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調デバイスを用いる投射型画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＤＭＤ（Digital Micromirror Device）などの光変調デバイスを用いて、光源から放射される光を画像データに応じて変調し、変調した光をスクリーンに投射して画像を表示する投射型画像表示装置（プロジェクションディスプレイ）がある。
例えば、特許文献１に示されるようなＤＭＤを用いた投射型画像表示装置では、ＤＭＤのミラーの傾き、すなわちスクリーンへの反射率を画像情報に合わせて切り替えることにより、画像情報の階調を表現している。ＤＭＤのスクリーンへの反射率は、スクリーンへ光を反射するオン状態と、スクリーンへ光を反射しないオフ状態の２値をとる。オン状態でスクリーンへ投射された光が、画像として表現できる最大輝度となる。オフ状態では、理想的には反射率がゼロであれば、スクリーンへ光が到達しないが、実際にはオフ状態でも、わずかにスクリーンへ光が到達する。これが、スクリーン上で表現できる最小輝度となる。現状の投射型画像表示装置では、最大輝度、および最大輝度と最小輝度の比であるコントラスト比は、ともに表示性能として決して十分ではなく、より大きい最大輝度とコントラスト比を持つ投射型画像表示装置が望まれている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１０２０３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の投射型画像表示装置において、最大輝度を上昇させようとした場合、光源の光量を大きくする方法があるが、光源の光量を大きくした場合、最大輝度は上昇するが、同時に最小輝度も上昇するためコントラスト比は改善されない。また、光源の消費電力も大きくなり、その結果、光源の寿命が短くなるという問題が生じる。よって、安易に光源の光量を大きくすることは得策ではない。
【０００５】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、光源の消費電力を大きくすることなく、最大輝度、コントラスト比を大きくすることが可能な投射型画像表示装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、光変調デバイスを用いて、光源から放射される光を画像データに応じて変調し、変調した光をスクリーンに投射して画像を表示する投射型画像表示装置において、前記画像データを構成する時間単位を、前記光変調デバイスにより前記光を前記スクリーン上に画像として表現することができる光有効時間と、前記光を前記スクリーン上に画像として表現することができない光無効時間とに分け、前記光有効時間における前記光源への供給電力を、前記光無効時間における前記光源への供給電力よりも大きくしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の投射型画像表示装置によれば、光有効時間における供給電力と光無効時間における供給電力に差がない場合と比較して、光源に供給されている平均電力が一定にも係らず、光として有効な時間の光量を増加することができるので、最大輝度、コントラスト比を大きくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における投射型画像表示装置のシステム図である。本実施の形態において、投射型画像表示装置としてＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、登録商標、テキサス・インスツルメンツ社製）投射型画像表示装置について説明する。ＤＬＰは、光変調デバイスとしてＤＭＤを用いた投射型画像表示装置である。
【０００９】
図1において、画像信号変調回路２は、入力された画像データ１を変調し、ＤＭＤ駆動回路８へそのデータを送り、また、ランプ点灯回路３、モータ駆動回路５に同期信号を送る。
ランプ点灯回路３は、後述する特定の電力波形を光源となるランプ４へ入力し、可視光線１２を放射する。ランプ４は、例えばＨＩＤランプの一つである超高圧水銀ランプである。
カラーホイール６は、図２に示されるように、赤色透過フィルタ６ａ、緑色透過フィルタ６ｂ、青色透過フィルタ６ｃで構成され、画像信号変調回路２からの同期信号に応じて駆動されるモータ駆動回路５によって一定の回転数で回転している。なお、ここではカラーホイールは、赤、緑、青の３色に分割する例を示して説明しているが、更に、シアン、マジェンダ、黄色を加えた６色に時分割される例もあり、時分割する波長に限定されるものではない。ランプ４から放射された光は、カラーホイール６を通過することによって順次赤、緑、青の波長の光に時間的に分別され、照明光学系７を介してＤＭＤ９に入射される。
【００１０】
ランプ４から放射された光は、カラーホイール６を通過するポイントで集光されるが、ビームスポット径は有限であるため、ある色のカラーフィルタから次の色のカラーフィルタに移る際、混色エリアが生じる。従って基本的にその時間の光を画像に使用することはない。ランプ４からの光が混色エリアを通過している時間、すなわちカラーホイール６のカラーフィルタと隣接する他のカラーフィルタの境界線と、ランプ４からの光とが重なる時間は、画像データ１に関係なく常時ＤＭＤ９をオフにし、スクリーン１１へ投射しないようにしている。カラーフィルタとカラーフィルタの境界線をスポークと呼んでいる。
また、スポークを中心軸として、画像データ１に関係なく常時ＤＭＤ９をオフにしている時間、すなわち光変調デバイスにより光源からの光をスクリーン上に画像として表現することができない時間を、光無効時間と呼び、記号としてt2で示すことにする。一方、画像データ１に応じて、ＤＭＤ９がオン、オフし、階調表示を行っている時間、すなわち光変調デバイスにより光源からの光をスクリーン上に画像として表現することができる時間を、光有効時間と呼び、記号としてt1で示すことにする。
なお、光無効時間t2には、カラーホイールのカラーフィルタと隣接する他のカラーフィルタの境界線と、前記光源からの光とが重なる時間が含まれる。
【００１１】
光変調デバイスであるＤＭＤ９は、半導体基板上に二次元に配列された複数のマイクロミラー素子からなり、ＤＭＤ駆動回路８によって、各々のマイクロミラー素子の傾きを変えることにより光の変調を行う。傾きの角度は、光を投射光学系１０を介してスクリーン1１へ投射するオン状態と、光をスクリーン１１へ投射しないオフ状態の２値をとる。２の階乗で時間的に重み付けされた時間単位（サブフィールドと称する）に対し、画像データに合わせて、各マイクロミラー素子をオン、オフすることによって階調表示が可能になる。例えば、256階調を出す場合、サブフィールドを、２0、２1、２3、２4、２5、２6、２7、２8で重み付けする。８つのサブフィールドは、１フレーム内での各色の割り当て時間内で、それぞれ割り当てられる。
【００１２】
図２は実施の形態１におけるランプ点灯回路３の回路図である。
ランプ点灯回路３は、ＤＣ電源31、ＤＣＤＣコンバータ34、インバータ35、イグナイタ33およびコントロールユニット32によって構成される。ＤＣＤＣコンバータ34は、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチ34ａ、ダイオード34ｂ、リアクトル34ｃおよびコンデンサ34ｄによって構成されているチョッパ式降圧コンバータである。ＤＣＤＣコンバータ34は、ＤＣ電源31からＤＣ電圧Ｖｉｎが印加されると、ＤＣ電圧Ｖｉｎを所定のＤＣ電圧Ｖｂへ変換する。ＤＣ電圧Ｖｉｎは、商用ＡＣ電圧が全波整流された後に昇圧されたＤＣ電圧である。
【００１３】
インバータ35は、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチＳＷ１〜ＳＷ４によって構成されたフルブリッジインバータである。インバータ35は、ＤＣＤＣコンバータ34によって変換されたＤＣ電圧Ｖｂを交流矩形波に変換し、交流矩形波電圧をランプ４の電極4ａ，4ｂの両端に印加する。イグナイタ33は、ランプ４の初期始動を行うために、インバータ35とランプ４との間に接続され、ランプ４の初期始動時にランプ４が絶縁破壊可能な電圧をランプ４の電極4ａ，4ｂに印加する。
【００１４】
コントロールユニット32は、ＤＣ電圧Ｖｂと電流Ｉｂとを検出し、検出された電圧と電流とによって、検出時にランプ４で消費されている電力を計算する。計算された電力と目標電力との差が無くなるように、ＤＣＤＣコンバータ34のスイッチ34ａの周波数およびデューティを制御する。ここでの検出された電力と目標電力は、１フレーム（１／６０sec）、またはそれ以上の時間で平均化した値である。この制御によって、ランプでの消費電力は平均的に一定に保たれ、ランプの平均的な光量、および温度を一定に保つことができる。
また、コントロールユニット32は、ランプで消費される平均的な電力を一定に保ちながら、画像信号変調回路２からの同期信号にもとづき、ランプ４に供給される電力波形が後述する所望の電力波形になるように、ＤＣＤＣコンバータ34のスイッチ34ａの周波数およびデューティを制御する。
【００１５】
図４に、カラーホイール６の時間シーケンス(a)と、ランプ４へ供給される電力波形の時間シーケンス(ｂ)の関係を示す。
カラーホイール６の時間シーケンス(a)に対して、(ｂ)の電力波形は、画像信号変調回路２からの同期信号にもとづきコントロールユニット32によって、いつも図４に示す同じタイミングで出力されている。ここではランプ４のへの供給電力波形を示しているが、ランプ４への供給電力とランプ４の光出力はほぼ比例しているので、(b)の供給電力波形は、光出力の波形をも示していると考えてよい。
【００１６】
ここで、画像データ１の１フレームにおいてランプ４へ供給される平均電力をP、光有効時間t1における供給電力をP1、光無効時間t2における供給電力をP2とする。
従来の装置では、１フレーム内を通して光有効時間における供給電力と光無効時間における供給電力に差がなく一定の値であるので、P＝P1＝P2であるのに対し、本発明装置では、１フレーム内においてランプ４へ供給される平均電力Pは一定であるが、光有効時間t1における供給電力P1が光無効時間t2における供給電力P2よりも大きくなるようにしている。
すなわち本発明装置では、画像データの１フレーム内での光有効時間t1の割合をT1、１フレーム内での光無効時間t2の割合をT2とすると、P、P1、P2の関係が以下の式を満足するように設定される。
T1・P1＋T2・P2＝P・（T1＋T2）
P1＞P2
【００１７】
次に、本発明装置により最大輝度とコントラスト比が上昇することを、従来の装置と比較して示す。最大輝度をLmax、最小輝度をLmin、光有効時間でのＤＭＤ入射輝度をL１、光無効時間でのＤＭＤ入射輝度をL２、ＤＭＤのオン時の反射率をRon、オフ時の反射率をRoffとすると、次式が成立する。
Lmax・（T1＋T2）＝L1・T1・Ron＋L2・T2・Roff
Lmin・（T1＋T2）＝L1・T1・Roff＋L2・T2・Roff
コントラスト比＝Lmax/Lmin：１
まず、比較の前提として、両装置ともにＤＭＤのオン時の反射率を90％、オフ時の反射率を0.1％とし、T1を75％、T2を25％とする。
従来の装置では、P＝P１=P2なので、L＝L1=L2である。ここで、Lは１フレームで平均したＤＭＤへの入射輝度である。最大輝度、最小輝度、コントラスト比は以下のようになる。
Lmax＝L・0.75・0.9＋L・0.25・0.001＝0.675・L
Lmin＝L・0.75・0.001＋L・0.25・0.001＝0.001・L
コントラスト比＝675：１
【００１８】
これに対し、本発明装置において、もっとも極端な差のつけ方は、P1＝4/3・P、P2＝0の場合であり、この場合を想定すると、L1=4/3・L、L2＝0である。最大輝度、最小輝度、コントラスト比は以下のようになる。
Lmax＝4/3・L・0.75・0.9＝0.9・L
Lmin＝4/3・L・0.75・0.001＝0.001・L
コントラスト比＝900：１
よって、本発明装置は、従来の装置に対して、最大輝度で4/3倍、コントラスト比で4/3倍大きくなることが分かる。
以上のような構成によって、本発明によれば、光源の消費電力を大きくすることなく、最大輝度、コントラスト比を大きくすることが可能な投射型画像表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１を示す投射型画像表示装置のシステム図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるランプ点灯回路の回路図である。
【図３】本発明の実施の形態１におけるカラーホイールを示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１を示す１フレーム内のカラーホイールおよびランプへの供給電力波形の時間シーケンスを示す説明図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  画像データ、２  画像信号変調回路、３  ランプ点灯回路、４  ランプ、５  モータ駆動回路、６  カラーホイール、７  照明光学系、８  ＤＭＤ駆動回路、９  ＤＭＤ、１０  投射光学系、１１  スクリーン、１２  可視光線
31 ＤＣ電源、32  コントロールユニット、33  イグナイタ、34  ＤＣＤＣコンバータ、34a  スイッチ、34b  ダイオード、34c  リアクトル、34d  コンデンサ、35  インバータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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