(57)【要約】投影表示システムの光源として使える、三原色赤、緑、青のような所望の波長で発光するＬＥＤまたはレーザ・ダイオード、を駆動する回路が提供される。表示装置は、制御信号を用いてＬＥＤ回路の各色ＬＥＤの１つまたは複数の直並列アレイを制御して、パーソナル・コンピュータのような画像データ源から受け取られる画像データと光源の色出力を同期させる。制御信号を電源および回路スイッチに送って同期を実現して、単経路システムの色出力を順序付けするか、または三経路システムの連続色出力を調整し、その結果、投影画像の輝度の減少が最小限になるかまたは無くなる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光デバイス（ＬＥＤ）のアレイを駆動させるための回路であって、
第１の発光時間フレーム中に第１の波長を有する第１の光を生成する第１の組の直列接続されたＬＥＤと、
第２の発光時間フレーム中に前記第１の波長と異なる第２の波長を有する第２の光を生成する第２の組の直列接続されたＬＥＤと、
前記第１および第２の組のＬＥＤに共用電流源を供給する電源と、
前記第１の組のＬＥＤと直列に配列された第１のスイッチと、
前記第２の組のＬＥＤと直列に配列された第２のスイッチと、
前記電源に結合され、かつ前記第１および第２のスイッチに結合された表示制御器とを備え、前記表示制御器は第１および第２の色フレーム順次データに従ってそれぞれ第１および第２の制御信号を生成するように構成され、前記第１の制御信号が前記第１の発光時間フレーム中に前記第１の組のＬＥＤを駆動するように少なくとも前記電源または前記第１のスイッチに作用し、さらに、前記第２の制御信号が前記第２の発光時間フレーム中に前記第２の組のＬＥＤを駆動するように少なくとも前記電源または前記第２のスイッチに対して作用し、前記第１および第２の発光時間フレームが互いに連続している回路。
【請求項２】
さらに、
第３の発光時間フレーム中に前記第１および第２の波長と異なる第３の波長を有する第３の光を生成する第３の組の第３のＬＥＤと、
前記第３の組のＬＥＤに結合された第３のスイッチとを備え、
前記電源が、前記第３の組の第３のＬＥＤに前記共用電流源を供給し、さらに、
前記表示制御器が、第３の色フレーム順次データに従って第３の制御信号を生成するように構成され、前記第３の制御信号が前記第３の発光時間フレーム中に前記第３の組のＬＥＤを駆動するように少なくとも前記電源または前記第３のスイッチに対して作用し、前記第３の発光時間フレームが前記第１および第２の時間フレームと連続している請求項１に記載の回路。
【請求項３】
前記第１、第２、第３の組のＬＥＤが、それぞれ赤、緑、青の光を放射する請求項２に記載の回路。
【請求項４】
前記第１、第２、第３の組のＬＥＤが、それぞれ黄、水色、紫紅色の光を放射する請求項２に記載の回路。
【請求項５】
前記第１、第２、第３の組のＬＥＤが発光ダイオードである請求項２に記載の回路。
【請求項６】
前記第１、第２、第３の組のＬＥＤがレーザ・ダイオードである請求項２に記載の回路。
【請求項７】
前記表示制御器が、第１、第２、第３の組のＬＥＤの故障ＬＥＤを補償するためにそれぞれ前記第１、第２、第３のスイッチのうちの少なくとも１つに対して作用するように補償制御信号を生成する請求項２に記載の回路。
【請求項８】
前記第１、第２、第３の制御信号が、さらに、それぞれ前記第１、第２、第３の組のＬＥＤで放射される光の輝度を調整するように前記電流源の電流レベルに対して作用する請求項２に記載の回路。
【請求項９】
前記第１、第２、第３の組の直列接続されたＬＥＤのうちの少なくとも１組が、さらに、それぞれ少なくとも１組の直並列アレイのＬＥＤで構成される請求項２に記載の回路。
【請求項１０】
発光デバイス（ＬＥＤ）のアレイを駆動させるための回路であって、
第１の波長を有する第１の光を生成する第１の組の直列接続されたＬＥＤと、
前記第１の波長と異なる第２の波長を有する第２の光を生成する第２の組の直列接続されたＬＥＤと、
前記第１および第２の組のＬＥＤにそれぞれ第１および第２の電流を供給する電源と、
前記電源に結合された表示制御器とを備え、前記表示制御器は色フレーム・データに従ってそれぞれ第１および第２の制御信号を生成するように構成され、前記第１の制御信号が前記第１の組のＬＥＤを連続的に駆動するように前記第１の電流源に対して作用し、さらに、前記第２の制御信号が前記第２の組のＬＥＤを連続的に駆動するように前記第２の電流源に対して作用する回路。
【請求項１１】
さらに、
前記第１および第２の波長と異なる第３の波長を有する第３の光を生成する第３の組の直列接続された第３のＬＥＤを備え、
前記電源が、前記第３の組のＬＥＤに第３の電流源を供給し、さらに、
前記表示制御器が、さらに、前記色フレーム・データに従って第３の制御信号を生成するように構成され、前記第３の制御信号が前記第１の組のＬＥＤを連続的に駆動するように前記第３の電流源に対して作用する請求項１０に記載の回路。
【請求項１２】
前記第１、第２、第３の制御信号が、それぞれ、前記第１、第２、第３の光の輝度を調整するように前記第１、第２、第３の電流源の第１、第２、第３の電流レベルに対して作用する請求項１１に記載の回路。
【請求項１３】
前記第１、第２、第３の組のＬＥＤが、それぞれ赤、緑、青の光を放射する請求項１１に記載の回路。
【請求項１４】
前記第１、第２、第３の組のＬＥＤが、それぞれ黄、水色、紫紅色の光を放射する請求項１１に記載の回路。
【請求項１５】
前記第１、第２、第３の組のＬＥＤが発光ダイオードである請求項１１に記載の回路。
【請求項１６】
前記第１、第２、第３の組のＬＥＤがレーザ・ダイオードである請求項１１に記載の回路。
【請求項１７】
前記第１、第２、第３の電流源の電流レベルが、それぞれ前記第１、第２、第３の組のＬＥＤで放射される光の輝度に対応する請求項１１に記載の回路。
【請求項１８】
前記第１、第２、第３の組の直列接続されたＬＥＤのうちの少なくとも１組が、さらに、それぞれ少なくとも１組の直並列アレイのＬＥＤからなる請求項１１に記載の回路。
【請求項１９】
発光デバイス（ＬＥＤ）のアレイを駆動させるための回路であって、
第１の発光時間フレーム中に第１の組の直列接続されたＬＥＤから第１の波長を有する第１の光を生成するための手段と、
第２の発光時間フレーム中に第２の組の直列接続されたＬＥＤから前記第１の波長と異なる第２の波長を有する第２の光を生成するための手段と、
電源から前記第１および第２の組のＬＥＤに共用電流源を供給するための手段と、
前記第１の組のＬＥＤと直列に第１のスイッチを配列するための手段と、
前記第２の組のＬＥＤと直列に第２のスイッチを配列するための手段と、
前記電源および前記第１および第２のスイッチに表示制御器を結合するための手段とを備え、前記表示制御器は第１および第２の色フレーム順次データに従ってそれぞれ第１および第２の制御信号を生成する手段を有し、前記第１の制御信号が前記第１の発光時間フレーム中に前記第１の組のＬＥＤを駆動するように少なくとも前記電源または前記第１のスイッチに対して作用し、さらに、前記第２の制御信号が前記第２の発光時間フレーム中に前記第２の組のＬＥＤを駆動するように少なくとも前記電源または前記第２のスイッチに対して作用する回路。
【請求項２０】
さらに、
第３の発光時間フレーム中に第３の組の第３のＬＥＤから前記第１および第２の波長と異なる第３の波長を有する第３の光を生成するための手段と、
前記第３の組のＬＥＤに第３のスイッチを結合するための手段と
前記電源から前記第３の組のＬＥＤに前記共用電流源を供給するための手段とを備え、
前記表示制御器が、さらに、第３の色フレーム順次データに従って第３の制御信号を生成する手段を有し、前記第３の制御信号が前記第３の発光時間フレーム中に前記第３の組のＬＥＤを駆動するように少なくとも前記電源または前記第３のスイッチに対して作用する請求項１９に記載の回路。
【請求項２１】
発光デバイス（ＬＥＤ）のアレイを駆動させるための回路であって、
第１の組の直列接続されたＬＥＤから第１の波長を有する第１の光を生成するための手段と、
第２の組の直列接続されたＬＥＤから前記第１の波長と異なる第２の波長を有する第２の光を生成するための手段と、
電源から前記第１および第２の組のＬＥＤにそれぞれ第１および第２の電流源を供給するための手段と、
前記電源に表示制御器を結合するための手段とを備え、前記表示制御器は色フレーム・データに従ってそれぞれ第１および第２の制御信号を生成する手段を有し、前記第１の制御信号が前記第１の組のＬＥＤを連続的に駆動するように前記第１の電流源に対して作用し、さらに、前記第２の制御信号が前記第２の組のＬＥＤを連続的に駆動するように前記第２の電流源に対して作用する回路。
【請求項２２】
さらに、
第３の組の直列接続されたＬＥＤから前記第１および第２の波長と異なる第３の波長を有する第３の光を生成するための手段と、
前記電源から前記第３の組のＬＥＤに第３の電流源を供給するための手段とを備え、
前記表示制御器が、さらに、前記色フレーム・データに従って第３の制御信号を生成する手段を有し、前記第３の制御信号が前記第１の組のＬＥＤを連続的に駆動するように前記第３の電流源に対して作用する請求項２１に記載の回路。
【請求項２３】
投影表示システムの発光デバイス（ＬＥＤ）のアレイを駆動させる方法であって、
撮像デバイスを駆動するためにそれぞれの第１および第２の色の一連の画像データのフレームを受け取るステップと、
前記それぞれの第１および第２の色の一連の画像データのフレームに従って第１および第２の制御信号を生成するステップと、
前記第１の制御信号に応答して第１の発光時間フレーム中に第１のＬＥＤ色チャネルから第１の波長を有する第１の光を生成するステップと、
前記第２の制御信号に応答して第２の発光時間フレーム中に第２のＬＥＤ色チャネルから第２の波長を有する第２の光を生成するステップと、
前記第１および第２の光を前記撮像デバイスに伝えるステップとを含む方法。
【請求項２４】
さらに、
前記撮像デバイスを駆動するためにそれぞれの第３の色の一連の画像データのフレームを受け取るステップと、
前記それぞれの第３の色の一連の画像データのフレームに従って第３の制御信号を生成するステップと、
前記第３の制御信号に応答して第３の発光時間フレーム中に第３のＬＥＤ色チャネルから第３の波長を有する第３の光を生成するステップと、
前記第３の光を前記撮像デバイスに伝えるステップとを含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１、第２、第３のＬＥＤ色チャネルが、それぞれ赤、緑、青の光を放射する請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１、第２、第３のＬＥＤ色チャネルが、それぞれ黄、水色、紫紅色の光を放射する請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記第１、第２、第３の制御信号が、それぞれ、前記第１、第２、第３の光を順に生成するように、前記第１、第２、第３のＬＥＤ色チャネルに結合された電源に対して作用する請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１、第２、第３の制御信号が、それぞれ、前記第１、第２、第３の光を順に生成するように、前記第１、第２、第３のＬＥＤ色チャネルに結合された第１、第２、第３のスイッチに対して作用する請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
前記第１、第２、第３のＬＥＤ色チャネルが、複数の直並列アレイの発光ダイオードのうちの少なくとも１つアレイを備える請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１、第２、第３のＬＥＤ色チャネルが、複数の直並列アレイのレーザ・ダイオードのうちの少なくとも１つアレイを備える請求項２３に記載の方法。
【請求項３１】
前記第１、第２、第３のＬＥＤ色チャネルのうちの少なくとも１つの故障ＬＥＤを補償するために、前記電源に対して作用するように、補償制御信号を生成することをさらに含む請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】
前記第１、第２、第３のＬＥＤ色チャネルのうちの少なくとも１つの故障ＬＥＤを補償するために、前記第１、第２、第３のスイッチのうちの少なくとも１つに対して作用するように、補償制御信号を生成することをさらに含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３３】
前記撮像デバイスが、ＤＭＤ、ＬＣＯＳ、またはＬＣＤを備える請求項２３に記載の方法。
【請求項３４】
投影表示システムの発光デバイス（ＬＥＤ）のアレイを駆動させる方法であって、
それぞれの第１および第２の撮像デバイスを駆動するためにそれぞれの第１および第２の色データを受け取るステップと、
前記それぞれの第１および第２の色データに従って第１および第２の制御信号を生成するステップと、
前記第１の制御信号に応答して第１の発光時間フレーム中に第１のＬＥＤ色チャネルから第１の波長を有する第１の光を生成するステップと、
前記第２の制御信号に応答して第２の発光時間フレーム中に第２のＬＥＤ色チャネルから第２の波長を有する第２の光を生成するステップと、
前記第１および第２の光を前記それぞれの第１および第２の撮像デバイスに伝えるステップとを含む方法。
【請求項３５】
さらに、
それぞれの第３の撮像デバイスを駆動するために第３の色データを受け取るステップと、
前記第３の色データに従って第３の制御信号を生成するステップと、
前記第３の制御信号に応答して第３の発光時間フレーム中に第３のＬＥＤ色チャネルから第３の波長を有する第３の光を生成するステップと、
前記第３の光を前記それぞれの第３の撮像デバイスに伝えるステップとを含む請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記第１、第２、第３のＬＥＤ色チャネルが、それぞれ赤、緑、青の光を放射する請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記第１、第２、第３のＬＥＤ色チャネルが、それぞれ黄、水色、紫紅色の光を放射する請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
前記第１、第２、第３の制御信号が、それぞれ、前記第１、第２、第３の光を連続的に生成するように、前記第１、第２、第３のＬＥＤ色チャネルに結合された第１、第２、第３の電流源に対して作用する請求項３５に記載の方法。
【請求項３９】
前記第１、第２、第３の制御信号が、さらに、それぞれ、前記第１、第２、第３の光の輝度を調整するために、前記第１、第２、第３の電流源の各々の電流レベルを調整するように作用する請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記第１、第２、第３のＬＥＤ色チャネルが、複数の直並列アレイの発光ダイオードのうちの少なくとも１つアレイで構成される請求項３５に記載の方法。
【請求項４１】
前記第１、第２、第３のＬＥＤ色チャネルが、複数の直並列アレイのレーザ・ダイオードのうちの少なくとも１つアレイで構成される請求項３５に記載の方法。
【請求項４２】
前記第１、第２、第３のＬＥＤ色チャネルのうちの少なくとも１つの故障ＬＥＤを補償するために、前記第１、第２、第３の電流源のうちの少なくとも１つに対して作用するように、補償制御信号を生成することをさらに含む請求項３８に記載の方法。
【請求項４３】
前記撮像デバイスがＤＭＤ、ＬＣＯＳ、またはＬＣＤを備える請求項３５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像投影表示装置に関し、より詳細には、そのような表示装置の光路で使用されるＬＥＤ光源を駆動する回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
投影装置は、長年にわたって、スクリーン上に動画および静止画を投影するように使用されてきた。極最近、販売の宣伝、ビジネスの会合、および教室での教育を行うために、マルチメディア投影システムを使用するプレゼンテーションが普及してきた。マルチメディア投影システムは、一般的な動作モードでは、パーソナル・コンピュータ（「ＰＣ」）からアナログ・ビデオ信号を受け取る。ビデオ信号は、ＰＣによって描かれる静止表示画像、部分動画または完全動画の表示画像を表現することができる。アナログ・ビデオ信号は、一般に、投影システムでディジタル・ビデオ信号に変換され、このディジタル・ビデオ信号が、液晶表示装置（「ＬＣＤ」）またはディジタル・マイクロミラー・デバイス（「ＤＭＤ」）のような画像形成デバイスを制御するために、電子的に条件付けされ、かつ処理される。
【０００３】
一般的な型のマルチメディア投影システムでは、画像を表示スクリーンに投影するために、画像形成デバイスの上流側や下流側で広いスペクトルの光源および光路部品が使用される。ＤＭＤに基づいたマルチメディア投影機の例は、本出願の譲受人である、オレゴン州、ＷｉｌｓｏｎｖｉｌｌｅのＩｎ  Ｆｏｃｕｓ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｉｎｃ．で製造されたモデルＬＰ４２０である。
【０００４】
明るくて高品質の色画像を生成する投影機を開発することにかなりの努力が注がれた。しかし、従来の投影機の光学的な性能は満足のいくものとは言えないことが多い。例えば、特に、小型の携帯型カラー投影機を明るくした部屋で使用するとき、投影画像の適切な輝度を実現することは困難である。投影機では、一般に、光源として高輝度アーク・ランプが使用されるが、青と緑と赤の光を除いて全ての光はフィルタ除去される。この青、緑、赤の光は、３つの別個の光路に沿って、またはある形の順次式色変調器を使用して、光学的に移送される。ＬＣＤ表示装置は光減衰が大きく、さらに３経路の色光路は重くて図体が大きいので、携帯型マルチメディア投影機では、一般に、単一光路構成のＤＭＤ表示装置が使用される。この構成を用いた投影色画像の生成では、色画像データを調整するために、一般に、色ホイール（ｃｏｌｏｒ  ｗｈｅｅｌ）のような順次式色変調器を通してフレーム順の画像を投影することが必要になる。
【０００５】
図１は、一般的な従来技術のフレーム順次式色（ＦＳＣ）表示システム１０を示し、このシステムでは、センサ１２がタイミング・マーク１４を感知して、赤、緑、青のそれぞれのフィルタ・セグメントＲ、Ｇ、Ｂを有する色ホイール１８を回転させるモータ１６の予め定めてある色指標位置を検出する。光源２０は、色ホイール１８やリレー・レンズ２４を通して光ビーム２２を、ＬＣＤベースの光バルブまたはＤＭＤのような表示デバイス２６に投影する。表示制御器（図示しない）は、赤、緑、青の順次画像データを用いて表示デバイス２６を駆動する。この赤、緑、青の順次画像データのタイミングは、色ホイール１８のそれぞれのフィルタ・セグメントＲ、Ｇ、Ｂを通過する光ビームの伝搬と一致するように調節される。ＤＣモータが色ホイール１８を約６，６５０ｒｐｍから７，５００ｒｐｍまでの範囲で回転させる。ＦＳＣ表示システムの動作の成功は、赤、緑、青の画像データを色ホイール１８の角度位置に適切に同期させることに依存している。
【０００６】
センサ１２は、一般に、光電気または電気機械軸位置検出器、またはモータ電機子の位置検出器を採用して、通常、タイミング・マーク１４をフィルタ・セグメントのうちの１つの始まりに位置合わせする手段が必要である。この位置合せは、一般に、モータ１６とフィルタ・セグメントＲ、Ｇ、Ｂの機械的取り付けとの間の角度差を埋め合わせる、高価でかつ誤差が起きやすい機械的な調整である。もちろん、センサ１２に関連した電気的または機械的遅延はさらに位置合せ誤差の一因となる。この累積角度誤差によって、赤、緑、青の画像データと色ホイール１８の角度位置の間に、同期誤差の可能性、すなわち従来技術の投影機が表示制御器の電子回路にタイミング・デューティ・サイクルを組み込んで回避した可能性が生じる。
【０００７】
タイミング・デューティ・サイクルは、光ビーム２２がそれぞれのフィルタ・セグメントＲ、Ｇ、Ｂの各々を通って伝搬する時間のほんの一部の間に、赤、緑、青の画像データで表示デバイス２６を駆動する。これによって、表示デバイス２６に不適切な色の光を与えることがなくなる。例えば、タイミング・デューティ・サイクルは、一定の大きさのフィルタ・セグメントを有する従来技術の色ホイールの要求に応じて色および輝度を変えるために、ＤＭＤデバイスへの順次画像をブランキングすることができる。残念なことに、タイミング・デューティ・サイクルで、各色を表示するために使用できる照明の総量が減少し、これによって、今度は、表示される色画像の輝度が減少する。さらに、色ホイール１８およびこれに関連したモータは重くて騒がしい。
【０００８】
別の方法は、投影表示システムの光源として発光デバイス（ＬＥＤ）のアレイを使用することである。ＬＥＤ光源の使用によって、色ホイール・システムにとって本質的なものである機械的、光学的、および電気的な回転タイミング誤差は実質的に無くなる。このＬＥＤ光源の使用は、Ｆｒｅｄ  Ｐａｒｋｅｒ  ｅｔ  ａｌ．による「Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ  ＬＥＤ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｏｕｒｃｅｓ  ｆｏｒ  ａ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ」という名称の一般に譲渡された同時係属特許出願、出願番号第            号に記載されている。この出願の内容を、参照して本明細書に組み込む。
【０００９】
ＬＥＤは、広帯域光源から不要な波長をフィルタ除去するのではなく、三原色赤、緑、青のような所望の波長を放射する。そのために、投影表示システムの光源としてＬＥＤを使用することで、色ホイール、色ホイール・モータ、またはビーム・スプリッタの必要性が無くなる。さらに、ＬＥＤは、長寿命であり、水銀含有高輝度放電（ＨＩＤ）ランプよりも熱および環境の問題が少なく、さらに、三原色性に優れ、かつ故障ＬＥＤダイに対する冗長性がより優れている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ＬＥＤアレイを駆動させる回路は、当技術分野では知られている。例えば、交通信号表示にＬＥＤを後付けする際に使用するＬＥＤアレイ回路は、米国特許第５，９３６，５９９号に開示されている。しかし、簡単な静止像を表示する交通信号におけるＬＥＤアレイ回路では、投影表示システムに適した光を生成するための複雑な順序付けおよび制御の要求条件に対処できない。したがって、必要なものは、複雑で動的な多色画像を表示するＬＥＤアレイを駆動させることができる投影表示システム用のＬＥＤアレイ回路である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様は、投影表示システムの光源として使える三原色赤、緑、青のような所望の波長で発光するＬＥＤを駆動させる回路を提供する。ＬＥＤ回路は、各色のＬＥＤの１つまたは複数の直並列アレイを含む。このアレイは色チャネルとも呼ばれる。表示制御器は、パーソナル・コンピュータのような画像データ源から受け取った画像データと各色チャネルの色出力を同期させる。電流経路、電流源および／または色チャネルを流れる電流レベルを電子的に調整して同期を実現させ、その結果、光源の輝度が減少することはない。１つまたは複数のＬＥＤまたは色チャネルの故障を補償するように、電流経路、電流源、および／または電流レベルのさらなる調整に対処するために、冗長ＬＥＤおよび／または色チャネルが設けられる。
【００１２】
単経路の実施形態では、各色チャネルから放射された光は、単一の光路に沿って順次伝搬され、光統合器の中で混合される。表示制御器は、１つまたは複数の色チャネルを活動化させるように回路の電流経路を調整しながら、制御信号を順次使用して各色チャネルの出力を同期させて、全てのチャネルに対して単一かつ一定の電流源および電流レベルを維持する。
【００１３】
複数経路の実施態様では、各色チャネルから放射される光は、個別のそれぞれの光路に沿って同時に伝搬され、それから、光統合器および結合器の中で混合されて合成像を形成する。表示制御器は、各色チャネルの別々の電流源を同時に使用し、各電流源の電流レベルを調整して、各色チャネルの出力を同期させる。
【００１４】
本発明の他の態様に従って、前述および他の方法を実施する装置が提供される。
【本発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、添付の図面に示す例示の実施形態として、制限としてではなく、説明する。図面において、同様な参照は同様な要素を示す。
【００１６】
図２は、本発明のマルチメディア投影機３０の単経路の実施形態を示し、この投影機３０では、２以上の異なる波長の、複数の比較的単色性の光源３２が使用される。光源３２は、発光デバイス（ＬＥＤ）またはＬＥＤアレイであり、電源３４から電力が供給されるＬＥＤ回路２００によって駆動される。ＬＥＤは好ましくは発光ダイオードまたはレーザ・ダイオードであるが、ＬＥＤ回路２００で駆動されたときに発光することができる任意のデバイスであることができる。光源３２から放射される光は、光経路３６の別々の部分および共通部分に沿って伝搬する。この光経路は、光透過ガイド３８、光統合器４０、１つまたは複数の光路レンズ４２、表示デバイス４４、投影レンズ群４６、および当業者に知られている様々な他の部品を含むことができる。
【００１７】
表示デバイス４４は、好ましくは、ディジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）であるが、代替えとして、反射型液晶オン半導体（ＬＣＯＳ）アレイ・デバイスまたはＬＣＤ光バルブであってもよい。投影レンズ群４６は、好ましくは、固定焦点距離レンズを含むが、可変焦点レンズすなわちズーム・レンズを含むこともできる。光部品は、好ましくは、機械的に剛性で熱を放散する投影機ハウジング（図示しない）の内部のマグネシウム・ダイキャスト光学フレーム４８（その一部分だけを示す）で一緒に保持される。そのようなフレームやハウジングは、当業者にはよく知られており、光学部品を冷却するための冷却ファン５０（図７）を格納し、冷却空気の流れ５２を容易にするように構成することができる。また、電源３４を使用して、冷却ファン５０や表示制御器５６に電力を供給することができる。
【００１８】
表示制御器５６は、パーソナル・コンピュータまたはビデオ・デバイスのようなマルチメディア・デバイス５８から色画像データを受け取ることができるマイクロプロセッサを含み、画像データを処理してフレーム順の赤、緑、青の画像データにし、この画像データの一連のフレームは、ＬＥＤ回路２００または電源３４に送られる制御信号と適切に同期した状態で表示デバイス４４に伝えられて、対応する色を発光する光源３２を活動化しかつ制御する。
【００１９】
表示デバイス４４がＤＭＤである場合、表示制御器５６は、表示デバイス４４のディジタル的に振れるミラーの高密度アレイを制御し、その結果、レンズ４２から伝搬する光が、投影レンズ４６に向かってか、または光学フレーム４８の表面またはその近くに取り付けられた光吸収表面６０に向かってか、いずれかに向かってアレイ中の各ミラーで選択的に反射させられる。ＯＮ方向に向けられた表示デバイス４４のミラーで反射する光は、表示用の投影レンズ４６を通ってスクリーン（図示しない）に伝搬し、ＯＦＦ方向に向けられた表示デバイス４４のミラーで反射する光は光吸収表面６０で吸収される。
【００２０】
ＤＭＤ４４は、好ましくは、アルミニウムの微小な機械的ミラーの長方形アレイで構成されたＴｅｘａｓ  ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓのＭｏｄｅｌ  ＤＭＤ１０７６空間光変調器であり、この各々のミラーは、蝶番式に取り付けられた対角線軸のまわりに、例えば±１０度以上の角度で個々に振らすことができる。基礎をなすアドレス指定回路のメモリ内容およびミラー・リセット信号を変えることで、ミラーの振れ角（正か負かの）は個々に制御される。
【００２１】
表示デバイス４４が例えば透過型ＬＣＤであれば、光路３６は、曲がることなく、ＬＣＤを通過し、さらに投影レンズ４６をまっすぐに通って伝搬する。表示デバイス４４が透過型ＬＣＤである場合、光透過ガイド３８からの光は、最初に、ＬＣＤ４４の一部である偏光子で偏光されて、選択された通過方向を有する光を生成する。その偏光された光は、ＬＣＤ４４のピクセルの情報パターンで変調される。完全に不活性なピクセルは偏光された光を９０°だけ回転させ、完全に活性なピクセルは回転することなく偏光された光を通過させる。次に、変調された光は、完全に活性化されたピクセルの回転された光を阻止し、かつ完全に不活性なピクセルの回転されない光を通過させる前面偏光子（検光子）を通過する。変調された光は、特に不活性ピクセルを通過する光は、見るための投影レンズ４６を通って送られる。
【００２２】
当業者は理解するであろうが、様々なＬＣＤパネルが市販されており、本発明で使用できる異なった偏光方式を使用するものもある。図２では、ＬＣＤ４４は反射型ＬＣＤであり、図７では、ＬＣＤ４４は、型番ＬＣＸ０１７ＡＬでＳｏｎｙ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ，Ｉｎｃ．によって製造されているＸＧＡ解像度のＬＣＤのような透過型ＬＣＤである。
【００２３】
図３に示す実施形態では、光源３２は、基板７４に複数のＬＥＤアレイ７０の複数のＬＥＤ７２からなり、さらに光透過ガイド３８は光ファイバ７６からなる。光源３２は、本発明の原理から逸脱することなく、複数のＬＥＤアレイ７０として複数のレーザ・ダイオードのアレイを備えることもできる。光ファイバ７６の端部は、カバー板８０の穴７８により予め定めた位置に保持され、この穴を通って延び、ＬＥＤ７２に１対１の関係で結合される。この実施形態で、ＬＥＤ７２および穴７８は行８２と列８４に整列されている。
【００２４】
一実施形態では、光源３２は複数のＬＥＤアレイ７０を含み、このＬＥＤアレイは、約２００ワットを供給されたとき、各々、約３０％〜５０％の効率で、加法混色三原色波長すなわち赤、緑、青のうちの１つで発光する。例えば、青のＬＥＤ７２ｂはＨｅｗｌｅｔｔ  Ｐａｃｋａｒｄ（ＨＰ）で製造されるＨＰＷＬシリーズでよく、これは４５５〜４８５ｎｍの波長範囲で４．１ルーメン／ワットを放射する。同様に、緑のＬＥＤ７２ｇは、同じくＨＰで製造されるＨＰＷＬシリーズでよく、これは５１５〜５４５ｎｍの波長範囲で１１．６ルーメン／ワットを放射する。赤のＬＥＤ７２ｒは、同じくＨＰで製造されるＨＰＷＬシリーズでよく、これは６１０〜６５０ｎｍの波長範囲で１１ルーメン／ワットを放射する。当業者は理解するであろうが、より高い効率を有するより優れたＬＥＤが開発完成されるので、より明るいＬＥＤが好ましいであろう。ＬＥＤ７２は、熱をよく放散するように、間隔を空けて配置することができる。また、当業者は理解するであろうが、ＬＥＤアレイ７０は、レーザ・ダイオードの側面発光バーを含むことができる。
【００２５】
例えば黄、水色、または白のような他のＬＥＤ発光波長を、追加的に、または代替え的に使用することができる。紫紅色ＬＥＤは現在存在しないが、赤ＬＥＤ７２ｒと青ＬＥＤ７２ｂの組合せで紫紅色を作ることができる。便宜上、白は単色または色の組合せであると考えることができる。一実施形態では、ＬＥＤアレイ７０を１８本の光ファイバ７６に取り付け、この光ファイバ７６を、５６ｍｍ2より小さな累積出力面積を持つ１つまたは複数の光ファイバ束８６にまとめる。このように、ＬＥＤアレイ７０は、それぞれの光ファイバ束８６の出力面積よりも大きな面積の基板表面１１４を有するので、ファイバ束の出力面積から出る光は、ＬＥＤアレイ７０の表面１１４から放射される光よりも強い（かつ温度がより低い）。同じく当業者は理解するであろうが、単一のＬＥＤアレイ７０は、全て同一波長を放射するＬＥＤを含むことができ、または、図３に実際に示すように異なる波長のＬＥＤ７２ｂ、７２ｇおよび／または７２ｒの行８２、列８４、またはグループ分けを有することができる。さらに当業者は理解するであろうが、発光強度特性、熱放散特性、および製造コストは、また、ＬＥＤ７２の間隔および大きさ、および／または使用されるＬＥＤアレイ７０の大きさおよび数を決定する際に役割を果たす。
【００２６】
図４は、それぞれの赤、緑、青の発光波長を有する単色ＬＥＤアレイ７０ｒ、７０ｇ、７０ｂを使用する単経路投影機３０の一実施形態を示す。各々の同様な色ＬＥＤ７２、ＬＥＤアレイ７０、またはＬＥＤアレイ７０のグループからの光ファイバ７６は、共通ファイバ束８６に束ねることができ、さらに、このファイバ束８６を後で光統合器４０に結合させることができる。再び図２および４を参照すると、異なる色の光は、単経路システムの表示デバイス４４に、または表示デバイス４４を通って伝搬する前に、共通の光統合器にまとめられる。表示制御器５６は、フレーム順のやり方で、ＬＥＤ回路２００／２２０および電源３４に向けて制御信号を生成して（図５および６でより詳細に説明するように）、同様な色ＬＥＤ７２のグループのＯＮおよびＯＦＦを、パーソナル・コンピュータ５８からの色画像データと同期させる。ＬＥＤ照光単経路投影機３０は、軽量で、簡単で、明るく、かつ安価なマルチメディア投影システムを提供する。図３に関連して上で述べたように、様々なＬＥＤ色オプションを使用することができる。さらに、加法混色ＬＥＤアレイまたは、ＨＩＤまたはアーク・ランプのような他の白色光源からの白色光を、異なる色時間フレームで使用することができ、または他の色を使用するフレームに選択的に追加することができる。代わるべきものとして、または追加して、ＬＥＤアレイ７０ｒ、７０ｇ、７０ｂを同時に使用して白色時間フレームを作ることができる。
【００２７】
図５は、図４に示す単経路の実施形態のＬＥＤアレイ７０ｒ、７０ｇ、７０ｂを駆動するために使用されるＬＥＤ回路２００の一実施形態を示す。図示のように、ＬＥＤ回路２００はＬＥＤ７２を含み、ここでは、同様に各色ＬＥＤ７２ｒ、７２ｇ、７２ｂは、色ごとの色チャネル２０４ｒ、２０４ｇ、２０４ｂを形成するように直列に配列されている。表示制御器５６は、パーソナル・コンピュータ５８からのフレーム順次式色画像データの順序に対応する順に、制御電源３４に向けて制御信号２０２を生成する。この制御電源３４はＬＥＤ回路２００の電流源２０６に電力を供給する。制御信号２０２は、電源３４が電流源２０６への電力をＯＮまたはＯＦＦするように動作する。電流源２０６への電力がＯＦＦであるとき、ＬＥＤはＯＦＦになり（すなわち、発光しない）、電流源２０６への電力がＯＮであるとき、ＬＥＤはＯＮになる（すなわち、発光する）。制御信号はまた、電源３４が電流源２０６への電力を調整して電流レベル２１０を変えるように動作することができる。電流レベル２１０が高いほど、ＬＥＤは明るく発光し、電流レベルが低いほどＬＥＤは暗く発光する。
【００２８】
代わるべきものとして、または追加して、表示制御器５６は、同じく、パーソナル・コンピュータ５８からのフレーム順次式色画像データの順序に対応する順で、制御スイッチＳＷ＿Ｒ２０８ｒ、ＳＷ＿Ｇ２０８ｇ、およびＳＷ＿Ｂ２０８ｂに向けて制御信号２０２を生成する。スイッチ２０８がＯＰＥＮの位置にあるとき電流経路２１２は遮断され、対応する色チャネル２０４およびＬＥＤ７２がＯＦＦになり（すなわち、発光しない）、スイッチ２０８がＣＬＯＳＥＤの位置にあるとき電流経路２１２は回復され、対応する色チャネル２０４およびＬＥＤ７２がＯＮされる（すなわち、発光する）。
【００２９】
一定の大きさの色セグメントを有する従来技術の色ホイール表示システムと違って、ＬＥＤ回路２００では、表示デバイス４４の一連の画像をブランキングして色または色の輝度を変える必要がないので、光源３２の限度一杯の輝度が可能になる。その結果として、表示制御器５６は、一定の電流源２０６および一定の発光を維持して、表示デバイス４４にフルタイムのデューティ・サイクルを与えることができる。さらに、固定電圧と抵抗に依拠して異なる色ＬＥＤのために電圧を落とすのではなく（この方法は電力の使用効率が悪い）、ＬＥＤ回路２００によって、異なる色ＬＥＤ７２が異なる電圧降下を持つことが可能になることで、より小さな電力消費が可能になる。特に、表示制御器５６は、電源３４およびスイッチ２０８に向けて制御信号２０２を生成して、異なる色ＬＥＤ７２の異なる電圧要求に対処するように色チャネル２０４を通る電流経路２１２と連係して電流レベル２１０を調整する。
【００３０】
図６は、図４に示す単経路の実施形態のＬＥＤアレイ７０ｒ、７０ｇ、７０ｂを駆動するために使用されるＬＥＤ回路２２０の他の実施形態を示す。図５のＬＥＤ回路２００と同様に、図６のＬＥＤ回路２２０はＬＥＤ７２を含む。ここでは、同様に各色ＬＥＤ７２ｒ、７２ｇ、７２ｂは、色ごとの色チャネル２０４ｒ、２０４ｇ、２０４ｂを形成するように直並列アレイの様々な組合せで配列される。表示制御器は、図５のＬＥＤ回路と同様な方法で電源３４およびスイッチ２０８に向けて制御信号２０２を生成する。表示制御器５６は、光源３２で放射される最終混合白色点の色を調整するように、各色チャネルの光出力を一定電流源２０６と調和させる。表示制御器５６は、スイッチ２０８に向けて制御信号２０２を生成して電流経路２１２を変え、それによって、ある特定の色に対して活動化されるまたは非活動化される（すなわち、ＯＮまたはＯＦＦされる）ＬＥＤ７２の数を変えて、各色チャネルの光出力を調和させる。
【００３１】
一実施形態では、各色ＬＥＤの直並列アレイの組合せによって冗長性が与えられ、その結果、特定の色の１つまたは複数のＬＥＤ７２またはチャネル２０４が故障したとき、他のＬＥＤまたはチャネルが依然として使用可能になる。表示制御器５６は、電源３４およびスイッチ２０８に向けて適切な制御信号を生成して光源３２で発光される色を再平衡させるように、色チャネル２０４の各々のデューティ・サイクルを調整する。
【００３２】
図７は、別個のそれぞれの光路３６ｒ、３６ｇ、３６ｂに沿って伝搬する光を放射する単色ＬＥＤアレイ７０ｒ、７０ｇ、７０ｂを使用する三経路投影機１２０の実施形態を示し、それぞれのファイバ束８６ｒ、８６ｇ、８６ｂを通ってそれぞれの別個の光パイプ統合器４０に伝搬すること、および好ましくはＬＣＤであるそれぞれの表示デバイス４４ｒ、４４ｇ、４４ｂを通って伝搬することを含む。光路３６ｒ、３６ｇ、３６ｂは光結合器１２２に集まる。この光結合器１２２は、レンズ４２、４６に合成像を送る。表示制御器５６は、ＬＥＤ回路２４０および電源３４に向けて制御信号を生成して、同様な色ＬＥＤ７２のグループの連続した光出力を、パーソナル・コンピュータ５８からの色画像データと同期させる（図８でより詳細に説明するように）。単経路の実施形態におけるように、様々なＬＥＤの色オプションを使用することができる。さらに、加法混合ＬＥＤアレイまたは、ＨＩＤまたはアーク・ランプのような他の白色光源からの白色光は、結合器１２２の第４の側面に入力して輝度を高めることができ、さらに、表示デバイス４４で、または表示デバイスなしで使用できる。
【００３３】
図８は、図７に示す三経路の実施形態のＬＥＤアレイ７０ｒ、７０ｇ、７０ｂを駆動するために使用されるＬＥＤ回路２４０の他の実施形態を示す。図５〜６のＬＥＤ回路２００、２２０と同様に、図８のＬＥＤ回路２４０はＬＥＤ７２を含み、ここで、例えば、同様に色ＬＥＤ７２ｒと７２ｇは直列に配列されて色チャネル２０４ｒと２０４ｇを形成し、同様に色ＬＥＤ７２ｂは直並列アレイに配列されて色チャネル２０４ｂを形成する。図８に示すもの以外にＬＥＤ７２の直列アレイと直並列アレイの様々な組合せを使用して、本発明の原理から逸脱することなく、または本発明の範囲を越えることなく、色チャネル２０４を形成することができる。
【００３４】
図７〜８に示す三経路の実施形態の１つの利点は、ＬＥＤアレイ７０ｒ、７０ｇ、７０ｂは常にオンのままであることができ、色フレーム同期を必要としないことである。代わりに、制御信号２０２を使用して、ＬＥＤ回路２４０の電源３４および各別個の電流源２０６の電流レベル２１０を制御し、表示制御器５６が、表示デバイス４４ｒ、４４ｇ、４４ｂに供給される連続した光出力を同期させる。表示デバイス４４ｒ、４４ｇ、４４ｂは、合成画像を生成するように、相互におよび結合器１２２に対して適切に方向付けされる。そのような画像は、各色が各画像フレームの時間の１／３だけ投影される単経路の実施形態よりも、約５０％明るい。
【００３５】
一実施形態では、各ＬＥＤアレイ７０は、電源３４を通して表示制御器５６で制御されるように別個の電流源２０６および電流レベル２１０で駆動される。表示制御器５６は、図５〜６に示すＬＥＤ回路２００、２２０と同様な方法で電源３４に向けて制御信号２０２を生成する。しかし、各色チャネル２０４の色出力を順次に調整する（すなわち、同様に色ＬＥＤのグループをＯＮおよびＯＦＦする）かわりに、ＬＥＤ回路２４０は、各個々のＬＥＤアレイの別個の電流源２０６の電流レベル２１０を同時に調整して各色チャネル２０４から望ましい連続色出力を実現する表示制御器５６を備える。このようにして、電源３４への制御信号２０２は、連続色出力の輝度または強度を調整し、ただ単に色をＯＮまたはＯＦＦするだけでないように動作する。
【００３６】
図７〜８に示す三経路の実施形態の他の利点は、ＬＣＤには、一部の色に対してより透過性が高いもの、または他のＬＣＤよりも優れた色出力を与えるものがあるので、異なる色フレームを変調するように、異なる型のＬＣＤが使用できることである。３つの色全てに対して適度な満足で動作する単一ＬＣＤを選択する必要がないので非常に有利である。図６のＬＥＤ回路２２０と同様に、ＬＥＤ回路２４０は、信頼性を向上するために、冗長ＬＥＤ７２、ＬＥＤアレイ７０の様々な組合せを備えることもできる。
【００３７】
ＬＥＤ回路２００、２２０、２４０の実施形態で使用される電流源は、線形モードで動作する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のような簡単な直列要素か、ＨＩＤ安定器にあるようなスイッチング・レギュレータ設計かのいずれかとすることができる。これらの型の電流源は当業者にはよく知られているので、本発明に関係する場合を除いて、これ以上には議論しない。
【００３８】
当業者は認めるであろうが、本発明の一部は、好ましい実施形態として以上で説明した実施形態と違ったように実施することができる。例えば、当業者は理解するであろうが、ＬＥＤ７２、ＬＥＤアレイ７０、光ファイバ７６、ファイバ束８６、反射鏡１００、集光器１０２、および統合器４０のここで説明した結合方式の数多くの変形体を、本発明の単経路投影システムか三経路投影システムかいずれかと共に使用することができる。特に、理解すべきことであるが、本発明の原理から逸脱することなく、または本発明の範囲を越えることなく、ＬＥＤ回路２００、２２０、２４０で色チャネル２０４を形成するように使用することができる、ＬＥＤ７２とＬＥＤの直並列アレイ７０の非常に多数の組合せがある。さらに理解すべきことであるが、本発明の原理から逸脱することなく、または本発明の範囲を越えることなく、発光ダイオードかレーザ・ダイオードかいずれかを同様なやり方で組み合わせ、ＬＥＤとして使用することができる。
【００３９】
さらに、本発明は、多くの異なる折り返し光路、異なる波長の光源、および、代替えの表示デバイス、表示制御器、およびＦＳＣデータ・フォーマットと共に使用するのに適している。したがって、理解されるであろうが、本発明は、マルチメディア投影機にあるもの以外の色同期の用途にも応用可能である。したがって、本発明の範囲は、次の特許請求の範囲によってのみ決定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】光電気的に感知されるタイミング・マークを有する色ホイールを使用する従来技術ＦＳＣ表示デバイスの動作原理を示す簡略化された実体図である。
【図２】マルチメディア投影機を示す簡略化された実体図および電気的なブロック図であり、本発明の実施形態に従ってＬＥＤ光源を使用する光路を示す。
【図３】本発明の実施形態に従って、カバー板を通して光ファイバに光学的に接続されたＬＥＤアレイ光源の部分分解組立正投影を示す図である。
【図４】複数のそれぞれのファイバ束を通して総合光パイプ統合器に光学的に接続された異なる発光波長の複数のＬＥＤアレイを使用する実施形態を示す部分模式化側面図である。
【図５】本発明の実施形態に従って、図４に示すＬＥＤアレイを駆動させるために使用されるＬＥＤ回路を示す簡略化された電気ブロック図である。
【図６】本発明の実施形態に従って、図４に示すＬＥＤアレイを駆動させるために使用される他のＬＥＤ回路を示す簡略化された電気ブロック図である。
【図７】複数のそれぞれのファイバ束を通して別個の光パイプ統合器に光学的に接続された異なる発光波長の複数のＬＥＤアレイを使用する実施形態を示す部分模式化側面図または平面図である。
【図８】図７に示すＬＥＤアレイを駆動させるために使用されるＬＥＤ回路の一実施形態を示す簡略化された電気ブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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