(57)【要約】【課題】蛍光体が劣化しても明るさを回復することを可能にした画像投射装置を提供する。【解決手段】原画像を形成する画像形成素子と、前記原画像を投射画像として被投射面上に結像させる投射光学系と、を有する画像投射装置であって、励起光を出射する光源部と、前記画像形成素子の入射側に設けられ、前記光源部からの励起光を受けて蛍光光を発する蛍光体と、前記蛍光体を駆動させる駆動部と、前記蛍光体の交換を検出する検出部と、前記検出部の出力に応じて、前記光源部および前記駆動部の少なくとも一方の制御を行う制御部と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原画像を形成する画像形成素子と、
前記原画像を投射画像として被投射面上に結像させる投射光学系と、
を有する画像投射装置であって、
励起光を出射する光源部と、
前記画像形成素子の入射側に設けられ、前記光源部からの励起光を受けて蛍光光を発する蛍光体と、
前記蛍光体を駆動させる駆動部と、
前記蛍光体の交換を検出する検出部と、
前記検出部の出力に応じて、前記光源部および前記駆動部の少なくとも一方の制御を行う制御部と、
を有することを特徴とする画像投射装置。
【請求項２】
前記検出部が、前記蛍光体が交換されたと検出した場合、交換された前記蛍光体に応じて、前記光源部および前記駆動部の少なくとも一方の制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
【請求項３】
前記蛍光体の識別情報を記憶する記憶部を有し、
前記検出部は前記識別情報を用いて前記蛍光体の交換を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の画像投射装置。
【請求項４】
前記記憶部には、前記駆動部の制御に関する情報、または前記光源部の出射制御に関する情報を記憶させることを特徴とする請求項３に記載の画像投射装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記蛍光体の交換により、前記投射光学系から出射する光の明るさが大きくなるように前記光源部を制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像投射装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記蛍光体の交換の前後で、前記投射光学系から出射する光の明るさの差が、規定値以上大きくならないように前記光源部を制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像投射装置。
【請求項７】
前記駆動部の制御は、前記蛍光体の回転数の制御であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像投射装置。
【請求項８】
前記蛍光体の種類を検出し、前記蛍光体の種類に応じて前記蛍光体の回転数を変更することを特徴とする請求項７に記載の画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交換可能な蛍光体を備える画像投射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）などの固体光源を光源として搭載した画像投射装置が発売されている。そして、近年ではＬＤの高輝度化に伴い、数千ルーメンの輝度を有する画像投射装置も見られるようになった。
【０００３】
このような固体光源を光源に採用することにより、一般的に搭載されている高圧水銀ランプに比べて、瞬時に所望の輝度に到達、短時間での点灯・消灯が可能、色域が広いなどの特徴に加え、水銀フリーである為に環境にも良いとされている。更に、光源の長寿命化においては、固体光源の輝度低下は高圧水銀ランプに比べて緩やかであることから、光源の温度上昇を抑制することによって、光源の寿命を数万時間にまで伸ばすことも可能となっている。
【０００４】
また、ＬＤを利用した高輝度の画像投射装置では、ＬＤを励起光として蛍光体に照射することにより蛍光光を出射させ、その光を光源光とすることが一般的である。しかしながら、蛍光体自体の効率があまり高くないこと、また励起光を集光させる為に輝度飽和が発生するなどにより、蛍光体での損失は大きい。そして、この損失は熱になり、蛍光体を劣化させる。
【０００５】
その為、蛍光体を円盤状のホイールに円形に塗布し、ホイールを回転させることにより熱や輝度飽和を分散させる手法が一般的となっているが、更なる蛍光体の長寿命化の為の技術も提案されている。即ち、蛍光体を塗布したホイールを、励起光の照射光軸方向と直交する方向に駆動させることにより、装置の大型化を招くことなく蛍光体を長寿命化する技術が開示されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−５２６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された従来技術では、蛍光体を長寿命化することは可能であっても、劣化した蛍光体を回復させることは出来ない。即ち、ＬＤが長寿命であっても、蛍光体が劣化してしまうと、結果的に画像投射装置の明るさが落ちてしまう。
【０００８】
本発明の目的は、蛍光体が劣化しても明るさを回復することを可能にした画像投射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係る画像投射装置は、原画像を形成する画像形成素子と、前記原画像を投射画像として被投射面上に結像させる投射光学系と、を有する画像投射装置であって、励起光を出射する光源部と、前記画像形成素子の入射側に設けられ、前記光源部からの励起光を受けて蛍光光を発する蛍光体と、前記蛍光体を駆動させる駆動部と、前記蛍光体の交換を検出する検出部と、前記検出部の出力に応じて、前記光源部および前記駆動部の少なくとも一方の制御を行う制御部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、蛍光体が劣化しても明るさを回復することを可能にした画像投射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態における画像投射装置のシステム構成図
【図２】第１の実施形態における画像投射装置の投射開始時のフローチャート
【図３】蛍光体ユニットを交換しない場合の投写積算時間と光量・効率を示す図
【図４】蛍光体ユニットを交換する場合の投写積算時間と光量・効率を示す図
【図５】第１の実施形態の変形例を説明する図
【図６】本発明の第２の実施形態における画像投射装置のシステム構成図
【図７】第２の実施形態における画像投射装置の投射開始時のフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
《第１の実施形態》
（画像投射装置）
図１に、本発明の第１の実施形態に係る画像投射装置のシステム構成を示す。ＰＣなどの外部機器から与えられる映像信号は、先ず映像信号入力部１に入力される。映像信号入力部１はＶＧＡやＶｉｄｅｏ信号などのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換や、ＨＤＭＩ（登録商標）やＤＶＩなどのデジタル信号を所定のデジタル信号フォーマットに変換するレシーバなどを備える。
【００１４】
映像信号入力部１にて変換されたデジタル映像信号は、映像信号処理部２に送られる。映像信号処理部２は映像信号処理専用のＤＳＰなどで構成され、入力される映像信号の解像度を読み取り、内部での処理に必要な解像度へ変換するスケーリング処理や、ボタン操作時のメニュー表示、台形補正（キーストン補正）処理などを行う。そして、映像信号処理部２で所定フォーマットに処理されたデジタル信号は、液晶駆動部３に送られ、光学ユニット９内の原画像を形成する画像形成素子としての液晶パネル９ａを駆動する液晶駆動信号に変換される。
【００１５】
電源部４は、外部から入力されるＡＣ電源をＤＣ電源へ変換し、光源駆動部５あるいは画像投射装置１００内の各部に電源供給すると共に、ＰＦＣ回路による力率改善等も行っている。光源駆動部５は、光源部６を点灯させる為の駆動回路であり、一般的にはＤＣＤＣコンバータ等の電源回路で構成される。制御部１０からの駆動制御によって、光源部６の点灯や消灯、あるいは光量制御を行う。
【００１６】
光源部６から出射された光は、励起光として蛍光体７に照射（入射）し、蛍光体７から蛍光光を出射する。蛍光体７は円盤状のホイールに円状に蛍光材料を塗布しており、蛍光体を駆動させる駆動部としてのモーター８で蛍光体７を回転させることで、１箇所へ負荷が集中しない構成となっている。またモーター８は、モータードライバーＩＣなどからなるモーター駆動部１３で、回転の開始や停止の制御、あるいは回転速度調整を行う。
【００１７】
本実施形態では、液晶パネル９ａの入射側に設けられる蛍光体ユニット２０を交換可能な構成とする。ここで、蛍光体ユニット２０は蛍光体７とモーター８で構成される場合に限らず、蛍光体７のみで構成される場合でも良く、蛍光体７を含む構成であれば、どのような構成としてもよい。
【００１８】
図１で、蛍光体７の交換を検出する検出部としての交換検出部１４は、蛍光体ユニット２０が取り外されたことを検出する為のスイッチなどで構成され、蛍光体ユニット２０が取り外されていることを制御部１０へ通知する。そして、新たな蛍光体ユニット２０が取り付けられる（新たな蛍光体ユニット２０に交換される）場合には、ケーブルや接点で電気的に接続され、電気的に蛍光体ユニット２０の交換が検出できるようになっている。
【００１９】
蛍光体７から出射された蛍光が入射する光学ユニット９は、液晶パネル９ａの他、フライアイレンズなどの照明光学素子、色分離部、色合成部などから構成される。フライアイレンズなどの照明光学素子によって均一化された光は、色分離部によってＲＧＢの三色に分離され、分離された光は透過型あるいは反射型などの液晶パネル９ａに照射され、液晶駆動部３の駆動に応じて透過率（反射率）を変える。そして、ＲＧＢそれぞれの透過光（反射光）を色合成部にて合成することにより、映像（画像）が生成され、原画像を投射画像として被投射面上に結像させる投射光学系としての投射レンズ３０によってスクリーンへ拡大投射される。
【００２０】
制御部１０はマイクロコンピュータなどのＣＰＵで構成され、画像投射装置１００の全般的な制御を行う。例えば、光源駆動部５への制御信号により光源部６の点灯・消灯制御や、各回路への電源供給制御、あるいは冷却用のファン駆動などを行う。その他にも画像投射装置１００内部の温度異常時に光源部６を消灯する終了処理を行い、警告用ＬＥＤを点灯することによって、使用者へ異常を知らせる処理なども行う。制御部１０には本体記憶部１２が接続されており、画像投射装置１００の設定データや、異常発生時の状態記録（エラーコードの記録）などに使用される。
【００２１】
操作パネル１１は、電源ＯＮ／ＯＦＦなどの操作を行う為のボタンや、画像投射装置１００の状態を使用者に知らせる為のＬＥＤなどで構成される。制御部１０は、操作パネル１１のボタンが押されたことを検出すると、どのボタンが押されたかを判定して、その操作に必要な各部の制御を行う。なお、リモコンからの赤外光を受光する受光センサを設け、リモコンにて画像投射装置１００の操作を行うようにしてもよい。
【００２２】
（装置動作）
次に、本実施形態における画像投射装置の動作について説明する。図２は、本実施形態における画像投射装置の投射開始時のフローチャートである。操作パネル１１の起動ボタンにて投射を開始すると、先ず制御部１０は蛍光体ユニット２０を交換したかの判断を行う（ステップＳ１０１）。
【００２３】
制御部１０が蛍光体ユニット２０の交換を判断する手法としては、例えば蛍光体ユニット２０の取り外し履歴を確認する。即ち、蛍光体ユニット２０を交換の際に取り外したことを、スイッチで構成された交換検出部１４が検出し、これを制御部１０に通知し記憶部１２に蛍光体ユニット２０が取り外された履歴を記憶しておくようにして、この履歴を確認して、交換を判断する。
【００２４】
なお、交換検出部１４の検出については、例えば蛍光体ユニット２０をケーブルで電気的に接続する構成とし、ケーブルが接続されているかを電気的に検出してもよい。また、蛍光体ユニット２０が交換されたかどうかの検出（判断）については、使用者が操作パネル１１におけるメニュー画面に設けられる交換する旨のボタンを操作するときの制御部１０への入力で、蛍光体ユニット２０の交換を判断するようにしても良い。
【００２５】
ステップＳ１０１で蛍光体ユニット２０が交換されたと判断されると、ステップＳ１０２で、制御部１０は蛍光体７の駆動条件を変更する。具体的には、蛍光体７はモーター８によって回転させて使用するが、蛍光体ユニット２０を交換したと判断すると、その回転させる回転数を変更させる。蛍光体７は使用時間とともに劣化する為、劣化に伴い回転数を変化させて、蛍光体７として最適になるように駆動する。そのため、蛍光体ユニット２０を交換した場合には、蛍光体７の回転数を変更させる。
【００２６】
あるいは、交換検出部１４で蛍光体ユニット２０の種類を読み取り、交換された蛍光体ユニット２０の種類によって最適な回転数となるようにモーター駆動部１３の駆動条件を変更することも可能である。また、モーター８の種類によっても回転数が異なる為、モーター８の特性も考慮してモーター駆動部１３の駆動条件を変更してもよい。
【００２７】
次に、ステップＳ１０３で、制御部１０は蛍光体ユニット２０の交換に伴う光源部６の駆動条件を変更する。蛍光体ユニット２０を交換すると、蛍光体７が未使用であれば効率が新規の状態に改善する為、それを考慮して光源部６の駆動条件を変更することができる。即ち、制御部１０は、蛍光体７の交換により、投射レンズ３０から出射する光の明るさが大きくなるように光源部６を制御する。具体的には、光源部６の光量、駆動電流、駆動電圧、ＰＷＭ駆動時のデューティー比のいずれか一つ以上を制御する。
【００２８】
画像投射装置１００は規定時間後に、規定の明るさが確保されている必要があり、例えば２００００時間使用後（規定時間）でも初期の５０％以上（規定光量）といったようなイメージで、一般的には寿命時間とされる。蛍光体ユニット２０を交換しないとした場合、この規定時間後に規定の明るさを保つために、光源部６が劣化しにくいように光量を落として（投入電力を落として）駆動することがある。そのため、蛍光体ユニット２０を交換した場合は、蛍光体７の効率が改善される為、光源部６の負荷（投入電力）を上げることが可能となる。
【００２９】
光源部６の駆動条件変更（ステップＳ１０３）が完了したら、通常の点灯開始フローに戻る。ステップＳ１０２で変更した駆動条件で蛍光体７を回転させ、ステップＳ１０３で変更した条件で光源部６を点灯させる。
【００３０】
ここで、以上の内容を、図３および図４を使用して説明する。図３は、蛍光体ユニットを交換しない場合の投写積算時間と光量・効率を示す図である。また、図４は蛍光体ユニットを交換する場合を示している。横軸に投射積算時間と、縦軸に光源部６の光量（光源部光量）、蛍光体７の効率（蛍光体効率）、投射光量を示しており、初期状態を１００％としている。ここで、投射光量は、画像投射装置１００が最終的にスクリーン上に投射する明るさに対応する。
【００３１】
図３に示すように、蛍光体ユニット２０を交換しない場合、光源部光量および蛍光体効率はそれぞれ投射積算時間とともに劣化して低下していく為、投射光量も同様に低下していく。一方、図４に示すように、蛍光体ユニット２０を交換する場合、蛍光体効率は交換時に１００％に戻る為、投射光量も大きく戻る。さらに、ステップＳ１０３の説明で記載したように、光源部６の負荷を上げても、規定時間での投射光量が規定光量以上となる為、光源部６の光量も上げることができ、蛍光体ユニット２０の交換による投射光量をより改善できる。
【００３２】
本実施形態では、以上の構成および制御によって、蛍光体が劣化しても明るさを回復することを可能にした画像投射装置を提供することができる。
【００３３】
（第１の実施形態の変形例）
第１の実施形態では、図４に示すように、蛍光体ユニット２０を交換することにより投射光量が大幅に改善される構成および制御について説明した。しかしながら、使用状況によっては投射光量が大きく変わらない方がよい場合もある。例えば複数の画像投射装置を利用したマルチスクリーンで投射を行う場合など、１つの画像投射装置の明るさが大きく変わると、隣り合う画像投射装置の投射像と明るさに差が出てしまうような状況である。
【００３４】
本変形例では、図５に示すように、蛍光体ユニット２０を交換する前後で、投射光量が規定値以上大きくしないように制御する。図３および図４と同様に、横軸に投射積算時間と、縦軸に光源部光量、蛍光体効率、投写光量を示している。蛍光体ユニット交換までは、図４と同じである。
【００３５】
第１の実施形態では、図２のステップＳ１０３における光源部６の駆動条件の変更として、より光源部６の光量を上げるように制御したが、本変形例では逆に光源部６の光量を下げるように制御する。蛍光体効率は交換により改善する為、その上昇分を抑えるように光源部光量を下げることにより、投写光量の上昇を規定値以下になるように光源部６の駆動条件を変更する。本変形例では、光源部光量を下げることで蛍光体７の劣化も緩やかとなり、規定時間後も十分な投写光量を維持できるようになる。
【００３６】
即ち、本変形例では、制御部１０は、蛍光体の交換の前後で、投射レンズ３０から出射する光の明るさの差が、規定値以上大きくならないように光源部６を制御する。以上の制御によって、本変形例では、蛍光体ユニット２０の交換によって投射光量を改善するとともに、交換前後で規定値以上に投射光量が上昇しない画像投射装置を提供することができる。
【００３７】
《第２の実施形態》
第１の実施形態およびその変形例では、蛍光体ユニット２０の交換をスイッチなどで構成された交換検出部１４で検出し、その取り外し履歴によって交換したと判定した。あるいは、使用者が操作パネル１１におけるメニュー画面に設けられる交換する旨のボタンを操作するときの制御部１０への入力で、蛍光体ユニット２０の交換を判断した。
【００３８】
本実施形態では、より確実に蛍光体ユニット２０の交換を検出できるとともに、蛍光体７の駆動条件や、光源部６の出射制御をより正確に変更できるようにしたものである。図６は、本実施形態における投写型表示装置のシステム構成を示す。図６において、蛍光体ユニット２０内の交換可能な部分にＲＯＭなどで構成される蛍光体記憶部２１を追加している以外は、第１の実施形態のシステム構成を示す図１と同じである。そのため、構成が異なる部分のみ、以下に説明する。
【００３９】
蛍光体記憶部２１は、交換検出部１４と電気的に通信が可能なケーブルで接続され、蛍光体記憶部２１からデータを読み出すことができる。また、必要に応じて蛍光体記憶部２１にデータを書き込むこともできる。蛍光体記憶部２１は、交換検出部１４と接続されているが、制御部１０と直接接続してもよい。
【００４０】
（装置動作）
以下、本実施形態における画像投射装置の動作について説明する。図７は、本実施形態における画像投射装置の投射開始時のフローチャートであり、第１の実施形態と異なる部分のみ説明を行う。
【００４１】
先ず、ＡＣケーブルから電源が供給された時、あるいは起動ボタンにて投射を開始すると、蛍光体ユニット２０内の蛍光体記憶部２１から蛍光体識別情報を読み出す（ステップＳ２０１）。そして、制御部１０は、読み出した蛍光体識別情報と、前回の蛍光体識別情報が同じか否かで蛍光体ユニットが交換したか否かを判断する（ステップＳ２０２）。前回の蛍光体識別情報については、蛍光体記憶部２１から読み出した時に、その都度記憶部１２に記憶しておくものとする。
【００４２】
蛍光体識別情報が前回と同じ場合には、ステップＳ２０６の光源点灯シーケンスへ移行する。つまり、蛍光体識別情報が前回までと同じであれば、蛍光体７の駆動条件および光源部６の出射条件を変更しない。
【００４３】
蛍光体識別情報が前回と異なる場合には、蛍光体ユニット２０を交換したと判断し、蛍光体記憶部２１から蛍光体７の駆動条件、および光源部６の出射条件を読み出す（ステップＳ２０３）。そして、読み出した条件を基に、ステップＳ２０４で蛍光体７の駆動条件を変更し、ステップＳ２０５で光源部６の出射条件を変更する。
【００４４】
なお、第１の実施形態で説明した蛍光体ユニット２０の交換前後の投射光量の改善や、第１の実施形態の変形例で説明した投写光量の変化量を調整する制御においては、変更が無い為、説明を省略する。
【００４５】
以上の構成および制御によって、本実施形態では、蛍光体が劣化しても明るさを回復することを可能にできるとともに、より正確に蛍光体の駆動や光源部の制御を行うことを可能とした画像投射装置を提供することができる。
【００４６】
（変形例）
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。
【００４７】
（変形例１）
上述した実施形態では、制御部１０は、蛍光体７の交換を検出する交換検出部１４の出力に応じて、光源部６および駆動部としてのモーター８の双方に対し交換された蛍光体に応じた制御を行った。しかし、本発明はこれに限られず、いずれか一方に対し交換された蛍光体に応じた制御を行っても良い。即ち、光源部６および駆動部としてのモーター８の少なくとも一方に対し交換された蛍光体に応じた制御を行えば良い。
【００４８】
（変形例２）
上述した実施形態では、蛍光体７を駆動させるために回転させたが、本発明はこれに限られない。例えば、蛍光体７を光軸方向と直交する方向に直線的に駆動（往復駆動）させる、もしくは螺旋状に回動させる、あるいはランダムに駆動させるなどしても良い。
【符号の説明】
【００４９】
６・・光源部、７・・蛍光体、８・・モーター（駆動部）、９ａ・・液晶パネル、１０・・制御部、１４・・交換検出部、３０・・投射レンズ
【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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