KR101214889B1

KR101214889B1 - 광원 장치, 투영 장치 및 투영 방법

Info

Publication number: KR101214889B1
Application number: KR1020100118678A
Authority: KR
Inventors: 데쓰로 나리카와
Original assignee: 가시오게산키 가부시키가이샤
Priority date: 2009-11-27
Filing date: 2010-11-26
Publication date: 2012-12-24
Also published as: JP5152163B2; JP2011113874A; CN102081291A; KR20110059545A; TWI434615B; US8757813B2; TW201138549A; US20110128509A1

Abstract

본 발명은, 광원 장치, 투영 장치 및 투영 방법에 관한 것으로서, 복수개의 LED와 이들 LED에 대하여, 상승 시의 파고값이 하강 시의 파고값보다 큰 톱니형의 펄스 파형을 가지는 전력 신호를 시분할로 순환적으로 공급하여 발광 구동시키는 투영 광 처리부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

광원 장치, 투영 장치 및 투영 방법{LIGHT SOURCE DEVICE, PROJECTION APPARATUS, AND PROJECTION METHOD}

본 발명은, 프로젝터 장치 등에 바람직하게 사용되는 광원 장치, 투영 장치 및 투영 방법에 관한 것이다.

프로젝터 장치에서는, 예를 들면, 일본 특허출원 공개번호 2004-341105호 공보, 일본 특허출원 공개번호 2007-025466호 공보와 같이, 반도체 레이저나 발광 다이오드를 광원으로서 사용하는 기술이 많이 고려되고 있다.

일본 특허출원 공개번호 2004-341105호 공보 일본 특허출원 공개번호 2007-025466호 공보

반도체 레이저나 발광 다이오드 등의 반도체 광원은, 소자가 극히 작으면서 고휘도의 발광이 가능하다. 그 반면에, 열의 영향을 받기 쉽고, 높은 온도로 장시간에 걸쳐 구동시키면 열화가 심하여, 수명이 대폭 단축되는 문제점이 있었다.

본 발명의 일관점에 의하면, 복수개의 반도체 광원 소자와, 상기 복수개의 반도체 광원 소자에 대하여, 상승 시의 파고값이 하강 시의 파고값보다 큰 톱니형의 펄스 파형을 가지는 전력 신호를 시분할로 순환적으로 공급하여 발광 구동시키는 구동 제어부를 구비하는 광원 장치가 제공된다.

또한, 본 발명의 다른 관점에 의하면, 복수개의 반도체 광원 소자와, 상기 복수개의 반도체 광원 소자에 대하여, 상승 시의 파고값이 하강 시의 파고값보다 큰 톱니형의 펄스 파형을 가지는 전력 신호를 시분할로 순환적으로 공급하여 발광 구동시키는 구동 제어부와, 화상 신호를 입력하는 입력부와, 상기 복수개의 반도체 광원 소자로부터 출사하는 광을 사용하여, 상기 입력부에서 입력하는 화상 신호에 대응한 광상(光像)을 형성하여 투영하는 투영부를 구비하는 투영 장치가 제공된다.

또한, 본 발명의 다른 관점 의하면, 복수개의 반도체 광원 소자, 화상 신호를 입력하는 입력부, 및 상기 복수개의 반도체 광원 소자로부터 출사하는 광을 사용하여, 상기 입력부에서 입력하는 화상 신호에 대응한 컬러의 광상을 형성하여 투영하는 투영부를 구비한 투영 장치에서의 투영 방법은, 상기 복수개의 반도체 광원 소자에 대하여, 상승 시의 파고값이 하강 시의 파고값보다 큰 톱니형의 펄스 파형을 가지는 전력 신호를 시분할로 순환적으로 공급하여 발광 구동시키는 단계를 포함하는 투영 방법이 제공된다.

본 발명의 다양한 특징을 실시하는 구성은 첨부한 도면과 함께 설명된다. 도면과 관련된 기재는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 제공되며, 본 발명을 한정하지는 않는다.
도 1은, 데이터 프로젝터 장치의 기능 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는, 컬러 화상의 프레임을 구성하는 RGB 필드와, 각 LED에 인가되는 구동 전류의 파형을 예시하는 타이밍 차트이다.
도 3은, LED의 구동 전류 파형을 나타낸 도면이다.
도 4의 (A)는, LED를 구동하는 톱니형의 구동 전류 파형을, 일반적인 사각형상의 구동 전류 파형과 비교하여 나타낸 도면이다.
도 4의 (B)는, 톱니형의 구동 전류를 LED에 인가한 경우의 온도 변화를, 일반적인 사각형상의 구동 전류를 LED에 인가한 경우의 온도 변화와 비교하면서 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명을 DLP(Digital Light Processing)(등록상표) 방식의 데이터 프로젝터 장치에 적용한 경우의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은, 본 실시예에 따른 데이터 프로젝터 장치(10)의 개략적인 기능 구성을 나타낸 블록도이다.

입출력 커넥터부(11)는, 예를 들면, 핀잭(RCA) 타입의 비디오 입력 단자, D-sub15 타입의 RGB 입력 단자, 및 USB(Universal Serial Bus) 커넥터 등, 각종 입출력 단자를 포함한다.

입출력 커넥터부(11)로부터 입력되는 각종 규격의 화상 신호는, 입출력 인터페이스(I/F)(12), 시스템 버스(SB)를 통하여, 일반적으로 스케일러라고도 하는 화상 변환부(13)에 입력된다.

화상 변환부(13)는, 입력된 화상 신호를 투영에 적합한 소정 포맷의 화상 신호로 변환하고, 표시용 버퍼 메모리인 비디오 RAM(14)에 기록한다. 그 후, 화상 변환부(13)는, 화상 신호를 판독하여 투영 화상 처리부(15)로 송신한다.

이 때, OSD(On Screen Display)용의 각종 동작 상태를 나타낸 심볼 등의 데이터도 필요에 따라 비디오 RAM(14)에서 화상 신호에 중첩 가공되고, 가공 후의 화상 신호가 판독되어 투영 화상 처리부(15)로 송신된다.

투영 화상 처리부(15)는, 소정의 프레임레이트, 예를 들면 60[프레임/초]와, 색 성분의 분할수와, 표시 계조수를 곱셈한 시분할수로, 송신되어 온 화상 신호에 따라, 공간적 광 변조 소자(SLM, spatial light modulator)인 마이크로 미러 소자(16)를 구동한다.

상기 마이크로 미러 소자(16)는, 어레이형으로 배열된 복수개, 예를 들면, XGA(가로 1024화소×세로 768화소)분의 미소 미러의 각각의 경사각을 개별적으로 고속으로 온/오프 동작시킴으로써, 그 반사광에 의해 광상을 형성한다.

한편, 광원부(17)로부터 시분할로 R, G, B의 원색광이 순환적으로 출사된다. 이 광원부(17)로부터의 원색광이, 미러(18)에서 전반사(全反射)되어 상기 마이크로 미러 소자(16)에 조사된다.

그리고, 마이크로 미러 소자(16)에서의 반사광으로 광상이 형성된다. 형성된 광상은, 투영 렌즈 유닛(19)을 통하여, 투영 대상으로 되는 도시하지 않은 스크린에 투영 표시된다.

광원부(17)는, 적색(R)광을 발하는 발광 다이오드(이하 「R-LED」라고 칭함)(21), 녹색(G)광을 발하는 발광 다이오드(이하 「G-LED」라고 칭함)(22), 및 청색(B)광을 발하는 발광 다이오드(이하 「B-LED」라고 칭함)(23)를 가진다.

R-LED(21)에서 발하는 적색광은, 다이크로익 미러(24)를 투과한 후, 인터그레이터(25)에 의해 휘도 분포가 거의 균일한 광속으로 되고, 상기 미러(18)에 보내진다.

G-LED(22)에서 발하는 녹색광은, 다이크로익 미러(26)에서 반사된 후, 상기 다이크로익 미러(24)에서도 반사되어, 상기 인터그레이터(25)를 통하여 상기 미러(18)에 보내진다.

B-LED(23)에서 발하는 청색광은, 미러(27)에서 반사된 후에 상기 다이크로익 미러(26)를 투과하고, 그 후에 상기 다이크로익 미러(24)에서 반사되고, 상기 인터그레이터(25)를 통하여 상기 미러(18)에 보내진다.

상기 다이크로익 미러(24)는, 적색광을 투과하는 한편, 녹색광 및 청색광을 반사한다. 상기 다이크로익 미러(26)는, 녹색광을 반사하는 한편, 청색광을 투과한다.

투영 광 처리부(28)는, 광원부(17)의 각 LED(21～23)의 발광 타이밍이나 구동 신호의 파형 등을 통괄적으로 제어한다. 투영 광 처리부(28)는, 투영 화상 처리부(15)로부터 부여되는 화상 데이터의 타이밍과 후술하는 CPU(31)의 제어에 따라 LED(21～23)의 발광 동작을 제어한다.

CPU(31)는, 각 회로의 동작을 제어한다. 이 CPU(31)는, 메인 메모리(32) 및 프로그램 메모리(33)와 직접 접속된다. 메인 메모리(32)는, DRAM으로 구성되며, CPU(31)의 워크 메모리로서 기능한다. 프로그램 메모리(33)는, 전기적으로 재기록이 가능한 불휘발성 메모리로 구성되며, CPU(31)가 실행하는 동작 프로그램이나 각종 정형 데이터 등을 기억한다. CPU(31)는, 상기 메인 메모리(32) 및 프로그램 메모리(33)를 사용하여, 이 데이터 프로젝터 장치(10) 내의 제어 동작을 실행한다. 또한, CPU(31)는, 조작부(34)로부터의 키 조작 신호에 따라 각종 투영 동작을 실행한다.

조작부(34)는, 데이터 프로젝터 장치(10)의 본체에 설치되는 키 조작부와, 이 데이터 프로젝터 장치(10) 전용의 도시하지 않은 리모트 컨트롤러로부터의 적외광을 수광하는 레이저 수광부을 포함한다. 사용자가 본체의 키 조작부 또는 리모트 컨트롤러를 조작한 경우, 조작부(34)는, 사용자의 키 조작에 기초한 키 조작 신호를 CPU(31)에 직접 출력한다.

상기 CPU(31)는 또한, 상기 시스템 버스(SB)를 통하여 음성 처리부(35)와도 접속된다. 음성 처리부(35)는, PCM 음원 등의 음원 회로를 구비하고, 투영 동작 시에 주어지는 음성 데이터를 아날로그화하여, 스피커부(36)를 구동하여 확성방음(擴聲放音)시키거나, 또는 필요에 따라 비프(beep)음 등을 발생시킨다.

다음으로, 상기 실시예의 동작에 대하여 설명한다.

그리고, 마이크로 미러 소자(16)가 직접 투영 화상 처리부(15)에 구동되어 표시 동작을 행하는 한편, LED(21～23)는 투영 광 처리부(28)에 직접 구동되어 차례로 간헐적으로 발광 동작을 행한다. 이들 투영 화상 처리부(15) 및 투영 광 처리부(28)는, 전술한 바와 같이 모두 CPU(31)의 제어하에서 동작한다. CPU(31)는 프로그램 메모리(33)에 기억되어 있는 동작 프로그램 등을 판독하여 메인 메모리(32)에 전개(展開)한 후 제어 처리를 실행한다.

도 2에 있어서, (A)는, 컬러 화상 1프레임을 구성하는 R, G, B의 각 필드의 투영 타이밍을 나타낸다. 또한, (B)～(D)는, 광원부(17)의 각 LED(21～23)에 주어지는 구동 전류의 파형을 나타낸다.

투영 광 처리부(28)는, 이 마이크로 미러 소자(16)에서의 표시 동작에 동기하여 색의 광상을 투영할 수 있도록, 도 2에 있어서 (B)～(D)에 나타낸 바와 같이, R, G, B의 각 필드에 대응하여 LED(21～23)를 간헐 구동한다.

전술한 바와 같이 화상 데이터의 프레임레이트가 60[프레임/초]인 경우, 1 필드당의 기간은 1/180[초]로 된다. 따라서, 투영 광 처리부(28)는, 1/60[초]의 주기로 LED(21～23)를 차례로 1/180[초]씩, 모두 도시한 같은 신호 파형으로 간헐적으로 발광 구동시킨다.

도 3에서, 투영 광 처리부(28)가 상기 LED(21～23)를 구동시키는 신호 파형을 추출하여 나타낸다. LED(21～23)의 휘도 조정은 전류값 제어로 행해진다. 그러므로 투영 광 처리부(28)는 LED(21～23)에 대하여, 규정 전압으로 도시한 바와 같은 전류 파형이 되는 톱니형의 신호를 부여하여 시분할로 발광 구동시킨다.

즉, 펄스 파형의 상승 시의 파고값을 i1, 하강 시의 파고값을 i2로 하면, 반드시 「i1＞i2」의 관계를 유지하여, 상승 시의 파고값이 하강 시의 파고값보다 큰 톱니형의 펄스 파형을 가지는 전력 신호를 시분할로 순환적으로 공급한다.

일반적으로 LED 및 LD(반도체 레이저) 등의 반도체 광원 소자에서는, 온도가 낮은 상태에 있어서 발광 효율이 높아진다. 그러므로, 본 실시예와 같이, 간헐 시에 온도가 내려가고 있는 상태로부터의 상승 시에, 보다 큰 전류값 i1으로 구동함으로써 발광 효율을 높인다. 이후, 동일 펄스 내에서 후반에 걸쳐 서서히 전류값을 내림으로써, 광원 소자로의 축열량(蓄熱量)을 감소시킨다.

도 4의 (A), (B)는, 전술한 바와 같은 파형의 전류값 구동에 의한 LED(21～23)에서의 온도 시뮬레이션을 나타낸다. 도 4의 (A)는, LED(21～23)에 인가하는 신호의 톱니형의 파형(I)을 일반적인 사각형파에 의한 구동 파형(II)과 비교하여 나타낸다.

사각형파(II)의 파고값이 상기 전류값 i1과 i2의 중간 값인 「(i1＋i2)/2」인 경우, 본 실시예의 파형 I과 사각형파 II에 의해 LED(21～23)에서 소비하는 전력 자체는 동일하게 된다.

그러나, 도 4의 (B)에 LED(21～23)의 온도 변화를 나타낸 바와 같이, 상기 파형 I로 나타낸 신호를 인가한 경우의 온도 변화 파형 III에서는, 펄스 상승 시의 전류의 파고값 i1에 의해 급격하게 온도가 상승하고, 그 후에 전류값이 서서히 저하된다. 이 결과, 최고 온도 tP1이 낮게 억제되고, 이후의 간헐 기간에 서서히 저하된다.

이에 비해, 상기 일반적인 사각형파에 의한 구동 파형 II로 나타낸 신호를 인가한 경우의 온도 변화 파형 IV에서는, 상승 시부터 온도가 서서히 상승하고, 그 후에도 전류값이 변화하지 않는다. 이 결과, 최고 온도 tP2가 상기 온도 tP1보다 높아지고, 이후의 간헐 기간에 서서히 저하된다.

따라서, 본 실시예에 의한 구동 방법은, 일반적인 구동 방법으로 비해, 보다 발광 효율이 높은 상태로 LED(21～23)를 구동시킬 수 있다. 또한, 상기 최고 온도 tP1과 tP2의 차분 tD 만큼, 소자의 최고 온도를 낮게 억제할 수 있다.

소자의 온도 조건은, LED를 포함하는 반도체 광원 소자의 수명을 좌우하는 큰 요인이므로, 최고 온도를 낮게 억제함으로써, 소자의 장기 수명화를 도모할 수 있다.

특히 반도체 광원 소자에서는, 온도와 수명의 상관 특성상, 소정의 임계 온도를 초과하도록 한 환경 하에서는 급격하게 수명이 짧아진다고 알려져 있다. 따라서, 반도체 광원 소자의 온도 특성상, 상기 임계 온도를 초과하지 않도록 상승 시의 파고값 및 하강 시의 파고값을 설정함으로써, 소자의 발광 효율을 높은 상태로 유지하면서, 동시에 소자의 장기 수명화를 도모할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 프로젝터에 있어서의 광원으로서 LED(21～23)를 상정(想定)하고 있으므로, 전술한 바와 같이 LED(21～23)는 각각 간헐 구동된다. 따라서, 도 4의 (A), (B)에 나타낸 바와 같이, 일단 점등되면 다음 점등 시까지 공백 시간이 생기고, 이 공백시간 중에 LED는 냉각되나, LED를 장시간 연속 구동하고 있으면, 프레임을 거칠 때마다 점차 열이 축적되어 가기 때문에, 이 공백시간에 열이 충분히 내려가지 않는 사태가 발생한다. 이와 같은 경우라도, 본 실시예와 같이 최고 온도를 낮게 억제할 수 있으면, 간헐 구동하는 경우의 공백시간을 사용하여 효율적으로 냉각시킬 수 있다.

이상 상세히 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 온도가 낮고, 발광 효율이 높은 상태로 큰 전력을 공급하여 발광시킬 수 있다. 그러므로, 소비 전력이 제한되는 환경 하에서는, LED(21～23)에 있어서 원하는 발광 휘도를 얻기 위해 필요한 전력을 낮게 억제할 수 있다. 또한, 소비 전력이 제한되어 있지 않은 환경 하에서는 보다 큰 발광 휘도로 광원 소자인 LED(21～23)를 구동할 수 있다.

또한, LED(21～23)를 구성하는 소자 자체의 온도 특성 상, 미리 설정되어 있는 임계 온도를 초과하지 않도록 구동 전류의 상승 시의 파고값 및 하강 시의 파고값을 설정함으로써, LED(21～23)의 발광 효율을 높은 상태로 유지하면서, 동시에 LED(21～23)의 장기 수명화를 도모할 수 있다.

그리고, 상기 실시예에서는 광원의 소자로서 3원색의 LED(21～23)를 사용하는 경우에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은, LED에 한정되지 않고, LD(반도체 레이저)에도 마찬가지로 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은, 복수개의 반도체 광원 소자를 사용하는 장치 또는 상기 장치의 구동 방법이면, 그 소자의 종류나 구성 개수 등을 제한하지 않는다.

Claims

복수개의 반도체 광원 소자; 및
상기 복수개의 반도체 광원 소자에 대하여, 상승 시의 파고값이 하강 시의 파고값보다 큰 톱니형의 펄스 파형을 가지는 전력 신호를 시분할로 순환적으로 공급하여 발광 구동시키는 구동 제어부
를 포함하고,
상기 전력 신호의 공급 전력이 소정의 전력 값인 때에, 상기 복수의 반도체 광원 소자의 최고 온도가 가장 낮게 되는 상기 상승 시 및 하강 시의 파고값을 설정한 전력 신호를 상기 복수개의 반도체 광원 소자에 대하여 공급하여 발광 구동시키는, 광원 장치.
제1항에 있어서,
상기 구동 제어부는, 상기 복수개의 반도체 광원 소자의 온도와 수명의 상관 특성 상의 임계값에 따라 상승 시 및 하강 시의 파고값을 설정한 전력 신호를 상기 복수개의 반도체 광원 소자에 대하여 공급하고, 발광 구동시키는, 광원 장치.
제1항에 있어서,
상기 구동 제어부는, 상기 복수개의 반도체 발광 소자 중 하나의 반도체 발광 소자의 펄스 파형의 온 기간이 다른 반도체 발광 소자의 오프 기간이 되고, 상기 복수개의 반도체 발광 소자의 각각의 온 기간이 연속하여 순환하도록, 상기 전력 신호를 공급하여, 발광 구동시키는, 광원 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수개의 반도체 발광 소자는, 레이저 광원 소자를 포함하는, 광원 장치.
제1항에 있어서,
상기 펄스 파형의 온 기간은, 각각 1/180초인, 광원 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 광원 장치;
화상 신호를 입력하는 입력부; 및
상기 광원 장치로부터 출사되는 광을 사용하여, 상기 입력부에서 입력하는 화상 신호에 대응한 광상(光像)을 형성하여 투영하는 투영부
를 포함하는 투영 장치.
복수개의 반도체 광원 소자, 화상 신호를 입력하는 입력부, 및 상기 복수개의 반도체 광원 소자로부터 출사되는 광을 사용하여, 상기 입력부에서 입력하는 화상 신호에 대응한 컬러 광상을 형성하여 투영하는 투영부를 포함한 투영 장치에서의 투영 방법은,
상기 복수개의 반도체 광원 소자에 대하여, 상승 시의 파고값이 하강 시의 파고값보다 큰 톱니형의 펄스 파형을 가지는 전력 신호를 시분할로 순환적으로 공급하여 발광 구동시키는 공정을 포함하고,
상기 공정에서는, 상기 전력 신호의 공급 전력이 소정의 전력 값인 때에, 상기 복수의 반도체 광원 소자의 최고 온도가 가장 낮게 되는 상기 상승 시 및 하강 시의 파고값을 설정한 전력 신호를 상기 복수개의 반도체 광원 소자에 대하여 공급하여 발광 구동시키는, 투영 방법.