JP4715244B2 - 投写装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の固体発光素子を映像表示の光源に利用する照明装置に関するものである。

蛍光管や放電管ランプに加えて映像表示機器のバックライト・光源として発光ダイオード、半導体レーザなどの固体発光素子が利用されるようになってきている。演色性の良さ、良好な白バランス色度点を得るため、複数の固体発光素子、すなわちＲＧＢもしくは中間色の発光素子を利用して、白色を合成する方法が利用されている。

従来複数の固体発光素子を利用する照明装置に関しては特許文献１に記載されたものが知られている。図４にその構成を示す。図４の照明装置は少なくとも２つ以上の互いに波長帯域の異なる光を出射する発光ダイオード（ＬＥＤ１０２）を有するＬＥＤドライバー回路１０１、前記発光部から出射された光を受光する少なくとも３波長成分の光エネルギーをそれぞれ測定する受光センサ１０３、およびその検出を行うセンサーデーターＡ／Ｄ変換回路１０４、前記受光センサからの信号に基づいて前記ＬＥＤ１０２の駆動電流値を、前記受光センサ１０３の測定値が予め設定されたホワイトバランスの設定値になるように調整する調整手段（演算装置１０５、スイッチなどの操作装置１０６、メモリ一１０７）から成り、表示の演色性を高めることに効果があるものである。
特開２００４−２５３３０９号公報

従来例の照明装置は演色性の向上に効果があり、ＬＥＤおよび半導体レーザ等の固体光源素子の課題である周囲温度による発光光量の時間変化、発光光量の経時変化など発光光量の変動要因を負帰還制御により予め設定した値に安定させている点についても有効である。

しかし映像表示機器のバックライトとして利用する場合、白バランスのわずかな変化も許されない。例えば、構成する発光素子のいずれかが故障しての交換するようなケースにおいて、発光素子の発光色度に個体差が有る場合、従来の構成の場合白バランス色度点、および単色光の色度点は変化する。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、発光素子の交換を行っても白バランス、単色色度点の調整を不要とする照明装置の提供を目的とする。

本発明の請求項１に記載の照明装置は、
複数の単色発光素子およびそれぞれの駆動を行う駆動部と、
各単色発光素子の出力光をいずれも単独で受光可能な位置に配置する受光素子、調整目標値演算部、および駆動制御部からなる制御部と、
により構成し、
前記各単色発光素子には予め色度データを含む前記単色発光素子の特性データを記憶する記憶手段を内蔵し、
前記各単色発光素子の前記色度データを利用して白バランス目標色度に設定するための前記各単色発光素子の光量比を演算により求め、前記駆動部の制御により目標白バランスを調整することを特徴とする。

なお、請求項２に示すように単色発光素子は発光ダイオード、半導体レーザを含む光半導体素子であり、単色発光素子の色は赤、緑、および青である。

また、請求項３に示すように各単色発光素子の出力光を受光する受光素子は照度を計測するものである。

本発明の請求項４に記載の照明装置は、
バックライト照明を利用する表示機器において、
複数の単色発光素子およびそれぞれの駆動を行う駆動部と、
表示画像光を受光可能な位置に配置する受光素子、調整目標値演算部、および駆動制御部からなる制御部と、
表示素子の駆動処理前段に配置するＲＧＢ信号のレベル変換を行うマトリクス回路、およびその演算制御部からなる映像信号処理部と、
により構成し、
前記各単色発光素子には予め色度データを含む前記単色発光素子の特性データを記憶する記憶手段を内蔵し、
前記各単色発光素子の前記色度データを利用して各単色を目標色度に設定するための光量比を演算により求め、前記映像信号処理部の制御により目標単色色度を調整することを特徴とする。

なお、請求項５に示すように単色発光素子は発光ダイオード、半導体レーザを含む光半導体素子であり、単色発光素子の色は赤、緑、および青である。

また、請求項６に示すように各単色発光素子の出力光を受光する受光素子は照度を計測するものである。

以上のように本発明は、白バランスの調整自動化するものであり、発光素子の交換時に発光素子の色度に個体差がある場合においても、白バランスおよび単色色度を自動的に調整することができるとともに、白バランスの安定化が可能となるという優れた効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態１について図１から図３を用いて説明する
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における照明装置の構成図である。

図１はＲＧＢ各発光素子６，７，８とＲＧＢ各駆動部３，４，５、駆動制御部２、調整目標値演算部１、受光素子１３、色合成光学系１２、表示素子１４、からなり、ＲＧＢ各発光素子６，７，８には記憶手段９，１０，１１が内蔵されており、予め発光素子の発光素子の特性データ、少なくとも色度データ（ｘｒ，ｙｒ）、（ｘｇ，ｙｇ）および（ｘｂ，ｙｂ）が内蔵されているものとする。ＲＧＢ各発光素子６，７，８は発光ダイオード、半導体レーザ等の固体発光素子を想定している。また受光素子１３は照度測定が可能な受光特性を有するものとし、ＲＧＢ各発光素子６，７，８それぞれの出力光を受光可能な位置に配置するものとする。

次に実施の形態１の動作を説明する。前期記憶手段９，１０，１１より発光色度データ（ｘｒ，ｙｒ）、（ｘｇ，ｙｇ）および（ｘｂ，ｙｂ）が読み出され、調整目標値演算部１へ送られる。調整目標値演算部１においては白バランス目標色度（ｘ，ｙ）と前期発光色度データよりＲＧＢ発光照度の調整目標比率を演算する。赤、緑、青の各発光素子照度をＹｒ，Ｙｇ，Ｙｂ、３刺激値の和をＳｒ、Ｓｇ、Ｓｂとすると

をＹｒ／Ｙｇ、Ｙｂ／Ｙｇについて解くことにより

が演算結果として求まる。調整目標値演算部１は前記演算結果を駆動制御部２へ送る。

駆動制御部２はＲＧＢ各駆動部３，４，５を制御してＲＧＢ各発光素子６，７，８の駆動を行うとともに、発光素子光量制御による白バランスの調整制御を以下の手順で行う。まずＲ駆動部３のみを駆動してＲ発光素子６のみを最大発光させ受光素子１３により照度を測定し駆動制御部２へ入力する。同様にＧ駆動部４，およびＢ駆動部５をそれぞれ駆動し、Ｇ発光素子７、およびＢ発光素子８をそれぞれ最大発光させ受光素子１３により照度を測定し駆動制御部２へ入力する。ＲＧＢ光の照度測定値をＢｒ、Ｂｇ、Ｂｂとすると、「数６」および「数７」で求めたＹｒ：Ｙｇ：Ｙｂに対し、Ｂｒ／Ｙｒ、Ｂｇ／Ｙｇ、Ｂｂ／Ｙｂのうち最小となる色が最も光量が不足する。Ｇ光が最も不足した場合を例にとって説明すると、ＲＧＢ光の目標照度が「数６」および「数７」で求めたＹｒ：Ｙｇ：Ｙｂと等しくなるようＲ発光素子６の目標照度を求めるとＢｇ・Ｙｒ／Ｙｇ、Ｇ発光素子７の目標照度はＢｇ、Ｂ発光素子７の目標照度はＢｇ・Ｙｂ／Ｙｇとなる。

Ｒ発光素子については駆動制御部２、Ｒ駆動部３、Ｒ発光素子６、および受光素子１３によりフィードバックループを構成しており、負帰還制御により前期目標照度に一致するよう制御する。ＧＢ各発光素子７，８についても同様のフィードバックループを構成しており、負帰還制御により前期目標照度に一致するよう制御する。以上の処理により目標の白バランス色度（ｘ，ｙ）に調整することが可能である。

発光ダイオード、半導体レーザ等の固体発光素子には周囲温度による発光光量の時間変化、発光光量の経時変化など発光光量の変動要因が有るため、以上に述べた調整制御は定期的に（例えば１時間毎）繰り返しを行う。

なお半導体レーザにおいては発光素子内に受光素子を内蔵し発光光量制御を行うことが一般的であり、図２の構成で同様の変動要因を抑える目的に利用可能である。図２はＲ駆動部３、Ｒ発光素子６、データ記憶部２２、比較回路２３によりフィードバックループを構成するもので、図１内１９の部分を置き換えることにより動作させることができる。Ｒ発光素子６は発光部２０とその発光光を受光する受光素子２１により構成される。なお記憶手段９は直接関係しないため省略している。前記の白バランス調整によりＲ発光素子６の光量はＢｇ・Ｙｒ／Ｙｇに収束する。その際の受光素子２１の検出出力レベルをデータ記憶部２２へサンプルホールドする。その後発光部２０の発光強度が変化した場合、受光素子２１の検出出力レベルとデータ記憶部２２出力が比較回路２３で比較され、光量が増減した場合は受光素子２１の検出出力レベルは当初データ記憶部２２に記憶されたレベルと等しくなるよう
負帰還制御する。ＧＢ発光素子７，８についても同様のフィードバックループを構成することにより、同様の効果が得られる。

（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２における照明装置の構成図である。図１はＲＧＢ各発光素子６，７，８とＲＧＢ各駆動部３，４，５、駆動制御部２、調整目標値演算部１、受光素子１３、色合成光学系１２、表示素子１４、からなり、ＲＧＢ各発光素子６，７，８には記憶手段９，１０，１１が内蔵されており、予め発光素子の発光素子の特性データ、少なくとも色度データ（ｘｒ，ｙｒ）、（ｘｇ，ｙｇ）および（ｘｂ，ｙｂ）が内蔵されているものとする。ＲＧＢ各発光素子６，７，８は発光ダイオード、半導体レーザ等の固体発光素子を想定している。表示素子１４への入力映像信号の処理として単色テストパターン出力部２８、スイッチ回路２７、ＲＧＢマトリクス演算部１７、演算制御部１６、映像信号駆動制御部１５、を配置する。映像信号駆動制御部１５は表示素子１４の方式（ＰＷＭ駆動方式、アナログ駆動方式など）に応じた駆動制御を行い、表示素子１４へ入射した光源光を映像信号の内容に応じ光量変調して表示画像を形成し、投写レンズ２５において拡大されスクリーン２６へ投写される。受光素子１３は照度測定が可能な受光特性を有するものとし、投写映像の表示光を受光可能な位置に配置するものとする。本実施形態においてはスクリーン２６外側の映像オーバースキャン領域に配置している。

次に実施の形態２において、単色色度の目標値を（ｘ’，ｙ’）とするために必要なＲＧＢ光量比をＧ光の場合を例にして説明する。ＲＧＢ各発光素子６，７，８に内蔵した記憶手段９，１０，１１からＲＧＢ各発光素子６，７，８の色度データ（ｘｒ，ｙｒ）、（ｘｇ，ｙｇ）および（ｘｂ，ｙｂ）が出力され、調整目標値演算部１へ入力する。調整目標値演算部１はＧ光の単色色度の目標値を（ｘ’，ｙ’）を演算により求める。その方法は実施の形態１と同様でありＲＧＢ光量比は

となる。従ってＧ光の照度Ｌｇに対し、Ｒ光はＬｇ・Ｙｒ’／Ｙｇ’、Ｂ光はＬｇ・Ｙｂ’／Ｙｇ’を重畳することにより目標とするＧ単色光色度を実現できる。

単色テストパターン出力部２８より階調ｇのＧ単色テストパターンを出力し、演算制御部１６によりスイッチ回路２７を切り換えてＲＧＢマトリクス演算部１７へ入力し、入力をスルー出力する。映像信号駆動制御部１５の制御により表示素子１４が駆動されスクリーン２６上へＧ単色画像が投写され、オーバースキャン領域に配置された受光素子１３へもＧ単色画像が入射するので、照度測定値を演算制御部１６へ入力する。この際の受光照度を前記Ｌｇとする。次にテストパターンを全黒としＲ単色成分をゼロから徐々に上げ、受光素子１４の受光照度がＬｇ・Ｙｒ’／Ｙｇ’となるＲ信号の階調ｒ１を求める。Ｂ単色成分についても同様に受光素子１４の受光照度がＬｇ・Ｙｂ’／Ｙｇ’となる階調ｂ１を求める。以上の検出結果を利用し、ＲＧＢマトリクス演算部１７において

のマトリクス演算を行うことにより、Ｇ単色全階調について表示色度を目標値（ｘ’，ｙ’）とすることができる。Ｒ単色表示、およびＢ単色表示の際も同様の目標色度に設定することができる。演算制御部１６に演算式を記憶し、ＲＧＢマトリクス演算部１７へ変換式はロードされ単色色度点の変換処理を実行する。

なお、実施の形態２では投写型ディスプレイの場合について述べたが、表示光の照度を検出可能なディスプレイであれば本発明の方法を利用することができる。

本発明にかかる照明装置は、白バランスの調整自動化するものであり、発光素子の交換時に発光素子の色度に個体差がある場合においても、白バランスおよび単色色度を自動的に調整することができるとともに、白バランスの安定化が可能となるという優れた効果が、複数の固体発光素子を映像表示の光源に利用する照明装置等として有用である。

本発明の実施の形態１における照明装置の構成図 本発明の実施の形態１における照明装置の補足説明図 本発明の実施の形態２における照明装置の構成図 従来の投写装置の構成図

符号の説明

１ 調整目標値演算部
２ 駆動制御部
３ Ｒ駆動部
４ Ｇ駆動部
５ Ｂ駆動部
６ Ｒ発光素子
７ Ｇ発光素子
８ Ｂ発光素子
９、１０、１１ 記憶手段
１２ 色合成光学系
１３ 受光素子
１４ 表示素子

Claims (6)

1. 複数の単色発光素子およびそれぞれの駆動を行う駆動部と、
   各単色発光素子の出力光をいずれも単独で受光可能な位置に配置する受光素子、調整目標値演算部、および駆動制御部からなる制御部と、
   により構成し、
   前記各単色発光素子には予め色度データを含む前記単色発光素子の特性データを記憶する記憶手段を内蔵し、
   前記各単色発光素子の前記色度データを利用して白バランス目標色度に設定するための前記各単色発光素子の光量比を演算により求め、前記駆動部の制御により目標白バランスを調整することを特徴とする照明装置
2. 前記単色発光素子は発光ダイオード、半導体レーザを含む光半導体素子であり、前記単色発光素子の色は赤、緑、および青である請求項１記載の照明装置。
3. 前記各単色発光素子の出力光を受光する前記受光素子は照度を計測するものであることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
4. バックライト照明を利用する表示機器において、
   複数の単色発光素子およびそれぞれの駆動を行う駆動部と、
   表示画像光を受光可能な位置に配置する受光素子、調整目標値演算部、および駆動制御部からなる制御部と、
   表示素子の駆動処理前段に配置するＲＧＢ信号のレベル変換を行うマトリクス回路、およびその演算制御部からなる映像信号処理部と、
   により構成し、
   前記各単色発光素子には予め色度データを含む前記単色発光素子の特性データを記憶する記憶手段を内蔵し、
   前記各単色発光素子の前記色度データを利用して各単色を目標色度に設定するための光量比を演算により求め、前記映像信号処理部の制御により目標単色色度を調整することを特徴とする照明装置
5. 前記単色発光素子は発光ダイオード、半導体レーザを含む光半導体素子であり、単色発光素子の色は赤、緑、および青である請求項４記載の照明装置。
6. 各単色発光素子の出力光を受光する受光素子は照度を計測するものであることを特徴とする請求項４記載の照明装置。
   
   

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