JP2005181528A - 発光ダイオード式投写装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 発光ダイオードを光源とする投写装置において、Ｒ、Ｇ、Ｂの各発光ダイオードの点灯、調光および温度を個別に制御することを可能とし、画像表示部における表示画面の明るさや発光効率を適正かつ円滑に調整ないし維持し得ると共に、消費電力の低減を容易に達成することができる発光ダイオード式投写装置を提供する。
【解決手段】 Ｒ、Ｇ、Ｂの各発光ダイオードを光源４０とし、この光源光を光変調装置２４により変調して、文字または映像を含む画像光を形成し、この画像光をスクリーンの画像表示部３０に投写して表示するように構成した発光ダイオード式投写装置において、光源４０としてのＲ、Ｇ、Ｂの各発光ダイオードを調光制御することにより、画像表示部３０における画面全体の明るさを調節するよう構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光ダイオードを光源とし、この光源光を液晶パネルやＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）パネル等を使用した光変調装置により変調して文字や映像からなる画像光を形成し、この画像光をスクリーン等の画像表示部に投写して表示するように構成した発光ダイオード式投写装置に関するものである。

従来、この種の投写装置において、光源として、白色光を発光するハロゲンランプやメタルハライドランプ等の放電灯からなる光源ランプが使用されている。図６は、従来の光源ランプを使用した投写装置の一例を示す概略構成図である。すなわち、光源ランプを使用する場合、光源ランプからの出射光を、高速回転するカラーフィルタを介して透過させる色順次方式によりカラー表示を行うように構成される。

しかるに、図６において、参照符号１０は放電灯からなる光源を示し、この光源１０は電源装置１２に接続された点灯装置１４を介して点灯制御される。光源１０からの出射光は、ＵＶカットおよびＩＲカットを行う光学系１６を介して集光され、高速回転するカラーフィルタ１８を透過する。このようにして、カラーフィルタ１８を透過した色光は、インテグレーションレンズ等からなる光学系２０および光変調装置２４への入射角を調整するプリズム等の光学系２２を介して、液晶パネルもしくはＤＭＤパネルからなる光変調装置２４に導かれて変調される。そして、変調された光は、光変調装置２４からの出射角を調整するプリズム等の光学系２６および投写レンズ等の光学系２８を介して、スクリーン等の画像表示部３０に投写される。

なお、図６において、前記カラーフィルタ１８の回転速度、および前記光変調装置２４における光変調のタイミングは、制御装置３２において映像信号と同期させた同期信号を発生させ、この同期信号に基づいて駆動装置３４を介し、前記カラーフィルタ１８および光変調装置２４をそれぞれ制御するように構成される。これにより、光源１０から出射された光は、高速回転しているカラーフィルタ１８を透過する際に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色の色光に時分割的に分離され、それぞれの色光が光変調装置２４に対し切り替わりながら入射され、それぞれの色光の画像が高速で切り替わりながら、画像表示部３０上に投写される。このようにして、画像表示部３０上に投写される３色の画像は、人の目には残像作用により３原色画像が加色混光されて、カラー画像として見ることができる。

また、この種の投写装置において、光源として、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の単色光をそれぞれ発生する発光ダイオード等の半導体発光素子を使用すると共に、３色光が個別に照射される液晶透過式の３つの画素パネル部（光変調装置）を備え、前記３つの画素パネル部を透過した光を合成して投射するように構成した画像表示装置が提案されている（特許文献１参照）。すなわち、前記特許文献１に記載の画像表示装置によれば、従来の光源ランプを使用した投写装置に比べて、低消費電力化を図ることができることを特徴とするものである。

一方、本出願人は、先に、構造が簡単にして、低コストであり、かつ高信頼性を有し、しかも光の利用効率が高く、単色光の重ね合わせによる色ずれが発生しないと共に、色バランスを調整し易い単板方式画像投射表示装置を開発し、特許出願を行った（特許文献２参照）。すなわち、前記特許文献２に記載の単板方式画像投射表示装置は、異なる単色光を発生する半導体発光素子と、半導体発光素子から発生した単色光を反射する単一のＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）と、画像信号に同期して逐次時分割的に作動するように半導体発光素子を制御すると共に、ＤＭＤを画像信号により制御する制御手段と、半導体発光素子から発生した単色光をＤＭＤに入射させると共に、ＤＭＤからの反射光を投射する光学系とを備えた構成からなる。

特開２０００−１９４２７５号公報 未公開の特願２００２−１９６６９４号

しかるに、従来の投写装置において、放電灯からなる光源ランプを光源とするものは、カラーフィルタを使用することから、光源光の利用効率が悪く、明るい画像を得ようとすると消費電力が増大するという問題がある。そこで、発光ダイオード等の半導体発光素子を光源とすることにより、装置の小型化、軽量化、および駆動電力の低減化を図ることができると共に、輝度ムラ、色ムラの少ない表示品位の高い投写画像が得られることが確認され、この種の投写装置が種々提案されている。

しかしながら、従来の発光ダイオード等の半導体発光素子を光源とした投写装置においても、光源としての発光ダイオードを効率良く点灯ないし調光制御することは可能であるが、投写画像の表示品位を低下させることなく、発光ダイオードの点灯ないし調光制御を行う必要があることから、発光ダイオードを効率良く点灯ないし調光制御して、消費電力をより低減させることができる有効な技術について、未だ満足すべき提案はなされていない。

例えば、従来の発光ダイオードを光源とする投写装置において、画像表示部における表示画面の明るさを制御するに際し、図７に示すように、白色画像を５０％の明るさに低減しようとする場合、光源としてのＲ、Ｇ、Ｂの各発光ダイオードをそれぞれ１００％発光させた状態で、ＤＭＤパネル等の光変調装置においてＲ、Ｇ、Ｂの入射光をそれぞれ５０％出射するように設定される。この場合、Ｒ、Ｇ、Ｂの各発光ダイオードは、それぞれ１００％発光しており、消費電力の低減は不可能であり、無駄な電力消費となっている。

また、図８に示すように、画像表示部において、赤色画像を５０％の明るさに低減しようとする場合、光源としてのＲ、Ｇ、Ｂの各発光ダイオードをそれぞれ１００％発光させた状態で、ＤＭＤパネル等の光変調装置においてＲの入射光のみを５０％出射し、Ｇ、Ｂの入射光については全く出射しないように設定される。この場合、Ｒ、Ｇ、Ｂの発光ダイオードは、それぞれ１００％発光しており、消費電力の低減は不可能であり、かなり無駄な電力消費となっている。

前述したように、従来の発光ダイオードを光源とする投写装置においては、画像表示部における表示画面の明るさを制御する場合において、Ｒ、Ｇ、Ｂの発光ダイオードは、常に１００％発光するように点灯ないし調光制御されているため、それぞれの発光ダイオードの発光効率を低下しないように維持するために、それぞれ最適な温度制御を行うことが困難であるばかりでなく、冷却手段も連続稼働となる傾向となることから、消費電力も増大する難点がある。

従って、本発明の目的は、発光ダイオードを光源とする投写装置において、Ｒ、Ｇ、Ｂの各発光ダイオードの点灯、調光および温度を個別に制御することを可能とし、画像表示部における表示画面の明るさや発光効率を適正かつ円滑に調整ないし維持し得ると共に、消費電力の低減を容易に達成することができる発光ダイオード式投写装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の発光ダイオード式投写装置は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各発光ダイオードを光源とし、この光源光を光変調装置により変調して、文字または映像を含む画像光を形成し、この画像光をスクリーンの画像表示部に投写して表示するように構成した発光ダイオード式投写装置において、
光源としてのＲ、Ｇ、Ｂの各発光ダイオードを調光制御することにより、画像表示部における画面全体の明るさを調節するよう構成したことを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の発光ダイオード式投写装置は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各発光ダイオードの調光制御は、各発光ダイオードに対する入力電流を制御することにより行うことを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の発光ダイオード式投写装置は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各発光ダイオードを光源とし、この光源光を光変調装置により変調して、文字または映像を含む画像光を形成し、この画像光をスクリーンの画像表示部に投写して表示するように構成した発光ダイオード式投写装置において、
画像表示部における赤、緑、青の単色表示および黒色表示に際しては、Ｒ、Ｇ、Ｂの各発光ダイオードの一部または全てを消灯する点灯制御を行うように構成したことを特徴とする。

本発明の請求項４に記載の発光ダイオード式投写装置は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各発光ダイオードを光源とし、この光源光を光変調装置により変調して、文字または映像を含む画像光を形成し、この画像光をスクリーンの画像表示部に投写して表示するように構成した発光ダイオード式投写装置において、
光源としてのＲ、Ｇ、Ｂの各発光ダイオードの点灯状態に応じて、それぞれ対応する光源または装置用の冷却ファンの駆動を個別に制御して、Ｒ、Ｇ、Ｂの各発光ダイオードの放熱制御を行うように構成したことを特徴とする。

本発明の請求項１に記載の発光ダイオード式投写装置によれば、発光ダイオードを光源とする投写装置において、Ｒ、Ｇ、Ｂの各発光ダイオードの調光を、従来のように光変調装置の制御のみによらず、光源としての各発光ダイオードに対して直接かつ個別に制御して、画像表示部における表示画面の明るさを適正かつ簡便に調整し得ると共に、消費電力の低減を容易に達成することができる。

本発明の請求項２に記載の発光ダイオード式投写装置によれば、光変調装置の制御によらず、光源としての各発光ダイオードに対して直接かつ個別に制御することのみによって、画像表示部における表示画面の明るさを適正かつ簡便に調整し得ると共に、消費電力の低減を容易に達成することができる。

本発明の請求項３に記載の発光ダイオード式投写装置によれば、画像表示部における赤、緑、青の単色表示および黒色表示に際して、発光ダイオードの一部ないし全部を消灯するよう制御することによって、光変調装置の制御を要することなく、画像表示部における表示画面の明るさを適正かつ簡便に調整し得ると共に、消費電力の低減を容易に達成することができる。

本発明の請求項４に記載の発光ダイオード式投写装置によれば、光源としての発光ダイオードの点灯状態に応じて、それぞれ対応する光源または装置用の冷却ファンの駆動により個別に放熱制御することにより、各発光ダイオードに対して常に最適な温度制御を行うことができ、これにより各発光ダイオードの発光効率を最適に維持して、画像表示部における表示画面の明るさを適正かつ簡便に調整し得ると共に、消費電力の低減を容易に達成することができる。

次に、本発明に係る発光ダイオード式投写装置の実施例につき、添付図面を参照しながら、以下詳細に説明する。

図１は、本発明に係る発光ダイオード式投写装置の基本構成を示すものである。すなわち、図１において、参照符号４０はＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各発光ダイオードからなる光源を示し、この光源４０は電源装置１２に接続された点灯装置１４を介して点灯制御される。光源４０からの出射光は、インテグレーションレンズ等からなる光学系２０を介して集光され、光変調装置２４への入射角を調整するプリズム等の光学系２２を介して、液晶パネルもしくはＤＭＤパネルからなる光変調装置２４に導かれて変調される。そして、変調された光は、光変調装置２４からの出射角を調整するプリズム等の光学系２６および投写レンズ等の光学系２８を介して、スクリーン等の画像表示部３０に投写される。

なお、図１において、前記光変調装置２４における光変調のタイミングは、制御装置４２において映像信号と同期させた同期信号を発生させ、この同期信号に基づいて駆動装置４４を介し、前記光変調装置２４をそれぞれ制御するように構成される。また、前記光源４０としてのＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各発光ダイオードは、前記制御装置４２において得られる映像信号と同期させた同期信号に基づいて、前記点灯装置１４を制御するように構成される。これにより、光源４０から出射された光は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色の色光が時分割的に光変調装置２４に対し切り替わりながら入射され、それぞれの色光の画像が高速で切り替わりながら、画像表示部３０上に投写される。このようにして、画像表示部３０上に投写される３色の画像は、人の目には残像作用により３原色画像が加色混光されて、カラー画像として見ることができる。

次に、前記構成からなる発光ダイオード式投写装置において、消費電力の少ない投写装置を得るためのそれぞれの制御について、添付図面を参照しながら説明する。

Ｒ、Ｇ、Ｂの各発光ダイオードの調光制御（１）
図２は、画像表示部３０における表示画面の全体の明るさを調整する場合の一実施例を示すものである。すなわち、本実施例においては、白色画像を５０％の明るさに低減しようとする場合であって、光源４０としてのＲ、Ｇ、Ｂの各発光ダイオードをそれぞれ５０％発光させるよう点灯時間の制御を行うように、前記制御装置４２および点灯装置１４を介して調光制御するようにしたものである。この場合、ＤＭＤパネル等の光変調装置２４においては、Ｒ、Ｇ、Ｂの入射光を、前記各発光ダイオードの調光制御に対応させて、それぞれ５０％出射するように、前記制御装置４２および駆動装置４４を介して設定される。
このように、各発光ダイオードを調光制御することにより、従来における同様の表示画面の明るさ調整（図７参照）の場合と比較して、各発光ダイオードの消費電力を低減することができる。

Ｒ、Ｇ、Ｂの各発光ダイオードの調光制御（２）
図３は、画像表示部３０における表示画面の全体の明るさを調整する場合の別の実施例を示すものである。すなわち、本実施例においては、前記実施例と同様に白色画像を５０％の明るさに低減する場合において、光源４０としてのＲ、Ｇ、Ｂの各発光ダイオードの入力電流をそれぞれ制御して全体の明るさが５０％の明るさになるように、前記制御装置４２および点灯装置１４を介して調光制御するようにしたものである。この場合、ＤＭＤパネル等の光変調装置２４においては、Ｒ、Ｇ、Ｂの入射光を、前記各発光ダイオードの点灯時間に対応させて出射するように、前記制御装置４２および駆動装置４４を介して設定される。
このように、各発光ダイオードを調光制御することによっても、従来における同様の表示画面の明るさ調整（図７参照）の場合と比較して、各発光ダイオードの消費電力を低減することができる。

Ｒ、Ｇ、Ｂの各発光ダイオードの調光制御（３）
図４は、画像表示部３０における表示画面の全体の明るさを調整する場合のさらに別の実施例を示すものである。すなわち、本実施例においては、表示画面に赤の単色表示を行うに際して、赤色画像を５０％の明るさに低減しようとする場合において、Ｒの発光ダイオードを５０％発光させるよう点灯時間の制御を行うように、前記制御装置４２および点灯装置１４を介して調光制御するようにしたものである。この場合、Ｇ、Ｂの各発光ダイオードは消灯させ、ＤＭＤパネル等の光変調装置２４においては、Ｒの入射光を、前記発光ダイオードの調光制御に対応させて、５０％出射するように、前記制御装置４２および駆動装置４４を介して設定される。
同様に、緑および青の単色表示、あるいは黒色表示を行うに際しても、前記と同様に対応する発光ダイオードを一部ないし全部を消灯させると共に、これに対応するＤＭＤパネル等の光変調装置２４による出射制御を行うことにより、表示画面の全体の明るさ調整を適正かつ円滑に行うことができる。なお、本実施例によれば、従来における同様の表示画面の明るさ調整（図８参照）の場合と比較して、各発光ダイオードの消費電力を低減することができる。

Ｒ、Ｇ、Ｂの各発光ダイオードの温度制御
図５は、光源４０としてのＲ、Ｇ、Ｂの各発光ダイオード４０ａ、４０ｂ、４０ｃの温度制御を行う場合の一実施例を示す概略システム構成図である。すなわち、本実施例において、前記光源４０としてのＲ、Ｇ、Ｂの各発光ダイオード４０ａ、４０ｂ、４０ｃにそれぞれ対応して温度制御を行うための冷却ファン５０ａ、５０ｂ、５０ｃがそれぞれ設けられている。そして、これらの冷却ファン５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、前述した図１に示す実施例におけるダイオード式投写装置のＤＭＤパネル等の光変調装置２４を制御するための駆動装置４４を介して、それぞれ制御されるように構成されている。
従って、本実施例によれば、制御装置４２において得られる映像信号と同期させた同期信号に基づいて、各発光ダイオード４０ａ、４０ｂ、４０ｃの発光状態に対応させて、対応する冷却ファン５０ａ、５０ｂ、５０ｃを駆動させることができるため、各発光ダイオード４０ａ、４０ｂ、４０ｃに対してそれぞれ最適な温度制御を達成することができる。
この結果、各発光ダイオード４０ａ、４０ｂ、４０ｃの発光効率を最適に維持して、画像表示部における表示画面の明るさを適正かつ簡便に調整し得ると共に、消費電力の低減を容易に達成することができる。

以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、本発明の精神を逸脱しない範囲内において、種々の設計変更を行うことができることは勿論である。

本発明に係る発光ダイオード式投写装置のシステム構成の一実施例を示す概略構成図である。 本発明に係る発光ダイオード式投写装置における画像表示部の明るさを制御するための発光ダイオードの調光制御の一実施例としての光源と光変調装置の制御タイミングを示すタイムチャート図である。 本発明に係る発光ダイオード式投写装置における画像表示部の明るさを制御するための発光ダイオードの調光制御の別の実施例としての光源と光変調装置の制御量と制御タイミングを示すタイムチャート図である。 本発明に係る発光ダイオード式投写装置における光源の消費電力を制御するための発光ダイオードの点灯制御の一実施例としての光源と光変調装置の制御タイミングを示すタイムチャート図である。 本発明に係る発光ダイオード式投写装置における光源の発光効率を制御するための発光ダイオードの温度制御のシステム構成の一実施例を示す概略構成図である。 従来の光源ランプを使用した投写装置のシステム構成例を示す概略構成図である。 従来の投写装置における画像表示部の明るさを制御するための光源の調光制御を行う場合の光源と光変調装置の制御タイミングを示すタイムチャート図である。 従来の投写装置における光源の消費電力を制御するための光源の点灯制御を行う場合の光源と光変調装置の制御タイミングを示すタイムチャート図である。

符号の説明

１２ 電源装置
１４ 点灯装置
２０ 光学系（インテグレーションレンズ）
２２ 光学系（入射角調整用プリズム）
２４ 光変調装置
２６ 光学系（出射角調整用プリズム）
２８ 光学系（投写レンズ）
３０ 画像表示部（スクリーン）
４０ 光源（発光ダイオード）
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ 光源（発光ダイオード）
４２ 制御装置
４４ 駆動装置
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ 冷却ファン

Claims (4)

1. Ｒ、Ｇ、Ｂの各発光ダイオードを光源とし、この光源光を光変調装置により変調して、文字または映像を含む画像光を形成し、この画像光をスクリーンの画像表示部に投写して表示するように構成した発光ダイオード式投写装置において、
   光源としてのＲ、Ｇ、Ｂの各発光ダイオードを調光制御することにより、画像表示部における画面全体の明るさを調節するよう構成したことを特徴とする発光ダイオード式投写装置。
2. Ｒ、Ｇ、Ｂの各発光ダイオードの調光制御は、各発光ダイオードに対する入力電流を制御することにより行うことを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード式投写装置。
3. Ｒ、Ｇ、Ｂの各発光ダイオードを光源とし、この光源光を光変調装置により変調して、文字または映像を含む画像光を形成し、この画像光をスクリーンの画像表示部に投写して表示するように構成した発光ダイオード式投写装置において、
   画像表示部における赤、緑、青の単色表示および黒色表示に際しては、Ｒ、Ｇ、Ｂの各発光ダイオードの一部ないし全部を消灯する点灯制御を行うように構成したことを特徴とする発光ダイオード式投写装置。
4. Ｒ、Ｇ、Ｂの各発光ダイオードを光源とし、この光源光を光変調装置により変調して、文字または映像を含む画像光を形成し、この画像光をスクリーンの画像表示部に投写して表示するように構成した発光ダイオード式投写装置において、
   光源としてのＲ、Ｇ、Ｂの各発光ダイオードの点灯状態に応じて、それぞれ対応する光源または装置用の冷却ファンの駆動を個別に制御して、Ｒ、Ｇ、Ｂの各発光ダイオードの放熱制御を行うように構成したことを特徴とする発光ダイオード式投写装置。

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