JP2007156211A - 映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源の発光主波長および発光強度が周囲温度や駆動条件により変化し、結果として生じる原色および白色の色度点のずれを自動的に補正し、全色再現範囲において安定した映像表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】発光色の異なる複数の光源５７、５８、５９と、光源を駆動する光源駆動部６１、６２、６３と、表示パネル５４に照射される光量を検出する光検出部７０、７１、７２と、光検出部７０、７１、７２の各出力が変化しないよう、光検出部７０、７１、７２の各出力に基づいて光源駆動部６１、６２、６３にフィードバックする制御部６６と、光源駆動部が色順次に発光するタイミングを発生するタイミングパルス発生部６４とを備え、色順次に発光する各原色期間毎に複数の光源５７、５８、５９の各駆動量を個別にフィードバック制御することで全色再現範囲において色度および輝度を安定化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明用光源として発光色の異なる複数の光源を有し、フィードバック制御によって光源出力の安定化を図る映像表示装置に関するものである。

近年、映像表示装置であるＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｅｖｉｃｅ）ディスプレイやＬＣＤテレビのバックライト光源、あるいは、プロジェクタの照明用光源として従来の冷陰極管やランプに替わって高輝度発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザを用い、色再現範囲の拡大が図られてきている。このＬＥＤやレーザのような半導体光源の場合は、その発光スペクトルが冷陰極管やランプとは異なり、比較的狭い範囲に集中した特性を有しているため、多くの場合、照明用光源としてＲ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）の三種の発光色を有する半導体光源を組み合わせて使用するケースが多い。しかしながら、このような半導体光源は周囲環境の温度変化や、光源自身の温度変化、あるいは駆動条件すなわち駆動電流量によって発光出力が変化することが知られている。ここでいう発光出力とは、光量すなわち明るさと、発光主波長である。これらが変化することによって、画面全体の輝度が変化したり、各原色の色度および輝度が変化し色温度すなわち白バランスが変化する。そこで、従来は光検出器を用いてフィードバック制御を行うことにより、特に白バランスの安定化を図っている（例えば特許文献１参照）。

図６はこのような従来の映像表示装置の構成を示すブロック図である。

図６において、映像表示装置１３０の信号処理部５１は、入力映像信号に対する処理を行う。表示素子駆動制御部２０３は、透過型表示素子２１０を駆動する信号を信号処理部５１からの出力に応じて発生させる。Ｒ光源５８、Ｇ光源５７、Ｂ光源５９はそれぞれＲ光、Ｇ光、Ｂ光を発光する光源である。光合成プリズム６０はＲ光、Ｇ光、およびＢ光を光合成して白色光を得る。光検出部２０４、２０５、２０６は光量を電気信号に変換する光検出器であって、例えばフォトダイオードにカラーフィルタを取り付けたフォトセンサであり、Ｒ光源５８の光量を光検出部２０４によって検出し、その光量を示す信号を出力する。同様に、Ｇ光源５７の光量を光検出部２０５によって、Ｂ光源５９の光量を光検出部２０６によって検出し出力する。制御部２００は、光検出部２０４から出力されたＲ光の光量を示す信号を入力として、Ｒ光の光量をあらかじめ定めた光量と比較し、その差が小さくなる方向すなわち所定の明るさを維持する方向に、光源駆動部６１に対してＲ光源駆動ゲインを変化させるフィードバック動作を行う。光源駆動部６１は、制御部２００から出力されたＲ光源駆動ゲインにしたがってＲ光源５８を電流駆動する電流源として動作する。光検出部２０５から出力されたＧ光の光量を示す信号に対しては、上記Ｒ光に対する動作と同様に、制御部２０１および光源駆動部６２によってＧ光の光量が一定になるようにフィードバック制御を行い、Ｂ光に対しては、制御部２０２および光源駆動部６３によってＢ光の光量が一定になるようにフィードバック動作を行う。上記の動作により、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の光量すなわち明るさは一定になり、結果として、光合成プリズム６０で合成された白色合成光の明るさは一定に保たれる。透過型表示素子２１０は、上記の動作の結果得られた安定した明るさの白色光を、照明光として透過させ、投写レンズ５５を通して映出する。

また、光検出部２０４の従来例を図３のブロック図に示す。図において、光検出部２０４は、フォトセンサ３３１、オペアンプ３３３、抵抗３３２、およびローパスフィルタ（ＬＰＦ）３３８で構成される。

さらに、制御部２００についてその従来の構成例を図７のブロック図に示す。光検出部２０４において検出されたＲ光の光量検出出力ＳＸを、誤差検出部４００において、あらかじめ定めたＳＸ目標値と比較しその差分を得、制御量演算部４５０で上記差分が小さくなる光源駆動ゲインを演算で求め、Ｒ光源駆動ゲインとして出力する。

上記は赤色の処理系統構成について述べたが、緑色および青色についても構成は同じであるため説明は省略し、以下に赤色の系統についてその動作を説明する。

Ｒ光源５８からの光量をフォトセンサ３３１によって、その光量に応じた電流に変換する。次にオペアンプ３３３および抵抗３３２で構成するＩ−Ｖ変換回路によって上記電流を電圧に変換し、ローパスフィルタ３３８により高域成分およびノイズ成分が除去される。この結果得られた光量検出出力ＳＸは、制御部２００によってあらかじめ定めたＳＸ目標値と比較しその誤差成分を抽出する。制御量演算部４５０は、誤差検出部４００の検出結果に応じて光源駆動部６１に対してＲ光源駆動ゲインを変化させる。例えば、光量検出出力ＳＸがＳＸ目標値より大きい場合は、Ｒ光源駆動ゲインを下げ、光量検出出力ＳＸがＳＸ目標値より小さい場合は、Ｒ光源駆動ゲインを上げる。結果、光源駆動部６１において駆動電流が変化し、Ｒ光源５８の光量が変化する。この動作は、フィードバック制御であるため常に行われており、光量検出出力ＳＸがＳＸ目標値と等しくなるまで行われる。したがって、周囲温度が変化しその結果Ｒ光源５８の光量が変化した場合でも、上記動作によりＲ光源５８の光量は一定に保たれる。

上記は赤色の系統における動作について説明したが、緑色、青色についても動作は同じであるため説明は省略する。
特開２００１−３３２７６４号公報

しかしながら、上記映像表示装置１３０では、周囲温度条件や駆動条件の変化による発光出力の変化のうち、白色光の光量すなわち明るさの変化に対してのみ安定化を図ることができるが、発光主波長の変化による色度の変化に対しては、それを検出および補正する手段を持たないため、その結果生じる色温度の変化に対して安定化を図ることができないばかりか、さらに、Ｒ、Ｇ、Ｂ各原色光毎の色度変化に対してそれを検出および補正することができないため、色再現範囲の全域において色度が変化するという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、周囲温度条件や光源駆動条件の変化により生じる光源の光量の変化および発光主波長の変化を検出し、その検出結果に応じて光源の駆動を制御し、常に色温度の安定化および光量の安定化を色再現範囲の全域において実現することができる映像表示装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、第１の本発明は、照明用光源を有する映像表示装置において、発光色の異なる複数の光源と、前記複数の光源のうち少なくとも一つ以上の光源を駆動する光源駆動手段と、前記複数の光源からの光を合成した合成光の光量を検出する光検出手段であって、分光感度特性が互いに重なり合った波長帯を有する複数の光検出手段と、前記複数の光源の光量を制御するために、前記複数の光検出手段の出力に基づく信号を所定の目標値と比較し、前記光源駆動手段にフィードバックする制御手段と、
前記複数の光源が色順次に発光するタイミングを発生するタイミングパルス発生手段とを有し、明るさおよび色度の安定化を実現する。

本構成によって、色順次に発光する原色期間毎に複数の光源の各駆動量を個別にフィードバック制御することにより、各原色の明るさおよび色度を安定化し、白色のみならず色再現範囲の全域において安定した明るさおよび色度の維持が可能となる。

本発明の映像表示装置によれば、周囲温度条件や光源駆動条件の変化により生じる光源の光量の変化および発光主波長の変化を検出し、その検出結果に応じて光源の駆動を制御することによって、色再現範囲の全域において常に安定した明るさおよび色度を実現することができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における映像表示装置１００の構成図である。図１において、従来例の図６と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図１において、タイミングパルス発生部６４は、色順次方式で光源の発光を行うための駆動切替パルスを発生し、同時に駆動切替パルスの発生基準になるタイミングを示す基準パルスを発生する。表示素子駆動制御部５２は、タイミングパルス発生部６４から出力される上記駆動切替パルスおよび基準パルスのタイミングに対応して、反射型表示素子５４を駆動する信号を発生する。光検出部７０、７１、７２は、光量を電気信号に変換する光検出器であって、例えばフォトダイオードにカラーフィルタを取り付けたフォトセンサであり、光検出部７０は、Ｒ光の発光スペクトル近辺に分光感度特性のピークを持ち、光検出部７１はＧ光の発光スペクトル近辺に分光感度特性のピークを持ち、光検出部７２はＢ光の発光スペクトル近辺に分光感度特性のピークを持つ。さらに光検出部７０、７１、７２の分光感度特性は、互いに重なり合った波長帯を有する。すなわち、例えば光検出部７０の分光感度特性は、光検出部７１の分光感度特性と重なり合った波長帯を有し、Ｒ光の発光スペクトルの変化つまり光量の変化あるいは発光主波長の変化が、光検出部７０および光検出部７１の両方の出力信号の変化となって現れる。同様に、光検出部７１と光検出部７２の分光感度特性も互いに重なり合った波長帯を有する。このような分光感度特性の例を図５に示す。図５は等色関数に一致した分光感度特性であり、図５におけるＸは光検出部７０の分光感度特性に、図５におけるＹは光検出部７１における分光感度特性、図５におけるＺは光検出部７２の分光感度特性の例をそれぞれ示している。なお、図５のＸで示した分光感度特性における短波長側の２つ目のピークである分光感度特性部分は、図５におけるＺで示した分光感度特性を用いて代用して構成しても良い。制御部６６は、光検出部７０、７１、７２の出力信号に基づいて、上記駆動切替パルスおよび基準パルスのタイミングに応じて、光源駆動部６１、６２、６３にそれぞれＲ光源５８を駆動するＲ光源駆動ゲイン、Ｇ光源５７を駆動するＧ光源駆動ゲイン、およびＢ光源５９を駆動するＢ光源駆動ゲインを出力する。

以上のように構成された本発明の実施の形態について、図面を参照しながら以下にその動作を説明する。

図２は本発明の実施の形態における光源駆動方式の動作を説明する図である。

図２に示すように、タイミングパルス発生部６４の出力信号である基準パルスを元に、駆動切替パルスのタイミングに応じてＲ期間、Ｇ期間、Ｂ期間という３つの原色期間を時間的に切り替える。原色期間を時間的に切り替える方式は一般的に色順次方式と呼ばれており、従来は、各原色に応じた光学フィルタを設けたカラーホイールを用いて、その回転および各原色フィルタの構成角度によって各原色期間を作り出しているが、これは、複数の光源を用いて、各原色期間において単一の光源を発光させるに等しい。すなわちＲ期間はＲ光源のみが発光し、Ｇ期間はＧ光源のみ、Ｂ期間はＢ光源のみが発光する。

本発明では、各原色期間において、Ｒ光源５８、Ｇ光源５７、Ｂ光源５９の駆動ゲインを図２に示すように切り替えて制御部６６から出力し、かつ全光源をゲインの差をもって同時に発光させる。例えば、Ｒ期間はＲ光源の駆動ゲインが他光源の駆動ゲインに対して支配的であるためＲ期間と呼ぶが、このＲ期間におけるＲ光源５８、Ｇ光源５７、およびＢ光源５９からの光の合成光がすなわち赤の原色の明るさおよび色度となる。同様にＧ期間における各光源からの光の合成光がすなわち緑の原色の明るさおよび色度となり、Ｂ期間における各光源からの光の合成光がすなわち青の原色の明るさおよび色度となる。

次に、制御部６６において安定化を制御する動作について、図４を用いて説明する。

図４は本発明の実施の形態における制御部６６の構成の一例を示す図である。

図４において、目標値切替部４１０、４１１、４１２は、基準パルスおよび駆動切替パルスを元に、切替パルス発生部４０６より発生する切替パルスによって原色期間毎に予め定めた所定の検出目標値を切り替えて出力する。例えば、Ｒ期間では光検出部７０からの光量検出出力ＳＸとＲ期間の目標値ＴＸＲとの誤差を得るため、目標値切替部４１０から目標値ＴＸＲを出力し、同時に光検出部７１からの光量検出出力ＳＹとＲ期間の目標値ＴＹＲとの誤差を得るため、目標値切替部４１１から目標値ＴＹＲを出力し、さらに光検出部７２からの光量検出出力ＳＺとＲ期間の目標値ＴＺＲとの誤差を得るため、目標値切替部４１２から目標値ＴＺＲを出力する。Ｇ期間、Ｂ期間についても、それぞれに対応する目標値を目標値切替部４１０、４１１、４１２より出力する。誤差検出部４００、４０１、４０２では、各原色期間毎に光検出部７０、７１、７２からの出力とその目標値との誤差成分を出力する。制御量演算部４０５では、原色期間毎に得られた光検出部７０、７１、７２の各誤差成分を元に、その誤差成分が少なくなる方向に各光源駆動ゲインを演算で求めて出力する。

次に、Ｒ期間を例に、Ｒ原色の色度および明るさを安定化制御する動作について説明する。

Ｒ期間において、Ｒ光源５８の発光主波長が変化した場合、光検出部７０の光量検出出力ＳＸは変化する。光検出部７０と光検出部７１の分光感度特性は互いに重なり合った波長帯を有するため、Ｒ光源５８の発光主波長の変化は光検出部７１の光量検出出力ＳＹにも変化となって生じ、その結果、誤差検出部４００と誤差検出部４０１の出力はいずれも変化する。制御量演算部４０５では、これらの誤差検出部４００、４０１からの誤差成分の変化に対して、いずれの誤差も小さくなるように、この例の場合、Ｒ光源駆動ゲインとＧ光源駆動ゲインの両方を変化させる。この、原色期間毎の駆動ゲインの変化の様子は、図２の各原色期間の駆動ゲインの図に付した上下の矢印で示している。Ｇ期間、Ｂ期間についても同様に、期間毎に光検出部の出力と、その期間における目標値との誤差成分を、同時に全ての光源に対して得ることによって、誤差を小さくする各光源の駆動ゲインを演算で求め、各原色の色度および明るさを安定化することができ、その結果、白色のみならず、色再現範囲の全域において安定した色度および明るさを得ることができる。この動作は、フィードバック制御であるため常に行われており、Ｒ期間においては光量検出出力ＳＸが目標値ＴＸＲと等しくなるまで、かつ、光量検出出力ＳＹが目標値ＴＹＲと等しくなるまで行われる。したがって、周囲温度が変化しその結果Ｒ光源５８の光量および発光主波長が変化した場合でも、上記動作によりＲ期間の合成光の光量およびＲ期間の色度は一定に保たれる。

Ｇ期間およびＢ期間についても同様にフィードバック動作が行われ、結果として、各原色期間について色度および光量すなわち明るさが維持されるため、これらの原色光の合成で表現される色再現領域はその全域にわたって安定した色度および明るさを得ることができる。

なお、本実施の形態において、複数の光検出部７０、７１、７２は反射型表示素子５４に照射される色順次光を検出するよう設けたが、反射型表示素子５４によって反射された光のうち、映像信号の内容によって変化しない光を検出するよう設けても良い。

なお、本発明のプログラムは、上述した本発明の映像表示装置の全部または一部の手段の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラムであって、コンピュータと協働して動作するプログラムである。

また、本発明の記録媒体は、上述した本発明の表示装置の全部、または一部の手段の全部、または一部の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラムを担持した記録媒体であり、コンピュータにより読み取り可能、且つ、読み取られた前記プログラムが前記コンピュータと協動して前記機能を実行する記録媒体である。

なお、本発明の上記「一部の手段」とは、それらの複数の手段の内の、一つまたは幾つかの手段を意味する。

また、本発明の上記「手段の機能」とは、前記手段の全部または一部の機能を意味する。

また、本発明のプログラムの一利用形態は、コンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータと協働して動作する態様であっても良い。

また、本発明のプログラムの一利用形態は、伝送媒体中を伝送し、コンピュータにより読みとられ、コンピュータと協働して動作する態様であっても良い。

また、記録媒体としては、ＲＯＭ等が含まれ、伝送媒体としては、インターネット等の伝送媒体、光・電波・音波等が含まれる。

また、上述した本発明のコンピュータは、ＣＰＵ等の純然たるハードウェアに限らず、ファームウェアや、ＯＳ、更に周辺機器を含むものであっても良い。

なお、以上説明した様に、本発明の構成は、ソフトウェア的に実現しても良いし、ハードウェア的に実現しても良い。

本発明に係る映像表示装置は、光源の発光主波長が変化した場合でも、全色再現範囲において色度および明るさの変化を抑制することが可能になるので、照明用光源を有する映像表示装置等として有用である。

本発明の実施の形態における映像表示装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態における光源駆動方式の動作の一例を説明する図 従来および本発明の光検出部の構成を示すブロック図 本発明の制御部の構成の一例を示す図 本発明の光検出部の分光感度特性の一例を示す図 従来の映像表示装置の構成を示すブロック図 従来の制御部の一例を示すブロック図

符号の説明

５７、５８、５９ 光源
６１、６２、６３ 光源駆動部
６４ タイミングパルス発生部
６６ 制御部
７０、７１、７２ 光検出部
４００、４０１、４０２ 誤差検出部
４０５ 制御量演算部
４０６ 切替パルス発生部
４１０、４１１、４１２ 目標値切替部

Claims (7)

1. 照明用光源を有する映像表示装置において、
   発光色の異なる複数の光源と、
   前記複数の光源のうち少なくとも一つ以上の光源を駆動する光源駆動手段と、
   前記複数の光源からの光を合成した合成光の発光強度を検出する光検出手段であって、分光感度特性が互いに重なり合った波長帯を有する複数の光検出手段と、
   前記複数の光源の発光強度を制御するために、前記複数の光検出手段の出力に基づく信号を所定の目標値と比較し、前記光源駆動手段にフィードバックする制御手段と、
   前記複数の光源が色順次に発光するタイミングを発生するタイミングパルス発生手段とを備えた映像表示装置。
2. 制御手段は、切替パルスを発生する切替パルス発生手段と、前記切替パルスにより原色期間毎に予め定めた所定の検出目標値を切り替えて出力する目標値切替手段と、光検出部からの出力とその目標値との誤差成分を出力する誤差検出手段と、前記誤差成分が少なくなる方向に各光源駆動ゲインを演算で求めて出力する制御量演算手段とから構成される請求項１記載の映像表示装置。
3. 複数の光源は、赤、緑、青の発光ダイオードまたは半導体レーザである請求項１記載の映像表示装置。
4. 光検出手段は、等色関数に近似した分光感度特性を持つ、赤、緑、青の３色カラーフィルタを備えたフォトダイオードによって構成される請求項１記載の映像表示装置。
5. 請求項１記載の複数の光源の発光強度を制御するために、複数の光検出手段の出力に基づく信号を所定の目標値と比較し、光源駆動手段にフィードバックする制御ステップと、
   前記複数の光源が色順次に発光するタイミングを発生するタイミングパルス発生ステップとを備えた映像表示方法。
6. 各ステップをコンピュータを機能させるプログラムにより実現した請求項５記載の映像表示方法。
7. 請求項６に記載のプログラムを担持した記録媒体であって、コンピュータにより処理可能な記録媒体。

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