JP2013167776A - 投射型映像表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】LEDアレイ内のLEDが故障した場合でも、映像の色度・輝度の変化を抑制できる投射型映像表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】投射型映像表示装置は、6個のLEDからなるLEDアレイである光源部20,30,40を所定の各色ごとに備えた光源と、各光源部20,30,40を、外部から入力される入力映像信号のタイミングに基づいて時分割駆動する光源制御部7と、各光源部20,30,40の出射光を、入力映像信号に基づいて変調し、スクリーン5に投射する映像表示デバイス3とを備え、光源制御部7は、各光源部20,30,40の時分割駆動の各駆動において、6個のLEDのうち3個のLEDのみを点灯させるように制御している。
【選択図】図1

Description

本発明は、複数のLEDから構成されるLEDアレイを光源として用いた投射型映像表示装置に関する。
近年、投射型映像表示装置では、従来のランプ光源に代わり発光ダイオード(以下「LED」と称す)の光源が使用されつつある。特にDMD(Digital Micromirror Device)を用いたDLP(Digital Light Processing、登録商標)方式の映像表示装置では、赤色光を発光するLEDと、緑色光を発光するLEDと、青色光を発光するLEDとを用い、これら3色のLEDを時系列に点灯させている(例えば特許文献1)。このような投射型映像表示装置には、輝度を上げるため、複数のLEDで構成されるLEDアレイを光源として用いたものがある。以下、赤色光を発光するLEDアレイをR-LEDアレイ、緑色光を発光するLEDアレイをG-LEDアレイ、青色光を発光するLEDアレイをB-LEDアレイと称す。このような投射型映像表示装置では、LEDアレイを構成するLEDごと、もしくは、複数のグループごとに駆動回路が設けられている。具体的には、例えば、R-LEDアレイが、6つのLEDで構成されており、2つのLEDで構成される3グループごとに駆動回路が設けられている。
上記映像表示装置では、入力映像信号は各色のデジタルデータ、すなわち赤色データ(以下「Rデータ」と称す)と、緑色データ(以下「Gデータ」と称す)と、青色データ(以下「Bデータ」と称す)とに変換され、これらの各色データに従ってDMDが駆動されることによって3色の光に強度変調が施される。すなわち、Rデータに従って赤色光が強度変調され、Gデータに従って緑色光が強度変調され、Bデータに従って青色光が強度変調される。強度変調された3色の光は光合成手段と、投射レンズを通じてスクリーン等に投射され、これにより映像が表示される。
特開2005−331705号公報
上記映像表示装置において、例えば、R-LEDアレイ内の1つのLEDが故障し、点灯不能になった場合、故障したLEDの駆動回路は、LEDの駆動を停止させる。この場合、スクリーンに投射される映像は、赤色の輝度が低下することにより、色度・輝度が変化する。特に、投射型映像表示装置を複数台組み合わせて成るマルチビジョン投射型映像表示装置においては、ある投射型映像表示装置が投射する映像の色度・輝度の変化は、複数画面間の均一性や一体感を損なうことになる。
そこで、本発明は、LEDアレイ内のLEDが故障した場合でも、映像の色度・輝度の変化を抑制できる投射型映像表示装置を提供することを目的とする。
本発明に係る投射型映像表示装置は、m個(mは2以上の整数)のLEDからなるLEDアレイを所定の各色ごとに備えた光源と、各前記LEDアレイを、外部から入力される入力映像信号のタイミングに基づいて時分割駆動する光源制御部と、各前記LEDアレイの出射光を、前記入力映像信号に基づいて変調し、スクリーンに投射する映像表示デバイスとを備え、前記光源制御部は、各前記LEDアレイの時分割駆動の各駆動において、前記m個のLEDのうちn個(n<mの整数)のLEDのみを点灯させるように制御するものである。
本発明によれば、各LEDアレイの時分割駆動の各駆動において、m個のLEDのうちn個のLEDのみを点灯させるため、LEDアレイ内のLEDの故障前と故障後において、点灯させるLEDの個数が変わらないようにできる。これにより、LEDアレイ内のLEDが故障した場合でも、LEDの故障前と故障後における映像の色度・輝度の変化を抑制することができる。
実施の形態に係る投射型映像表示装置の構成図である。 赤色光源部と赤色光源駆動回路の構成図である。 省電力モードにおいて正常時のLEDの点灯タイミングを示すタイミングチャートの一部である。 省電力モードにおいて正常時のLEDの点灯タイミングを示すタイミングチャートの残部である。 省電力モードにおいて赤色光源部のLEDが故障した場合のLEDの点灯タイミングを示すタイミングチャートの一部である。 省電力モードにおいて赤色光源部のLEDが故障した場合のLEDの点灯タイミングを示すタイミングチャートの残部である。 LEDの輝度の経時劣化を示すグラフである。
<実施の形態>
本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。
<投射型表示装置の構成>
図1は、実施の形態に係る投射型映像表示装置の構成図である。投射型映像表示装置は、赤色光源部20と、緑色光源部30と、青色光源部40と、映像表示デバイス3と、赤色光源駆動回路50と、緑色光源駆動回路70と、青色光源駆動回路80と、光源制御部7と、光合成部2と、投射レンズ4と、スクリーン5と、映像入力部8と、信号処理部9と、制御処理部10と、通信部11と、操作手段12とを備えている。
赤色光源部20は、赤色(R)光を発する発光ダイオードアレイで構成され、6個(より一般的にはm個)の赤色(R)光を発する発光ダイオード(以下「R−LED」と称す)21〜26(図2、図3参照)で構成されている。緑色光源部30は、緑色(G)光を発する発光ダイオードアレイで構成され、6個(より一般的にはm個)の緑色(G)光を発する発光ダイオード(以下「G−LED」と称す)31〜36(図3参照)で構成されている。青色光源部40は、青色(B)光を発する発光ダイオードアレイで構成され、6個(より一般的にはm個)の青色(B)光を発する発光ダイオード(以下「B−LED」と称す)41〜46(図3参照)で構成されている。以下、各色発光ダイオードアレイを「LEDアレイ」と称す。赤色光源部20、緑色光源部30、青色光源部40から出射した光は、ダイクロイックミラーで構成される光合成部2を経て、映像表示デバイス3へ入射される。なお、赤色光源部20と緑色光源部30と青色光源部40が光源に相当する。
映像入力部8は、外部から入力された入力映像信号を信号処理部9へ出力する。信号処理部9は、映像入力部8を介して入力された入力映像信号を、映像表示デバイス3に必要な形式の映像データに信号変換してから、映像表示デバイス3へ出力する。
赤色光源駆動回路50、緑色光源駆動回路70、青色光源駆動回路80は、光源制御部7からの光源制御信号に基づいて、赤色光源部20、緑色光源部30、青色光源部40に対してそれぞれ駆動電流を供給することで、赤色光源部20、緑色光源部30、青色光源部40を駆動する。
次に、赤色光源駆動回路50の構成について説明する。ここで、赤色光源駆動回路50と、緑色光源駆動回路70と、青色光源駆動回路80は同じ構成であるため、赤色光源駆動回路50についてのみ説明する。図2は、赤色光源部20と赤色光源駆動回路50の構成図である。赤色光源部20は、上記のとおりLEDアレイで構成され、LEDアレイの光源駆動回路として定電流回路が例示されている。赤色光源駆動回路50は、赤色光源部20を構成するR−LED21〜26へ駆動電流を供給するR定電流回路51〜56と、R−LED21〜26による電圧降下を検出するR電圧検出部61〜66とで構成されている。
R定電流回路51〜56は、光源制御部7から出力される光源制御信号に基づいて、R−LED21〜26に対して駆動電流を供給する。R電圧検出部61〜66は、R−LED21〜26で生じた電圧降下を検出し、検出結果をLED電圧検出情報として光源制御部7を介して制御処理部10へ出力する。
光源制御部7は、各光源部20,30,40の時分割駆動の各駆動において、6個のLEDのうち3個(n個)のLEDのみを点灯させるように制御する。より具体的には、光源制御部7は、信号処理部9から映像表示デバイス3に映像データが入力されるタイミングと制御処理部10による制御に基づいて、光源駆動回路50,70,80に対して光源制御信号を出力することで、各LEDに対する点灯タイミングおよび供給電流を制御する。
また、光源制御部7は、R電圧検出部61〜66とG電圧検出部(図示省略)とB電圧検出部(図示省略)から入力されたLED電圧検出情報を制御処理部10へ出力する。
操作手段12は、リモートコントローラまたは外部コンピュータなどで構成され、ユーザーの操作により投射型映像表示装置の動作モードを設定する。
制御処理部10は、光源制御部7を介して、赤色光源部20と緑色光源部30と青色光源部40から入力されたLED電圧検出情報に基づいて、赤色光源部20を構成するR−LED21〜26と、緑色光源部30を構成するG−LED31〜36と、青色光源部40を構成するB−LED41〜46の故障を検出する。
次に、制御処理部10によるLEDの故障検出について説明する。LEDは点灯する色および電流量により電圧降下が異なり、例えばR−LED21〜26が正常動作している場合の電圧降下が3〜5Vの場合、R電圧検出部61〜66では7〜9Vと検出される。すなわち、R−LED21〜26が正常に動作していると判定する範囲を7〜9Vと設定することで、R電圧検出部61〜66において設定範囲以上の電圧が検出された場合、当該LEDは短絡状態で故障していると判断される。一方、R電圧検出部61〜66において設定範囲以下の電圧が検出された場合、当該LEDは開放状態で故障していると判断される。
また、制御処理部10は、操作手段12から入力された操作信号を、通信部11を介して受け取り、操作信号と、制御処理部10によるLEDの故障検出結果に基づいて、LEDを制御するための光源制御信号を光源制御部7に出力する。なお、R電圧検出部61〜66とG電圧検出部とB電圧検出部と制御処理部10が、LEDの故障を検出する故障検出部に相当する。
映像表示デバイス3は、例えばDMD(Digital Micromirror Device)で構成され、信号処理部9から入力された映像データに基づいて、赤色光源部20と、緑色光源部30と、青色光源部40の出射光を時分割(換言すれば時系列)で画素単位オン・オフ処理することにより変調し、投射レンズ4を介してスクリーン5に投射する。
<投射型映像表示装置の動作>
次に、図3および図4を用いて、光源部20,30,40を構成するLEDにおいて故障が発生していない正常時における投射型映像表示装置の動作について説明する。図3および図4は、省電力モードにおいて正常時のLEDの点灯タイミングを示すタイミングチャートである。ここで、タイミングチャートは、図3および図4においてA1でつながっているものとする。
最初にユーザーは操作手段12を介して、投射型映像表示装置の動作モードを設定する。ユーザーは、例えば動作モードとして、省電力モード、通常モード、輝度優先モードなどの中から1つのモードを設定することができる。省電力モードが選択された場合、各光源部20,30,40のLEDは、6個のうち、3個(より一般的にはn個)のみが同時に点灯するように制御される。
このとき、LEDアレイにおいて予め決められた位置の3個のLEDのみを点灯させると、スクリーン5上で点灯している3個のLEDに相当する部分が明るくなり、また、消灯している3個に相当する部分が暗くなるというようにスクリーン5上に輝度むらが生じる。光源制御部7は、映像データのタイミングに合わせて、点灯させる3個のLEDが6個のLEDに渡って順次に巡回するように、時分割駆動の各駆動における3個のLEDの点灯を制御する。ここで、時分割の間隔が十分短いため(例えば、映像フレームの1/10)輝度むらはユーザーには認識できない。
映像表示デバイス3は、赤色(R)データフィールドに赤色(R)画像、緑色(G)データフィールドに緑色(G)画像、青色(B)データフィールドに青色(G)画像を処理することにより、スクリーン5に映像を投射する。
ここでは、60Hzの1映像フレームが赤色(R)データフィールド、緑色(G)データフィールド、青色(B)データフィールドの順に各10回で構成され、データフィールドに同期して、各色の光源部20,30,40が点灯駆動される。さらにR,G,Bの各データフィールドでは6個のLEDのうち3個のLEDが順次選択され、6回のデータフィールドで、各LEDがそれぞれ3回点灯するように制御される。
次に、図5および図6を用いて、LED故障時における投射型映像表示装置の動作について説明する。ここでは、例として省電力モード時に、赤色光源部20のうちのR−LED23が故障した場合の動作について説明する。図5および図6は、赤色光源部20のLEDが故障した場合のLEDの点灯タイミングを示すタイミングチャートである。ここで、タイミングチャートは、図5および図6においてA2でつながっているものとする。
制御処理部10によって赤色光源部20のR−LED23が故障したことを検出されると、光源制御部7は、その検出結果に基づいて、R定電流回路53に対してR−LED23への駆動電流の供給を停止させるように制御する。その後、R−LED23を点灯させることなく、図5および図6に示すように、6個(m個)のR−LED21〜26から故障した1個(より一般的にはx個)のR−LED23を除いた5個(m−x個)のR−LED21,22,24,25,26を時分割で巡回して点灯させるタイミングへ移行する。光源制御部7は、3個のR−LEDが5個のR−LED21,22,24,25,26に渡って順次に巡回するように、時分割駆動の各駆動における3個のLEDの点灯を制御する。
このため、LEDの故障前と故障後において、同時に点灯するLEDの個数は変わらない。Rデータフィールドで、故障したR−LED23を除いた正常な5個のR−LED21,22,24,25,26のうち3個のR−LEDのみが順次選択されて、5回のデータフィールドで、故障したR−LED23を除くR−LED21,22,24,25,26が各3回点灯するように制御される。
なお、図5および図6には示されていないが、緑色光源部30のG−LED31〜36および青色光源部40のB−LED41〜46については故障していないため、G,Bの各データフィールドでは、図3および図4に示すタイミングでG−LED31〜36およびB−LED41〜46は点灯するように制御される。また、緑色光源部30のG−LED31〜36および青色光源部40のB−LED41〜46において故障が検出された場合は、赤色光源部30のR−LED21〜26において故障が検出された場合と同様に、図5および図6に示す制御が行われる。
ここで、LEDは経時変化により輝度低下が発生するが、6個のLEDのうち予め決められた位置の3個のLEDのみを点灯させて、LED故障時に、これまで点灯させていない別のLEDを点灯させた場合、点灯する各LEDの輝度にバラつきが発生する。図7は、LEDの輝度の経時劣化を示すグラフである。図7に示すように、5万時間経過後、LEDの輝度は初期の60%となる。例えば、5万時間経過後にLEDが故障し、これまで点灯させていない別のLEDを点灯させた場合、故障前と故障後におけるLEDの輝度の変化は、(60%+60%+100%)÷(60%+60%+60%)=1.222・・・のように計算され、約1.22倍明るくなる。赤色光源部20が、約1.22倍明るくなったとすると、赤色光源部20と緑色光源部30と青色光源部40の輝度比が変化し、その結果、スクリーン5に投射される映像の色度が変化することになる。
しかし、本実施の形態においてはLEDの故障前に、3個のLEDが6個のR−LED21〜26に渡って順次に巡回するように、時分割駆動の各駆動における3個のLEDを点灯させているため、6個のR−LED21〜26の経時変化による輝度劣化はほぼ等しい。このため、赤色光源部20において同時に点灯させているLEDの個数はLEDの故障前と故障後とで変化しないため、映像表示デバイス3は、輝度を変化させることなく、スクリーン5に映像を投射することができる。また、赤色光源部20と緑色光源部30と青色光源部40の輝度比にも変化がないため、映像表示デバイス3は、色度についても変化させることなく、スクリーン5に映像を投射することができる。
通常モードおよび輝度優先モードの場合、例えば、光源部20,30,40を構成する6個のLEDは、それぞれ4個同時点灯および5個同時点灯となるように可変制御され、省電力モードと同様に順次、時分割で発光するよう制御される。このように点灯するLEDの個数を可変制御することにより、スクリーン5に投射される映像の輝度を制御できる。この場合、光源部20,30,40を構成するすべてのLEDの経時変化による輝度低下が等しいため、例えば、輝度優先モードから省電力モードに切り替えることにより同時点灯するLEDの個数が変更されても映像の輝度むら等が発生しない。
また、緑色光源部30と青色光源部40のLEDが故障した場合についても、同様の制御が行われることによって、故障前と故障後とで、輝度および色度を変化させることなく、スクリーン5に映像を投射することができる。
以上のように、実施の形態に係る投射型映像表示装置では、光源制御部7は、光源部20,30,40の時分割駆動の各駆動において、6個のLEDのうち3個のLEDのみを点灯させるため、光源部20,30,40のLEDの故障前と故障後において、点灯させるLEDの個数が変わらないようにできる。これにより、光源部20,30,40のLEDが故障した場合でも、LEDの故障前と故障後における映像の色度・輝度の変化を抑制することができる。
予めLEDアレイにおいて決められた位置のLEDのみを点灯させると、スクリーン5に投射される映像において点灯しているLEDに相当する部分が明るくなり、また、消灯しているLEDに相当する部分が暗くなるため、映像において輝度むらが生じるが、光源制御部7は、3個のLEDが6個のLEDに渡って順次に巡回するように、時分割駆動の各駆動における3個のLEDの点灯を制御するため、映像の輝度むらが発生しないうえ、光源部20,30,40の長寿命化も期待できる。
LEDは時分割で順次点灯しているため、各LEDの経時劣化による輝度低下が等しくなり、また、光源制御部7は、点灯させるLEDの個数を可変制御することにより、スクリーン5に投射される映像の輝度を制御するため、モードを切換えてもLEDの輝度低下が一様であり、映像の輝度むらが発生しない。
光源制御部7は、故障検出部がLEDの故障を検出した場合、6個のLEDから故障した1個のLEDを除いた5個のLEDのうち3個のLEDのみを点灯させるように制御するため、同時に点灯しているLEDの個数は、LEDの故障前と故障後とで変化しないことから、輝度を変化させることなく、スクリーン5に映像を投影できる。また、赤色光源部20と緑色光源部30と青色光源部40との間の輝度比も変化しないため、映像の色度についても変化させることなく、スクリーン5に映像を投影できる。
LED故障後にこれまで点灯させていないLEDを点灯させた場合、点灯させたそれぞれのLEDの輝度にバラつきが発生するが、光源制御部7は、3個のLEDが5個のLEDに渡って順次に巡回するように、時分割駆動の各駆動における3個のLEDの点灯を制御するため、LEDにおける経時劣化による輝度低下は一様になり、LEDが故障した場合の色度・輝度の変化を抑制できる。
また、本発明は、投射型映像表示装置を複数台組み合わせて成るマルチビジョン投射型映像表示装置において、特に有効である。マルチビジョン投射型映像表示装置では、ある投射型映像表示装置の輝度低下や色度変化は画面の一体感や画面間の自然なつながりを損なうことになる。本発明によると、マルチビジョン投射型映像表示装置の1つもしくは複数の投射型映像表示装置において、LEDが故障した際も上記の動作をすることによって、故障の前後でスクリーン輝度および色度に変化がなく、マルチビジョン投射型映像表示装置の画面の一体感や画面間の自然なつながりを損なうことがない。
本実施の形態では、光源部20,30,40は、それぞれ6個のLEDで構成されるとしたが、そのLEDの個数に限定されることはない。また、実施の形態では、6個のLEDそれぞれに定電流回路を設けたが、LEDをいくつかにグループ分けして、1つの定電流回路で、複数のLEDを駆動し、グループごとに点灯タイミングを制御することとしてもよい。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
3 映像表示デバイス、5 スクリーン、7 光源制御部、10 制御処理部、20 赤色光源部、21〜26 R−LED、30 緑色光源部、31〜36 G−LED、40 青色光源部、41〜46 B−LED、61〜66 R電圧検出部。

Claims (5)

  1. m個(mは2以上の整数)のLEDからなるLEDアレイを所定の各色ごとに備えた光源と、
    各前記LEDアレイを、外部から入力される入力映像信号のタイミングに基づいて時分割駆動する光源制御部と、
    各前記LEDアレイの出射光を、前記入力映像信号に基づいて変調し、スクリーンに投射する映像表示デバイスとを備え、
    前記光源制御部は、各前記LEDアレイの時分割駆動の各駆動において、前記m個のLEDのうちn個(n<mの整数)のLEDのみを点灯させるように制御する、投射型映像表示装置。
  2. 前記光源制御部は、前記n個のLEDが前記m個のLEDに渡って順次に巡回するように、前記時分割駆動の各駆動における前記n個のLEDの点灯を制御する、請求項1記載の投射型映像表示装置。
  3. 前記光源制御部は、前記n個のLEDの個数を可変制御することにより、前記スクリーンに投射される映像の輝度を制御する、請求項2記載の投射型映像表示装置。
  4. 前記LEDの故障を検出する故障検出部をさらに備え、
    前記光源制御部は、前記故障検出部が前記LEDの故障を検出した場合、前記m個のLEDから故障したx個(x<mの整数)のLEDを除いたm−x個のLEDのうち前記n個のLEDのみを点灯させるように制御する、請求項1記載の投射型映像表示装置。
  5. 前記光源制御部は、前記n個のLEDが前記m−x個のLEDに渡って順次に巡回するように、前記時分割駆動の各駆動における前記n個のLEDの点灯を制御する、請求項4記載の投射型映像表示装置。
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