JP4559949B2 - 光源から出射される光を調節するシステム、方法、及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源から出射される光の特性を安定化することの可能な技術に関する。

１つ又は複数の半導体光エミッタ（例：発光ダイオード）から構成された光源が有する問題点の１つは、半導体光エミッタから放射される光の強度が、温度変化と経年変化によって変化してしまうという点にある。又、半導体光エミッタの特性（並びに、従って、光放射能力）は、バッチごとに異なっている。

この結果、光源から出射される光の完全性を維持する必要があるシステム（例：ディスプレイのバックライトや照明システム）においては、光源の光を計測して調節するべく、なんらかの種類のシステムを必要としている。本発明の課題は、光源から出射される光を安定化することにある。

一態様においては、装置は、光源、光学要素、複数の光センサ、及び制御システムを有している。光源は、異なる色の発光要素を含む。光学要素は、表面上に反射性材料を具備しており、光源から放射された光を受光して反射するべく配置されている。この光学要素の、反射性材料が設けられる表面において反射性材料の無い部分に対応して、異なる波長の光を計測する複数の光センサが取り付けられている。そして、制御システムが、この複数の光センサから計測値を受信し、該受信した計測値に従って光源の各発光要素の光出力を別個に調節する。

別の態様においては、方法は、異なる色の発光要素をもつ光源から出射される光を、表面上に反射性材料を具備する光学要素を介して投射することを含んでいる。次いで、反射性材料を具備した光学要素上の１つ又は複数の非反射性開口部（反射性材料が存在していない領域）に対応して取り付けられている複数の光センサを使用することにより、異なる波長の光を計測する。そして、その後、この複数の光センサによって取得された計測値に従って、発光要素の光出力を別個に調節する。

更に別の態様においては、ディスプレイシステムの光源に適用される。異なる色の発光要素を含む光源から出射される光を受光して反射するべく、表面上に反射性材料を具備するプリズムが配置されている。この光学要素の、反射性材料が設けられる表面において反射性材料が存在していない部分に対応して、異なる波長の光を計測する複数の光センサが取り付けられている。光学要素から出射する光によって照射されるように、ディスプレイが配置されている。光源とプリズムの間には、レンズを具備する第１光学アセンブリが配置されており、プリズムとディスプレイの間には、レンズを具備する第２光学アセンブリが配置されている。そして、制御システムが、複数の光センサから計測値を受信し、この受信した計測値に従って、光源の発光要素の光出力を別個に調節する。

その他の実施例についても開示されている。

添付の図面には、本発明の説明用の現時点における好適な実施例が示されている。

ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）ディスプレイ、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、及びＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）などのマイクロディスプレイは、多くの場合に、フィラメントを用いた、あるいは放電タイプの、白色光ランプを使用することにより、そのディスプレイを照射している。これらのディスプレイは、その技術に応じて、透過式又は反射式で照射可能である。フィラメントを用いた白色光ランプによれば、良好な色と一貫性のある輝度（強度）が提供されるが、これらの場合には、多量の熱が発生し、寿命が相対的に短く、且つ、衝撃に対する耐性を有していない。従って、コストを低減し、マイクロディスプレイの効率を向上させるには、このようなフィラメントを用いたランプを、発光ダイオード（ＬＥＤ）光源などの半導体光源によって置き換えることが望ましいであろう。

ＬＥＤは、その製造が安価であって、広範に入手可能であり、多量の熱を生成しないことから、有用な光源となる可能性を有している。しかしながら、ＬＥＤの物理的及び電気的特性（例：ターンオン電圧）は、バッチごとに異なる可能性があり、この結果、公称的に同一のＬＥＤであっても、異なる光学特性を具備している。又、このＬＥＤの光学特性は、温度変化や経年変化などの要因によっても、変化又は劣化する可能性がある。この結果、光源から放射される光の完全性を維持することが必要なシステム（例：光源の強度及び／又は色を維持することが必要なディスプレイのバックライトや照明システム）においては、光源の光を計測して調節するべく、なんらかの種類のシステムを必要としている。

図１は、光源２０２から放射される光（λ、図２）を調節する模範的な方法１００を示している。この方法１００によれば、まず、表面上に反射性材料２０６を具備する光学要素２０４を介して光を投射する（１０２）（図２も参照されたい）。一例として、この光学要素２０４は、ミラー、柔軟なフィルム、又はプリズムであってよい。又、反射性材料は、一例として、光学要素２０４上の反射性コーティング（例：銀コーティング）や、薄い反射性フィルム（例：箔）であってよい。

方法１００の次の段階は、少なくとも１つの光センサ２０８を使用して光を計測する段階である（１０４）。光学要素２０４の反射性材料２０６が存在している表面の反射性材料２０６が存在していない部分の上方に、１つ又は複数の光センサ２０８が取り付けられている。一例として、この光センサ２０８は、１つ又は複数の波長の光の強度を計測する１つ又は複数のフォトダイオード又はフォトトランジスタから構成されている。

そして、光を計測した後に、この１つ又は複数の光センサによって取得された計測値に基づいて光を調節する（１０６）。一実施例においては、これは、図２に示されているフィードバックシステム２１０、２１２を介して実行される。

一例として、１つ又は複数の光センサ（２０８）から受信した少なくとも１つの強度計測値を少なくとも１つの望ましい強度と比較することにより、光を調節可能である。そして、強度計測値が範囲を外れている場合には、光源２０２を調節する。

既に部分的に説明しているように、図２は、光源２０２、上部に反射性コーティング２０６を具備する光学要素（プリズム）２０４、及び光センサ２０８を有する模範的な照明システム２００を示している。光学要素２０４は、光源２０２から放射される光（λ）を受光して反射するべく、光源２０２の前面に配置されている。尚、このプリズム２０４は、光を反射することに加えて、光を混合及び／又はフィルタリングすることも可能である。好ましくは、１つ又は複数の光センサ２０８は、互いに隣接配置されており、光学要素２０４上の反射性コーティング２０６内の１つ又は複数の非反射性開口部（反射性コーティングの施された領域中に存在する、光を透過する部分）の上方に配置されている。

このように光学要素２０４上に光センサ２０８を取り付ける方式は、実質的な光の損失をもたらしたり、光の混合に際しての阻害要因となったりする、光（λ）の遮断がないために有利である。光センサ２０８の位置として要求されるのは、反射性材料２０６内の小さな非反射性開口部のみであり、従って、光学要素２０４の反射性表面から漏れるのは、わずかな量の光のみである。

このシステム２００は、制御システム２１２をも有している。この制御システム２１２は、１つ又は複数の光センサ２０８及び光源２０２と動作可能に関連付けられており、この結果、１つ又は複数の光センサ２０８から受信した計測値（例：光強度計測値）に従って、光源の光出力を調節する。

図３は、このシステム２００の模範的な単一の光センサを用いる実施の形態３００を示しており、図４は、システム２００の模範的な複数の光センサを用いる実の形態を示している。このシステム４００においては、異なる波長の光（例：赤、緑、及び青色光）を計測するべく、異なる方式でフィルタリングされている複数の光センサ４０２、４０４、４０６から、異なる光強度の読取値を取得している。

このシステム３００、４００のそれぞれにおいて、光源２０２は、ＬＥＤやレーザーダイオードなどの半導体発光要素から構成可能である。一例として、システム３００、４００は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、及び青（Ｂ）色のＬＥＤを有するように示されている。尚、それぞれ１つずつ示されているが、光源２０２は、交互に任意の数又は構成を有する、同一又は異なる色のＬＥＤを有することができよう。又、場合によっては、光源２０２を単一の光放射要素にのみ制限する場合もあろう。尚、この場合に制御できるのは、光源２０２の強度のみあり、色を制御することはできない。

この図３及び図４に示されている制御システム２１２の模範的な実施例は、ドライバ回路３０２、色管理システム３０４、及びマイクロコントローラ３０６を有している。尚、これらのコンポーネント３０２〜３０６間の境界は、ある程度、任意に設定可能であり、交互に様々なコンポーネント３０２〜３０６の機能をマージしたり、あるいは更に分割したりすることも可能であろう。使用の際には、色管理システム３０４は、マイクロコントローラ３０６から色及び／又は強度の設定内容を受信し、色の設定内容（提供されている場合）を光源２０２の異なる色の発光要素用の複数の強度の設定内容に変換する。又、色管理システム３０４は、光センサ２０８（図３）又は光センサ４０２〜４０６（図４）から強度計測値を受信する。そして、色管理システム３０４は、各強度計測値を比較して、計測値が範囲から外れている場合には、例えば、その駆動電流を変調することにより、対応する発光要素の光出力を調節する。

一斉にすべての発光要素の駆動電流を増加又は減少させることにより、色管理システム３０４は、光源２０２の強度を制御可能である。又、発光要素に供給される駆動電流の比率を調節することにより、色管理システム３０４は、電源の色を制御することも可能である。

図３及び図４に示されているシステム３００、４００は、第１及び第２光学アセンブリ３０８、３１０を含む追加コンポーネントを更に有することも可能である。図示のように、第１光学アセンブリ３０８は、光源２０２によって生成された光を、まず、集光し、次いで、プリズム２０４によって受光される前に、その光を平行化するべく、光源２０２とプリズム２０４の間に直列に配置された平凸レンズ３１２及び平凹レンズ３１４の両方を有することができる。一方、第２光学アセンブリ３１０は、光を、ディスプレイ３１６（又は、照明対象の装置又は対象物）上に集光するべく、平凸レンズ３１０を有することができる。このディスプレイ３１６は、マイクロディスプレイの形態を含む様々な形態であってよい。

場合によっては、システム３００、４００の１つ又は複数のものを使用してディスプレイ３１６を同様に照射することも可能である。例えば、１つ又は複数のシステム３００、４００が、それぞれ、ディスプレイ３１６上に白色光を投射可能である。その他のケースにおいては、図５に示されているように、ディスプレイ５０２上に特定の色の光（例：赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、及び青（Ｂ））を投射するべく、複数のシステム４００ａ、４００ｂ、４００ｃをそれぞれチューニング可能である。尚、この図５には、それぞれ異なる色をディスプレイ５０２の異なる部分に投射するように示されているが、ディスプレイ５０２の全体を照射するべく、それぞれの色を散乱（拡散）させることも可能である。

光源から照射される光を調節する例示的な方法を示す図である。 光源から照射される光を調節する例示的なシステムのブロックダイアグラムを示す図である。 図２に示すシステムで単一の光センサを用いる例示的な実施の形態を示す図である。 図２のシステムで複数の光センサを用いる例示的な実施の形態を示す図である。 図４に示されているシステムを３つ有する例示的なディスプレイシステムを示す図である。

符号の説明

２００、３００、４００ 装置（照明システム）
２０２ 光源
２０４ 光学要素（プリズム）
２０６ 反射性材料（反射性コーティング）
２０８ 光センサ
２１２ 制御システム
３０４ 色管理システム
３０８ 第１光学アセンブリ
３１０ 第２光学アセンブリ
３１２、３１４ レンズ
３１６、５０２ ディスプレイ
４０２、４０４、４０６ 光センサ

Claims (6)

1. 異なる色の発光要素を含む光源と、
   表面上に反射性材料を具備するプリズムであって、前記光源から出射される光を受光して反射するように配置されているプリズムと、
   前記反射性材料が設けられる前記プリズムの前記表面において前記反射性材料の無い部分に対応して取り付けられ、異なる波長の光を計測する複数の光センサと、
   前記光センサから計測値を受信し、該受信した計測値に従って、前記光源の各発光要素の光出力を別個に調節する制御システムと、
   を有することを特徴とする装置。
2. 前記光源に含まれた発光要素が赤色、緑色、及び青色であり、
   前記光センサがそれぞれ、赤色、緑色、及び青色の波長の光を計測し、
   前記制御システムが、前記光センサから受信した計測値に従って、前記赤色、緑色、及び青色の発光要素の強度を別個に調節する
   ことを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記発光要素が、発光ダイオード（ＬＥＤ）であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の装置。
4. 前記反射性材料は、前記プリズム上にコーティングされたものであることを特徴とする請求項１記載の装置。
5. 異なる色の発光要素を含む光源と、
   表面上に反射性材料を具備する光学要素であって、前記光源から出射される光を受光して反射するように配置されている光学要素と、
   前記反射性材料が設けられる前記光学要素の前記表面において前記反射性材料の無い部分に対応して取り付けられ、異なる波長の光を計測する複数の光センサと、
   前記光学要素から出射した光によって照射されるように配置されているディスプレイと、
   レンズを具備し、前記光源と前記光学要素との間に配置される、第１光学アセンブリと、
   レンズを具備し、前記光学要素と前記ディスプレイとの間に配置される、第２光学アセンブリと、
   前記光センサから計測値を受信し、該受信した計測値に従って、前記光源の各発光要素の光出力を別個に調節する制御システムと、
   を有することを特徴とする装置。
6. 異なる色の発光要素をもつ光源から出射される光を、表面上に反射性材料を具備するプリズムを介し反射して投射することと、
   前記反射性材料が設けられる前記プリズムの前記表面において前記反射性材料が存在していない部分に対応して取り付けられた複数の光センサを使用して、異なる波長の前記光を計測することと、
   前記複数の光センサによって取得された計測値に従って前記発光要素の光出力を別個に調節することと、
   を含むことを特徴とする方法。

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