JP4962934B2 - 光量調整方法及び光量調整システム - Google Patents

Description

本発明は、複数の光源を用いて平面光源を形成する照明装置において、輝度分布や分光分布のバラツキを調整するための光量調整方法および光量調整システムに関する。

近年、複数の発光ダイオードを液晶モニタのバックライト用光源に用いたフィールドシーケンシャルカラー表示装置が提案されている。フィールドシーケンシャルカラー表示装置は、時分割されたＲＧＢ光を液晶パネルのバックライトに用い、これに液晶パネルの駆動を同期させることにより、カラーフィルタを用いることなくカラー画像を得るものである。

フィールドシーケンシャルカラー表示装置の液晶モニタでは、ＲＧＢの発光ダイオードが例えばベース面に配列され、その前方に拡散板と液晶パネルが配置される。発光ダイオードからの光は、拡散板で拡散され、拡散板は液晶パネルに対し平面光源の役割を果たす。しかし、発光ダイオードは、同じロットで製造されたものでも出力にバラツキが大きいため複数の発光ダイオードによる拡散板での輝度や分光分布には空間的な偏りが生じる。このためフィールドシーケンシャルカラー表示装置のように複数の発光ダイオードを用いたバックライトでは画質が悪化するという問題がある。

このような問題に対して、各発光ダイオードの光量を調整して白色バランスを自動調整する方法が提案されている（特許文献１参照）。この方法では、各発光ダイオードを順次点灯させたときの液晶パネルからの透過光の色度を色彩輝度計で計測するとともに、得られた色度データに基づき各発光ダイオードの発光時間を再設定し、この処理を各発光ダイオードの点灯により得られる色データが規格値となるまで繰り返し実行して白色バランスの自動調整を行なっている。
特開２００４−８６０８１号公報

一方、フィールドシーケンシャルカラー表示装置の画面が大きくなると輝度や分光分布の空間的な偏りが問題となる。特に大型画面に用いられるＴＦＴ液晶パネルをフィールドシーケンシャルカラー表示に用いる場合、駆動速度が十分でないため、画面を複数の領域に分割して書き換えが終了した領域から順次、次の色の光源を点灯することが考えられる。しかし、このような構成では、各領域にＲＧＢを含む複数の光源を配置するため、各領域の輝度や色に一般にバラツキが生じる。したがって、画面全体での輝度分布を均一にするため各領域の輝度や色を調整する必要がある。

各領域の輝度および色の調整には、例えば、各領域の光源を独立に発光させて光量を計測し、それぞれの光量が目標光量となるように各ユニットの電流量あるいは発光時間を調整することが考えられる。上述のように画面を複数の領域に分割した場合、各領域における光源からの光が他の領域になるべく漏れないように構成されるが、実際の各領域では、それぞれ他の領域からの漏れ光の影響を受ける。したがって上記方法で一度調整した後も、再度影響を受けた状態で計測と微調整を繰り返す必要があり調整に時間が掛かる。

また、バックライトの色温度（または色度）の調整には、従来色彩輝度計を用いる必要があるが、色彩輝度計は高価であるとともに、一度に計測できる領域が狭いため空間分布に関わる調整を行なう場合には非効率的である。

本発明は、複数の光源を用いた照明装置において、簡略な構成で輝度または分光分布を空間的に均一となるように調整可能な光量調整方法及び光量調整システムを提供することを目的としている。また、本発明は、設定された照明条件に適合した光量調整を簡略な構成で行なう光量調整方法及び光量調整システムを提供することを目的としている。

本発明の光量調整方法は、複数の光源を用いて平面光源を形成する照明装置において、各光源の発光量を調整する光量調整方法であって、平面光源を構成する平面内に分散された複数の所定位置に対する各光源の影響を表わす影響係数を算出し、影響係数を用いて、複数の所定位置における平面光源の輝度または色が等しくなる各光源の発光量を推定し、推定された各光源の発光量に基づいて、各光源の発光を制御して平面光源の輝度または色が平面光源内において均一となるように調整することを特徴としている。

また光量調整方法は、推定された各光源の発光量に基づいて各光源の発光を行ない、その後複数の所定位置における輝度または色を計測し、推定、発光、計測を計測された輝度または色と目標値として設定された輝度または色との間の差が所定値内となるまで繰り返すことにより各光源の発光量の調整を行なうことが好ましい。

各光源の光量調整は、各光源の電流−発光量特性に基づいて、各光源に供給される電流を制御して行なわれることが好ましい。

また、複数の所定位置に対する輝度および色に関する計測を、所定の分光感度特性を有するカラー撮像素子を用いて行ない、複数の所定位置における分光分布が、光源の相対分光分布を用いてカラー撮像素子で得られた画素値から推定されることが好ましい。

このとき、光量調整方法において、輝度および色度が目標値として設定され、平面光源の輝度および色度が目標値となるように各光源の発光量が調整されることが好ましい。また、複数の所定位置における分光分布が目標値である輝度および色度を与えるための各光源の分光分布倍率を、影響係数を用いて算出することが好ましい。

複数の所定位置に対して推定された分光分布を生成する各光源の分光分布を、影響係数を用いて推定し、推定された各光源の分光分布と、各光源に対する電流−発光量特性とに基づいて、各光源に供給されるべき電流値を算出することが好ましい。

また平面光源は、例えば液晶表示装置のバックライトである。更に液晶表示装置は、複数の色の光源を備えるフィールドシーケンシャルカラー表示装置であってもよい。このとき液晶表示装置は、例えば画面を複数の領域に分割され、書き換えが終了した領域から順次、次の色の光源を点灯される。

本発明の光量調整システムは、平面光源を形成するための複数の光源と、平面光源を構成する平面内に分散された複数の所定位置に対する各光源の影響を表わす影響係数を格納する記憶手段と、影響係数を用いて、複数の所定位置における平面光源の輝度または色が等しくなる各光源の発光量を推定する発光量推定手段と、推定された各光源の発光量に基づいて、平面光源の輝度または色が平面光源内において均一となるように各光源の発光を制御する発光制御手段とを備えたことを特徴としている。

また、光量調整システムは、複数の所定位置における輝度または色を計測する計測手段を備え、推定、発光、計測を計測された輝度または色と目標値として設定された輝度または色との間の差が所定値内となるまで繰り返すことにより各光源の発光量の調整を行なう。

計測手段は、所定の分光感度特性を有するカラー撮像素子からなることが好ましく、複数の所定位置における分光分布が、光源の相対分光分布を用いてカラー撮像素子で得られた画素値から推定されることが好ましい。また、光量調整システムにおいて、例えば輝度および色度が目標値として設定され、平面光源の輝度および色度が目標値となるように各光源の発光量が制御される。

本発明の光量調整方法は、異なる色の光源からの光を合成する照明装置において、各光源の発光量を調整する光量調整方法であって、異なる色の光源からの合成光を、所定の分光感度特性を有するカラー撮像素子を用いて計測し、合成光の分光分布を各光源の相対分光分布を用いてカラー撮像素子で得られた画素値から推定し、推定された合成光の分光分布に基づいて各光源の発光量を調整することを特徴としている。

合成光の分光分布が目標値として設定された輝度および色度を与えるための各光源の分光分布倍率が算出され、各光源の発光量が分光分布倍率に基づいて制御される。

本発明の光量調整システムは、異なる色の光源と、所定の分光感度特性を有するカラー撮像素子と、異なる色の光源からの合成光を、カラー撮像素子を用いて計測し、合成光の分光分布を各光源の相対分光分布を用いて前カラー撮像素子で得られた画素値から推定する分光分布推定手段と、推定された合成光の分光分布に基づいて各光源の発光量を制御する発光量制御手段とを備えたことを特徴としている。

以上により、本発明によれば、複数の光源を用いた照明装置において、簡略な構成で輝度または分光分布を空間的に均一となるように調整可能な光量調整方法及び光量調整システムを提供することができる。また、設定された照明条件に適合した光量調整を簡略な構成で行なう光量調整方法及び光量調整システムを提供することができる。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態である光量調整システム全体の構成を示す模式図である。すなわち、図１の光量調整システムは、液晶モニタのバックライト照明に用いられる各光源の光量を調整するためのシステムである。

液晶モニタ（画像表示装置）１０は、フィールドシーケンシャルカラー表示を用いた画像表示装置であり、液晶モニタ１０はコンピュータ２０に接続される。また、コンピュータ２０にはデジタルカメラ３０が接続される。液晶モニタ１０からは液晶モニタ１０のバックライトに用いられる発光ダイオード（後述）のＬＥＤ電流値がコンピュータ２０へと送られ、コンピュータ２０からは、ＬＥＤ電流値を設定するためのデータが液晶モニタ１０へと送られる。また、デジタルカメラ３０は、液晶モニタ１０の画面全体を撮影するためのもので、撮影された画像は、コンピュータ２０へと送られる。一方、コンピュータ２０からは、レリーズ信号がデジタルカメラ３０へと送られる。

図２は図１の液晶モニタ１０の物理的構造を模式的に示す分解斜視図であり、図３はモニタ部の断面図である。フィールドシーケンシャルカラー表示方式のバックライトを仕切り板で区切る目的は、となりの部屋へは僅かにもらす光を２つ以上離れた部屋へは遮断する目的で設置されるので、実際の部屋数は２より多い部屋数に仕切られるのだが、説明を簡単にするために２部屋の構成とする。また、図４は液晶モニタ１０の電気的な構成を示すブロック図である。図２を参照して、本実施形態に用いられるフィールドシーケンシャルカラー表示方式を採用する液晶モニタ１０の構造について説明する。

液晶モニタ１０はモニタ部１００と制御部１１０とから構成される。モニタ部１００は、ケーシング１０１と、このケーシングを覆う拡散板１０２と、拡散板１０２の外側に積層される液晶パネル１０３とから主に構成される。

ケーシング１０１の中は、仕切り板１０４により例えば２つの部屋に仕切られており、第１の部屋には複数の発光ダイオードから構成される第１および第２のＬＥＤユニットＬ１、Ｌ２が配置され、第２の部屋には複数の発光ダイオードから構成される第３および第４のＬＥＤユニットＬ３、Ｌ４が配置される。ＬＥＤユニットＬ１〜Ｌ４の各ユニットは、それぞれＲＧＢの発光ダイオードを例えば複数個備える（図７、９参照）。また、液晶パネル１０３とＬＥＤユニットＬ１〜Ｌ４は、信号線により制御部１１０に電気的に接続される。なお、本実施形態では、説明の便宜上ケーシング内を２つの部屋に分割し、画面を２つの領域に分割して照明を行なっているが、分割数は幾つであってもよいことは言うまでもなく、本発明の適用に当っては、光源が複数設けられていればよく、分割されていることは必須ではない。

図３に示されるように、仕切り板１０４は、ケーシングのベース面から垂直に拡散板１０２の近くまで延出し、ケーシング１０１の内部及び仕切り板１０４は、光を拡散する素材で形成される。仕切り板１０４は、各部屋の発光ダイオードからの光が、拡散板１０２の各部屋に対応する領域のみに照射されるように設けられたものであるが、各部屋の光は、仕切り板１０４や仕切り板１０４と拡散板１０２の隙間などを介して隣の部屋へ僅かに漏れる構成とされる。これは、各々の部屋から照射される光を各部屋の間で完全に遮光してしまうと、仕切り板１０４の影が液晶パネル１０３を通して観察され、表示画像を劣化させるからである。

図４に示されるように、液晶モニタ１０は、制御部１１０、ＬＥＤユニットＬ１〜Ｌ４、液晶パネル１０３から構成される。制御部１１０内には、全体制御回路１１１、光源駆動回路１１２、液晶駆動回路１１３、メモリ１１４が設けられる。光源駆動回路は、各ＬＥＤユニットＬ１〜Ｌ４に所定の電流を供給し、その発光を制御する。光源駆動回路１１２の駆動は、全体制御回路１１１によって制御され、各ＬＥＤユニットＬ１〜Ｌ４に設けられた発光ダイオード（例えば第１のＬＥＤユニットＬ１に設けられた複数の発光ダイオードＬＥＤ−Ｒ１など）に供給される電流値は、メモリ１１４に記憶された電流値データに基づいて決定される。

液晶駆動回路１１３は、光源駆動回路１１２による発光ダイオードの駆動に同期して液晶パネル１０３における各画素の透過度を制御する。なお、液晶パネル１０３を通して照射されたＬＥＤユニットＬ１〜Ｌ４の光は、デジタルカメラ３０によって撮影され、画像信号としてコンピュータ２０に転送される。コンピュータ２０は液晶モニタ１０の撮影画像に基づいて設定されるべきＬＥＤ電流値を算出し、この設定値は全体制御回路１１１を介してメモリ１１４に格納される。

図５は、光源駆動回路１１２および１つのＬＥＤユニットの電気的な構成を示す回路図である。図５を参照して、ＬＥＤユニットの駆動について説明する。なお、図５の構成はＬＥＤユニットＬ１〜Ｌ４に共通であり、図５ではＬＥＤユニットのなかのＲの発光ダイオードＬＥＤ−Ｒに関わる回路構成のみが示され、ＧおよびＢの発光ダイオードＬＥＤ−Ｇ、ＬＥＤ−Ｂの構成は省略されているが、これらについてもＲと同様である。

半導体スイッチＳＷのコントロール端子ＣＮＴには、発光ダイオードＬＥＤ−Ｒの駆動のＯＮ／ＯＦＦを制御する信号が入力される。ＬＥＤ−ＲをＯＮする信号が端子ＣＮＴに入力されると、半導体スイッチＳＷはＯＮ状態とされ、電源ＶＣＣに接続された入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴが導通されＤ／ＡコンバータＤＡＣに電源電圧ＶＣＣが印加される。Ｄ／ＡコンバータＤＡＣには、メモリ１１４からそのユニットのＲに関する電流値がデジタル信号として入力され、Ｄ／ＡコンバータＤＡＣに電源電圧ＶＣＣが印加されると対応するアナログ信号が出力される。ＬＥＤ−ＲをＯＦＦする信号が端子ＣＮＴに入力されると半導体スイッチＳＷはＯＦＦ状態とされ、Ｄ／ＡコンバータＤＡＣの出力端子に０Ｖが出力される。これによりメモリ１１４に設定された電流値に対応するアナログ信号が差動増幅器ＯＰのプラス端子に入力される。差動増幅器ＯＰのマイナス端子は抵抗ｒを介して接地されており、所定の電圧に維持される。差動増幅器ＯＰの出力端子はＦＥＴのゲートに接続されており、ＦＥＴのドレインは直列に接続された例えば３個の発光ダイオードＬＥＤ−Ｒのカソード側が接続される。また、ＦＥＴのソースは抵抗Ｒを介して接地され、発光ダイオードＬＥＤ−Ｒのアノード側は電源ＶＣＣに接続される。

したがって、メモリ１１４の電流設定値に対応してＦＥＴのドレインからソースに流れる電流が制御され、３個の発光ダイオードＬＥＤ−Ｒに供給される電流が制御される。なお、ＧおよびＢそれぞれに関して３個の発光ダイオードが直列接続されたＬＥＤ−Ｇ、ＬＥＤ−Ｂについても同様に発光ダイオードに供給される電流が制御される。

次にＬＥＤユニットに関する駆動タイミングチャートである図６を参照して、本実施形態のフィールドシーケンシャルカラー表示装置におけるＬＥＤユニットＬ１〜Ｌ４の駆動タイミングについて説明する。

まず、第１および第２のＬＥＤユニットのＬＥＤ−Ｒ（Ｒ１、Ｒ２）が所定期間にわたってＯＮ状態とされる。これに続いて、第３および第４のＬＥＤユニットのＬＥＤ−Ｒ（Ｒ３、Ｒ４）のみが所定期間にわたってＯＮ状態とされる。同様に、第１および第２のＬＥＤユニットのＬＥＤ−Ｇ（Ｇ１、Ｇ２）、第３および第４のＬＥＤユニットのＬＥＤ−Ｇ（Ｇ３、Ｇ４）、第１および第２のＬＥＤユニットのＬＥＤ−Ｂ（Ｂ１、Ｂ２）、第３および第４のＬＥＤユニットのＬＥＤ−Ｂ（Ｂ３、Ｂ４）が順次所定期間にわたってＯＮ状態とされる。この動作は、周期的に例えば６０フレーム／秒の周期で繰り返される。

すなわち、液晶パネル１０３はこのようなＬＥＤユニットの発光動作に連動して画像に合わせて駆動され、人間の目にはＲＧＢの色が合成されてカラー画像として観察される。

次ぎに、図７〜図１０を参照して、本実施形態において用いられる影響係数の算出方法について説明する。図３を参照して説明したように、本実施形態の液晶モニタ１０では、ケーシング１０１の各部屋にそれぞれ２個のＬＥＤユニットが設けられ、各部屋の間では、光が完全に遮断されていない。したがって、モニタ画面における空間的な輝度ムラや色ムラを調整するために、それぞれの光源位置での色度や輝度を計測しても、他の光源からの影響を考慮し光量調整を行なう必要がある。本実施形態では、ある光源位置における他の光源からの影響を影響係数として算出し、この影響係数を各光源の光量調整に用いることにより、より正確かつ迅速に光量調整を行なうことを可能にしている。なお、以下において各光源あるいは各発光ダイオードとは、１つのＬＥＤユニットに含まれる同色の発光ダイオード群のことを意味する。

図７は、液晶モニタ１０のケーシング１０１内における発光ダイオードの配置の一例を示している。図示されるように、第１の部屋には第１および第２のＬＥＤユニットＬ１、Ｌ２が配置され、第２の部屋には第３および第４のＬＥＤユニットＬ３、Ｌ４が配置されている。本実施形態の各ＬＥＤユニットには、ＲＧＢの発光ダイオードがそれぞれ３個ずつ設けられている。

すなわち、第１のＬＥＤユニットＬ１にはＲに関する３個の発光ダイオードＲ１と、Ｇに関する３個の発光ダイオードＧ１と、Ｂに関する３個の発光ダイオードＢ１が設けられ、第２のＬＥＤユニットＬ２にはＲに関する３個の発光ダイオードＲ２と、Ｇに関する３個の発光ダイオードＧ２と、Ｂに関する３個の発光ダイオードＢ２が設けられる。また同様に、第３のＬＥＤユニットＬ１にはＲに関する３個の発光ダイオードＲ３と、Ｇに関する３個の発光ダイオードＧ３と、Ｂに関する３個の発光ダイオードＢ３が設けられ、第４のＬＥＤユニットＬ４にはＲに関する３個の発光ダイオードＲ４と、Ｇに関する３個の発光ダイオードＧ４と、Ｂに関する３個の発光ダイオードＢ４が設けられる。

図８は、デジタルカメラ３０で撮影される液晶モニタ１０の画面における計測点Ｐ１〜Ｐ４の位置を示すもので、本実施形態ではそれぞれ、各ＬＥＤユニットＬ１〜Ｌ４の略中央に対応している。影響係数の算出では、まず各ＬＥＤユニットにおけるＲ、Ｇ、Ｂの発光ダイオードを順次所定の電流値で個別に点灯し、このときの画面をそれぞれデジタルカメラ３０で撮影する。次に撮影された画像の計測点Ｐ１〜Ｐ４に対応する位置のＲＧＢ画素値から計測点における輝度値（画像輝度値：例えば輝度信号値）Ｈ_Cmnを算出する。なお、計測点の数や位置は、本実施形態に限定されるものではない。

ここで添え字ｍ、ｎの値は１〜４であり、計測点Ｐ１〜Ｐ４およびＬＥＤユニットＬ１〜Ｌ４に対応する。また、添え字ＣはＲ、Ｇ、Ｂを代表する。すなわち、画像輝度値Ｈ_Cmnは、ＬＥＤユニットＬｎのＣ色の発光ダイオードのみを点灯したときに計測点Ｐｍにおいて計測された輝度値に対応する。なお、画像輝度値Ｈ_Cmnは全ての添え字に対して求められる。また、図９に第１のＬＥＤユニットＬ１の発光ダイオードＲ１のみが点灯された場合の状態を例示し、図１０にそのときの画面の状態を模式的に示す。すなわち、図１０の状態では画面は計測点Ｐ１が最も明るく計測点Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４の順で暗くなる。

以上の操作により得られた画像輝度値Ｈ_Cmnから、次ぎの（１）式により本実施形態では４８個（３×４×４）の影響係数ｇ_Cmnが算出される。
ｇ_Cmn＝Ｈ_Cmn／（Ｈ_C1n＋Ｈ_C2n＋Ｈ_C3n＋Ｈ_C4n） （１）

ここで、分母はＬＥＤユニットＬｎのＣ色の発光ダイオードを発光させたときに、計測点Ｐ１〜Ｐ４において得られる画像輝度値の総和であり、分子はそのときの計測点Ｐｍの画像輝度値である。すなわち、分母はＬＥＤユニットＬｎのＣ色の発光ダイオードから放射された全光量を代表するもので、分子はそのときに計測点ＰｍがＬＥＤユニットＬｎのＣ色の発光ダイオードから受ける光量を代表している。したがって、影響係数ｇ_Cmnは、ＬＥＤユニットＬｎのＣ色の発光ダイオードによる計測点Ｐｍへの影響を表している。

なお、算出された影響係数ｇ_Cmnは、例えば液晶モニタ１０のメモリ１１４に記録される。以下に説明する光量調整処理において利用される。

次ぎに図１１〜図１３を参照して、（１）式で求められた影響係数ｇ_Cmnを用いた本実施形態における発光ダイオードの光量調整処理について説明する。

本実施形態では、デジタルカメラ３０を用いて画面を撮影し、そのＲＧＢ画素値に基づいて計測点での色と画像輝度値が算出されている。しかし、カラーフィルタ（ＣＦ）などが設けられたカラー撮像素子（例えばＣＣＤ）は、特定の分光感度特性を有しているため、デジタルカメラ３０で得られた画素値はこれらの影響を受けており、色彩輝度計を用いたときのように、計測点における正確な色度および輝度を計測することはできない。

なお図１１に、発光ダイオードの分光分布特性とカラーフィルタを通した画像素子の分光感度特性の一例を示す。図１１において、実線ＳＬｒ、ＳＬｇ、ＳＬｂはそれぞれＲ、Ｇ、Ｂの発光ダイオードの分光分布特性を示し、破線ＳＣｒ、ＳＣｇ、ＳＣｂはそれぞれ撮像素子のＲ、Ｇ、Ｂ画素の分光感度特性を示す。

また一般に、光量調整処理において目標とされる画面上の照明条件は、色度と輝度（目標色度、目標輝度）で与えられる。したがって、本実施形態では、ＲＧＢ画素値に基づいて各測定点における分光分布を推定し、これに基づいて各計測点における色度と輝度を算出し、これらを目標色度、目標輝度と比較して光量調整の評価を行なう。

以下において図１２を参照して、ＲＧＢ画素値から発光ダイオードの分光分布を推定する方法について説明する。

図１２は、Ｒ、Ｇ、Ｂの発光ダイオードの分光分布と、これらの相対分光分布（最大値を１に規格化した分布）を図示したものである。実線ＳＬｒ、ＳＬｇ、ＳＬｂは図１１と同様にそれぞれＲ、Ｇ、Ｂの発光ダイオードの分光分布特性を示しており、実線Ｓｒ、Ｓｇ、ＳｂはＲ、Ｇ、Ｂの発光ダイオードの相対分光分布特性を示すものである。

Ｒ、Ｇ、Ｂの発光ダイオードの相対分光分布をそれぞれｅ_R（λ）、ｅ_G（λ）、ｅ_B（λ）とし（λ：波長）、相対分光分布ｅ_R（λ）、ｅ_G（λ）、ｅ_B（λ）に従う分光分布の倍率（分光分布倍率）をそれぞれＤ_R、Ｄ_G、Ｄ_Bとすると、Ｒ、Ｇ、Ｂの発光ダイオードによるそれぞれ分光分布は、分光分布倍率と相対分光分布を用いて、それぞれＤ_Rｅ_R（λ）、Ｄ_Gｅ_G（λ）、Ｄ_Bｅ_B（λ）として表わされる。また、計測点Ｐｍ（ｍ＝１〜４）におけるＲＧＢ画素値をそれぞれＩ_Rm、Ｉ_Gm、Ｉ_Bmとすると、画素値（Ｉ_Rm，Ｉ_Gm，Ｉ_Bm）と各測定点ＰｍにおけるＲＧＢ各発光ダイオードに関わる分光分布倍率（Ｄ_Rm，Ｄ_Gm，Ｄ_Bm）との間には、（２）式の関係がある。

ここで、カラーフィルタを通した画像素子の分光感度をΦ_C（λ）（Ｃ＝Ｒ、Ｇ、Ｂ）とするとき、ＲＧＢ画素値Ｉ_R、Ｉ_G、Ｉ_Bは、
Ｉ_C＝∫Φ_C（λ）Ｄ_Rmｅ_R（λ）ｄλ
＋∫Φ_C（λ）Ｄ_Gmｅ_G（λ）ｄλ＋∫Φ_C（λ）Ｄ_Bmｅ_B（λ）ｄλ
であることから、マトリックス要素ａ_CR、ａ_CG、ａ_CB（Ｃ＝Ｒ、Ｇ、Ｂ）は、以下の式で与えられる。
ａ_CR＝∫Φ_C（λ）ｅ_R（λ）ｄλ
ａ_CG＝∫Φ_C（λ）ｅ_G（λ）ｄλ
ａ_CB＝∫Φ_C（λ）ｅ_B（λ）ｄλ

したがって各計測点Ｐｍ（ｍ＝１〜４）で得られたＲＧＢ画素値から（２）式を分光分布倍率（Ｄ_Rm，Ｄ_Gm，Ｄ_Bm）について解くことにより、ＲＧＢの発光ダイオードによる各計測点Ｐｍに対応する分光分布倍率（Ｄ_Rm，Ｄ_Gm，Ｄ_Bm）が求められる。これにより、各計測点Ｐｍにおける分光分布Ｐ_m（λ）が、
Ｐ_m（λ）＝Ｄ_Rmｅ_R（λ）＋Ｄ_Gmｅ_G（λ）＋Ｄ_Bmｅ_B（λ）
として算出される（ＲＧＢ画素値から推定される（図１４のステップＳ１０３））。

なお、Ｒ、Ｇ、Ｂの発光ダイオードの相対分光分布ｅ_R（λ）、ｅ_G（λ）、ｅ_B（λ）は、製品の仕様書や、計測により予め与えられるもので、各発光ダイオードの相対分光分布は同一であるものとして扱われている。

本実施形態では、色度座標と輝度（あるいはＹ刺激値）が目標値として設定されるため、光量の調整を行なうには、各測定点での分光分布が目標色度座標、目標輝度となるための各発光ダイオードの分光分布倍率を推定する必要がある。以下各測定点での分光分布が目標色度座標、目標輝度となるための各発光ダイオードの分光分布倍率を、影響係数を用いてより正確に推定する方法について説明する。

所定の表色系における、目標色度座標および目標輝度（あるいはＹ刺激値）に対応する三刺激値を（Ｘ_A，Ｙ_A，Ｚ_A）とし、目標色度座標および目標輝度に対応する測定点Ｐｍにおける分光分布倍率を（Ｄ_AR，Ｄ_AG，Ｄ_AB）とすると、これらはＲ、Ｇ、Ｂ発光ダイオードの相対分光分布に対応する三刺激値（Ｘ_R，Ｙ_R，Ｚ_R）、（Ｘ_G，Ｙ_G，Ｚ_G）、（Ｘ_B，Ｙ_B，Ｚ_B）を用いて、以下の（３）式の関係で表わされる。

したがって、目標色度座標、目標輝度に対する三刺激値、およびＲ、Ｇ、Ｂの発光ダイオードに関する所与の相対分光分布に対する三刺激値を算出し、（３）式を（Ｄ_AR，Ｄ_AG，Ｄ_AB）について解くと、目標色度座標、目標輝度に対応する測定点における１組の分光分布倍率（Ｄ_AR，Ｄ_AG，Ｄ_AB）が得られる。

また、目標色度座標および目標輝度に対応する分光分布倍率（Ｄ_AR，Ｄ_AG，Ｄ_AB）と、分光分布倍率（Ｄ_AR，Ｄ_AG，Ｄ_AB）が各計測点で得られるときのＬＥＤユニットＬｎのＣ色発光ダイオードの分光分布倍率Ｓ_ACn（Ｃ＝Ｒ、Ｇ、Ｂ；ｎ＝１〜４）との間には、影響係数ｇ_cmnを介して次の（４）式の関係がある。

したがって、（４）式を分光分布倍率（Ｓ_AC1，Ｓ_AC2，Ｓ_AC3，Ｓ_AC4）について解くことにより、測定点において目標色度座標、目標輝度を得るための発光ダイオードＲ１〜Ｒ４、Ｇ１〜Ｇ４、Ｂ１〜Ｂ４の分光分布倍率が推定される（図１４のステップＳ１０６）。

本実施形態では、発光ダイオードに供給される電流値を制御して各発光ダイオードの光量が制御されるため、（４）式から算出された分光分布倍率Ｓ_ACnを得るための電流値を求める必要があるが、これには発光ダイオードの入出力特性（電流−発光量（放射強度）特性）を知る必要がある。

図１３は、発光ダイオードの入出力特性を示すグラフであり、電流値と分光分布倍率との間の関係が示される。例えば製品の仕様書である入出力特性図は、通常最大電流Ｉ_Maxのときに分光分布倍率が１となるように正規化されたものが提供される（電流−相対発光強度特性データ）。すなわち実際の各発光ダイオードの入出力特性は、これに係数を掛けたものとなる。しかし、係数は発光ダイオード毎に異なるため、特定の発光ダイオードの入出力特性を得るには、まずこの係数を求めなければならない。

ＬＥＤユニットＬｎにＣ色発光ダイオードに関わる係数α_Cn（ｎ＝１〜４）は、撮影が行なわれたとき（計測時）の電流値Ｉ_OCnに対する図１３における分光分布倍率Ｑ_Cnと、このときのＬＥＤユニットＬｎのＣ色発光ダイオードの分光分布倍率Ｓ_Cnによってα_Cn＝Ｓ_Cn／Ｑ_Cnとして求められる。したがって、（４）式から求められた分光倍率Ｓ_ACnは、図１３においてＳ_ACn／Ｓ_Cn・Ｑ_Cn（＝Ｓ_ACn／α_Cn）となる。これにより、図１３の入出力特性図から、ＬＥＤユニットＬｎのＣ色発光ダイオードの分光分布倍率Ｓ_ACnを得るための電流値Ｉ_ACnが求められる（図１４のステップＳ１０７、Ｓ１０８）。

ここで、撮影が行なわれたときのＬＥＤユニットＬｎのＣ色発光ダイオードの分光分布倍率Ｓ_Cnは、上述したＲＧＢ画素値から算出される計測点Ｐｍでの分光分布倍率Ｄ_Cmと、撮影時のＬＥＤユニットＬｎのＣ色発光ダイオードの分光分布倍率Ｓ_Cnとの間の次の（５）式の関係から求められる。

すなわち（５）式をＳ_cnについて解くことにより求められる（図１４のステップＳ１０５）。

以上により、本実施形態では、他の光源からの影響を考慮しながら、画面全体において分光分布（色度および輝度）が均一に目標色度および目標輝度となる各発光ダイオードＲ１〜Ｒ４、Ｇ１〜Ｇ４、Ｂ１〜Ｂ４の電流値をより正確に推定することができる。

次に図１１〜図１３を参照して説明した計算手法を利用した本実施形態の光量調整処理動作の手順について図１４のフローチャートを参照して説明する。

例えば図１のコンピュータ２０において、所定の操作がなされることにより光量調整処理動作が開始されると、本図におけるステップＳ１０１が実行される。すなわち、コンピュータ２０からデジタルカメラ３０にレリーズ信号が出力され、液晶モニタ１０の画面が所定の露光時間に渡って撮影される。なお、露光時間は少なくとも１フレームを超える時間である。画面の撮影が終了すると、その画像データは、コンピュータ２０に転送される。

ステップＳ１０２では、撮影画像から計測点Ｐ１〜Ｐ４に対応する位置のＲＧＢ画素値が取得され、ステップＳ１０３では、取得されたＲＧＢ画素値から、各計測点Ｐ１〜Ｐ４における各発光ダイオードによる分光分布Ｄ_Cmが算出され、これに基づいて全発光ダイオードによる分光分布Ｐ_m（λ）が算出される。また、得られた分光分布Ｐ_m（λ）から、計測値に対応する色度座標と輝度が計算される。

ステップＳ１０４では、目標色度、目標輝度とステップＳ１０３において求められた計測値に対応する色度と輝度との間の差の絶対が所定値と比較され、計測によるＲＧＢ画素値から求められた色度と輝度が目標色度および目標輝度に十分に近いか否かが判定される。ステップＳ１０４において、各値の差の絶対値が所定値よりも小さいと判定されたときには、各発光ダイオードの設定電流値は適正で、画面全体が均一に目標色度、目標輝度に調整されたものとしてこの光量調整処理は終了する。

一方ステップ、Ｓ１０４において、各値の差の絶対値の何れかが所定値以上であると判定された場合には、ステップＳ１０５〜ステップＳ１０９が実行される。ステップＳ１０５では、影響係数ｇ_Cmnと各測定点Ｐ１〜Ｐ４の分光分布倍率Ｄ_Cmから各発光ダイオードの分光分布を推定する。この値は、後述するステップＳ１０８の入出力特性図の倍率を決定する際に用いられる。

ステップＳ１０６では、影響係数ｇ_Cmnを用いて、各計測点Ｐ１〜Ｐ４が目標色度座標、目標輝度になるような各発光ダイオードの分光分布倍率Ｓ_ACnが求められ、ステップＳ１０７では、計測値から推定された各発光ダイオードの分光分布倍率Ｓ_Cmに対する各発光ダイオードの分光分布倍率Ｓ_ACnの倍率Ｓ_ACn／Ｓ_Cnが計算される。また、ステップＳ１０８では、電流−相対発光強度特性データから、現在（撮影時）の電流値Ｉ_OCnでの値Ｑ_Cnを取得し、これに倍率Ｓ_ACn／Ｓ_Cnを掛けた値Ｓ_ACn／Ｓ_Cn・Ｑ_Cnとなる電流値Ｉ_ACnを各発光ダイオードＲ１〜Ｒ４、Ｇ１〜Ｇ４、Ｂ１〜Ｂ４毎に求められる。

ステップＳ１０９では、ステップＳ１０８において求められた電流値Ｉ_ACnを全体制御回路に設定し、図５の回路を用いて、新しい電流値Ｉ_ACnを発光ダイオードＲ１〜Ｒ４、Ｇ１〜Ｇ４、Ｂ１〜Ｂ４に供給する。その後、処理はステップＳ１０１に戻り、ステップＳ１０４において、計測された色度、輝度が目標色度、目標輝度に十分近いと判定されるまで同様の処理が繰り返される。

以上のように、本実施形態によれば、複数の光源を用いた液晶バックライトにおいて、各光源からの画面の各位置での輝度への影響を考慮して、各光源の光量を調整することができ、目的とする照明条件に合わせた光量調整をより迅速、より正確に行なうことができる。また、複数の光源をそれぞれ調整することにより画面全体の色度および輝度を均一に目標値に適合させて分布させることができる。これは特に、画面を複数の領域に分割したフィールドシーケンシャルカラー表示装置を用いたときに有効である。

また、本実施形態では、デジタルカメラの撮像素子で撮影された画像データに基づいて、計測位置の分光分布や、発光ダイオードの分光分布倍率等を推定できるので、色彩輝度計等の計器を用いなくとも、簡単に照明条件を色度座標や色温度、輝度で指定して、光量の調整を行なうことができる。また、本実施形態では発光ダイオードのデューティ比を変えることなく、電流により発光ダイオードの発光量を制御しているため動画ボケを抑制することができる。

本発明の一実施形態である光量調整システム全体の構成を示す模式図である。 図１の液晶モニタの物理的構造を模式的に示す分解斜視図である。 液晶モニタのモニタ部の断面図である。 液晶モニタの電気的な構成を示すブロック図である。 光源駆動回路および１つのＬＥＤユニットの電気的な構成を示す回路図である。 ＬＥＤユニットの駆動タイミングを示すタイミングチャートである。 液晶モニタのケーシング内における発光ダイオードの配置の一例を示す。 デジタルカメラで撮影される液晶モニタの画面における計測点Ｐ１〜Ｐ４の位置を模式的に示す図である。 第１のＬＥＤユニットのＲの発光ダイオードのみが点灯された場合の状態を例示する図である。 図９のときの画面の状態を模式的に示す。 発光ダイオードの分光分布特性とカラーフィルタを通した画像素子の分光感度特性の一例を示す。 Ｒ、Ｇ、Ｂの発光ダイオードの分光分布と、これらの相対分光分布（最大値を１に規格化した分布）を図示したものである。 発光ダイオードの入出力特性を示すグラフであり、電流値と分光分布倍率との間の関係が示される。 本実施形態の光量調整処理動作のフローチャートである。

符号の説明

１０ 液晶モニタ
２０ コンピュータ
３０ デジタルカメラ
１０１ ケーシング
１０２ 拡散板
１０３ 液晶パネル
１１０ 制御部
１１１ 全体制御回路
１１２ 光源駆動回路
１１３ 液晶駆動回路
１１４ メモリ
Ｌ１〜Ｌ４ ＬＥＤユニット
Ｒ１〜Ｒ４、Ｇ１〜Ｇ４、Ｂ１〜Ｂ４ 発光ダイオード群
Ｐ１〜Ｐ４ 計測点

Claims (14)

1. 複数の光源を用いて平面光源を形成する照明装置において、前記各光源の発光量を調整する光量調整方法であって、
   前記平面光源を構成する平面内に分散された複数の所定位置に対する前記各光源の影響を表わす影響係数を算出し、
   前記影響係数を用いて、前記複数の所定位置における前記平面光源の輝度または色が等しくなる前記各光源の発光量を推定し、
   推定された前記各光源の発光量に基づいて、前記各光源の発光を制御して前記平面光源の輝度または色が前記平面光源内において均一となるように調整し、
   前記複数の所定位置に対する輝度および色に関する計測を、所定の分光感度特性を有するカラー撮像素子を用いて行ない、前記複数の所定位置における分光分布が、前記光源の相対分光分布を用いて前記カラー撮像素子で得られた画素値から推定され、
   推定された前記各光源の発光量に基づいて前記各光源の発光を行ない、その後前記複数の所定位置における輝度または色を計測し、前記推定、前記発光、前記計測を計測された輝度または色と目標値として設定された輝度または色との間の差が所定値内となるまで繰り返すことにより前記各光源の発光量の調整が行なわれ、
   前記計測を行った際の前記各光源の分光分布倍率が、前記影響係数および前記所定位置における分光分布倍率に基づいて算出される
   ことを特徴とする光量調整方法。
2. 推定された前記各光源の発光量に基づいて前記各光源の発光を行ない、その後前記複数の所定位置における輝度または色を計測し、前記推定、前記発光、前記計測を計測された輝度または色と目標値として設定された輝度または色との間の差が所定値内となるまで繰り返すことにより前記各光源の発光量の調整が行なわれることを特徴とする請求項１に記載の光量調整方法。
3. 前記各光源の光量調整が、前記各光源の電流−発光量特性に基づいて、前記各光源に供給される電流を制御して行なわれることを特徴とする請求項１に記載の光量調整方法。
4. 目標値である輝度および色度を前記複数の所定位置における分光分布が与えるための前記各光源の分光分布倍率が、前記計測を行った際の前記光源の各々の分光分布倍率および前記影響係数から算出されることを特徴とする請求項１に記載の光量調整方法。
5. 複数の光源を用いて平面光源を形成する照明装置において、前記各光源の発光量を調整する光量調整方法であって、
   前記平面光源を構成する平面内に分散された複数の所定位置に対する前記各光源の影響を表わす影響係数を算出し、
   前記影響係数を用いて、前記複数の所定位置における前記平面光源の輝度または色が等しくなる前記各光源の発光量を推定し、
   推定された前記各光源の発光量に基づいて、前記各光源の発光を制御して前記平面光源の輝度または色が前記平面光源内において均一となるように調整し、
   前記複数の所定位置に対する輝度および色に関する計測を、所定の分光感度特性を有するカラー撮像素子を用いて行ない、前記複数の所定位置における分光分布が、前記光源の相対分光分布を用いて前記カラー撮像素子で得られた画素値から推定され、
   前記光量調整方法において、輝度および色度が目標値として設定され、前記平面光源の輝度および色度が前記目標値となるように前記各光源の発光量が調整され、
   前記複数の所定位置における分光分布が前記目標値である輝度および色度を与えるための前記各光源の分光分布倍率を、前記影響係数を用いて算出する
   ことを特徴とする光量調整方法。
6. 複数の光源を用いて平面光源を形成する照明装置において、前記各光源の発光量を調整する光量調整方法であって、
   前記平面光源を構成する平面内に分散された複数の所定位置に対する前記各光源の影響を表わす影響係数を算出し、
   前記影響係数を用いて、前記複数の所定位置における前記平面光源の輝度または色が等しくなる前記各光源の発光量を推定し、
   推定された前記各光源の発光量に基づいて、前記各光源の発光を制御して前記平面光源の輝度または色が前記平面光源内において均一となるように調整し、
   前記複数の所定位置に対する輝度および色に関する計測を、所定の分光感度特性を有するカラー撮像素子を用いて行ない、前記複数の所定位置における分光分布が、前記光源の相対分光分布を用いて前記カラー撮像素子で得られた画素値から推定され、
   前記複数の所定位置に対して推定された前記分光分布を生成する前記各光源の分光分布を、前記影響係数を用いて推定し、推定された前記各光源の分光分布と、前記各光源に対する電流−発光量特性とに基づいて、前記各光源に供給されるべき電流値を算出する
   ことを特徴とする光量調整方法。
7. 前記平面光源が液晶表示装置のバックライトであることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の光量調整方法。
8. 平面光源を形成するための複数の光源と、
   前記平面光源を構成する平面内に分散された複数の所定位置に対する前記各光源の影響を表わす影響係数を格納する記憶手段と、
   前記影響係数を用いて、前記複数の所定位置における前記平面光源の輝度または色が等しくなる前記各光源の発光量を推定する発光量推定手段と、
   推定された前記各光源の発光量に基づいて、前記平面光源の輝度または色が前記平面光源内において均一となるように前記各光源の発光を制御する発光制御手段とを備え、
   前記計測手段が、所定の分光感度特性を有するカラー撮像素子からなり、前記複数の所定位置における分光分布が、前記光源の相対分光分布を用いて前記カラー撮像素子で得られた画素値から推定され、
   前記光量調整システムにおいて、輝度および色度が目標値として設定され、前記平面光源の輝度および色度が前記目標値となるように前記各光源の発光量が制御され、
   前記複数の所定位置における分光分布が前記目標値である輝度および色度を与えるための前記各光源の分光分布倍率を、前記影響係数を用いて算出する
   ことを特徴とする光量調整システム。
9. 平面光源を形成するための複数の光源と、
   前記平面光源を構成する平面内に分散された複数の所定位置に対する前記各光源の影響を表わす影響係数を格納する記憶手段と、
   前記影響係数を用いて、前記複数の所定位置における前記平面光源の輝度または色が等しくなる前記各光源の発光量を推定する発光量推定手段と、
   推定された前記各光源の発光量に基づいて、前記平面光源の輝度または色が前記平面光源内において均一となるように前記各光源の発光を制御する発光制御手段とを備え、
   前記計測手段が、所定の分光感度特性を有するカラー撮像素子からなり、前記複数の所定位置における分光分布が、前記光源の相対分光分布を用いて前記カラー撮像素子で得られた画素値から推定され、
   前記複数の所定位置に対して推定された前記分光分布を生成する前記各光源の分光分布を、前記影響係数を用いて推定し、推定された前記各光源の分光分布と、前記各光源に対する電流−発光量特性とに基づいて、前記各光源に供給されるべき電流値を算出する
   ことを特徴とする光量調整システム。
10. 平面光源を形成するための複数の光源と、
    前記平面光源を構成する平面内に分散された複数の所定位置に対する前記各光源の影響を表わす影響係数を格納する記憶手段と、
    前記影響係数を用いて、前記複数の所定位置における前記平面光源の輝度または色が等しくなる前記各光源の発光量を推定する発光量推定手段と、
    推定された前記各光源の発光量に基づいて、前記平面光源の輝度または色が前記平面光源内において均一となるように前記各光源の発光を制御する発光制御手段とを備え、
    前記計測手段が、所定の分光感度特性を有するカラー撮像素子からなり、前記複数の所定位置における分光分布が、前記光源の相対分光分布を用いて前記カラー撮像素子で得られた画素値から推定され、
    前記計測を行った際の前記光源の各々の分光分布倍率が、前記影響係数および前記所定位置における分光分布倍率に基づいて算出される
    ことを特徴とする光量調整システム。
11. 前記複数の所定位置における輝度または色を計測する計測手段を備え、前記推定、前記発光、前記計測を計測された輝度または色と目標値として設定された輝度または色との間の差が所定値内となるまで繰り返すことにより前記各光源の発光量の調整を行なうことを特徴とする請求項８〜１０の何れか一項に記載の光量調整システム。
12. 前記各光源の発光量制御が、前記各光源の電流−発光量特性に基づいて、前記各光源に供給される電流を制御して行なわれることを特徴とする請求項８〜１０の何れか一項に記載の光量調整システム。
13. 前記平面光源が液晶表示装置のバックライトであることを特徴とする請求項８〜１１の何れか一項に記載の光量調整システム。
14. 目標値である輝度および色度を前記複数の所定位置における分光分布が与えるための前記各光源の分光分布倍率が、前記計測を行った際の前記光源の各々の分光分布倍率および前記影響係数から算出されることを特徴とする請求項１０に記載の光量調整システム。

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