JP5762598B2 - 照明装置、その制御方法、及び映像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は照明装置、その制御方法、及び映像表示装置に関するものである。

液晶を用いる映像表示装置では、LED等の光源を用いたバックライトが必要となる。液
晶ディスプレイで映像の輝度を調節する方法としては、液晶の制御により輝度の調節を行う方法と、バックライトの輝度を調節する方法とがある。後者の方法を用いることで、画面内のコントラスト比を高めることが可能になり、また消費電力を抑えられるというメリットもある。
バックライトの輝度を調整する手段として多く用いられるものにPWM制御（パルス幅変
調制御）がある。PWM制御はバックライトを一定周期で点灯及び消灯をさせ、点灯期間と
消灯期間の割合（デューティ比）を変化させることでバックライトの輝度を調整するものである。点灯と消灯の周期が長いと光の点滅が人の目に視認されるため、ちらつき（フリッカ）を感じることがある。そのため、200Hz以上の高い周波数でバックライトのPWM制御を行うことが一般的である。そのため、例えば映像のフレーム周波数が60Hzであるとしたら、映像の1フレーム中にバックライトは複数回点灯と消灯を繰り返すことになる。
なお、LEDを用いたバックライトには多くのLEDが敷き詰められる。LEDの数は表示画面
の大きさや必要な輝度等により異なる。ここで、図13のようにバックライトを各々1つま
たは複数のLEDからなる10個のエリアに分けて、各エリアのLEDの発光を独立に制御可能であり、かつ、PWM信号の位相を異ならせることができるものとする。図14Aにように、全てのLEDの発光タイミングを同じにすると、合計電流量の時間変動が大きくなり、電源効率
の低下および消費電力の増大につながる。そこで、図14Bに示すように、PWM信号の位相を異ならせ、各エリアのLEDの発光期間をずらすことで合計電流の変動を抑制する技術があ
る（たとえば特許文献1）。

LEDの輝度には個体差（バラつき）があり、同じ電流量、同じデューティ比のPWM信号で点灯をさせてもLEDごとに輝度の差が生じる。さらには画面内の温度差や経年変化による
劣化等によってもLEDごとに輝度のバラつきが生じる。また複数個のLEDを直列に接続してLEDブロックを形成して、LEDブロックごとに制御を行う場合でも、LEDの輝度バラつきに
より、LEDブロックごとに輝度のバラつきが生じる。LEDブロックごとの輝度のバラつきはバックライトの輝度ムラとなって表示映像に影響する。高品位な映像表示を可能にするためには、LEDブロックごとの輝度のバラつきを正確に把握した上でLEDブロックごとにPWM
信号のデューティ比を変えるなどの方法でバックライトの輝度ムラを抑えることが有効である。
バックライトの輝度ムラを抑える方法として、輝度センサを用いてLEDブロックの輝度
のバラつきを取得し、取得結果を基にLEDブロックごとにデューティ比を変更する等の制
御を行う方法がある。ここでLEDブロックごとの輝度センサ値の取得を正確に行うには該
当LEDブロックのみを点灯させて他のLEDブロックは消灯させ、光漏れによる測定値への影響を抑えることが有効である。そこで、所定のセンサ値取得期間においてセンサ値取得対象のLEDブロック以外のLEDブロックを全て消灯してセンサ値取得対象のLEDブロックのセ
ンサ値の取得を行い、センサ値取得期間終了後に元の点灯状態に戻す制御が考えられる。ここでセンサ値取得期間は光センサにより測定対象のLEDブロックの輝度の測定を行うの
に十分な長さであり、なおかつ人の目には視認されない程度に短い期間である。

図15Aに、エリア1のうちの1ブロックがセンサ値取得ブロックである場合のセンサ値取
得期間前後のPWM制御のタイムチャートの一例を示す。図15Aに示すように、センサ値取得期間において、エリア1のうちのセンサ値取得ブロックのみが点灯し、エリア1の他のLED
ブロック（非センサ値取得ブロック）及び他のエリアの全てのLEDブロックが強制消灯さ
れている。このセンサ値取得期間に輝度センサによって測定された値を取得することで、1ブロック分のLEDの輝度を計測することが可能である。図15Bは、エリア4のうちの1ブロ
ックがセンサ値取得ブロックである場合のPWM制御のタイムチャートである。このように
、エリア点灯させるLEDブロックを変えながら同様に計測を行えば全てのLEDブロックの輝度を計測することが可能になる。
なお、強制消灯に伴いわずかに輝度が低下する。そこで、強制消灯されたLEDブロック
の点灯期間を消灯の分だけ伸長することで輝度の変動を抑制する処理が施される。たとえば、PWM周期2においてエリア4の1ブロックのセンサ値を取得する場合（図15B）の処理を
図15Cに示す。具体的には、PWM周期1においてエリア10のPWMのデューティ比を上げて、PWM周期2においてエリア1〜3とエリア4の非センサ値取得ブロックのPWMのデューティ比を上げる処理を行う。

ところで、液晶ディスプレイにおいて、黒を表示するときには、液晶シャッターを閉じることによりバックライトの光を遮光する。しかし、液晶シャッターにより十分に遮光することができず、液晶シャッターを閉じていてもわずかに光が漏れることにより十分な黒の表現が出来ない、いわゆる「黒浮き」が生じることがある。よって、バックライトの輝度が全画面で均一になるように制御を行うと、黒浮きにより画面内のコントラスト比は制限されてしまう。それを解消するための技術としてローカルディミングと呼ばれる技術が存在する。これは映像の明暗に合わせて、画面内のエリアごとにバックライトの輝度を異ならせる制御を行う技術である（例えば特許文献2）。ローカルディミングを行うことで
、黒浮きを抑制し、画面内のコントラスト比を高めることが可能になる。

特開2010-153359号公報 特開2001-142409号公報

しかしながら、ローカルディミングの制御を行うと、入力映像によっては局所的に高輝度（高デューティ比）の箇所や低輝度（低デューティ比）の箇所が出現することになる。そして、低デューティ比のLEDブロックの点灯期間が、センサ値検出に必要な点灯期間よ
りも短い場合にはセンサ値を正確に把握することが出来ないという問題が生じる。また逆に、正確ではないセンサ値が取得されることを防ぐために、デューティ比の下限値をセンサ値の取得に必要な期間を確保可能なように定めると、ローカルディミングによるコントラスト比が制限されてしまい高品位な映像の提供が出来なくなってしまう。

低輝度ブロックにおいてセンサ値の検出を可能にするために、デューティ比を上昇させると同時に電流値を下げることで、同じ輝度を保ったままセンサ値の検出に必要なLEDの
発光期間を確保するような方法も存在する。しかしながらその方法ではセンサへの入力光量が減少するためS/N比の悪化による補正精度の悪化を招く。また、電流値の変更によりLEDの色味が変化する等の問題がある。

本発明は以上の問題を顧みてなされたものであり、映像における暗部の光源のデューティ比を下げてコントラスト比を高めつつも、正確なセンサ値を取得し正確なムラ補正を可能とすることを目的とする。

本発明の第一の態様は、
それぞれ独立して発光を制御可能な複数の光源と、
前記複数の光源それぞれに対して、点灯期間と消灯期間との比率であるデューティ比を、パルス幅変調により制御する制御手段と、
所定の測定期間以上の時間にわたって、前記複数の光源のうちの測定対象の光源の輝度を測定する測定手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記測定対象の光源の点灯期間が前記所定の測定期間よりも短い場合には、前記測定対象の光源のパルス幅変調の周波数を低くすることにより、前記測定対象の光源の点灯期間を前記所定の測定期間よりも長くする制御を行うことを特徴とする照明装置である。
本発明の第二の態様は、
表示部に光を照射し、それぞれ独立して発光を制御可能な複数の光源と、
前記複数の光源それぞれに対して、点灯期間と消灯期間との比率であるデューティ比を、パルス幅変調により制御する制御手段と、
所定の測定期間以上の時間にわたって、前記複数の光源のうちの測定対象の光源の輝度を測定する測定手段と、
を備え、
前記表示部に画像が表示される１フレーム期間内に複数の前記パルス幅変調の周期を有し、前記制御手段は、前記測定対象の光源の点灯期間が前記所定の測定期間よりも短い場合には、前記測定対象の光源の輝度が測定される前記パルス幅変調の周期におけるデューティ比を増大させ、前記デューティ比の増大量に応じて、前記１フレーム期間内の他の前記パルス幅変調の周期における前記デューティ比を減少させることを特徴とする照明装置である。
本発明の第三の態様は、
それぞれ独立して発光を制御可能な複数の光源と、
前記複数の光源それぞれに対して、点灯期間と消灯期間との比率であるデューティ比を、パルス幅変調により制御する制御手段と、
所定の測定期間以上の時間にわたって、前記複数の光源のうちの測定対象の光源の輝度
を測定する測定手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記測定対象の光源の点灯期間が前記所定の測定期間よりも短い場合には、前記測定対象の光源の前記デューティ比を増大させ、前記測定対象の光源の前記デューティ比の増大分に応じて、前記測定対象の光源の周囲の光源の前記デューティ比を減少させることを特徴とする照明装置である。
本発明の第四の態様は、
それぞれ独立して発光を制御可能な複数の光源と、
前記複数の光源それぞれに対して、点灯期間と消灯期間との比率であるデューティ比を、パルス幅変調により制御する制御手段と、
所定の測定期間以上の時間にわたって、前記複数の光源のうちの測定対象の光源の輝度を測定する測定手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記測定対象の光源の点灯期間が前記所定の測定期間よりも短い場合には、前記測定対象の光源の輝度が測定される点灯期間の前に、前記点灯期間における電流よりも低い電流で前記測定対象の光源を点灯させる発光期間を設ける制御を行うことを特徴とする照明装置である。

本発明の第五の態様は、
上述の照明装置と、
前記照明装置から発せられた光の透過量を制御可能な表示部と、
を備えることを特徴とする映像表示装置である。

本発明の第六の態様は、
表示部に光を照射し、それぞれ独立して発光を制御可能な複数の光源を備える照明装置の制御方法であって、
前記複数の光源それぞれについて、点灯期間と消灯期間との比率であるデューティ比を、パルス幅変調により制御する制御ステップと、
所定の測定期間以上の時間にわたって、前記複数の光源のうちの測定対象の光源の輝度を測定する測定ステップと、
を含み、
前記制御ステップでは、前記測定対象の光源の点灯期間が前記所定の測定期間よりも短い場合には、前記測定対象の光源のパルス幅変調の周波数を低くすることにより、前記測定対象の光源の点灯期間を前記所定の測定期間よりも長くする制御を行うことを特徴とする照明装置の制御方法である。
本発明の第七の態様は、
表示部に光を照射し、それぞれ独立して発光を制御可能な複数の光源を備える照明装置の制御方法であって、
前記複数の光源それぞれに対して、点灯期間と消灯期間との比率であるデューティ比を、パルス幅変調により制御する制御ステップと、
所定の測定期間以上の時間にわたって、前記複数の光源のうちの測定対象の光源の輝度を測定する測定ステップと、
を含み、
前記表示部に画像が表示される１フレーム期間内に複数の前記パルス幅変調の周期を有し、
前記制御ステップでは、前記測定対象の光源の点灯期間が前記所定の測定期間よりも短い場合には、前記測定対象の光源の前記デューティ比を増大させ、前記測定対象の光源の前記デューティ比の増大分に応じて、前記測定対象の光源の周囲の光源の前記デューティ比を減少させることを特徴とする照明装置の制御方法である。
本発明の第八の態様は、
それぞれ独立して発光を制御可能な複数の光源を備える照明装置の制御方法であって、前記複数の光源それぞれに対して、点灯期間と消灯期間との比率であるデューティ比を、パルス幅変調により制御する制御ステップと、
所定の測定期間以上の時間にわたって、前記複数の光源のうちの測定対象の光源の輝度を測定する測定ステップと、
を含み、
前記制御ステップでは、前記測定対象の光源の点灯期間が前記所定の測定期間よりも短い場合には、前記測定対象の光源の前記デューティ比を増大させ、前記測定対象の光源の前記デューティ比の増大分に応じて、前記測定対象の光源の周囲の光源の前記デューティ比を減少させることを特徴とする照明装置の制御方法である。
本発明の第九の態様は、
それぞれ独立して発光を制御可能な複数の光源を備える照明装置の制御方法であって、
前記複数の光源それぞれに対して、点灯期間と消灯期間との比率であるデューティ比をパルス幅変調により制御する制御ステップと、
所定の測定期間以上の時間にわたって、前記複数の光源のうちの測定対象の光源の輝度を測定する測定ステップと、
を含み、
前記制御ステップでは、前記測定対象の光源の点灯期間が前記所定の測定期間よりも短い場合には、前記測定対象の光源の輝度が測定される点灯期間の前に、前記点灯期間における電流よりも低い電流で前記測定対象の光源を点灯させる発光期間を設ける制御を行うことを特徴とする照明装置の制御方法である。

本発明の第四の態様は、それぞれ独立して発光を制御可能な複数の光源と、
点灯期間と消灯期間のデューティ比を調整するパルス幅変調制御により、前記複数の光源の輝度をそれぞれ制御する制御手段と、
所定の測定期間にわたって測定対象の光源から受光することにより、当該測定対象の光源の輝度を測定する測定手段と、
を備え、
光源の測定期間の前に低電流での発光時間を設けることで、センサの応答時間を短くする制御を行う照明装置である。

本発明によれば、バックライトの点灯ブロックが低輝度状態であっても正確にセンサ値の取得を行うことが可能になるため、高コントラスト・低輝度ムラの映像を表示可能な映像表示装置を提供する事が可能になる。

第1の実施形態に係る映像表示装置の概略構成を示すブロック図 第1の実施形態のPWM制御を示す図 第1の実施形態の周波数変更時のPWM制御を示す図 第1の実施形態のセンサ値取得時のPWM制御を示す図 第1の実施形態のセンサ値取得時のPWM制御を示す図 第1の実施形態のセンサ値取得時のPWM制御を示す図 第1の実施形態のセンサ値取得時のPWM制御を示す図 第1の実施形態のセンサ値取得時のPWM制御を示す図 第2の実施形態のデューティ比変更時のPWM制御を示す図 第2の実施形態のセンサ値取得時のPWM制御を示す図 第3の実施形態のLED制御ブロックの分割とデューティ比設定を示す図 第3の実施形態のLED制御ブロックの分割とデューティ比設定を示す図 第4の実施形態のセンサ値取得時の制御を示す図 バックライトのエリア分けを示す図 従来技術におけるPWM制御を示す図 従来技術におけるセンサ値取得時のPWM制御および輝度補償を示す図

（第１の実施形態）
本発明の第一の実施形態を説明する。図１は第１の実施形態に係る照明装置をバックライト装置として備える映像表示装置100の概略を示すブロック図である。本実施形態に係
る映像表示装置100は、液晶素子を用いた液晶ディスプレイである。映像表示装置100は映像入力部101から入力された映像信号に対し、映像解析部102で解析を行い、表示映像とバックライトの輝度を決定する。映像解析部102で決定された映像を表示できるようにLCD制御部103はLCDパネル（表示パネル）104を制御して、LCDパネル104の各画素の液晶を配向
させ映像表示が可能な状態にする。またバックライト制御部105は、映像解析部102で決定されたバックライトの輝度が実現されるように、LEDドライバ106に対して必要な電流値やPWMデューティ比等の設定を行う。なお、ここでは液晶表示装置を例に説明するが、バッ
クライト装置（照明装置）から照射される光の透過量を制御可能な表示パネルを用いた任意の映像表示装置に本発明を適用可能である。

LEDドライバ106は複数のチャンネルを持ち、それぞれのチャンネルがバックライト107
を構成するLEDブロック（光源）に接続されている。LEDブロックは、複数のLEDが直列に
接続されたブロックであり、本実施形態では、バックライト107は縦方向と横方向に複数
のLEDブロックに分割される。各LEDブロックは発光を独立に制御可能な光源に相当する。LEDドライバ106は、バックライト制御部105により設定された条件で、１周期内の点灯期
間と消灯期間のデューティ比を調節するパルス幅変調制御（PWM制御）によりLEDブロックの輝度を制御する。本実施形態においては、図１１に示すような、複数のLEDブロックか
ら構成されるエリアが定義され、PWM信号の位相はエリアごとに異なる。

輝度センサ108は、バックライト107から照射される光を所定の測定期間にわたって受光することにより測定対象のLEDブロックの輝度を測定する。輝度センサ108の測定結果はセンサ制御部109に出力される。また、センサ制御部109はバックライト制御部105と同期し
て動作する。すなわち、バックライト制御部105は、センサ制御部109によるセンサ値取得が行なわれる期間において、センサ値取得対象の光源以外の光源である非センサ値取得LEDブロックを強制的に消灯する。

センサ制御部109は、センサ値取得期間に輝度センサ108から出力値を取得することでセンサ値取得対象LEDブロックの輝度を取得する。センサ制御部109は、LEDブロック毎のセ
ンサ値をバックライト制御部105にフィードバックする。バックライト制御部105は、センサ制御部109から取得するLEDブロック毎のセンサ値に基づき、バックライト107の輝度ム
ラを極力少なくするようにLEDドライバ106によるPWM制御を調整する。バックライト107がLCDパネル104を照射し、照射光がLCDパネル104の各画素の透過率に従って透過することにより、観察者が観察可能な映像が映像表示部110に表示される。

ここでセンサ取得エリアのLEDブロックのデューティ比が小さく、PWM1周期あたりのLEDの点灯期間がセンサ取得に必要な期間よりも短い場合のPWM制御のタイムチャートを図2に
示す。ここでは説明の簡略化のために全てのエリアのデューティ比が同じである場合の説明を行うが、実際にはローカルディミングによりエリアごとや同エリアでも制御単位ブロックごとにデューティ比が違う場合も考えられる。ここでは、LEDブロックのデューティ
比が5%であり、センサ取得に必要な点灯期間は250μsecであるとする。PWM周波数が360Hzの場合においてデューティ比が5%の場合にはPWM1周期あたりの点灯期間は約139μsec(=1/360secの5%)であるためセンサ値取得に必要な期間に対して不足する。この場合には本実
施形態ではセンサを取得するブロックのPWM信号の周波数（以下、PWM周波数ともいう）を、センサ値の取得に必要な点灯期間が得られる程度まで下げる制御を行う。

図3にはエリア1のうちのセンサ値取得エリアの測定時におけるPWM周波数を180Hzにした場合の図を示す。デューティ比は同じ5%であるためPWM1周期あたりの点灯期間は約278μsecになる。こうすることで点灯期間がセンサ値取得所要時間よりも長くなるためセンサ値の正確な取得が可能になる。この場合のセンサ値取得の様子を図4に示す。なお、センサ
値取得対象のLEDブロック以外のLEDブロックについて、図4に示すように強制的な消灯に
より削られた点灯期間の減少分をデューティ比の伸長により補償して輝度の低下を防ぐ。この例では各LEDブロックのPWM信号のデューティ比が小さく複数のブロックが同時には点灯しないので、点灯期間が削られるのは同じエリア1のセンサ値非取得ブロックのみであ
る。ただし、ローカルディミングにより他エリアのデューティ比が高い場合はこの限りではない。他エリアのデューティ比が高い場合には、エリア1以外について輝度低下を防ぐ
ためのディーティ比の伸長を適宜行う必要がある。いずれの場合であっても、このようにセンサ値を取得するブロックのPWM周波数を小さくすることで、計測対象ブロックの点灯
期間が長くなるためセンサ値の取得が可能になる。

図4の例では1フレーム期間の全体に渡ってセンサ値取得ブロックの周波数を変えているが、実際にはセンサ値取得に必要なPWM周期の間だけ変更しても良い。例えば図4の場合と同様に周波数を180Hzに変更する場合において、センサ値取得期間を含むPWM周期のみ周波数を変える場合の様子を図5に示す。すなわち、1フレーム期間のうち、センサ値の測定時を含む期間のみPWM周期を小さくしてもよい。

また、LEDの制御ブロック単位では周波数の変更を行うことが不可能な場合には、周波
数の変更が可能な最小単位（複数個のLEDブロック単位）で周波数の変更を行えばよい。
例えばエリアごとに周波数の変更が可能な場合であれば図6のようにエリア1のセンサ値非取得ブロックにおいても同じように周波数を変更すれば良い。この場合においても図5の
場合と同様にフレーム単位ではなく、必要なPWM周期のみ周波数を変更しても良い。また
周波数の変更が可能な最小単位が画面全体であるならば画面全体の周波数を変更しても良い。

次に、さらにデューティ比が低下したときの制御を示す。デューティ比が3%まで低下した場合はPWM1周期あたりの点灯期間は約83μsecである。この時には図3のように周波数を180Hzに変更しても1周期あたりの点灯期間は約166μsecであるのでセンサ値取得に必要な250usecには届かない。そこでこの場合にはさらに周波数を落として120Hzに変更する。そのときのセンサ取得の様子を図7に示す。PWM周波数が120Hzの場合にはデューティ比を3%
に設定すると、PWM1周期あたりの点灯期間は250usecになるのでセンサ値の取得が可能に
なる。

また、デューティ比が3%以下に低下すると、周波数を120Hzに変更してもPWM1周期あた
りの点灯期間がセンサ値取得必要期間である250usecに届かなくなる。その場合にはさら
に周波数を下げていくが、例えばPWM周波数を90Hzにすればセンサ値の取得が可能になる
。ここで、図4のようにPWM周期を180Hzとした場合には180Hzの3周期は映像の1フレーム（60Hz）と一致する。また図7のようにPWM周期が120Hzである場合には、120Hzの2周期はや
はり映像の1フレーム（60Hz）と一致する。しかしながらPWM周期が90Hzの場合には映像の1フレーム（60Hz）と一致させる事が出来ない。そこでPWM周波数を90Hzに設定する場合には、図5の場合と同様に1フレーム内において違う周波数を組み合わせることになる。図8
には90HzのPWM周波数を1周期と360HzのPWM周波数を2周期分とを組み合わせた場合の様子
を示す。映像1フレーム内における周波数の組み合わせとしては、例えば90Hzの1周期と180Hzの1周期を組み合わせる等、別の組み合わせでも良い。

同様に、デューティ比が1.5%まで低下した場合にはPWM周波数を映像と同じ60Hzまで下
げることでセンサ値の取得が可能になる。

以上のように、PWM周波数を変更する事でデューティ比の最低値を下げた上でセンサ値
の正確な取得が可能になり、コントラスト比の向上とムラの低減の両立を図ることが可能になる。例えば、センサ値取得ブロックのPWM周波数を1/2にする場合にはデューティ比の最低値を1/2に引き下げることが出来るのでコントラスト比を2倍にすることが可能になる。同様にセンサ値取得ブロックのPWM周波数を1/3にする場合はコントラスト比が3倍、セ
ンサ値取得ブロックのPWM周波数を1/4にすればコントラスト比を4倍にすることが可能に
なる。センサ値取得ブロックのPWM周波数をフレーム周波数と同等の60Hzまで下げること
でコントラスト比は6倍になる。ただし、周波数を引き下げると低周波のちらつき（フリ
ッカ）が目立つ可能性がある。低輝度時には高輝度時に比べると相対的にフリッカを感じにくいが、周波数の引き下げをどこまで許すかについてはコントラスト比とのトレードオフで考える必要がある。例えば、フリッカを抑えることを優先する場合にはPWM周波数は1/2(180Hz)までの引き下げに抑え、コントラスト比を高めることを優先する場合にはPWM周波数を1/6(60Hz)まで引き下げることを許す等が考えられる。

以上のようにセンサ値の取得に合わせてPWM周波数の変更を行うことで、PWMのデューティ比が低い状態でもセンサ値の正確な測定が可能になるため、コントラストを高めた上でムラの少ないディスプレイを提供する事が可能になる。

（第2の実施形態）
本実施形態では、PWM周波数の変更は行わずに、代わりに1フレーム期間内においてデューティ比の変更を行う事でセンサ値の取得を可能にする場合の説明を行う。図9には、フ
レームの3つ目のPWM周期においてデューティ比を伸長して、そこで伸長した分を、他の5
個のPWM周期においてデューティ比を小さくするときの様子を示す。第1の実施形態の場合と同様に、センサ値取得に必要なLEDの点灯期間が250μsecであるとすると、PWM周波数が360Hzでデューティ比が5%の場合にはPWM1周期あたりの点灯期間は約139μsecである。本
実施形態ではLEDの点灯期間が足りない分は、センサ値取得のPWM周期においてデューティ比を伸ばすことで対応する。

センサ値取得周期において、デューティ比を増大して約9.1%に設定すれば250μsecの点灯期間を確保することが可能である。センサ値取得周期において111μsec分の点灯期間を伸ばしたので、1フレームにおける輝度の変動を抑えるためには、他の5周期で点灯期間を短くする必要がある。他の5周期において短くする点灯期間は22.2μsec分なので、各周期のデューティ比を減少して約4.2%に設定すれば良い。以上のように点灯デューティ比を変更してセンサを取得するときの様子を図10に示す。すなわち、エリア1のセンサ値取得ブ
ロックでは、センサ値取得期間においてはPWM信号のデューティ比を高くする一方、その
他の期間ではデューティ比を小さくしている。エリア1のセンサ値非取得ブロックおよび
エリア1以外のエリアにおいては、基本的にPWM信号のデューティ比は変化させない。ただし、エリア1のセンサ値非取得ブロックでは、センサ値取得期間に強制消灯されるので、
それを保証するためにデューティ比を伸長させている。

本実施形態の場合ではPWMの周波数は変化しないが、1フレーム内における輝度の増減が起こる。そのため、センサ値取得周期におけるデューティ比とそれ以外の周期におけるデューティ比の差が大きいと、第1の実施形態の場合と同様に低周波のフリッカを感じやす
くなる可能性がある。そのため、本実施形態の場合も第1の実施形態の場合と同様に、デ
ューティ比の下限の設定はコントラストの向上による画質の改善と低周波フリッカとのトレードオフを考えた上で決定する。

以上のように1フレーム内におけるPWMのデューティ比を変化させることで、LEDブロッ
クが低輝度状態であってもセンサ値の取得を正確に行うことが出来るため、高コントラスト低輝度ムラのディスプレイを提供する事が可能になる。

なお、本実施形態においては、センサ値取得期間（測定時）においてデューティ比を高くした分を、その他の周期（測定時以外）におけるデューティ比を均等に低くすることで輝度変動を抑制している。しかしながら、必ずしも各周期のデューティ比を均等に低くする必要はない。また、１フレーム期間内の測定時以外の全てのPWM周期においてデューテ
ィ比を小さくする必要はない。デューティ比の減少分の合計とデューティ比の増大分とが同じになるように測定時以外の各周期におけるデューティ比の減少量を決定すれば、輝度の変動を抑制できる。なお、デューティ比の増大と減少は、１映像フレーム期間内で行うことが好ましい。

また、第1の実施形態と第2の実施形態を組み合わせることも可能である。すなわち、センサ値を取得するブロックのPWM周波数を低くするとともに、当該ブロックのデューティ
比を調整するようにしてもよい。

（第3の実施形態）
第1および第2の実施形態においては、センサ値を取得可能とするためにセンサ値取得対象のLEDブロックの点灯期間を長くしており、これに伴う輝度変動を抑制するためにセン
サ値取得期間以外における当該LEDブロックの点灯期間を短くしている。これに対して本
実施形態では、センサ値取得期間における他のLEDブロック（典型的にはセンサ値取得対
象のLEDブロックの周囲のLEDブロック）の点灯期間を短くすることで、輝度変動を抑制する。すなわち、第１および第２の実施形態では、LEDブロックの点灯期間を同一ブロック
内で時間方向において調整することセンサ値の取得を可能にしたが、本実施形態では、LEDブロックの点灯期間を空間方向において調整する事でセンサ値の取得を可能にする。こ
こで、第1、第2の実施形態と同様、PWMのデューティ比が低いためLEDの点灯期間が足りず、センサ値が取れない場合の説明を行う。

例えば、画面が図11Aに示すように、縦方向に5分割(R1〜R5)横方向に8分割(C1〜C8)さ
れており、分割ブロックごとにデューティ比の設定が可能であるとする。なお、この分割例は1例であり、実際にはこれよりも分割数が多くても少なくても良い。

図11Bは各分割ブロックのデューティ比の設定例を示す。ここでは、画面左上(R1〜R3、C1〜C3)のブロックの輝度が低く、それらのブロックのデューティ比が5%に設定されてい
るとする。この場合には、第1の実施形態の時と同様に正確なセンサ値の測定が出来なく
なる。そこで本実施形態では、センサ値を取得しようとしているLEDブロックの点灯期間
がセンサ値の取得時間に対して十分でないときに、当該ブロックのセンサ値の取得を可能にする方法する別の方法を示す。本実施形態では、周辺ブロックとの間でデューティ比の調整を行う事により、周辺ブロックを含めた広域で輝度変化が生じないようにした上で、当該ブロックのセンサ値の取得を可能にする。

ここでまず、左上R1C1ブロックのセンサ値を取得する場合における制御方法を説明する
。
図11BでR1C1ブロックのデューティ比は5%である。PWM周波数300Hzにおいてセンサ値を
取得するのに必要なデューティ比は9%以上とすると、このデューティ比では点灯期間が足りずセンサ値の取得が出来ない。そこで、周辺ブロックのデューティ比を下げ、下げた分のデューティ比をR1C1ブロックのデューティ比に足し合わせることでセンサ値の取得を行うことでセンサ値を取得する。ここでは周辺ブロックとしてR1C2,R2C1,R2C2の3つのブロ
ックのデューティ比を下げることにする。R1C1のデューティ比は5%であり、センサ値取得が可能になるデューティ比が9%であるため、R1C1ブロックのデューティ比を4%以上上げる必要がある。上記3ブロックで4%のデューティ比を均一に割り振ろうとすると、4%/3≒1.33%である。デューティ比の変更を整数単位で行おうとすると、各ブロックのデューティ比を2%ずつ下げることで、R1C1ブロックのデューティ比をセンサ値取得が可能なレベルまで上げることが出来る。まず3つのブロックのデューティ比を5%から3%に下げる。同時に3ブロックのデューティ比減少分に相当するトータル6%分のデューティ比をR1C1ブロックに足して5%から11%に変化させる。調整後のデューティ比の分布を示したものが図11Cである。

この状態であればR1C1ブロックはセンサ値の取得が十分に可能な点灯期間の確保が可能になるため、正確なセンサ値の把握が可能になる。同様に、例えばR2C2のブロックのセンサ値を取得する場合には、やはり周辺のブロックのデューティ比を下げてその分をR2C2ブロックに上乗せすることを行う。ここでは周辺ブロックとはR1C1,R1C2,R1C3,R2C1,R2C3,R3C1,R3C2,R3C3の8つのブロックとする。8つのブロックでデューティ比の入れ替えを行う
際には、各ブロック1%ずつ下げることでR2C2ブロックのデューティ比の不足分を補うことが可能である。そこで上記8つのブロックのデューティ比を5%から4%に下げて、トータル8%のデューティ比をR2C2ブロックに足して5%から13%とする。このデューティ比の操作により、R2C2ブロックのセンサ値の取得が可能になる。このようにデューティ比が9%未満であるブロックのセンサ値を取得する際には同様に周囲のブロックとのデューティ比の調整を行い、広域での輝度を変えずにセンサ値の取得を可能にすることができる。また、周囲のブロックとのデューティ比の調整方法はこの実施形態に示したものに限られるものではない。例えばセンサ取得ブロックのデューティ比が8%であるならば、すぐ隣の1ブロックと
のみで調整を行っても良い。逆に上記のときのようにR1C1ブロックのデューティ比が5%であるときに、隣接3ブロックのデューティ比を2%ずつあげるのではなく、さらに周辺のブ
ロックまで含めて各ブロック1%ずつデューティ比を上げるようにしても良い。

またここではバックライトのデューティ比のみを調整する方法のみを示したが、デューティ比調整による輝度ムラが発生することを極力避けるために、同時に液晶の透過率の調整も行って輝度ムラが視認されないようにすることも好ましい。すなわち、デューティ比を上げたLEDブロックに対応する部分の液晶の透過率をその分下げ、ディーティ比を下げ
たLEDブロックに対応する部分の液晶の透過率をその分上げることによって、輝度ムラ発
生を抑制することが好ましい。

以上のように、本実施形態では、センサ値を取得するブロックのデューティ比を周辺ブロックのデューティ比との調整によって伸ばす。このようにすることで、当該LEDブロッ
クが低輝度状態であってもセンサ値の取得を正確に行うことが出来るため、高コントラスト低輝度ムラのディスプレイを提供する事が可能になる。

（第4の実施形態）
本実施形態では、LEDの点灯方法を工夫することで低デューティ比でもセンサ値の取得
を可能にする方法の説明を行う。「センサ測定時間」は、輝度を測定しようとしているLEDが発光してからセンサが応答して値が安定するまでの応答時間と、AD変換等のセンサ値
の取得時間までを含めたものである。第1から第3の実施形態では、LEDブロックの点灯期
間を長くすることでセンサ値の取得を可能としている。これに対して、本実施形態では、
センサの応答時間を縮めることによってセンサ値の取得を可能とする。

図12Aに示すように、センサ取得をしようとしているブロックのLEDが点灯してから、実際にセンサ値の取得を始めるまでの間にセンサ応答時間を設けている。センサ値が取得できるだけの十分なデューティ比があればこのセンサ応答時間は問題とならないが、低デューティ比になるとこの応答時間がネックとなり、図12Bのようにセンサ値の取得が終わる
前にLEDの点灯期間が終わってしまう。

そこで本実施形態では、センサ値取得対象のLEDブロックの点灯期間がセンサ値取得時
間よりも短い場合には、このLEDブロックを通常時よりも低い電流で点灯させる発光期間
を、センサ値取得期間の前に設ける。この発光期間は、センサに対してプリチャージを行うプリチャージ期間ともいえる。プリチャージ期間を経た後に通常の電流量で点灯を行う事で、センサの応答時間が大幅に短縮され早くセンサ値の測定を開始することが可能になる。このとき、プリチャージ期間中の発光量と測定期間中の発光量の合計が、測定時以外（プリチャージ期間を設けない場合）の点灯期間における発光量と変わらないように点灯期間の長さを調整することとする。図12Cにその時の様子を示す。このように同じ発光量
であっても、低電流発光によるプリチャージ期間を利用することで、応答時間が短縮され低輝度状態であってもセンサによりLED発光量の把握が可能になる。

以上のように電流量を変化させたプリチャージ期間を設けることで、LEDブロックが低
輝度状態であってもセンサ値の取得を正確に行うことが出来るため、高コントラスト低輝度ムラのディスプレイを提供する事が可能になる。

（その他）
上記の実施形態はそれぞれ組み合わせて実施することができる。例えば、第1および／
または第2の実施形態の方法によってLEDブロックの点灯期間を伸ばしても十分ではない場合に、第３の実施形態の方法によって周辺ブロックとの輝度調整によってさらに測定対象LEDブロックの点灯期間を伸ばすことができる。同様に、第4の実施形態の方法も、第1〜
第3の実施形態の方法と任意に組み合わせて実施できる。

105 バックライト制御部
107 バックライト
109 センサ制御部

Claims (19)

1. それぞれ独立して発光を制御可能な複数の光源と、
   前記複数の光源それぞれに対して、点灯期間と消灯期間との比率であるデューティ比を、パルス幅変調により制御する制御手段と、
   所定の測定期間以上の時間にわたって、前記複数の光源のうちの測定対象の光源の輝度を測定する測定手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記測定対象の光源の点灯期間が前記所定の測定期間よりも短い場合には、前記測定対象の光源のパルス幅変調の周波数を低くすることにより、前記測定対象の光源の点灯期間を前記所定の測定期間よりも長くする制御を行うことを特徴とする照明装置。
2. 表示部に光を照射する前記複数の光源と、
   前記表示部に画像が表示される１フレーム期間内に複数の前記パルス幅変調の周期を有し、輝度の測定が行われる前記１フレーム期間の全体にわたって、前記測定対象の光源の前記パルス幅変調の周波数を低くする前記制御手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 表示部に光を照射する前記複数の光源と、
   前記表示部に画像が表示される１フレーム期間内に複数の前記パルス幅変調の周期を有し、輝度の測定が行われる前記パルス幅変調の周期に対してのみ、前記測定対象の光源の前記パルス幅変調の周波数を低くする前記制御手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
4. 前記制御手段は、前記測定対象の光源についてのみ、前記パルス幅変調の周波数を低くすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明装置。
5. 前記制御手段は、前記測定対象の光源を含む複数の光源について、前記パルス幅変調の周波数を低くすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明装置。
6. 表示部に光を照射し、それぞれ独立して発光を制御可能な複数の光源と、
   前記複数の光源それぞれに対して、点灯期間と消灯期間との比率であるデューティ比を、パルス幅変調により制御する制御手段と、
   所定の測定期間以上の時間にわたって、前記複数の光源のうちの測定対象の光源の輝度を測定する測定手段と、
   を備え、
   前記表示部に画像が表示される１フレーム期間内に複数の前記パルス幅変調の周期を有し、前記制御手段は、前記測定対象の光源の点灯期間が前記所定の測定期間よりも短い場合には、前記測定対象の光源の輝度が測定される前記パルス幅変調の周期におけるデューティ比を増大させ、前記デューティ比の増大量に応じて、前記１フレーム期間内の他の前記パルス幅変調の周期における前記デューティ比を減少させることを特徴とする照明装置。
7. 前記測定対象の光源の輝度が測定される前記パルス幅変調の周期におけるデューティ比の増大分は、前記１フレーム期間内の他の前記パルス幅変調の周期における前記デューティ比の減少分の合計と等しいことを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
8. それぞれ独立して発光を制御可能な複数の光源と、
   前記複数の光源それぞれに対して、点灯期間と消灯期間との比率であるデューティ比を、パルス幅変調により制御する制御手段と、
   所定の測定期間以上の時間にわたって、前記複数の光源のうちの測定対象の光源の輝度を測定する測定手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記測定対象の光源の点灯期間が前記所定の測定期間よりも短い場合には、前記測定対象の光源の前記デューティ比を増大させ、前記測定対象の光源の前記デューティ比の増大分に応じて、前記測定対象の光源の周囲の光源の前記デューティ比を減少させることを特徴とする照明装置。
9. 前記測定対象の光源の周囲の光源の前記デューティ比の減少分の合計と、前記測定対象の光源の前記デューティ比の増大分が等しいことを特徴とする請求項８に記載の照明装置。
10. それぞれ独立して発光を制御可能な複数の光源と、
    前記複数の光源それぞれに対して、点灯期間と消灯期間との比率であるデューティ比を、パルス幅変調により制御する制御手段と、
    所定の測定期間以上の時間にわたって、前記複数の光源のうちの測定対象の光源の輝度を測定する測定手段と、
    を備え、
    前記制御手段は、前記測定対象の光源の点灯期間が前記所定の測定期間よりも短い場合には、前記測定対象の光源の輝度が測定される点灯期間の前に、前記点灯期間における電流よりも低い電流で前記測定対象の光源を点灯させる発光期間を設ける制御を行うことを特徴とする照明装置。
11. 前記発光期間における発光量と前記点灯期間における発光量との合計は、輝度を測定されないパルス幅変調の周期の点灯期間における発光量と等しいことを特徴とする請求項１０に記載の照明装置。
12. 前記制御手段は、前記測定対象の光源の輝度が測定される期間において、前記測定対象の光源以外の光源を強制的に消灯させることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の照明装置。
13. 前記制御手段は、前記測定対象の光源以外の光源について、消灯された期間を含むパルス幅変調の周期内で、消灯された期間に応じて、前記点灯期間を増大させることを特徴とする請求項１２に記載の照明装置。
14. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載の照明装置と、
    前記照明装置から発せられた光の透過量を制御可能な表示部と、
    を備えることを特徴とする映像表示装置。
15. 請求項８又は請求項９に記載の照明装置と、
    前記照明装置から発せられた光の透過量を制御可能な表示部と
    を備え、
    前記表示部は、デューティ比を増大させた光源に対応する部分の光の透過量を低下させ、デューティ比を低下させた光源に対応する部分の光の透過量を増大させる、映像表示装置。
16. 表示部に光を照射し、それぞれ独立して発光を制御可能な複数の光源を備える照明装置の制御方法であって、
    前記複数の光源それぞれに対して、点灯期間と消灯期間との比率であるデューティ比を、パルス幅変調により制御する制御ステップと、
    所定の測定期間以上の時間にわたって、前記複数の光源のうちの測定対象の光源の輝度を測定する測定ステップと、
    を含み、
    前記制御ステップでは、前記測定対象の光源の点灯期間が前記所定の測定期間よりも短い場合には、前記測定対象の光源のパルス幅変調の周波数を低くすることにより、前記測定対象の光源の点灯期間を前記所定の測定期間よりも長くする制御を行うことを特徴とする照明装置の制御方法。
17. 表示部に光を照射し、それぞれ独立して発光を制御可能な複数の光源を備える照明装置の制御方法であって、
    前記複数の光源それぞれに対して、点灯期間と消灯期間との比率であるデューティ比を、パルス幅変調により制御する制御ステップと、
    所定の測定期間以上の時間にわたって、前記複数の光源のうちの測定対象の光源の輝度を測定する測定ステップと、
    を含み、
    前記表示部に画像が表示される１フレーム期間内に複数の前記パルス幅変調の周期を有し、
    前記制御ステップでは、前記測定対象の光源の点灯期間が前記所定の測定期間よりも短い場合には、前記測定対象の光源の前記デューティ比を増大させ、前記測定対象の光源の前記デューティ比の増大分に応じて、前記測定対象の光源の周囲の光源の前記デューティ比を減少させることを特徴とする照明装置の制御方法。
18. それぞれ独立して発光を制御可能な複数の光源を備える照明装置の制御方法であって、前記複数の光源それぞれに対して、点灯期間と消灯期間との比率であるデューティ比を、パルス幅変調により制御する制御ステップと、
    所定の測定期間以上の時間にわたって、前記複数の光源のうちの測定対象の光源の輝度を測定する測定ステップと、
    を含み、
    前記制御ステップでは、前記測定対象の光源の点灯期間が前記所定の測定期間よりも短い場合には、前記測定対象の光源の前記デューティ比を増大させ、前記測定対象の光源の
    前記デューティ比の増大分に応じて、前記測定対象の光源の周囲の光源の前記デューティ比を減少させることを特徴とする照明装置の制御方法。
19. それぞれ独立して発光を制御可能な複数の光源を備える照明装置の制御方法であって、
    前記複数の光源それぞれに対して、点灯期間と消灯期間との比率であるデューティ比をパルス幅変調により制御する制御ステップと、
    所定の測定期間以上の時間にわたって、前記複数の光源のうちの測定対象の光源の輝度を測定する測定ステップと、
    を含み、
    前記制御ステップでは、前記測定対象の光源の点灯期間が前記所定の測定期間よりも短い場合には、前記測定対象の光源の輝度が測定される点灯期間の前に、前記点灯期間における電流よりも低い電流で前記測定対象の光源を点灯させる発光期間を設ける制御を行うことを特徴とする照明装置の制御方法。
    

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