JP6056276B2

JP6056276B2 - 表示装置および光源制御方法

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Inventors: 隆史豊岡
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Description

本発明は、表示装置および光源制御方法に関するものである。

表示装置において、光源を間欠的に点灯（以下、「間欠照明」と称することがある）させて画像を表示する技術が知られている。例えば、１フレームの間に黒画面を挿入することで、使用者が感じる残像を低減し、動画性能の向上を図ることができる（例えば、特許文献１，２参照）。また、アクティブシャッター方式を採用して３Ｄ表示を行う表示装置において、例えば右目用の表示画像から左目用の表示画像に切り替える際に、間欠照明により黒表示を行うことで、右目左目のクロストークを効果的に防止可能であることが知られている。

特開２００４−３０２２５４号公報特開２００４−３５４７１７号公報

また、間欠照明は、上述のようにフレーム内に黒画面を挿入する目的で行うほか、単位時間あたりの点灯時間を制御することで、明るさを調節する（調光する）目的においても用いられている。このような調光は、パルス幅変調（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ、ＰＷＭ）調光として知られている。

表示装置において、間欠照明を２つの目的（例えば、黒画像の挿入と調光）で採用する場合、表示装置の駆動を制御する制御部は、各目的に対応する２つの駆動信号を合成して新たな駆動信号（以下、「合成駆動信号」と称することがある）とし、合成駆動信号を用いて光源を制御する。新たな駆動信号の合成は、例えば、２つの駆動信号の論理積演算により行われる。

この場合、２つの駆動信号のうち一方の駆動信号を変更する（例えば、明るさを変更する）には、変更後の駆動信号に応じて、合成駆動信号も変更する必要がある。例えば、制御部が、一方の駆動信号と合成駆動信号との対応関係をルックアップテーブル（ＬＵＴ）として備え、ＬＵＴに従った制御を行うことで実現できるが、この場合、複数のＬＵＴが必要となり、回路負荷を増大させるとともに、設定の変更時間も増大するという課題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、簡易に間欠照明の駆動条件を制御可能な表示装置を提供することを目的とする。また、間欠照明の駆動条件の制御を簡易に行うことが可能な光源制御方法を提供することをあわせて目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の一態様に係る表示装置は、光源と、第１デューティー比を有する第１パルス幅変調信号および前記第１パルス幅変調信号よりも周波数が高い第２パルス幅変調信号を用いて合成パルス幅変調信号を生成し、前記合成パルス幅変調信号を用いて前記光源の発光状態を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記光源の明るさに関する情報と、前記光源のパルス幅変調信号のデューティー比との対応関係に基づいて求められる第２デューティー比に対して、前記第１パルス幅変調信号と、前記第２デューティー比を有するパルス幅変調信号と、を合成して得られる仮想パルス幅変調信号を用いて前記光源を発光させたときに得られる明るさの予想値と、前記光源の明るさに関する情報に基づく明るさの設定値と、の差を補正する補正情報を、前記第１デューティー比と前記第２デューティー比とを用いて演算し、前記補正情報を用いて、前記第２デューティー比を補正し、補正された前記第２デューティー比を、前記第２パルス幅変調信号のデューティー比とする。
本発明の一態様に係る表示装置は、光源と、第１デューティー比を有する第１パルス幅変調信号および前記第１パルス幅変調信号よりも周波数が高い第２パルス幅変調信号を用いて合成パルス幅変調信号を生成し、前記合成パルス幅変調信号を用いて前記光源の発光状態を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記光源の明るさに関する情報と、前記光源のパルス幅変調信号のデューティー比との対応関係に基づいて求められる第２デューティー比に対して、前記第１パルス幅変調信号と、前記第２デューティー比を有するパルス幅変調信号と、を合成して得られる仮想パルス幅変調信号を用いて前記光源を発光させたときに得られる明るさの予想値と、前記光源の明るさに関する情報に基づく明るさの設定値と、の差を、前記第１デューティー比と前記第２デューティー比とを用いて補正し、補正された前記第２デューティー比を、前記第２パルス幅変調信号のデューティー比として求める。

この構成によれば、光源の設定を変更し第２パルス幅変調信号のデューティー比が変わったとしても、光源の明るさに関する情報に応じて補正された第２デューティー比を用いて、得られる画像の明るさを補正することができる。そのため、簡易に間欠照明の駆動条件を制御可能な表示装置を提供することができる。

本発明の一態様においては、前記光源として、第１光源および第２光源を有し、前記制御部は、前記第１光源と前記第２光源とを同条件で発光させたときの光源出力の差を補正する演算を行うことが望ましい。
この構成によれば、装置が備える複数の光源について、発光特性が異なる場合にも、適宜明るさの補正を行うことができるため、特性の異なる複数の光源を同等に扱うことができ、駆動条件を簡易に制御することができる。

本発明の一態様においては、前記第２パルス幅変調信号の周波数が、前記第１パルス幅変調信号の周波数の整数倍であることが望ましい。
この構成によれば、第１パルス幅変調信号および第２パルス幅変調信号の唸り成分となる低周波数の明滅の発生を防止することができる。

本発明の一態様においては、前記制御部は、前記対応関係を示すルックアップテーブルを用い、前記第２デューティー比を求めることが望ましい。
この構成によれば、演算処理が簡略化される。

本発明の一態様においては、前記制御部は、前記予想値と、前記設定値との差を補正する補正情報を、前記第１デューティー比と前記第２デューティー比とを用いて演算し、前記補正情報を用いて、前記第２デューティー比を補正することが望ましい。
この構成によれば、光源の設定を変更し第２パルス幅変調信号のデューティー比が変わったとしても、都度、適切な補正情報を簡単な計算により求めることができ、得られる画像の明るさを補正することができる。

本発明の一態様においては、前記制御部は、前記予想値と、前記設定値との差を補正する補正情報を、前記第１デューティー比と前記第２デューティー比とを用いて演算し、前記補正情報を用いて、前記ルックアップテーブルを補正し、補正された前記ルックアップテーブルを用いて、補正された前記第２デューティー比である前記第２パルス幅変調信号のデューティー比を求めることが望ましい。
この構成によれば、光源明るさ情報が更新されたとしても、補正されたルックアップテーブルを参照することで、補正情報を再計算することなく目的とする第２パルス幅変調信号のデューティー比を容易に求めることができる。

また、本発明の一態様に係る光源制御方法は、第１デューティー比を有する第１パルス幅変調信号および前記第１パルス幅変調信号よりも周波数が高い第２パルス幅変調信号を用いて生成される合成パルス幅変調信号を用い、光源の発光状態を制御する光源制御方法であって、前記光源の明るさに関する情報と、前記光源のパルス幅変調信号のデューティー比との対応関係に基づいて求められる第２デューティー比に対して、前記第１パルス幅変調信号と、前記第２デューティー比を有するパルス幅変調信号と、を合成して得られる仮想パルス幅変調信号を用いて前記光源を発光させたときに得られる明るさの予想値と、前記光源の明るさに関する情報に基づく明るさの設定値と、の差を、前記第１デューティー比と前記第２デューティー比とを用いて補正し、補正された前記第２デューティー比を、前記第２パルス幅変調信号のデューティー比として求める。
この構成によれば、光源の明るさに関する情報に応じて補正されたデューティー比を用いて、容易に得られる画像の明るさを補正することができる。

本実施形態のプロジェクターを示す模式図である。本実施形態のプロジェクターが有する制御部の構成図である。本実施形態のプロジェクターのタイミングチャートである。ＰＷＭ信号生成部の構成図である。補正係数を求める演算の過程の例を示したグラフである。変形例１のプロジェクターのタイミングチャートである。補正係数を求める演算の過程の例を示したグラフである。変形例２のプロジェクターのタイミングチャートである。変形例２のプロジェクターのタイミングチャートである。変形例２のプロジェクターのタイミングチャートである。補正係数を求める演算の過程の例を示したグラフである。

以下、図１〜図１１を参照しながら、本発明の実施形態に係るプロジェクター（表示装置）について説明する。本実施形態のプロジェクターは、パルス幅変調方式で光源を制御する構成を採用する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。

以下の説明において、「光源出力」とは、パルス幅変調を行う際の駆動信号（パルス幅変調信号）における１周期において、パルス幅変調を行わないで所定の電圧で光源を発光させたときに得られる光量を指す。

また、「デューティー比（Ｄｕｔｙ比）」とは、パルス幅変調信号における１周期あたりのＯＮ期間の割合を指す。単位は％である。

また、「明るさ」とは、上記「光源出力」で発光する光源についてパルス幅変調を行って発光させたときに、パルス幅変調信号における１周期で得られる光量を指す。すなわち、「明るさ」とは、パルス幅変調を行う光源から実際に射出される光量のことを指し、１周期における「光源出力」と「Ｄｕｔｙ比」との積により求められる値である。

また、「光源明るさ情報」とは、光源の明るさに関する情報であり、デューティー比を調整するための情報を指す。

例えば、画像信号に適応して明るさを調整する場合には、「光源明るさ情報」に画像信号の階調値が含まれる。なお「階調値」とは、プロジェクターに入力される画像信号が有する情報であって、表示すべき画像の画素ごとに規定された、画像の明部から暗部までの明るさの段階を示す値である。

また、使用者が、プロジェクターのメニュー画面から明るさを調整する場合には、「光源明るさ情報」に設定された光源の出力値が含まれる。

さらに、使用者が、プロジェクターのメニュー画面からカラーモードを選択する場合には、「光源明るさ情報」に、カラーモードの選択項目毎にあらかじめ設定された明るさの設定値が含まれる。なお「カラーモード」とは、画像の種別や視聴環境等に応じて画質を調整するための選択項目のことを指す。その選択項目としては、例えば、明るい環境での視聴に適する「ダイナミック」や、薄明かりの中での視聴に適する「リビング」、暗い環境下で入力信号に忠実な画像を再現可能な「ナチュラル」、暗い環境下での映画鑑賞に適する「シアター」等がある。使用者は、これらの中から画像や視聴環境等に応じたカラーモードを選択することができる。また、各選択項目において「画像の明るさ」、「コントラスト」、「色の濃さ」、「色合い」、「シャープネス」の各調整項目のパラメーターは数値で表され、所定の範囲内でパラメーターを増減することにより、それぞれの度合いを調整することができる。

階調値やカラーモードで定まる設定値は、乗算により統合され「光源明るさ情報」が求められる。

パルス幅変調を行うプロジェクターにおいては、入力される画像信号の「光源明るさ情報」に基づき「Ｄｕｔｙ比」を求め、「Ｄｕｔｙ比」と光源に印加する電圧とを用いてパルス幅変調信号を生成し、パルス幅変調信号を光源に入力することで「光源明るさ情報」により設定された「明るさ」の画像を表示する。本実施形態のプロジェクターでは、詳しくは後述するが、「光源明るさ情報」に基づいて射出される光の「明るさ」と、「光源明るさ情報」に基づいて設定される「明るさ」の設定値との差を補正する制御部を有している。以下、順に説明する。

図１は、本実施形態のプロジェクターを示す模式図である。図に示すように、本実施形態のプロジェクター１００は、光源部（光源）１と、光源部１から射出された光を平行化するコリメート光学系２と、コリメート光学系２を透過して射出された光が入射し、この光（入射光）を変調する光変調手段３と、光変調手段３で変調された光を合成し画像光を形成する光路合成素子４と、画像光を投写する投写光学系５と、光源部１および光変調手段３の駆動を制御する制御部（制御手段）６と、を有している。

光源部１は、赤色光を射出する第１光源１Ｒと、緑色光を射出する第２光源１Ｇと、青色光を射出する第３光源１Ｂと、を有している。赤色光、緑色光および青色光は、フルカラー画像を表示するための典型的な要素色の組合せ例である。

第１光源１Ｒ、第２光源１Ｇおよび第３光源１Ｂは固体光源であり、例えばＬＥＤ、有機または無機の半導体レーザー素子、または有機ＥＬ（エレクトロルミネッセント）素子を用いることができる。また、ＬＥＤまたはレーザーと、これらの光源から射出される光を吸収して蛍光を発する蛍光体と、を有する光源装置を用いることもできる。

なお、本実施形態の光源部１は３つの異なる要素色に対応した３つの光源を有するが、光源部１が４つ以上の異なる要素色に対応した光源を有して構成されていてもよく、２つの異なる要素色に対応した光源を有して構成されていてもよい。また、図では、第１光源１Ｒと、第２光源１Ｇと、第３光源１Ｂと、をそれぞれ１つずつ示しているが、各光源は複数の光源が集積された光源アレイであってもよい。

コリメート光学系２は、光源部１から射出された光を平行化し、光変調手段３に向けて射出する。コリメート光学系２は、レンズ、回折素子などの光学素子を１つ用いて構成されていてもよく、複数の光学素子が組み合わされて構成されていてもよい。

なお、コリメート光学系２と光変調手段３との間の光路上には、光路に直交する面内の光量分布を平均化するインテグレーターや、コリメート光学系２から射出された光をＰ偏光またはＳ偏光のいずれか一方の偏光状態に揃えて射出する偏光変換素子が配置されていてもよい。

光変調手段３としては、例えば、液晶ライトバルブやＤＭＤ（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）を用いることができる。図では、光変調手段３は、赤色光を変調する第１液晶ライトバルブ３Ｒと、緑色光を変調する第２液晶ライトバルブ３Ｇと、青色光を変調する第３液晶ライトバルブ３Ｂと、で構成されている。光変調手段３としては、例えば透過型の液晶ライトバルブを採用することができる。液晶ライトバルブは、一対の偏光板とその間に位置した液晶パネルとを含んでおり、制御部６から供給される画像信号に基づいて、光源部１から射出され自身に入射する入射光を、画素ごとに変調する。

光路合成素子４は、ダイクロイックプリズム等により構成される。ダイクロイックプリズムは、４つの三角柱プリズムが互いに貼り合わされた構造になっている。三角柱プリズムにおいて貼り合わされる面は、ダイクロイックプリズムの内面になる。ダイクロイックプリズムの内面に、赤色光が反射し緑色光および青色光が透過するミラー面と、青色光が反射し緑色光および赤色光が透過するミラー面とが互いに直交して形成されている。ダイクロイックプリズムに入射した緑色光は、ミラー面を通ってそのまま射出される。ダイクロイックプリズムに入射した赤色光、青色光は、ミラー面で選択的に反射あるいは透過して、緑色光の射出方向と同じ方向に射出される。

光路合成素子４により合成された光（画像光）は、投写光学系５を介して被投写面に拡大投写される。

図２は、制御部６の構成図である。制御部６は、光源部１および光変調手段３を駆動制御する。外部から制御部６に入力された画像信号には、光変調手段３の駆動信号と光源部の駆動信号とが含まれている。画像信号のうち光変調手段３の駆動信号は、信号処理部６１で画質調整、色調整が施された後、液晶駆動部６２に入力される。液晶駆動部６２は、光変調手段３に駆動信号を供給する。

一方、信号処理部６１においては、カラーモードの設定や画像信号に含まれる階調値等を用いて得られる光源明るさ情報から、光源出力および間欠照明のＤｕｔｙ比などが設定され、ＰＷＭ信号生成部６３に入力される。

ＰＷＭ信号生成部６３においては、入力される制御信号（光源出力の値やＤｕｔｙ比）に基づいて各光源（第１光源１Ｒ、第２光源１Ｇおよび第３光源１Ｂ）の発光状態を制御するためのＰＷＭ信号（パルス幅変調信号）が生成される。生成されるＰＷＭ信号は、それぞれ第１光源駆動部６４、第２光源駆動部６５および第３光源駆動部６６を介して、第１光源１Ｒ、第２光源１Ｇおよび第３光源１ＢにＰＷＭ信号を供給される。

ここで、本実施形態のプロジェクター１００は、２つの目的で異なる間欠照明を行う構成となっており、ＰＷＭ信号生成部６３に入力される制御信号には、２つの間欠照明に対応して光源の点灯時間を制御する信号が含まれている。例えば、ＰＷＭ信号生成部６３に入力される制御信号は、各光源を間欠的に点灯し黒画像を挿入するための間欠照明に関する情報（間欠点灯情報）と、光源明るさ情報と、を含んでいる。

従来のプロジェクターにおいて、このように２つの間欠照明が混在する場合、間欠点灯情報および光源明るさ情報のそれぞれについてＰＷＭ信号が設定される。以下の説明においては、間欠点灯情報に関するＰＷＭ信号を第１ＰＷＭ信号（第１パルス幅変調信号。以下、「ＰＷＭ１」と称することがある）、光源明るさ情報に関するＰＷＭ信号を第２ＰＷＭ信号（第２パルス幅変調信号。以下、「ＰＷＭ２」と称することがある）と称する。第２ＰＷＭ信号は、第１ＰＷＭ信号よりも高い周波数を有する信号である。第１ＰＷＭ信号および第２ＰＷＭ信号は、個別に周波数およびＤｕｔｙ比が設定される。

そして、ＰＷＭ１とＰＷＭ２との論理積により、合成されたＰＷＭ信号が求められる。このような処理により合成されたＰＷＭ信号を用いて光源を制御すると、以下のような課題が生じる。

図３は、２つの間欠照明を行うプロジェクターのタイミングチャートである。図において、「ＶＳｙｎｃ」は、画像の垂直同期信号である。
「ＰＷＭ１」は、１フレームＦの中の点灯期間Ｆ_ＯＮと、消灯期間Ｆ_ＯＦＦとを制御するＰＷＭ信号である。ＰＷＭ１のＤｕｔｙ比を「第１Ｄｕｔｙ比（第１デューティー比）」と称することがある。
「ＰＷＭ２」は、光源から所望の明るさの光を射出させるためのＯＮ期間Ｐ_ＯＮと、ＯＦＦ期間Ｐ_ＯＦＦとを制御するＰＷＭ信号である。ＰＷＭ２のＤｕｔｙ比を「第２Ｄｕｔｙ比」と称することがある。
「ＰＷＭ１×ＰＷＭ２」は、ＰＷＭ１とＰＷＭ２とを用いて論理積で求められるＰＷＭ信号である。

図では、ＰＷＭ２の周波数がＰＷＭ１の周波数の６倍であることとして示している。ＰＷＭ２の周波数がＰＷＭ１の周波数の整数倍であると、ＰＷＭ１およびＰＷＭ２の唸り成分となる低周波数の明滅の発生を防止することができる。例えば、ＶＳｙｎｃ、ＰＷＭ１の周波数が１２０Ｈｚであり、ＰＷＭ２の周波数が６倍の７２０Ｈｚである。

図では、ＰＷＭ１の立上がりエッジと、ＰＷＭ２の立上がりエッジが同期する構成であることとしている。ただし、ＰＷＭ１の点灯期間Ｆ_ＯＮは、ＰＷＭ２の周期Ｐ（周波数の逆数）の整数倍とはなっていない構成となってる。

このようなタイミングチャートにおいて、「ＰＷＭ１×ＰＷＭ２」の点灯期間Ｆ_ＯＮは、ＰＷＭ２におけるＯＮ期間Ｐ_ＯＮとＯＦＦ期間Ｐ_ＯＦＦとを３周期分含む期間（図では符号Ｘ１で示す）と、期間Ｘ１の後に続く、ＰＷＭ２におけるＯＮ期間Ｐ_ＯＮの一部を含む期間（図では符号Ｘ２で示す）と、を有している。

すると、「ＰＷＭ１×ＰＷＭ２」における点灯期間Ｆ_ＯＮにおいて、期間Ｘ１ではＰＷＭ２で規定したＤｕｔｙ比の通りのパルス幅変調がなされるのに対し、期間Ｘ２ではＰＷＭ２で規定したＤｕｔｙ比の通りのパルス幅変調とならない。図３においては、期間Ｘ２で常時点灯となっている。その結果、「ＰＷＭ１×ＰＷＭ２」の点灯期間Ｆ_ＯＮにおけるＤｕｔｙ比は、ＰＷＭ２のＤｕｔｙ比と一致しないこととなる。

このため、従来のプロジェクターにおいては、光源明るさ情報に従った画像表示ができなかった。図３の例では、期間Ｘ２が常時点灯となっているため、点灯期間Ｆ_ＯＮ全体として、ＰＷＭ２による設定よりも明るい画像を表示してしまうこととなっていた。

このような、ＰＷＭ２により規定された明るさ（設定値）と、実際に表示する画像の明るさとのズレは、ＰＷＭ１の点灯期間Ｆ_ＯＮが、ＰＷＭ２の周期の整数倍とはなっておらず、期間Ｘ２に相当する期間が生じているために生じる。すなわち、ＰＷＭ２のＤｕｔｙ比が、「ＰＷＭ１×ＰＷＭ２」の点灯期間Ｆ_ＯＮにおけるＤｕｔｙ比と一致していないことによりに生じる。したがって、ＰＷＭ１の点灯期間Ｆ_ＯＮが変更されると、期間Ｘ２の長さが変わり、上述のように「ＰＷＭ１×ＰＷＭ２」を用いた場合に生じる明るさズレのズレ量も変わってしまう。

このように想定される課題に対し、例えば、ＰＷＭ２により規定された明るさと、実際に表示する画像の明るさとのズレが生じないように、補正されたＬＵＴをＰＷＭ１の設定値ごとに用意しておき、上記明るさズレを解消することは可能である。しかし、このように複数のＬＵＴを用意しておく構成は、回路負荷を増大させるとともに、ＰＷＭ１の設定変更に要する時間を増大させてしまう。

対して、本実施形態のプロジェクター１００においては、図２における信号処理部６１とＰＷＭ信号生成部６３において、明るさズレを補正するための補正情報を演算して求めることとしている。

以下、入力される画像信号により、間欠点灯情報としてＰＷＭ１の周波数、Ｄｕｔｙ比および点灯期間Ｆ_ＯＮの長さが与えられることとして、信号処理部６１およびＰＷＭ信号生成部６３による光源制御方法を説明する。

図４は、信号処理部６１およびＰＷＭ信号生成部６３の構成図である。信号処理部６１は、第１演算部６１１と、記憶部６１２と、補正係数演算部６１３と、第２演算部６１４とを有している。また、ＰＷＭ信号生成部６３は、第１ＰＷＭ信号生成部６３１と、第２ＰＷＭ信号生成部６３２と、第３演算部６３３と、を有している。

信号処理部６１に入力された光源明るさ情報は、第１演算部６１１に入力される。第１演算部６１１では、既知の光源出力の値と入力される光源明るさ情報とから、光源のＤｕｔｙ比の仮想値（第２デューティー比）を求める。

本実施形態のプロジェクター１００では、記憶部６１２に、光源出力の値ごとに光源明るさ情報と光源のＰＷＭ信号のＤｕｔｙ比との対応関係を示すＬＵＴが記憶されており、第１演算部６１１では、このＬＵＴに基づいて、光源明るさ情報から第２Ｄｕｔｙ比を求めることとしている。このような構成により、演算処理が簡略化される。また、記憶部６１２は、ＬＵＴの代わりに光源明るさ情報と光源のＤｕｔｙ比との対応関係を示す関数を記憶していることとしてもよい。

また、用いる光源（第１光源１Ｒ、第２光源１Ｇおよび第３光源１Ｂ）は、射出する光の違い、駆動温度や駆動回路の応答特性などの種々の因子の影響を受ける結果、同条件で発光させたときの光源出力の差が異なることがある。記憶部６１２は、このような差を補正する補正係数をＬＵＴや関数の形で記憶しておき、第１演算部６１１において補正する演算を行うこととしてもよい。これにより、複数の光源について、発光特性が異なる場合にも、適宜明るさの補正を行うことができるため、特性の異なる複数の光源を同等に扱うことができ、駆動条件を簡易に制御することができる。

補正係数演算部６１３では、第１Ｄｕｔｙ比と第２Ｄｕｔｙ比とを用いて、図３における期間Ｘ２の発光により生じる明るさズレ（明るさの予想値と設定値との差）を補正するための補正係数（補正情報）を演算する。

以下、図３の「ＰＷＭ２」が、上記の第２Ｄｕｔｙ比を有するパルス幅変調信号を示すものとして説明する。また、図３の「ＰＷＭ１×ＰＷＭ２」は、本発明における仮想パルス幅変調信号（仮想ＰＷＭ）であることとして説明する。

補正係数演算部６１３では、まず、ＰＷＭ１と、第２Ｄｕｔｙ比を有するパルス幅変調信号と、を合成して得られるＰＷＭ１×ＰＷＭ２（仮想ＰＷＭ）を想定し、「仮想ＰＷＭを用いて光源を発光させたときに得られる明るさの予想値と、光源明るさ情報に基づく明るさの設定値との差が最大となるときのＤｕｔｙ比」（以下、変曲点Ｄｕｔｙ比）と、「明るさのズレ量が最大となるときの明るさ」（以下、変曲点明るさ）と、を求める。

［変曲点Ｄｕｔｙ比］の演算においては、まず、図３における「点灯期間Ｆ_ＯＮの長さ」（以下、Ｆ_ＯＮ長さ）を「ＰＷＭ２の周期」（以下、ＰＷＭ２周期）で割った時の余りを求める。この余りは、図３における「期間Ｘ２の長さ」（以下、Ｘ２長さ）である。この［Ｘ２長さ］が、「ＰＷＭ２の１周期あたりのＯＮ期間Ｐ_ＯＮの長さ」（以下、Ｐ_ＯＮ長さ）と一致するとき、ＰＷＭ２のＤｕｔｙ比において生じる明るさのズレ量が最大となる。

［Ｐ_ＯＮ長さ］は、［ＰＷＭ２周期］とＰＷＭ２のＤｕｔｙ比との積であることから、「変曲点Ｄｕｔｙ比」は、［Ｘ２長さ］（すなわち、［Ｐ_ＯＮ長さ］）を［ＰＷＭ２周期］で除した値（下記式（１））として求めることができる。

［変曲点明るさ］の演算においては、まず、「点灯期間Ｆ_ＯＮにおけるＰＷＭ２のＯＮ期間Ｐ_ＯＮの回数」（以下、ＯＮ回数）を求める。［ＯＮ回数］は、［Ｆ_ＯＮ長さ］を［Ｘ２長さ］（すなわち、［Ｐ_ＯＮ長さ］）で除した値（下記式（２））について、整数切り上げした値として求めることができる。なお、［Ｆ_ＯＮ長さ］は「ＰＷＭ１の周期」（以下、ＰＷＭ１周期）とＰＷＭ１のＤｕｔｙ比との積である。

次に、上記式（２）の整数切り上げした値として得られる［ＯＮ回数］と、［Ｐ_ＯＮ長さ］との積により、「点灯期間Ｆ_ＯＮにおけるＯＮ期間Ｐ_ＯＮの総量」（以下、ＯＮ総量）が求められる（下記式（３））。

次に、上記式（３）で得られる値を［Ｆ_ＯＮ長さ］で除することで、「仮想ＰＷＭの点灯期間Ｆ_ＯＮにおけるＤｕｔｙ比」（以下、仮想ＰＷＭＤｕｔｙ比）を求めることができる（下記式（４））。

［変曲点明るさ］は、上記式（４）で求められる［仮想ＰＷＭＤｕｔｙ比］と、固定値である光源出力との積により、求めることができる（下記式（５））。

次に、補正係数演算部６１３では、上述のようにして求めた［変曲点Ｄｕｔｙ比］と［変曲点明るさ］とを用い、補正情報を求める。図５は、補正係数を求める演算の過程の例を示したグラフである。図５は、説明のために示したものであり、補正係数演算部６１３においてはグラフ化しなくてもよい。

まず、第１演算部６１１で用いるＬＵＴと同様の、光源明るさ情報とＰＷＭ２のＤｕｔｙ比との対応関係について、グラフとして表す。図５（ａ）は、横軸を規格化した光源明るさ情報、縦軸をＰＷＭ２のＤｕｔｙ比としたグラフである。ここでは、明るさとＰＷＭ２のＤｕｔｙ比とが、線形のグラフＬ１で示される関係にあることとする。図５（ａ）では、グラフＬ１を破線で示している。

このグラフに、上記計算により求めた［変曲点Ｄｕｔｙ比］（図中、符号ａ１で表す）と、［変曲点明るさ］（図中、符号ａ２で表す）と、を示す点を描画する。例えば、符号Ａで示す点として示される。

次に、符号Ａで示す点と原点（０，０％）との間、および符号Ａで示す点と（１，１００％）の点との間を線形補間し、２つの間欠照明を行う場合の明るさとＰＷＭ２のＤｕｔｙ比との対応関係について、グラフを作成する（図５（ｂ））。図５（ｂ）は、横軸を規格化した明るさ、縦軸をＰＷＭ２のＤｕｔｙ比としたグラフである。図５（ｂ）では、比較のため、図５（ａ）で示したグラフＬ１を重ねて示している。

得られたグラフによれば、明るさとＤｕｔｙ比とが、符号Ａで示す点を変曲点とするグラフＬ２で示される関係にあるものとして示される。図５（ｂ）では、グラフＬ２を実線で示している。

例えば、符号ａ２で示す明るさを得ようとして、記憶部６１２に記憶されたＬＵＴ（グラフＬ１に対応）でＰＷＭ２のＤｕｔｙ比を求めると、グラフＬ１上の点Ｂに対応するＤｕｔｙ比（図中、符号ａ３で表す）となる。しかし、符号ａ３で示されるＤｕｔｙ比で光源を発光させると、グラフＬ２上の点Ｃに対応する明るさ（図中、符号ａ４で表す）となってしまう。

このようにして生じる明るさズレは、符号ａ３で示されるＤｕｔｙ比を符号ａ１で示されるＤｕｔｙ比に補正することで解消される。すなわち、符号ａ３で示されるＤｕｔｙ比を符号ａ１で示されるＤｕｔｙ比で除した値が、ズレを補正するための補正係数（補正情報）となる。

同様に、全Ｄｕｔｙ比の範囲において補正係数を求め、Ｄｕｔｙ比と補正係数との関係を示すグラフを作成する（図５（ｃ））。得られたグラフによれば、グラフＬ１を用いて求められるＤｕｔｙ比と、得られるＤｕｔｙ比についての補正係数とが、グラフＬ３で示される関係にあるものとして示される。

補正係数演算部６１３では、このようにして補正情報を演算する。補正情報の演算に用いるグラフＬ１で示される対応関係は、記憶部６１２に記憶されている。また、補正情報の演算に用いる［Ｆ_ＯＮ長さ］や［Ｐ_ＯＮ長さ］などの値は、ＰＷＭ１，ＰＷＭ２の周波数や設定したＤｕｔｙ比などから求められる。したがって、補正係数演算部６１３においては、入力される画像信号に応じて、その都度、適切な補正情報を簡単な計算により求めることができる。

第２演算部６１４では、第１演算部６１１で求めた第２Ｄｕｔｙ比と、補正係数演算部６１３で求めた補正係数とを用いて、第２Ｄｕｔｙ比を補正したＤｕｔｙ比（補正Ｄｕｔｙ比）を演算して求める。演算は、例えば、第１演算部６１１で求めた第２Ｄｕｔｙ比に補正係数を乗ずることにより行うことができる。

第２ＰＷＭ信号生成部６３２では、第２演算部６１４で求めた補正Ｄｕｔｙ比を用いて、補正Ｄｕｔｙ比を有するＰＷＭ２を生成する。

一方、ＰＷＭ信号生成部６３に入力された間欠点灯情報は、第１ＰＷＭ信号生成部６３１に入力される。第１ＰＷＭ信号生成部６３１は、間欠点灯情報を用いて第１Ｄｕｔｙ比を有するＰＷＭ１を生成する。

さらに、第３演算部６３３では、例えばＰＷＭ１とＰＷＭ２との論理積により、光源を駆動させる合成パルス幅変調信号（合成ＰＷＭ信号）を生成する。得られた合成ＰＷＭ信号は、各光源の駆動に用いられる。
本実施形態のプロジェクター１００は、以上のような構成となっている。

以上のような構成の表示装置によれば、明るさズレが補正されたＬＵＴをＰＷＭ１の設定値ごとに用意することなく、簡易に間欠照明の駆動条件を制御することができる。

また、以上のような構成の光源制御方法によれば、間欠照明の駆動条件の制御が簡易なものとなる。

なお、本実施形態においては、ＰＷＭ２の周波数がＰＷＭ１の周波数の整数倍であることとしたが、これに限らず、例えば、ＰＷＭ１の立上りエッジに同期してＰＷＭ２がリセットされ、ＰＷＭ１の立上りエッジとＰＷＭ２の立上りエッジとが同期する構成であることとしてもよい。

また、本実施形態においては、ＰＷＭ１とＰＷＭ２を予め生成したうえで、論理積により合成ＰＷＭ信号を生成する構成としたが、これに限らない。例えば、ＰＷＭ１の立上がりタイミングをトリガーとして、合成ＰＷＭ信号を生成し、ＰＷＭ１の立下りタイミングをトリガーとして、合成ＰＷＭ信号の出力を停止する構成であってもよい。

また、本実施形態においては、明示的に第２演算部６１４で第２Ｄｕｔｙ比に補正係数を演算する例を示したが、これに限らない。合成ＰＷＭ信号を生成する際に生じる明るさの予測値と設定値との差が補正されていればよく、例えば、記憶部６１２からＬＵＴを参照する際に、あらかじめ補正情報を用いてＬＵＴを補正し、補正されたＬＵＴを用いて補正された第２Ｄｕｔｙ比、すなわち補正Ｄｕｔｙ比を求めることとしてもよい。このような構成とすることで、光源明るさ情報が更新された場合であっても、補正されたＬＵＴを参照するだけで、補正情報を再計算することなく容易に補正Ｄｕｔｙ比を求めることが可能となる。

［変形例］
また、本実施形態においては、ＰＷＭ１の立上がりタイミングと、ＰＷＭ２の立上りタイミングとが同期していることとして説明したが、本発明は、ＰＷＭ１とＰＷＭ２との位相関係には限定されない。

［変形例１］
図６は、本実施形態のプロジェクターの第１の変形例におけるタイミングチャートであり、図３に対応する図である。図６において、図３と同じ定義の要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

図に示すように、本変形例のプロジェクターにおいては、ＰＷＭ１の立上がりタイミングと、ＰＷＭ２の立下がりタイミングとが同期している。この場合、図３で示した構成と異なり、期間Ｘ２ではＰＷＭ２で規定したＤｕｔｙ比の通りのパルス幅変調とならず常時消灯となる。その結果、点灯期間Ｆ_ＯＮの全体では、ＰＷＭ２で規定したＤｕｔｙ比の通りのパルス幅変調とはならず、設定よりも暗い画像を表示してしまうこととなる。

そこで、上記実施形態のプロジェクター１００と同様に、制御部６が有するＰＷＭ信号生成部６３において、補正係数を演算する。その際、上記実施形態のプロジェクター１００とは異なり、［ＯＮ回数］は、［Ｆ_ＯＮ長さ］を［Ｘ２長さ］で除した値（上記式（２））について、整数切り下げした値として求める。

図７は、変形例１の補正係数を求める演算の過程の例を示したグラフであり、図５（ｂ）（ｃ）に対応する図である。

図７（ａ）に示すように、本変形例１では、演算の結果として、明るさとＰＷＭ２のＤｕｔｙ比との対応関係が、符号Ｄで示す点を変曲点とするグラフＬ４で示される関係にあるものとして求められる。図に示すように、グラフＬ４は上述のグラフＬ２と異なり上に凸のグラフとなる。

次いで、図７（ｂ）に示すように、全Ｄｕｔｙ比の範囲において補正係数を求め、Ｄｕｔｙ比と補正係数との関係を示すグラフを作成する。得られたグラフによれば、グラフＬ１を用いて求められるＤｕｔｙ比と、得られるＤｕｔｙ比についての補正係数とが、グラフＬ５で示される関係にあるものとして示される。

変形例１のプロジェクターにおいては、グラフＬ５として示される補正係数を用い、ＰＷＭ２を求め、合成ＰＷＭ信号を生成して、調光を行うことができる。

［変形例２］
図８は、本実施形態のプロジェクターの第２の変形例におけるタイミングチャートであり、図３に対応する図である。図６において、図３と同じ定義の要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

図に示すように、本変形例のプロジェクターにおいては、ＰＷＭ１の立上がりタイミングおよび立下りタイミングと、ＰＷＭ２の立上りタイミングおよび立下がりタイミングとがいずれも同期しておらず、位相がずれている。図８では、ＰＷＭ１の立上りタイミングおよび立下りタイミングにおいて、ＰＷＭ２はいずれもＯＦＦとなっている。この場合、図３で示した構成と異なり、期間Ｘ１の後に続く期間Ｘ２の他に、期間１の前に位相ずれに対応した期間Ｘ３についても考慮して補正係数を求める。

なお、位相ずれ時間は既知の値であり、期間Ｘ３の長さは定数であることとする。

図８のようなタイミングチャートに従って駆動するプロジェクターでは、（１）期間Ｘ２の終わり時においてＰＷＭ１の立下がりタイミングとＰＷＭ２の立下がりタイミングとが一致するとき、および（２）期間Ｘ３の始まり時ＰＷＭ１の立上がりタイミングとＰＷＭ２の立下がりタイミングとが一致するとき、において、上述の変曲点に対応する明るさ変化が起こりうる。以下の説明においては、上記（１）に対応する変曲点を「第１変曲点」、上記（２）に対応する変曲点を「第２変曲点」と称することがある。

第１変曲点および第２変曲点に対応する明るさ変化について、図９，１０を用いてさらに詳しく説明する。図９，１０は、第１変曲点および第２変曲点が生じるときのタイミングチャートの拡大図である。

ＰＷＭ２のＤｕｔｙ比を１００％から徐々に減じていく場合を想定すると、図９，１０に示す２つのケースが考えられる。
まず、ケース１として、図９（ａ）では、ＰＷＭ２のＤｕｔｙ比＝ａのときに（２）期間Ｘ３の始まり時ＰＷＭ１の立上がりタイミングとＰＷＭ２の立下がりタイミングとが一致している。また、図９（ｂ）では、ＰＷＭ２のＤｕｔｙ比＝ｂ（ただしａ＞ｂ）のときに（１）期間Ｘ２の終わり時においてＰＷＭ１の立下がりタイミングとＰＷＭ２の立下がりタイミングとが一致している。

また、ケース２として、図１０（ａ）では、ＰＷＭ２のＤｕｔｙ比＝ｃのときに（１）期間Ｘ２の終わり時においてＰＷＭ１の立下がりタイミングとＰＷＭ２の立下がりタイミングとが一致している。また、図１０（ｂ）では、ＰＷＭ２のＤｕｔｙ比＝ｄ（ただしｃ＞ｄ）のときに（２）期間Ｘ３の始まり時ＰＷＭ１の立上がりタイミングとＰＷＭ２の立下がりタイミングとが一致している。

ケース１，２のいずれにおいても、上記実施形態のプロジェクター１００と同様に、制御部６が有するＰＷＭ信号生成部６３において、補正係数を演算する。補正係数の演算においては、まず変曲点を求める。

変曲点の座標（明るさ，Ｄｕｔｙ比）は、以下のようにして求める。

（ケース１）
ケース１について、第２変曲点のＤｕｔｙ比（第２変曲点Ｄｕｔｙ比）は、図９（ａ）において符号αで示した部分に着目して求める。すなわち、［第２変曲点Ｄｕｔｙ比］は、ＯＦＦ期間Ｐ_ＯＦＦの長さ［Ｐ_ＯＦＦ長さ］が「期間Ｘ３の長さ」（以下、Ｘ３長さ）と一致するときのＤｕｔｙ比に等しい。［Ｐ_ＯＮ長さ］は、［ＰＷＭ２周期］から［Ｐ_ＯＦＦ長さ］を引いた値と等しいため、［第２変曲点Ｄｕｔｙ比］は、下記式（６）で求めることができる。

また、点灯期間Ｆ_ＯＮにおけるＤｕｔｙ比である［仮想ＰＷＭＤｕｔｙ比］は、下記式（７）で求めることができる。

この場合、［ＯＮ回数］については、点灯期間Ｆ_ＯＮの長さから位相ずれ期間（期間Ｘ３）を捨象した長さを基準として、上記式（２）と同様に、下記式（８）の値を整数切り上げして求める。

また、第２変曲点の明るさ（以下、第２変曲点明るさ）は、［仮想ＰＷＭＤｕｔｙ比］と光源出力との積であるため、下記式（７）で求めることができる。

なお、式（７）中の［第１変曲点Ｄｕｔｙ比］は、下記のように求める。

ケース１について、第１変曲点のＤｕｔｙ比（第１変曲点Ｄｕｔｙ比）は、図９（ｂ）において符号βで示した部分に着目して求める。すなわち、求めるＤｕｔｙ比は、［Ｐ_ＯＮ長さ］が期間Ｘ２と一致するときのＤｕｔｙ比に等しい。そのため、まず［Ｘ２長さ］を下記式（１０）の余りとして求め、［第１変曲点Ｄｕｔｙ比］を下記式（１１）により求める。

また、第１変曲点の明るさ（第１変曲点明るさ）は、上記式（２）〜（４）と同様にして求めることができる。

（ケース２）
ケース２について、［第１変曲点Ｄｕｔｙ比］は、［Ｐ_ＯＮ長さ］が［Ｘ２長さ］と一致するときのＤｕｔｙ比に等しいため、ケース１における第１変曲点のＤｕｔｙ比の演算と同様に、上記式（１０）（１１）を用いて求める。

また、［第１変曲点明るさ］は、まず、期間Ｘ１，Ｘ２におけるＯＮ期間Ｐ_ＯＮの総量と、図１０（ａ）において符号γで示す期間Ｘ３におけるＯＮ期間と、の和に基づいて、合成ＰＷＭＤｕｔｙ比を求める（下記式（１２）〜（１４））。次いで、合成ＰＷＭＤｕｔｙ比と光源出力との積により［第１変曲点明るさ］を求める（下記式（１５））。式中の［第２変曲点Ｄｕｔｙ比］については後述する。

なお、［ＯＮ回数］については、上記式（８）の値を整数切り上げして求める。

ケース２について、［第２変曲点Ｄｕｔｙ比］は、［Ｐ_ＯＦＦ長さ］が［Ｘ３長さ］と一致するときのＤｕｔｙ比に等しいため、上記式（６）で求めることができる。

また、［第２変曲点明るさ］は、上記式（２）〜（４）と同様にして求めることができる。

図１１は、変形例２の補正係数を求める演算の過程の例を示したグラフであり、図７に対応する図である。まず、上述の演算により求められた第１変曲点および第２変曲点を用い、図１１（ａ）に示すように、（ａ）２つの変曲点の間、（ｂ）原点（０，０％）と２つの変曲点のち原点に近い点との間、（ｃ）（１，１００％）の点と２つの変曲点のうち（１，１００％）の点に近い点との間、をそれぞれ線形補間する。これにより、明るさとＰＷＭ２のＤｕｔｙ比との対応関係について、符号Ｅ１で示す第１変曲点と、符号Ｅ２で示す第２変曲点とを有するグラフＬ６を作成する。

次いで、図１１（ｂ）に示すように、全Ｄｕｔｙ比の範囲において補正係数を求め、Ｄｕｔｙ比と補正係数との関係を示すグラフを作成する。得られたグラフによれば、グラフＬ１を用いて求められるＤｕｔｙ比と、得られるＤｕｔｙ比についての補正係数とが、グラフＬ７で示される関係にあるものとして示される。

変形例２のプロジェクターにおいては、グラフＬ７として示される補正係数を用い、ＰＷＭ２を求め、合成ＰＷＭ信号を生成して、調光を行うことができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上述の実施形態においては、ＰＷＭ信号が第１光源、第２光源、および第３光源に共通して適用される例を示したが、これに限定されず、各光源に異なるＰＷＭ信号を適用できる。例えば、光源明るさ情報とＤｕｔｙの関係を示すＬＵＴは、各光源の特性に応じて設定することで、調光時にも良好なホワイトバランスを維持することができる。また、カラーモード毎に各光源で異なる明るさを設定することで、所望のホワイトバランスを実現できる。

１…光源部（光源）、１Ｒ…第１光源、１Ｇ…第２光源、１Ｂ…第３光源、２…コリメート光学系、３…光変調手段、４…光路合成素子、５…投写光学系、６…制御部（制御手段）、６１…信号処理部、６２…液晶駆動部、６３…ＰＷＭ信号生成部、６４…第１光源駆動部、６５…第２光源駆動部、６６…第３光源駆動部、１００…プロジェクター、６１１…第１演算部、６１２…記憶部、６１３…補正係数演算部、６１４…第２演算部、６３１…第１ＰＷＭ信号生成部、６３２…第２ＰＷＭ信号生成部、６３３…第３演算部

Claims

光源と、
第１デューティー比を有する第１パルス幅変調信号および前記第１パルス幅変調信号よりも周波数が高い第２パルス幅変調信号を用いて合成パルス幅変調信号を生成し、前記合成パルス幅変調信号を用いて前記光源の発光状態を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記光源の明るさに関する情報と、前記光源のパルス幅変調信号のデューティー比との対応関係に基づいて求められる第２デューティー比に対して、
前記第１パルス幅変調信号と、前記第２デューティー比を有するパルス幅変調信号と、を合成して得られる仮想パルス幅変調信号を用いて前記光源を発光させたときに得られる明るさの予想値と、前記光源の明るさに関する情報に基づく明るさの設定値と、の差を補正する補正情報を、前記第１デューティー比と前記第２デューティー比とを用いて演算し、
前記補正情報を用いて、前記第２デューティー比を補正し、補正された前記第２デューティー比を、前記第２パルス幅変調信号のデューティー比とする表示装置。
前記光源として、第１光源および第２光源を有し、
前記制御部は、前記第１光源と前記第２光源とを同条件で発光させたときの光源出力の差を補正する演算を行う請求項１に記載の表示装置。
前記第２パルス幅変調信号の周波数が、前記第１パルス幅変調信号の周波数の整数倍である請求項１または２に記載の表示装置。
前記制御部は、前記対応関係を示すルックアップテーブルを用い、前記第２デューティー比を求める請求項１から３のいずれか１項に記載の表示装置。
前記補正情報を用いて、前記ルックアップテーブルを補正し、
補正された前記ルックアップテーブルを用いて、補正された前記第２デューティー比である前記第２パルス幅変調信号のデューティー比を求める請求項４に記載の表示装置。
第１デューティー比を有する第１パルス幅変調信号および前記第１パルス幅変調信号よりも周波数が高い第２パルス幅変調信号を用いて生成される合成パルス幅変調信号を用い、光源の発光状態を制御する光源制御方法であって、
前記光源の明るさに関する情報と、前記光源のパルス幅変調信号のデューティー比との対応関係に基づいて求められる第２デューティー比に対して、
前記第１パルス幅変調信号と、前記第２デューティー比を有するパルス幅変調信号と、を合成して得られる仮想パルス幅変調信号を用いて前記光源を発光させたときに得られる明るさの予想値と、前記光源の明るさに関する情報に基づく明るさの設定値と、の差を補正する補正情報を、前記第１デューティー比と前記第２デューティー比とを用いて演算し、
前記補正情報を用いて、前記第２デューティー比を補正し、補正された前記第２デューティー比を、前記第２パルス幅変調信号のデューティー比とする光源制御方法。