JP2006276379A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源の発光光量変調により表示分解能の拡張を高精度に行う。
【解決手段】ＲＧＢ各発光素子３，４，５を出力光は受光素子６において受光し、光源制御部２において所定の基準電位と比較され受光量が所定値となるよう負帰還制御される。タイミング制御部１の制御により表示素子のＰＷＭ駆動のＬＳＢビット幅の期間基準電位を所定値の１／２とし、ＲＧＢ各発光素子３，４，５の出力光量を１／２となるよう光源光量変調を行う。また表示素子ＰＷＭ駆動部１１からは光源光量変調期間に同期してＬＳＢビット幅のＰＷＭビットを出力する。以上の処理によりＬＳＢビットの１／２の階調表示が実現し、表示分解能が１ビット拡張される。また発光素子の出力光量設定を１／４、１／８…として同様の処理を行うことにより表示分解能の多ビット拡張を実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の光半導体発光素子を映像表示の光源に利用する照明装置に関する。

従来、ＰＷＭ駆動方式の表示装置において、ＰＷＭ駆動パターンと同期した光源変調、あるいは光源出力光の強度変調手段を利用して表示階調の分解能を拡張する方法として特許文献１に記載の光変調装置があった。図４にその構成を示す。

図４は光源輝度変調回路５１、電源５２、光源５３、パルス幅変調回路５４、ライトバルブ５５により構成される。光源５３から出力される光を映像信号により制御されるパルス幅変調回路５４によって駆動されるライトバルブ５５により変調すると同時に、光源輝度変調回路５１により光源５３の光出力強度を前記パルス幅変調回路５４に同期して制御するものであり、前記パルス幅変調回路５４のクロック信号の周波数を上昇させることなしに、出力光を変調する階調の数を増加させる事を実現するものである。
特開２００１−１１９６４８号公報

実際に上記発明を光源の発光光量変調により実現するためには光量変調の高速処理および正確な光量制御が可能な光源が必要で、従来のバックライト光源である蛍光管・放電管ランプでは実現が困難である。本発明は以上の課題を解決する光源、および光源制御回路の具体的構成を提供する。

本発明の請求項１に記載の照明装置は、
表示素子と、
前記表示素子のＰＷＭ駆動部と、
前記表示素子の光源である複数の単色発光素子と、
前記複数の単色発光素子の駆動を行う光源制御部と、
前記各単色発光素子の出力光をそれぞれ単色で受光可能な位置に配置する受光素子と、
前記表示素子を各単色光ごとに面順次に駆動するために前記単色発光素子の前記光源制御部を順次切り替えるタイミング制御部と、
により構成し、
前記表示素子のＰＷＭ駆動に同期して前記複数の単色発光素子の光量を変調し表示分解能を拡張することを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の照明装置は、請求項１記載の照明装置において、
前記単色発光素子は発光ダイオード、半導体レーザを含む光半導体素子であり、
単色発光素子の色は赤、緑、および青であることを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の照明装置は、請求項１記載の照明装置において、
前記光源制御部は、
Ａ／Ｄ変換部、基準レベル出力部、比較部、光源駆動部により構成し、
前記受光素子の検出電圧出力をＡ／Ｄ変換し、基準レベル出力部の出力する所定の基準電圧レベルと比較部において比較を行い、比較結果により前記光源駆動部による前記単色発光素子の駆動条件を変更し、負帰還制御により前記受光素子の受光光量を所定の目標値に収束させることを特徴とする。

さらにタイミング制御部の制御により、ＰＷＭ駆動部から表示ＰＷＭの最下位ビットと等しい幅のＰＷＭパターンを出力し、前記ＰＷＭパターンの出力期間については基準レベル発生部の出力する基準電圧レベルを１／２とする処理を行い、単色発光素子の発光光量を１／２にすると、ＰＷＭ駆動最下位ビット光量のさらに１／２の表示階調が実現され、表示分解能が拡張される。

以上のように本発明は、光半導体素子の発光強度制御と表示素子のＰＷＭ駆動制御を組み合わせることにより光量変調の高速処理が可能となり、表示分解能の拡張が可能となる。また光源光量を１／２、１／４、１／８と精度良く変調することが可能であり表示分解能の多ビット拡張も精度良く実現することができる。

以下、本発明の実施の形態１について図１を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における照明装置の構成図である。図１はタイミング制御部１とＲＧＢ発光素子３，４，５、ＲＧＢ各チャンネルの光源制御部２および受光素子６、表示素子ＰＷＭ駆動部１１、色合成光学系１２、表示素子１３により構成し、光源制御部２はそれぞれ基準レベル出力部７、Ａ／Ｄ変換部８、比較部９、光源駆動部１０により構成する。ＲＧＢ発光素子３，４，５は発光ダイオード、半導体レーザ等の固体発光素子を想定している。また受光素子６はＲＧＢ各発光素子３，４，５それぞれの出力光を受光可能な位置に配置するものとする。

実施の形態１は表示素子１３をＲＧＢ面順次に駆動し、ＲＧＢ発光素子３，４，５を表示素子の面順次駆動に同期発光させる方式を例に取って説明している。ＲＧＢ光源光は図２に示すように順次切り替わり、色合成光学系１２により合成されて面順次に表示素子１３へ入射されるものとする。

次に本発明実施の形態１の動作を説明する。ＲＧＢ各色に対する処理は同等であるので、Ｒに対する処理を代表して説明する。Ｒ発光素子３の出力光を光路上に配置した受光素子６により受光し、光源制御部２内のＡ／Ｄ変換部８においてＡ／Ｄ変換を行い比較部９へ入力する。一方比較部９へは基準レベル出力部７より基準レベル電圧が入力され、受光素子６の受光光量が基準レベルより高い場合はＲ発光素子３の出力光量を下げるよう光源駆動部１０を制御し、受光素子６の受光光量が基準レベルより低い場合はＲ発光素子３の出力光量を上げるよう光源駆動部１０を制御する。

以上のような負帰還制御によりＲ発光素子３の出力光量を所定の設定値に収束させる。図３（ａ）は基準レベル出力部７の出力電位を表し、電位Ｖｄは基準レベルを表す。図３（ａ）に示すように表示素子駆動のＬＳＢビット幅期間について基準電位をＶｄ／２とする。図３（ｂ）は受光素子６の受光光量を表す。上記負帰還制御により受光光量波形は基準レベル出力電位と相似形となり、基準電位をＶｄ／２とした部分については光量が通常時の値Ｃｄの１／２であるＣｄ／２となる。受光素子６の受光光量はＲ発光素子３の光量と比例するので、基準電位をＶｄ／２とした期間の表示素子へ入射するバックライト光量は１／２となる。次に図３（ｃ）は表示素子ＰＷＭ駆動部１１により表示素子へ駆動されるＰＷＭ駆動パターンを表す。基準電位をＶｄ／２とする期間に同期してＬＳＢビット幅のＰＷＭパターンを出力する。タイミング同期制御はタイミング制御部１により行う。表示素子の出力表示光は入射するバックライト光、すなわち発光素子の出力光と図３（ｃ）のＰＷＭ駆動パターンの積により表される。従って表示素子の出力表示光は図３（ｄ）のようになる。基準電位をＶｄ／２とした期間は、Ｒ発光素子３からの入射光が１／２となっているため、出力表示光も１／２の強度となる。従ってＬＳＢビットの１／２の表示光量が実現され、表示階調分解能の１ビット拡張が実現されたことになる。以上、Ｒに対する処理を説明したが、同様の処理をＧ、およびＢに対しても行うことによりフルカラーの表示分解能の１ビット拡張が実現できる。通常分解能を１ビット拡張するためには表示素子のＰＷＭ駆動パターンのＬＳＢビット時間の幅を１／２とする必要があり駆動処理レートを２倍にする必要があるが、本発明の方法によれば駆動処理レートを上げることなく表示分解能を拡張することが可能である。

また以上の処理に付加し基準電位をＶｄ／４と設定し同様の制御を行うと、さらに１ビット表示分解能を拡張することができる。さらに基準電位をＶｄ／８と設定し同様の制御を行うとまたさらに１ビット表示分解能を拡張できる。このように基準電位の設定に対し精度の良い光源光量の変調が可能であるため、多ビットにわたる表示分解能の拡張が可能である。

なお、本発明は実施の形態１の構成に限定するものではなく、今発明の趣旨に従って様々に実施形態の変形が可能であり、それらを発明範囲から除外するものではない。具体的には、実施の形態１においては面順次駆動により表示を行う場合について述べたが、図５に示すようにＲＧＢ各発光素子３，４，５の出力光をＲＧＢ信号用の各表示素子１７，１８，１９のバックライトとし、ＲＧＢ画像を合成してカラー画像を得る構成でもよい。

この時、図１の説明では表示素子ＰＷＭ駆動部１１により表示素子１３へＰＷＭ駆動パターンを伝送して駆動していたが、図５の実施形態ではＲＧＢ信号用の各表示素子１７，１８，１９ごとにＲ表示素子ＰＷＭ駆動部１４、Ｇ表示素子ＰＷＭ駆動部１５、Ｂ表示素子ＰＷＭ駆動部１６が設けられており、それぞれの表示素子をＰＷＭ駆動する。

本発明の照明装置は、光半導体素子の発光強度制御と表示素子のＰＷＭ駆動制御を組み合わせることにより光量変調の高速処理が可能となり、かつ表示分解能の拡張が可能となるという効果を有し、複数の光半導体発光素子を映像表示の光源に利用する照明装置等として有用である。

本発明の実施の形態１における照明装置の構成図 本発明の実施の形態１における光源制御説明図 本発明の実施の形態１におけるタイミング制御説明図 従来の投写装置の構成図 本発明の投写型表示装置への応用例説明図

符号の説明

１ タイミング制御部
２ 光源制御部
３ Ｒ発光素子
４ Ｇ発光素子
５ Ｂ発光素子
６ 受光素子
７ 基準レベル出力部
８ Ａ／Ｄ変換部
９ 比較部
１０ 光源駆動部
１１ 表示素子ＰＷＭ駆動部
１２ 色合成光学系
１３ 表示素子

Claims (3)

1. 表示素子と、
   前記表示素子のＰＷＭ駆動部と、
   前記表示素子の光源である複数の単色発光素子と、
   前記複数の単色発光素子の駆動を行う光源制御部と、
   前記各単色発光素子の出力光をそれぞれ単色で受光可能な位置に配置する受光素子と、
   前記表示素子を各単色光ごとに面順次に駆動するために前記単色発光素子の前記光源制御部を順次切り替えるタイミング制御部と、
   により構成し、
   前記表示素子のＰＷＭ駆動に同期して前記複数の単色発光素子の光量を変調し表示分解能を拡張することを特徴とする照明装置。
2. 前記単色発光素子は発光ダイオード、半導体レーザを含む光半導体素子であり、
   単色発光素子の色は赤、緑、および青であることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. 前記光源制御部は、
   Ａ／Ｄ変換部、基準レベル出力部、比較部、光源駆動部により構成し、
   前記受光素子の検出電圧出力をＡ／Ｄ変換し、基準レベル出力部の出力する所定の基準電圧レベルと比較部において比較を行い、比較結果により前記光源駆動部による前記単色発光素子の駆動条件を変更し、負帰還制御により前記受光素子の受光光量を所定の目標値に収束させることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
   
   

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