JP2004004359A

JP2004004359A - 画像表示装置

Info

Publication number: JP2004004359A
Application number: JP2002160476A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Sugimoto; 杉本　行弘
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2004-01-08

Abstract

【課題】明るく、色再現の良い映像を表示することができる画像表示装置を提供すること。
【解決手段】モータ２によって回転する円筒部材１の側面上に、少なくとも赤（Ｒ）色と緑（Ｇ）色のＬＥＤ３をそれぞれ複数実装し、所定のイメージデータに応じて光変調するＬＣＤ５上の照明領域に、点灯したＬＥＤ３の出射光を照明レンズ群４により集光するようにし、上記円筒部材１の回転により、順次ＬＥＤ３を切り替えて照明することで、明るい照明をＬＣＤ５面上に当て続ける。また、上記イメージデータの色情報の変化に応じて上記ＬＣＤ５の光変調状態を切り替える際に、その切り替わり部分には照明光を当てないようにする。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示デバイスに時分割で各種光を当て映像をカラー表示する画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特定箇所に高率良く照明する集光照明装置、例えば車のヘッドライト、スタンド照明、スポットライト、懐中電灯、データプロジェクタ用照明ユニット等は、相対的により点光源に近い発光源を反射形状が工夫された反射ユニットに反射させ、また反射した光を光学レンズ等により光束の指向性を高めると言った比較的単純な方法により通常集光性能が高い照明を行なおうとしている。
【０００３】
一般照明も同様であるが、これらの集光性能が照明装置においても、装置そのもののサイズをさほど大きくせずに、より明るい照明光を得たいとする欲求は高い。しかしながら一般的には、より明るい照明光を得るために、サイズは大きくなる傾向にあるが、発光源の印加電力を大きくし出力を高め、同時にその集光性能を高めるために発光源に対し相対的に拡大した反射ユニット或いは光学レンズを適用するようにしている。従って、集光効率良く明るさを得ようとするには照明装置のサイズは必然的に発光源に対し大きくならざるを得ない。換言すれば、高出力で且つ点光源に近い小型発光源があれば、照明装置全体も小型化が可能となる。そのような要求から従来方式においても発光源の小型化が進められており、特に高出力が可能な放電タイプによる小型発光源が現在有力な手段となっている。但し、小型放電タイプの発光源であっても回路規模を小さくすることが困難な高圧電源による駆動が必要であるなど、照明装置トータルとしての小型化に対する課題も多く、既にほぼ限界に近づいてきていると言われている。
【０００４】
一方、次世代小型発光源として発光ダイオード（以下、ＬＥＤと略記する。）が昨今著しい注目を浴びている。これまでＬＥＤと言えば、小型、高耐性、長寿命などの長所はあるものの、その発光効率及び発光出力の制約から各種計器類用インジケータ照明や制御状態の確認ランプとしての用途が主であった。しかしながら近年、発光効率が急速に改善されつつあり、従来最も高効率とされている放電タイプの高圧水銀ランプや蛍光燈ランプの発光効率を超えるのは時間の問題であると言われている。この高効率高輝度ＬＥＤの出現により、ＬＥＤによる高出力発光源が急速に実用性を帯びてきている。また最近になり、従来の赤色、緑色に加えて青色ＬＥＤが実用段階を向かえたこともその応用を加速させている。事実、この高効率高輝度ＬＥＤを複数用いることにより、これまでは明るさ或いは効率の点で不可能であった交通信号灯、屋外用大型フルカラーディスプレイ、自動車の各種ランプ、携帯電話の液晶表示のバックライトへの実用化が始まっている。
【０００５】
集光性能が求められる照明装置の有望な小型発光源として、この高効率高輝度ＬＥＤの適用が考えられている。ＬＥＤは元来、寿命、耐久性、点灯速度、点灯駆動回路の簡易性の点で他の発光源とは優れた特徴を有している。さらに、とりわけ青色が加わり自発光の発光源として３原色が揃ったことは、フルカラー画像表示装置としての応用範囲が拡大された。集光性能が求められる照明装置の典型例として例えば、画像データから表示画像を形成して映し出すプロジェクタ表示装置では、これまで白色系の発光源からカラーフィルタ等により所望する原色を分離し、各色毎に対応する画像データに対し空間光変調を施し、それらを空間的または時間的に合成することによりカラー画像表示を可能にしてきた。白色系の発光源を用いる場合、所望する唯一の色を分離して利用するため、分離した色以外はフィルターによって無駄に捨てることになる場合も多い。その点、ＬＥＤは所望する色自体を発光するので必要なときに必要な量の発光が可能となり、従来の白色系発光源の場合に比して光を無駄にすることなく、効率よく発光源の光を利用することができる。
【０００６】
このようなＬＥＤの優れた適用条件に着目し、例えば、特開平１１−３２２７８号公報や特開平１１−３５２５８９号公報等に、ＬＥＤをプロジェクタ表示装置用の照明装置に適用した例が開示されている。これら公報に開示の技術では、複数のＬＥＤを構成することにより光量を確保し、個々の発光源からの一部の光束を光学レンズ等の光学素子により集光し、照射する光変調素子が許容する入射角に上手く納まるように光束制御するようにしている。一般に広く使われている液晶デバイスのような光変調素子は、照明光として許容される入射角が非常に小さいため、単なる集光性能のみならず、より平行性の高い光束を形成し照射されることが理想とされ、光変調素子における光利用効率を高める上で非常に重要なポイントとなっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
一方、画像表示する装置において、小型化や、低価格化等のために時分割でＲ，Ｇ，Ｂ、場合によっては白や、他の色を高速に切り換えて表示することによってカラー画像を表示する、いわゆる面順次表示をする装置が開発されている。
【０００８】
また、画像表示デバイスの多くは画像を上から下へ順次書き換えていく走査型が一般的である。
【０００９】
一般に、液晶デバイスは、応答速度が遅く、条件によって応答時間が変化する。
【００１０】
そのため、面順次表示する場合には画像表示デバイスの走査位置の上下で表示色が異なる場合を生ずる。また、走査位置から最大応答遅れ時間分のラインは正しい画像を表示していない。よって、これらのことを考慮して照明光を当てる必要がある。
【００１１】
この例として、特開２００１−１７４７７９号公報がある。この公報には、図１７の（Ａ）に示すように、液晶ディスプレイの走査と３原色発光装置の発光走査タイミングを同期させることが開示されている。ここで、図１７の（Ａ）において、参照番号２０１は光源、２０２は液晶表示デバイスであり、２０３はこの液晶デバイス２０２が操作しているライン、２０４はこの液晶デバイス２０２の最大応答遅れ時間分遅れたラインである。そして、これらライン２０３，２０４で挟まれた部分が応答期間２０５であり、この応答期間２０５中は異なる色の画像データが表示されている。この公報に開示の表示装置では、この応答期間２０５には照明光が当たらない様にし、ライン２０３より下の画面、及び、ライン２０４より上の画面にはそれぞれ対応する色の照明光を当てる様にシステムを組んでいる。この工夫により、色再現の良好な画像が表示できる。
【００１２】
図１７の（Ｂ）は、この特開２００１−１７４７７９号公報にて開示されている具体的な実現方法であり、光源２０１をＮ個のブロックに分割して各々がＲ，Ｇ，Ｂいずれも点灯制御できるように構成している。そして、液晶表示デバイス２０２の走査に合わせて光源２０１の各光源ブロックの点灯色変更や消灯を行なっている。
【００１３】
しかしながら、この特開２００１−１７４７７９号公報に開示の表示装置における光源ブロックを、上述したような優れた特徴を有する発光源であるＬＥＤで置き換えようとした場合、そのＬＥＤ単体の明るさに当該表示装置の表示の明るさが制限され、更なる高輝度化が困難である。
【００１４】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、明るく、色再現の良い映像を表示することができる画像表示装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明による画像表示装置は、所定のイメージデータに応じて光変調する光変調素子を、光源が発する光で照明することで上記イメージデータに対応した映像を表示する画像表示装置において、
上記光源が複数の発光体からなり、上記複数の発光体が、第１の色光を発する第１の発光体と上記第１の色光と異なる色光を発する第２の発光体とを含み、
上記複数の発光体それぞれを点灯駆動する点灯手段と、
上記点灯手段で点灯する発光体の出射光を上記光変調素子上の照明領域に集光する集光手段と、
上記イメージデータの色情報の変化に応じて上記光変調素子の光変調状態を切り替える映像切替手段と、
上記発光体の出射光の光路変更、及び／又は、上記発光体の移動を行なう光制御部材を稼動可能にする可動手段と、
上記照明領域を照明する光を上記複数の発光体が発する光から選択するように上記可動手段、及び／又は、上記点灯手段の制御を行ない、更に、上記制御に伴って上記照明領域を移動させる光選択制御手段と、
を備え、
上記光選択制御手段は、上記光変調素子の光変調状態の切り替えの際に、上記照明領域のうち上記第１の色光に対応した第１照明領域、或いは、上記第２の色光に対応した第２照明領域の少なくとも一方を、上記可動手段を制御するタイミングに同期して変化させるようにすることを特徴とする。
【００１６】
即ち、請求項１に記載の発明の画像表示装置によれば、光変調素子を照明する光は、光選択制御手段により、より明るい光量を得ることができ、また、該光変調素子の色に関して光変調状態を切り替える際に、最適な色光の切り替えを可能にするもので、それによって、明るく、色再現の良い映像を表示することができる。
【００１７】
また、請求項２に記載の発明による画像表示装置は、請求項１に記載の画像表示装置において、上記光選択制御手段は、上記映像切替手段による上記光変調状態の切り替えに伴って上記切り替え前のイメージデータに対応した第１の光変調部位と上記切り替え後のイメージデータに対応した第２の光変調部位との２つの状態を同時に形成する際、上記第１の光変調部位中に上記第１の色光に対応した第１照明領域を照明し、更に、上記第２の光変調部位中に上記第２の色光に対応した第２照明領域を照明するようにしたことを特徴とする。
【００１８】
即ち、請求項２に記載の発明の画像表示装置によれば、同時に複数色の照明をそれぞれ対応する部位に当てるので、明るい映像を表示することができる。
【００１９】
また、請求項３に記載の発明による画像表示装置は、請求項２に記載の画像表示装置において、上記光選択制御手段は、上記第１の光変調部位と上記第２の光変調部位との境が連続的な変化をする際に、上記第１照明領域と上記第２照明領域とが、上記連続的な変化に同期して連続的に変化するように制御することを特徴とする。
【００２０】
即ち、請求項３に記載の発明の画像表示装置によれば、光変調部材の変化と同時に照明光が切り替わるので、非照明期間を最小限にすることが可能となるので、明るい画像を表示をさせることができる。
【００２１】
また、請求項４に記載の発明による画像表示装置は、請求項２に記載の画像表示装置において、上記光選択制御手段は、上記第１の光変調部位と上記第２の光変調部位との境が移動する際に、上記第１照明領域と上記第２照明領域とが、上記移動に同期して段階的に変化するように制御することを特徴とする。
【００２２】
即ち、請求項４に記載の発明の画像表示装置によれば、各段を複数の光源で構成でき、光源の単体での点灯制御時間を、照明領域の移動時間より短くすることができるので、より大電流を流すことができ、よって高輝度点灯をさせることができるので、より明るい画像を表示させることができる。
【００２３】
また、請求項５に記載の発明による画像表示装置は、請求項１に記載の画像表示装置において、上記可動手段の上記光制御部材に配設する上記複数の発光体は、上記第１照明領域と上記第２照明領域との間に、上記発光体からの光により照明しない非照明領域を有するように、所定の間隔を保持して配設することを特徴とする。
【００２４】
即ち、請求項５に記載の発明の画像表示装置によれば、光変調部材の応答中の、状態が不定となっている部位に照明光を当てないので、より色再現性の良い画像を表示させることができる。
【００２５】
また、請求項６に記載の発明による画像表示装置は、請求項１に記載の画像表示装置において、上記映像切替手段は、上記イメージデータの変更に応じて上記光変調素子の光変調状態を切り替える際に、表示する映像の輝度ムラを考慮して、上記光変調状態を補正する輝度ムラ補正手段を含むことを特徴とする。
【００２６】
即ち、請求項６に記載の発明の画像表示装置によれば、光源の切り替えによる輝度ムラを補正でき、より均一な画像を表示させることができる。
【００２７】
また、請求項７に記載の発明による画像表示装置は、請求項１に記載の画像表示装置において、
上記集光手段は、ケーラー照明光学系であって、
上記光選択制御手段は、上記可動手段を制御して上記ケーラー照明光学系の瞳を移動させて、上記照明領域を移動させるように制御したことを特徴とする。
【００２８】
即ち、請求項７に記載の発明の画像表示装置によれば、光源の切り替え制御と照明領域の移動制御をほぼ無関係にでき、自由度が高まり、最適な制御が可能となる。また、照明領域の移動制御と、光源の切り替え制御と連動させる事によりムラのない照明も可能となる。この結果、より明るく、ムラのない画像を表示させることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００３０】
［第１の実施の形態］
図１の（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る画像表示装置の構成を示す斜視図及び側面図である。
【００３１】
即ち、円筒部材１は、発光体の移動を行なう光制御部材として機能するものであり、可動手段としてのモータ２によって回転するよう構成されると共に、その側面上に発光体としてのＬＥＤ３が複数個、実装配置されている。また、図１の（Ｂ）に破線で囲って示すエリア４ａ内のＬＥＤ３からの光を光変調素子である液晶ディスプレイ（以下、ＬＣＤと略記する。）５に投影する集光手段である照明レンズ群４が配置されており、上記エリア４ａ内のＬＥＤ３の像が上記ＬＣＤ５面上に倒立像として結像するようになっている。この破線で囲って示すエリア４ａを、以下、照明光取り込み範囲と称する。
【００３２】
また、上記円筒部材１に実装されている上記ＬＥＤ３の点灯制御に必要な電力は電源供給ブラシ７によって供給され、それらＬＥＤ３の点灯タイミングは、位置センサ８のセンサ出力によって決定される。即ち、この位置センサ８のセンサ出力より上記照明光取り込み範囲４ａ内にあるＬＥＤ３を検出し、パルス点灯させる。また、もう一つの位置センサ９によって、上記円筒部材１の回転角を検出して上記モータ２を制御することで、上記ＬＣＤ５の駆動タイミングに同期して上記円筒部材１の回転速度及び位置を制御する。これらの位置センサ８，９は、例えば、反射型のフォトセンサと反射板との組み合わせで実現できる。
【００３３】
図１の（Ｃ）は、上記円筒部材１の側面を拡大表示した図である。同図に破線で囲んで示す上記照明光取り込み範囲４ａの像が、照明レンズ群４により投影されて、同図の（Ｄ）に参照番号３ａで示すように、上記ＬＣＤ５の面上に投影される。
【００３４】
図２の（Ａ）及び（Ｂ）は、この円筒部材１を矢印の方向に回転させた時の状態の変化を示した図である。即ち、同図の（Ａ）は、上記円筒部材１が回転し、照明光取り込み範囲４ａをＬＥＤ３が移動する様子を、状態（１）〜状態（４）として順番に示している。また、同図の（Ｂ）は、各状態（１）〜状態（４）の時点において、照明レンズ群４により上記ＬＣＤ５面上に投影される照明光の様子を示している。
【００３５】
上記したように、上記照明レンズ群４は上記照明光取り込み範囲４ａ内の像を上記ＬＣＤ５面上に倒立像で結像させているため、これらの図に示すように、上記照明光取り込み範囲４ａをＬＥＤ３が下から上へ動くと、上記ＬＣＤ５面上を上から下へ移動する。
【００３６】
ここで、照明色の切り替わり部分は、図２の（Ａ）に示すように、ｎ番目の赤（Ｒ）色ＬＥＤ３（Ｒ_ｎ）と、１番目の緑（Ｇ）色ＬＥＤ３（Ｇ_１）との間を、上記ＬＣＤ５の応答時間分、離して配置することにより、図２の（Ｂ）の状態（３），状態（４）に示すように、非照明領域である非照明部６を形成することができる。この応答時間分の距離は、次のようにして求めることができる。
【００３７】
例えば、３色の面順次表示を、秒６０フレーム表示する場合、上記円筒部材１は１／６０秒に１回転する。この場合、光変調素子である上記ＬＣＤ５の応答時間が０．５ｍｓであれば、
０．０００５×６０×３６０＝１０．８　（ｄｅｇｒｅｅ）
と計算でき、１０．８°離せば良いことになる。
【００３８】
このＬＥＤ３（Ｒ_ｎ）とＬＥＤ３（Ｇ_１）との間の部分は、上記非照明部６として、上記円筒部材１の回転によって上記ＬＣＤ５面上を移動し、上記ＬＣＤ５の応答中の部分に照明光を当てること無しに表示色を切り替えることができる。
【００３９】
図２の（Ａ）及び（Ｂ）で示した照明色の切り替わり期間でのＬＥＤ点灯制御のシーケンスを図３の（Ａ）に、また、上記ＬＣＤ５面上の照明光の様子を図３の（Ｂ）に示す。なお、これらの図における状態（１）〜状態（４）は、図２の（Ａ）及び（Ｂ）の状態（１）〜状態（４）に対応する。
【００４０】
図３の（Ａ）において、各ＬＥＤ３の駆動波形は、ハイレベルの時点灯していることを示す。本実施の形態では、ＬＥＤ１個がちょうどＬＣＤ５面全体を照明するように投影しているため、例えば、状態（１）のように、Ｒ_ｎ−１のＬＥＤ３が上記照明光取り込み範囲４ａの中央に有る時には、Ｒ_ｎ−１のＬＥＤ３のみが点灯している。次の瞬間、上記円筒部材１が回転してＲ_ｎのＬＥＤ３が上記照明光取り込み範囲４ａに入ってくるので、Ｒ_ｎのＬＥＤ３も点灯する（状態（２））。そして、Ｒ_ｎのＬＥＤ３が上記照明光取り込み範囲４ａの中央に移動してくると、Ｒ_ｎ−１のＬＥＤ３は上記照明光取り込み範囲４ａから外れるので消灯する。よって、本実施の形態では、各ＬＥＤ３の点灯パルスの中央部で、次のＬＥＤ３の点灯が開始される。但し、照明色の切り替わり部では、ＬＣＤ５の応答期間分、非照明期間（非照明部６）を作り出すために、ＬＥＤ３間に隙間を開けている。よって、図３の（Ａ）において、Ｇ_１のＬＥＤ３は、Ｒ_ｎのＬＥＤ３の点灯パルスの中央部から点灯を開始するのでは無く、この隙間分、即ちＬＣＤ５の応答期間分遅らせて点灯する。以降、Ｇ_２のＬＥＤ３はＧ_１のＬＥＤ３の点灯パルスの中央部で点灯を開始する。Ｒ照明とＧ照明との切り替わり期間に非照明期間が挿入され、色再現性の高い投影画像が表示できる。
【００４１】
図３の（Ｂ）は、各時刻でのＬＣＤ５面上の照明光の様子を示す図である。この図は、ＬＣＤ５のある縦１ラインの照明光状態を時間順に並べたものであり、上側の横線はＬＣＤ５面の上端を、下側の横線はＬＣＤ５面の下端をそれぞれ示している。
【００４２】
この図では、初めＬＣＤ５の全面にＲ画像が表示されており、状態（２）の時刻の後、上端から徐々にＧ画像の表示に切り替わっていくときの様子を示している。そして、非照明部６は、Ｒ画像からＧ画像への切り替え中の期間であり、この期間はどちらの色画像が表示されているか不定である。そのため、この部分には照明光を当てないように制御している。よって、例えば図３の（Ａ）における状態（３）の時刻の画像表示の状況を知りたい場合、図３の（Ｂ）における対応する状態（３）の時刻の部分（図３の（Ａ）より垂直に下ろした部分）を見ることで、それを知ることができる。この図では、状態（３）では、ＬＣＤ５面の上１／３程度がＧ表示中であり、中央１／３程度が不定、下１／３程度がＲ画像表示中であることが判る。
【００４３】
図４は、１フレームを面順次表示した時の、Ｒ_ｎ−２〜Ｒ_ｎ，Ｇ_１，Ｇ_２の各ＬＥＤ３の点灯制御の波形と、各時刻でのＬＣＤ５面上の照明光の様子とを対応させて示す図である。
【００４４】
同図に示すように、各ＬＥＤ３は、１フレーム表示の周期の間で、非常に短い期間のみ点灯している。このように非常に小さなデューティ比で点灯させるため、その分、大きな電流を流すことができる。その結果、各ＬＥＤ３は明るい照明光を発することができる。そして、上記円筒部材１の回転により、順次ＬＥＤ３を切り替えて照明するので、明るい照明をＬＣＤ５面上に当て続けることができる。
【００４５】
以上の構成により、色再現性が良く、且つ、明るい投影画像を表示させることが可能となる。
【００４６】
図５は、上記のような制御を実現するための本実施の形態に係る画像表示装置の回路構成を示す図である。
【００４７】
即ち、処理系タイミングジェネレータ（以下、タイミングジェネレータをＴＧと略記する。）１０２は、ＬＣＤ駆動迄の全ての処理タイミングを制御する。画像処理回路１０１は、入力された映像信号を画質調整し、上記処理系ＴＧ１０２からのタイミングに合わせて面順次で映像信号を出力する。そして、映像切替手段としてのＬＣＤ駆動部１０６で、ＬＣＤ駆動のためのレベル変換やγ補正等を加えて、上記ＬＣＤ５で面順次表示させる。また、モータ制御回路１０３は、上記処理系ＴＧ１０２からのタイミングに合わせ、上記円筒部材１の回転速度と位置を制御する。そのために、上記位置センサ９により、上記円筒部材１の回転位置情報を取り込み、上記モータ２の回転を制御する。
【００４８】
また、図５において破線で囲まれた部分は、上記円筒部材１上に実装されているものである。即ち、ＬＥＤ点灯制御のため、上記位置センサ８によって、上記円筒部材１の回転位置を検出する。この検出結果より、ＬＥＤ　ＴＧ１０４で、各ＬＥＤ３の点灯タイミングを発生させ、点灯手段としてのＬＥＤ駆動回路１０５により、対応するＬＥＤ３を高輝度点灯させる。また、上記円筒部材１上に実装された回路への電力供給のために、上記電源供給ブラシ７により、電力を供給している。
【００４９】
即ち、上記処理系ＴＧ１０２、位置センサ８，９、モータ制御部１０３、及びＬＥＤ　ＴＧ１０４によって、光選択制御手段が構成されている。
【００５０】
以上の回路構成により、ＬＣＤ５の表示走査に同期して上記円筒部材１を回転させることが可能となり、更に、ＬＣＤ５表示に同期してＬＥＤ３を高輝度同期点灯することが可能となる。
【００５１】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００５２】
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る画像表示装置の構成を示す図であり、同図において、上記第１の実施の形態における図１の（Ａ）と同様の構成については、同じ参照番号を付してある。
【００５３】
即ち、上記第１の実施の形態では、ＬＥＤ３のチップ１個がほぼ光変調素子（ＬＣＤ５）全体を照明するように投影していたが、本第２の実施の形態では、更に輝度を向上するために、複数のＬＥＤ３でＬＣＤ５全体を照明するように構成している。
【００５４】
以下、上記第１の実施の形態と異なる部分について説明する。
【００５５】
図７の（Ａ）及び（Ｂ）は、光制御部材としての円筒部材１０を回転させることにより、照明光がＲからＧに切り替わる様子を説明するための図で、（Ａ）は状態（５）の時刻での上記円筒部材１０の状態とＬＣＤ５面上の照明光の様子とを、（Ｂ）は状態（６）の時刻での上記円筒部材１０の状態とＬＣＤ５面上の照明光の様子とをそれぞれ示している。また、図８は、図７の（Ａ）及び（Ｂ）に示した照明色切り替わり期間での、ＬＥＤ３の点灯制御のタイミングと、それぞれの時点でのＬＣＤ５面上での照明光の様子とを示した図である。なお、図７の状態（５）及び状態（６）と図８中の状態（５）及び状態（６）とは同じタイミングを示している。
【００５６】
本第２の実施の形態では、３列のＬＥＤ３でＬＣＤ５面全体を照明するように光学系（照明レンズ群４）を設定している。そのため、ＬＥＤ３の点灯パルスは、各列１／３のパルス幅ずらして点灯している。そして、照明色の切り替わり部では、ＬＣＤ５の応答時間分隙間を広げてＬＥＤ３を配置しており、その分パルス駆動タイミングも遅らせている。
【００５７】
なお、本実施の形態では３列のＬＥＤ３でＬＣＤ５を照明しているが、勿論それ以外の数で照明しても良い。
【００５８】
以上の構成により、本第２の実施の形態は、上記第１の実施の形態に比べ多くのＬＥＤ３で照明できるので、更に高輝度な画像が得られる。
【００５９】
次に、本実施の形態での照明ムラについて説明する。図９の（Ａ）は、本実施の形態でのある瞬間でのＬＣＤ５面上の照明の様子を示す図である。なお、同図に於いて、下側に示したグラフは、ＬＣＤ５面上の破線ａでの輝度分布、右側のグラフは、ＬＣＤ５面上の破線ｂでの輝度分布を示している。
【００６０】
ＬＣＤ５面上にＬＥＤ画像が投影されているため、ＬＥＤ間の間隙や輝度差がムラとなって現れてしまう。この照明ムラは、若干デフォーカスすることにより改善できるが、完全に無くすことは困難である。
【００６１】
しかし、このＬＥＤ像は、図９の（Ａ）中の矢印で示す方向に常時移動しているので、矢印方向には同一照明光（輝点）が通るため、原理的に照明ムラは解消される。即ち、人間の目では照明ムラが認識できないので、図９の（Ｂ）に示すように、破線ｂの方向にはムラが解消された状態となる。また、破線ａの方向は、同一輝点が通らないので照明ムラはＬＥＤ３の輝度ムラに影響を受ける。しかしながら、本実施の形態では、ＬＥＤ３を列毎に１／２ピッチずらして配置しているため、ＬＥＤ３の隙間による照明ムラが軽減されている。このずらし量をもっと細かくすることにより更に照明ムラを軽減できる。また、ＬＥＤ３の輝度差によるムラは、照明するＬＥＤ３が複数有ることから平均化されるために軽減される。しかし、完全に解消できるとは限らない。
【００６２】
そこで、本実施の形態では、図１０に示すように、電気回路で輝度ムラ補正を加えている。即ち、補正データ記憶部１０７に、ＲＧＢ毎の輝度ムラ情報を補正データとして保持しておき、上記処理系ＴＧ１０２からのタイミングに合わせて、この補正データと上記画像処理回路１０１から出力される画像データとを乗算器１０８で乗算することで、上記画像データに補正を加えて、上記ＬＣＤ５を駆動している。
【００６３】
この場合、輝度ムラはＬＥＤ３の移動方向には殆ど発生しないため、上記補正データとしては、垂直方向のみデータを持っていれば良い。この補正データの作成方法としては、例えば、均一画像を実際に表示し、その画像をデジタルカメラで撮影してムラを計算すれば良い。
【００６４】
以上により、本第２の実施の形態では、複数ＬＥＤ３で照明することにより、高輝度の画像が得られ、且つ、電気的に補正をかけることにより、明るさムラのない画像表示を行なうことが可能となる。
【００６５】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。
【００６６】
図１１の（Ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る画像表示装置の構成を示す図であり、同図において、上記第１の実施の形態における図１の（Ａ）と同様の構成については、同じ参照番号を付してある。
【００６７】
即ち、本第３の実施の形態では、光制御部材としての円筒部材１１は、上記ＬＣＤ５に対して水平に配置され、上記円筒部材１１の側面に実装されるＬＥＤ３の配置は、図１１の（Ｂ）に示すように、色毎のＬＥＤ群が斜めに間隙が開くように配置しているものである。そして、図１１の（Ｃ）に示すように、照明光取り込み範囲１２ａ（図１１の（Ｂ）参照）の照明光がアスペクト変換して正立像としてＬＣＤ５面上全域に投影するような集光手段（レンズ１２）を使用している。
【００６８】
このような構成において、上記円筒部材１１を回転させることにより、図１２の（Ａ）に示すように順次ＬＣＤ５面上の照明が変化する。
【００６９】
即ち、列毎のＬＥＤ３の配置がそのままＬＣＤ５面上の照明配置となる。よって、ＬＥＤ列の配置の種類を増やすことにより、より細かく照明光を走査できる。
【００７０】
本第３の実施の形態では、ＬＥＤ３の点灯タイミングは、図１２の（Ｂ）の縦のＬＥＤ列毎に制御される。図１２の（Ｂ）におけるａ〜ｒのＬＥＤ列の内、ｄ列〜ｏ列のＬＥＤ点灯タイミングを図１２の（Ｃ）に示す。照明色の切り替え速度は、ＬＥＤ３の配列によって決定されるので、ＬＥＤ３の点灯タイミングには影響せず、等間隔で点灯すれば良い。
【００７１】
また、図１２の（Ａ）は、上記照明光取り込み範囲１２ａがそれぞれの位置に移動した時のＬＣＤ５面上の照明の様子を示す図である。ここで、状態（８）〜状態（１０）の表示時のＬＥＤ３の点灯状態は、図１２の（Ｃ）における状態（８）〜状態（１０）のタイミングのときの状態である。
【００７２】
以上のような構成により、上記ＬＣＤ５の走査タイミングに同期して上記円筒部材１１を回転させ、上記ＬＥＤ３をパルス点灯させることにより、色再現性が良く、且つ、高輝度で表示することができる。
【００７３】
また、本第３の実施の形態も、上記第２の実施の形態と同様に、異なるＬＥＤ３でＬＣＤ５面上を照明するため、図１３に示すように、照明ムラが発生する可能性がある。
【００７４】
即ち、本第３の実施の形態では、ＬＥＤ照明が水平方向に移動するため、水平方向には照明ムラが発生しないが、垂直方向には異なるＬＥＤ３で照明するために、照明ムラが発生する可能性がある。そのため、上記第２の実施の形態と同様に、本第３の実施の形態においても、図１１の（Ａ）と同じ回路構成で電気的に補正をかける。但し、上記第２の実施の形態とは異なり、照明ムラは垂直方向に発生するため、垂直方向の補正を行なう。
【００７５】
また、上記第１及び第２の実施の形態では、ＬＥＤ３はＬＣＤ５の走査期間点灯している必要が有る。例えば、図２の（Ａ）及び（Ｂ）中のＲｎ及びＧ１のＬＥＤ３は、上記ＬＣＤ５の走査期間中点灯し続ける必要がある。そのため、走査速度の遅いＬＣＤ５に対応させようとすると、ＬＥＤ３の点灯期間が長くなってしまい、その分、流せる電流量が減ってしまって、高輝度が得られなくなる。これに対して、本第３の実施の形態では、走査期間をＬＥＤ列の数の分だけ分割する（例えば、本実施の形態では１／８に分割している）ことができるため、走査速度の遅いＬＣＤ５を用いても、ＬＥＤ３単体の点灯時間を短くすることが可能となり、高輝度点灯が可能となる。
【００７６】
また、本第３の実施の形態では、図１１に示したように移動方向に対して直交する方向に各ＬＥＤを整列して配置しているが、これに限定されるものではなく、色毎のＬＥＤ群が斜めに間隙が開くように配置されていれば良い。例えば、斜めの間隙に沿った平行な列状に各ＬＥＤを整列しても良いし、あるいは、斜めの間隙以外の円筒部材１１の側面に各ＬＥＤをランダムに配置しても良い。
【００７７】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。
【００７８】
図１４は、本発明の第４の実施の形態に係る画像表示装置の構成を示す図である。
【００７９】
本第４の実施の形態は、各色毎に発光体の移動を行なう光制御部材である円筒部材２１ｒ，２１ｇ，２１ｂを設け、それぞれの側面に各色の発光体つまりＬＥＤ３が実装されている。この場合、それぞれの円筒部材２１ｒ，２１ｇ，２１ｂは、独立して回転しても良いし、ベルトやギア等で一括して駆動しても良い。また、それら円筒部材２１ｒ，２１ｇ，２１ｂを一体化しても良い。本実施の形態では、光路長を考慮して、円筒部材を分割して設けている。
【００８０】
そして、それぞれのＬＥＤ３の照明光を、集光レンズ２２ｒ，２２ｇ，２２ｂで集光している。この集光レンズ２２ｒ，２２ｇ，２２ｂには、矩形の絞り２７ｒ，２７ｇ，２７ｂが付いており、この絞り２７ｒ，２７ｇ，２７ｂの像は、レンズ２４ｒ，２４ｇ，２４ｂによって、光変調素子としてのＬＣＤ５の面上に投影される。また、上記集光レンズ２２ｒ，２２ｇ，２２ｂは、可動手段としてのアクチュエータ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂにより、上下に移動されるようになっている。
【００８１】
ここで、上記アクチュエータ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂのうち、代表して、アクチュエータ２３ｒにより集光レンズ２２ｒ及び絞り２７ｒを上下に移動させた時の影響について、図１５の（Ａ）乃至（Ｃ）を用いて説明する。
【００８２】
上記集光レンズ２２ｒ及び絞り２７ｒを移動させない状態を図１５（Ｂ）に示す。上記ＬＥＤ３から放射された光は、同図に一点鎖線で示す主光線２８ｒｂで真横に放出され、上記絞り２７ｒにより角度を制限されて、上記ＬＣＤ５の面上に投影される。
【００８３】
ここで、上記アクチュエータ２３ｒで上記集光レンズ２２ｒ及び絞り２７ｒを紙面上方向に移動させると、図１５の（Ａ）に示すように、上記ＬＥＤ３から上記集光レンズ２２ｒへの主光線２８ｒａは、同図に一点鎖線で示すように、上に傾く。そのため、その後の光路も上に傾くことになり、よって、上記絞り２７ｒの投影像も上記ＬＣＤ５の上方に移動する。
【００８４】
また、上記アクチュエータ２３ｒによって、上記集光レンズ２２ｒ及び絞り２７ｒを紙面下方向に移動した場合も同様で、主光線２８ｒｃが同図に一点鎖線で示すように下に傾くため、その後の光路も下に傾き、よって上記ＬＣＤ５の下方に絞り２７ｒの像が投影される。
【００８５】
なお、上記絞り２７ｒの位置では、上記ＬＥＤ３からの発散光がほぼ制約無しに来ているだけなので、輝度ムラの無い状態であり、この像をＬＣＤ５面上に投影するので、ムラのない照明（ケーラー照明）となる。即ち、上記集光レンズ２２ｒ、レンズ２４ｒ及び絞り２７ｒでケーラー照明光学系を構成している（他の色についても同様）。
【００８６】
このように、上記集光レンズ２２ｒ，２２ｇ，２２ｂ、レンズ２４ｒ，２４ｇ，２４ｂ、及びアクチュエータ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂにより、適宜光路変更された後、赤（Ｒ）色のＬＥＤ３からの照明光はミラー２５ｒにより光路を曲げられ、同様に、青（Ｂ）色のＬＥＤ３からの照明光はミラー２５ｂにより光路を曲げられ、また、緑（Ｇ）色のＬＥＤ３からの照明光は直接、ダイクロイックプリズム２６に入射され、各色の照明光が１つに纏められて、上記ＬＣＤ５に照射される。
【００８７】
このような構成において、必要なタイミングでＲ，Ｇ，ＢのＬＥＤ３を高輝度点灯させ、上記アクチュエータ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂをそれぞれ、上述したような処理系ＴＧ１０２からのタイミングにより、上記ＬＣＤ５の走査に合わせて移動させることにより、必要な部分のみ必要な色の照明光を当てることができる。
【００８８】
これにより、色再現性の良い画像を表示することができる。また、上記円筒部材２１ｒ，２１ｇ，２１ｂを回転させながら、順次ＬＥＤ３を点灯させることにより、必要な光量を時分割で複数のＬＥＤ３に割り当てて点灯できるので、高輝度照明が得られる。
【００８９】
なお、本第４の実施の形態では、上記円筒部材２１ｒ，２１ｇ，２１ｂそれぞれのＬＥＤ３は１列に並んでいたが、複数列に並べても、ケーラー照明であるため照明ムラが発生しないし、より高輝度な照明ができる。
【００９０】
以上のように、本第４の実施の形態によれば、アクチュエータ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂの制御により、ＬＥＤ３の移動とは無関係にＬＣＤ５面上の照明光の走査ができるので、最適なＬＥＤ３の個数で構成できる。
【００９１】
ここで、本第４の実施の形態での照明のムラについて説明する。
【００９２】
本実施の形態では、ケーラー照明を用いているため面内の照明ムラは発生しないが、円筒部材２１ｒ，２１ｇ，２１ｂを回転させながら、順次側面のＬＥＤ３を切り替えて点灯しているため、照明光は時間的に変動する。絞り２７ｒ，２７ｇ，２７ｂ内に取り込まれる光量が常時一定になるように設計すれば良いが、ＬＥＤ３が動くため設計が困難である。
【００９３】
図１６の（Ａ）は、照明光の変動の様子を示す例である。この変動の周期ｆは、ＬＥＤ３の切り替わり周期となる。図中ｍ，ｎ，ｐで示した破線は、図１６の（Ｂ）に示すＬＣＤ５画像上のｍ，ｎ，ｐの線上を照明している期間である。この期間を、ＬＥＤ３の切り替え周期ｆの整数倍に設定すれば、どの部分も照明輝度の平均値はｃとなり、照明ムラは発生しない。しかし、ＬＥＤ３毎の輝度差や、何らかの要因、例えばサイズやコストの問題から整数倍に設定できない場合、図１６の（Ａ）に示す照明光の変動は、図１６の（Ｂ）に示すように、照明光の移動方向に照明ムラとして現れる。このムラの幅ｇは、照明光の変動周期ｆと照明エリアの移動速度ｖとの積、即ち、
ｇ＝ｆ×ｖ
となる。
【００９４】
このような場合は、電気的に画像を補正することにより、この照明ムラを解消することができる。
【００９５】
その場合の回路構成は、上記第２及び第３の実施の形態のそれと同様で良い。但し、上記第２及び第３の実施の形態と異なるのは、照明像の移動方向に補正していることである。
【００９６】
以上実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
【００９７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、光変調素子を照明する光は、光選択制御手段により、より明るい光量を得ることができ、また、該光変調素子の色に関して光変調状態を切り替える際に、最適な色光の切り替えを可能にするので、それによって、明るく、色再現の良い映像を表示することができる画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ本発明の第１の実施の形態に係る画像表示装置の構成を示す斜視図及び側面図、（Ｃ）は円筒部材の側面を拡大して示す図であり、（Ｄ）は（Ｃ）の場合におけるＬＣＤ面上への照明光取り込み範囲の像の投影状態を示す図である。
【図２】円筒部材を回転させた時の状態の変化を説明するための図であって、特に、（Ａ）は上記円筒部材が回転し照明光取り込み範囲をＬＥＤが移動する様子を状態（１）〜状態（４）として順番に示す図であり、（Ｂ）は各状態（１）〜状態（４）の時点において照明レンズ群によりＬＣＤ面上に投影される照明光の様子を示す図である。
【図３】（Ａ）は照明色の切り替わり期間でのＬＥＤ点灯制御のシーケンスを表すタイミングチャートを示す図であり、（Ｂ）はその期間でのＬＣＤ面上の照明光の様子を示す図である。
【図４】１フレームを面順次表示した時のＲ_ｎ−２〜Ｒ_ｎ，Ｇ_１，Ｇ_２の各ＬＥＤの点灯制御の波形と各時刻でのＬＣＤ面上の照明光の様子とを対応させて示す図である。
【図５】第１の実施の形態に係る画像表示装置の回路構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る画像表示装置の構成を示す斜視図である。
【図７】第２の実施の形態において円筒部材を回転させることにより照明光がＲからＧに切り替わる様子を説明するための図であって、特に、（Ａ）は状態（５）の時刻での上記円筒部材の状態とＬＣＤ面上の照明光の様子とを示す図であり、（Ｂ）は状態（６）の時刻での上記円筒部材の状態とＬＣＤ面上の照明光の様子とを示す図である。
【図８】図７の（Ａ）及び（Ｂ）に示した照明色切り替わり期間でのＬＥＤの点灯制御のタイミングとそれぞれの時点でのＬＣＤ面上での照明光の様子とを示した図である。
【図９】（Ａ）は第２の実施の形態でのある瞬間でのＬＣＤ面上の照明の様子を示す図であり、（Ｂ）は円筒部材の回転による照明ムラの解消を説明するための図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る画像表示装置の回路構成を示すブロック図である。
【図１１】（Ａ）は本発明の第３の実施の形態に係る画像表示装置の構成を示す斜視図、（Ｂ）はＬＥＤの配置を示す図であり、（Ｃ）は照明光取り込み範囲が（Ｂ）に示す状態でのＬＣＤ面上の照明光の様子を示す図である。
【図１２】（Ａ）は円筒部材の回転により順次ＬＣＤ面上の照明が変化することを説明するための図、（Ｂ）はＬＥＤ列を特定するための符号を付したＬＥＤの配置を示す図であり、（Ｃ）は（Ｂ）におけるｄ列〜ｏ列のＬＥＤ点灯タイミングを表すタイミングチャートを示す図である。
【図１３】第３の実施の形態における照明ムラを説明するための図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態に係る画像表示装置の構成を示す図である。
【図１５】アクチュエータにより集光レンズ及び絞りを上下に移動させた時の影響を説明するための図であって、特に、（Ａ）は上方向に移動させたとき、（Ｂ）は移動させないとき、（Ｃ）は下方向に移動させたときをそれぞれ示している。
【図１６】（Ａ）は第４の実施の形態における照明光の変動の様子を示す図であり、（Ｂ）はＬＣＤ面上に現れる照明ムラを説明するための図である。
【図１７】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ従来の表示装置における光源と液晶表示デバイスを示す図である。
【符号の説明】
１，１０，１１，２１ｒ，２１ｇ，２１ｂ　　　円筒部材
２　　　モータ
３　　　ＬＥＤ
４　　　照明レンズ群
４ａ，１２ａ　　　照明光取り込み範囲
５　　　ＬＣＤ
６　　　非照明部
７　　　電源供給ブラシ
８，９　　　位置センサ
１２，２４ｒ，２４ｇ，２４ｂ　　　レンズ
２２ｒ，２２ｇ，２２ｂ　　　集光レンズ
２３ｒ，２３ｇ，２３ｂ　　　アクチュエータ
２５ｒ，２５ｂ　　　ミラー
２６　　　ダイクロイックプリズム
２７ｒ，２７ｇ，２７ｂ　　　絞り
２８ｒａ，２８ｒｂ，２８ｒｃ　　　主光線
１０１　　　画像処理回路
１０２　　　処理系ＴＧ
１０３　　　モータ制御回路
１０４　　　ＬＥＤ　ＴＧ
１０５　　　ＬＥＤ駆動回路
１０６　　　ＬＣＤ駆動部
１０７　　　補正データ記憶部
１０８　　　乗算器

Claims

所定のイメージデータに応じて光変調する光変調素子を、光源が発する光で照明することで前記イメージデータに対応した映像を表示する画像表示装置において、
前記光源が複数の発光体からなり、前記複数の発光体が、第１の色光を発する第１の発光体と前記第１の色光と異なる色光を発する第２の発光体とを含み、
前記複数の発光体それぞれを点灯駆動する点灯手段と、
前記点灯手段で点灯する発光体の出射光を前記光変調素子上の照明領域に集光する集光手段と、
前記イメージデータの色情報の変化に応じて前記光変調素子の光変調状態を切り替える映像切替手段と、
前記発光体の出射光の光路変更、及び／又は、前記発光体の移動を行なう光制御部材を稼動可能にする可動手段と、
前記照明領域を照明する光を前記複数の発光体が発する光から選択するように前記可動手段、及び／又は、前記点灯手段の制御を行ない、更に、前記制御に伴って前記照明領域を移動させる光選択制御手段と、
を備え、
前記光選択制御手段は、前記光変調素子の光変調状態の切り替えの際に、前記照明領域のうち前記第１の色光に対応した第１照明領域、或いは、前記第２の色光に対応した第２照明領域の少なくとも一方を、前記可動手段を制御するタイミングに同期して変化させるようにすることを特徴とする画像表示装置。
前記光選択制御手段は、前記映像切替手段による前記光変調状態の切り替えに伴って前記切り替え前のイメージデータに対応した第１の光変調部位と前記切り替え後のイメージデータに対応した第２の光変調部位との２つの状態を同時に形成する際、前記第１の光変調部位中に前記第１の色光に対応した第１照明領域を照明し、更に、前記第２の光変調部位中に前記第２の色光に対応した第２照明領域を照明するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
前記光選択制御手段は、前記第１の光変調部位と前記第２の光変調部位との境が連続的な変化をする際に、前記第１照明領域と前記第２照明領域とが、前記連続的な変化に同期して連続的に変化するように制御することを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
前記光選択制御手段は、前記第１の光変調部位と前記第２の光変調部位との境が移動する際に、前記第１照明領域と前記第２照明領域とが、前記移動に同期して段階的に変化するように制御することを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
前記可動手段の前記光制御部材に配設する前記複数の発光体は、前記第１照明領域と前記第２照明領域との間に、前記発光体からの光により照明しない非照明領域を有するように、所定の間隔を保持して配設することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
前記映像切替手段は、前記イメージデータの変更に応じて前記光変調素子の光変調状態を切り替える際に、表示する映像の輝度ムラを考慮して、前記光変調状態を補正する輝度ムラ補正手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
前記集光手段は、ケーラー照明光学系であって、
前記光選択制御手段は、前記可動手段を制御して前記ケーラー照明光学系の瞳を移動させて、前記照明領域を移動させるように制御したことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。