(57)【要約】【課題】可視光ＬＥＤ光源装置、それを用いた画像投影システムおよび可視光ＬＥＤの駆動方法において、複数の可視光ＬＥＤを順次点灯して表示媒体に光を投射して画像表示を行う場合に、可視光ＬＥＤの発熱による輝度低下を低減し、信頼性を向上することができるようにする。【解決手段】反射型スクリーン６に光を投射して画像表示を行うために、ＬＥＤチップ２２Ｒ、２２Ｇ、２２ＢからなるＬＥＤ２２と、それらを、周期的な一定時間帯内においてそれぞれの点灯時間領域を分割して順次点灯する点灯制御手段７０とを有する照明ユニット２であって、点灯制御手段７０が、ＬＥＤチップ２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂの少なくとも１つをその点灯時間領域幅より小さい点灯デューティで点灯させる変調信号を生成する波形パターン演算生成部備える。【選択図】図１
2007171364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示媒体に光を投射して画像表示を行うために、複数の可視光ＬＥＤからなる光源部と、前記複数の可視光ＬＥＤを、周期的な一定時間帯内においてそれぞれの点灯時間領域を分割して順次点灯する点灯制御手段とを有する可視光ＬＥＤ光源装置であって、
前記点灯制御手段が、前記可視光ＬＥＤの少なくとも１つをその点灯時間領域幅より小さい点灯デューティで点灯させる変調信号を生成する駆動信号変調部を備えることを特徴とする可視光ＬＥＤ光源装置。
【請求項２】
前記駆動信号変調部が、前記可視光ＬＥＤの少なくとも１つをその点灯時間領域内でパルス幅変調する変調信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の可視光ＬＥＤ光源装置。
【請求項３】
前記駆動信号変調部が、前記可視光ＬＥＤの少なくとも１つをその点灯時間領域の前半にピーク値を有するパワー変調を行う変調信号を生成することを特徴とする請求項１または２に記載の可視光ＬＥＤ光源装置。
【請求項４】
前記パワー変調を行う変調信号が、その変調開始タイミングで前記ピーク値を有するとともに、時間とともに単調減少する波形パターンを有することを特徴とする請求項３に記載の可視光ＬＥＤ光源装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の可視光ＬＥＤ光源装置を用いた画像投影システム。
【請求項６】
複数の可視光ＬＥＤを、周期的な一定時間帯内においてそれぞれの点灯時間領域を分割して順次点灯する可視光ＬＥＤの駆動方法であって、
前記可視光ＬＥＤの少なくとも１つをその点灯時間領域幅より小さい点灯デューティで点灯させることを特徴とする可視光ＬＥＤの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可視光ＬＥＤ光源装置、それを用いた画像投影システムおよび可視光ＬＥＤの駆動方法に関する。例えば、反射型、透過型スクリーンなどの表示媒体に光を投射して画像表示を行うものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、プロジェクタ、リアプロジェクションテレビ、投光装置などの画像投影システムに光源として用いられるＬＥＤはパルス点灯方式により駆動されているものが多い。
例えば、光の３原色である赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の発光波長にするＬＥＤを用いてフルカラー画像を投影する場合、Ｒ、Ｇ、Ｂを順次時分割点灯して、それぞれの色に対応する画像信号により空間変調するものが知られている。
特許文献１には、対象物を撮像して画像処理する画像処理装置およびこのような画像処理装置を備えた電子部品実装装置において、光源として複数のＬＥＤを備え、それらをパルス幅変調することにより出射光の輝度調整を行うＬＥＤ駆動回路を含むものが記載されている。
また、ＬＥＤ駆動回路に関連する技術として、特許文献２には、車両の照明や信号灯に用いられるＬＥＤを駆動するＬＥＤ駆動回路において、オフセットを持った三角波状の負荷電流を生成し、電流検出手段およびスイッチ制御手段により人間の目の応答性より速い発振周波数で、スイッチ手段をオンオフすることによりＬＥＤを略定電流駆動するＬＥＤ駆動回路が記載されている。
【特許文献１】特開２００５−１４９１３２号公報（図２、４）
【特許文献２】特開２００５−５１１２号公報（図１、２、３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来の可視光ＬＥＤ光源装置、それを用いた画像投影システムおよび可視光ＬＥＤの駆動方法には、以下のような問題があった。
ＬＥＤは、自己発熱により出力低下を起こすため、高輝度を得ようとして点灯時間を長くすると、発光効率が低下し、ひいては寿命にも影響する。
例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂの波長のＬＥＤを集合配置して白色光を得るＬＥＤ光源装置では、ＬＥＤ相互の自己発熱が影響しやすいため一層輝度低下が起こりやすいという問題がある。また、各色によって温度特性が異なり、それに応じて輝度低下率、寿命特性が異なるため、駆動時の輝度や経時の信頼性のバランスを保つことが難しいという問題がある。
特許文献１に記載の技術を用いて輝度調整することも考えられるが、この技術は、ＬＥＤをパルス幅変調する一般的な構成が記載されているものの、撮像用の光源として用いるため、対象物の明るさを測定して、所定の明るさに対応する露光エネルギーが得られるようにパルス幅変調の条件を設定するものである。
Ｒ、Ｇ、Ｂの光を順次点灯して反射型、透過型のスクリーンなどの表示媒体に画像表示を行う可視光ＬＥＤ光源装置に適用する場合、必要な露光エネルギーをパルス幅変調して照射するため、順次点灯する周期をオフデューティの分だけ延長しなければならない。その結果、色切替の周波数が低くなって、例えばちらつき感などが増大し、画質が低下するおそれがあるという問題がある。
また、ＬＥＤ駆動回路に関連する技術として、特許文献２に記載の技術では、車両の照明や信号灯に用いられるＬＥＤのＬＥＤ駆動回路において、人間の目の応答性より速い発振周波数の変調を行うことにより、矩形波に駆動電流にリップルが重畳されていても略定電流駆動するのと等価になることが示唆されているが、ＬＥＤの輝度低下を低減するためのＬＥＤ駆動回路、方法が、記載もしくは示唆されているものではない。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、複数の可視光ＬＥＤを順次点灯して表示媒体に光を投射して画像表示を行う場合に、可視光ＬＥＤの発熱による輝度低下を低減し、信頼性を向上することができる可視光ＬＥＤ光源装置、それを用いた画像投影システムおよび可視光ＬＥＤの駆動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明の可視光ＬＥＤ光源装置は、表示媒体に光を投射して画像表示を行うために、複数の可視光ＬＥＤからなる光源部と、前記複数の可視光ＬＥＤを、周期的な一定時間帯内においてそれぞれの点灯時間領域を分割して順次点灯する点灯制御手段とを有する可視光ＬＥＤ光源装置であって、前記点灯制御手段が、前記可視光ＬＥＤの少なくとも１つをその点灯時間領域幅より小さい点灯デューティで点灯させる変調信号を生成する駆動信号変調部を備える構成とする。
この発明によれば、駆動信号変調部が生成する変調信号により、少なくとも１つの可視光ＬＥＤが、点灯時間領域幅より小さい点灯デューティで点灯されるので、少なくとも１つの可視光ＬＥＤでは、１００％デューティで点灯される場合に比べて自己発熱の持続時間が低減され、点灯時間領域内で消灯されるオフデューティ時に放熱される。そのため光源部の温度を低減することができる。
この場合、オフデューティでは消灯されるが、人間の視覚は光の輝度レベルに応じて光刺激がある程度の時間持続し、いわゆる残像を保持するので、輝度レベルとオフデューティの時間幅を適宜設定することで、この間の暗転を感知できないようにすることができる。そのため、人間の目には可視光ＬＥＤが連続点灯されたのと変わりない画像が観察される。
例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂに対応した光を順次点灯し、フルカラー画像を表示する画像投影システムのＬＥＤ光源装置の場合、ＲＧＢを切り替える一定周期は、人間の視覚により各色が混合して感知される時間幅に設定されるので、それより短時間のオフデューティを設けても適宜の輝度レベルを設定する限り、暗転が感知されることはないものである。
また、オフデューティの間隔が十分小さければ、物理的な輝度の積分値と人間の目に感じる明るさとの乖離が大きくなり、人間の目には、実際の物理的な輝度の積分値の以上に明るく感じられる。
ここで、点灯デューティとは、前記点灯時間領域の時間幅に対する点灯時間の比を意味し、変調信号の波形は矩形波に限定されるものではない。
また、変調信号の点灯時間領域での積分値は、１００％デューティの変調信号の積分値より小さい設定とすることが好ましい。この場合、可視光ＬＥＤの発熱量が１００％デューティの場合よりも低減されるので、より効率的に輝度低下を抑制することができる。
【０００６】
また、本発明の画像投影システムは、本発明の可視光ＬＥＤ光源装置を用いた構成とする。
この発明によれば、本発明の可視光ＬＥＤ光源装置を用いるので、本発明の可視光ＬＥＤ光源装置と同様の作用効果を備える。
【０００７】
また、本発明の可視光ＬＥＤの駆動方法は、複数の可視光ＬＥＤを、周期的な一定時間帯内においてそれぞれの点灯時間領域を分割して順次点灯する可視光ＬＥＤの駆動方法であって、前記可視光ＬＥＤの少なくとも１つをその点灯時間領域幅より小さい点灯デューティで点灯させる方法とする。
この発明によれば、本発明の可視光ＬＥＤ光源装置を用いて可視光ＬＥＤを点灯する方法になっているので、本発明の可視光ＬＥＤ光源装置と同様の作用効果を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の可視光ＬＥＤ光源装置、それを用いた画像投影システムおよび可視光ＬＥＤの駆動方法によれば、少なくとも１つの可視光ＬＥＤが１００％デューティで点灯される場合に比べて自己発熱の持続時間を低減し、消灯されるオフデューティ時に放熱することができるので、可視光ＬＥＤの発熱による輝度低下を低減し、信頼性を向上することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００１０】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る可視光ＬＥＤ光源装置について、それを用いた画像投影システムとともに説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る可視光ＬＥＤ光源装置を用いた画像投影システムの概略構成を示す模式図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る可視光ＬＥＤ光源装置の概略構成について説明する機能ブロック図である。図３は、本発明の第１の実施形態における複数の可視光ＬＥＤの変調信号の概略について説明するタイミングチャートである。図４は、本発明の第１の実施形態における可視光ＬＥＤの変調信号の詳細な波形パターンについて説明する信号波形図である。
【００１１】
プロジェクタ１は、本実施形態の可視光ＬＥＤ光源装置である照明ユニット２を用いて、反射型スクリーン６上に、例えば外部信号に応じたフルカラー画像を投影する画像投影システムである。
プロジェクタ１の概略構成は、照明ユニット２、集光レンズ３、空間変調素子４、投影レンズ５およびシステム全体の制御を行う制御部１０からなる。
【００１２】
照明ユニット２は、フルカラー画像を表示するために少なくとも光の３原色Ｒ、Ｇ、Ｂに対応する波長の光を時分割されたタイミングで順次生成するものである。
集光レンズ３は、照明ユニット２で生成された光を空間変調素子４上の変調領域に集光する光学素子である。
【００１３】
空間変調素子４は、集光レンズ３で集光された光を、照射タイミングに対応する波長光の画像信号に応じて空間変調し、色分解された画像を表示するものであり、制御部１０により駆動制御される。空間変調素子４としては、例えば透過型の素子としては液晶表示デバイス（ＬＣＤ）、反射型の素子としては微小ミラーアレイであるデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ、Digigal Micromirror Device）や反射型液晶パネル（ＬＣＯＳ、Liquid Crystal On Silicon）などの素子を採用することができる。
投影レンズ５は、空間変調素子４で表示された画像を反射型スクリーン６上に拡大投影する光学素子である。
【００１４】
照明ユニット２の詳細構成について説明する。
照明ユニット２は、図１、２に示すように、ＬＥＤ２２、ＬＥＤドライバ回路部２１、電流検出部２３、波形パターン演算生成部２４、およびＬＥＤ２２に駆動電流を供給する電源回路部２０を備える。
【００１５】
ＬＥＤ２２は、光の３原色であるＲ、Ｇ、Ｂの波長光をそれぞれ発光するＬＥＤチップ２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂが、互いに熱的に影響し合う範囲に集合配置された可視光の発光素子である。
【００１６】
ＬＥＤドライバ回路部２１、電流検出部２３、波形パターン演算生成部２４は、制御部１０から送出される点灯クロックに基づいて、周期的な一定時間帯内においてＬＥＤチップ２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂ（以下、これらを総称して単に各チップと称する場合がある）をそれぞれの点灯時間領域に分割して順次点灯する点灯制御手段７０を構成している。
点灯クロックは、ＬＥＤの各チップを順次点灯する周期的な一定時間帯を設定するためのタイミングを取得するクロックであり、従来技術と同様の周波数、例えば１８０Ｈｚ〜３６０Ｈｚ程度の周波数を採用することができる。本実施形態では、点灯基本周波数ｆ０＝２４０Ｈｚを採用している。
【００１７】
ＬＥＤドライバ回路部２１は、波形パターン演算生成部２４から送出される変調信号３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂに応じて、電源回路部２０から供給される駆動電流をスイッチングして、ＬＥＤチップ２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂをそれぞれ独立に駆動するための駆動回路である。
【００１８】
電流検出部２３は、ＬＥＤ２２の各チップに流れる電流を一定のタイミングで検出することで、ＬＥＤ２２の各チップの発光量の最大値が所定値に保持されるように設定する制御信号を生成し、波形パターン演算生成部２４に送出するものである。
【００１９】
波形パターン演算生成部２４は、点灯クロックにより設定される一定時間帯内で、ＬＥＤ２２の各チップの点灯時間領域に分割し、それぞれの点灯時間領域内で、その点灯時間領域幅よりも小さい点灯デューティで点灯する変調信号を生成するものである。
本実施形態では、図３に示すように、点灯基本周波数ｆ０で設定される１周期Ｔ０＝１／ｆ０（＝ｔ４−ｔ１）内で、ＬＥＤチップ２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂを、この順次時分割駆動する変調信号３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂを生成するものである。すなわち、時刻ｔ１〜ｔ２、時刻ｔ２〜ｔ３、時刻ｔ３〜ｔ４がそれぞれ、Ｒ、Ｇ、Ｂの波長光の点灯時間領域となっている（ただし、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３＜ｔ４）。
これらの点灯時間領域幅は、各チップの温度特性を考慮して適宜幅に設定する。それぞれ、ＴＲ＝ｔ２−ｔ１、ＴＧ＝ｔ３−ｔ２、ＴＢ＝ｔ４−ｔ３とすると、本実施形態では、ＬＥＤチップ２２Ｇ、２２Ｂの温度特性が略同程度で、ＬＥＤチップ２２Ｒの温度特性が著しく悪くなっていることから、例えば、ＴＲ／Ｔ０＝２０％、ＴＧ／Ｔ０＝４０％、ＴＢ／Ｔ０＝４０％、に設定している。
【００２０】
このような点灯時間領域内を１００％デューティで点灯すれば、従来技術による時分割点灯と同様の点灯制御になる。すなわち、従来技術では、このような点灯時間領域を１００％デューティで点灯することにより、点灯基本周波数ｆ０において、デューティ比が、それぞれＴＲ／Ｔ０、ＴＧ／Ｔ０、ＴＢ／Ｔ０となるようなパルス幅変調が行われている。そして、このデューティ比で、反射型スクリーン６上での光エネルギー密度が所望の値となるように、信号レベルに対する各チップの駆動電流が設定される。
【００２１】
本実施形態の変調信号３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂは、図４に示すように、そのような点灯基本周波数ｆ０のパルス幅変調の点灯時間領域内で、点灯基本周波数ｆ０より高周波のバースト周波数ｆｂによるパルス幅変調を行う変調信号となっている。図中の時刻ｔＳ、ｔＥは、それぞれ点灯時間領域の開始、終了の時刻を示す。
バースト周波数ｆｂ、デューティ比は、例えば、自己発熱による輝度低下量および後述する人間の目に感じられる明るさとの関係において、実験を行うなどして、適宜設定することができる。ただし、バースト周波数ｆｂは、少なくとも点灯時間領域幅で、２つ以上のパルス数が発生するような高周波とすることが好ましい。
例えば、バースト周波数ｆｂによるパルス幅変調の設定条件は、ｆｂ＝２０・ｆ０、周期Ｔｂ＝１／ｆｂ、デューティ比は５０％のような条件を採用することができる。
この条件では、ＬＥＤ２２の駆動に必要な駆動電力は、１００％デューティの場合に比べて１／２になっている。また、点灯時間領域幅内のパルス数は、例えば、本実施形態で最も点灯時間領域幅が短いＲの波長光の変調信号３０Ｒの場合は４個になっている。
またピーク値Ｉ０は、上記従来技術と同様の設定とすることができ、例えば、駆動電流が１．５Ａとなる信号レベルとしている。
これら変調信号は、空間変調素子４を駆動するタイミング信号を生成するために制御部１０にも送出される。
【００２２】
プロジェクタ１の動作について、本実施形態の照明ユニット２の作用を中心に説明する。
図５は、光刺激に対する人間の目の時間応答について説明するための模式的なグラフである。図６は、ＬＥＤの輝度低下について説明する模式的なグラフである。
【００２３】
プロジェクタ１の制御部１０は、外部からＲ、Ｇ、Ｂにそれぞれ色分解された画像信号を受けると、点灯クロックを照明ユニット２に送出する。
照明ユニット２では、波形パターン演算生成部２４により変調信号３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂを生成され、それをＬＥＤドライバ回路部２１に送出することで、ＬＥＤ２２のＬＥＤチップ２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂに各変調信号に対応する駆動電流が供給され、各チップが各変調信号の波形パターン、タイミングに応じて発光駆動される。
一方、これら変調信号は、制御部１０にも送出され、空間変調素子４の変調のタイミング信号が生成される。そのため、ＬＥＤ２２からのＲ、Ｇ、Ｂの波長光の点灯時間領域に空間変調素子４の駆動タイミングが同期され、それぞれの色に応じた画像信号に対応して空間変調素子４が時分割駆動される。
そのため照明ユニット２から出射されるＲ、Ｇ、Ｂの光は、集光レンズ３で集光されて、空間変調素子４で空間変調され、各色に対応する色分解画像を表示する。そして、空間変調素子４に表示された画像は、投影レンズ５で拡大され反射型スクリーン６上に投影される。この色分解画像は、人間の目には合成されて見えるため、観察者は、反射型スクリーン６での色順次の反射光を見て、フルカラー画像を観察することができる。
【００２４】
次に、従来技術と同等の点灯時間領域内で、１００％より小さなデューティ比でパルス幅変調しても、輝度低下が問題にならなり照明光として用いることができる理由について説明する。
確かに、本実施形態では、デューティ比を５０％とするので、積分光量としては低下している。したがって、例えば、一定の露光感度を有する感光体に露光するプリンタなどの光源として用いる場合には、デューティ比の低下とともに露光エネルギーが低下してしまう。
しかしながら、発明者らは、反射型、透過型のスクリーンなどの表示媒体に可視光を投射して画像表示を行う可視光ＬＥＤ光源装置の場合には、物理的な輝度は異なっていても人間の視覚にとっての等価と感じられるように発光させればよいことに着目し、鋭意研究を重ねて本発明に至ったものである。
【００２５】
人間の目は、光刺激を受けると、ある程度の時間は光刺激が連続しているように感じる。これは、いわゆる残像現象として知られている。図５は、インパルス状の発光強度Ｉｉの光を見てから、感覚的な光強度ＩＶが時間とともに減衰する様子を模式的に示したものである。すなわち、曲線１００に示すように、初期的には、緩慢に減衰し、その後、急速に減衰するような変化を示す。
ＲＧＢの順次点灯によりそれらが混合した白色光と感じられるのは、このような残像現象による。ただし、実際にプロジェクタで用いられている周波数では、混色は起こるものの、積分光量と目に感じる光強度が大きく乖離している訳ではない。それは、Ｒ、Ｇ、Ｂの点灯時間領域幅を変えるとホワイトバランスがくずれること、あるいは、画像輝度を見かけ上、上げるために、ＲＧＢ点灯の後、Ｒ、Ｇ、Ｂ光を同時点灯する白色発光を行う場合があることなどからも容易に理解される。
発明者らは、バースト周波数ｆｂを点灯基本周波数ｆ０に比べて増大させていくと、残像の影響が格段に増大し、積分光量に対する人間の目の検知精度が鈍くなる結果、積分光量よりも明るく感じられることを見いだし、本実施形態のような変調信号に想到したものである。
【００２６】
また、本実施形態によれば、自己発熱による輝度低下を考慮すると、物理的積分光量の面でも従来技術より有利となるので、その点についても説明する。
図６に、ＬＥＤの自己発熱による輝度低下の様子を模式的に示した。横軸は点灯時間、縦軸は輝度Ｐを示す。
ＬＥＤを連続発光するとＬＥＤが自己発熱により温度上昇するため、一定の駆動電流の下では、曲線１０１に示すように、ＬＥＤの温度特性に応じて初期の輝度Ｐｉから発光輝度が減少する。そして、ＬＥＤの温度が平衡に達すると輝度も一定値に収束する。
したがって、点灯時間幅が、それぞれｔ１０、ｔ２０（ただし、ｔ１０＜ｔ２０）のパルス幅で点灯した場合、それぞれの輝度低下分、ΔＰ１０、ΔＰ２０は、ΔＰ１０＜ΔＰ２０となる。また、発熱量は、点灯時間とともに増大するから、放熱に必要な時間もｔ１０の方が短時間で済む。したがって、点灯時間の総和が同じであれば、高周波のパルス幅変調を行った方が、輝度低下の影響が少なくなるため、同一駆動電力に対してより効率の高い点灯を行うことができる。
特に、高輝度の照明光が必要とされるプロジェクタやリアプロジェクションテレビなどのような画像投影システムでは、この差が顕著になる。
【００２７】
このように、本実施形態の変調信号では、従来技術と同等の点灯時間領域内において、１００％より小さなデューティ比であって、そのバースト周波数ｆｂが、点灯基本周波数ｆ０より十分高周波のパルス幅変調を行うことで、人間の目にとっての光量の増感作用を用いて見かけ上の光量低下を減少させるとともに、自己発熱による物理的な輝度低下も抑制することができる。そのため、ＬＥＤ２２の温度を低減することができるのでＬＥＤ２２の信頼性も向上することができる。
【００２８】
このように、本実施形態の可視光ＬＥＤ装置は、前記駆動信号変調部が、前記可視光ＬＥＤの少なくとも１つをその点灯時間領域内でパルス幅変調する変調信号を生成するものとなっている。
この場合、パルス幅、デューティ比の設定を変えるだけの簡素な構成により輝度低下を低減することができる。
【００２９】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る可視光ＬＥＤ光源装置について説明する。
図７は、本発明の第２の実施形態に係る可視光ＬＥＤ光源装置の変調信号の詳細な波形パターンについて説明する信号波形図である。
【００３０】
本実施形態の照明ユニット２００は、図１、２に示すように、上記第１の実施形態の照明ユニット２に代えて、プロジェクタ１に好適に用いることができる可視光ＬＥＤ光源装置であり、照明ユニット２の波形パターン演算生成部２４に代えて、駆動信号変調部である波形パターン演算生成部２４０を備える。以下、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００３１】
照明ユニット２００に用いる波形パターン演算生成部２４０は、波形パターン演算生成部２４の変調信号３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂに代えて、それぞれ変調信号４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂを生成する点が異なる。
変調信号４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂの点灯タイミングは、図３に示すように、各点灯時間領域が、上記第１の実施形態と同様に設定されている。
これらの詳細な波形パターンは、図７の曲線１０２に示すように、点灯開始時刻ｔ１からｔ２までの信号レベルがＩｐで、時刻ｔ２からｔ３までの信号レベルがＩ０となるように階段状のパワー変調を行う波形パターンとなっている。ここで、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３は、ＴＲ（ＴＧ、ＴＢ）＝ｔ４−ｔ１としたときに、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３＜ｔ４の関係にある。また、Ｉｐ＞Ｉ０である。
ピーク値Ｉｐ、階段状の点灯デューティ（ｔ２−ｔ１）、（ｔ３−ｔ１）は、例えば、輝度低下量および人間の目に対する感覚的な輝度の変化について実験を行うことにより必要に応じて適宜設定することができる。ただし、ピーク値Ｉｐは、ＬＥＤ２２の寿命に影響する駆動電流とその印加時間の最大限度を超えないように設定する。
【００３２】
このような変調信号４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂの作用について説明するため、例えば、Ｉｐ＝２・Ｉ０、（ｔ２−ｔ１）＝（１／３）・（ｔ４−ｔ１）、（ｔ３−ｔ１）＝（２／３）・（ｔ４−ｔ１）の設定を採用する場合について考察する。
この場合、図７の曲線１０３に示すような、信号レベルＩ０で各色の点灯時間領域を１００％デューティで点灯する変調信号４１と発熱量は同一としてよい。
本実施形態の変調信号と変調信号４１とでＬＥＤ２２を駆動した場合の輝度低下の様子を、図７に、それぞれ曲線１０４、１０５として模式的に示した。図示の都合上、Ｔ０後の波形上に示したが、以下、Ｔ０の差を無視して説明する。
本実施形態の変調信号は点灯開始時にピーク値Ｉｐで駆動されるため、輝度は点ａで示す最大値となり、時刻ｔ１〜ｔ２の間で、例えば、図６の曲線１０１にしたがって点ｂまで低下する。そして、時刻ｔ２からｔ３では、Ｉｐの半分の信号レベルＩ０で駆動されるため、発熱量が半減し、点ａからｂまでの輝度低下率より小さい幅で点ｃまで低下し、輝度Ｐ１となる。時刻ｔ３〜ｔ４では消灯される。しかし、人間の目には輝度Ｐ１がある程度保持され、消灯を検知することはない。
一方、変調信号４１の場合、時刻ｔ１〜ｔ４まで、ピーク値Ｉ０で駆動されるので、曲線１０５に示すように、点ａの半分の点ｅの輝度で点灯開始され、時間（ｔ４−ｔ１）の間、図６にしたがって、点ｆまで輝度低下して、輝度Ｐ２（ただし、Ｐ２＜Ｐ１）で点灯が終了する。
このため、発熱量は同一となるものの、変調信号４１に比べて、本実施形態の変調信号の方が、明らかに輝度低下率が小さくなり、人間の目の残像現象を相まってより明るく感じられる。
以上は、説明の都合上、発熱量が同一の場合で説明したが、信号レベルのピーク値Ｉｐ、ｔ２、ｔ３の適宜設定することで、発熱量を低減するような波形パターンとしてもよいことは言うまでもない。
【００３３】
このように、本実施形態の可視光ＬＥＤ光源装置は、前記駆動信号変調部が、前記可視光ＬＥＤの少なくとも１つをその点灯時間領域の前半にピーク値を有するパワー変調を行う変調信号を生成するものとなっている。
この場合、点灯時間領域の前半で自己発熱による蓄熱が比較的少ない状態で最大輝度とされるので、発光効率が良好となり高輝度の駆動が可能となる。
また、本実施形態の可視光ＬＥＤ光源装置は、前記パワー変調を行う変調信号が、その変調開始タイミングで前記ピーク値を有するとともに、時間とともに単調減少する波形パターンを有するものとなっている。
この場合、変調開始タイミングでピーク値を有し、その後、信号レベルを減衰するので、発熱量が単調減少し、効率よく輝度低下を抑制することができる。
ここで、単調減少は、広義の単調減少を意味し、一定値の領域を有する階段状の減少も含むものとする。
【００３４】
次に、本実施形態の変形例について説明する。
図８は、本発明の第２の実施形態の変形例に係る可視光ＬＥＤ光源装置の変調信号の詳細な波形パターンについて説明する信号波形図である。
【００３５】
本変形例では、変調信号４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂに代えて、図８に示す変調信号５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂを用いる。
変調信号５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂは、信号レベルのピーク値がＩｑで、時刻ｔ１〜ｔ５（ただし、ｔ１＜ｔ５＜ｔ４）までの間に信号レベルをＩｒまで、直線的に減少させる台形波状の波形パターンを有するものである（ただし、Ｉｒ＜Ｉ０＜Ｉｑ）。
ピーク値Ｉｑ、信号レベルＩｒ、点灯デューティ（ｔ５−ｔ１）は、例えば、輝度低下量および人間の目に対する感覚的な輝度の変化について実験を行うことにより必要に応じて適宜設定することができる。ただし、ピーク値Ｉｑは、ＬＥＤ２２の寿命に影響する駆動電流とその印加時間の最大限度を超えないように設定する。
本変形例は、ピーク値から単調減少する波形の他の例となっており、上記と同様の作用効果を有する。
【００３６】
なお、上記の説明では、Ｒ、Ｇ、Ｂのすべての変調信号に本発明を適用するとして説明したが、自己発熱量と相互の影響度合いによっては、少なくとも１つに適用されていればよい。すなわち、自己発熱が少なく、輝度低下の影響が少ない可視光ＬＥＤは、１００％デューティで点灯してもよい。
【００３７】
また、上記の説明では、可視光ＬＥＤが３つ設けられている例で説明したが、２つ以上の複数であればよい。例えば、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤをそれぞれ２個ずつ設けたものでよい。また、これら複数の可視光ＬＥＤは、相互に熱的影響を受ける形態であれば、単一の素子として一体化された構成でなくともよい。
【００３８】
また、上記の説明では、点灯基本周波数の１周期と周期的な一定時間帯が一致する場合の例で説明したが、点灯基本周波数の１周期内に、複数の可視光ＬＥＤが同時点灯するタイミングを備えていてもよい。例えば、画像の見かけ上の輝度を上げるために、Ｒ、Ｇ、Ｂを同時点灯するタイミングを設けてもよい。
【００３９】
また、上記の説明では、画像投影システムとして、反射型スクリーンに画像表示を行うプロジェクタの例で説明したが、透過型スクリーンに光を投射して画像表示を行うプロジェクタであってもよい。例えば、リアプロジェクションテレビなどであってもよい。
【００４０】
また、上記の説明では、本発明の可視光ＬＥＤ光源装置を用いる例として、画像投影システムに用いる場合の例について説明したが、反射型、透過型スクリーンなどの表示媒体に光を投射するものであれば、特に画像を投影する装置に限らず、適宜の照明装置、投光装置の一部として用いることができる。
【００４１】
また、上記の各実施形態に説明した構成要素は、技術的に可能であれば、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせて実施することができる。
【００４２】
ここで、上記各実施形態の用語と特許請求の範囲の用語との対応関係について名称が異なる場合について説明する。
プロジェクタ１は、画像投影システムの一実施形態である。照明ユニット２、２００は、可視光ＬＥＤ光源装置の一実施形態である。ＬＥＤ２２は、光源部の一実施形態である。ＬＥＤチップ２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂは、可視光ＬＥＤの一実施形態である。波形パターン演算生成部２４、２４０は、駆動信号変調部の一実施形態である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る可視光ＬＥＤ光源装置を用いた画像投影システムの概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る可視光ＬＥＤ光源装置の概略構成について説明する機能ブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における複数の可視光ＬＥＤの変調信号の概略について説明するタイミングチャートである。
【図４】本発明の第１の実施形態における可視光ＬＥＤの変調信号の詳細な波形パターンについて説明する信号波形図である。
【図５】光刺激に対する人間の目の時間応答について説明するための模式的なグラフである。
【図６】ＬＥＤの輝度低下について説明する模式的なグラフである。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る可視光ＬＥＤ光源装置の変調信号の詳細な波形パターンについて説明する信号波形図である。
【図８】本発明の第２の実施形態の変形例に係る可視光ＬＥＤ光源装置の変調信号の詳細な波形パターンについて説明する信号波形図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  プロジェクタ（画像投影システム）
２、２００  照明ユニット（可視光ＬＥＤ光源装置）
３  集光レンズ
４  空間変調素子
５  投影レンズ
６  反射型スクリーン
１０  制御部
２１  ＬＥＤドライバ回路部
２２  ＬＥＤ（光源部）
２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂ  ＬＥＤチップ
２３  電流検出部
２４  波形パターン演算生成部（駆動信号変調部）
３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂ、４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂ、５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂ  変調信号
７０  点灯制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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