(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光体発光表示部を備えた画像表示装置に用いられる前記蛍光体発光表示部の蛍光体の焼付きを軽減する焼付き軽減装置において、
入力画像信号の所定期間に渡る平均値を検出する平均値検出回路と、
前記平均値を入力し、演算により明輝度レベル制御値を出力する明輝度レベル制御値演算回路と、
前記平均値を入力し、演算により暗輝度レベル制御値を出力する暗輝度レベル制御値演算回路と、
前記明輝度レベル制御値と前記暗輝度レベル制御値と帰還制御値とを比較し、クロック信号毎に所定のステップ制御値を発生させ、前記ステップ制御値を前記帰還制御値に加算して出力する利得制御値生成回路と、
前記利得制御値生成回路の出力信号を前記クロック信号の１クロック期間遅延させて前記帰還制御値を得る１クロック遅延回路と、
前記利得制御値生成回路の出力信号と前記明輝度レベル制御値演算回路の出力信号を入力し、２信号のうちの大きい方の信号を選択して出力する最大値選択回路と、
前記最大値選択回路の出力信号の低域成分を取り出して利得制御値として出力するＬＰＦと、
前記入力画像信号と前記ＬＰＦより出力された前記利得制御値を入力し、前記利得制御値が上がると前記入力画像信号の輝度を下げ、前記利得制御値が下がると前記入力画像信号の輝度を上げるよう前記入力画像信号の利得を制御して前記蛍光体発光表示部へ供給する利得制御回路とを備えて構成したことを特徴とする焼付き軽減装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、陰極線管（ＣＲＴ），プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ），フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）等の蛍光体を用いた画像表示装置に用いられる焼き付き軽減装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＲＴ，ＰＤＰ，ＦＥＤ等の蛍光体を用いた画像表示装置においては、静止画像を長期間表示すると、蛍光体の焼き付き現象を起こす。そこで、従来より、蛍光体の焼き付きを軽減するための焼き付き軽減装置が種々提案されている。
【０００３】
従来の焼き付き軽減装置（第１の従来例）として、文字情報等の場合に、文字部と背景部との輝度の反転（白黒反転）や色の補色反転を一定時間毎に行うものがある。他の従来の焼き付き軽減装置（第２の従来例）として、文字情報等の表示画像の位置を、例えば画像の動きを認識することができない程度にゆっくりと連続的に上下左右にシフトしたり、一定時間毎に一定量上下左右にシフトしたりするものがある。
【０００４】
さらに他の従来の焼き付き軽減装置（第３の従来例）として、動き検出回路によって、静止画像が一定時間継続したか否かを検出し、静止画像が一定時間継続した場合には、その静止画像の代わりに所定の動画像を表示する、いわゆるスクリーンセーバと称されるものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した第１〜第３の従来例は、種々の問題点を有している。画像表示装置が、例えば、飛行場での案内表示，ボーリング場でのスコア表示，ファミリーレストランでのメニュー案内表示等として用いられる場合には、静止画像を常時表示しなければならない。従って、上述した第１の従来例や第３の従来例を用いることはできない。第１の従来例では、自然画による静止画像に対しては用いることはできないという問題点もある。
【０００６】
第２の従来例では、表示画像をあまり大きくはシフトできず、シフトできる範囲が狭いので、焼き付きはある程度軽減されるものの、その効果が小さい。また、画面の周辺部に文字情報等の表示画像がある場合には、画欠けを起こすことがあるという問題点もある。さらに、画像表示装置がＰＤＰ表示装置の場合には、ＣＲＴ表示装置のようにオーバースキャンが行われないので、ブランキング信号による黒帯が画面上に現れることがあるという問題点もある。
【０００７】
ところで、蛍光体の焼き付きは、表示画像の輝度が高いほど発生しやすい。そこで、利得制御回路によってＣＲＴやＰＤＰ等の表示部に入力する画像信号の利得を下げ、表示部で表示する表示画像の輝度を制限することによって、焼き付きを軽減する方法もある。しかしながら、この方法では、焼き付きを発生させない動画像に対しても輝度を下げてしまうので、鮮やかな動画像を表示することができない。
【０００８】
この問題点を解決するには、静止画像の場合のみ輝度を下げればよい。特開平４−２８６２７５号公報や特開平８−３０２１９号公報には、表示画像の動きを検出し、静止画像が一定時間継続した場合に輝度を下げることによって、焼き付きを軽減するものが記載されている。しかしながら、この第４の従来例では、第３の従来例と同様、静止画像であることを検出する動き検出回路が必要となる。動き検出回路は複雑でコストがかかりすぎ、焼き付き軽減装置を低価格で実現することができない。
【０００９】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、極めて簡単で低価格の回路で静止画像と動画像とを区別することができ、蛍光体の焼き付きを発生させない動画像に対しては明るい画像を表示すると共に、静止画像に対してのみ輝度を下げて蛍光体の焼き付きを軽減することができる焼き付き軽減装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、蛍光体発光表示部を備えた画像表示装置に用いられる前記蛍光体発光表示部の蛍光体の焼付きを軽減する焼付き軽減装置において、入力画像信号の所定期間に渡る平均値を検出する平均値検出回路と、前記平均値を入力し、演算により明輝度レベル制御値を出力する明輝度レベル制御値演算回路と、前記平均値を入力し、演算により暗輝度レベル制御値を出力する暗輝度レベル制御値演算回路と、前記明輝度レベル制御値と前記暗輝度レベル制御値と帰還制御値とを比較し、クロック信号毎に所定のステップ制御値を発生させ、前記ステップ制御値を前記帰還制御値に加算して出力する利得制御値生成回路と、前記利得制御値生成回路の出力信号を前記クロック信号の１クロック期間遅延させて前記帰還制御値を得る１クロック遅延回路と、前記利得制御値生成回路の出力信号と前記明輝度レベル制御値演算回路の出力信号を入力し、２信号のうちの大きい方の信号を選択して出力する最大値選択回路と、前記最大値選択回路の出力信号の低域成分を取り出して利得制御値として出力するＬＰＦと、前記入力画像信号と前記ＬＰＦより出力された前記利得制御値を入力し、前記利得制御値が上がると前記入力画像信号の輝度を下げ、前記利得制御値が下がると前記入力画像信号の輝度を上げるよう前記入力画像信号の利得を制御して前記蛍光体発光表示部へ供給する利得制御回路とを備えて構成したことを特徴とする焼付き軽減装置を提供するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の焼き付き軽減装置について、添付図面を参照して説明する。図１は本発明の実施例を示すブロック図、図２及び図３は本発明の動作を説明するための特性図、図４及び図５は本発明の利得制御の動作を説明するための図、図６は動画の場合の動作を説明するための図である。
図１において、入力端子１より入力された画像信号ａは、利得制御回路２及び１フィールド平均値検出回路４へ供給されている。利得制御回路２は、例えばＰＤＰの場合には発光パルス数を制御する回路となるが、入力された画像信号ａの利得を、後述する如く、発光する輝度の１フィールド間平均値が所定の輝度になるように制御して、ＣＲＴ，ＰＤＰ，ＦＥＤ等の蛍光体発光表示部３へ供給している。
【００１２】
図２は図１中の利得制御回路２の動作を説明するための特性図である。図２において、横軸は一定期間（例えば、１フィールド期間）の入力画像信号の平均値レベル（％）（ＡＰＬとも呼ばれている）であり、縦軸は入力画像信号を利得制御した出力画像信号の平均値レベル（％）を表している。一般的に蛍光体を用いた自発光型の画像表示装置では、画面の平均輝度が増大するに伴ない、消費電力が増大するので、装置への負荷を一定レベル以下に抑えるために、画像信号の利得制御を行っている。図２中の破線は、その制御特性の一例を示すもので、一定値レベル以上の平均値を持つ入力画像信号に対して、出力画像信号の平均値レベルが概略一定のレベルになるように利得制御されている。ＣＲＴ表示装置の例で言えば、ビーム電流を概略一定値以下に制御する、所謂ＡＢＬ（Automatic Beam Limiter）に相当するものである。
【００１３】
本発明の利得制御回路２においては、一定値レベル以上の平均値を持つ入力画像信号に対して、２つの平均出力値レベルが設定されており、出力画像信号の平均値レベルが図２に示す概略一定のｃ及びｄであるように利得制御される。ｃを明輝度レベル、ｄを暗輝度レベルと称する。蛍光体発光表示部３の最高輝度を１００％とすると、明輝度レベルｃは３０〜４０％位、暗輝度レベルｄは１０〜２０％位が一つの目安となるが、これらは蛍光体発光表示部３としての消費電力や焼付き発生の程度と、表示部として必要とする実用輝度レベルとのバランスを考慮して所定のレベルを設定する。
【００１４】
１フィールド平均値検出回路４は、入力画像信号ａの各フィールドにおける輝度の１フィールド間平均値ｂを検出し、明輝度レベル制御値演算回路５及び暗輝度レベル制御値演算回路６へ供給している。この平均値ｂは例えば、数ビットのデータとして出力される。
明輝度レベル制御値演算回路５は、入力画像信号ａを利得制御回路２によって利得制御することによって蛍光体発光表示部３で発光する輝度の１フィールド間平均値が所定の明輝度レベルｃになるような明輝度レベル制御値ｅを演算し、利得制御値生成回路７中のステップ制御値演算回路８及び最大値選択回路１２へ供給している。同様に、暗輝度レベル制御値演算回路６では所定の暗輝度レベルｄになるような暗輝度レベル制御値ｆを演算し、利得制御値生成回路７中のステップ制御値演算回路８へ供給している。これらの演算は所定の演算式を用いてもよく、またルックアップ・テーブルを用いることもできる。
【００１５】
図３は、明輝度レベル制御値ｅ及び暗輝度レベル制御値ｆの特性を示す特性図である。図３において、横軸は入力画像信号ａの輝度の１フィールド間平均値ｂであり、縦軸はレベル制御値を表している。特定のフィールドの輝度平均値をb1とすると、その時の明輝度レベル制御値はｅb1、暗輝度レベル制御値はｆb1であることを示している。
利得制御値生成回路７は、その内部にステップ制御値演算回路８及び加算回路１０を有して構成され、クロック入力端子９より入力されたクロック信号ｈによりクロック周期ｔ毎に演算を繰り返し、利得制御値ｇｎを生成して出力する。なお、１クロック周期は１フィールドのｎ（ｎは、１以上の整数）倍に選べばよい。
【００１６】
ステップ制御値演算回路８は、１クロック遅延回路１１から供給される帰還制御値（ｇｎ−１）を、明輝度レベル制御値ｅ及び暗輝度レベル制御値ｆと夫々比較演算し、ステップ制御値Ｓを得て、加算回路１０へ供給している。加算回路１０は、ステップ制御値Ｓと帰還制御値（ｇｎ−１）を加算し、利得制御値ｇｎを得て、１クロック遅延回路１１及び最大値選択回路１２へ供給している。１クロック遅延回路１１は、利得制御値ｇｎを１クロック期間遅延させ、１クロック時間前の利得制御値である帰還制御値（ｇｎ−１）を得て、ステップ制御値演算回路８へ帰還させている。最大値選択回路１２は、明輝度レベル制御値ｅと利得制御値ｇｎのうちの大きい方を選択し、ＬＰＦ（低域通過フィルタ）１３を介して利得制御値ｉを得て、利得制御回路２の制御端子へ供給し、利得制御回路２の利得を制御する。
【００１７】
以下、図４、図５を用いて、利得制御の動作を詳細に説明する。図４において、横軸は全て時間を表し、縦軸は、図４（Ａ）は入力画像信号ａ及び１フィールド間平均値ｂの信号レベル、図４（Ｂ）は輝度レベル（％）、図４（Ｃ）は利得制御値を表しており、フィールド単位で変化のないことを示している。ここで図４（Ｃ）に示す縦軸の利得制御値を増大すると、利得が減少するとすれば、明輝度レベル制御値ｅは暗輝度レベル制御値ｆよりも低い値となる。
ステップ制御値演算回路８において、帰還制御値（ｇｎ−１）（初期値を含む）が明輝度レベル制御値ｅよりも小さい場合には、ステップ制御値演算回路８の出力信号であるステップ制御値Ｓ１は、明輝度レベル制御値ｅを所定の係数ｋ１で除した値となる（即ち、Ｓ１＝ｅ／ｋ１）。帰還制御値（ｇｎ−１）が明輝度レベル制御値ｅよりも大きく、暗輝度レベル制御値ｆよりも小さい場合には、ステップ制御値Ｓ２は、暗輝度レベル制御値ｆから明輝度レベル制御値ｅを引いた値を所定の係数ｋ２で除した値となる（即ち、Ｓ２＝（ｆ−ｅ）／ｋ１）。帰還制御値（ｇｎ−１）が暗輝度レベル制御値ｆよりも大きい場合には、ステップ制御値Ｓ３は所定の固定マイナス値−ｋ３となる。
【００１８】
図５において、横軸は全て時間を表し、縦軸は、図５（Ａ）では利得制御値ｇｎ、図５（Ｂ）では利得制御値ｉ、図５（Ｃ）では出力画像信号の平均輝度レベル（ＡＰＬとも呼ばれている）を表している。これら３種類のステップ制御値Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３のいずれかと帰還制御値（ｇｎ−１）が、加算回路１０で加算されることにより、ステップ制御値Ｓ１〜Ｓ３が帰還され、図４（Ａ）に示すような、入力画像信号ａの１フィールド間平均値ｂが時間的に変わらない場合を見ると、図５（Ａ）に示すように、利得制御値ｇｎは明輝度レベル制御値ｅに到達するまではＳ１ずつ、ｅを超えるとＳ２ずつステップ状に増加し、さらに、暗輝度レベル制御値ｆに達した後は、暗輝度レベル制御値ｆの上下をステップ制御値Ｓ２、Ｓ３の大きい方の幅で往復し、収束状態が維持される。
【００１９】
次に、このようにして生成された利得制御値ｇｎと明輝度レベル制御値ｅを最大値選択回路１２へ入力し、大きい方の値を選択し、さらに所定の時定数を有するＬＰＦ１３を介して、図５（Ｂ）に示すような平滑化された利得制御値ｉを得て、利得制御回路２の制御端子へ供給する。この結果、入力画像信号ａは利得制御回路２において、利得制御値ｉによって利得制御され、出力画像信号ｊが得られ、蛍光体発光表示部３へ供給される。出力画像信号ｊの平均輝度レベルは図５（Ｃ）に示すようになる。
【００２０】
即ち、図５（Ｂ）に示す期間Ｔ１では最大値選択回路１２の出力としては明輝度レベル制御値ｅが選択されているので、図５（Ｃ）に示すように明輝度レベルｃが得られる。また、期間Ｔ２では最大値選択回路１２の出力として、利得制御値ｇｎが選択されており、この利得制御値ｇｎはクロック信号入力端子９より入力するクロック毎に前述したステップ値Ｓ２ずつ増大するので、利得制御回路２の出力画像信号ｊの平均輝度レベルは徐々に低下していく。そして期間Ｔ２の最後では、利得制御値ｇｎは暗輝度レベル制御値ｆに概略到達し、期間Ｔ３で、帰還制御値（ｇｎ−１）が暗輝度レベル制御値ｆを超えると、前述したマイナスのステップ制御値Ｓ３が加算回路１０へ供給され、利得制御値ｇｎは下降する。
【００２１】
この時、Ｓ３の絶対値をＳ２よりも大きく選定しておくことにより、利得制御値ｇｎは、暗輝度レベル制御値ｆを直ぐに下回るので、加算回路１０には再びＳ２が入力され、利得制御値ｇｎは増加に転じ、暗輝度レベル制御値ｆに到達する。このようにして期間Ｔ３では，利得制御値ｇｎは暗輝度レベル制御値ｆに概略収斂した状態に保持される。なお、Ｓ３はＳ２より小さく設定されても下降に時間（クロック数）を要するだけで、収束動作には支障ないが、後述するように、動画像の場合の平均的な明るさに影響がある．
【００２２】
以上では、入力画像信号が図４（Ａ）のように、その１フィールド間平均値ｂが概略変動しない静止画の場合を説明したが、以下動画の場合について説明する。図６は動画の場合の利得制御の動作を説明するための図である。図６において、横軸は全て時間を表し、縦軸は、図６（Ａ）では１フィールド間平均値ｂ′、図６（Ｂ）では利得制御値ｇｎ、図６（Ｃ）では利得制御値ｉを表している。動画の場合には、入力画像信号の平均輝度は、明暗の変化を比較的短時間のうちに繰り返すと考られる。図６において、例えば、図６（Ａ）は期間Ｔ３の途中で画像信号の平均輝度レベルが下がり、その後再び上がった場合の１フィールド間平均値ｂ′を示している。図６（Ｂ）において、暗輝度レベル制御値ｆ′は、破線で示す如く、ｆ２,ｆ３,ｆ４のように変動する。期間Ｔ２で上昇した利得制御値ｇｎは暗輝度レベル制御値ｆ２に到達し、期間Ｔ３で収束状態に保持されていくが、比較値となる暗輝度レベル制御値ｆ′がその途中で降下することによって、それを追いかけるようにＳ３ずつ下降を始め、低下した暗輝度レベル制御値ｆ３に到達すると再びそのレベルに概略収束することになる。
【００２３】
この収束状態、或いはこの状態に到る前のＳ３ずつの下降状態の途中で、暗輝度レベル制御値ｆ′が再び高いレベルｆ４に変化すると、利得制御値ｇｎは再びＳ２ずつの上昇を始めることになる（即ち、Ｓ２＝（ｆ′−ｅ′）／ｋ２）このようにして生成された利得制御値ｇｎは、最大値選択回路１２及びＬＰＦ１３介して利得制御回路２の利得を制御し、図１における蛍光体発光表示部３へ供給される図６（Ｃ）に示す出力画像信号ｊの平均輝度レベルを得ることになる。このようにして入力画像信号ａの１フィールド間平均値ｂ′が、ある程度以上高いレベルと低いレベルの間を変動しながら推移する場合には、蛍光体発光表示部３へ供給される出力画像信号ｊの平均輝度レベルは、図６（Ｃ）に示すように、概ね明輝度レベルｃと暗輝度レベルｄの間を推移し、平均的にはｃとｄの間のレベルとなり、同じ平均値レベルを持つ静止画の場合の推移レベルｄよりも明るい表示が行えることになる。
【００２４】
図６（Ｃ）における→部分のような、一定時間以上明るい映像（平均値）が続いた後、一転して暗い映像（平均値）に変化した直後に暗輝度レベルｄを下回ることがあるが、これは利得制御値ｇｎが、明るい映像（平均値）から演算された高い暗輝度レベル制御値ｆ２の近傍にあることによる。下回っている時間があまり長いと、平均的明るさを減じることになるが、この時間は前記Ｓ３設定値によって変えることができる。即ち、Ｓ３を大きめに設定することで利得制御値ｇｎは急速に下降し、低い値の暗輝度レベル制御値ｆ３に収束することにより、急速に暗輝度レベルｄに回復し、平均的明るさを減じる度合いを小さくできる。さらに、期間Ｔ１及びＴ２を長めに設定することにより、暗輝度レベルｄより高い輝度レベルの時間を延ばすことが可能で、動画像の明るさを高めることができる。
【００２５】
以上のような動作において、図４（Ａ）のような平均輝度レベルにあまり変化がない場合における、明輝度レベルの保持期間Ｔ１と、明輝度レベルから暗輝度レベルへの移行期間Ｔ２を決める要素は前記係数ｋ１、及びｋ２である。即ち、Ｓ１＝ｅ／ｋ１及びＳ１／ｔ＝ｅ／Ｔ１から、Ｔ１＝（ｅ／Ｓ１）×ｔ＝ｋ１×ｔとなり、Ｔ１は係数ｋ１とクロック周期時間ｔの積になる。同様に、Ｓ２＝（ｆ−ｅ）／ｋ２及びＳ２／ｔ＝（ｆ−ｅ）／Ｔ２から、Ｔ２＝｛（ｆ−ｅ）／Ｓ２｝×ｔ＝ｋ２×ｔとなり、Ｔ２は係数ｋ２とクロック周期ｔの積になる。つまり、ｋ１、ｋ２はＴ１，Ｔ２期間のクロック数である。
【００２６】
従って、係数ｋ１，ｋ２及びクロック周期ｔを選定することによって、明輝度レベルの保持期間Ｔ１と、明輝度レベルから暗輝度レベルへの移行期間Ｔ２を自由に設定できる。また、制御の滑らかさは、係数ｋ１、ｋ２とクロック周期ｔの比率によって決まる。即ち、ｋ１、ｋ２を大きく、ｔを小さくすれば、ステップ制御値Ｓ１、Ｓ２は小さくなり、それに合わせてＳ３も小さくすれば滑らかな動作が得られる。
【００２７】
以上説明の如く、本発明は、明表示レベルと暗表示レベルの２つの表示レベルを設定し、さらに明表示レベルから暗表示レベルへの移行をゆっくりと滑らかに動作させ、その逆の移行は相対的に速く動作させる。静止画のように輝度平均値レベルが変動しない場合には、明レベル表示から暗レベル表示に徐々に移行した後、焼付きの起きにくい暗レベル表示に保持される。動画のように輝度レベルが変動する場合には、明暗レベル間、または中間レベルとの間の移行を繰り返すことにより平均的に静止画に対して明るい表示が得られる。
本発明は、ＣＲＴ，ＰＤＰ，ＦＥＤ等の蛍光体を用いた画像表示装置の全てに用いることができる。本発明は、以上説明した本実施例に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の焼付き軽減回路は、極めて簡単で低価格の回路で静止画像と動画像とを区別することができ、蛍光体の焼き付きを発生させない動画像に対しては明るい画像を表示すると共に、静止画像に対してのみ輝度を下げて蛍光体の焼き付きを軽減することができるという極めて優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例を示すブロック図である。
【図２】  本発明の動作を説明するための特性図である。
【図３】  本発明の動作を説明するための特性図である。
【図４】  本発明の利得制御の動作を説明するための図である。
【図５】  本発明の利得制御の動作を説明するための図である。
【図６】  本発明の動画の場合の利得制御の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
１  入力端子
２  利得制御回路
３  蛍光体発光表示部
４  １フィールド平均値検出回路
５  明輝度レベル制御値演算回路
６  暗輝度レベル制御値演算回路
７  利得制御値生成回路
８  ステップ制御値演算回路
９  クロック信号入力端子
１０  加算回路
１１  １クロック遅延回路
１２  最大値選択回路
１３  ＬＰＦ
【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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