(57)【要約】【課題】簡単に投射画像の画質を向上することが可能な投射型表示装置を提供すること【解決手段】プロジェクタ１は、忠実モードと強調モードを切り替える制御信号受付部１５と、入力信号を解析してその種類を判別するとともに、第１の階調調整モードにおいてグレースケール標準関数に従って階調調整し、複数の関数のうち、第２の階調調整モードにおいて入力信号の種類に対応する、複数の関数の一つの関数に従って階調調整する信号演算部１４と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号に基づいて光源からの光を変調して被投射面に画像を投射表示する投射型表示装置であって、
前記入力信号を解析してその種類を判別する解析手段と、
第１の階調調整モードと第２の階調調整モードを切り替える切替手段と、
前記切替手段が前記第１の階調調整モードに切り替えた場合にグレースケール標準関数に従って階調調整し、複数の関数のうち、前記切替手段が前記第２の階調調整モードに切り替えた場合に前記解析手段によって判別された前記入力信号の前記種類に対応する一つの関数に従って階調調整する階調調整手段と、
を有することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
前記解析手段は、前記入力信号のヒストグラムに基づいて前記入力信号の種類を判別することを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項３】
前記第２の階調調整モードに使用されるガンマカーブを部分的に調整する手段を更に有することを特徴とする請求項１または２に記載の投射型表示装置。
【請求項４】
階調調整に使用されるテストチャートを生成するテストチャート生成部を更に有し、
前記テストチャート生成部は、前記ガンマカーブの調整される領域に対応する前記テストチャートの領域が変更可能になっていることを特徴とする請求項３に記載の投射型表示装置。
【請求項５】
階調調整に使用されるテストチャートを生成するテストチャート生成部を更に有し、
前記テストチャート生成部は、前記入力信号の解像度に拘らず一定の大きさの前記テストチャートが投射表示されるように前記入力信号の解像度に応じて前記テストチャートの大きさを調整することを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項６】
階調調整に使用されるテストチャートを生成するテストチャート生成部を更に有し、
前記階調調整手段は、前記テストチャート生成部が生成した前記テストチャートを前記画像に重畳して表示することを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項７】
前記切替手段は、前記入力信号がない場合は前記第１の階調調整モードを選択することを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項８】
前記切替手段は、前記第２の階調調整モードにおいて前記入力信号がない場合は前記第１の階調調整モードに切り替わることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項９】
前記切替手段は、前記第２の階調調整モードにおいて階調を強調すべき範囲がない場合には前記第１の階調調整モードに切り替わることを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項１０】
前記階調調整手段は、前記切替手段によって選択された現在の階調調整モードの情報を被投射面に表示することを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項１１】
前記第１の階調調整モードから前記第２の階調調整モードに手動で切り替えるための手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項１２】
前記複数の関数を記憶する記憶手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至１１のうちいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項１３】
前記解析手段によって判別された前記入力信号の前記種類に対応する関数を前記複数の関数の中から選択する選択手段を更に有し、
前記階調調整手段は前記選択手段によって選択された前記関数を使用することを特徴とする請求項１乃至１２のうちいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶プロジェクタなどの投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、画像の種類に応じてバックライトの輝度と画像の階調特性を調整し、画像の種類の判別をＤＩＣＯＭのシリーズのＩＯＤに規定されるモダリティタイプにより行う液晶ディスプレイを提案している。特許文献２は、テストパターンを重畳した第１の撮影映像及びテストパターンを反転重畳した第２の撮影映像の輝度レベルを白黒反転した映像に基づいて加算演算を行い、投射映像からテストパターンを抽出するプロジェクタを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１５９９８６号
【特許文献２】特許第４３７１７４９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
持運び可能なプロジェクタでは、投射距離、スクリーンサイズの要望が設置場所毎に異なり、同じ光束を異なる投射面積に投射すると最大輝度差が生じる。また、投射距離および周辺光、光源輝度、周辺温度などの変動要因の影響で投射画像の階調が変化する。このため、特許文献１のように階調調整が必要である。しかしながら、特許文献１は、ＤＩＣＯＭのグレースケール標準関数を使用して階調調整を行っており、これは液晶ディスプレイには忠実な階調調整であるが、液晶プロジェクタの特性には必ずしも合致しない。また、液晶プロジェクタはもちろん液晶ディスプレイであっても、最大輝度や最小輝度の機差から調整後も全く同じようには画像は表示されない。また、液晶ディスプレイではっきりと見えていた階調が、階調調整後の周辺環境光の変動によりプロジェクタでは見えにくくなる場合もある。これらの画質劣化は、例えば、プロジェクタで医療用画像（医用画像）を投射する場合には病巣の見落としなどにつながるおそれがあるために特に問題となる。
【０００５】
本発明の例示的な目的は、簡単に投射画像の画質を向上することが可能な投射型表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の投射型表示装置は、入力信号に基づいて光源からの光を変調して被投射面に画像を投射表示する投射型表示装置であって、前記入力信号を解析してその種類を判別する解析手段と、第１の階調調整モードと第２の階調調整モードを切り替える切替手段と、前記切替手段が前記第１の階調調整モードに切り替えた場合にグレースケール標準関数に従って階調調整し、複数の関数のうち、前記切替手段が前記第２の階調調整モードに切り替えた場合に前記解析手段によって判別された前記入力信号の前記種類に対応する一つの関数に従って階調調整する階調調整手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、簡単に投射画像の画質を向上することが可能な投射型表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態の液晶プロジェクタ（投射型表示装置）のブロック図である。
【図２】図１に示す映像信号出力装置から出力される映像信号のヒストグラムを示すグラフである。
【図３】忠実モードにおけるテストチャートと調整済みのガンマカーブを示すグラフである。
【図４】強調モードにおけるテストチャートと調整済みのガンマカーブを示すグラフである。
【図５】強調モードにおけるテストチャートと調整済みのガンマカーブを示すグラフである。
【図６】図１に示す制御部が実行する階調調整方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】強調モードにおけるスクリーンの投射画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本実施形態の液晶プロジェクタ（投射型表示装置、以下、単に「プロジェクタ」と称する）１のブロック図である。赤外線リモコン４は、操作者がプロジェクタ１へ制御信号を出力するが、プロジェクタ１の一部（入力手段）を構成する。制御信号の入力は赤外線リモコン４に限定されない。例えば、操作者は、プロジェクタ１に設けられた操作手段（スイッチ、ボタン、タッチスクリーンなどを有する）やプロジェクタ１にＬＡＮなどのネットワークを介して接続されたパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を介して制御信号をプロジェクタ１に入力してもよい。
【００１０】
映像信号出力装置２は、プロジェクタ１へ映像信号（画像信号）を出力する。映像信号出力装置２は、例えば、プロジェクタ１と撮影画像を保存する不図示の記憶手段にネットワークを介して接続されたＰＣである。映像信号は動画でも静止画でもよい。
【００１１】
本実施形態では、映像信号出力装置２は、様々な撮影装置によって撮像された医療用の映像信号をプロジェクタ１に送信する。様々な撮影装置は、本実施形態では、ディジタル放射線（ＤＲ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙ）画像撮影装置、核磁気共鳴（ＭＲ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）画像撮影装置などを含む。
【００１２】
画像表示装置３は、映像信号出力装置２から出力される映像信号を表示する液晶ディスプレイである。
【００１３】
プロジェクタ１は、制御部（制御手段）１０、記憶部（記憶手段）１６、フレームメモリ１７、投射部１８、投射レンズ１９、端子４０を有し、電気回路は制御信号および画像信号を伝達するために内部バスで接続されている。映像信号出力装置２から出力される映像信号は、端子４０を介して制御部１０に入力される。
【００１４】
記憶部１６は、フラッシュＲＯＭやＲＡＭから構成されて制御部１０が実行する制御プログラムやそれに使用されるデータを保存している。かかるデータとしては、階調調整に使用される関数（例えば、ＤＩＣＯＭのグレースケール標準関数、ＤＲ用関数、ＭＲ用関数）などがある。撮影装置毎の特徴強調関数とは、各医用撮影装置で撮影した画像の関心部位を強調表示するための変換式であり、例えば式（１）で表す。
【００１５】
【数１】
2015005846.tif 000003
【００１６】
式（１）の変数Ａ＝１００，  Ｂ＝−４，  Ｃ＝−０．２をＤＲ用特徴強調関数、Ａ＝１００、Ｂ＝−０．５、Ｃ＝−０．３をＭＲ用特徴強調関数と定義する。
【００１７】
グレースケール標準関数は液晶ディスプレイの階調調整にも適用できるが、本実施形態のようにプロジェクタ１の階調調整にも適用可能である。グレースケール標準関数を使用した階調調整は映像信号出力装置２の映像信号によらずに画一的な階調調整を行う。ＤＲ用関数は、プロジェクタ１の階調調整に使用され、映像信号出力装置２からＤＲ映像信号が出力された場合にこの関心領域を強調する（即ち、部分的に強調する）関数の一例である。ＭＲ用関数は、プロジェクタ１の階調調整に使用され、映像信号出力装置２からＭＲ映像信号が出力された場合にこの関心領域を強調する関数の一例である。
【００１８】
端子４０は、例えば、ＨＤＭＩ（登録商標）やＤＶＩ映像入力Ｉ／Ｆとセレクタから構成される。
【００１９】
制御部１０は、映像信号処理部１１、映像入力信号処理部１２、テストチャート生成部１３、信号演算部１４、制御信号受付部１５を有し、マイクロコンピュータから構成される。制御部１０は、記憶部１６から制御プログラムを読み込み実行する。
【００２０】
映像入力信号処理部１２は、端子４０を介して受信した映像信号に対して映像フォーマットを整え、ディジタル映像信号としてデータ処理を行う。
【００２１】
映像信号処理部１１は、映像入力信号処理部１２から出力される信号からＲＧＢ信号にデコードして後述のヒストグラム計測を行う。
【００２２】
テストチャート生成部１３は、テストチャートを生成する。テストチャート（テストパターン）は、プロジェクタ１で表示される画像の品質が設置時から変動していないことを定期的に確認するため（或いは変動量を確認するため）に投射表示される。入力信号の解像度が異なるとテストチャートの大きさが変化してしまうので、テストチャート生成部１３は、入力信号の解像度に拘らず一定の大きさのテストチャートが投射表示されるように入力信号の解像度に合わせてテストチャートの大きさを調整してもよい。
【００２３】
信号演算部１４は、映像入力信号処理部１２から出力される信号に対して解像度変換や階調調整（ガンマ調整）等の処理を行い、フレームメモリ１７に記憶する。その後、制御部１０はフレームメモリ１７の映像信号を投射部１８に含む液晶駆動部で変調後、液晶パネル（図示せず）に映像信号として出力する。
【００２４】
また、信号演算部１４は、映像入力信号処理部１２から出力される信号に基づいて、入力信号を解析し、撮影装置（または入力信号）の種類を判別する解析手段として機能する。信号演算部１４によって、映像入力信号処理部１２から出力される信号が、レントゲン画像であるか、ＤＲ画像であるか、ＭＲ画像であるかを判別することができる。更に、信号演算部１４は、解析手段によって判別された入力信号の種類に対応する関数を記憶部１６に保存された複数の関数の中から選択する選択手段として機能する。信号演算部１４は、後述する忠実モードにおいてはグレースケール標準関数に従ってガンマテーブルを調整し、強調モードにおいては、選択手段が選択した関数に従ってガンマテーブルを調整する階調調整手段としても機能する。
【００２５】
投射部１８は、光源駆動回路や光源ランプを含む光源部、フライアイレンズ、コンデンサレンズ等の光学素子を含む照明光学系、色分離結合光学系、液晶パネル（光変調手段）を有する。色分離結合光学系はダイクロイックミラーと色合成ダイクロイックプリズムを含む。照明光学系から射出した照明光は、ダイクロイックミラーで赤色帯域光、緑色帯域光および青色帯域光に分離され、各色光は対応する液晶パネルに入射する。
【００２６】
各液晶パネルに分離して画像変調された色光は、色合成ダイクロイックプリズムで合成され、投射レンズ（投射光学系）１９を介して、外部のスクリーン５へ投射画像として投射される。投射レンズ１９は、ズームレンズ、フォーカスレンズや固定レンズ等の複数のレンズ群で構成される。
【００２７】
投射画像が滑らかな階調でスクリーン（被投射面）５上に投射されるように入力信号を液晶パネルの駆動電圧に変換するためのガンマテーブルを調整することをガンマ調整という。
【００２８】
制御信号受付部１５は、赤外線リモコン４から（不図示の赤外線受信手段を介して受信した）制御信号に基づいてレンズ位置を調整したり、ガンマテーブルを表示したり、映像調整を行ったりする。ガンマ調整時には、テストチャート生成部１３が生成したテストチャートを信号演算部１４が受け付けて、図７（ｂ）に示すように投射画像に重畳、あるいはテストチャートを全画面に表示させて調整を行わせる。制御信号受付部１５は、後述する忠実モードと強調モードとを切り替える切替手段として機能する。
【００２９】
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、映像信号出力装置２から出力される映像信号の、ある時間における画像ヒストグラム例を示すグラフである。横軸は画像の入力値であり、縦軸が各データの頻度を表す。表示対象の画像は、映像信号出力装置２の映像信号により、刻々と変化する。例えば、図２（ａ）をＤＲ画像、図２（ｂ）をＭＲ画像と考えることができる。また、図２（ｃ）は表や文字だけのプレゼンテーションの場合のヒストグラムの例である。撮影装置の種類に応じて、臓器の組成を信号として表現する方法が異なるため、画像のヒストグラムに信号形状の違いが表れ、１種類のガンマテーブルでは、すべての画像階調を最適に表現することができない。
【００３０】
特に、プロジェクタ１では、スクリーン５までの距離と、レンズのズーム位置によって最大輝度が変動する。また、周辺輝度が最小輝度の主要因になるので、低輝度から高輝度までコントラスト分解能を得られるように、投射映像を適切に調整する必要がある。これを実現するのが、ＤＩＣＯＭのグレースケール標準関数に規定された階調特性であり、本実施形態では標準関数の忠実モード（第１の階調調整モード）と呼ぶ。
【００３１】
図３（ａ）は、忠実モードにおけるテストチャート７１０を示し、図３（ｂ）は、調整済みのガンマカーブ７１４を示している。横軸は入力画像レベルであり、縦軸は出力画像レベルである。
【００３２】
図３（ａ）に示すテストチャート７１０を明るさ別に３つの変更可能な領域７１１、７１２、７１３に分割する。それぞれの中にある正方形のパッチは、各輝度レベルにおいて見えるべき階調を表しており、もしユーザーが周辺階調と区別できなければ、プロジェクタ投射像で見えるようにガンマテーブルを調整する。各パッチは、例えば、臓器、脂肪、筋肉、血管、骨等を表す輝度レベルに対応する。
【００３３】
例えば、ユーザーは、赤外線リモコン４のガンマボタンを押すことによって、投射モードを忠実モードから手動で強調モードに切り替えることができる。忠実モードでは、ガンマテーブルの作成にグレースケール標準関数を使用して階調調整を行う。強調モード（第２の階調調整モード）では、入力映像信号のヒストグラムに基づいて判別された画像信号に最適な関数を記憶部１６から選択してガンマテーブルを調整するのに使用する。赤外線リモコン４の左右ボタン（図示せず）を押すことにより、制御プログラムはあらかじめ記憶した変数の組み合わせを変更して強調関数に与えることで、ガンマテーブルの強調部分を変化させる。ガンマボタンを再度押すことによって、強調モードから忠実モードへ信号処理を切り替えることができる。
【００３４】
通常、画像信号の最小値は体内を透過せずに直接撮影装置のセンサに入射したＸ線を表し、ヒストグラム上でピークを持つ。また、画像信号の最大値は、太い骨部分や金属のようにＸ線を透過しない部分となる。これらの無効信号部分のガンマテーブルは変更対象外とし、人体部位の関心領域となるガンマテーブルについて、階調差をつけた強調画像として表示するようにガンマテーブルを構成する。ここで言う関心領域とは、撮影被写体の臓器や病変部のことである。画像信号内で、関心領域と対比する空気、骨部分や金属部分は、ヒストグラム上の最小値、および最大値近辺に集中するので、例えば1秒毎に取得するヒストグラムの階調の内の上下5%を削除して、残りのヒストグラムに有効データがあるかどうかを判定する。有効データは、極大、極小値の山の形状によって撮影装置の特徴を識別し、さらに強調モードの最小、最大値の範囲をあらかじめ記憶したデータから決定する。
【００３５】
表示モードの切り替えは、例えば、ユーザーがガンマボタンを押したときに行う。テストチャートボタンを押したときは、テストチャートの表示・非表示を切り替える。すなわち、ガンマボタンを押すと忠実モードから強調モードに切り替える。この時にテストチャートボタンを押すと、入力信号のヒストグラムを解析し、関心領域の輝度を識別し易いようにガンマカーブを決定する。入力画像が入っていない時は、関心領域の強調をする必要が無いので、忠実モードから移動しなくてもよい。
【００３６】
ユーザーが誤ってボタン操作をして表示モードを切り替えた時、意図しないモードで投射を継続してしまう可能性がある。そこで、強調モードの場合には、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、信号演算部１４は、投射画面の右下にアイコン８０を重畳投射する。アイコン８０は、現在の階調調整モードの情報を与え、強調モードで投射されていることをユーザーに通知する。
【００３７】
図４（ｂ）は、入力信号が、例えば、図２（ａ）に示すヒストグラムの場合のガンマカーブ７２４を示している。図２（ａ）に示す画像のヒストグラムから関心領域を解析した結果、最小値の輝度レベル７２５と最大値の輝度レベル７２６の間を強調表示する調整領域（関心領域）として決定する。強調可能な輝度レベル７２５から７２６の間は、ガンマカーブを強調表示するため、点線で示す曲線７２８から曲線７２９までの間を赤外線リモコン４の左右ボタン操作により、例えば、２０段階で変化させて手動で強調表示を行う。
【００３８】
忠実モードと同様に、画像のヒストグラム解析により、関心領域で分割されたテストチャート７２０を表示する。テストチャート７２０は明るさ別に３つの変更可能な領域７２１、７２２、７２３に分割されている。関心領域は領域７２２に相当するので、ガンマ調整によって領域７２２のパッチの明るさが変化する。パッチによって、操作者は投射画像の、例えば、脂肪に注目することができる。
【００３９】
図５（ｂ）は、入力信号が、例えば、図２（ｂ）に示すヒストグラムの場合のガンマカーブ７３７を示している。図２（ａ）に示す画像のヒストグラムから関心領域を解析した結果、最小値の輝度レベル７３５と最大値の輝度レベル７３６の間を強調表示する調整領域（関心領域）として決定する。強調可能な輝度レベル７３５から７３６の間は、ガンマカーブを強調表示するため、点線で示す曲線７３８から曲線７３９までの間を赤外線リモコン４の左右ボタン操作により、例えば、２０段階で変化させて手動で強調表示を行う。
【００４０】
忠実モードと同様に、画像のヒストグラム解析により、関心領域で分割されたテストチャート７３０を表示する。テストチャート７３０は明るさ別に３つの変更可能な領域７３１、７３２、７３３に分割されている。関心領域は領域７３２に相当するので、ガンマ調整によって領域７３２のパッチの明るさが変化する。パッチによって、操作者は投射画像の、例えば、脂肪に注目することができる。
【００４１】
図６は、制御部１０が実行する階調調整方法を説明するためのフローチャートであり、「Ｓ」はステップ、「Ｙ」ははい（Ｙｅｓ）、「Ｎ」はいいえ（Ｎｏ）を表す。図６に示すフローチャートは、コンピュータに一部または全部のステップの機能を実現させるためのプログラムとして具現化が可能である。
【００４２】
制御部１０は、制御信号受付部１５でガンマ調整ボタンに割り当てた信号を受信すると、投射条件を取得する（Ｓ３０２）。次に、制御部１０は、例えば、投射レンズ１９のズーム位置とスクリーン５までの距離によって投射サイズを演算したり、輝度計で計測したデータを設定したりすることによって、最大輝度を取得する（Ｓ３０４）。
【００４３】
続いて、制御部１０は、投射モードが忠実モードか強調モードを判定する（Ｓ３０６）。忠実モードであれば（Ｓ３０６のＹ）信号演算部１４は、グレースケール標準関数に従ったガンマテーブルを作成し（Ｓ３０７）、テストチャート生成部１３がテストチャート７１０を作成する（Ｓ３０８）。次に、制御部１０は、ガンマテーブルを適用し、ガンマテーブルの調整を行う（Ｓ３１０）。その後、ガンマ調整工程を終了する。このガンマ調整は、一定周期で自動的に行われてもよいし、赤外線リモコン４からの指示によって行われてもよい。
【００４４】
一方、制御部１０は、投射モードが強調モードであると判断すると（Ｓ３０６のＮ）、入力信号を解析して（Ｓ３２０）入力信号のヒストグラムを取得し、入力信号の強度分布から強調すべき範囲を決定可能かどうか判断する（Ｓ３２２）。
【００４５】
制御部１０は、入力信号がない場合や、入力された映像信号のヒストグラムの強調範囲を決定できないと判断した場合（Ｓ３２２のＮ）、Ｓ３０８へ移行して標準関数に忠実なガンマ処理を行う。強調範囲を決定できないヒストグラムの例としては、一般的なプレゼンテーションのスライドであり、図２（ｃ）のような形状を示すので、濃淡のある映像信号でないことを区別可能である。
【００４６】
一方、制御部１０は、強調すべき範囲を決定できると判断した場合（Ｓ３２２のＹ）、強調範囲の最大最小値と、記憶部１６に記憶された強調関数を使用して強調用のガンマテーブルを生成する（Ｓ３２４）。次に、制御部１０は、例えば、図４、５に示す関心領域内を強調するガンマテーブルおよび、調整時に確認するためのテストチャート７２０、７３０を生成する（Ｓ３２６）。
【００４７】
以上、本実施形態によれば、忠実モードではグレースケール標準関数に従って階調調整し、強調モードでは入力画像に対応した関数を使用して階調調整を行う。忠実モードによる階調調節では不十分である場合に強調モードに移行するが、この場合に信号演算部１４が入力信号に対応した関数を自動的に設定するのでユーザーの負担は軽減、視認性は向上する。プロジェクタ１の階調調整の変更を、ユーザーの手動操作で切り替えるようにしている。この制御は常時入力信号のヒストグラムを取得して解析処理することで、入力信号を切り替える場合や、ガンマ制御自動化にも有効である。
【００４８】
以上、本実施形態について説明したが、本発明は本実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
投射型表示装置は液晶プロジェクタの用途に適用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１…液晶プロジェクタ（投射型表示装置）、５…スクリーン（被投射面）、１４…信号演算部（解析手段、階調調整手段）、１５…制御信号受付部（切替手段）
【図２】
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【図１】
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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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