(57)【要約】【課題】表示画像の明るさ変化を滑らかに行うことができる投射型表示装置および投射型表示装置の制御方法を提供する。【解決手段】光源と、光を変調する光変調手段と、変調された光を投射する投射手段とを備えた投射型表示装置であって、投射される画像の光量を調節する調光手段と、光変調手段及び調光手段を制御する制御手段５０とを備え、制御手段５０が、画像信号に基づいて調光手段の特性を考慮した調光係数を決定する調光係数決定手段５４と、画像信号と前記調光係数とに基づいて理想的な調光係数での表示画像となるように画像信号の画像処理係数を決定する画像係数決定手段５５と、画像処理係数に基づき画像信号に画像処理を施す画像処理手段５２とを備え、調光手段が調光係数に基づいて制御され、光変調手段が画像処理された画像信号に基づき制御されることを特徴とする。【選択図】  図２
2004361703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、該光源からの光を変調する光変調手段と、該光変調手段によって変調された光を投射する投射手段とを備えた投射型表示装置であって、
前記投射手段から投射される画像の光量を調節する調光手段と、前記光変調手段及び前記調光手段を制御する制御手段とを備え、
該制御手段が、
画像信号に基づいて、前記調光手段の特性を考慮した調光係数を決定する調光係数決定手段と、
画像信号及び前記調光係数に基づき、画像信号に対する画像処理係数を決定する画像係数決定手段と、
前記画像処理係数に基づき画像信号に画像処理を施す画像処理手段と、
を備え、
前記調光手段が前記調光係数に基づいて制御され、前記光変調手段が画像処理を施された画像信号に基づいて制御されることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
前記調光係数が、画像信号に基づいて、調光手段の特性を考慮し離散的な値を取るように決定されるとともに、
前記画像処理係数が、画像信号及び前記調光係数に基づいて、理想的な調光係数における表示画像が得られるように決定されることを特徴とする請求項１記載の投射型表示装置。
【請求項３】
前記画像処理係数が、画像信号に乗じられる伸長係数と、加算されるオフセット値からな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】
前記制御手段が、画像信号から所定の明るさパラメータを抽出する抽出手段を備え、
該抽出手段から抽出された所定の明るさパラメータに基づき、前記調光係数決定手段が調光係数を決定することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の投射型表示装置。
【請求項５】
前記調光手段が、前記光源から出射された光束を遮る遮光部と、該遮光部を透過した光束の照度分布を均一化する均一化手段とを備え、
前記遮光部が、前記調光係数に基づき前記光源から出射された光束の遮光量を調節することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の投射型表示装置。
【請求項６】
前記遮光部が、前記光源から出射された光束を遮る遮光板と、該遮光板を前記調光係数に基づき所定の位置に移動させる駆動部と、を備えることを特徴とする請求項５記載の投射型表示装置。
【請求項７】
光源と、該光源からの光を変調する光変調手段と、該光変調手段によって変調された光を投射する投射手段とを備えた投射型表示装置の制御方法であって、
前記投射手段から投射される画像の光量を調節する調光手段を備えた投射型表示装置を用いて、
画像信号に基づいて、調光手段の特性を考慮した調光係数を決定し、
画像信号及び前記調光係数に基づき、画像信号に対する画像処理係数を決定し、前記画像処理係数に基づき画像信号に画像処理を施し、
前記調光手段が前記調光係数に基づいて制御され、前記光変調手段が画像処理を施された画像信号に基づいて制御されることを特徴とする投射型表示装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は投射型表示装置および投射型表示装置の制御方法に関する。特に、画像信号に応じて光量の調整を行えるように構成された投射型表示装置および投射型表示装置の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、表示装置の一形態として、液晶ライトバルブを用いた光学系から射出される画像を投射レンズを通してスクリーンに拡大投射する投射型装置（液晶プロジェクタ）が開発されている。この装置では、表示する画像に応じて液晶ライトバルブを透過する光量を調節するだけでなく、光源から出射される光量も調節するものが提案されてきている。
【０００３】
例えば、上述した投射型表示装置として、透過型の液晶パネルと、液晶パネルに光を照射する光源と、液晶パネルを透過した光をスクリーンに投射する光学系と、液晶パネルに画像信号に応じた駆動電圧を供給する手段とを備え、画像信号に応じて光源の輝度を連続的に変化させるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
しかし、上述したような輝度が連続的に変化させられる種類の光源（例えばハロゲンランプ）では、十分な光量が得られず、明るい画像を投射することができない。そのため、明るい画像から暗い画像まで連続的に投射できる投射型表示装置としては、より高輝度の光束を出射できる高圧水銀ランプと、輝度を変化させるための機構式の絞りに、画像信号の内容に応じて画像信号に伸長処理を施し、液晶パネルを制御、駆動する構成を加えたものも現実的となる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−６６５０１号公報  （第２−４頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した投射型表示装置においては、機構式の絞りの開度を駆動、制御するものとしてサーボモーターやステッピングモータ等が一般的に用いられている。しかしこのような機構においては、絞り位置の制御はモーターの特性に応じて離散的になってしまい、明るさ制御に必要な十分なステップを得ることが難しい。その結果、一般的には映像の明るさパラメータに対する絞りの開度、すなわち光量を決める調光係数は、図５のグラフＤに示すように、離散的になってしまう。一方、液晶パネルは加える電圧に応じて連続的に光の透過率を変えることができるので、図５のグラフＥに示すように、伸長係数は連続的な値に決められている。
【０００７】
上述のように伸長係数を連続的な値にして、液晶パネルの光の透過率を連続的に変化させても、絞りの開度は離散的にしか駆動されないので、例えば画像の明るさが徐々に変わっていくような表示を行う際には、図６に示すように、投射される表示画像の明るさ変化が不連続になってしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、画像信号に応じて光量調節を行えるように構成された投射型表示装置において、表示画像の明るさ変化を滑らかに行うことができる投射型表示装置および投射型表示装置の制御方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の投射型表示装置は、光源と、該光源からの光を変調する光変調手段と、該光変調手段によって変調された光を投射する投射手段とを備えた投射型表示装置であって、前記投射手段から投射される画像の光量を調節する調光手段と、前記光変調手段及び前記調光手段を制御する制御手段とを備え、該制御手段が、画像信号に基づいて、前記調光手段の特性を考慮した調光係数を決定する調光係数決定手段と、画像信号及び前記調光係数とに基づき、画像信号に対する画像処理係数を決定する画像係数決定手段と、前記画像処理係数に基づき画像信号に画像処理を施す画像処理手段と、を備え、前記調光手段が前記調光係数に基づいて制御され、前記光変調手段が画像処理を施された画像信号に基づいて制御されることを特徴とする。
【００１０】
すなわち、本発明の投射型表示装置は、制御部において、調光係数決定手段が画像信号に基づいて、調光手段の特性を考慮した調光係数を決定する。また画像係数決定手段が上記画像信号と上記調光係数の２つのパラメータに基づいて、画像処理係数を決定し、画像処理手段が上記画像処理係数に基づき画像信号を画像処理する。そして、上記画像処理された画像信号により光変調手段が画像を合成し、上記調光係数に基づいて調節手段が投射される画像の光量を調節している。
投射画像は、上述した調光手段により調節された光を、光変調手段により変調することにより得られる。
ここで調光係数が機構的な制約により理想的な値を取ることができない場合においても、画像処理パラメータを、画像信号と決定された調光係数の２つのパラメータを基に決めることができるので、投射画像を最適化できるとともに、画像変化に対しても、その調整を滑らかにすることができる。
【００１１】
上記調光係数は画像信号に基づいて、調光手段の特性を考慮し離散的な値を取るように決定されるとともに、上記画像処理係数は画像信号及び前記調光係数に基づいて、理想的な調光係数における表示画像が得られるように決定されることが望ましい。
この構成によれば、例えば、調光係数が調光手段の機構的な制約により離散的な値しか取ることができない場合においても、理想的な調光係数が得られたときと同じような表示画像が得られる。そのため、投射画像を最適化できるとともに、画像変化に対しても、その調整を滑らかにすることができる。
調光手段の機構的な制約の例としては、ステッピングモータにより回動される遮光板で光を遮光して調光する場合において、遮光板の回動角がステッピングモータのステップ角ごとの離散的値を取り、理想的な値を取ることができない例を挙げることができる。
ここで、理想的な調光係数における表示画像とは、例えば、調光係数が連続的な値を取り、表示画像の明るさが滑らかに変化することを意味する。
【００１２】
上記の画像処理係数は、画像信号に乗じられる伸長係数と、加算されるオフセット値からなることが望ましい。
これら２つの係数による画像処理により、目的としている明るさパラメータに対して理想的な調光係数の場合における表示画像を、実際の調光係数を用いた場合にも得ることができる。
【００１３】
上記の投射型表示装置を実現するためには、制御手段が、画像信号から所定の明るさパラメータを抽出する抽出手段を備え、調光係数決定手段が、抽出手段から抽出された明るさパラメータに基づき調光係数を決定することが望ましい。
この構成によれば、画像信号の所定の特徴を捉えて調光係数が決定されているので、画像信号を画像として表現するのにより適した光量で画像を投射することができる。明るさのパラメータとしては、例えば画像の平均明るさ、画像中の最大明るさ、画像中の最小明るさ（最大暗さ）などが挙げられる。
【００１４】
上記調光手段として具体的には、光源から出射された光束を遮る遮光部と、遮光部を透過した光束の照度分布を均一化する均一化手段とからなる構成を例示することができる。
この構成にすれば、光源から出射された光束は、上記調光係数に応じて遮光部により一部が遮光されて、遮光部を透過した残りの光束は、均一化手段によりその照度分布が均一化され、所定の光量に調節される。光源と調光手段とが別々に設けられているので、光源として出射可能な光量の多い高圧水銀ランプなどを使用することができる。
【００１５】
上記遮光部として具体的には、光源から出射された光束を遮る遮光板と、遮光板を調光係数に基づき所定の位置に移動させる駆動部とからなる構成を例示することができる
この構成によれば、例えば駆動部の駆動源としてステッピングモータを使用して、遮光板を移動させることにより、遮光板の設置個所を透過する光束の量を容易に応答性良く調節することができる。
【００１６】
上記本発明の投射型表示装置の制御方法は、光源と、該光源からの光を変調する光変調手段と、該光変調手段によって変調された光を投射する投射手段とを備えた投射型表示装置の制御方法であって、前記投射手段から投射される画像の光量を調節する調光手段を備えた投射型表示装置を用いて、画像信号に基づいて、調光手段の特性を考慮した調光係数を決定し、画像信号及び前記調光係数に基づき、画像信号に対する画像処理係数を決定し、前記画像処理係数に基づき画像信号に画像処理を施し、前記調光手段が前記調光係数に基づいて制御され、前記光変調手段が画像処理を施された画像信号に基づいて制御されることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、画像信号に基づいて調光手段の特性を考慮した調光係数を決定し、画像信号及び調光係数に基づいて画像信号に対する画像処理係数を決定している。そして、決定された画像処理係数に基づき画像信号に画像処理を施し、調光手段を調光係数に基づいて制御し、光変調手段を画像処理を施された画像信号に基づき制御することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図１から図４を参照して説明する。
図１は、本実施の形態の投射型表示装置１０の概略図である。
図１において、符号１１は  照明装置、１  ２は光源、１  ３、１  ４はフライアイレンズ（均一照明手段）、２０  は遮光部  （調光手段）、３１、３２  はダイクロイックミラー、３３、３４、３５  は反射ミラー、３６、３７、３８  は液晶ライトバルブ（光変調手段）、３９  はクロスダイクロイックプリズム、４０  は投射レンズ（投射手段）、５０は制御部  を示している。
【００１９】
本実施の形態の投射型表示装置１０は、図１に示すように、照明装置１１と、照明装置１１から出射した白色光を  青色光・緑色光反射する  ダイクロイックミラー３１、  緑色光反射用のダイクロイックミラー３２と、各ダイクロイックミラー３１、３２により分光された各色光を対応した各液晶ライトバルブ３６、３７、３８へと導く反射ミラー３３、３４、３５およびリレーレンズ４１、４２、４３と、各色光を変調する液晶ライトバルブ３６、３７、３８と、変調された各色光を合成してカラー画像を合成する  クロスダイクロイックプリズム３９と、合成されたカラー画像をスクリーンＳに拡大投射する投射レンズ４０と、水平・垂直同期信号および画像信号に基づき照明装置１１と液晶ライトバルブ３６、３７、３８とを制御する制御部５０とから概略構成されている。
【００２０】
照明装置１１は、光源１２とフライアイレンズ１３、１４と遮光部２０とから構成され、光源１２は高圧水銀ランプ等のランプ１５とランプ１５の光を反射するリフレクタ１６とから構成されている。
また、光源１２の光軸上に、複数のレンズを平面状に配置した第１のフライアイレンズ１３、第２のフライアイレンズ１４が順次設置されている。
遮光部２０は、遮光板２１と、遮光板２１の面と平行な方向に延在する回動軸２２と、回動軸２２に設けられたステッピングモータ（駆動部）２３とから構成されている。遮光部２０は、第１のフライアイレンズ１３と第２のフライアイレンズ１４との間で、第２のフライアイレンズ１４の近傍に配置されている。
【００２１】
液晶ライトバルブ３６、３７、３８には、画素スイッチング用素子として薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下、ＴＦＴと略記する）を用いたＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モードのアクティブマトリクス方式透過型液晶セルが使用されている。
クロスダイクロイックプリズム３９は４つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。
【００２２】
図２（ａ）は、本実施の形態の制御部５０における信号処理を示したブロック図であり、図２（ｂ）は、制御部５０の画像解析部５１の内部を詳細に示したブロック図である。
制御部５０は、入力された水平・垂直同期信号および画像信号を解析して調光係数および画像処理係数を決定する画像解析部５１と、画像処理係数に基づき画像信号に処理を施す画像処理部（画像処理手段）５２とから構成されている。画像解析部５１は、画像信号から明るさのヒストグラムを作成するヒストグラム作成部（抽出部）５３と、作成したヒストグラムから調光係数を決定する調光係数決定部（調光係数決定手段）５４と、画像信号と決定された調光係数から画像処理係数を決定する画像処理係数決定部（画像係数決定手段）５５とから構成されている。
【００２３】
また、液晶ライトバルブ３６、３７、３８には、各液晶ライトバルブ３６、３７、３８をそれぞれ駆動、制御する液晶ライトバルブドライバ３６ａ、３７ａ、３８ａが備えられている。この液晶ライトバルブドライバ３６ａ、３７ａ、３８ａには画像処理部５２で処理された画像信号が入力される。ステッピングモータ２３には、ステッピングモータ２３を駆動、制御するステッピングモータドライバ（制御手段）２３ａが備えられている。このステッピングモータドライバ２３ａには調光係数決定部５４で決定された調光係数が入力され、それに応じた駆動信号がステッピングモータに出力される。
【００２４】
次に、上記の構成からなる投射型表示装置１０における作用について説明する。
ランプ１５から射出された白色光は、図１に示すように、直接またはリフレクタ１６に反射されて第１のフライアイレンズ１３に入射され、第２のフライアイレンズ１４に集光、入射される。白色光は、第２のフライアイレンズ１４に入射される直前に、後述する制御部５０からの調光係数に基づいて、遮光板２１がステッピングモータ２３により所定の位置まで駆動され遮光、減光される。第２のフライアイレンズ１４から出射された白色光は、  ダイクロイックミラー３１に入射され、白色光中の  赤色光ＬＲが  透過される  とともに、青色光ＬＢ  と緑色光ＬＧ  とが  反射される。
【００２５】
ダイクロイックミラー３１  を透過した赤色光ＬＲ  は反射ミラー３５  で反射されて液晶ライトバルブ３６  に入射される。一方、ダイクロイックミラー３１に  反射された  色光はダイクロイックミラー３２に入射して  、緑色光ＬＧが  ダイクロイックミラー３２  によって反射され、液晶ライトバルブ３７  に入射される。一方、ダイクロイックミラー３２を透過した  青色光ＬＢ  は、リレーレンズ４１  、反射ミラー３３  、リレーレンズ４２  、反射ミラー３４  、リレーレンズ４３  からなるリレー系４５  を経て液晶ライトバルブ３８  に入射される。
【００２６】
３つの色光はそれぞれ対応する  液晶ライトバルブ３６、３７、３８に入射され、後述する制御部５０からの画像信号に基づいて変調されて  クロスダイクロイックプリズム３９に向けて出射される。  クロスダイクロイックプリズム３９に入射された３つの色光はここで合成されて  カラー画像を表す光が形成される。合成された光は投射光学系である投射レンズ４０  によりスクリーンＳ  上に投射され、拡大された画像が表示される。
【００２７】
次に、本発明の特徴である制御部５０における作用について説明する。
図３は、画像から抽出された明るさパラメータに対する調光係数（図中のグラフＡ）および画像処理係数（図中のグラフＢ）の関係を示す図である。
制御部５０には、図２に示すように、水平・垂直同期信号および画像信号が入力され、それぞれ分岐して画像解析部５１と画像処理部５２とに入力される。
画像解析部５１に入力された水平・垂直同期信号および画像信号は、まずヒストグラム作成部５３に入力され、画像信号の分析に使用するヒストグラムが作成される。ヒストグラムは画像に含まれる階調分布を示すものであり、縦軸はその画面における表示階調の出現度数を表し、横軸は階調を表している。ヒストグラム作成部５３ではさらに作成したヒストグラムから、画像の明るさを特徴づける明るさパラメータを抽出する。抽出方法としては、例えば明るい側から度数を調べ、それが初めてある大きさになる階調を選択する方法などを用いることができる。
調光係数決定部５４においては、この明るさパラメータからルックアップテーブル（Ｌｏｏｋ  Ｕｐ  Ｔａｂｌｅ；以後、ＬＵＴと表記する）などにより、実際の遮光部の特性から調光係数を決定する。ここで遮光部により得ることができない明るさが存在するため、調光係数は図３に示すように、明るさパラメータに対して離散的となる。
【００２８】
図４は、理想的な調光係数と画像処理係数が得られた場合の、画像信号から抽出された明るさパラメータと画面の明るさの関係を示した図である。
決定された調光係数は、画像処理係数決定部５５およびステッピングモータドライバ２３ａに出力される。
画像処理係数決定部５５においては、図４に示す、明るさパラメータに対し理想的な調光係数の場合に得られる画面の明るさとなるように画像処理係数が決められる。
画像処理係数としては、画像信号に乗ずる伸長係数の他、加算値となるオフセット値などがある。例えば画像信号から抽出された明るさパラメータが、画面明るさが５０％となる階調であったとする。このとき理想的な調光係数は光量が５０％になる値に決めることができ、そのとき伸長係数は２となる。ここで画面の明るさはライトバルブによって制御可能な明るさ（表示明るさ）と、画像信号として黒を入力した場合の明るさ（背景明るさ）の２つの足し合わせにより決められる。調光係数は、この２つの明るさに寄与するが、伸長係数は表示明るさにしか寄与しない。
ところが実際には、遮光部の特性により画面明るさが５０％となる調光係数は存在せず、４５％となる係数を選択したとすると、上述した理想的な調光特性の場合での画面明るさを得ることができるように、伸長係数、オフセット値の２つの値の組である画像処理係数を決めることができる。
このように画面の明るさは調光係数と画像処理係数の組合せにより決められるので、例えば図３のＡのように調光係数が離散的であると、伸長係数、オフセット値などの画像処理係数も、図３のＢに示すように、明るさパラメータに対して離散的となる。決定された画像処理係数は画像処理部５２に出力され、画像処理部５２において、画像処理係数に基づいて画像信号は処理されて各液晶ライトバルブドライバ３６ａ、３７ａ、３８ａに出力される。
【００２９】
上記の構成によれば、投射レンズから投射される画像の光量は、上記調光係数に基づいて遮光板により減光されたものが、上記画像処理係数に基づいて処理された映像信号により駆動されている液晶ライトバルブ３６、３７、３８により変調された後の光量である。したがって、投射される画像の光量は上記画像処理係数と上記調光係数との関数で表すことができる。上記画像処理係数は、画像処理係数決定部５５において上記調光係数を考慮しながら、画面の明るさが理想的な値になるように決めているので、画像の明るさが連続的に変化するような場合においても、投射される画像の明るさを連続的に、滑らかに変化させることができる。
【００３０】
このような制御を行うことにより、投射される画像の光量調節にステッピングモータにより駆動される遮光板２１等による調光機構を用いることができるようになり、光源として出射する光量を調整することはできないが、出射可能な光量の多い高圧水銀ランプなどを使用することができるようになる。そのため、投射できる画像の最大明るさをさらに明るくすることができる。
【００３１】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、遮光板２１を回転させて遮る光量を調節するものに適応して説明したが、この遮光板２１を回転させるものに限られることなく、遮光板２１を板面方向に平行移動させるもの等、その他各種の移動方法に適応することができるものである。
また、上記の実施の形態においては、この発明を三板式の投射型表示装置に適応して説明したが、この発明は三板式の投射型表示装置に限られることなく、単板式の投射型表示装置など、その他各種の投射型表示装置に適応できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の投射型表示装置を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態の制御部での信号処理を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態の明るさパラメータと調光係数および画像処理係数との関係を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態の表示階調と画像信号の明るさとの関係を示す図である。
【図５】従来の投射型表示装置における明るさパラメータと調光係数および伸長係数との関係の一例を示す図である。
【図６】従来の投射型表示装置における表示階調と画像信号の明るさとの関係の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０・・・投射型表示装置、  １２・・・光源、  １３・・・第１のフライアイレンズ（均一照明手段）、  １４・・・第２のフライアイレンズ（均一照明手段）、  ２０・・・遮光部（調光手段）、  ２１・・・遮光板、  ２３・・・ステッピングモータ（駆動部）、  ２３ａ・・・ステッピングモータドライバ（制御手段）、  ３６、３７、３８・・・液晶ライトバルブ（光変調手段）、  ４０・・・投射レンズ（投射手段）、  ５０・・・制御部、  ５２・・・画像処理部（画像処理手段）、  ５３・・・ヒストグラム作成部（抽出部）、  ５４・・・調光係数決定部（調光係数決定手段）、  ５５・・・画像処理係数決定部（画像係数決定手段）
【図１】
2004361703.tif 000003
【図２】
2004361703.tif 000004
【図３】
2004361703.tif 000005
【図４】
2004361703.tif 000006
【図５】
2004361703.tif 000007
【図６】
2004361703.tif 000008