(57)【要約】【課題】入力映像信号に応じた駆動信号を表示素子に印加し、この表示素子で形成された画像を投射する投射型表示装置において、表示画面の最大輝度に対する制御を行うことにより、設計者が意図した性能や画質を確保するとともに、表示素子の故障や破壊を防止する。【解決手段】表示画面の輝度を検出する輝度検出手段４と、表示素子１３に印加する駆動信号のレベルを輝度検出手段４の検出結果に基づいて制御する制御手段２５，２６とを備えた。【選択図】　　　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力映像信号に応じた駆動信号を表示素子に印加し、前記表示素子で形成された画像を投射する投射型表示装置において、
表示画面の輝度を検出する輝度検出手段と、
前記輝度検出手段の検出結果に基づき、前記駆動信号のレベルを制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の投射型表示装置において、
前記輝度検出手段は、前記画像が投射されるスクリーン上の表示画面の周辺の箇所に設置されることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項３】
請求項１に記載の投射型表示装置において、
前記輝度検出手段は、前記表示素子における画像形成範囲の周辺の箇所に設置されることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の投射型表示装置において、
入力映像信号のピークレベルを検出する手段と、
前記表示素子の設置箇所を対象とする信号として、前記ピークレベルに応じたレベルの信号を発生して入力映像信号に加算する手段と
をさらに備えたことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項５】
請求項１に記載の投射型表示装置において、
前記輝度検出手段は、背面投射式の投射型表示装置内に、スクリーンに向けて設置されることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項６】
請求項１に記載の投射型表示装置において、
前記輝度検出手段は、前面投射式の投射型表示装置の表面に、投射光の方向を向けて設置されることを特徴とする投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば液晶プロジェクタのような投射型表示装置に関し、特に、表示画面の最大輝度を制御できるようにしたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
大画面の映像表示装置として、リア式（背面投射式）やフロント式（前面投射式）の液晶プロジェクタが普及している。
【０００３】
図１０は、液晶プロジェクタの従来の信号処理系の概要を示す。外部から液晶プロジェクタに入力した映像信号が、映像信号処理回路１１で画質改善や画素変換等の処理を施された後、液晶駆動回路１２に送られる。液晶駆動回路１２では、この映像信号が、液晶を駆動するための電圧波形に変調されて、液晶パネル１３に印加される。
【０００４】
液晶パネル１３では、照明光学系からの入射光がこの印加電圧によって変調されることによって画像が形成され、この画像が投射光学系を経てスクリーン（リア式ではプロジェクタと一体の透過型スクリーン、フロント式ではプロジェクタと別体の反射型スクリーン）に投射される。
【０００５】
この液晶プロジェクタにおいて、設計者が意図した性能や画質を確保するためには、スクリーンの表示画面の最大輝度が、設計当初に想定した基準最大輝度を上回らないようにすること（表示画面が明るくなりすぎないようにすること）が重要である。
【０００６】
また、表示画面の最大輝度が基準最大輝度を上回っている状態では、規定よりも大きいレベルの映像信号が液晶プロジェクタに入力し、その結果規定よりも大きいレベルの電圧が液晶駆動回路１２から液晶パネル１３に印加されていることが一般的であるので、液晶パネル１３の故障や破壊を招くこともある。したがって、液晶パネルの故障や破壊を防止するためにも、表示画面の最大輝度が基準最大輝度を上回らないようにすることがやはり重要である。
【０００７】
しかるに、従来の液晶プロジェクタでは、表示画面の最大輝度に対する制御は行われていなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そのため、従来の液晶プロジェクタでは、規定よりも大きいレベルの映像信号が入力したときなどに、最大輝度が基準最大輝度を上回ってしまって性能や画質が劣化したり、液晶パネルの故障や破壊を招くことがあった。
【０００９】
こうした問題を解決するための１つの方法としては、映像信号処理回路１１において、入力映像信号のレベルを規定レベル以内に収めるような制御を行うことも考えられる。
【００１０】
しかし、入力映像信号のレベルと表示画面の最大輝度との相関関係は、一定ではなく、個々の液晶パネル毎に若干のばらつきがあるとともに、同じ液晶パネルであっても年数の経過に伴って変化することがある。
【００１１】
したがって、この方法では、個々の液晶プロジェクタ毎に表示画面の最大輝度に若干のばらつきが生じたり、同じ液晶プロジェクタであっても年数の経過に伴って表示画面の最大輝度が変化したりしてしまうので、性能や画質の点で好ましくない。
【００１２】
さらに、液晶パネルによっては、入力映像信号が規定レベル以内であっても表示画面の最大輝度が基準最大輝度を上回る場合があり得る。そうした場合、この方法では、性能や画質の劣化を防止することはできない。
【００１３】
本発明は、上述の点に鑑み、液晶プロジェクタのような投射型表示装置において、表示画面の最大輝度に対する制御を行うことにより、設計者が意図した性能や画質を確保するとともに、液晶パネルのような表示素子の故障や破壊を防止できるようにすることを課題としてなされたものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本出願人は、入力映像信号に応じた駆動信号を表示素子に印加し、この表示素子で形成された画像を投射する投射型表示装置において、表示画面の輝度を検出する輝度検出手段と、この輝度検出手段の検出結果に基づいてこの駆動信号のレベルを制御する制御手段とを備えたものを提案する。
【００１５】
この投射型表示装置では、スクリーン上の表示画面の輝度が輝度検出手段で検出され、その検出された輝度に基づいて表示素子への駆動信号のレベルが制御手段で制御されることにより、表示画面の最大輝度に対する制御が行われる。
【００１６】
このように、表示画面の輝度そのものの検出結果に基づいて表示画面の最大輝度を制御することにより、表示画面の最大輝度の制御が、個々の表示素子毎の入力映像信号のレベルと表示画面の最大輝度との相関関係のばらつきや年数の経過によるこの相関関係の変化とは無関係に行われるとともに、入力映像信号が規定レベルを上回っているか否かとは無関係に行われる。
【００１７】
これにより、設計者が意図した性能や画質を確保するとともに、表示素子の故障や破壊を防止することができるようになる。
【００１８】
なお、この投射型表示装置において、輝度検出手段は、例えば、スクリーン上の表示画面の周辺の箇所か、表示素子における画像形成範囲（スクリーン上の表示画面に対応する範囲）の周辺の箇所に設置するようにすればよい。
【００１９】
また、その場合には、例えば、入力映像信号のピークレベルを検出する手段と、表示素子の設置箇所を対象とする信号として、ピークレベルに応じたレベルの信号を発生して入力映像信号に加算する手段とをさらに備えることが好適である。
【００２０】
それにより、入力映像信号のピークレベルに応じた光量（表示画面において最も明るく表示すべき部分に照射される最大の光量に応じた光量）の光が輝度検出手段に直接照射されるので、表示画面の最大輝度をより一層高精度に検出できるようになる。
【００２１】
あるいはまた、輝度検出手段は、リア式の投射型表示装置内にスクリーンに向けて設置したり、フロント式の投射型表示装置の表面に投射光の方向（スクリーンの方向）を向けて設置したりしてもよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を液晶プロジェクタに適用した例を、図面を用いて具体的に説明する。
【００２３】
図１は、本発明を適用したリア式液晶プロジェクタにおける、輝度検出手段としてのフォトダイオードの設置箇所を示す。リア式液晶プロジェクタ内では、同図Ａのように、投射レンズ１からの光が、ミラー２で反射されて透過型のスクリーン３に投射される。
【００２４】
この光のうち、スクリーン３のうち、同図Ｂに斜線で描いた窓枠状の周辺部以外の範囲は、外側から見える範囲である。すなわち、スクリーン３のこの周辺部以外の範囲が表示画面になる。
【００２５】
これに対し、この周辺部は、光は投射されるが外側からは見えない（表示画面ではない）部分であり、余裕を持たせた部分である。
【００２６】
このリア式液晶プロジェクタでは、スクリーン３の内側の面（外部に露出していないほうの面）のこの周辺部の上下左右四箇所に、それぞれフォトダイオード４が設置されている。
【００２７】
図２は、このリア式液晶プロジェクタの信号処理系を示し、図１０と共通する部分には同一の符号を付している。外部からこのリア式液晶プロジェクタに入力した映像信号が、映像信号処理回路１１で画質改善や画素変換等の処理を施された後、加算回路２４の一方の＋（プラス）入力端子に送られる。
【００２８】
また、この入力映像信号は、ピーク検出ホールド回路２１にも送られる。ピーク検出ホールド回路２１は、１フレーム毎に入力映像信号のピークレベルを検出し、次のフレームの間そのピークレベルを保持した信号を出力する。この出力信号は、ゲインコントローラ２３に制御信号として送られる。
【００２９】
内蔵信号発生回路２２は、図１に示したスクリーン３の窓枠状の周辺部のみを対象とする（周辺部分に対応する走査線や走査期間のうち周辺部に対応する期間では一定のレベルであり、それ以外ではレベルが０である）内蔵信号を発生するものである。この内蔵信号は、ゲインコントローラ２３に送られる。
【００３０】
ゲインコントローラ２３では、この内蔵信号が、ピーク検出ホールド回路２１からの信号と同じレベルにゲイン調整された後、加算回路２４のもう一方の＋入力端子に送られる。加算回路２４の出力信号は、駆動回路２５に送られる。
【００３１】
また、図１に示した各フォトダイオード４の出力電圧が、駆動制御回路２６に送られる。
【００３２】
図３は、駆動回路２５及び駆動制御回路２６の構成を示す。駆動回路２５では、映像信号処理回路１１からの映像信号が、駆動波形変調回路３１で液晶駆動波形（図１０の従来例における駆動回路１２からの液晶駆動波形と同じ波形）に変調されて、減算回路３３の＋入力端子に送られる。
【００３３】
駆動制御回路２６では、各フォトダイオード４の出力電圧が、加算平均回路３４で加算平均されて、比較回路３６の一方の比較入力端子に送られる。また、基準電圧源３５からの基準電圧が、比較回路３６のもう一方の比較入力端子に送られる。
【００３４】
基準電圧源３５の基準電圧は、このリア式液晶プロジェクタの表示画面（スクリーン３の周辺部以外の範囲）の最大輝度が基準最大輝度と一致しているときの加算平均回路３４の加算平均結果と同じレベルに設定されている。
【００３５】
比較回路３６は、加算平均回路３４からの加算平均電圧と基準電圧とを比較し、この加算平均電圧のレベルが基準電圧を超えている場合に、その超過レベルに応じたレベルの信号を出力する。この出力信号は、駆動回路２５内の直流電圧発生回路３２に制御信号として送られる。
【００３６】
直流電圧発生回路３２は、比較回路３６からの制御信号のレベルに応じたレベルの直流電圧を出力する。この直流電圧は、減算回路３３の−（マイナス）入力端子に送られる。
【００３７】
減算回路３３の出力信号は、図２に示すように、液晶駆動波形として駆動回路２５から液晶パネル１３に印加される。
【００３８】
液晶パネル１３では、照明光学系からの入射光がこの印加電圧によって変調されることによって画像が形成され、この画像が図１の投射レンズ１及びミラー２を経てスクリーン３に投射される。
【００３９】
次に、このリア式液晶プロジェクタの動作を説明する。外部からこのリア式液晶プロジェクタに映像信号が入力すると、ピーク検出ホールド回路２１，内蔵信号発生回路２２，ゲインコントローラ２３及び加算回路２４により、その映像信号のフレーム毎のピークレベルと一致したレベルの内蔵信号が、その映像信号と重畳されて駆動回路２５に送られる。
【００４０】
そして、この内蔵信号を重畳した映像信号が、駆動回路２５の駆動波形変調回路３１で液晶駆動波形に変調されて、液晶パネル１３に印加される。
【００４１】
これにより、スクリーン３の周辺部の輝度は、スクリーン３の表示画面の最大輝度とほぼ一致するようになる。したがって、スクリーン３の周辺部に設置したフォトダイオード４により、スクリーン３の表示画面の輝度を検出することができる。
【００４２】
この表示画面の最大輝度が基準最大輝度以下である場合には、スクリーン３の周辺部の輝度も概ね基準最大輝度以下になるので、各フォトダイオード４の出力電圧に基づく駆動制御回路２６の加算平均回路３４での加算平均結果が基準電圧源３５の基準電圧以下のレベルになる。
【００４３】
したがって、その場合には駆動制御回路２６の比較回路３６から駆動回路２５の直流電圧発生回路３２には制御信号が送られないので、駆動回路２５からは、駆動波形変調回路３１で変調された液晶駆動波形が引き続きそのまま液晶パネル１３に印加される。
【００４４】
図４Ａは、表示画面の最大輝度がちょうど基準最大輝度と一致しているときの液晶駆動波形のレベルを示す。直流成分のレベルはＬ０であり、振幅レベルは規定上の最大レベルであるＬ１になっている。
【００４５】
これに対し、表示画面の最大輝度が基準最大輝度を上回っている場合には、スクリーン３の周辺部の輝度も基準最大輝度を上回るので、各フォトダイオード４の出力電圧に基づく駆動制御回路２６の加算平均回路３４での加算平均結果が基準電圧源３５の基準電圧のレベルを超える。
【００４６】
このように表示画面の最大輝度が基準最大輝度を上回る状態が続くと、表示画面が明るくなりすぎるなど、性能や画質が劣化してしまう。
【００４７】
また、このように表示画面の最大輝度が基準最大輝度を上回っている状態では、図５に示すように、規定よりも大きいレベルの映像信号がこのリア式液晶プロジェクタに入力し、その結果、図４Ｂに示すように、液晶駆動波形の振幅レベルが規定上の最大レベルＬ１を超えたＬ２になっていることが一般的であるので、液晶パネル１３の故障や破壊を招くこともある。
【００４８】
しかし、このように表示画面の最大輝度が基準最大輝度を上回っている場合には、駆動制御回路２６の比較回路３６から、その超過レベルに応じたレベルの制御信号が駆動回路２５の直流電圧発生回路３２に送られる。
【００４９】
したがって、直流電圧発生回路３２からその超過レベルに応じたレベルの直流電圧が減算回路３３に送られ、駆動回路２５からはその直流電圧分だけ直流成分のレベルの低い液晶駆動波形が液晶パネル１３に印加されるようになるので、表示画面の最大輝度が低下する。
【００５０】
このようなフィードバック制御が、最大輝度が基準最大輝度に一致するまで行われる。そして、最大輝度が基準最大輝度に一致すると、比較回路３６から制御信号が出力されなくなるので制御が終了する。
【００５１】
図４Ｃは、このフィードバック制御後の液晶駆動波形のレベルを、同図Ｂと対応させて示している。直流成分のレベルがＬ０−（Ｌ２−Ｌ１）にまで低下することにより、振幅レベルが規定上の最大レベルであるＬ１になっている。
【００５２】
このように、このリア式液晶プロジェクタでは、スクリーン３上の表示画面の輝度がフォトダイオード４で検出され、その検出された輝度に基づいて液晶パネル１３への液晶駆動波形のレベルが制御されることにより、表示画面の最大輝度に対する制御が行われる。
【００５３】
このように、表示画面の輝度そのものの検出結果に基づいて表示画面の最大輝度を制御することにより、表示画面の最大輝度の制御が、個々の液晶パネル１３毎の入力映像信号のレベルと表示画面の最大輝度との相関関係のばらつきや年数の経過によるこの相関関係の変化とは無関係に行われるとともに、入力映像信号が規定レベルを上回っているか否かとは無関係に行われる。
【００５４】
これにより、設計者が意図した性能や画質を確保するとともに、液晶パネル１３の故障や破壊を防止できるようになっている。
【００５５】
さらに、例えば液晶駆動波形の直流成分のレベルを変化させないまま振幅レベルを低下させた場合（図４Ｂにおいて直流成分のレベルをＬ０にしたまま振幅レベルをＬ１にした場合）には階調性が悪化するが、図４Ｃのように直流成分のレベルのほうを低下させることにより、階調性の悪化も防止される。
【００５６】
次に、このリア式液晶プロジェクタの変更例をいくつか説明する。図６は、液晶パネル１３が透過型液晶パネルである場合の、輝度検出手段としてのフォトダイオード４の設置箇所の別の例を示す。この例では、スクリーン３ではなく、液晶パネル１３の光の出射側の面（投射レンズ１側の面）の周辺部（スクリーン３の周辺部への投射光が出射される部分）の上下左右四箇所に、それぞれフォトダイオード４が設置されている。
【００５７】
液晶パネル１３の光の出射側の面の周辺部の光量はスクリーン３の周辺部の輝度と対応関係があるので、この例でも、やはりスクリーン３の表示画面の輝度を検出することができる。
【００５８】
なお、図１や図６の例において、フォトダイオード４を、上下左右四箇所ではなく、少なくともいずれか一箇所に設置にしてもよい。（一箇所の場合には、駆動制御回路２６には図３に示した加算平均回路３４は必要なく、フォトダイオード４の出力電圧を比較回路３６に送ればよい。）
【００５９】
図７は、輝度検出手段の別の設置例を示しており、図１と共通する部分には同一符号を付している。この例では、フォトダイオード４ではなく、ＣＣＤ５が、投射レンズ１・ミラー２間の光路の近傍の箇所に、スクリーン３に向けて設置されている。
【００６０】
透過型のスクリーン３においても投射光の一部は反射してＣＣＤ５に届くので、この例でも、やはりスクリーン３の表示画面の輝度を検出することができる。
【００６１】
なお、この例の場合には、スクリーン３や液晶パネル１３の周辺部の輝度から間接的に表示画面の輝度を検出するのではなく、表示画面の輝度を直接検出するので、図２に示したピーク検出ホールド回路２１，内蔵信号発生回路２２，ゲインコントローラ２３のような内蔵信号のための回路は必要ない。
【００６２】
したがって、この例の場合には、信号処理系は図８に示すような構成にしてよい。また、この図８の信号処理系の駆動制御回路２６では、図３に示した加算平均回路３４は必要なく、ＣＣＤ５の出力電圧を比較回路３６に送るとともに、基準電圧源３５の基準電圧を、表示画面の最大輝度が基準最大輝度と一致しているときのＣＣＤ５の出力電圧と同じレベルに設定すればよい。
【００６３】
最後に、本発明をフロント式液晶プロジェクタに適用した例について説明する。図９は、本発明を適用したフロント式液晶プロジェクタにおける、輝度検出手段としてのＣＣＤの設置箇所を示す。フロント式液晶プロジェクタ４１の表面に、ＣＣＤ５が、投射光の方向（スクリーン４２の方向）を向けて設置されている。
【００６４】
この例でも、スクリーン４２の表示画面の輝度を直接検出することができる。したがって、このフロント式液晶プロジェクタの信号処理系の構成は、図８の例の信号処理系と同じであってよい。
【００６５】
なお、以上の各例では、液晶プロジェクタに本発明を適用したが、例えばＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）やＣＲＴのような、液晶パネル以外の非発光型あるいは自発光型の表示素子を用いた投射型表示装置にも本発明を適用してよい。
【００６６】
さらには、例えば直視型の液晶ディスプレイにおいても、以上に説明したリア式液晶プロジェクタにおけるのと同様にして（図６の例のように液晶パネル周辺部の箇所にフォトダイオードを設置して）、表示画面の輝度を制御するようにしてもよい。
【００６７】
また、本発明は、以上の例に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、その他様々の構成をとりうることはもちろんである。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る投射型表示装置によれば、表示画面の輝度そのものの検出結果に基づいて表示画面の最大輝度を制御することにより、表示画面の最大輝度の制御が、個々の表示素子毎の入力映像信号のレベルと表示画面の最大輝度との相関関係のばらつきや年数の経過によるこの相関関係の変化とは無関係に行われるとともに、入力映像信号が規定レベルを上回っているか否かとは無関係に行われる。
【００６９】
これにより、投射型表示装置において、設計者が意図した性能や画質を確保するとともに、表示素子の故障や破壊を防止することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したリア式液晶プロジェクタにおけるフォトダイオードの設置箇所を示す図である。
【図２】本発明を適用したリア式液晶プロジェクタの信号処理系の構成を示す図である。
【図３】図２の駆動回路及び駆動制御回路の構成を示す図である。
【図４】液晶駆動波形のレベルを示す図である。
【図５】表示画面の輝度が基準最大輝度を上回ったときの入力映像信号のレベルを示す図である。
【図６】フォトダイオードの設置箇所の別の例を示す図である。
【図７】輝度検出手段の別の設置例を示す図である。
【図８】信号処理系の別の例を示す図である。
【図９】本発明を適用したフロント式液晶プロジェクタにおけるＣＣＤの設置箇所を示す図である。
【図１０】従来の液晶プロジェクタの信号処理系の概要を示す図である。
【符号の説明】
１　投射レンズ、　２　ミラー、　３　スクリーン、　４　フォトダイオード、　５　ＣＣＤ、　１１　映像信号処理回路、　１３　液晶パネル、　２１　ピーク検出ホールド回路、　２２　内蔵信号発生回路、　２３　ゲインコントローラ、　２４　加算回路、　２５　駆動回路、　２６　駆動制御回路、　３１　駆動波形変調回路、　３２　直流電圧発生回路、　３３　減算回路、　３４　加算平均回路、　３５　基準電圧源、　３６　比較回路
【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】
2004013114.tif 000007
【図６】
2004013114.tif 000008
【図７】
2004013114.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004013114.tif 000011
【図１０】
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