(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の液晶ライトバルブからそれぞれ出射される単色画像を光学系により合成してカラー画像を生成し、スクリーンに投写する投射型液晶表示装置において、
前記光学系により合成された画像の複数の所定の位置の色度と基準色度との間の色度偏差に基づき前記合成された画像の色むらの空間的分布の状態を求め、該状態が、予め記憶されている複数の異なる色むらの空間的分布の状態のいずれに対応するかを特定する第１の手段と、前記特定された色むらの空間的分布の状態に基づき、色相調整を行うために各色の入力色信号を補正するガンマカーブをシフトすることにより出力信号レベルをシフトさせ、前記合成された画像の各点の色度を補正する第２の手段とを備え、
前記第２の手段は、前記記憶されている複数の異なる色むらの空間的分布の状態にそれぞれ対応付けられており、画像の画素の位置を変数とする関数の値の数値演算により、前記ガンマカーブのシフト量を算出する数値演算手段を有すること
を特徴とする投写型液晶表示装置。
【請求項２】
０％出力信号レベル及び１００％出力信号レベルは、シフトさせず固定することを特徴とする請求項１に記載の投写型液晶表示装置。
【請求項３】
前記色むらの空間的分布の状態は、画面を複数の領域に分割したときの各領域の平均の色度偏差の順位と、各領域間の平均の色度偏差の差分の値とにより規定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の投写型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ライトバルブとして機能する複数の液晶パネルからそれぞれ出射される単色画像を光学系により合成してカラー画像を生成し、スクリーンに投写する投射型液晶表示装置（液晶プロジェクタ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶プロジェクタでは、３枚の液晶パネルをそれぞれ透過したＲ、Ｇ、Ｂの単色画像を合成してカラー画像を生成しスクリーンに投写するが、これらの３枚の液晶パネルの特性にばらつきがあることは避けられない。また、液晶パネルの構成部品であるＲ、Ｇ、Ｂ分離用のダイクロイックミラーの透過率のばらつきや光源ランプの色温度のばらつき等により各液晶パネルに入射する光の強度にもばらつきがある。また、液晶パネルの周辺温度は各部分で異なり、液晶の各部分の透過率にばらつきが出るので液晶パネルを透過した光は面内において均一にはなり難い。このような理由から、液晶プロジェクタにより投写される映像には特有の色むらが発生する。
【０００３】
上記の色むらを解消する為に、画面上のいくつかの点における色度を測定器により測定し、基準値との差分だけ、各画素のＲ、Ｇ、Ｂ信号に補正を加えるようにすることが知られている。以下に、その具体的例を説明する。
【０００４】
（１）例えば５０％ホワイトの信号を液晶プロジェクタに供給し、そのときの画面を例えば、図１１に示すように横に２０分割、縦に１５分割し、分割線が互いに交差する点及び分割線が各辺と交わる点の色度を測定し（この場合、測定点は２１×１６=３３６箇所となる）、
（２）各点の色度の基準値からの差分を求め、
（３）補正回路により、各測定点に対し、（２）で求めた差分だけ、デジタル化されたＲ、Ｇ、Ｂ信号に加算または減算し、各点の色度を基準値に近づけるようにする。なお、補正したそれぞれの点の間は、直線補間を行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の色むら補正方法では、直線補間を行うので補正の精度を高めるためには測定点の数を多くする必要がある。また、Ｒ、Ｇ、Ｂ信号に対する加減算や補間演算を行う複雑な色むら補正回路を液晶プロジェクタに別途搭載しなければならない。更に測定点数を多くすればそれだけ色むら補正に要する時間が長くなるため、液晶プロジェクタを量産する際の障害となる。
【０００６】
本発明の課題は、複雑な回路を用いることなく、色むらを短時間で補正できる投写型液晶表示装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、複数の液晶ライトバルブからそれぞれ出射される単色画像を光学系により合成してカラー画像を生成し、スクリーンに投写する投射型液晶表示装置において、前記光学系により合成された画像の複数の所定の位置の色度と基準色度との間の色度偏差に基づき前記合成された画像の色むらの空間的分布の状態を求め、該状態が、予め記憶されている複数の異なる色むらの空間的分布の状態のいずれに対応するかを特定する第１の手段と、前記特定された色むらの空間的分布の状態に基づき、色相調整を行うために各色の入力色信号を補正するガンマカーブをシフトすることにより出力信号レベルをシフトさせ、前記合成された画像の各点の色度を補正する第２の手段とを備え、前記第２の手段は、前記記憶されている複数の異なる色むらの空間的分布の状態にそれぞれ対応付けられており、画像の画素の位置を変数とする関数の値の数値演算により、前記ガンマカーブのシフト量を算出する数値演算手段を有することを特徴とする投写型液晶表示装置により解決される。
【０００９】
０％出力信号レベル及び１００％出力信号レベルは、シフトさせず固定とすることが好ましい。
【００１０】
色むらの空間的分布の状態は、画面を複数の領域に分割したときの各領域の平均の色度偏差の順位と、各領域間の平均の色度偏差の差分の値とにより規定することが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１において、２５は本発明に従う投写型液晶表示装置であり、３３は該投写型液晶表示装置（以下、液晶プロジェクタという）の画面上の各測定点の色度を測定する測定器である。
【００１２】
液晶プロジェクタ２５は、信号入力部１、Ａ／Ｄ変換器２、３、４、デジタル信号処理部５、セレクター２６、２７、２８、画質改善処理部６、Ｄ／Ａ変換器７、８、９、駆動回路１０、１１、１２、液晶パネル１３、１４、１５、光学系１６、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）１７、メモリ１８、信号発生器２２から構成される。
【００１３】
不図示のパーソナルコンピュータ（以下、パソコンという）、ＶＣＲ等の映像信号源からの映像信号は信号入力部１に供給され、該信号入力部１は映像信号を、Ｒ、Ｇ、及びＢ信号にそれぞれ対応する色信号ｓ１、ｓ２、ｓ３としてＡ／Ｄ変換器２、３、４に送る。
【００１４】
デジタル信号処理部５は、Ａ／Ｄ変換器２、３、４によりアナログからデジタルにそれぞれ変換されたデジタル色信号ｓ１、ｓ２、ｓ３に対し、液晶パネルの画素数に適合させるための画素変換、メニュー表示、拡大縮小等の各種デジタル信号処理を加え、デジタルＲ信号ｓ４、Ｇ信号ｓ５、Ｂ信号ｓ６を生成し、セレクター２６、２７、２８を介し画質改善処理部６に送る。
【００１５】
セレクター２６、２７、２８は、内部の信号発生器２２を用いて色相調整および色むら補正を行うときは、デジタル信号処理部５からの色信号ｓ４、ｓ５、ｓ６を遮断し、信号発生器２２が生成する調整用のＲ、Ｇ、Ｂの各信号を画質改善処理部６に送る。
【００１６】
ただし、信号入力部１に別の信号発生器を接続し、調整用信号を外部から供給して液晶プロジェクタの色相調整際および色むらを補正する場合には、セレクター２６、２７、２８は、デジタル信号処理部５からの信号をそのまま画質改善処理部６に送る。
【００１７】
画質改善処理部６は、まず、使用する液晶パネルの平均的特性に適合するガンマカーブにより、デジタルＲ信号ｓ４、Ｇ信号ｓ５、Ｂ信号ｓ６の各色信号をそれぞれ補正し色相調整する。画質改善処理部６は更に、色むらをなくすためにガンマカーブにより補正されたＲ、Ｇ、Ｂの色信号を、マイコン１７からの補正データにより更に補正する。この補正は、図７に示すように、ガンマカーブを上下にシフトすることによって行われる。
【００１８】
画質改善処理部６により補正されたＲの色信号ｓ７はＤ／Ａ変換器７に、Ｇの色信号ｓ８はＤ／Ａ変換器８に、Ｂの色信号ｓ９はＤ／Ａ変換器９に送られ、それぞれアナログ信号に変換される。
【００１９】
駆動回路１０〜１２は、Ｄ／Ａ変換器７〜９によりアナログ信号に変換されたＲ、Ｇ、Ｂの各色信号のレベルを液晶パネルの仕様に適合するレベルに変換し、Ｒ、Ｇ、Ｂの各液晶パネル１３〜１５に供給する。
【００２０】
液晶パネル１３、１４、１５は、不図示の光源から出射される光を受け、各画素が選択的に光を透過させることによりライトバルブとして機能する。これにより得られるＲ、Ｇ、Ｂの各画像は、鏡、レンズ等で構成された光学系１６に出力され、該光学系１６で合成されて不図示のスクリーンに投写される。
【００２１】
マイコン１７は、画質改善処理部６において色相の調整に用いるガンマカーブと、色むらの補正のためのガンマカーブのシフト量とを決定する。マイコン１７はガンマカーブのシフト量を決定するために後述の色むら補正面を作成する。メモリ１８には、色むら補正面をつくるための関数、該関数の係数値、複数の色むら補正面の組み合わせパターン情報等が記憶されている。
【００２２】
通信ポート２１は、マイコン１７が不図示のパソコンや、測定器３３との間でＵＳＢ、ＲＳ２３２Ｃ等の通信ケーブルを介して通信を行うために備えられている。測定器３３は、光学系１６の不図示の投写レンズから出射される投写光を受光し、この投写光の色度を表すｘｙ色度図上でのｘ値、ｙ値を計測し、計測データを通信ポート２１を経由してマイコン１７の入出力ポート１７ｃに送る。マイコン１７はまた、メモリ１８とのデータのやりとりを入出力ポート１７ａを介して実行し、更に出力ポート１７ｄを介して色むら補正のための補正データを画質改善処理部６に出力する。
【００２３】
信号発生器２２は、色相調整時及び色むら補正時にマイコン１７から出力される指令信号ｓ１６を受けて、調整用のホワイト信号をセレクター２６、２７、２８に送る。
【００２４】
図２に、画質改善処理部６の内部構成を示す。画質改善処理部６は、色むら補正部６ａ、６ｂ、６ｃを備え、各色むら補正部は、マイコン１７から送られるガンマカーブを取り込み、Ｒ信号ｓ４、Ｇ信号ｓ５、Ｂ信号ｓ６に対し、ガンマ補正（色相調整）と色むら補正とをそれぞれ行い、Ｒ信号ｓ７、Ｇ信号ｓ８、Ｂ信号ｓ９を生成してＤ／Ａ変換器７〜９に送る。
【００２５】
前述したように、色むら補正は、液晶プロジェクタで使用する液晶パネルの平均的特性に適合するガンマカーブを、図７に示すようにシフトさせることにより行われる。ガンマカーブのシフト量は画素毎に異なる。本実施形態では、出力信号レベルが５％刻みで増減するようにガンマカーブをシフトさせる。この際、コントラストの低下や黒浮き（黒レベルの変動）を防ぐために、図７に示すように入力信号の０％レベル及び１００％レベルに対応する出力信号のレベル、即ち白レベル及び黒レベルは固定とし、５％から９５％の範囲のレベルのみを５％刻みでシフトさせ、０から５％の間、及び９５％から１００％の間は直線で補間することが好ましい。
【００２６】
次に、図１０に示すｘｙ色度図を用いて、上記の液晶プロジェクタ２５における色むら補正の具体的手順を説明する。
【００２７】
先ず、ステップ１で、信号発生器２２から例えば５０％ホワイトの信号を出力し、光学系１６の投写レンズから投写される投写光の色度のｘ値、ｙ値を測定器３３で測定する。尚、ここでは、信号発生器２２を用いて色むら補正を行っているが、外部の信号発生器を液晶表示装置に接続すれば、信号発生器２２は使用しない。
【００２８】
本実施形態では、図８に示すように画面を、それぞれ１６個のブロックからなる４つの領域Ｉ、II、III、IVに分割し、各ブロックの中心に対向するように６４個の色度測定器を配置する。これらの測定器により各ブロックの色度を測定し、その結果から領域Ｉ、II、III、IVのそれぞれにおける色むらの空間的分布のパターンを求める。
【００２９】
一方、色むらの種々の空間的分布パターンに対応するために、マイコン１７は、図３に示すような、３次元直交座標で表される曲面を色むら補正面として作成し、メモリ１８に格納しておく。色むら補正面は関数の演算により作成されるので、メモリ１８には、各パターンに対応した関数及び関数の係数等を格納しておくだけでよい。図３のＸ軸は画面の水平方向、Ｙ軸は画面の垂直方向にそれぞれ対応し、曲面のＺ軸成分は、ガンマカーブのシフト量に対応している。本実施形態では、メモリ１８には、図４に示すような色むら補正面ａ〜ｈが格納されている。
【００３０】
ここで、測定された画面の色むらの状況が、図５のexample２に示すような、画面左端で緑の色調が強すぎるものであると仮定する。このとき、マイコン１７は、領域Ｉ及びIIIの色むら補正のために、領域Ｉ及びIIIのそれぞれについては図４の色むら補正面ｂを選択し、領域II及びIVについては補正面として不図示の平坦面を選択する。尚、色むら補正面の選択の具体的手順は後述する。
【００３１】
このような状況では、図９に示した画面の左端の８個のブロック▲１▼から▲８▼の色むらが大きく、図１０に示すように、画面左端の初期色度は調整範囲から離れている。この初期色度は、ブロック▲１▼から▲８▼の中、色度図上で色度が調整範囲から最も離れているブロックのｘ値及びｙ値と、調整範囲に最も近いブロックのｘ値及びｙ値をそれぞれ足して２で割った値で表される色度に最も近い色度を有するブロックの色度を表している。
【００３２】
次のステップ２では、Ｒ、Ｇ、Ｂ信号にそれぞれ適用されるガンマカーブの中、Ｂ信号に適用されるガンマカーブのシフト量を決定する。このシフト量の決定では、マイコン１７は、色むら補正面を規定する関数の係数を変化させ、該色むら補正面のＺ軸成分を５％刻みで変化させることにより、Ｂ信号に適用されるガンマカーブを５％刻みで上昇させ、上記初期色度を有するブロックのｙ値を減少させる。これにより、ｙ値が図１０の調整範囲内に収まるようにする。
【００３３】
次のステップ３では、同様にしてＲ信号に適用するガンマカーブのシフト量を決定する。即ち、マイコン１７は、関数の係数を変化させることにより、Ｒ信号に適用されるガンマカーブを５％刻みで下降させて上記初期色度を有するブロックのｘ値を減少させ、ｘ値が図１０の調整範囲内に収まるようにする。
【００３４】
ここで、ｘ値及びｙ値の両方が調整範囲に入っているか否かを再度確認し、そうでなければシフト量を変えて上記のステップを繰り返し、最終的にｘ値及びｙ値が共に調整範囲内に入った時点で色むら補正を終了する。
【００３５】
色むら補正が終了した時点で、マイコン１７は各領域に適用すべき色補正面、即ち、関数と、該関数の係数とをメモリ１８に格納し、液晶プロジェクタの通常の使用時には、マイコン１７がメモリ１８に記憶されている上記内容に基づき画質改善処理部６にガンマカーブのシフト量を指示する。これにより、色むらのない映像をスクリーンに投写することができる。このように、画像の色むらの空間的分布の状態が予めメモリ１８に記憶されている色むらの空間的分布の状態のどれに対応するかを特定し、その状態に適した色むら補正を行うことにより、測定点数が少なくても的確な色むら補正を行うことができる。また、マイコン１７が、各画素の色度の補正量を、画素位置を変数とする所定の関数の演算により求めるので、多数の測定点の測定値を用いた複雑な間演算を行う必要がなく、簡単な構成で短時間に色むら補正を行うことができる。
【００３６】
なお、本実施の形態では、Ｒ、Ｇ、Ｂすべてのガンマカーブのシフト量を調整していたのでは、色度を調整範囲内に収めるのに長時間を要するという理由から、Ｇのガンマカーブは固定とし、ＢとＲのガンマカーブのみを調整しているが、Ｂのガンマカーブを固定とし、ＲとＧのガンマカーブを調整するようにしてもよい。
【００３７】
ここで、色むら補正面の作成のための関数演算の例を説明する。図３のＸ、Ｙ、Ｚ直交座標系において、例えば、関数Ｚ＝ａＸ2で表される曲線をy軸方向に平行移動させれば画面の辺部の色むらを補正する補正面が得られる。また、Ｚ＝ａＸ2で表される曲線とＺ＝ａＹ2で表される曲線とを組み合わせれば、画面の隅の色むらを補正する補正面が得られる。また、係数aを変化させることによって補正面の曲率を変化させ、シフト量を調整することとができる。
【００３８】
画面を４つの領域に分割し、各領域ごとに色むらを補正する場合には、マイコン１７により作成される色むら補正面を４つ用いる。例えば、例えば、図４に示すように、画面の左上隅と右下隅に色むらがある場合、領域ＩとIVにそれぞれ、補正面ｆ、ｅを適用し、領域II及びIIIには平坦面を適用すればよい。
【００３９】
次に、画面の各領域に適用する補正面を選択する手順の例を説明する。ここでは、図８で説明したように、画面をＩ、II、III、IVの４領域に分割し、さらに、各領域を１６のブロックに分割し、各ブロックの中心にそれぞれ対向するように色度測定器を配置する場合について説明する。なお、以下は、図５のexample 1に示すように、画面左上隅に色むらがあると仮定している。
【００４０】
ステップ１で、領域Ｉ内の１６個のブロックのx、ｙ値をそれぞれ測定し、調整の基準値からの２乗誤差をそれぞれ計算し、１６個の平均２乗誤差、即ち１６個の２乗誤差の平均値を算出する。領域II、III、IVに対しても同様に平均２乗誤差を計算する。
【００４１】
ステップ２で、それぞれの領域の平均２乗誤差を値の大きい順番に並び替え、誤差の大きい領域から小さい領域に向けて順番に線で結ぶ（図５ example1参照）。領域の数が４であるので、線の結び方は、図６に示すように、２４通りのパターンに分類できる。ここでは、画面の左上隅に色むらがあり、平均２乗誤差の大きさの順番がＩ→III→II→IVであるので（図５参照）、Ｎを左右反転させた形のパターンとなる。
【００４２】
尚、平均２乗誤差の最も大きい領域の値が所定の閾値以上であれば、以下の色むら補正を行なうが、そうでないときは色むらは少ないと判断してこの処理を終了し、色むら補正の処理は行わない。
【００４３】
ステップ３で、４つの領域の平均２乗誤差の平均値を求め、平均２乗誤差がこの平均値より大きい領域がいくつあるか、また、平均２乗誤差が２番目に大きい領域と３番目に大きい領域の間の平均２乗誤差の差が所定の閾値より大きいか否かを調べ、その結果に応じて、色むら補正を行おうとする画面を後述のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄのいずれかのクラスに分類する。
【００４４】
ステップ４で、上記ステップ２で決定された画面の色むらのパターンとステップ３で決定されたクラスに基づき、色むら補正面を各領域毎に選ぶ。ここでは、画面の色むらのパターンがＮを左右反転した形のパターンであり、クラスがＡであるので、領域Ｉには色むら補正面ｆを選び、領域II、III、IVには平坦な色むら補正面を選ぶ。
【００４５】
次に、画面の色むらの各クラスへの分類の手順を説明する。Ｉ、II、III、IVの各領域の平均２乗誤差の平均値より大きい平均２乗誤差を有する領域が一つの時はクラスＡ、三つの時はクラスＤとする。また、この平均値より大きい平均２乗誤差を有する領域が二つあり、かつ平均２乗誤差が二番目に大きい領域と三番目に大きい領域との間の平均二乗誤差の差が、所定の閾値より大きい時はクラスＢ、該閾値以下のときはクラスＣとする。クラスＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは画面の色むらの以下の特徴を表す。
【００４６】
クラスＡ：  一つの領域の色むらが他の３つの領域に比べ特に大きい、
クラスＢ：  ２つの領域の色むらが他の２つの領域に比べ大きい、
クラスＣ：  ４つの領域の全てに色むらがあり、色むらの差は比較的小さい、
クラスＤ：  １つの領域の色むらが他の３つの領域に比べ非常に小さい。
【００４７】
図５のexample1、example2、example3、example4は、全て同じパターン（Ｎを左右反転した形のパターン）を有するが、クラスがそれぞれＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄであり、異なるので、画面の色むらの特徴により適した色むら補正面の組み合わせを選択することができる。このように、色むらの空間的分布の状態を、画面を複数の領域に分割したときの各領域の平均色度偏差の順位と各領域間の平均色度偏差の差分の値とにより規定することにより、より的確な色むら補正を行うことができる。
【００４８】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、画像の色むらの空間的分布の状態が予め記憶されている色むらの空間的分布の状態のどれに対応するかを特定すれば、その状態に適した色むら補正が行われるので、測定点数が少なくても的確な色むら補正を行うことができる。
【００４９】
請求項１に記載の発明によれば、数値演算手段が、各画素の色度の補正量を、画素位置を変数とする所定の関数の演算により求めるので、多数の測定点の測定値を用いた複雑な間演算を行う必要がなく、簡単な構成で短時間に色むら補正を行うことができる。
【００５０】
請求項１に記載の発明によれば、色相調整を行うガンマカーブをシフトさせることにより色むら補正を行うので、特別の色むら補正回路を搭載することが不要となる。
【００５１】
請求項２に記載の発明によれば、０％出力信号レベル及び１００％出力信号レベルは、シフトさせず固定とするのでコントラストの低下や黒レベルの変動を防止できる。
【００５２】
請求項３に記載の発明によれば、色むらの空間的分布の状態を、画面を複数の領域に分割したときの各領域の平均色度偏差の順位と各領域間の平均色度偏差の差分の値とにより規定するので、より的確な色むら補正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の投写型液晶表示装置の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】  図１の投写型液晶表示装置の画質改善処理部６の内部構成を示すブロック図である。
【図３】  関数演算による色むら補正面の作成手順を説明する図である。
【図４】  複数の色むら補正面の組み合わせの例を説明する図である。
【図５】  色むらの空間的分布の状態をパターン化及びクラス分けする手順の説明図である。
【図６】  画面を４領域に分割したときの色むらの２４種類のパターンを表す図である。
【図７】  ガンマカーブのシフトの手順を説明する図である。
【図８】  画面分割の説明図である。
【図９】  画面を６４ブロックに分割したときの、左端の８個のブロックを示す図である。
【図１０】  ｘｙ色度座標上での色度補正の例を説明する図である。
【図１１】  従来の投写型液晶表示装置における画面分割の例を示す図である。
【符号の説明】
１  信号入力部、  ２〜４  Ａ／Ｄ変換器、  ５  デジタル信号処理部、  ６画質改善処理部、  ６ａ  Ｒ信号補正部、  ６ｂ  Ｇ信号補正部、  ６ｃ  Ｂ信号補正部、  ７〜９  Ｄ／Ａ変換器、  １０〜１２  駆動回路、１３〜１５  液晶パネル、  １６  光学系、  １７  マイコン、  １８  メモリ、  ２１  通信ポート、  ２２  信号発生器、  ２６〜  ２８  セレクター、  ３３  測定器。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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