(57)【要約】投射画像のコントラスト改善を目的とした光量制御を行うために使用していた絞りの光量調節機能を、長寿命化を目的とした光源駆動電力の変化による光量変化を相殺するように制御する。このような制御により、表示素子に入射する光量を一定に保ち、光源の長寿命化と輝度の揺らぎのない投射画像の両立を実現する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と
前記光源の駆動電力を制御する光源駆動部と
前記光源の駆動レベルを算出し、前記光源駆動部へ前記光源の駆動レベルを出力する光源駆動レベル算出部と、
前記光源の光量を調整する絞りと、
前記絞りの絞り量を制御する絞り制御部と、
前記光源駆動レベル算出部からの信号に基づいて前記絞り制御部に絞り量を出力する絞り制御レベル算出部と
前記光源光を変調する液晶パネルと、
前記液晶パネルを駆動する液晶駆動部と、
入力される映像信号を前記液晶パネルで駆動できる信号に変換する液晶映像信号処理部と、
前記液晶パネルの画像を拡大投射する投射レンズとを備え、
前記光源駆動レベル算出部は一定時間で変化を繰り返す駆動電力の揺らぎを発生させ、
前記絞り制御レベル算出部は前記駆動電力の揺らぎに対応した光源の輝度の揺らぎを相殺するように制御することを特徴とする
画像表示装置。
【請求項２】
前記光源、前記絞り、前記液晶パネル、前記投射レンズの順に、光路に沿って配置されることを特徴とする
請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
光源の光量を調整する補助絞りと、
前記補助絞りの絞り量を制御する補助絞り制御部と、
光源駆動レベル算出部からの信号に基づいて前記補助絞り制御部に絞り量を出力する補助絞り制御レベル算出部と、をさらに有することを特徴とする
請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記光源、前記絞り、前記液晶パネル、前記投射レンズ、前記補助絞りの順に、光路に沿って配置されることを特徴とする
請求項３に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記絞り制御レベル算出部は、入力される映像信号に基づいて絞り量を出力することを特徴とする
請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記光源、前記絞り、前記液晶パネル、前記投射レンズの順に光路に沿って配置されることを特徴とする
請求項５に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記補助絞りと、
前記補助絞り制御部と、
前記補助絞り制御レベル算出部と、をさらに有することを特徴とする
請求項５に記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記光源、前記絞り、前記液晶パネル、前記投射レンズ、前記補助絞りの順に、光路に沿って配置されることを特徴とする
請求項７に記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記入力される映像信号のＡＰＬが高い場合は、前記絞りの開口率を上げ、ＡＰＬが低い場合は、前記絞りの開口率を下げることを特徴とする
請求項５に記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記入力される映像信号に、前記光源の駆動電力を連動させることを特徴とする
請求項５に記載の画像表示装置。
【請求項１１】
前記光源の駆動電力が、所定の電力以上のときは、前記入力される映像信号に前記絞りのみを連動させ、前記所定の電力未満のときは、前記光源の駆動電力のみを連動させることを特徴とする
請求項１０に記載の画像表示装置。
【請求項１２】
前記入力される映像信号のＡＰＬに応じた前記絞りの可変範囲を、全黒から全白まで線形に変化させることを特徴とする
請求項９に記載の画像表示装置。
【請求項１３】
前記入力される映像信号のＡＰＬに応じた前記絞りの可変範囲を、全黒から全白まで指数曲線で変化させることを特徴とする
請求項９に記載の画像表示装置。
【請求項１４】
前記入力される映像信号のＡＰＬに応じた前記絞りの可変範囲を、全黒から全白まで対数曲線で変化させることを特徴とする
請求項９に記載の画像表示装置。
【請求項１５】
前記入力される映像信号の、画面の輝度分布をヒストグラム化した情報に基き、前記絞りの開口率を可変することを特徴とする
請求項５に記載の画像表示装置。
【請求項１６】
前記入力される映像信号に連動する前記絞りの制御範囲を、前記光源の駆動電力により可変することを特徴とする
請求項５に記載の画像表示装置。
【請求項１７】
前記入力される映像信号に連動する前記絞りの制御に、前記光源の駆動電力の変化を加味することを特徴とする
請求項５に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、光源からの光を透過型もしくは、反射型の光変調作用をもつ表示素子を空間的に変調し画像を表示する画像表示装置において、使用している光源の長寿命化と画質改善に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、画像表示装置の画質、静音化といった機器の性能のみならず、環境や資源の有効利用の観点から、機器、部品の寿命に関しても注目が集まってきている。プロジェクターを代表とする投写型画像表示装置は、放電灯等の光源や液晶パネル、偏光板等の光学部品が消耗品として挙げられ、如何にして使用時間を長くするかという点も訴求点のひとつとなっている。【０００３】  これまでに、放電灯等の光源の長寿命化に関しては、特開２００５−２０９５７２号公報に記載されたものが知られている。これは、光源の電力を制御する電力制御部と、光源の連続駆動時間を計測する点灯時間管理部とから構成される放電点灯装置である。この装置は、光源に供給する電力に関して電力変化範囲と電力変化周期とを変化波形で変化させることで、電力の実効値を低くすることができる。よって、通常使用する際の放電を起こす電極の磨耗を緩和することができ、更に光源の構成部品であるガラス部も連続で高温下にさらされることで起こる劣化を軽減することができる。従って、光源の長寿命化が実現される。【０００４】  また、画像表示装置のコントラストを向上させる手法の一つとして、光量を制御する絞り機構を用いる手法がある。これは、明るい映像では絞りを開いてより明るく、暗い映像では絞りを絞ってより暗く表現できるようにすることで、コントラスト感向上を実現する手法である。この技術内容は、特開２００１−１００６９９号公報に開示されている。【０００５】  しかしながら、上記のような従来の構成では、光源の長寿命化を実現する駆動方式を採用する場合、時間的に駆動電力を変動させ、その駆動電力に応じて光源輝度に揺らぎが生じるため、結果的に投射画面に輝度の揺らぎが生じ、輝度一定の映像であっても投射画面の輝度が安定しないという問題点を有していた。【０００６】  また、映像信号に連動して絞りを制御する光量制御や、レンズでの絞り制御等の方法では、コントラスト感の向上させる効果はあるが、光源からの輝度揺らぎによる影響を解決できないという課題があった。
【発明の開示】
【０００７】  本発明は、上述の従来問題点を解決するもので、光源及び光学部品の長寿命化と不自然な光源輝度の揺らぎのない画像を両立する画像表示装置を提供する。
【０００８】  本発明に係る画像表示装置は、光源と、光源の駆動電力を制御する光源駆動部と、光源の駆動レベルを算出し光源駆動部へ光源の駆動レベルを出力する光源駆動レベル算出部と、光源の光量を調整する絞りと、絞りの絞り量を制御する絞り制御部と、光源駆動レベル算出部からの信号に基づいて絞り制御部に絞り量を出力する絞り制御レベル算出部と、光源光を変調する液晶パネルと、液晶パネルを駆動する液晶駆動部と、入力される映像信号を液晶パネルで駆動できる信号に変換する液晶映像信号処理部と、液晶パネルの画像を拡大投射する投射レンズとを備え、光源駆動レベル算出部において一定時間で変化を繰り返す駆動電力の揺らぎを発生させ、絞り制御レベル算出部において当該駆動電力の揺らぎに対応した光源の輝度の揺らぎを相殺するように制御することを特徴とする。
【０００９】  このような構成により、光源の長寿命化のために光源の駆動電力を変化させるが、一方でこれに起因する光源輝度の揺らぎを相殺するように光路上に配置された絞り量を制御する。この絞り制御により、投射画像の輝度変化を補正することが可能となり、光源の長寿命化と光源輝度の揺らぎのない画像投影とを両立することを可能とする。
【００１０】  また、本発明に係る画像表示装置に備えられた絞り制御レベル算出部は、映像信号に基づいて絞りを制御してもよい。
【００１１】  このような制御を加えることにより、明るい映像では絞りをより開いた位置で光源駆動レベル算出部からの信号に応じた絞り制御が行なわれ、また、暗い映像では絞りをより閉じた位置で光源駆動レベル算出部からの信号に応じた絞り制御が行なわれる。光源の長寿命化のために光源の駆動電力を変化させるが、一方でこれに起因する光源輝度の揺らぎを相殺し、明るい映像ではより明るく、暗い映像ではより暗く画像を投影することを可能とする。
【００１２】  以上のように本発明に係る画像表示装置は、光源の長寿命化を実現し且つ光源輝度の揺らぎのない安定した光源輝度制御を可能とし、さらにコントラスト感を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は本発明の実施の形態１における画像表示装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態１における画像表示装置の光源駆動及び絞り制御特性の一例を示す説明図である。
【図３】図３は本発明の実施の形態１における画像表示装置の構成の他の一例を示すブロック図である。
【図４】図４は本発明の実施の形態１における画像表示装置の構成の他の一例を示すブロック図である。
【図５】図５は本発明の実施の形態１における画像表示装置の構成の他の一例を示すブロック図である。
【図６】図６は本発明の実施の形態１における画像表示装置の構成の他の一例を示すブロック図である。
【図７】図７は本発明の実施の形態１における画像表示装置の構成の他の一例を示すブロック図である。
【図８】図８は本発明の実施の形態２における画像表示装置の構成を示すブロック図である。
【図９】図９は本発明の実施の形態２における画像表示装置の光源駆動及び絞り制御特性の一例を示す説明図である。
【図１０】図１０は本発明の実施の形態２における画像表示装置の映像ＡＰＬと映像に連動する絞り制御の可変範囲の一例を示す説明図である。
【図１１】図１１は本発明の実施の形態２における画像表示装置の光源駆動及び絞り制御と映像ＡＰＬ変化の関係を示す説明図である。
【図１２】図１２は本発明の実施の形態２における画像表示装置の光源駆動及び映像ＡＰＬ変化に対する、絞り制御と光量変化の関係の一例を示す説明図である。
【図１３】図１３は本発明の実施の形態２における画像表示装置の光源駆動及び映像ＡＰＬ変化に対する、絞り制御と光量変化の関係の一例を示す説明図である。
【図１４】図１４は本発明の実施の形態２における画像表示装置の構成の他の一例を示すブロック図である。
【図１５】図１５は本発明の実施の形態２における画像表示装置の光源駆動及び絞り制御特性の他の一例を示す説明図である。
【図１６】図１６は本発明の実施の形態２における画像表示装置の光源駆動及び絞り制御特性の他の一例を示す説明図である。
【図１７】図１７は本発明の実施の形態２における画像表示装置の光源駆動及び絞り制御特性の他の一例を示す説明図である。
【図１８】図１８は本発明の実施の形態２における画像表示装置の構成の他の一例を示すブロック図である。
【図１９】図１９は本発明の実施の形態２における画像表示装置の構成の他の一例を示すブロック図である。
【図２０】図２０は本発明の実施の形態２における画像表示装置の構成の他の一例を示すブロック図である。
【図２１】図２１は本発明の実施の形態２における画像表示装置の構成の他の一例を示すブロック図である。
【図２２】図２２は本発明の実施の形態２における画像表示装置の構成の他の一例を示すブロック図である。
【図２３Ａ】図２３Ａは一般的な絞り構造を示す図である。
【図２３Ｂ】図２３Ｂは羽形状の絞り構造を示す図である。
【符号の説明】
【００１４】１    光源
２    光源駆動部
３    光源駆動レベル算出部
４    絞り
５    絞り制御部
６    絞り制御レベル算出部
７    液晶パネル
８    液晶駆動部
９    液晶映像信号処理部
１０  映像信号入力端子
１１  投射レンズ
１２  スクリーン
１３  補助絞り
１４  補助絞り制御部
１５  補助絞り制御レベル算出部
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】  （実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における画像表示装置の構成を示すブロック図である。図１において、画像表示装置の光源１は、高圧水銀ランプやメタルハライドランプ、キセノンランプ灯の放電灯やＬＥＤ、レーザー等で構成される。光源駆動部２は、光源１を駆動するための駆動電力を制御する。光源駆動レベル算出部３は光源１の駆動レベルを算出し、それを光源駆動部２へ出力する。絞り４は本発明に係る画像表示装置における光量を調整する。なお、絞り４には、図２３Ａに示すような一般的な絞り構造のものや、図２３Ｂに示すような絞り羽形状のものがある。絞り制御部５は、絞り４の絞り量を制御する。絞り制御レベル算出部６は、絞り制御部５に絞り量を出力する。液晶パネル７は、光変調作用を有する。液晶駆動部８は、液晶パネル７を駆動する。液晶映像信号処理部９は、入力される映像信号を液晶パネル７で駆動できる信号に変換する。映像信号入力端子１０は、本発明に係る画像表示装置に映像の信号を入力する。また、この画像表示装置からの映像は投射レンズ１１を介して、スクリーン１２に投影される。【００１６】  図２は本発明の実施の形態１における画像表示装置の光源駆動及び絞り制御特性の一例を示す説明図である。図２において、横軸は時間で、縦第一軸（左）は電力を、第二軸（右）は絞りの開口率を示し、第一軸括弧内の数値は各光源駆動電力に対する液晶パネル７に入射する光量を示している。また、実線は光源駆動レベル及び対応する光量の時間変化を、破線は絞りの開口率の時間変化を表している。【００１７】  以上のように構成された画像表示装置及び駆動方法について、図１、図２を用いて動作を説明する。【００１８】  図２に示すように、光源１の長寿命化のために光源駆動レベル算出部３からの制御信号により光源駆動部２が光源１の駆動電力を１００Ｗから１５０Ｗを１分周期で正弦波状に変化させる。すると、液晶パネルに入射する平均光束は各々１０００ｌｍから１５００ｌｍまで変化し、駆動電力の差による光量差が投射画像に揺らぎとして感知される。この揺らぎを解消するために、絞り４は光源１の駆動電力が高いときはさらに絞り、光源１の駆動電力が低いときはさらに開くように制御される。すなわち、絞り制御レベル算出部６が光源駆動レベル算出部３の制御信号により絞り量を算出し、絞り制御部５が絞り４を上記のように制御する。【００１９】  例えば光源が１５０Ｗで駆動しているときは絞り４により開口率を６０％とし、逆に１００Ｗで駆動している際は開口率を９０％とするというように、光源の駆動電力の変化に応じて絞り量（開口率）を変化させる。ここで示している絞り量とは、絞り４の可動域に対して全開した状態を開口率１００％、完全に閉じた状態を開口率０％とした割合である。絞り４の形状が前述の一般的な絞り構造のように円形状であれば周辺から中心までの範囲で、絞り羽形状のものであれば光路の上下もしくは左右から中心までの範囲で絞り４が変化する。【００２０】  このような制御により、
光量×開口率＝一定
１５００ｌｍ×６０％＝９００ｌｍ
１０００ｌｍ×９０％＝９００ｌｍ
となり、図２で実線の直線で示すように、安定した光量を得ることができる。【００２１】  以上のように、本実施の形態１によれば、光源の電力駆動と絞り制御を連動させる駆動方式を採用することで、光源の長寿命化と揺らぎのない投射画像を得ることができる。【００２２】  また、絞り４を光路上で液晶パネル７より光源側に配置した場合、液晶パネル７に入射する時間的に積分した全光量が低減するため、部品の劣化を抑制し寿命を延ばすという効果もある。なお、ここで述べている数式の数値はあくまでも一例に過ぎないもので、光源、光学系、表示素子の構成要素の性能や、要求される明るさ等に応じて設定すればよい。【００２３】  また、図２では光源１の駆動電力を１分周期の正弦波としたが、これは一例であり方形波やステップ上に変化する波形でもかまわない。さらに、入射する光を変調する光変調素子として透過型液晶パネルを例にして説明したが、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）、あるいは反射型液晶パネルとしてもかまわない。【００２４】  また、液晶プロジェクターの場合、透過型液晶パネルＲＧＢ３板方式が一般的だが、絞り４は光路上でＲＧＢ３色に分離する色分離光学系より光源側に配置される。そして、各色に分離された光が各々に相当するパネルに照射され、色合成光学系を経て投射レンズに入射する。なお、液晶パネル一枚の液晶プロジェクターや反射型液晶プロジェクター、ＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）を用いたプロジェクターに関しても、色分離光学系を有している場合は同様の位置に絞りを配置し、光変調素子を経た後、色合成光学系を経て投射レンズに入射するので、液晶プロジェクターと同様に扱える。【００２５】  図３及び図４は本発明の実施の形態１における画像表示装置の構成の他の一例を示すブロック図である。図２では光路上の絞り４の位置を光源１と液晶パネル７の間に配置したが、図３、図４のように液晶パネル７と投射レンズ１１の間、もしくは投射レンズ１１とスクリーン１２の間というようにいずれに配置してもよい。【００２６】  図５〜図７は本発明の実施の形態１における画像表示装置の構成の他の一例を示すブロック図である。図５〜図７に示すように、図１、図３、図４での絞り４と絞り制御部５、絞り制御レベル算出部６を補助する補助絞り１３、補助絞り制御部１４、補助絞り制御レベル算出部１５とを別途設け、分割して配置し光量の制御を行ってもよい。【００２７】  このような補助絞りを追加することにより、光量を微調整することができ、また、コントラストの調整も容易である。補助絞りは、前述の絞りと同様、どの位置に配置してもよく、投射レンズ内に設けるようにしてもよい。【００２８】  なお、上記の図３〜７においては図１と同じ機能のものには同じ符号を付している。また、絞り４は物理的に光量を変化させる例として図２３に示すような一般的な絞り構造のものや絞り羽形状のものの形状をあげたが、図２にも示すように表示素子に照射する光量またはスクリーンに投影される光量を安定に制御できるものであればこれに限るものではない。【００２９】  （実施の形態２）
図８は本発明の実施の形態２における画像表示装置の構成を示すブロック図である。図８において、図１に示すものと同等の箇所には同じ符号を付している。【００３０】  図１との差異は、映像信号入力端子１０からの映像信号が絞り制御レベル算出部６へ入力されていることである。【００３１】  図９は本発明の実施の形態２における画像表示装置の光源駆動及び絞り制御特性の一例を示す説明図である。図９において、各曲線は光源の駆動電力が正弦波状に周期的に変化する際の、実際の光量変化を示している。すなわち、三角波状の破線は映像信号入力端子１０から入力された映像信号の平均輝度レベル（ＡＰＬ  Ａｖｅｒａｇｅ  Ｐｉｃｔｕｒｅ  Ｌｅｖｅｌ）を示す。正弦波状の破線は実施の形態１の絞り制御を示す。そして、正弦波状に推移する鋸状の波形が本実施の形態２である映像信号に基づいた絞り制御を示す。【００３２】  この絞り制御により映像信号に応じて光量を制御することができ、コントラスト感が向上する。【００３３】  以下図１０〜図１３を用いて、詳細を説明する。【００３４】  図１０は本発明の実施の形態２における画像表示装置の映像ＡＰＬと映像に連動する絞り制御の可変範囲の一例を示す説明図である。図１０において、各直線は映像ＡＰＬに応じた絞りの基準となる開口率（以下、「基準開口率」という）からの可変範囲を示す。縦軸の数値は図２と同様、全開を１００％、全閉を０％とした際の値である。例えば、実線は、映像が全白の場合、すなわちＡＰＬが高い場合に基準開口率から更に１０％開き、逆に映像が全黒の場合、すなわちＡＰＬが低い場合に基準開口率から更に１０％閉じることを示している。同様に、破線は、全白の場合、すなわちＡＰＬが高い場合に基準開口率から更に２５％開き、逆に映像が全黒の場合、すなわちＡＰＬが低い場合に基準開口率から更に２５％閉じることを示している。【００３５】  図１１は本発明の実施の形態２における画像表示装置の光源駆動及び絞り制御と映像ＡＰＬ変化の関係を示す説明図であり、光源が特定の駆動電力で動いている際に映像ＡＰＬが変化した場合の絞り制御を示す。縦第一軸（左）には絞りの開口率、縦第二軸（右）には映像信号入力端子から入力された映像信号のＡＰＬを示し、第一軸括弧内の数値は、開口率に対応した光源の駆動電力値である。図１１において、三角波状の破線は映像入力端子からのＡＰＬの時間変化を示す。また、横軸に平行な直線が光源の駆動電力が階段状に時間変化した際の基準となる絞りの開口率、三角波状の実線が光源の駆動電力と映像入力のＡＰＬに対応した絞りの開口率の時間変化を表している。【００３６】  図１１では、光源を１００Ｗで駆動させた場合の基準となる絞りの開口率を９０％、１２０Ｗの場合７５％、１５０Ｗの場合６０％としている。また、映像信号のＡＰＬが三角波状（破線）に全白から全黒の範囲を周期的に変化した場合の絞りによる光量制御を考えている。明るい映像の場合、つまりＡＰＬが高い場合には絞りの開口率を上げる（全白の場合プラス１０％）。暗い映像の場合、つまりＡＰＬが低い場合には絞りの開口率を下げる（全黒の場合マイナス１０％）。【００３７】  このように、映像のＡＰＬに応じて連動する絞りの可変範囲を±１０％として絞りの開口率を制御している。【００３８】  以上をふまえて、図１２、図１３を用いて、本実施の形態２によりコントラスト感が向上することを説明する。【００３９】  図１２及び図１３は本発明の実施の形態２における画像表示装置の光源駆動及び映像ＡＰＬ変化に対する、絞り制御と光量変化の関係の一例を示す説明図である。【００４０】  光源の駆動電力が正弦波状に推移している状態で、映像ＡＰＬが高い場合と低い場合での絞りの開口率及び光量は次のようになる。【００４１】  ［１］図１１、図１２に示すように、長寿命の絞り制御により一定とする光量が９００ｌｍでかつ映像連動時の基準開口率からの可変範囲が±１０％の場合、
高ＡＰＬ時
光源駆動電力１５０Ｗ時：１５００ｌｍ×（６０＋１０）％＝１０５０ｌｍ
光源駆動電力１００Ｗ時：１０００ｌｍ×（９０＋１０）％＝１０００ｌｍ
低ＡＰＬ時
光源駆動電力１５０Ｗ時：１５００ｌｍ×（６０−１０）％＝７５０ｌｍ
光源駆動電力１００Ｗ時：１０００ｌｍ×（９０−１０）％＝８００ｌｍ
＜光源駆動電力１５０Ｗ時＞
コントラスト＝高ＡＰＬ時光量／低ＡＰＬ時光量
＝１０５０ｌｍ／７５０ｌｍ
＝１．４（２．９ｄＢ）
＜光源駆動電力１００Ｗ時＞
コントラスト＝高ＡＰＬ時光量／低ＡＰＬ時光量
＝１０００ｌｍ／８００ｌｍ
＝１．２５（１．９ｄＢ）
［２］図１３に示すように、長寿命の絞り制御により一定とする光量が７５０ｌｍでかつ映像連動時の基準開口率からの可変範囲が±２５％の場合、
高ＡＰＬ時、
光源駆動電力１５０Ｗ時：１５００ｌｍ×（５０＋２５）％＝１１２５ｌｍ
光源駆動電力１００Ｗ時：１０００ｌｍ×（７５＋２５）％＝１０００ｌｍ
低ＡＰＬ時、
光源駆動電力１５０Ｗ時：１５００ｌｍ×（５０−２５）％＝３７５ｌｍ
光源駆動電力１００Ｗ時：１０００ｌｍ×（７５−２５）％＝５００ｌｍ
＜光源駆動電力１５０Ｗ時＞
コントラスト＝高ＡＰＬ時光量／低ＡＰＬ時光量
＝１１２５ｌｍ／３７５ｌｍ
＝３（９．５ｄＢ）
＜光源駆動電力１００Ｗ時＞
コントラスト＝高ＡＰＬ時光量／低ＡＰＬ時光量
＝１０００ｌｍ／５００ｌｍ
＝２（６．０ｄＢ）
このように映像に連動する絞り制御の基準開口率からの可変範囲を大きくすることで、コントラストの改善が図れる。［１］［２］の例の比較では高ＡＰＬ時では９．５−２．９＝３．６（ｄＢ）、低ＡＰＬ時では６．０−１．９＝４．１（ｄＢ）のコントラストが改善されている。【００４２】  さらに、図１４に示すように、映像信号入力端子１０からの入力に応じて光源の駆動電力も連動させてさらなるコントラスト感の向上を図る場合を考える。【００４３】  図１４も、本発明の実施の形態２における画像表示装置の構成の他の一例を示すブロック図である。図８との相違は、映像信号入力端子１０からの映像信号が光源駆動レベル算出部３にも入力されていることである。この構成により、映像信号のＡＰＬの変化に基づき光源の光量を制御することも可能である。【００４４】  図１５〜図１７は本発明の実施の形態２における画像表示装置の光源駆動及び絞り制御特性の他の一例を示す説明図である。図１５〜図１７は図９と同様の図である。【００４５】  図１５は、実施の形態１で示した光源の駆動制御において、映像信号入力端子１０からの入力に応じて光源の駆動電力が連動した場合を示している。基本的に光源駆動電力は正弦波状に推移する。そのうえで、ＡＰＬが高いときは光源駆動電力をさらに高くし、逆に、ＡＰＬが低いときは光源駆動電力をさらに低くするように駆動電力可変範囲を制御する。このときの絞りは、実施の形態１と同様に、光源の駆動の基本となる正弦波状の変化を相殺するよう制御される。【００４６】  これらの制御により、基本的には光源の長寿命化をはかり、かつ映像信号入力に応じた光源駆動電力の制御により明るさを変化させることで、コントラスト感の向上を実現している。【００４７】  実際には光源の絶対定格電圧等を考慮した場合、高電圧時にスクリーン１２へ出力される光量の可変範囲が十分に得られない場合などは、絞りを映像に連動させて制御することでコントラストを向上させている。【００４８】  図１６は、その一例として、基準となる光源駆動電力が１２５Ｗ以上のときは絞り制御のみによって、逆に１２５Ｗ未満のときは光源の駆動電力の制御のみによって、映像連動を考慮した場合を表している。この場合も、図１５と同様にコントラスト感の向上を実現していることがわかる。【００４９】  ［３］図１７は光源、絞りともに映像に連動させてスクリーン１２へ出力される光量の可変範囲を確保した場合を示している。具体的な数値の一例として図１３で示した数値を用い、さらに光源の駆動電力の可変範囲を±１０Ｗとして計算すると次のようになる。【００５０】  高ＡＰＬ時、
光源駆動電力（１５０＋１０）Ｗ時：１６００ｌｍ×（５０＋２５）％＝１２００ｌｍ
光源駆動電力（１００＋１０）Ｗ時：１１００ｌｍ×（７５＋２５）％＝１１００ｌｍ
低ＡＰＬ時、
光源駆動電力（１５０−１０）Ｗ時：１４００ｌｍ×（５０−２５）％＝３５０ｌｍ
光源駆動電力（１００−１０）Ｗ時：９００ｌｍ×（７５−２５）％＝４５０ｌｍ
＜光源駆動電力１５０Ｗ基準時＞
コントラスト＝高ＡＰＬ時光量／低ＡＰＬ時光量
＝１２００ｌｍ／３５０ｌｍ
＝３．４３（１０．７ｄＢ）
＜光源駆動電力１００Ｗ基準時＞
コントラスト＝高ＡＰＬ時光量／低ＡＰＬ時光量
＝１１００ｌｍ／４５０ｌｍ
＝２．４４（７．８ｄＢ）
このように、絞りだけではなく光源も映像に連動させてスクリーン１２へ出力される光量の可変範囲を確保することで、よりコントラスト感を向上させることが可能となる。［２］［３］の例の比較では高ＡＰＬ時では１０．７−９．５＝１．２（ｄＢ）、低ＡＰＬ時では７．８−６．０＝１．８（ｄＢ）のコントラストが改善されている。【００５１】  以上のように、本実施の形態２によれば、光源の長寿命化を実現するためその駆動方法による投射画像の揺らぎを相殺し、かつ映像信号の輝度変化を考慮した光量制御を行うことが可能となり、光源をはじめとした光学部品の長寿命化とコントラスト感を向上させるという効果がある。【００５２】  なお、ここで述べている数値及び駆動方法は一例に過ぎないもので、光源、光学系、表示素子の構成要素の性能や、映像信号を考慮した指標に基づいて設定すればよい。【００５３】  例えば、図９では簡単のため、映像入力端子からのＡＰＬの時間変化を三角波状の変化としたが、実際の入力映像はランダムに変化する。ある時点での光源駆動電力及び映像信号のＡＰＬに対応する開口率となるよう絞りを制御すればよい。【００５４】  また図１０では簡単のため、映像ＡＰＬに応じた絞りの基準開口率からの可変範囲を全黒から全白まで線形に変化させているが、例えば指数曲線状であれば高ＡＰＬ時の光量変化の度合いを強く、対数曲線状であれば低ＡＰＬ時の光量変化の度合いを強く変化させる制御となる。また、基準開口率として中間のＡＰＬの値を取っているが、これも高ＡＰＬや低ＡＰＬにずらしても構わない。このように目標や用途に応じて制御方法を自由に設定してもよい。【００５５】  また、映像信号の情報として、ここではＡＰＬをもとにコントラスト感向上を指標とする例を挙げたがあくまで一例である。使用する情報は、例えば画面の輝度分布をヒストグラム化した情報でもよい。目標とする指標もコントラスト感向上に限らず、目的とする画質や指標に応じて自由に設定してもよい。【００５６】  本実施の形態では映像に連動する絞りの制御範囲を光源電力に関わらず一定としたが、そのときの光源駆動電力によって、絞りのダイナミックレンジを最大限に利用できる可変範囲に変えてもよい。【００５７】  また、本実施の形態では、光源の駆動電力に対応する絞りの開口率を基準としたが、光源の光量変化の幅が小さい場合は、映像信号からの指標を基準として絞りを制御し、それに光源の駆動電力変化を加味してもよい。【００５８】  図１８〜図２２は本発明の実施の形態２における画像表示装置の構成の他の一例を示すブロック図である。図８における絞りの配置だけでなく、図１８〜図２２のように絞りの配置をしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５９】  本発明に係る画像表示装置は、光源光を光変調作用をもつ表示素子を空間的に変調し画像を表示する画像表示装置において、光源の長寿命化を実現しかつ光源輝度の揺らぎのない安定した光源輝度制御を可能とし、さらにコントラスト感の向上も可能にする分野で有用である。
【図１】
2006132167.tif 000002
【図２】
2006132167.tif 000003
【図３】
2006132167.tif 000004
【図４】
2006132167.tif 000005
【図５】
2006132167.tif 000006
【図６】
2006132167.tif 000007
【図７】
2006132167.tif 000008
【図８】
2006132167.tif 000009
【図９】
2006132167.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
2006132167.tif 000022
【図２２】
2006132167.tif 000023
【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
2006132167.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成18年10月4日(2006.10.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と
前記光源の駆動電力を制御する光源駆動部と
前記光源の駆動レベルを算出し、前記光源駆動部へ前記光源の駆動レベルを出力する光源駆動レベル算出部と、
前記光源の光量を調整する絞りと、
前記絞りの絞り量を制御する絞り制御部と、
前記光源駆動レベル算出部からの信号に基づいて前記絞り制御部に絞り量を出力する絞り制御レベル算出部と
前記光源光を変調する液晶パネルと、
前記液晶パネルを駆動する液晶駆動部と、
入力される映像信号を前記液晶パネルで駆動できる信号に変換する液晶映像信号処理部と、
前記液晶パネルの画像を拡大投射する投射レンズとを備え、
前記光源駆動レベル算出部は一定時間で変化を繰り返す駆動電力の揺らぎを発生させ、
前記絞り制御レベル算出部は前記駆動電力の揺らぎに対応した光源の輝度の揺らぎを相殺するように制御することを特徴とする
画像表示装置。
【請求項２】
前記光源、前記絞り、前記液晶パネル、前記投射レンズの順に、光路に沿って配置されることを特徴とする
請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
光源の光量を調整する補助絞りと、
前記補助絞りの絞り量を制御する補助絞り制御部と、
光源駆動レベル算出部からの信号に基づいて前記補助絞り制御部に絞り量を出力する補助絞り制御レベル算出部と、をさらに有することを特徴とする
請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記光源、前記絞り、前記液晶パネル、前記投射レンズ、前記補助絞りの順に、光路に沿って配置されることを特徴とする
請求項３に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記絞り制御レベル算出部は、入力される映像信号に基づいて絞り量を出力することを特徴とする
請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記光源、前記絞り、前記液晶パネル、前記投射レンズの順に光路に沿って配置されることを特徴とする
請求項５に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記補助絞りと、
前記補助絞り制御部と、
前記補助絞り制御レベル算出部と、をさらに有することを特徴とする
請求項５に記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記光源、前記絞り、前記液晶パネル、前記投射レンズ、前記補助絞りの順に、光路に沿って配置されることを特徴とする
請求項７に記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記入力される映像信号のＡＰＬが高い場合は、前記絞りの開口率を上げ、ＡＰＬが低い場合は、前記絞りの開口率を下げることを特徴とする
請求項５に記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記入力される映像信号に、前記光源の駆動電力を連動させることを特徴とする
請求項５に記載の画像表示装置。
【請求項１１】
前記光源の駆動電力が、所定の電力以上のときは、前記入力される映像信号に前記絞りのみを連動させ、前記所定の電力未満のときは、前記光源の駆動電力のみを連動させることを特徴とする
請求項１０に記載の画像表示装置。
【請求項１２】
前記入力される映像信号のＡＰＬに応じた前記絞りの可変範囲を、全黒から全白まで線形に変化させることを特徴とする
請求項９に記載の画像表示装置。
【請求項１３】
前記入力される映像信号のＡＰＬに応じた前記絞りの可変範囲を、全黒から全白まで指数曲線で変化させることを特徴とする
請求項９に記載の画像表示装置。
【請求項１４】
前記入力される映像信号のＡＰＬに応じた前記絞りの可変範囲を、全黒から全白まで対数曲線で変化させることを特徴とする
請求項９に記載の画像表示装置。
【請求項１５】
前記入力される映像信号の、画面の輝度分布をヒストグラム化した情報に基き、
前記絞りの開口率を可変することを特徴とする
請求項５に記載の画像表示装置。
【請求項１６】
前記入力される映像信号に連動する前記絞りの制御範囲を、前記光源の駆動電力により可変することを特徴とする
請求項５に記載の画像表示装置。
【請求項１７】
前記入力される映像信号に連動する前記絞りの制御に、前記光源の駆動電力の変化を加味することを特徴とする
請求項５に記載の画像表示装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からの光を透過型もしくは、反射型の光変調作用をもつ表示素子を空間的に変調し画像を表示する画像表示装置において、使用している光源の長寿命化と画質改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、画像表示装置の画質、静音化といった機器の性能のみならず、環境や資源の有効利用の観点から、機器、部品の寿命に関しても注目が集まってきている。プロジェクターを代表とする投写型画像表示装置は、放電灯等の光源や液晶パネル、偏光板等の光学部品が消耗品として挙げられ、如何にして使用時間を長くするかという点も訴求点のひとつとなっている。
【０００３】
これまでに、放電灯等の光源の長寿命化に関しては、特開２００５−２０９５７２号公報に記載されたものが知られている。これは、光源の電力を制御する電力制御部と、光源の連続駆動時間を計測する点灯時間管理部とから構成される放電点灯装置である。この装置は、光源に供給する電力に関して電力変化範囲と電力変化周期とを変化波形で変化させることで、電力の実効値を低くすることができる。よって、通常使用する際の放電を起こす電極の磨耗を緩和することができ、更に光源の構成部品であるガラス部も連続で高温下にさらされることで起こる劣化を軽減することができる。従って、光源の長寿命化が実現される。
【０００４】
また、画像表示装置のコントラストを向上させる手法の一つとして、光量を制御する絞り機構を用いる手法がある。これは、明るい映像では絞りを開いてより明るく、暗い映像では絞りを絞ってより暗く表現できるようにすることで、コントラスト感向上を実現する手法である。この技術内容は、特開２００１−１００６９９号公報に開示されている。
【０００５】
しかしながら、上記のような従来の構成では、光源の長寿命化を実現する駆動方式を採用する場合、時間的に駆動電力を変動させ、その駆動電力に応じて光源輝度に揺らぎが生じるため、結果的に投射画面に輝度の揺らぎが生じ、輝度一定の映像であっても投射画面の輝度が安定しないという問題点を有していた。
【０００６】
また、映像信号に連動して絞りを制御する光量制御や、レンズでの絞り制御等の方法では、コントラスト感の向上させる効果はあるが、光源からの輝度揺らぎによる影響を解決できないという課題があった。
【発明の開示】
【０００７】
本発明は、上述の従来問題点を解決するもので、光源及び光学部品の長寿命化と不自然な光源輝度の揺らぎのない画像を両立する画像表示装置を提供する。
【０００８】
本発明に係る画像表示装置は、光源と、光源の駆動電力を制御する光源駆動部と、光源の駆動レベルを算出し光源駆動部へ光源の駆動レベルを出力する光源駆動レベル算出部と、光源の光量を調整する絞りと、絞りの絞り量を制御する絞り制御部と、光源駆動レベル算出部からの信号に基づいて絞り制御部に絞り量を出力する絞り制御レベル算出部と、光源光を変調する液晶パネルと、液晶パネルを駆動する液晶駆動部と、入力される映像信号を液晶パネルで駆動できる信号に変換する液晶映像信号処理部と、液晶パネルの画像を拡大投射する投射レンズとを備え、光源駆動レベル算出部において一定時間で変化を繰り返す駆動電力の揺らぎを発生させ、絞り制御レベル算出部において当該駆動電力の揺らぎに対応した光源の輝度の揺らぎを相殺するように制御することを特徴とする。
【０００９】
このような構成により、光源の長寿命化のために光源の駆動電力を変化させるが、一方でこれに起因する光源輝度の揺らぎを相殺するように光路上に配置された絞り量を制御する。この絞り制御により、投射画像の輝度変化を補正することが可能となり、光源の長寿命化と光源輝度の揺らぎのない画像投影とを両立することを可能とする。
【００１０】
また、本発明に係る画像表示装置に備えられた絞り制御レベル算出部は、映像信号に基づいて絞りを制御してもよい。
【００１１】
このような制御を加えることにより、明るい映像では絞りをより開いた位置で光源駆動レベル算出部からの信号に応じた絞り制御が行なわれ、また、暗い映像では絞りをより閉じた位置で光源駆動レベル算出部からの信号に応じた絞り制御が行なわれる。光源の長寿命化のために光源の駆動電力を変化させるが、一方でこれに起因する光源輝度の揺らぎを相殺し、明るい映像ではより明るく、暗い映像ではより暗く画像を投影することを可能とする。
【００１２】
以上のように本発明に係る画像表示装置は、光源の長寿命化を実現し且つ光源輝度の揺らぎのない安定した光源輝度制御を可能とし、さらにコントラスト感を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における画像表示装置の構成を示すブロック図である。図１において、画像表示装置の光源１は、高圧水銀ランプやメタルハライドランプ、キセノンランプ灯の放電灯やＬＥＤ、レーザー等で構成される。光源駆動部２は、光源１を駆動するための駆動電力を制御する。光源駆動レベル算出部３は光源１の駆動レベルを算出し、それを光源駆動部２へ出力する。絞り４は本発明に係る画像表示装置における光量を調整する。なお、絞り４には、図２３Ａに示すような一般的な絞り構造のものや、図２３Ｂに示すような絞り羽形状のものがある。絞り制御部５は、絞り４の絞り量を制御する。絞り制御レベル算出部６は、絞り制御部５に絞り量を出力する。液晶パネル７は、光変調作用を有する。液晶駆動部８は、液晶パネル７を駆動する。液晶映像信号処理部９は、入力される映像信号を液晶パネル７で駆動できる信号に変換する。映像信号入力端子１０は、本発明に係る画像表示装置に映像の信号を入力する。また、この画像表示装置からの映像は投射レンズ１１を介して、スクリーン１２に投影される。
【００１４】
図２は本発明の実施の形態１における画像表示装置の光源駆動及び絞り制御特性の一例を示す説明図である。図２において、横軸は時間で、縦第一軸（左）は電力を、第二軸（右）は絞りの開口率を示し、第一軸括弧内の数値は各光源駆動電力に対する液晶パネル７に入射する光量を示している。また、実線は光源駆動レベル及び対応する光量の時間変化を、破線は絞りの開口率の時間変化を表している。
【００１５】
以上のように構成された画像表示装置及び駆動方法について、図１、図２を用いて動作を説明する。
【００１６】
図２に示すように、光源１の長寿命化のために光源駆動レベル算出部３からの制御信号により光源駆動部２が光源１の駆動電力を１００Ｗから１５０Ｗを１分周期で正弦波状に変化させる。すると、液晶パネルに入射する平均光束は各々１０００ｌｍから１５００ｌｍまで変化し、駆動電力の差による光量差が投射画像に揺らぎとして感知される。この揺らぎを解消するために、絞り４は光源１の駆動電力が高いときはさらに絞り、光源１の駆動電力が低いときはさらに開くように制御される。すなわち、絞り制御レベル算出部６が光源駆動レベル算出部３の制御信号により絞り量を算出し、絞り制御部５が絞り４を上記のように制御する。
【００１７】
例えば光源が１５０Ｗで駆動しているときは絞り４により開口率を６０％とし、逆に１００Ｗで駆動している際は開口率を９０％とするというように、光源の駆動電力の変化に応じて絞り量（開口率）を変化させる。ここで示している絞り量とは、絞り４の可動域に対して全開した状態を開口率１００％、完全に閉じた状態を開口率０％とした割合である。絞り４の形状が前述の一般的な絞り構造のように円形状であれば周辺から中心までの範囲で、絞り羽形状のものであれば光路の上下もしくは左右から中心までの範囲で絞り４が変化する。
【００１８】
このような制御により、
光量×開口率＝一定
１５００ｌｍ×６０％＝９００ｌｍ
１０００ｌｍ×９０％＝９００ｌｍ
となり、図２で実線の直線で示すように、安定した光量を得ることができる。
【００１９】
以上のように、本実施の形態１によれば、光源の電力駆動と絞り制御を連動させる駆動方式を採用することで、光源の長寿命化と揺らぎのない投射画像を得ることができる。
【００２０】
また、絞り４を光路上で液晶パネル７より光源側に配置した場合、液晶パネル７に入射する時間的に積分した全光量が低減するため、部品の劣化を抑制し寿命を延ばすという効果もある。なお、ここで述べている数式の数値はあくまでも一例に過ぎないもので、光源、光学系、表示素子の構成要素の性能や、要求される明るさ等に応じて設定すればよい。
【００２１】
また、図２では光源１の駆動電力を１分周期の正弦波としたが、これは一例であり方形波やステップ上に変化する波形でもかまわない。さらに、入射する光を変調する光変調素子として透過型液晶パネルを例にして説明したが、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）、あるいは反射型液晶パネルとしてもかまわない。
【００２２】
また、液晶プロジェクターの場合、透過型液晶パネルＲＧＢ３板方式が一般的だが、絞り４は光路上でＲＧＢ３色に分離する色分離光学系より光源側に配置される。そして、各色に分離された光が各々に相当するパネルに照射され、色合成光学系を経て投射レンズに入射する。なお、液晶パネル一枚の液晶プロジェクターや反射型液晶プロジェクター、ＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）を用いたプロジェクターに関しても、色分離光学系を有している場合は同様の位置に絞りを配置し、光変調素子を経た後、色合成光学系を経て投射レンズに入射するので、液晶プロジェクターと同様に扱える。
【００２３】
図３及び図４は本発明の実施の形態１における画像表示装置の構成の他の一例を示すブロック図である。図２では光路上の絞り４の位置を光源１と液晶パネル７の間に配置したが、図３、図４のように液晶パネル７と投射レンズ１１の間、もしくは投射レンズ１１とスクリーン１２の間というようにいずれに配置してもよい。
【００２４】
図５〜図７は本発明の実施の形態１における画像表示装置の構成の他の一例を示すブロック図である。図５〜図７に示すように、図１、図３、図４での絞り４と絞り制御部５、絞り制御レベル算出部６を補助する補助絞り１３、補助絞り制御部１４、補助絞り制御レベル算出部１５とを別途設け、分割して配置し光量の制御を行ってもよい。
【００２５】
このような補助絞りを追加することにより、光量を微調整することができ、また、コントラストの調整も容易である。補助絞りは、前述の絞りと同様、どの位置に配置してもよく、投射レンズ内に設けるようにしてもよい。
【００２６】
なお、上記の図３〜７においては図１と同じ機能のものには同じ符号を付している。また、絞り４は物理的に光量を変化させる例として図２３に示すような一般的な絞り構造のものや絞り羽形状のものの形状をあげたが、図２にも示すように表示素子に照射する光量またはスクリーンに投影される光量を安定に制御できるものであればこれに限るものではない。
【００２７】
（実施の形態２）
図８は本発明の実施の形態２における画像表示装置の構成を示すブロック図である。図８において、図１に示すものと同等の箇所には同じ符号を付している。
【００２８】
図１との差異は、映像信号入力端子１０からの映像信号が絞り制御レベル算出部６へ入力されていることである。
【００２９】
図９は本発明の実施の形態２における画像表示装置の光源駆動及び絞り制御特性の一例を示す説明図である。図９において、各曲線は光源の駆動電力が正弦波状に周期的に変化する際の、実際の光量変化を示している。すなわち、三角波状の破線は映像信号入力端子１０から入力された映像信号の平均輝度レベル（ＡＰＬ  Ａｖｅｒａｇｅ  Ｐｉｃｔｕｒｅ  Ｌｅｖｅｌ）を示す。正弦波状の破線は実施の形態１の絞り制御を示す。そして、正弦波状に推移する鋸状の波形が本実施の形態２である映像信号に基づいた絞り制御を示す。
【００３０】
この絞り制御により映像信号に応じて光量を制御することができ、コントラスト感が向上する。
【００３１】
以下図１０〜図１３を用いて、詳細を説明する。
【００３２】
図１０は本発明の実施の形態２における画像表示装置の映像ＡＰＬと映像に連動する絞り制御の可変範囲の一例を示す説明図である。図１０において、各直線は映像ＡＰＬに応じた絞りの基準となる開口率（以下、「基準開口率」という）からの可変範囲を示す。縦軸の数値は図２と同様、全開を１００％、全閉を０％とした際の値である。例えば、実線は、映像が全白の場合、すなわちＡＰＬが高い場合に基準開口率から更に１０％開き、逆に映像が全黒の場合、すなわちＡＰＬが低い場合に基準開口率から更に１０％閉じることを示している。同様に、破線は、全白の場合、すなわちＡＰＬが高い場合に基準開口率から更に２５％開き、逆に映像が全黒の場合、すなわちＡＰＬが低い場合に基準開口率から更に２５％閉じることを示している。
【００３３】
図１１は本発明の実施の形態２における画像表示装置の光源駆動及び絞り制御と映像ＡＰＬ変化の関係を示す説明図であり、光源が特定の駆動電力で動いている際に映像ＡＰＬが変化した場合の絞り制御を示す。縦第一軸（左）には絞りの開口率、縦第二軸（右）には映像信号入力端子から入力された映像信号のＡＰＬを示し、第一軸括弧内の数値は、開口率に対応した光源の駆動電力値である。図１１において、三角波状の破線は映像入力端子からのＡＰＬの時間変化を示す。また、横軸に平行な直線が光源の駆動電力が階段状に時間変化した際の基準となる絞りの開口率、三角波状の実線が光源の駆動電力と映像入力のＡＰＬに対応した絞りの開口率の時間変化を表している。
【００３４】
図１１では、光源を１００Ｗで駆動させた場合の基準となる絞りの開口率を９０％、１２０Ｗの場合７５％、１５０Ｗの場合６０％としている。また、映像信号のＡＰＬが三角波状（破線）に全白から全黒の範囲を周期的に変化した場合の絞りによる光量制御を考えている。明るい映像の場合、つまりＡＰＬが高い場合には絞りの開口率を上げる（全白の場合プラス１０％）。暗い映像の場合、つまりＡＰＬが低い場合には絞りの開口率を下げる（全黒の場合マイナス１０％）。
【００３５】
このように、映像のＡＰＬに応じて連動する絞りの可変範囲を±１０％として絞りの開口率を制御している。
【００３６】
以上をふまえて、図１２、図１３を用いて、本実施の形態２によりコントラスト感が向上することを説明する。
【００３７】
図１２及び図１３は本発明の実施の形態２における画像表示装置の光源駆動及び映像ＡＰＬ変化に対する、絞り制御と光量変化の関係の一例を示す説明図である。
【００３８】
光源の駆動電力が正弦波状に推移している状態で、映像ＡＰＬが高い場合と低い場合での絞りの開口率及び光量は次のようになる。
【００３９】
［１］図１１、図１２に示すように、長寿命の絞り制御により一定とする光量が９００ｌｍでかつ映像連動時の基準開口率からの可変範囲が±１０％の場合、
高ＡＰＬ時
光源駆動電力１５０Ｗ時：１５００ｌｍ×（６０＋１０）％＝１０５０ｌｍ
光源駆動電力１００Ｗ時：１０００ｌｍ×（９０＋１０）％＝１０００ｌｍ
低ＡＰＬ時
光源駆動電力１５０Ｗ時：１５００ｌｍ×（６０−１０）％＝７５０ｌｍ
光源駆動電力１００Ｗ時：１０００ｌｍ×（９０−１０）％＝８００ｌｍ
＜光源駆動電力１５０Ｗ時＞
コントラスト＝高ＡＰＬ時光量／低ＡＰＬ時光量
＝１０５０ｌｍ／７５０ｌｍ
＝１．４（２．９ｄＢ）
＜光源駆動電力１００Ｗ時＞
コントラスト＝高ＡＰＬ時光量／低ＡＰＬ時光量
＝１０００ｌｍ／８００ｌｍ
＝１．２５（１．９ｄＢ）
［２］図１３に示すように、長寿命の絞り制御により一定とする光量が７５０ｌｍでかつ映像連動時の基準開口率からの可変範囲が±２５％の場合、
高ＡＰＬ時、
光源駆動電力１５０Ｗ時：１５００ｌｍ×（５０＋２５）％＝１１２５ｌｍ
光源駆動電力１００Ｗ時：１０００ｌｍ×（７５＋２５）％＝１０００ｌｍ
低ＡＰＬ時、
光源駆動電力１５０Ｗ時：１５００ｌｍ×（５０−２５）％＝３７５ｌｍ
光源駆動電力１００Ｗ時：１０００ｌｍ×（７５−２５）％＝５００ｌｍ
＜光源駆動電力１５０Ｗ時＞
コントラスト＝高ＡＰＬ時光量／低ＡＰＬ時光量
＝１１２５ｌｍ／３７５ｌｍ
＝３（９．５ｄＢ）
＜光源駆動電力１００Ｗ時＞
コントラスト＝高ＡＰＬ時光量／低ＡＰＬ時光量
＝１０００ｌｍ／５００ｌｍ
＝２（６．０ｄＢ）
このように映像に連動する絞り制御の基準開口率からの可変範囲を大きくすることで、コントラストの改善が図れる。［１］［２］の例の比較では高ＡＰＬ時では９．５−２．９＝３．６（ｄＢ）、低ＡＰＬ時では６．０−１．９＝４．１（ｄＢ）のコントラストが改善されている。
【００４０】
さらに、図１４に示すように、映像信号入力端子１０からの入力に応じて光源の駆動電力も連動させてさらなるコントラスト感の向上を図る場合を考える。
【００４１】
図１４も、本発明の実施の形態２における画像表示装置の構成の他の一例を示すブロック図である。図８との相違は、映像信号入力端子１０からの映像信号が光源駆動レベル算出部３にも入力されていることである。この構成により、映像信号のＡＰＬの変化に基づき光源の光量を制御することも可能である。
【００４２】
図１５〜図１７は本発明の実施の形態２における画像表示装置の光源駆動及び絞り制御特性の他の一例を示す説明図である。図１５〜図１７は図９と同様の図である。
【００４３】
図１５は、実施の形態１で示した光源の駆動制御において、映像信号入力端子１０からの入力に応じて光源の駆動電力が連動した場合を示している。基本的に光源駆動電力は正弦波状に推移する。そのうえで、ＡＰＬが高いときは光源駆動電力をさらに高くし、逆に、ＡＰＬが低いときは光源駆動電力をさらに低くするように駆動電力可変範囲を制御する。このときの絞りは、実施の形態１と同様に、光源の駆動の基本となる正弦波状の変化を相殺するよう制御される。
【００４４】
これらの制御により、基本的には光源の長寿命化をはかり、かつ映像信号入力に応じた光源駆動電力の制御により明るさを変化させることで、コントラスト感の向上を実現している。
【００４５】
実際には光源の絶対定格電圧等を考慮した場合、高電圧時にスクリーン１２へ出力される光量の可変範囲が十分に得られない場合などは、絞りを映像に連動させて制御することでコントラストを向上させている。
【００４６】
図１６は、その一例として、基準となる光源駆動電力が１２５Ｗ以上のときは絞り制御のみによって、逆に１２５Ｗ未満のときは光源の駆動電力の制御のみによって、映像連動を考慮した場合を表している。この場合も、図１５と同様にコントラスト感の向上を実現していることがわかる。
【００４７】
［３］図１７は光源、絞りともに映像に連動させてスクリーン１２へ出力される光量の可変範囲を確保した場合を示している。具体的な数値の一例として図１３で示した数値を用い、さらに光源の駆動電力の可変範囲を±１０Ｗとして計算すると次のようになる。
【００４８】
高ＡＰＬ時、
光源駆動電力（１５０＋１０）Ｗ時：１６００ｌｍ×（５０＋２５）％＝１２００ｌｍ
光源駆動電力（１００＋１０）Ｗ時：１１００ｌｍ×（７５＋２５）％＝１１００ｌｍ
低ＡＰＬ時、
光源駆動電力（１５０−１０）Ｗ時：１４００ｌｍ×（５０−２５）％＝３５０ｌｍ
光源駆動電力（１００−１０）Ｗ時：  ９００ｌｍ×（７５−２５）％＝４５０ｌｍ
＜光源駆動電力１５０Ｗ基準時＞
コントラスト＝高ＡＰＬ時光量／低ＡＰＬ時光量
＝１２００ｌｍ／３５０ｌｍ
＝３．４３（１０．７ｄＢ）
＜光源駆動電力１００Ｗ基準時＞
コントラスト＝高ＡＰＬ時光量／低ＡＰＬ時光量
＝１１００ｌｍ／４５０ｌｍ
＝２．４４（７．８ｄＢ）
このように、絞りだけではなく光源も映像に連動させてスクリーン１２へ出力される光量の可変範囲を確保することで、よりコントラスト感を向上させることが可能となる。［２］［３］の例の比較では高ＡＰＬ時では１０．７−９．５＝１．２（ｄＢ）、低ＡＰＬ時では７．８−６．０＝１．８（ｄＢ）のコントラストが改善されている。
【００４９】
以上のように、本実施の形態２によれば、光源の長寿命化を実現するためその駆動方法による投射画像の揺らぎを相殺し、かつ映像信号の輝度変化を考慮した光量制御を行うことが可能となり、光源をはじめとした光学部品の長寿命化とコントラスト感を向上させるという効果がある。
【００５０】
なお、ここで述べている数値及び駆動方法は一例に過ぎないもので、光源、光学系、表示素子の構成要素の性能や、映像信号を考慮した指標に基づいて設定すればよい。
【００５１】
例えば、図９では簡単のため、映像入力端子からのＡＰＬの時間変化を三角波状の変化としたが、実際の入力映像はランダムに変化する。ある時点での光源駆動電力及び映像信号のＡＰＬに対応する開口率となるよう絞りを制御すればよい。
【００５２】
また図１０では簡単のため、映像ＡＰＬに応じた絞りの基準開口率からの可変範囲を全黒から全白まで線形に変化させているが、例えば指数曲線状であれば高ＡＰＬ時の光量変化の度合いを強く、対数曲線状であれば低ＡＰＬ時の光量変化の度合いを強く変化させる制御となる。また、基準開口率として中間のＡＰＬの値を取っているが、これも高ＡＰＬや低ＡＰＬにずらしても構わない。このように目標や用途に応じて制御方法を自由に設定してもよい。
【００５３】
また、映像信号の情報として、ここではＡＰＬをもとにコントラスト感向上を指標とする例を挙げたがあくまで一例である。使用する情報は、例えば画面の輝度分布をヒストグラム化した情報でもよい。目標とする指標もコントラスト感向上に限らず、目的とする画質や指標に応じて自由に設定してもよい。
【００５４】
本実施の形態では映像に連動する絞りの制御範囲を光源電力に関わらず一定としたが、そのときの光源駆動電力によって、絞りのダイナミックレンジを最大限に利用できる可変範囲に変えてもよい。
【００５５】
また、本実施の形態では、光源の駆動電力に対応する絞りの開口率を基準としたが、光源の光量変化の幅が小さい場合は、映像信号からの指標を基準として絞りを制御し、それに光源の駆動電力変化を加味してもよい。
【００５６】
図１８〜図２２は本発明の実施の形態２における画像表示装置の構成の他の一例を示すブロック図である。図８における絞りの配置だけでなく、図１８〜図２２のように絞りの配置をしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明に係る画像表示装置は、光源光を光変調作用をもつ表示素子を空間的に変調し画像を表示する画像表示装置において、光源の長寿命化を実現しかつ光源輝度の揺らぎのない安定した光源輝度制御を可能とし、さらにコントラスト感の向上も可能にする分野で有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施の形態１における画像表示装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における画像表示装置の光源駆動及び絞り制御特性の一例を示す説明図
【図３】本発明の実施の形態１における画像表示装置の構成の他の一例を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態１における画像表示装置の構成の他の一例を示すブロック図
【図５】本発明の実施の形態１における画像表示装置の構成の他の一例を示すブロック図
【図６】本発明の実施の形態１における画像表示装置の構成の他の一例を示すブロック図
【図７】本発明の実施の形態１における画像表示装置の構成の他の一例を示すブロック図
【図８】本発明の実施の形態２における画像表示装置の構成を示すブロック図
【図９】本発明の実施の形態２における画像表示装置の光源駆動及び絞り制御特性の一例を示す説明図
【図１０】本発明の実施の形態２における画像表示装置の映像ＡＰＬと映像に連動する絞り制御の可変範囲の一例を示す説明図
【図１１】本発明の実施の形態２における画像表示装置の光源駆動及び絞り制御と映像ＡＰＬ変化の関係を示す説明図
【図１２】本発明の実施の形態２における画像表示装置の光源駆動及び映像ＡＰＬ変化に対する、絞り制御と光量変化の関係の一例を示す説明図
【図１３】本発明の実施の形態２における画像表示装置の光源駆動及び映像ＡＰＬ変化に対する、絞り制御と光量変化の関係の一例を示す説明図
【図１４】本発明の実施の形態２における画像表示装置の構成の他の一例を示すブロック図
【図１５】本発明の実施の形態２における画像表示装置の光源駆動及び絞り制御特性の他の一例を示す説明図
【図１６】本発明の実施の形態２における画像表示装置の光源駆動及び絞り制御特性の他の一例を示す説明図
【図１７】本発明の実施の形態２における画像表示装置の光源駆動及び絞り制御特性の他の一例を示す説明図
【図１８】本発明の実施の形態２における画像表示装置の構成の他の一例を示すブロック図
【図１９】本発明の実施の形態２における画像表示装置の構成の他の一例を示すブロック図
【図２０】本発明の実施の形態２における画像表示装置の構成の他の一例を示すブロック図
【図２１】本発明の実施の形態２における画像表示装置の構成の他の一例を示すブロック図
【図２２】本発明の実施の形態２における画像表示装置の構成の他の一例を示すブロック図
【図２３Ａ】一般的な絞り構造を示す図
【図２３Ｂ】羽形状の絞り構造を示す図
【符号の説明】
【００５９】
１    光源
２    光源駆動部
３    光源駆動レベル算出部
４    絞り
５    絞り制御部
６    絞り制御レベル算出部
７    液晶パネル
８    液晶駆動部
９    液晶映像信号処理部
１０    映像信号入力端子
１１    投射レンズ
１２    スクリーン
１３    補助絞り
１４    補助絞り制御部
１５    補助絞り制御レベル算出部
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【国際調査報告】
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2006132167.tif 000051
2006132167.tif 000052
2006132167.tif 000053