(57)【要約】【課題】コントラストと色純度を向上することが可能な投射型表示装置を提供する【解決手段】光源１０１からの光を複数の色光に分離するダイクロイックミラー１０２と、映像信号に応じて変調された３つの色光を合成するＸプリズム１１４と、ダイクロイックミラーとＸプリズム１１４との間の、ダイクロイックミラーによって分離された前記複数の色光のそれぞれの光路に設けられ、前記複数の色光の光量を調節する複数の光量調節部と、を有する。【選択図】図１
2013242503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を複数の色光に分離する色分離手段と、
映像信号に応じて変調された３つの色光を合成する合成手段と、
前記色分離手段と前記合成手段との間の、前記色分離手段によって分離された前記複数の色光のそれぞれの光路に設けられ、前記複数の色光の光量を調節する複数の光量調節手段と、
を有することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
前記色分離手段は、前記光源からの前記光を第１の色光と、第２の色光と第３の色光の合成光に分離し、
前記光量調節手段は、前記第１の色光の光路と、前記合成光の光路に１つずつ設けられ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】
前記色分離手段は、前記光源からの前記光を第１の色光と、第２の色光と第３の色光の合成光に分離する第１の色分離手段と、前記合成光を前記第２の色光と前記第３の色光に分離する第２の色分離手段と、を有し、
前記光量調節手段は、前記第１の色光の光路と、前記第２の色光の光路と、前記第３の色光の光路に１つずつ設けられ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４】
各色光の平均の明るさを検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果と設定された関係に基づいて各色光の光量の調節量を取得する取得手段と、
を有し、
前記光量調節手段は、前記取得手段が取得した前記光量の調節量に従って光量調節を行うことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項５】
各色光について階調値に対する画像データ数の関係を示すヒストグラムを検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果と設定された関係に基づいて各色光の光量の調節量を取得する取得手段と、
を有し、
前記光量調節手段は、前記取得手段が取得した前記光量の調節量に従って光量調節を行うことを特徴とする請求項１乃至３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】
従来の液晶プロジェクタは、画像変調素子の特性上、完全に光を遮断することが困難であるため、漏れ光により投影映像のコントラストや色純度が低下してしまうという問題があった。そこで、特許文献１、２は、映像の平均的な明るさから、絞りなどを制御して、コントラストを向上させる方法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１１３９３号公報
【特許文献２】特開２００８−１３９８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１、２は、いずれも光源からの白色光または合成光の光量を制御してコントラストの向上は図れるものの、色純度の向上は困難であった。
【０００５】
本発明は、コントラストと色純度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を例示的な目的とする。
【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、光源からの光を複数の色光に分離する色分離手段と、映像信号に応じて変調された３つの色光を合成する合成手段と、前記色分離手段と前記合成手段との間の、前記色分離手段によって分離された前記複数の色光のそれぞれの光路に設けられ、前記複数の色光の光量を調節する複数の光量調節手段と、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、コントラストと色純度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】本発明の液晶プロジェクタの光路図である。（実施例１）
【図２】図１に示す液晶プロジェクタの光量制御系のブロック図である。（実施例１）
【図３】図２に示す光量制御系に使用されるグラフである。（実施例１）
【図４】本発明の液晶プロジェクタの光路図である。（実施例２）
【図５】図４に示す液晶プロジェクタの光量制御系のブロック図である。（実施例２）
【図６】図５に示す光量制御系に使用されるヒストグラムである。（実施例２）
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、実施例１の液晶プロジェクタ（投射型表示装置、画像表示装置）の光路図である。液晶プロジェクタは、光源１０１、ダイクロイックミラー１０２、１０３、ミラー１０４、光量調節部１０５〜１０７、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）１０８〜１１０、液晶パネル素子１１１〜１１３、Ｘプリズム１１４、投影レンズ１１５を有する。
【００１１】
光源１０１は、白色光を出力する光源であり、例えば、超高圧水銀ランプ、キセノンランプなどからなる。但し、光源１０１は、レーザーやＬＥＤなどランプに限定されない。
【００１２】
ダイクロイックミラー１０２は青の波長帯域（Ｂ）と赤の波長帯域（Ｒ）の色光を透過し、緑の波長帯域（Ｇ）の色光を反射して分離する第１の色分離手段である。この結果、光源１０１からの白色光はダイクロイックミラー１０２により、Ｇの色光とＲＢの色光（合成光）に分離される。Ｇの色光（第１波長領域の光、第１の色成分の光または第１の色光）、Ｒの色光（第２波長領域の光、第２の色成分の光または第２の色光）、Ｂの色光（第３波長領域の光、第３の色成分の光または第３の色光）は波長領域がそれぞれ異なる。Ｇの色光の光路はミラー１０４によって折れ曲がっている。
【００１３】
また、ダイクロイックミラー１０３はＲの色光を反射し、Ｂの色光を透過する第２の色分離手段である。この結果、Ｒ色光とＢ色光が分離される。
【００１４】
Ｇの色光はミラー１０４を介して光量調節部１０５を通り、ダイクロイックミラー１０３から反射されたＲの色光は光量調節部１０６を通り、ダイクロイックミラー１０３を透過したＢの色光は光量調節部１０７を通る。
【００１５】
複数の光量調節部１０５、１０６、１０７は、各色光の光量を０％〜１００％の間で任意に調節する光量調節手段である。光量調節部１０５、１０６、１０７は、例えば、光学絞りや透過型の液晶パネル素子から構成される。光学絞りは開口径を変更するように移動される絞り羽根を有する。透過型液晶パネル素子は液晶への通電によって透過率が変化する。
【００１６】
光量調節部１０５、１０６、１０７は、ダイクロイックミラー１０２とＸプリズム１１４との間の光路上に配置される。より具体的には、光量調節部１０５は、ダイクロイックミラー１０２とミラー１０４の間、ミラー１０４とＰＢＳ１０８の間、ＰＢＳ１０８と液晶パネル素子１１１の間、ＰＢＳ１０８とＸプリズム１１４の間の光路の適当な位置に配置されればよい。光量調節部１０６、１０７は、ダイクロイックミラー１０３とＸプリズム１１４の間の光路上に配置される。光量調節部１０６は、ダイクロイックミラー１０３とＰＢＳ１０９の間、ＰＢＳ１０９と液晶パネル素子１１２の間、ＰＢＳ１０９とＸプリズム１１４の間の光路の適当な位置に配置されればよい。光量調節部１０７は、ダイクロイックミラー１０３とＰＢＳ１１０の間、ＰＢＳ１１０と液晶パネル素子１１３の間、ＰＢＳ１１０とＸプリズム１１４の間の光路の適当な位置に配置されればよい。
【００１７】
光量調節部１０５を通過したＧの色光はＰＢＳ１０８に入射し、光量調節部１０６を通過したＲの色光はＰＢＳ１０９に入射し、光量調節部１０７を通過したＢの色光はＰＢＳ１１０に入射する。
【００１８】
ＰＢＳ１０８〜１１０はＳ偏光光を反射し、Ｐ偏光光を透過する偏光分離面を有し、適当な不図示の波長板によって各色光はＳ偏光としてＰＢＳ１０８〜１１０に入射して反射される。ＰＢＳ１０８〜１１０によって反射されたＧ、Ｒ、Ｂの色光はそれぞれ液晶パネル素子１１１、１１２、１１３へ入射する。
【００１９】
液晶パネル素子１１１、１１２、１１３は、各色成分の光（色光）を映像信号に応じて変調して反射する反射型液晶表示素子であり、画像変調素子として機能する。液晶パネル素子１１１、１１２、１１３は各色光をＰ偏光として反射し、再度、偏光ビームスプリッターに戻り、偏光状態によりＸプリズム１１４へ供給される色光と光源方向へ戻る成光分とに分離される。
【００２０】
Ｘプリズム１１４は、それぞれのＧ、Ｒ、Ｂ色光を合成する合成手段であり、合成光を投影レンズ１１５に供給する。投影レンズ１１５は、供給された合成光をスクリーン等へ投影し映像を表示する。
【００２１】
図２は、本実施例の光量制御系のブロック図である。光量制御系は、映像信号入力部２０１、マトリックス演算部２０２、ＡＰＬ検出部２０３、２０４、２０５、ＡＰＬ検出期間設定部２０６、調節量演算部２０７、２０８、２０９を有する。
【００２２】
映像信号入力部２０１には映像信号が入力される。マトリックス演算部２０２はマトリックス演算を行い、入力される映像信号の色フォーマットから、映像信号をＧ、Ｒ、Ｂ信号に変換する。例えば、映像信号がＹＣｂＣｒ等の色差信号の場合、所定のマトリックス演算を行うことで、映像信号はＧ、Ｒ、Ｂ信号へ変換される。
【００２３】
Ｇ、Ｒ、Ｂ信号に変換された映像信号は、それぞれの映像色信号毎にＡＰＬ（Ａｖｅｒａｇｅ  Ｐｅａｋ  Ｌｅｖｅｌ）検出部２０３、２０４、２０５へ供給される。ＡＰＬ検出部２０３〜２０５は、決められた演算期間における入力映像色信号の明るさの平均値を検出（演算）する検出手段である。ＡＰＬ検出期間設定部２０６は、ＡＰＬを演算する期間をＡＰＬ検出部２０３、２０４、２０５へ設定する。調節量演算部２０７、２０８、２０９は、各色光について各検出手段の検出結果（即ち、ＡＰＬ）と予め設定されている関係に基づいて光量の調節量を取得する取得手段である。取得手段は、前記関係が数式であれば演算によって光量の調節量を取得するが、前記関係が図３に示すグラフや表の場合にはこれらを参照して取得する。
【００２４】
ＡＰＬ検出期間を任意に設定することによって、光量調節の応答時間を変化させることができる。例えば、演算期間を１フレームとし、１フレーム毎に光量調節を行えば、追従性を向上でき、明るいシーンから暗いシーンに急激に変化する映像信号に対して迅速な光量調節を行うことが可能となる。また、演算期間を１フレームより長くすれば、光量変化を緩やかにすることができ、明るいシーンと暗いシーンが急激に変化する映像信号において光量が短時間に大きく変化する不自然を軽減することができる。このように、ＡＰＬを演算する期間を任意に設定することにより、ユーザーの嗜好に応じた光量調節を行うことができる。
【００２５】
図３は、ＡＰＬ検出量と光量調節量との関係を示すグラフである。ＡＰＬが０の時、光量調節量０、ＡＰＬが最大の時、光量調節量１００とし、中間領域は線形となるように光量調節量を演算する。調節量演算部２０７、２０８、２０９で演算された映像信号毎の光量調節量はそれぞれの映像色信号毎に設けられている光量調節部１０５、１０６、１０７へ供給される。
【００２６】
従来、光量調節部は、光源１０１とダイクロイックミラー１０２の間、または、Ｘプリズム１１４と投影レンズ１１５の間に一つだけ設けられていた。例えば、光学絞りが光源１０１とダイクロイックミラー１０２の間に設けられている場合、仮にＲＢ色光を遮断してＧ色光のみを出力しようとしてもＲＢ成分の漏れ光があるために、Ｇの色純度が低下する。また、Ｇの色光のレベルを大きくしてＲＢの色光のレベルを小さくしたい場合、Ｇの色光のレベルに応じた絞り開口はＲＢの色光のレベルに最適ではない。この場合もＧの色純度が低下する。
【００２７】
これに対して、本実施例によれば、光量調節量の演算をそれぞれの映像色信号毎に行い、光量調節を映像色信号毎に行うことによって、映像色信号毎に適切な光量調節が可能となる。例えば、特定色の占める割合が大きい映像信号が入力された場合、使用されていない色成分の光量を０として、その液晶パネル素子からの漏れ光を低減または遮断することにより、使用される色光の色純度を向上させることができ、色再現性を上げることが可能となる。
【実施例２】
【００２８】
図４は、実施例２の液晶プロジェクタの光路図である。液晶プロジェクタは、光源４０１と、ダイクロイックミラー４０２と、光量調節部４０３、４０４と、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）４０５、４０６、４０７と、液晶パネル素子４０８、４０９、４１０と、投影レンズ４１１と、を有する。
【００２９】
光源４０１は、白色光を出力する光源であり、光源１０１と同様である。実施例１と同様に、光源４０１からの白色光はダイクロイックミラー（色分離手段）４０２により、Ｇ色光とＲＢ色光に分離され、それぞれ光量調節部（光量調節手段）４０３、４０４へ供給される。光量調節部４０３はＧ色光の光量を、光量調節部４０４はＲＢ色光の光量を、それぞれ０％〜１００％の間で調節する。
【００３０】
光量調節部４０３によって光量調節されたＧの色光はＰＢＳ４０５で反射されて液晶パネル素子４０８に入射する。光量調節部４０４によって光量調節されたＲの色光はＰＢＳ４０６で反射されて液晶パネル素子４０９に入射する。光量調節部４０４によって光量調節されたＢの色光は、ＰＢＳ４０６を透過して液晶パネル素子４１０に供給される。なお、ＰＢＳ４０６に入射する前にＲの色光はＳ偏光とされて、Ｂの色光はＰ偏光とされるが、これは、不図示の色選択性位相差板を利用して実現することができる。ＰＢＳ４０６は、Ｒの色光とＢの色光を分離する色分離手段として機能する。
【００３１】
光量調節部４０３、４０４は、ダイクロイックミラー４０２とＰＢＳ４０７との間の光路上に配置される。より具体的には、光量調節部４０３は、ダイクロイックミラー４０２とＰＢＳ４０５の間、ＰＢＳ４０５と液晶パネル素子４０８の間、ＰＢＳ４０５と４０７の間の光路の適当な位置に配置されればよい。光量調節部４０４は、ダイクロイックミラー４０２とＰＢＳ４０６の間、ＰＢＳ４０６と４０７の間の光路の適当な位置に配置されればよい。
【００３２】
Ｇ、Ｒ、Ｂの色光はそれぞれの液晶パネル素子により、入力映像信号に応じて偏光が制御され、再度、ＰＢＳに戻り、偏光状態により投影光としてＰＢＳ４０７へ供給される色光と光源方向へ戻る成光分とに分離される。ＰＢＳ４０７は、Ｇ、Ｒ、Ｂ色光を合成する合成手段として機能し、合成光として投影レンズ４１１に供給する。投影レンズ４１１は、供給された合成光をスクリーン等の被投影面へ投影し、映像を表示する。
【００３３】
図５は、本実施例の光量制御系のブロック図である。光量制御系は、映像信号入力部５０１、マトリックス演算部５０２と、ヒストグラム検出部５０３、５０４、５０５、ヒストグラム検出期間設定部５０６、調節量演算部５０７、５０８、５０９、５１０を有する。
【００３４】
映像信号入力部５０１には映像信号が入力される。マトリックス演算部５０２はマトリックス演算を行い、入力される映像信号の色フォーマットから、映像信号をＧ、Ｒ、Ｂ信号に変換する。Ｇ、Ｒ、Ｂ信号に変換された映像信号は、それぞれの映像色信号毎にヒストグラム検出部５０３、５０４、５０５へ供給される。
【００３５】
ヒストグラム検出部５０３、５０４、５０５は、決められた演算期間における入力映像色信号のヒストグラムを検出（演算）する検出手段であり、それぞれＧ用、Ｒ用、Ｂ用である。ヒストグラムは、各色光について階調値に対する画像データ数の関係を示す。
【００３６】
例えば、多くの低階調と少しの高階調の映像とほぼ中間調の映像は、同じようなＡＰＬとなり、判別をすることが困難であるが、ヒストグラムではその判別をすることが可能となる。ヒストグラム検出期間設定部５０６は、ヒストグラムを演算する期間を任意にヒストグラム検出部５０３、５０４、５０５へ設定する。
【００３７】
ヒストグラム検出期間を任意に設定することによって、光量制御の応答時間を変化させることができる。例えば、演算期間を１フレームとし、１フレーム毎に光量調節を行えば追従性を向上でき、明るいシーンから暗いシーンに急激に変化する映像信号に対して迅速な光量調節を行うことが可能となる。また、演算期間を１フレームより長くすれば、光量変化を緩やかにすることができ、明るいシーンと暗いシーンが急激に変化する映像信号において光量が短時間に大きく変化する不自然を軽減することができる。このように、ヒストグラムを演算する期間を任意に設定することにより、ユーザーの嗜好に応じて光量調節を行うことができる。
【００３８】
それぞれの映像色信号毎に演算されたヒストグラムは、それぞれの調節量演算部５０７、５０８、５０９へ供給される。調節量演算部５０７、５０８、５０９は、各色光について各検出手段の検出結果（即ち、ヒストグラム）と予め設定されている関係に基づいて光量の調節量を取得する取得手段である。取得手段は、前記関係が数式であれば演算によって光量の調節量を取得するが、前記関係が図６に示すグラフや表の場合にはこれらを参照して取得する。調節量演算部５０７、５０８、５０９は、それぞれＧ用、Ｒ用、Ｂ用である。
【００３９】
光量調節量の一例として図６に示すように、ヒストグラムの分布状況から、低階調、高階調の分布割合により、低階調の割合が大きい場合、光量調節量を０に近づけ、高階調の割合が大きい場合、光量調節量を１００に近づける。
【００４０】
本実施例は、ＲとＢの色光に対して共通の光量調節部４０４を使用しているため、調節量演算部５１０により、調節量演算部５０８、５０９で演算されたＲとＢの色光の光量調節量の平均値を演算し、Ｒ＋Ｂの光量調節量へ変換する。Ｇ用の調節量演算部５０７が演算した調節量はＧ用の光量調節部４０３に設定され、Ｒ＋Ｂ用の調節量演算部５１０が演算した光量調節量は光量調節部に設定される。光量調節部４０３、４０４は設定された光量調節量により光量を０％〜１００％の範囲で調節する。
【００４１】
光量調節量をヒストグラムにより演算することにより、ＡＰＬでは判別が困難な映像に対しても適切な光量制御量を設定することが可能となる。本実施例でも、従来のような一つの光量調節部しか有しない液晶プロジェクタよりも色純度を上げることができる。
【００４２】
なお、光量調節部はダイクロイックミラー１０２と合成手段であるＸプリズム１１４またはＰＢＳ４０７の間に少なくとも２つ以上（即ち、複数）あれば従来よりも色純度を上げることができる。
【００４３】
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】
【００４４】
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】
【００４５】
１０２、１０３、４０２…ダイクロイックミラー（色分離手段）、１１４…Ｘプリズム（合成手段）、４０７…偏光ビームスプリッター（合成手段）、１０５〜１０７、４０３、４０４…光量調節部（光量調節手段）
【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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