(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示画面と、
前記表示画面近傍の照度を測定する画面照度測定部と、
観視者の情報を設定する設定条件入力部と、
前記表示画面近傍の照度と前記観視者の情報および前記観視者から前記表示画面までの距離で表される視距離に基づいて、前記観視者が好ましいと感じる前記表示画面の輝度を求める演算部と、
前記観視者が好ましいと感じる前記表示画面の輝度に基づいて、前記表示画面の最大輝度を決定する画面輝度制御部と、
前記観視者が好ましいと感じる前記表示画面の輝度に基づいて、前記表示画面の色味を決定する画面色補正制御部と、
前記表示画面の最大輝度および色味が前記画面輝度制御部にて決定した前記最大輝度および前記画面色補正制御部にて決定した色味になるように表示パネルを駆動する表示パネル駆動部と
を備えたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記画面色補正制御部で決定される色味は、前記観視者が好ましいと感じる前記表示画面の輝度を底とし、色味に関係する視覚定数を指数として累乗演算したものを用いて決定される
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】
前記観視者の情報は、前記観視者の年齢を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記観視者の情報は、前記観視者の視力を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記画面照度測定部より得られた情報をもとに、観視環境の色温度を演算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】
前記観視環境の色温度情報をもとに、色補正を行うことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項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、画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、一般家庭で使用されるテレビ受像機は、ブラウン管ディスプレイに変わり、液晶表示装置やプラズマ表示装置などフラットフラットパネルディスプレイが普及している。フラットパネルディスプレイは、デバイス性能の向上により高輝度化が進んでいる。しかしながら、表示装置の高輝度化は、視認性が高まるものの、まぶしさ感による疲労や目の疲れを生じさせる要因となっている。
【０００３】
これらのことから、明るさを測定する受光素子を表示装置に搭載し、周辺の明るさ環境に合わせて画面の表示輝度を調整する方法が一般的に行われている。周辺が暗い場合は、表示輝度を低く調整し、明るい場合は表示輝度を高く調整する。このことにより、明るい環境での視認性や、暗い環境におけるまぶしさ感を抑えている。
【０００４】
一方、人は加齢により、明るさや色味に関して視力の低下が生じることが報告されている。一例として、青色が見えにくくなるといったことが知られている。そのため、観視者が見やすくて好ましいと感じる表示装置は、周辺の明るさの環境だけではなく、観視者の視力や年齢、さらに視距離に関係するため、周辺の明るさのみを測定して、表示装置の明るさを調整する従来の方法では必ずしも観視者の見易さや好みを十分に反映できるとは限らない。
【０００５】
また多くの表示装置は、視聴者自身の操作により明るさや色味を設定することが出来る。しかし、多くの視聴者は、操作性の難しさやわずらわしさなどから、これら画質設定を調整しないまま表示装置を使用し、結果的に見えにくい、あるいは目への負担が大きいといった最適ではない表示装置の設定にて視聴し続けている。
【０００６】
たとえば従来の表示装置においては、視聴者が表示装置に対して年齢に相当する画面設定もしくはカメラ画像等を用いて視聴者条件設定を行うことにより、見る人の年齢に応じて、周辺の環境に合わせた表示輝度の調整が行われ、明るさ感に対する視覚機能の差が自動で補償された（たとえば特許文献１）。
【０００７】
また、別の従来の表示装置においては、年齢ダイヤルを操作することで、見る人の年齢に応じて、色補正量、焦点ぼけ補正量および空間周波数特性補正量を独立して設定し、表示画面を補償する画像処理装置が提案されている（たとえば特許文献２）。
また、別の従来の表示装置においては、環境や年齢や個人差に対応した文字サイズや配色を設定するために、文字の読みやすさや分解能に関して、ユーザに提示し、その設定条件をもとに表示輝度や色補正を設定する表示装置が提案されている（たとえば特許文献３）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２７９４０５（第１項、第１図）
【特許文献２】特開平９−９７３３３（第６項、第３図）
【特許文献３】特開２００３−４４０３３（第１項、第７図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、特許文献１の表示装置は、明るさの補正が自動で行われるが色補正に関しては自動で行われていなかった。そのため、色補正を視聴者が行う必要があった。
【００１０】
また、特許文献２では色補正が行われている。高齢者になると短波長が見えにくくなる傾向があることから、年齢にあわせて色補正を行っていた。だが、年齢による色補正は、必ずしも個人の好ましい色補正になっているわけではなかった。
【００１１】
また、特許文献３では、この個人差に対応するためにユーザに色補正のテストを行い、その補正値を反映することで輝度と色補正を行う。これは、設定するまで調整のわずらわしさがあるために、ユーザへの負担が生じてしまう。また、文字サイズや文字の配色を設定するために、文字の読みやすさや分解能に関しては評価できるが、自然画像の見えやすさや好ましさに必ずしも対応しているわけではない。
【００１２】
また、特許文献２、３において照明環境は、明るさのみを基準として測定されているが、周辺の照明の色温度に対応しているわけではない。
【００１３】
本発明は上述の問題に鑑みてなされたものであり、視力、年齢に相当するパラメータと画像表示装置のサイズと視距離、表示面の照度および色温度環境等をパラメータとして画面輝度を演算し、その画面輝度と周辺の色温度環境をもとに色補正を演算し、明るさ環境と観視者の特性にあった表示画面の明るさ調整ならびに色補正を行う画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
表示画面と、前記表示画面近傍の照度を測定する画面照度測定部と、観視者の情報を設定する設定条件入力部と、前記表示画面近傍の照度と前記観視者の情報および前記観視者から前記表示画面までの距離で表される視距離に基づいて、前記観視者が好ましいと感じる前記表示画面の輝度を求める演算部と、前記観視者が好ましいと感じる前記表示画面の輝度に基づいて、前記表示画面の最大輝度を決定する画面輝度制御部と、前記観視者が好ましいと感じる前記表示画面の輝度に基づいて、前記表示画面の色味を決定する画面色補正制御部と、前記表示画面の最大輝度および色味が前記画面輝度制御部にて決定した前記最大輝度および前記画面色補正制御部にて決定した色味になるように表示パネルを駆動する表示パネル駆動部とを備えた画像表示装置を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
この発明の画像表示装置によれば、さまざまな明るさ環境の明るさおよび観視者の年齢層に応じて、好ましい明るさや色味により画像を表示することができ、長時間の観視を行った場合でも、観視者の疲れを低減することが可能となる。また、画面の明るさを抑えることで、消費電力の低減も可能とする。 
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る画像表示装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態１に係る画像表示装置は、画面照度測定部１、設定条件入力部２、背景輝度演算部３、記憶部４、輝度調整定数演算部５、明るさ感輝度演算部６、画面輝度制御部７、表示パネル駆動部８、映像信号輝度演算部９、表示画面１０、視覚定数演算部１１、映像信号解析部１２、視角定数演算部１３、撮像部１４、色補正演算部２０、画面色補正制御部２１そして映像信号色度円残部２２を備えている。なお、背景輝度演算部３、輝度調整定数演算部５、明るさ感輝度演算部６、視覚定数演算部１１、視角定数演算部１３および色補正演算部２０をまとめて演算部と呼ぶ。
【００１７】
画面照度測定部１は、表示画面１０の近傍に配置された単数もしくは複数の受光素子であり、たとえば視感度補正をほどこしたシリコン・ホトダイオードと増幅器から構成されている。設定条件入力部２は、リモコン受光部を有し、図示されていないリモコンから、観視者の操作により、諸条件を受信できる。撮像部１４は、イメージセンサと画像処理装置からなり、観視者のイメージを撮像し、観視者と表示画面１０との距離（視距離）や観視者の年齢を画像処理により得ることができる。
【００１８】
ところで、表示装置の明るさ感や見やすさは、表示されている画像の色味に影響を受ける。ここで色味とはＲＧＢの配合比により決まるホワイトバランスのことで、色温度で記載される場合もあり、ＮＴＳＣ（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）の規格では６５００Ｋが使用されており、日本においては９３００Ｋが使われている。すなわち、観視者の視距離と視力や年齢から、表示装置の明るさを調整するだけでなく、好ましい色補正処理も行う必要がある。
【００１９】
上記について明らかにするために予め行った予備実験の結果について詳細に説明する。
【００２０】
図２は、色補正演算部２０に組み込まれている関数の基本概念となる好ましい設定輝度Ｌｗと好ましい色温度（ホワイトの色味）Ｃｔとの関係を求めるために行った実験結果を示したものである。
【００２１】
実験は、６３歳から７９歳までの２０名（男性１０名、女性１０名）の高齢者を被験者として行われた。
まず、図２の横軸である好ましい輝度Ｌｗに関する第１の実験について説明する。実験を行った部屋には色温度が６５００Ｋの照明が備えられ、その部屋に設置された画像表示装置の画面上での照度が１００ｌｘとなるように上記の照明が調整されている。画像表示装置に映し出される画像は、色温度が６５００Ｋの照明を備えたスタジオで撮影された平均輝度レベルの異なる１０枚の画像である。被験者はこの１０枚の画像を観視し、それぞれの画像に対して、好ましいと感じる明るさに画像表示装置の明るさを自ら調整した。例えば、画像表示装置が液晶表示装置であれば、観視者が１０枚のそれぞれの画像に対してバックライトの明るさを決めることになる。そして、１０枚のそれぞれの画像に対して決められたそれぞれのバックライトの明るさで白べたの画像を表示した場合の輝度を測定し、得られた１０の輝度の平均値を被験者が好ましいと感じた輝度とした。図２の横軸は、この被験者が好ましいと感じた輝度を表している。
【００２２】
次に、図２の縦軸に関する第２の実験について説明する。実験を行った部屋の環境は、第１の実験と同じである。第２の実験においては、被験者はピーク輝度１００ｃｄ／ｍ２に調整された３種の色温度設定（９５００Ｋ、６５００Ｋ、５０００Ｋ）の画像を観視する。そして、それぞれの画像に対して、好ましい画像か好ましくない画像であるかの評価を行った。評価値は―０．１５から＋０．１５とし、プラス方向が“好ましい“、マイナス方向は“好ましくない“を示している。この評価値が図２の縦軸に相当する。
【００２３】
たとえば６００ｃｄ／ｍ２程度の表示輝度が好ましいと調整した被験者は、１００ｃｄ／ｍ２の画像に対しては色温度９３００Ｋ表示が好ましいと答えている。また、１００ｃｄ／ｍ２程度の表示輝度が好ましいと調整した被験者は色温度５０００Ｋが好ましいと答えていることを示している。なお、第２の実験において被験者が観視した画像のピーク輝度は、１００ｃｄ／ｍ２の画像以外にも３００ｃｄ／ｍ２の画像についても同様の評価を行ったが、いずれのピーク輝度の画像に対しても、実験結果はほぼ同じ傾向であった。
【００２４】
この実験結果から、高輝度表示を好む高齢者は色温度の高い表示を好み、低輝度表示を好む高齢者は色温度の低い表示を好む傾向が得られた。これより、好ましいと選択した表示輝度Ｌｗと好ましい色温度Ｃｔとの関係式として式（１）が得られる。
Ｃｔ＝ｃＬｗβ＋ＣE      （１）
【００２５】
ここで、βは明るさ感と色温度との関係を表す視覚定数、ｃは色補正調整定数、ＣEは観視環境定数と呼ぶ。視覚定数βは、年齢に関係する定数であり、若者と高齢者では実験結果から得られた異なる数値を用いる。色補正調整定数ｃは主に視力や色の好みに関係する定数であり、ＣEは主に観視環境の照明の色温度や明るさに関係する定数である。
【００２６】
次に本発明に関わる表示装置の動作を述べる。
画面照度測定部１は、観視者に向かって設置され、表示画面１０の中心近傍の照度（画面照度Ｅｉ）を測定し、これを背景輝度演算部３に出力する。なお、表示画面１０の中央付近に設置することが困難な場合には、表示画面１０の近傍に設置し、そこで測定した照度を画面照度Ｅｉと近似しても問題はない。
【００２７】
設定条件入力部２には、リモコン操作等により、観視者の年齢や視力、背景輝度演算に使用される背景輝度演算定数Ｒｅ、視距離等の情報を受信し、受信した情報を記憶部４に出力する。ここで、年齢等の情報がリモコン操作等により入力が行われない場合には、予め定められたデフォルト値を用いてもよい。また、撮像部１４に備えられた撮像装置によって撮像された観視者の画像から、画像処理により視距離や年齢を求め、これを設定条件入力部２に出力してもよい。
【００２８】
背景輝度演算部３には、画面照度測定部１から画面照度Ｅｉが、記憶部４からは背景輝度演算定数Ｒｅが入力され、式（２）
Ｌａ＝Ｒｅ×Ｅｉ      （２）
より背景輝度Ｌａを演算して、記憶部４に出力する。この背景輝度Ｌａは、記憶部４からさらに、明るさ感輝度演算部６に出力される。
【００２９】
視角定数演算部１３には、記憶部４に蓄えられている視距離Ｌが入力される。また、映像信号解析部１２では映像信号を解析し、表示画面１０に表示されている映像パターンの実効的な面積Ｓを計算し、その結果を視角定数演算部１３に出力する。視角定数演算部１３は、これらの情報より、式（３）
φ＝２×Ｔａｎ-1（√（Ｓ／π）／Ｌ）      （２）
に基づいて視角φを求める。この視角φは、記憶部４に出力され、記憶部４に記録される。なお、映像パターンの実効的な面積は、単に表示画面の面積としても良いし、表示画面の面積に１より小さい定数を乗じたものとしてもよい。これにより、映像信号解析部１２を不要とすることができる。
【００３０】
記憶部４に記録された視角φは、輝度調整定数演算部５に出力される。輝度調整定数演算部５では、入力された視角φより、輝度調整定数ｋが求められる。輝度調整定数ｋを求めるにあたっては、視角φから輝度調整定数ｋを与えるテーブルを用いても良いし、適当な関数演算により求めてもよい。求められた輝度調整定数ｋは、記憶部４に出力され、記録される。なお、輝度調整定数ｋは、主に視角φにより決まるが、年齢にも依存するため、記憶部４から年齢の情報を受け取り、視角φとともに年齢を用いてより正確に輝度調整定数ｋを求めることも有効である。
【００３１】
視覚情報演算部１１には、記憶部４に蓄えられている観視者の年齢と視角φが入力される。視覚情報演算部１１は、輝度に関係する視覚定数αおよび色味に関係する視覚定数βを選択するためのテーブルを有し、これにより、観視者の視覚条件にあった視覚定数αとβを選択し、記憶部４に出力し、この視覚定数αおよびβは記憶部４に記録される。なお、必要に応じて、記憶部４より観視者の視力および好みを入力し、観視者の年齢と視角φとあわせて視覚定数αおよびβを決定することで、さらに良好に視覚定数αおよびβを決めることもできる。
【００３２】
記憶部４から明るさ感輝度演算部６に、背景輝度Ｌａ、輝度調整定数ｋ、および視覚定数αが出力される。明るさ感輝度演算部６は、これらの情報より式（４）
Ｌｗ＝ｋ×Ｌａα      （４）
に基づいて、観視者が好ましいと感じる輝度Ｌｗを演算し、画面輝度制御部７および色補正演算部２０にこのＬｗを出力する。
【００３３】
記憶部４から色補正演算部２０に、視覚定数αおよびβ、視力情報が出力される。また前記明るさ感輝度演算部６より観視者が好ましいと感じる輝度Ｌｗが入力され、これらの情報より式（１）により基づいて、観視者が好ましいと感じる色温度Ｃｔを演算し、画面色補正制御部２１にこのＣｔを出力する。Ｃｔの演算に用いるＣEは、観視環境の照明の色温度や明るさに関係する定数であるため観視者が定数を入力してもよいし、一般的な家庭環境の証明条件を定数としていてもよい。
【００３４】
ここで、リモコン操作等により観視者好ましいと感じる輝度Ｌｗを操作した場合には、このＬｗに合わせて色温度Ｃｔを演算してもよい。
【００３５】
またＣｔは式（１）をもとに求められるが、決められた画像によりＬｗを測定し、それをもとに固定値として求めても良い。
また、Ｃｔは異なる画像によりＬｗを測定し、連続的な値でなく段階的に変化させる変数としてもよい。
【００３６】
これにより視聴者が設定した明るさ条件に対しても、自動で色温度を設定することが出来、色設定操作が不要となる。
【００３７】
画面輝度制御部７は、映像信号輝度演算部９が求めた映像信号の輝度分布等と明るさ感輝度演算部６から得たＬｗに基づいて、観視者にとってまぶしくない明るさ表示になるように、映像信号の最大輝度値を決定し、表示画面１０の明るさを調整するための信号を表示パネル駆動部８に出力する。表示パネル駆動部８は、この信号にもとづいて、表示画面の輝度を制御する。
【００３８】
画面色補正制御部２１は、映像信号色度演算部２２が求めた映像信号の色度等と色補正演算部２０から得たＣｔに基づいて、観視者に好ましい輝度、見えやすい色表示になるように、映像信号の色味を決定し、表示画面１０の色味を調整するための信号を表示パネル駆動部８に出力する。表示パネル駆動部８は、この信号にもとづいて、表示画面の色味を制御する。
【００３９】
このような年齢、視力、視距離、表示サイズ、背景輝度、部屋の照明等の設定条件値をもとに、観視者の視覚特性に適応した明るさおよび色味を得るシステムを画像表示装置に搭載することで、さまざまな明るさ環境下において、各年齢層の観視者が好ましいと感じる明るさおよび色味で画像を表示することができ、長時間の観視した場合でも、観視者の疲れを低減することが可能となる。また、画面の明るさを抑えることで、消費電力の低減も達成できる。 
【００４０】
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係る画像表示装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態２に係る画像表示装置は、画面照度測定部１、設定条件入力部２、背景輝度演算部３、記憶部４、輝度調整定数演算部５、明るさ感輝度演算部６、画面輝度制御部７、表示パネル駆動部８、映像信号輝度演算部９、表示画面１０、視覚定数演算部１１、映像信号解析部１２、視角定数演算部１３、撮像部１４、色補正演算部２０、画面色補正制御部２１、映像信号色度演算部２２、そして観視環境色温度演算部３１を備えている。なお、背景輝度演算部３、輝度調整定数演算部５、明るさ感輝度演算部６、視覚情報演算部１１、視角定数演算部１３および色補正演算部２０、観視環境色温度演算部３１をまとめて演算部と呼ぶ。
【００４１】
画面照度測定部１は、表示画面１０の近傍に配置された複数の受光素子であり、照射している光の色度に相当する情報Ｃを観視環境色温度演算部３１へ出力する。観視環境色温度演算部３１ではこの情報をもとに環境色温度定数ＣＥを記録部４へ出力する。
【００４２】
色補正演算部２０は、観視環境色温度演算部３１で得られた環境色温度定数ＣＥと明るさ感輝度演算部６で求められた好ましいと感じる輝度Ｌｗと視力情報と視覚情報βを元に式（１）により色補正値が求められて画面色補正制御部２１に出力される。
【００４３】
画面色補正制御部２１は、映像信号色度演算部２２が求めた映像信号の色度等と色補正演算部２０から得たＣｔに基づいて、観視者にとってまぶしくない、見えやすい色表示になるように、映像信号の色味を決定し、表示画面１０の色味を調整するための信号を表示パネル駆動部８に出力する。表示パネル駆動部８は、この信号にもとづいて、表示画面の色味を制御する。
【００４４】
このような年齢、視力、視距離、表示サイズ、背景輝度、部屋の照明色温度等の設定条件値をもとに、観視者の視覚特性に適応した明るさおよび色味を得るシステムを画像表示装置に搭載することで、さまざまな明るさ環境下および色温度環境下において、各年齢層の観視者が好ましいと感じる明るさおよび色味で画像を表示することができ、長時間の観視した場合でも、観視者の疲れを低減することが可能となる。また、画面の明るさを抑えることで、消費電力の低減も達成できる。
【００４５】
実施の形態３．
【００４６】
若年者と高齢者では好ましいと感じる輝度は一般的に異なる。例えば、最適な視覚定数αの値は、若年者に対しては、α＝０．３１〜０．４３、高齢者に対しては、α＝０．２６〜０．３５程度であることが実験から得られており、年齢ごとにαを固定した値とすることも可能である。一般的にはそれぞれの中間値を用いることで、演算の容易化およびメモリの削減が可能である。
【００４７】
視覚定数αを固定値にすることで、視覚定数演算部１１の演算を容易にすることができるし、また、視覚定数演算部１１を削除することもできる。
【００４８】
視角定数βの値は、通常は１を用いることで、演算の容易化およびメモリの削減が可能である。また、βを１より低くすることで表示輝度に対して常に色温度を高く設定できるし、1より大きくすることで常に色温度を低く設定することが可能である。
【００４９】
色温度に相当する環境色温度定数ＣＥの値は、実験的に通常は１０００以上を適用して好ましい色温度を計算すると適切であることがわかっている。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る画像表示装置を示すブロック図である。
【図２】好ましい輝度と好まれる色温度の関係を求めた主観評価実験の結果を現すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態２に係る画像表示装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  画面照度測定部    ２  設定条件入力部    ３背景輝度演算部    ４  記憶部
５  輝度調整定数演算部    ６  明るさ感輝度演算部    ７  画面輝度制御部    
８  表示パネル駆動部    ９  映像信号輝度演算部    １０表示画面
１１  視覚情報演算部    １２  映像信号解析部    １３  視角定数演算部
１４  撮像部    ２０色補正演算部    ２１  画面色補正制御部
２２映像信号色度演算部    ３１  観視環境色温度演算部
【図１】
0005109745.tif 000002
【図２】
0005109745.tif 000003
【図３】
0005109745.tif 000004