JP2004325629A

JP2004325629A - 表示装置、及びその調光方法

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Publication number: JP2004325629A
Application number: JP2003118227A
Authority: JP
Inventors: Shohei Yoshida; 昇平吉田; Hideto Iizaka; 英仁飯坂
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-04-23
Filing date: 2003-04-23
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2023-04-23
Also published as: JP3909595B2; CN1540391A; US20040248022A1; US7639220B2; CN100335942C; US20100060556A1

Abstract

【課題】光源の出力制御による調光を効率よく行うことができ、好ましくは表示画像の色分布に応じた調光が可能な表示装置、及びその調光方法を提供する。
【解決手段】本発明の表示装置は、光量を変化させることにより表示画像の調整が可能な表示装置であって、発光ダイオード素子を有する複数の光源と、前記表示画像の画像信号に基づき、前記各光源の出力を制御するための光源制御信号を出力する画像解析部３４と、前記光源制御信号に基づき前記各光源の出力を制御する光源制御手段１５〜１７とを備えている。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示装置及びその調光方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の投射型表示装置は以下のような問題点を有している。
（１）光学系を構成する様々な光学要素で生じる光漏れや迷光のため、充分なコントラストが得られない。つまり、表示できる明るさの範囲（ダイナミックレンジ）が狭く、陰極線管（ＣａｔｈｏｄｅＲａｙＴｕｂｅ，以下、ＣＲＴと略記する）を用いた既存の映像モニタと比較すると、映像品質の点で劣ってしまう。
（２）各種の映像信号処理により映像の品質向上を図ろうとしても、ダイナミックレンジが固定されているために、充分な効果を発揮することができない。
【０００３】
このような投射型表示装置の問題点に対する解決策、つまりダイナミックレンジを拡大する方法としては、映像信号に応じて光変調手段（ライトバルブ）に入射させる光量を変化させることが考えられる。それを実現するのに最も簡便な方法は、ランプの光出力強度を変化させることである。投射型液晶表示装置において、メタルハライドランプの出力光の制御を行う方法が開示されている（特許文献１参照）。また、白色光源では出力の変化に伴う発光スペクトルの変化が生じるため、それを補正して表示を行うことが提案されている（特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平３−１７９８８６号公報
【特許文献２】
特開平１１−２９６１２７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献２に記載の技術を用いるとしても、白色光源の発光スペクトルの変化は複雑であり、大規模な補正回路が必要である。また、表示画像の色分布に偏りがある場合に、白色光源では効率よく調光することができず、調光による効果を十分に得られない場合がある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するために成されたものであって、光源の出力制御による調光を効率よく行うことができ、好ましくは表示画像の色分布に応じた調光も可能な表示装置、及びその調光方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の表示装置は、照明光量を変化させることにより表示画像の調整が可能な表示装置であって、発光ダイオード素子を有する複数の光源と、前記表示画像の画像信号に基づき、前記各光源の出力を制御するための光源制御信号を出力する画像解析手段と、前記光源制御信号に基づき前記各光源の出力を制御する光源制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
この表示装置によれば、照明光量を変化させて表示を行うために、前記画像解析手段に入力された画像信号に基づき光源制御信号を設定し、この光源制御信号に基づき前記光源制御手段により前記発光ダイオード素子の出力を制御し、その発光量を変化させるようにしたので、制御性よく正確な調光を行うことができる。また、発光ダイオード素子の高速応答性により高速な調光が可能であるため、時分割的に異なる色光を変調して表示を行うカラーシーケンシャル方式の投射型表示装置としても好適に用いることが可能である。
【０００９】
また、液晶調光素子や機械的なシャッター等を用いて光源の光を遮断することにより調光を行う場合のように、光照射による調光素子の劣化やシャッターの機械構造の劣化等の信頼性あるいは耐久性を考慮する必要が無く、簡素な構成で高信頼性の表示装置を提供することができる。
【００１０】
本発明の表示装置では、前記画像解析手段が、所定期間内に入力される前記画像信号の輝度の平均値に基づき設定した前記光源制御信号を出力する構成であってもよい。
この平均値を特徴量として画像処理パラメータを算出することで、観察者に視覚される画像の雰囲気を損なうことなく調光を行うことが可能である。
【００１１】
本発明の表示装置では、前記画像解析手段が、所定期間内に入力される前記画像信号の輝度の最大値に基づき設定した前記光源制御信号を出力する構成であってもよい。
上記輝度の最大値は、伸長係数（伸長パラメータ）と共有することができるため、画像解析手段の構成を簡素化でき、低コスト化することができる。また、伸長処理による階調つぶれが生じる画像領域を最小限に抑えることができるので、入力された画像信号に忠実な表示が得られるという利点がある。
【００１２】
本発明の表示装置では、前記画像解析手段が、所定期間内に入力される前記画像信号の輝度分布に基づき設定した前記光源制御信号を出力する構成であってもよい。
上記輝度分布に基づき前記光源制御信号を設定することで、ノイズの混入等による輝点等、突発的なデータ部分を避けて、より表示領域を意識した画像処理パラメータの設定が可能になり、調光による画面のちらつきも効果的に抑えることが可能である。
【００１３】
本発明の表示装置では、前記光源制御手段に入力される光源制御信号の信号解像度（ビット幅）が、前記複数の光源から出力される色光の比視感度に応じて異なっている構成とすることもできる。このような構成とすることで、使用者に対して効果的な調光を行うことが可能になる。
【００１４】
また本発明の表示装置では、前記光源から出力される色光のうち、緑色光に対応する前記光源制御信号の信号解像度が、他の色光に対応する前記光源制御信号の信号解像度より大きい構成とすることが好ましい。
人間の比視感度が高い緑色光を出力する光源に対する光源制御信号の信号解像度を高くし、出力の制御をよりきめ細かく行うようにすることで、観察者に対する実質的な階調表現の向上を図ることができる。つまり、輝度や彩度の変化を観察者が敏感に認識する比視感度の高い色に対して制御を細やかに行うことで、他の色についても細やかに制御されているように観察者に認識させることができるため、３色に対応する光源制御信号の信号解像度を高くする場合に比して、駆動回路の構成を簡素にすることができ、低コストで階調表現に優れる表示装置を実現できる。
【００１５】
本発明の表示装置では、前記表示画像のホワイトバランスを補正するために、前記画像制御信号に対して信号補正処理を実行する出力バランス補正手段を備えた構成とすることもできる。
この構成によれば、調光により表示画像のホワイトバランスが変化するのを効果的に防止でき、高画質の表示画像が得られる表示装置を提供することができる。
【００１６】
また本発明の表示装置では、前記出力バランス補正手段が、前記各光源の出力特性情報を含むルックアップテーブルを備えた構成とすることができる。
この構成によれば、上記出力バランスの補正をルックアップテーブルを用いて柔軟かつ高速に行うことができ、高画質の表示画像が得られる表示装置を提供することができる。
【００１７】
次に、本発明の表示装置は、照明光量を変化させることにより表示画像の調整が可能な表示装置であって、発光ダイオード素子を有し、互いに異なる色光を出力可能とされた複数の光源と、前記各光源に対応して設けられて前記各色光を変調する光変調手段と、前記表示画像の画像信号に含まれる前記各色光に対応した色信号に基づき、前記各光源の出力を制御するための複数の光源制御信号を出力する画像解析手段と、前記光源制御信号に基づき前記各光源の出力を制御する光源制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
この表示装置によれば、照明光量を変化させて表示を行うために、入力された画像信号に基づき設定された光源制御信号によって、発光ダイオード素子の出力を制御し、その発光量を変化させるとともに、前記光源制御信号を各色信号毎に独立に設定するようにしたので、制御性よく正確な調光を行うことができるとともに、表示画像の色分布に偏りがある場合であっても、極めて効率の良い調光を行うことができる。また、発光ダイオード素子の高速応答性により高速な調光が可能であり、シャッター等の調光素子が不要としたことによる信頼性の向上効果を得られるのは勿論である。
【００１９】
本発明の表示装置では、前記画像解析手段が、所定期間内に入力される前記各色信号の輝度の平均値に基づき設定した前記各光源制御信号を出力する構成であってもよい。
この平均値を特徴量として画像処理パラメータを算出することで、観察者に視覚される画像の雰囲気を損なうことなく調光を行うことが可能である。
【００２０】
本発明の表示装置では、前記画像解析手段が、所定期間内に入力される前記各色信号の輝度の最大値に基づき設定した前記各光源制御信号を出力する構成であってもよい。
上記輝度の最大値は、伸長係数（伸長パラメータ）と共有することができるため、画像解析手段の構成を簡素化でき、低コスト化することができる。また、伸長処理による階調つぶれが生じる画像領域を最小限に抑えることができるので、入力された画像信号に忠実な表示が得られるという利点がある。
【００２１】
本発明の表示装置では、前記画像解析手段が、所定期間内に入力される前記各色信号の輝度分布に基づき設定した前記各光源制御信号を出力する構成であってもよい。
上記輝度分布に基づき前記光源制御信号を設定することで、ノイズの混入等による輝点等、突発的なデータ部分を避けて、より表示領域を意識した画像処理パラメータの設定が可能になり、調光による画面のちらつきも効果的に抑えることが可能である。
【００２２】
本発明の表示装置では、前記画像解析手段が、前記各色信号毎に異なる特徴量を用いて前記各光源制御信号を設定する構成であってもよい。
このように光源制御信号を設定するための特徴量を、各色信号毎に変えられるようにすることで、より柔軟かつ正確な光源制御信号の設定が可能になり、調光時の表示画像の画質向上を図ることができる。
【００２３】
本発明の表示装置では、前記画像解析手段が、前記画像信号を変調するための画像制御信号を出力可能とされ、前記表示画像の画像信号を前記画像制御信号に基づき変調する画像処理手段を備えた構成が好ましい。
この構成によれば、前記画像解析手段による画像解析に基づき、画像処理を行って表示を行うので、調光表示に適した高画質の表示が得られるようになる。また、オフセット処理により黒表示部を引き締めるような画像処理も可能になるので、調光表示による効果をさらに促進して、高画質化を図ることができる。
【００２４】
次に、本発明の調光方法は、照明光量を変化させることにより表示画像の調整が可能な表示装置の調光方法であって、発光ダイオード素子を有する複数の光源から光変調手段に照射される光量を制御するために、前記表示画像の画像信号に基づき前記各光源の出力を制御するための光源制御信号を出力する画像解析ステップと、前記光源制御信号に基づき前記各光源の出力を制御する光源制御ステップとを備えたことを特徴としている。
【００２５】
この調光方法によれば、上記画像解析ステップにおいて、入力された画像信号に基づき設定した光源制御信号を出力し、続く光源制御ステップにおいて、発光ダイオード素子の出力を制御し、その発光量を変化させるので、制御性よく正確な調光を行うことができるとともに、発光ダイオード素子の高速応答性により高速な調光が可能である。
【００２６】
本発明の調光方法では、前記画像解析ステップにおいて、前記光源から出力される色光の比視感度に応じて、異なる信号解像度の前記光源制御信号を出力することが好ましい。
このように人間の比視感度に応じて前記光源制御信号の信号解像度を変えるようにすることで、実質的な階調表現の向上を実現でき、低コストで階調表現性に優れる表示が得られるようになる。
【００２７】
本発明の調光方法では、前記光源制御ステップにおける光源の出力制御に際して、前記各光源の出力バランスを調整して前記表示画像のホワイトバランスを調整することが好ましい。
この方法によれば、光源の出力特性による調光時の色調の変化を効果的に防止でき、高画質の調光表示を得ることができる。
【００２８】
次に、本発明の調光方法は、照明光量を変化させることにより表示画像の調整が可能な表示装置の調光方法であって、発光ダイオード素子を有し、互いに異なる色光を出射する複数の光源から、前記複数の光源に対応して設けられた光変調手段に照射される光量を制御するために、前記表示画像の画像信号に含まれる前記各色光に対応した色信号に基づき、前記各光源の出力を制御するための光源制御信号を出力する画像解析ステップと、前記光源制御信号に基づき前記各光源の出力を制御する光源制御ステップとを備えたことを特徴としている。
【００２９】
この方法によれば、上記画像解析ステップにおいて、入力された画像信号に基づき設定した光源制御信号を出力し、続く光源制御ステップにおいて、発光ダイオード素子の出力を制御し、その発光量を変化させるので、制御性よく正確な調光を行うことができるとともに、光源の出力を制御するための光源制御信号を、各色信号毎の解析に基づき設定するので、表示画像の色分布に偏りがある場合であっても、極めて効率の良い調光を行うことが可能である。
【００３０】
本発明の調光方法では、前記画像解析ステップにおける前記光源制御信号の設定に際して、前記各色信号毎に異なる特徴量に基づき前記光源制御信号を設定することもできる。
このように光源制御信号を設定するための特徴量を、各色信号毎に変えることで、より柔軟かつ正確な光源制御信号の設定が可能になり、調光時の表示画像の画質向上を図ることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る表示装置の第１の実施形態である投射型表示装置の概略構成図である。同図に示す投射型表示装置３０は、異なる色光をそれぞれ射出することが可能な光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂと、液晶ライトバルブ（光変調手段）２２〜２４と、ダイクロイックプリズム２５と、投射系２６とを備えて構成されている。符号２７は、画像が投影表示されるスクリーンである。
【００３２】
光源２Ｒは、赤色光ＬＲを射出するランプ７Ｒと、ランプ７Ｒの光を反射するリフレクタ８とから構成されている。光源２Ｇは、緑色光ＬＧを射出するランプ７Ｇと、ランプ７Ｇの光を反射するリフレクタ８とから構成されている。光源２Ｂは、青色光ＬＢを射出するランプ７Ｂと、ランプ７Ｂの光を反射するリフレクタ８とから構成されている。ランプ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂは、前記各色光を射出するＬＥＤ（発光ダイオード）素子から構成されている。
【００３３】
光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂは、液晶ライトバルブ（光変調手段）２２，２３，２４に対応して設けられている。
光源２Ｒから射出された赤色光ＬＲは、赤色光用液晶ライトバルブ２２に入射し、ここで変調される。光源２Ｇから射出された緑色光ＬＧは、緑色光用液晶ライトバルブ２３に入射し、ここで変調される。光源２Ｂから射出された青色光ＬＢは、青色光用液晶ライトバルブ２４に入射し、ここで変調される。
【００３４】
各液晶ライトバルブ２２，２３，２４によって変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム２５に入射され、ここで３つの色光が合成されてカラー画像を表す光が形成される。合成された光は投射レンズ等からなる投射系２６によりスクリーン２７上に投射され、拡大画像が投影されるようになっている。
【００３５】
上記各液晶ライトバルブ２２〜２４には、各色光に所定の画像処理を施す画像処理部（図１では図示を省略）が接続されており、画像処理部で所定の画像処理が施された画像信号はライトバルブドライバを介して各液晶ライトバルブ２２〜２４に供給される。また、前記光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂには、図示略の画像解析部が光源制御ドライバを介して接続されており、画像解析部による画像信号の解析に基づいて、各光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂの出力を制御するようになっている。
本実施形態に係る投射型表示装置は、上記画像処理部における画像処理と、上記画像解析部及び光源制御ドライバによる光源の出力制御（調光）とに基づいて画像表示を行うものである。
【００３６】
次に、本実施形態の投射型表示装置に適用されている調光方法について説明する。図２は、図１に示す投射型表示装置の駆動回路を示すブロック図である。
まず、画像信号は、画像処理部（画像処理手段）３１及び画像解析部（画像解析手段）３４に入力される。画像解析部３４では、画像信号の解析を行って伸長係数やオフセット値等の画像処理パラメータを算出し、画像制御信号として画像処理部３１に供給する。画像処理部３１では、受け取った画像制御信号に基づき前記画像信号に対して所定の画像処理を行った後、ライトバルブドライバ１２〜１４に入力する。ライトバルブドライバ１２〜１４は、受け取った画像信号に基づき各色光用の液晶ライトバルブ２２〜２４を制御する。
また、画像解析部３４は、光源制御信号に基づいて光源制御ドライバ１５〜１６を制御する。これらの光源制御ドライバ１５〜１７は、それぞれ対応する光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを制御し、各光源の出力を制御して液晶ライトバルブ２２〜２４に照射される光量を変化させる。ここで、光量とは単位時間辺りの光量であり、光量を変化させる方法としては、例えば発光強度を変化させて連続的に発光させる方法や、強度を一定のまま発光期間を変化させる方法や、発光強度と発光期間の両方を変化させる方法がある。
【００３７】
すなわち、本実施形態の投射型表示装置では、表示される画像を画像解析部３４により解析し、表示画像に合わせて光源から照射される光量を変化させるとともに、画像処理部３１により所定の画像処理（伸長処理）を行うことで前記光量変化による表示輝度の変化を補償することで、液晶ライトバルブのダイナミックレンジを有効に使用して表示を行い、滑らかな階調表現を実現している。また、前記光量を減少させることにより、黒レベル（ゼロ輝度）を低下させることができるため、引き締まった黒表示による高コントラストの表示が得られるようになっている。
【００３８】
画像解析部３４は、図３にブロック図で示すように、ヒストグラム作成部３６と、ヒストグラム解析部３７とを備えて構成されている。ヒストグラム作成部３６は、所定期間（例えば１フレーム）内に入力された画像信号の画像データから、図４に示すような階調毎のヒストグラム（出現度数分布）を作成する。図４において横軸は階調値、縦軸は画素数を示している。
作成されたヒストグラムはヒストグラム解析部３７に供給され、このヒストグラム解析部３７は、受け取ったヒストグラムから表示画像の特徴量を抽出し、係る特徴量に基づき画像処理部３１での画像処理パラメータとなる伸長係数、オフセット値などを算出する。
【００３９】
上記ヒストグラム解析部３７により抽出できる特徴量としては、画像信号の輝度（階調）の平均値、輝度分布から得られる輝度値、輝度の最大値、輝度の最小値などを例示することができる。各特徴量に基づき画像処理パラメータを設定することによる作用を以下の（１）〜（３）に示す。
【００４０】
（１）画像信号の輝度の平均値は、観察者が視覚する画像の明るさを最も端的に表しており、この平均値を特徴量として画像処理パラメータを算出することで、観察者に視覚される画像の雰囲気を損なうことなく調光を行うことが可能である。尚、画像信号の輝度の平均値は、上記ヒストグラムを作成しなくとも得ることができるため、画像解析部３４の構成の簡素化においても有利である。
上記輝度の平均値としては、画像信号に含まれる全ての画素の輝度の平均値を特徴量として採用することもできるが、１フレームの画像信号を複数の領域に分割し、各領域毎の輝度の平均値を特徴量として抽出し、これらの平均値の比較を行い、最も高い平均値を画像処理パラメータ（伸長係数）として採用する方法も適用できる。
【００４１】
（２）画像信号の輝度分布から得られるパラメータを特徴量とする場合、輝度分布の最頻値や、最大輝度（又は最小輝度）から所定の画素数だけ離れた輝度値等を特徴量とすることができる。これらの特徴量を用いる場合、ノイズの混入等による輝点等、突発的なデータ部分を避けて、より表示領域を意識した画像処理パラメータの設定が可能になり、調光による画面のちらつきも効果的に抑えることが可能である。
【００４２】
（３）画像信号の輝度の最大値（最小値）を特徴量とすれば、これらの値は伸長係数（伸長パラメータ）と共有することができるため、画像解析部３４の構成を簡素化でき、低コスト化することができる。また、伸長処理による階調つぶれが生じる画像領域を最小限に抑えることができるので、入力された画像信号に忠実な表示が得られるという利点がある。尚、画像信号の輝度の最大値、最小値についても、上記ヒストグラムを作成しなくとも得ることができるため、画像解析部３４の構成の簡素化において有利である。
【００４３】
ヒストグラム解析部３７により算出された伸長係数及びオフセット値は画像制御信号として画像解析部３１へ供給され、前記伸長係数は光源制御信号として出力補正部（出力バランス補正手段）３２へ供給される。
出力補正部３２は、前記各光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂに備えられたランプ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂの出力特性情報を与えるルックアップテーブル（ＲＧＢ−ＬＵＴ）を保持しており、入力されたオフセット値に基づき決定される光源の出力値を上記ルックアップテーブルに入力し、各光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂの実際の出力値を参照して出力するようになっている。このような構成とされていることで、ランプ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂの出力特性による発光量の変化が補正された正確な調光を行うことができる。また調光による投影画像のホワイトバランスの変化も抑制でき、高画質の表示画像を得ることができるようになっている。
【００４４】
上記ルックアップテーブルの一例を以下の表１に示す。このルックアップテーブルは、予め測定した光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂの出力特性を初期値として記憶しておくようにしても良いが、投射型表示装置の電源投入時や立ち上げ時に上記出力特性を測定して記憶するようすることもでき、このようにルックアップテーブルを随時更新する構成とすることで、光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂの経時的な特性変化に柔軟に対応することができ、長期間に渡り安定した画質の表示を得ることができる。
【００４５】
【表１】

【００４６】
本実施形態の場合、表１に示すように、緑色光の光源２Ｇに対応する光源制御信号の信号解像度が、赤色光及び青色光に対応する光源２Ｒ，２Ｂに比して高くなっている。具体的には、光源２Ｒに対応する光源制御信号及び光源２Ｂに対応する光源制御信号はそれぞれ８ビットであるのに対し、光源２Ｇに対応する光源制御信号は１０ビットとなっている。このように、人間の比視感度が高い緑色光を出力する光源２Ｇに対する光源制御信号の信号解像度を高くし、出力の制御をよりきめ細かく行うようにすることで、観察者に対する実質的な階調表現の向上を図ることができる。つまり、輝度や彩度の変化を観察者が敏感に認識する比視感度の高い色に対して制御を細やかに行うことで、他の色についても細やかに制御されているように観察者に認識させることができるため、３色に対応する光源制御信号の信号解像度を全て１０ビットにする場合に比して、出力補正部３２の回路構成を簡素にすることができ、低コストで階調表現に優れる投射型表示装置を実現できる。
【００４７】
次いで、光源制御ドライバ１５〜１７は、上記出力補正部３２から供給された各光源制御信号に基づき、各光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂの出力を制御する。本実施形態の投射型表示装置では、光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂのランプ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂが発光ダイオード素子で構成されているので、光源制御信号に基づき光量を変化させるに際して、各発光ダイオード素子の発光量により調整することができる。従って、制御性よく正確な調光を行うことができるとともに、発光ダイオード素子の高速応答性により高速な調光が可能である。
【００４８】
一方、画像処理部３１は、図５のブロック図に示すように、オフセット処理部４１と、伸長処理部４２とを備えて構成されている。
オフセット処理部４１は、入力された画像信号から分離された各光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂの色光に対応する色信号（Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号）に対して、画像解析部３４から供給されたオフセット値に基づくオフセット処理をそれぞれ独立に行うようになっている。このオフセット処理は、図４に示すヒストグラムに基づき抽出されるオフセット値の分だけ画像信号から減算する処理であり、係る処理を行うことで、表示の不要な黒浮きを防止することができる。上記オフセット値は、例えば１フレームの画像データのうち、最も暗い画素の輝度（階調値）や、予め定めた輝度（階調値）に設定され、これらの輝度より低い領域の階調を意図的につぶすことで黒レベルを下げ、黒の締まった表示が得られるようにすることができる。
【００４９】
伸長処理部４２には、前記オフセット処理を施された各色信号（Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号）に対して、画像解析部３４から供給された伸長係数に基づく伸長処理を、それぞれ独立に行うようになっている。この伸長処理では、入力された画像信号（色信号）の振幅を液晶ライトバルブのダイナミックレンジ幅にまで伸長する処理であり、係る処理を行うことで、液晶ライトバルブのダイナミックレンジを有効に使用し、表示コントラストを向上させることができる。
そして、上記伸長処理部４２から出力されたＲ’信号、Ｇ’信号、Ｂ’信号は、それぞれ対応するライトバルブドライバ１２〜１４に供給され、ライトバルブドライバ１２〜１４により液晶ライトバルブ２２〜２４が制御されて、前記各色光が変調される。
【００５０】
このように、本実施形態の投射型表示装置では、光量を変化させて表示を行うために、入力された画像信号に基づき設定された光源制御信号によって、発光ダイオード素子をランプ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂとして備えた光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂの出力を変化させるので、液晶調光素子や機械的なシャッター等を用いて光源の光を遮断することにより調光を行う場合のように、光照射による調光素子の劣化やシャッターの機械構造の劣化等の信頼性あるいは耐久性を考慮する必要が無く、簡素な構成で高信頼性の投射型表示装置を提供することができる。
また、発光ダイオード素子は、白色光源のような出力変化に伴う発光スペクトル変化が無いため、大規模な補正回路を用いることなく色調を維持した調光を行うことができ、表示装置の低コスト化に有利である。
【００５１】
また、投射型表示装置の動作に際して、上記画像解析部３４により供給される画像処理パラメータは、画像処理部３１において次フレームの画像信号に対するパラメータとして用いても良く、フレームメモリを用いて画像解析部３４のステップだけ画像処理部３１への画像信号の送出を遅延させ、リアルタイムに画像処理を行うようにしても良い。
【００５２】
［投射型表示装置の他の構成例］
上記実施の形態では、液晶ライトバルブ２２〜２４から出力された光を、色合成系であるダイクロイックプリズム２５により合成して投射系２６へ出力する構成を図示して説明したが、本実施形態に係る投射型表示装置としては、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す構成も採用することができる。
【００５３】
図６（ａ）に示す投射型表示装置は、平面的に配列された３個の光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂと、各光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂに対応して設けられた液晶ライトバルブ２２〜２４と、液晶ライトバルブ２２〜２４の一面側にそれぞれ配設された投射系４５〜４７とを備えて構成されている。この投射型表示装置では、液晶ライトバルブ２２〜２４により変調された光は、３つの投射系４５〜４７によりスクリーン２７上に投影され、このスクリーン上で表示画像を結像するようになっている。上記光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ、及び液晶ライトバルブ２２〜２４は、図１に示す各部材と同様の構成である。
【００５４】
上記構成を備えた投射型表示装置においても、上記各液晶ライトバルブ２２〜２４には、各色光に所定の画像処理を施す画像処理部（図６では図示を省略）が接続されており、画像処理部で所定の画像処理が施された画像信号はライトバルブドライバを介して各液晶ライトバルブ２２〜２４に供給される。また、前記光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂには、図示略の画像解析部が光源制御ドライバを介して接続されており、画像解析部による画像信号の解析に基づいて、各光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂの出力を制御する。そして、先に記載の本発明に係る調光方法を適用した調光表示を行うことで、先の実施形態の投射型表示装置と同様に、実質的なダイナミックレンジを拡大し、滑らかな階調表現の表示を実現できる。
【００５５】
一方、図６（ｂ）に示す投射型表示装置は、互いに異なる色光を出射可能に構成された発光ダイオード素子からなる光源１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂを有する照明系１２０と、液晶ライトバルブ１２５と、投射系１２６とを備えて構成された、単板式の投射型表示装置である。
【００５６】
上記構成を備えた投射型表示装置においても、上記液晶ライトバルブ１２５には、各色光に所定の画像処理を施す画像処理部（図６では図示を省略）が接続されており、画像処理部で所定の画像処理が施された画像信号はライトバルブドライバを介して各液晶ライトバルブ１２５に供給される。また、前記光源１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂには、図示略の画像解析部が光源制御ドライバを介して接続されており、画像解析部による画像信号の解析に基づいて、各光源１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂの出力を制御する。そして、先に記載の本発明に係る調光方法を適用した調光表示を行うことで、先の実施形態の投射型表示装置と同様に、実質的なダイナミックレンジを拡大し、滑らかな階調表現の表示を実現できる。
【００５７】
図６（ｂ）に示す構成を備えた投射型表示装置の場合、（１）液晶ライトバルブ１２５をモノクロ表示とした構成、（２）液晶ライトバルブ１２５をカラー表示とした構成の２種類の表示方式を実現できる。
【００５８】
（１）液晶ライトバルブ１２５をモノクロ表示とした場合には、光源１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂを時間順次（例えば１８０分の１秒毎）に発光させ、各色光の発光タイミングに同期させた内容を液晶ライトバルブ１２５に表示させることで、投影されたスクリーン上にカラー画像を結像させる。
本実施形態の投射型表示装置では、上記光源１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂとして発光ダイオード素子を備えているので、上記時間順次に光源の出力を切り替えることを極めて容易に行うことができ、また、高速な調光が可能である。
【００５９】
（２）液晶ライトバルブ１２５をカラー表示とした場合には、光源１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂを連続的に発光させ、混色により生成した白色光を液晶ライトバルブ１２５に照射して表示を行う。
本実施形態の投射型表示装置では、上記光源１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂとして発光ダイオード素子を備えているので、調光によりホワイトバランスが変化した場合にも各光源の出力を独立に制御してホワイトバランスの補正を容易に行うことが可能である。
【００６０】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を図７を参照して説明する。本実施形態の表示装置は、図１に示す第１実施形態の投射型表示装置と同様の光学系を備え、図７に示す駆動回路を備えた投射型表示装置である。
図７は、本実施形態に係る投射型表示装置のブロック図であり、図２に示すブロック図と異なる点は、画像解析部３４に変えて画像解析部４４が設けられており、この画像解析部４４から複数の光源制御信号が光源制御ドライバ１５〜１７に供給されている点である。
【００６１】
本実施形態に係る画像解析部４４は、図８にそのブロック図を示す構成を備えており、所定期間内に入力された画像信号の画像データから分離されたＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号に基づきそれぞれのヒストグラムを作成するヒストグラム作成部３６ａ〜３６ｃと、作成されたそれぞれのヒストグラムを解析するヒストグラム解析部３７ａ〜３７ｃとを備えている。そして、ヒストグラム解析部３７ａ〜３７ｃにより算出された伸長係数（画像制御信号、光源制御信号）と、オフセット値（画像制御信号）とを、画像処理部３１及び光源制御ドライバ１５〜１７に供給するようになっている。
【００６２】
本実施形態の場合、上記ヒストグラム作成部３６ａ〜３６ｃに画像信号を入力するに先立ち、光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂから出力される色光に対応する色信号に分離するようになっているが、この信号の分離に際して、Ｇ信号の信号解像度は１０ビットとされ、Ｒ信号及びＢ信号の信号解像度はそれぞれ８ビットとされている。そして、ヒストグラム作成部３６ａ〜３６ｃに入力された各色信号についてヒストグラムを作成するようになっている。
図９は、本実施形態に係る画像解析部４４において作成されるヒストグラムの一例を示す図であり、図９（ａ）〜図９（ｃ）は、それぞれＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号から作成されたヒストグラムを示しいている。図９（ａ）〜図９（ｃ）に示すヒストグラムにおいて、横軸は階調値、縦軸は画素数を示している。
【００６３】
そして、ヒストグラム解析部３７ａ〜３７ｃは、供給された上記３個のヒストグラムをそれぞれ解析して各光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂに対応する伸長パラメータ（伸長係数）を各々独立に算出する。すなわち、図９の各横軸に三角マークで示す伸長パラメータを、Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号のそれぞれについて設定する。図９では、最大階調値の画素から所定の画素数（例えば１０％）分だけ差し引いた画素の階調値を伸長パラメータとした場合が示されている。
次いで、前記ヒストグラム解析部３７ａ〜３７ｃは、前記伸長計数を光源制御信号として各光源制御ドライバ１５〜１７に供給する。そして、前記各光源制御ドライバ１５〜１７により、各光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂの出力が制御される。
【００６４】
上記ヒストグラム解析部３７ａ〜３７ｃにおけるヒストグラムの解析には、先の第１実施形態で説明した画像解析方法を適用することができる。また、本実施形態の場合、ヒストグラム解析を各色信号に対応するヒストグラム毎に行うので、ヒストグラムから抽出する特徴量を、各ヒストグラム毎に変えて画像処理パラメータを導出することができる。このように画像処理パラメータを設定するための特徴量を、各ヒストグラム毎に変えられるようにすることで、より柔軟かつ正確な画像処理パラメータの設定が可能になり、調光時の表示画像の画質向上を図ることができる。
【００６５】
一方、画像処理部３１は、上記ヒストグラム解析部３７ａ〜３７ｃから受け取った伸長係数及びオフセット値に基づき、図５に示すオフセット処理部４１及び伸長処理部４２により、画像信号に対して所定の画像処理を行う。本実施形態の場合、画像解析部３７ａ〜３７ｃから、各色光（色信号）毎の画像制御信号が出力されるため、図５に示すオフセット処理部４１における各色信号を処理するブロックに対して、それぞれ異なるオフセット値が入力され、また、伸長処理部４２においても同様に、各色信号を処理するブロック毎にそれぞれ異なる伸長計数が入力される。
前記変調された画像信号は、ライトバルブドライバ１２〜１３に供給され、各液晶ライトバルブ２２〜２４に各色光に対応する表示が成される。
【００６６】
このように、本実施形態の投射型表示装置では、各色光毎に伸長パラメータを設定することで、図９に示すように各色光の分布に偏りがある場合でも、各色光毎に適切なダイナミックレンジ幅で表示を行うことができる。これにより、効率よく正確な調光を行うことが可能になり、表示の高画質化を一層促進することができる。
【００６７】
本実施形態の場合、先に記載のように、ヒストグラム作成部３６ａ〜３６ｃに供給される各色信号の信号解像度（ビット幅）について、Ｇ信号の信号解像度が他の色信号に比して高くなっている。このように、人間の比視感度が高い緑色光の信号について、より細かく階調制御を行うようにすることで、他の色信号の信号解像度を高めなくとも、観察者に視認される表示の階調表現をより滑らかなものとすることができる。これにより、Ｒ信号、Ｂ信号に対する画像解析部４４の回路を小規模化することができるため、投射型表示装置のコスト低減に有利な構成となる。
【００６８】
また、本実施形態の投射型表示装置でも、光量を変化させて表示を行うにあたり、発光ダイオード素子をランプ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂとして備えた光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂの出力を変化させるので、液晶調光素子や機械的なシャッター等により光源の光を遮断することにより調光を行う場合のように、光照射による調光素子の劣化やシャッターの機械構造の劣化等の信頼性あるいは耐久性を考慮する必要が無く、簡素な構成で高信頼性の投射型表示装置を提供することができる。
また、発光ダイオード素子は、白色光源のような出力変化に伴う発光スペクトル変化が無いため、大規模な補正回路を用いることなく色調を維持した調光を行うことができ、表示装置の低コスト化に有利である。
【００６９】
上記第１、第２の実施の形態では、本発明に係る表示装置の形態として投射型表示装置を例に挙げて説明したが、直視型表示装置に適用することもできる。また、上記実施形態では光変調手段として液晶ライトバルブを用いているが、光変調手段としてＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）等を用いても良いのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、第１実施形態の投射型表示装置の概略構成図。
【図２】図２は、図１に示す投射型表示装置の駆動回路のブロック図。
【図３】図３は、画像解析部のブロック図。
【図４】図４は、第１実施形態に係るヒストグラムの一例。
【図５】図５は、画像処理部のブロック図。
【図６】図６は、第１実施形態に係る投射型表示装置の他の構成例。
【図７】図７は、第２実施形態に係る駆動回路のブロック図。
【図８】図８は、画像解析部のブロック図。
【図９】図９は、第２実施形態に係るヒストグラムの一例。
【符号の説明】
２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ光源１５〜１７光源制御ドライバ（光源制御手段）、３１画像処理部（画像処理手段）、３４，４４画像解析部（画像解析手段）、３２出力補正部（出力バランス補正手段）、３６，３６ａ〜ｃヒストグラム作成部、３７，３７ａ〜ｃヒストグラム解析部、４１オフセット処理部、４２伸長処理部

Claims

照明光量を変化させることにより表示画像の調整が可能な表示装置であって、
発光ダイオード素子を有する複数の光源と、
前記表示画像の画像信号に基づき、前記各光源の出力を制御するための光源制御信号を出力する画像解析手段と、
前記光源制御信号に基づき前記各光源の出力を制御する光源制御手段と
を備えたことを特徴とする表示装置。
前記画像解析手段が、所定期間内に入力される前記画像信号の輝度の平均値に基づき設定した前記光源制御信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記画像解析手段が、所定期間内に入力される前記画像信号の輝度の最大値に基づき設定した前記光源制御信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記画像解析手段が、所定期間内に入力される前記画像信号の輝度分布に基づき設定した前記光源制御信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記光源制御手段に入力される光源制御信号の信号解像度が、前記複数の光源から出力される色光の比視感度に応じて異なっていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の表示装置。
前記光源から出力される色光のうち、緑色光に対応する前記光源制御信号の信号解像度が、他の色光に対応する前記光源制御信号の信号解像度より大きいことを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
前記表示画像のホワイトバランスを補正するために、前記画像制御信号に対して信号補正処理を実行する出力バランス補正手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の表示装置。
前記出力バランス補正手段が、前記各光源の出力特性情報を含むルックアップテーブルを備えたことを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
照明光量を変化させることにより表示画像の調整が可能な表示装置であって、
発光ダイオード素子を有し、互いに異なる色光を出力可能とされた複数の光源と、
前記各光源に対応して設けられて前記各色光を変調する光変調手段と、
前記表示画像の画像信号に含まれる前記各色光に対応した色信号に基づき、前記各光源の出力を制御するための複数の光源制御信号を出力する画像解析手段と、
前記光源制御信号に基づき前記各光源の出力を制御する光源制御手段と
を備えたことを特徴とする表示装置。
前記画像解析手段が、所定期間内に入力される前記各色信号の輝度の平均値に基づき設定した前記各光源制御信号を出力することを特徴とする請求項９に記載の表示装置。
前記画像解析手段が、所定期間内に入力される前記各色信号の輝度の最大値に基づき設定した前記各光源制御信号を出力することを特徴とする請求項９に記載の表示装置。
前記画像解析手段が、所定期間内に入力される前記各色信号の輝度分布に基づき設定した前記各光源制御信号を出力することを特徴とする請求項９に記載の表示装置。
前記画像解析手段が、前記各色信号毎に異なる特徴量を用いて前記各光源制御信号を設定することを特徴とする請求項９に記載の表示装置。
前記画像解析手段が、前記画像信号を変調するための画像制御信号を出力可能とされ、
前記表示画像の画像信号を前記画像制御信号に基づき変調する画像処理手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の表示装置。
照明光量を変化させることにより表示画像の調整が可能な表示装置の調光方法であって、
発光ダイオード素子を有する複数の光源から光変調手段に照射される光量を制御するために、
前記表示画像の画像信号に基づき前記各光源の出力を制御するための光源制御信号を出力する画像解析ステップと、
前記光源制御信号に基づき前記各光源の出力を制御する光源制御ステップと
を備えたことを特徴とする表示装置の調光方法。
前記画像解析ステップにおいて、前記光源から出力される色光の比視感度に応じて、異なる信号解像度の前記光源制御信号を出力することを特徴とする請求項１５に記載の表示装置の調光方法。
前記光源制御ステップにおける光源の出力制御に際して、前記各光源の出力バランスを調整して前記表示画像のホワイトバランスを調整することを特徴とする請求項１５又は１６に記載の表示装置の調光方法。
照明光量を変化させることにより表示画像の調整が可能な表示装置の調光方法であって、
発光ダイオード素子を有し、互いに異なる色光を出射する複数の光源から、前記複数の光源に対応して設けられた光変調手段に照射される光量を制御するために、
前記表示画像の画像信号に含まれる前記各色光に対応した色信号に基づき、前記各光源の出力を制御するための光源制御信号を出力する画像解析ステップと、
前記光源制御信号に基づき前記各光源の出力を制御する光源制御ステップと
を備えたことを特徴とする表示装置の調光方法。
前記画像解析ステップにおける前記光源制御信号の設定に際して、前記各色信号毎に異なる特徴量に基づき前記光源制御信号を設定することを特徴とする請求項１８に記載の表示装置の調光方法。