JP2013168834A - 投射型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】映像信号の動画性能を向上させ、且つ、コントラストを向上させることができる投射型画像表示装置を提供する。
【解決手段】映像信号を分析する映像分析部４２と、映像分析部で分析された分析データに基づいて、絞り機構の絞り量及び色バランス補正値及び明度補正値を設定する対応設定部４１と、予め設定された黒時間量に基づいて、映像信号中の黒期間を設定する黒期間制御部４４と、黒期間設定部にて設定された黒期間には、絞り機構の絞り量を全閉とし、それ以外の期間には設定部で設定された絞り量となるように、絞り機構に駆動信号を出力する絞り駆動部３２と、対応設定部で設定された色バランス補正値及び明度補正値を用いて、映像信号の色バランス、及び明度を補正する映像処理部３４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、スクリーン等に画像を投影する投射型画像表示装置に係り、特に、画質を向上させる技術に関する。

スクリーン等に画像を投影する投射型画像表示装置は、照明系や投射系に光線の通過量を調整する絞り機構を設けることにより、投影する映像の明るさを調整し、且つ、コントラスト性能を高めるようにしている（例えば、特許文献１参照）。更に、絞り機構を映像信号と連動させて絞り量を制御することにより、見た目の動的なコントラストを高める方法も採用されている。

一方、液晶デバイスを用いた投射型画像表示装置では、液晶の応答特性の悪さから動画がぼける等の問題が発生し、動画性能が悪いことが指摘されている。そこで、映像を表示するフレーム周波数を高めたり、フレーム間に黒信号を挿入することにより、動画性能を向上させることが行われている。

特開２００３−２４１３１１号公報

しかしながら、動画性能を向上させるためにフレーム周波数を高める方法を採用すると、映像の切り替えが速くなることにより、液晶が十分に反応する時間が確保できずに、明るさの性能に悪影響を及ぼすことがある。また、黒信号を挿入する方法を採用すると、液晶の応答特性が悪い場合には、早いタイミングから黒信号を入力する必要があるので、やはり明るさに悪影響を与えてしまう。

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、映像信号の動画性能を向上させ、且つ、コントラストを向上させることができる投射型画像表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、光源より照射される光の光量を絞り機構により制御し、投影レンズより射出映像をスクリーンに投射する投射型画像表示装置において、前記絞り機構を制御する制御部を備え、前記制御部は、映像信号を分析する映像分析部（４２）と、前記映像分析部で分析された分析データに基づいて、前記絞り機構の絞り量及び色バランス補正値及び明度補正値を設定する設定部（４１）と、予め設定された黒時間量に基づいて、映像信号中の黒期間を設定する黒期間制御部（４４）と、前記黒期間設定部にて設定された黒期間には、前記絞り機構の絞り量を全閉とし、それ以外の期間には前記設定部で設定された絞り量となるように、前記絞り機構に駆動信号を出力する絞り駆動部（３２）と、前記設定部で設定された色バランス補正値及び明度補正値を用いて、映像信号の色バランス、及び明度を補正する映像処理部（３４）と、を備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記黒時間量の入力を受け付ける操作部（３５）を更に備えたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記設定部は、前記分析データと、絞り機構の絞り量、色バランス補正値、及び明度補正値と、を対応させた対応テーブルを有し、前記分析データが与えられた際に、この対応テーブルを参照して、前記絞り機構の絞り量、前記色バランス補正値、及び前記明度補正値を設定することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、前記設定部で設定された明度補正値を、前記黒期間に応じて調整する明度調整部（４３）を更に備えたことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、前記映像分析部は、入力信号の明度のヒストグラムに基づいて前記分析データを設定することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、前記映像分析部は、前記ヒストグラムのピーク値、或いは平均値に基づいて分析データを設定することを特徴とする。

本発明の投射型画像表示装置では、黒時間量が取得されると、これに応じて映像信号中の黒期間が設定され、この黒期間中は絞り機構の絞り量を全閉として黒画像とする。従って、映像信号の動的性能を向上させることができ、映像を鮮明に表示させることができる。また、分析データに基づいて、黒期間以外の期間における絞り量が設定されるので、コントラストを向上させることができ、また、絞り量に応じて色バランス補正値、及び明度補正値が設定されて色バランス及び明度が補正されるので、絞り量を変化させたことによる画質の劣化を防止することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る投射型画像表示装置の構成を模式的に示す説明図である。 ダイナミックアイリス制御部の詳細な構成を示すブロック図である。 絞り制御部の詳細な構成を示すブロック図である。 分析データに対する、絞り量、色バランス補正値、及び明度補正値の対応を示す対応テーブルである。 本発明の一実施形態に係る投射型画像表示装置の、各種信号の変化を示すタイミングチャートである。 絞り量と、色度座標ｘ、ｙとの関係を示す特性図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る投射型表示装置の構成を模式的に示す説明図である。図示のように、この投射型画像表示装置は、光を照射する放電灯１と、回転放物面をなす反射面を有し放電灯１より照射される光を反射するリフレクタ２と、前記リフレクタ２で反射した光の光路上に設けられるコールドフィルタ３、第１のレンズアレイ４、第１絞り機構８、第２のレンズアレイ５、偏光変換素子６、及び重ね合わせレンズ７を備えている。

コールドフィルタ３は、リフレクタ２で反射した光に含まれる紫外線、赤外線を除去する。第１のレンズアレイ４は、リフレクタ２が光束を出射する開口を空間的に分割するように、後述する空間変調素子である反射型液晶表示素子１７ｂ，１７ｇ，１７ｒの表示領域と相似である矩形形状の複数のレンズセルを２次元配列して構成されている。

第１のレンズアレイ４は、前記第１のレンズアレイ４の各レンズセルにそれぞれ対応した第２のレンズアレイ５のレンズセルに照明光を集光させ、第２のレンズアレイ５上に第１のレンズアレイ４のレンズセルと同数の２次光源像を形成する。
第１のレンズアレイ４を経た照明光は、第２のレンズアレイ（フライアイレンズ）５に入射される。第２のレンズアレイ５は、前記第２のレンズアレイの各レンズセルごとに、対応する第１のレンズアレイ４のレンズセル開口の像を反射型液晶表示素子１７ｂ，１７ｇ，１７ｒの表示面上に結像させる。

また、第１のレンズアレイ４と第２のレンズアレイ５との間には、第１絞り機構８が設けられている。前記第１絞り機構８は、ダイナミックアイリス制御部３０によりその絞り量が制御され、照明光の光束の一部を遮光することにより、投射型画像表示装置による表示画像のコントラスト及び輝度を調整することができる。また、第１絞り機構８は、２次光源像が形成される第２のレンズアレイ５の近傍に配置される。

第２のレンズアレイ５から射出される照明光は、偏光変換素子６に入射される。偏光変換素子６は、複数の偏光ビームスプリッタが並列に配列されて平板状に構成されている光学素子であり、ランダムな偏光方向を有する入射光を一定の偏光方向を持つ偏光に変換する。従って、偏光変換素子６からは一定の偏光方向を持つ偏光が射出する。

偏光変換素子６から射出される偏光（Ｐ偏光とする）は、重ね合わせレンズ７に入射される。重ね合わせレンズ７は、第１のレンズアレイ４の各レンズセルの像の中心を反射型液晶表示素子１７ｂ，１７ｇ，１７ｒの中心に一致させ、第１のレンズアレイ４の各レンズセルの像が反射型液晶表示素子１７ｂ，１７ｇ，１７ｒの表示面上で重なり合うように調整する。

重ね合わせレンズ７を射出したＰ偏光は、Ｂ／ＲＧ分離クロスダイクロイックミラー１０で青色光と赤色・緑色光に分離される。青色光は、Ｂミラー１１で光路が曲げられ、青色用フィールドレンズ１４ｂ、青色用ＷＧ−ＰＢＳ１５ｂ、青色用波長板１６ｂを通過して、青色用液晶表示素子１７ｂに入射する。更に、青色用液晶表示素子１７ｂで反射されて変調されたＳ偏光成分は青色用ＷＧ−ＰＢＳ１５ｂで反射され、クロスダイクロイックプリズム１８に向かう。

一方、Ｂ／ＲＧ分離クロスダイクロイックミラー１０で分離された赤色・緑色光は、ＲＧミラー１２で光路が曲げられ、ＲＧダイクロイックミラー１３で赤色光と緑色光に分離される。赤色光及び緑色光はそれぞれ、青色光の場合と同様、フィールドレンズ１４ｒ，１４ｇ，ＷＧ−ＰＢＳ１５ｒ，１５ｇ、波長板１６ｒ，１６ｇを通過し、反射型液晶表示素子１１ｒ，１１ｇに入射する。更に、反射型液晶表示素子１７ｒ，１７ｇで反射して変調されたＳ偏光成分は、ＷＧ−ＰＢＳ１５ｒ，１５ｇで反射され、クロスダイクロイックプリズム１８に向かう。

そして、クロスダイクロイックプリズム１８において３色の光が合成され、投射レンズ１９でスクリーンに投影される。前記投射レンズ１９は、第２絞り機構２０を有している。

そして、上記の構成において、光に種々の波長が存在し、各波長毎に光の広がりが均一でない場合には、絞り機構８の絞り量を変化させると、投射レンズ１９より投射される映像信号の色バランスが崩れることがある。

図６は、絞り量に対する色度座標ｘ，ｙの変化を示す特性図であり、絞り量の変化に伴って色度座標ｘ、ｙが変化する。具体的には、絞り量が増加すると、色度座標ｘ、ｙが共に上昇する傾向にある。従って、映像信号に応じて絞り機構８の絞り量を動的に制御する場合には、これと連動して映像信号の色バランス、及び明度についても動的に補正する必要がある。本実施形態では、ダイナミックアイリス制御部３０により、黒期間を設定して動的性能を向上させることに加え、絞り機構８の絞り量を設定し、更に、色バランス補正値、及び明度補正値を設定することにより、絞り量を変化させたことによる色バランスの変化、及び明度の変化を抑制し、画質の劣化を防止する。

次に、図１に示したダイナミックアイリス制御部３０の詳細な構成について説明する。図２は、ダイナミックアイリス制御部３０の構成を示すブロック図である。図示のように、ダイナミックアイリス制御部３０は、絞り・映像制御部３１と、絞り駆動部３２と、タイミング調整部３３と、映像処理部３４と、を備えている。

タイミング調整部３３は、操作部３５と接続されており、該操作部３５により入力される黒時間量のデータと、入力される映像信号に基づいて映像信号に含まれる同期信号を基準として絞り機構８を全閉とする期間を設定し、これをタイミング信号として絞り・映像制御部３１に出力する。

絞り・映像制御部３１は、入力される映像信号及びタイミング信号に基づいて、絞り機構８の適切な絞り量を算出し、絞り量データを絞り駆動部３２に出力する。更に、絞り機構８の絞り量が変化すると、映像信号の色バランス、及び明度が変化するので、これらを補正するための補正データを映像処理部３４に出力する。補正データの設定方法については後述する。

映像処理部３４は、入力される映像信号と、絞り・映像制御部３１より出力される補正データに基づいて、色バランスが変化しないように映像信号を調整し、更に、明度が適切になるように信号処理を行う。明度の調整は、入力される映像信号にオフセットを加えたり、ゲインを積算したり、或いはガンマカーブを制御することにより行うことができる。

絞り駆動部３２は、絞り機構８に絞り量データを出力する。

以下、図３に示すブロック図を参照して、絞り・映像制御部３１の詳細な構成について説明する。図３に示すように、絞り・映像制御部３１は、対応設定部４１と、映像分析部４２と、明度調整部４３、及び黒期間制御部４４を備えている。

映像分析部４２は、入力される映像信号に基づいて、前記映像信号の特徴を分析する。例えば、入力信号の明度を計算して、明度に対するヒストグラムを算出することが挙げられ、明度の最大値、或いは平均値を分析データとすることができる。そして、求められた分析データを対応設定部４１に出力する。

対応設定部４１は、メモリ機能を備えており、図４に示す如くの対応テーブルが記憶されている。この対応テーブルには、分析データに対する絞り機構８の絞り量、色バランス補正値、及び明度補正値が設定されている。そして、映像分析部４２より分析データが与えられた場合には、この分析データを対応テーブルに当てはめることにより、絞り機構８の絞り量、色バランス補正値、明度補正値を設定する。具体的には、分析データＡ０が与えられた場合には、絞り量はＳ１０、色バランス補正値はＣ０、明度補正値はＹ０に設定されることとなる。なお、対応設定部４１では、対応テーブルを用いて、絞り量、色バランス補正値、明度補正値を求める例について説明するが、分析データに基づいて演算によりそれぞれのデータを求めるようにすることも可能である。

明度調整部４３は、タイミング調整部３３（図２参照）より出力されるタイミング信号と、対応設定部４１より出力される補正データ（色バランス補正値、明度補正値）とに基づき、映像のフレーム内に黒期間（絞り機構８を全閉とする期間）を設定する際に、所望の色バランス、及び明度が得られるように色バランス補正値、及び明度補正値を調整する。即ち、対応設定部４１より出力される明度補正値は、絞り量に対する補正量であり、黒期間を考慮していないので、明度調整部４３にて、この黒期間を考慮して明度補正値を調整する。具体的な処理としては、タイミング信号が規定する期間の長さに応じて入力される映像の明度補正値を演算することが挙げられる。勿論、明度調整部４３に記憶部を設け、この記憶部に予め設定した調整量を用いて明度補正値を調整するようにしても良い。

黒期間制御部４４は、対応設定部４１より出力される絞り量のデータを図２に示す絞り駆動部３２に出力し、更に、タイミング信号が規定する黒挿入期間において、絞り機構８を全閉状態とする絞り量のデータを絞り駆動部３２に出力する。

そして、上述した絞り量、及び補正データは、映像信号に連動したものであるため、基本的にはフレーム毎に更新される。但し、データの処理量が大きい場合には、複数フレームに亘って処理することもできる。

次に、図５に示すタイミングチャートを参照して、分析データ、タイミング信号、及び絞り量の変化について説明する。図５（ａ）は、映像信号に含まれる垂直同期信号であり、例えば６０Ｈｚの画像の場合には、０．０１７秒（＝１／６０秒）の間隔で１フレーム分のデータが出力される。また、図５（ｂ）は分析データを示し、（ｃ）はタイミング信号を示し、（ｄ）は絞り機構８の絞り量を示している。

図５（ａ）に示すように、時刻ｔ０、ｔ２、ｔ４で垂直同期信号が発生しており、時刻ｔ０〜ｔ２期間のフレーム（第１フレームとする）では分析データはＸとされ、時刻ｔ２〜ｔ４期間のフレーム（第２フレームとする）では分析データはＹとされている。即ち、各フレームの分析データＸとＹが相違する場合には、時刻ｔ０，ｔ２，ｔ４でそれぞれ絞り量、色バランス補正値、及び明度補正値が更新されるので、図５（ｄ）に示す第１フレームにおける絞り量と、第２フレームにおける絞り量は相違している。

また、第１フレームの時刻ｔ１〜ｔ２期間は黒期間とされ、同様に、第２フレームの時刻ｔ３〜ｔ４期間は黒期間とされている。従って、第１フレームでは、時刻ｔ０〜ｔ１期間では、分析データＸに応じた絞り量で絞り機構８が制御され、その後、時刻ｔ１〜ｔ２期間では絞り量を全閉とする。同様に、第２フレームでは、時刻ｔ２〜ｔ３期間では、分析データＹに応じた絞り量で絞り機構８が制御され、その後、時刻ｔ３〜ｔ４期間では絞り量を全閉とする。

つまり、本実施形態では、予め設定された黒時間量に基づいて、タイミング信号が生成され、このタイミング信号に基づいて黒期間が設定される。具体的には、図５（ｃ）に示すようにタイミング信号が「Ｈ」とされた期間（ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４）が黒期間とされる。更に、タイミング信号が「Ｌ」とされた期間（絞り量が全閉とされない期間）では、図４に示された対応テーブルに基づいて、分析データに応じた絞り量が設定され、この絞り量となるように絞り機構８が制御される。また、分析データに応じた色バランス補正値、及び明度補正値が設定され、更に、黒期間に応じて明度補正値が調整されて、色バランス補正値、及び調整された後の明度補正値により映像信号が補正されることとなる。

このようにして、本実施形態に係る投射画像表示装置では、操作部３５より入力された黒時間量に応じて映像データ中の黒期間が設定され、この黒期間中は絞り機構８の絞り量が全閉とされるので、映像の動的性能を向上させることができ、ひいては鮮明な映像を得ることができる。また、黒期間以外では、分析データに応じた絞り量となるように設定されるので、コントラストを向上させることができ、更に、色バランス補正値、及び明度補正値が設定されて映像信号を補正するので、絞り量を変更したことによる色バランスの変化、及び明度の変化を抑制することができる。

また、操作部３５を用いて黒時間量（即ち、黒期間）を設定するので、互いにトレードオフの関係にある黒期間と明度の関係を操作者の設定により調整することが可能となり、例えば、明度が多少低下しても黒期間を長めに設定して動画性能を向上させるように設定したり、これとは反対に、黒期間を短めに設定して明度を高めるように設定することが可能となる。

更に、分析データが求められた際に、予め設定した対応テーブルを用いて絞り量、色バランス補正値、及び明度補正値が設定されるので、補正データの設定を容易に行うことができる。また、明度調整部４３を備えることにより、黒期間を設けたことによる明度の低下を調整するので、明度の変化をより一層抑制することができる。

更に、分析データとして明度のヒストグラムを用いるので、明度のバランスに応じた適切な絞り量の制御が可能となる。

以上、本発明の投射型画像表示装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。

例えば、上述した実施形態では、図１に示す照射系の絞り機構８の絞り量を制御する例について説明したが、図１に示す投射系の絞り機構２０の絞り量を制御するようにしても良い。

本発明は、映像の動的性能を向上させ、且つ、映像を劣化させることなく絞り機構を制御して映像のコントラストを向上させることに利用することができる。

１ 放電灯
２ リフレクタ
３ コールドフィルタ
４ 第１のレンズアレイ
５ 第２のレンズアレイ
６ 偏光変換素子
７ レンズ
８ 第１絞り機構
１８ クロスダイクロイックプリズム
１９ 投射レンズ
２０ 第２絞り機構
３０ ダイナミックアイリス制御部
３１ 絞り・映像制御部
３２ 駆動部
３３ タイミング調整部
３４ 映像処理部
３５ 操作部
４１ 対応設定部
４２ 映像分析部
４３ 明度調整部
４４ 黒期間制御部

Claims (6)

1. 光源より照射される光の光量を絞り機構により制御し、投影レンズより射出映像をスクリーンに投射する投射型画像表示装置において、前記絞り機構を制御する制御部を備え、
   前記制御部は、
   映像信号を分析する映像分析部と、
   前記映像分析部で分析された分析データに基づいて、前記絞り機構の絞り量及び色バランス補正値及び明度補正値を設定する設定部と、
   予め設定された黒時間量に基づいて、映像信号中の黒期間を設定する黒期間制御部と、
   前記黒期間設定部にて設定された黒期間には、前記絞り機構の絞り量を全閉とし、それ以外の期間には前記設定部で設定された絞り量となるように、前記絞り機構に駆動信号を出力する絞り駆動部と、
   前記設定部で設定された色バランス補正値及び明度補正値を用いて、映像信号の色バランス、及び明度を補正する映像処理部と、
   を備えたことを特徴とする投射型画像表示装置。
2. 前記黒時間量の入力を受け付ける操作部を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の投射型画像表示装置。
3. 前記設定部は、前記分析データと、絞り機構の絞り量、色バランス補正値、及び明度補正値と、を対応させた対応テーブルを有し、前記分析データが与えられた際に、この対応テーブルを参照して、前記絞り機構の絞り量、前記色バランス補正値、及び前記明度補正値を設定することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の投射型画像表示装置。
4. 前記設定部で設定された明度補正値を、前記黒期間に応じて調整する明度調整部を更に備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の投射型画像表示装置。
5. 前記映像分析部は、入力信号の明度のヒストグラムに基づいて前記分析データを設定することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の投射型画像表示装置。
6. 前記映像分析部は、前記ヒストグラムのピーク値、或いは平均値に基づいて分析データを設定することを特徴とする請求項５に記載の投射型画像表示装置。

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