JP2013168836A - 投射型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コントラストを向上させる際に、画質の劣化を抑制できる投射型画像表示装置を提供する。
【解決手段】第１絞り機構８、及び第２絞り機構２０を制御するダイナミックアイリス制御部３０を備え、該ダイナミックアイリス制御部３０は、映像信号を分析する映像分析部３１と、映像分析部３１で分析された分析データに基づいて、第１絞り機構８の絞り量、第２絞り機構２０の絞り量、及び色バランス補正値を設定する絞り・映像設定部３２と、絞り・映像設定部３２で設定された絞り量となるように第１絞り機構８、及び第２絞り機構２０に駆動信号を出力する絞り駆動部３３，３４を有する。従って、画像のコントラストを向上させることができ、且つ鮮明な画像を表示させることができる。
【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、周囲の明るさに応じてコントラストを調整するために、スクリーンに投影する映像信号の光量を変化させる必要がある。光量を変化させる手法として、光源ランプの光量を調整すること知られているが、光源ランプの光量を調整すると、光源ランプの寿命が短くなるという弊害が発生する。そこで、この問題を解決するため、従来より例えば特開２００３−２４１３１１号公報（特許文献１）に記載されたものが提案されている。前記特許文献１では、光路、及び投写部の少なくとも一方に光量調整部を設けることにより、光量を調整してスクリーンに投影する画像の明るさを調整することが開示されている。

特開２００３−２４１３１１号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示された従来例では、光量調整部の設置位置を適宜設定して光量を調整することにより色バランスが崩れることを防止しているものの、実際には波長によって光の広がり方が異なることがあり、このような場合には光量調整部を制御することにより、色バランスが崩れてしまうことがあり、鮮明な映像を表示することができない場合がある。

また、特許文献１には、入力される映像信号に対する動的な駆動や、２つの光量調整部の連動についての具体的な制御について記載されていない。即ち、入力映像に応じて絞りを動的に制御する場合には、シーンによって色バランスが動的に変動する場合があり、画質が劣化してしまうという問題が発生するが、特許文献１ではこの問題を解決することについて言及されていない。

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、コントラストを向上させる際に、画質の劣化を抑制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第１絞り機構（８）により制御し、更に、投射レンズを通過する光の光量を第２絞り機構（２０）により制御して、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、第１絞り機構、及び第２絞り機構を制御する制御部（３０）を備え、制御部は、映像信号を分析する映像分析部（３１）と、映像分析部で分析された分析データに基づいて、第１絞り機構の絞り量、第２絞り機構の絞り量、及び色バランス補正値を設定する設定部（３２）と、設定部で設定された絞り量となるように第１絞り機構、及び第２絞り機構に駆動信号を出力する絞り駆動部（３３，３４）と、設定部で設定された色バランス補正値を用いて、映像信号の色バランスを補正する映像処理部（３５）と、を備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、設定部は、分析データと、第１絞り機構の絞り量、第２絞り機構の絞り量、及び色バランス補正値と、を対応させた対応テーブルを有し、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、第１絞り機構の絞り量、第２絞り機構の絞り量、及び色バランス補正値を設定することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、設定部は、分析データに基づいて明度補正値を設定し、映像信号の明度を補正することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、設定部は、分析データと、第１絞り機構の絞り量、第２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、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、第１絞り機構の絞り量、第２絞り機構の絞り量、色バランス補正値、及び明度補正値を設定することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、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、映像分析部は、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。

本発明によれば、絞り機構を制御して映像のコントラストを向上させる際に、色バランスを補正することにより画質の劣化を抑制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。 絞り量と、色度座標ｘ、ｙとの関係を示す特性図である。 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。 分析データに対する、第１絞り量、第２絞り量、色バランス補正値、及び明度補正値の対応を示すテーブルである。 本発明の一実施形態に係る投射型画像表示装置の処理動作を示すフローチャートである。

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を有しており、前記第２絞り機構２０の絞り量は、ダイナミックアイリス制御部３０により制御される。

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、第１絞り機構８、及び第２絞り機構２０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２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、映像信号に応じて第１絞り機構８及び第２絞り機構２０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、第１絞り機構８、及び第２絞り機構２０の絞り量をそれぞれ設定し、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３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、映像分析部３１と、絞り・映像設定部３２と、第１絞り駆動部３３と、第２絞り駆動部３４と、映像処理部３５と、を備えている。

映像分析部３１は、入力される映像信号を分析して分析データを作成する。例えば、映像信号から明度を抽出し、明度に対するヒストグラムを算出し、前記ヒストグラムから明度の最大値を分析データとすることや、明度の平均値を分析データとすることができる。更には、明度の分布の度合いを求めて分析データとすることも可能である。

絞り・映像設定部３２は、例えば図３に示すように、分析データに対する第１絞り機構８の絞り量、第２絞り機構２０の絞り量、色バランス補正値、及び明度補正値の対応テーブルを備えている。そして、映像分析部３１より分析データが出力された際には、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、第１絞り機構８の絞り量、第２絞り機構２０の絞り量、及び色バランス補正値、明度補正値を取得し、第１絞り機構８の絞りレベルを第１絞り駆動部３３に出力し、第２絞り機構２０の絞りレベルを第２絞り駆動部３４に出力する。更に、色バランス補正値、及び明度補正値を映像処理部３５に出力する。

ここで、「絞り量」とは、第１，第２絞り機構８，２０の開口度をどの程度変化させるかの変位量であり、「絞りレベル」とは、第１，第２絞り機構８，２０の開口の位置と開口度を示す概念である。従って、絞りレベルは、絞り初期値と絞り量により決定されることになる。即ち、絞り・映像設定部３２には、絞り初期値のデータが与えられるので、この絞り初期値と、対応テーブルを参照して求められる絞り量に基づいて絞りレベルが設定され、第１絞り機構８についての絞りレベルを第１絞り駆動部３３に出力し、第２絞り機構２０についての絞りレベルを第２絞り駆動部３４に出力する。

このように、絞り初期値を考慮するのは、絞り機構が２つ存在するため、いずれか一方の絞り機構の開口度の状態によっては、他方の絞り機構の絞りレベルを変化させても光量に影響が発生しない場合があるからである。つまり、各絞り機構において、不感帯を作らないように設定することを考慮している。

次に、上述にように構成された本実施形態に係る投射型画像表示装置の処理動作を、図５に示すフローチャートを参照して説明する。

初めに、ステップＳ１１において、映像分析部３１は、映像信号を取得する。その後、ステップＳ１２において、映像分析部３１は、取得した映像信号を分析して分析データを作成する。本実施形態では、分析データの一例として、明度に対するヒストグラムを作成し、更に、前記ヒストグラムのピーク値となる明度を分析データとする。なお、分析データは、ピーク値に限定されるものではなく、明度の平均値とする等、種々のものを用いることができる。

ステップＳ１３において、絞り・映像設定部３２は、映像分析部３１で求められた分析データに基づいて、第１絞り機構８の絞り量、及び第２絞り機構２０の絞り量を設定する。この処理は、分析データを図４に示した対応テーブルに当てはめることにより決めることができる。具体的には、分析データがＡ０である場合には、第１絞り機構８の絞り量をＳ１０とし、第２絞り機構２０の絞り量をＳ２０とする。

ステップＳ１４において、絞り・映像設定部３２は、色バランス補正値、及び明るさ補正値を設定する。この処理は、分析データを図４に示した対応テーブルに当てはめることにより決めることができる。具体的には、分析データがＡ０である場合には、色バランス補正値をＣ０とし、明るさ補正値をＹ０とする。なお、ステップＳ１３，Ｓ１４の処理では、対応テーブルを用いて各データを取得する例について示したが、演算によって各データを算出するようにしても良い。即ち、分析データが決定した場合に、この分析データを所定の演算式に当てはめることにより、第１絞り機構８の絞り量、第２絞り機構２０の絞り量、色バランス補正値、及び明るさ補正値を設定するようにしても良い。

なお、上記ステップＳ１３の処理、及びステップＳ１４の処理はどちらの処理を先に行っても良い。即ち、ステップＳ１４の処理を先に実行し、その後、ステップＳ１３の処理を実行するようにしても良い。

ステップＳ１５において、第１絞り駆動部３３は、第１絞り機構８に制御信号を出力して、第１絞り機構８の絞り量がステップＳ１３の処理で設定された絞り量となるように制御する。同様に、第２絞り駆動部３４は、第２絞り機構２０に制御信号を出力して、第２絞り機構２０の絞り量がステップＳ１３の処理で設定された絞り量となるように制御する。 ステップＳ１６において、映像処理部３５は、色バランス補正値に基づいて、映像の色バランスを補正し、更に、明度補正値に基づいて映像の明度を補正する。

なお、上記ステップＳ１５の処理、及びステップＳ１６の処理はどちらの処理を先に行っても良い。即ち、ステップＳ１６の処理を先に実行し、その後、ステップＳ１５の処理を実行するようにしても良い。

こうして、分析データに基づいて第１絞り機構８或いは第２絞り機構を制御することにより映像のコントラストを高めることができ、且つ、絞り機構を制御することによって生じる色バランスの崩れを防止できることとなる。

ここで、色バランス補正の例としては、例えば３×３マトリクスの演算により補正することが挙げられる。また、明度補正の例としては、例えば映像信号にオフセットを加えたり、直線的に変化するゲインを乗算することが挙げられる。また、曲線的に変化するガンマカーブを用いて明度を補正することが挙げられる。そして、これらの補正により映像処理された映像信号は、映像処理部３５から、後段の処理装置に出力される。

なお、上述したダイナミックアイリス制御部３０の処理は、映像信号に連動して行われるものであるため、映像の各フレーム毎に処理されるのが好適である。但し、処理量が多い場合には、複数のフレームに亘って処理されるようにしても良い。

このようにして、本実施形態に係る投射型画像表示装置では、映像信号の明度のヒストグラムを作成し、このヒストグラムの分析データを求め、この分析データに対する第１絞り機構８の絞り量、第２絞り機構２０の絞り量、色バランスの補正値、及び明るさ補正値との対応関係を示す対応テーブルを予め作成しておき、映像分析部３１で映像信号の分析データが作成された場合には、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、第１絞り機構８の絞り量、第２絞り機構２０の絞り量、色バランス補正値、及び明度補正値が設定される。そして、これらに基づいて、第１絞り機構８の絞りレベル、第２絞り機構の絞りレベルを制御し、更に、映像信号の色バランス、及び明度を補正する。

従って、映像のコントラストを向上させることができ、更に、映像の色バランス、及び明度を補正するので、絞りレベルを変更したことによる色バランスの崩れや、明度の変化が発生することを防止でき、第１，第２絞り機構８，２０の絞りレベルを変更した場合でも、この絞りレベルの変更に影響されることなく鮮明な映像をスクリーン等に投影することが可能となる。

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、分析データに基づいて、色バランス補正値、及び明度補正値を設定し、これらに基づいて、映像信号の色バランス及び明度を補正する例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、色バランス補正値のみを補正し、明度については補正しない構成とすることも可能である。

本発明は、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 映像分析部
３２ 絞り・映像設定部
３３ 第１絞り駆動部
３４ 第２絞り駆動部
３５ 映像処理部

Claims (6)

1. 光源より照射される光の光量を第１絞り機構により制御し、更に、投射レンズを通過する光の光量を第２絞り機構により制御して、前記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、
   前記第１絞り機構、及び第２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、前記第１絞り機構の絞り量、第２絞り機構の絞り量、及び色バランス補正値を設定する設定部と、
   前記設定部で設定された絞り量となるように前記第１絞り機構、及び第２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を用いて、映像信号の色バランス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. 前記設定部は、前記分析データと、第１絞り機構の絞り量、第２絞り機構の絞り量、及び色バランス補正値と、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、前記第１絞り機構の絞り量、前記第２絞り機構の絞り量、及び前記色バランス補正値を設定する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、前記分析データに基づいて明度補正値を設定し、前記映像処理部は、前記映像信号の明度を補正する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。
4. 前記設定部は、前記分析データと、前記第１絞り機構の絞り量、前記第２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、前記第１絞り機構の絞り量、前記第２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３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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