JP3804254B2

JP3804254B2 - 液晶プロジェクション装置

Info

Publication number: JP3804254B2
Application number: JP03329798A
Authority: JP
Inventors: 正幸鈴木
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-02-16
Filing date: 1998-02-16
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2018-02-16
Also published as: JPH11234539A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶ライトバルブ（液晶表示パネル）を使用して投写画像を形成して投写面上に投写する液晶プロジェクション装置に関し、さらに詳しくは、周辺照度に左右されずに常に適切なガンマ補正を行い、映像信号を再現性良く忠実に再現可能なガンマ補正回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液晶プロジェクション装置においては、映像信号にガンマ補正を施して、液晶ライトバルブの駆動電圧−透過率特性がリニアとなるようにし、映像信号の白レベルから黒レベルまでの各階調を忠実に再現するようにしている。
【０００３】
ここで、映像信号のコントラストの表示可能な装置ダイナミックレンジは、光源輝度と装置効率で規定される白レベル照度と、白レベル照度を予め設定されているコントラスト比で除して得られる黒レベル照度とによって規定される。従来の液晶プロジェクション装置では、この装置ダイナミックレンジにおけるガンマ補正値を予め指定されているガンマ特性に基づき演算して記憶しておき、このガンマ補正値を用いて映像信号に対して一義的なガンマ補正を施している。
【０００４】
しかしながら、液晶ライトバルブの駆動電圧−透過率特性等には個体差があるので、一義的なガンマ補正を施したのでは、適切なリニアリティー特性が得られず、従って、映像信号を忠実に再現することができない。この弊害を解決するために、例えば、特開平６−１６１３８４号公報では、液晶ガンマ補正回路において、液晶ライトバルブの印加信号に対する輝度を実際に測定し、測定した輝度に基づきガンマ補正値を発生させることにより、液晶ライトバルブの個体間のバラツキに起因してガンマ補正が適切に行われなくなることを回避している。同様な方法は特開平５−６４０３７号公報にも開示されている。この公報においても、液晶表示装置の入力電圧に対する輝度出力を測定し、測定結果に基づきガンマ補正値を演算することにより、液晶ライトバルブの個体間のバラツキ要因を除去するようにしている。さらに、特開平６−１０５３２６号公報にも同様な方法が開示されている。この公報に開示された方法は、映像信号処理装置において、ブラウン管の輝度を検出し、検出した輝度に基づきガンマ補正回路の制御を行うことにより、赤、緑、青の各信号系回路間で異なるブラウン管の発光特性を精度良くガンマ補正し、個体間のバラツキ要因を除去するものである。
【０００５】
一方、従来におけるガンマ補正方法としては、特開平６−６８２０号公報に記載されているように、映像信号の平均レベル（ＡＰＬ）が設定範囲よりも高い場合や低い場合に映像信号の輝度レベルの可変範囲が狭くなり、液晶ディスプレイの表示画面のコントラストが低くなることを回避するために、複数のガンマ補正メモリを備え、映像信号の平均レベルに応じたガンマ補正値を用いて映像信号のガンマ補正を行うものが知られている。
【０００６】
さらに、従来におけるガンマ補正方法としては、特開平６−８３２８７号公報に記載されているように、液晶パネルの使用環境の明るさを検出し、検出結果に基づき、映像信号の動作基準レベル（明るさ）、振幅（コントラスト）、ガンマ補正特性等を切り換えて、明るい環境下のでの視認性を向上させるようにしたものが知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来における液晶プロジェクション装置のガンマ補正方法は、基本的には、光源輝度と装置効率で規定される白レベル照度と、白レベル照度をコントラスト比で除して得られる黒レベル照度との間を、表示可能な装置ダイナミックレンジであると設定している。そして、この装置ダイナミックレンジにおけるガンマ補正値を、予め指定されているガンマ特性を用いて演算し、演算されたガンマ補正値に基づき、映像信号に対してアナログあるいはデジタル的な回路手段によって一義的にガンマ補正を施すようにしている。
【０００８】
このようなプロジェクション装置では、装置性能が最大限に発揮される使用環境下、例えば暗室では、最適なリニアリティー特性が得られるようなガンマ補正を映像信号に施すことが可能である。しかし、或る程度明るい使用環境下、例えば、室内照明のある会議室では、装置ダイナミックレンジは、装置周辺照度が加算された白レベル照度および黒レベル照度によって規定される。この結果、装置ダイナミックレンジが全体として白レベル側にシフトするので、一義的に設定されているガンマ補正値を用いて映像信号に対してガンマ補正を施しても、最適なリニアリティー特性を得ることができない。例えば、黒レベル側の階調性が損なわれ、映像を忠実に再現できなくなってしまう。
【０００９】
例えば、表１に示すように、プロジェクション装置における白レベル照度Ｔ（ｍａｘ）を４０００Ｌｘとし、コントラスト比を４００とすれば、黒レベル照度Ｔ（ｍｉｎ）は１０Ｌｘ（４０００Ｌｘ／４００）となり、これら白レベル照度(100%)から黒レベル照度(0%)までの範囲が、表示可能な装置ダイナミックレンジとして設定される。この場合、白レベルと黒レベルの間の中間レベル照度Ｔ（５０％）は２００Ｌｘである。すなわち、この中間レベル照度は、白レベル照度に対するコントラスト比が１／２０であり、黒レベル照度に対するコントラスト比が２０である。
【００１０】
このように設定されている場合に、例えば、周辺照度が１００Ｌｘ上がったとする。この場合には、白レベル照度Ｔ（ｍａｘ）は４１００Ｌｘ、黒レベル照度Ｔ（ｍｉｎ）は１１０Ｌｘ、中間レベル照度Ｔ（５０％）は３００Ｌｘとなる。この結果、白レベル照度と黒レベル照度のコントラスト比は３７（４１００Ｌｘ／１１０Ｌｘ）に低下してしまう。また、白レベル照度と中間レベル照度のコントラスト比は約１４（４１００Ｌｘ／３００Ｌｘ）に低下する。同様に、中間レベル照度と黒レベル照度のコントラスト比も約３（３００Ｌｘ／１１０Ｌｘ）に低下する。
【００１１】
【表１】

【００１２】
このように、プロジェクション装置の周辺照度が上がると、全体としてコントラスト比が低下すると共に、特に、中間レベル照度と黒レベル照度のコントラスト比が著しく低下するので、黒レベル側の階調性が著しく損なわれ、忠実な映像信号の再現性が損なわれるおそれがある。
【００１３】
このような問題点は、近年、プロジェクション装置の投写画像照度が大幅に向上し、従来においては室内を暗くして使用していたプロジェクション装置が、通常の照明環境下で使用されるようになったことにより、顕在化したものである。
【００１４】
本発明の課題は、この点に鑑みて、使用環境の明るさに左右されずに、最適なリニアリティー特性が得られるように映像信号に対してガンマ補正を施すことのできる液晶プロジェクション装置のガンマ補正回路を提案することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明のプロジェクション装置のガンマ補正回路は、周辺照度を検出する照度検出手段と、光源強度および装置効率により規定される白レベル照度に、前記照度検出手段によって検出された周辺照度を加算して実照射白レベル照度を算出する実照射白レベル照度算出手段と、前記白レベル照度を予め設定されているコントラスト比で除して得られた黒レベル照度に、前記照度検出手段によって検出された周辺照度を加算して実照射黒レベル照度を算出する実照射黒レベル照度算出手段と、前記実照射白レベル照度および前記実照射黒レベル照度によって規定される装置ダイナミックレンジにおける各階調のコントラスト比を一定とするガンマ補正値を予め指定されているガンマ特性に基づき演算するガンマ補正値演算手段と、ガンマ補正値を記憶する書き換え可能な記憶手段と、前記ガンマ補正値演算手段によって算出されたガンマ補正値で前記記憶手段の内容を更新するガンマ補正値書き換え手段と、Ｎビット（Ｎは正の整数）のデジタル映像信号に対して、前記記憶手段に記憶されているガンマ補正値に基づきガンマ補正を施して、Ｎビット以上のデジタル映像信号を発生させるガンマ補正手段とを有し、当該ガンマ補正手段によってガンマ補正が施された後の前記デジタル映像信号により前記液晶ライトルブを制御して投写画像を形成するようにしている。
【００１６】
ここで、周辺照度に基づき装置ダイナミックレンジを求め、当該装置ダイナミックレンジにおけるガンマ補正値を算出する代わりに、想定される複数の装置ダイナミックレンジに対応する複数のガンマ補正値を予め記憶しておき、検出された周辺照度に対応するガンマ補正値を記憶手段から読みだして、映像信号に対するガンマ補正を行うようにしてもよい。
【００１７】
このようなガンマ補正を行う液晶プロジェクション装置のガンマ補正回路は、周辺照度を検出する照度検出手段と、複数のガンマ補正値を記憶している記憶手段と、前記照度検出手段によって検出された周辺照度に基づき、前記記憶手段に記憶されている複数の前記ガンマ補正値のうちの一つを選択するガンマ補正値選択手段と、Ｎビット（Ｎは正の整数）のデジタル映像信号に対して、前記ガンマ補正値選択手段によって選択されたガンマ補正値を用いてガンマ補正を施して、Ｎビット以上のデジタル映像信号を発生させるガンマ補正手段とを有する構成とすればよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明を適用した液晶プロジェクション装置のガンマ補正装置を説明する。
【００１９】
図１には、本発明の第１の実施の形態に係る液晶プロジェクション装置の主要部分の概略構成を示してある。液晶プロジェクション装置１は、ガンマ補正装置２を有し、このガンマ補正装置２にはデジタル化された映像信号が供給される。例えば、８ビットのデジタル映像信号（ＲＧＢ信号）が供給される。ガンマ補正装置２では、供給されたデジタル映像信号に対してガンマ補正値を用いてガンマ補正を施して、８ビットの映像信号、あるいは８ビット以上、例えば１２ビットの映像信号を、表示デバイス駆動回路３に出力する。
【００２０】
表示デバイス駆動回路３では、供給されたガンマ補正後の映像信号を表示デバイス、本例では液晶ライトバルブ４の仕様に従った駆動信号に変換して、当該液晶ライトバルブ４に供給する。この結果、液晶ライトバルブ４には映像信号に対応した画像が形成される。
【００２１】
なお、液晶ライトバルブ４には、液晶プロジェクション装置の光源からの光束が照射しており、当該液晶ライトバルブ４を経て画像情報が担持された変調光束は、投写光学系を介して投写面上に拡大投写される。これらの構成は、液晶プロジェクション装置における一般的な構成であるので、図示を省略してある。
【００２２】
次に、ガンマ補正装置２は照度センサ２１を備えている。この照度センサ２１は、液晶プロジェクション装置の投写光学系が配置される装置前面に向かう指向性を発揮するような向きに配置され、投写面上の照度を測定する。照度センサ２１によって測定された投写面上の照度はガンマ補正値演算回路２２に供給される。ガンマ補正値演算回路２２は、ガンマ補正値記憶回路２３に予め記憶されている装置白レベル照度Ｔ（ｍａｘ）と、装置黒レベル照度Ｔ（ｍｉｎ）を読みだして、それぞれに照度センサ２１によって測定された投写面上の照度Ｔａを加算して、実照射白レベル照度Ｔａ（ｍａｘ）と実照射黒レベル照度Ｔａ（ｍｉｎ）を算出する。なお、装置白レベル照度Ｔ（ｍａｘ）と装置黒レベル照度Ｔ（ｍｉｎ）は、装置調整時に測定してガンマ補正値記憶回路２３に記憶させて、個体間のバラツキ要因を除去することが望ましい。
【００２３】
また、ガンマ補正値演算回路２２は、算出した実照射白レベル照度Ｔａ（ｍａｘ）と実照射黒レベル照度Ｔａ（ｍｉｎ）によって規定される装置ダイナミックレンジにおけるガンマ補正値を、予め設定されているガンマ特性、本例では２．５乗で計算する。計算して求まったガンマ補正値を８ビットあるいあ８ビット以上のデジタル値の形態に変換して、ガンマ補正値書き換え回路２４に供給する。
【００２４】
ガンマ補正値書き換え回路２４は、ガンマ補正値記憶回路２３に記憶されているガンマ補正値を、ガンマ補正値演算回路２２から供給されたガンマ補正値で更新する。このようにして投写面照度に応じて求められたガンマ補正値が、ガンマ補正値記憶回路２３に記憶される。
【００２５】
ガンマ補正回路２５は、ガンマ補正値記憶回路２３に記憶されているガンマ補正値を用いて、入力される映像信号にガンマ補正を施し、補正後の映像信号を表示デバイス駆動回路３の側に出力する。
【００２６】
以上のように、本例のプロジェクション装置１のガンマ補正装置２においては、装置の使用環境によって変化する実照射白レベルおよび実照射黒レベル、すなわち装置ダイナミックの変化に対して、常に装置設計者が意図したリニアリティーが得られるようなガンマ補正を映像信号の施すことができる。従って、忠実に再現された投写画像を得ることができる。
【００２７】
例えば、表２には、周囲光が０Ｌｘ、１００Ｌｘ、２００Ｌｘおよび５００Ｌｘの場合において従来のように一義的に定まったガンマ補正を行った場合における白を１００％、黒を０％としたときの中間調である７５％、５０％および２５％の場合の照度を表示してある。なお、基準となるのは表の左端の列における周囲光が０Ｌｘの場合である。この場合には、従来技術の欄で説明したように、周囲光が明るくなるのに伴って黒レベルの側の階調性が低下してしまう。
【００２８】
【表２】

【００２９】
すなわち、図３のグラフから分かるように、周囲光が０Ｌｘの場合には、白レベルから黒レベルの間のコントラスト比は特性Ａ１で示すようにリニア関係を保持している。しかるに、周囲光の明るさが増加すると、特性Ｂ１（周囲光１００Ｌｘ）、Ｃ１（周囲光２００Ｌｘ）、Ｄ１（周囲光５００Ｌｘ）で示すように、リニアー特性が阻害される。この結果、中間調、特に黒レベル側の階調性が低下する。
【００３０】
しかし、本例のプロジェクション装置１のガンマ補正装置２によれば、周囲光の明るさに応じたガンマ補正が実行されるので、表３に示すように、各階調のコントラス比が一定となるように補正されるので、黒レベルの側の階調性が低下することを回避できる。すなわち、図４のグラフから分かるように、周囲光の明るさの程度に左右されずに、コントラスト比のリニアリティーが保持される。すなわち、特性Ａ２（周囲光０Ｌｘ）、特性Ｂ２（周囲光１００Ｌｘ）、Ｃ２（周囲光２００Ｌｘ）、Ｄ２（周囲光５００Ｌｘ）の何れの場合においてもリニアリティーが保持される。
【００３１】
【表３】

【００３２】
ここで、表２および表３を比較すると分かるように、本例のガンマ補正装置２によって、周囲光の明るさに応じて、表４に示すような補正が行われることになる。すなわち、図５のグラフに示すような特性Ｂ３（周囲光１００Ｌｘ）、Ｃ３（周囲光２００Ｌｘ）、Ｄ３（周囲光５００Ｌｘ）の補正が施される。ここで、周囲光が０Ｌｘの場合には補正は不要であるので、横軸が周囲光０Ｌｘの場合の補正特性Ａ３である。
【００３３】
【表４】

【００３４】
次に、図２には本発明の第２の実施の形態に係る液晶プロジェクション装置の主要部分の概略構成を示してある。この図に示す液晶プロジェクション装置１０も上記の液晶プロジェクション装置と基本的な部分は同一構成である。しかし、本例の液晶プロジェクション装置１０のガンマ補正装置６は、上記のガンマ補正装置２におけるガンマ補正値演算回路２２およびガンマ補正値書き換え回路２４の代わりに、ガンマ補正値選択回路６１を備えている。その他のガンマ補正装置６の構成はガンマ補正装置２と同一である。
【００３５】
ガンマ補正値選択回路６１は、照度センサ２１の出力電圧を、内部基準電位と比較し、装置周辺照度Ｔａがどの範囲にあるのかを判別する。判別結果はガンマ補正値記憶回路２３に出力される。
【００３６】
本例では、例えば、ガンマ補正値選択回路６１は、装置周辺照度Ｔａを、１０Ｌｘ以下、１０から３０Ｌｘ、３０から１００Ｌｘ、１００Ｌｘ以上の４段階で判定する。判定結果は、２ビット制御信号の形態でガンマ補正値記憶回路２３に供給される。ガンマ補正値記憶回路２３には、予め装置平均白レベル、装置平均黒レベル、装置周辺照度、要求するガンマ特性（本例では例えば２．５乗）等の諸条件に基づき演算された４組のガンマ補正値が記憶されている。ガンマ補正値選択回路６１から供給される２ビット制御信号に基づき、ガンマ補正回路２５に供給するガンマ補正値を切り換える。
【００３７】
このように構成したガンマ補正装置６を用いた場合においても、、装置の使用環境によって変化する実照射白レベルおよび実照射黒レベル、すなわち装置ダイナミックの変化に対して、常に装置設計者が意図したリニアリティーが得られるようなガンマ補正を映像信号の施すことができる。従って、忠実に再現された投写画像を得ることができる。
【００３８】
ここで、上記の各実施例においては、照度センサー２１によって装置周辺照度Ｔａを検出し、この照度を予め記憶されている装置白レベル照度および装置黒レベル照度に加算して実照射白レベル照度および実照射黒レベル照度を算出し、これらにより規定される装置ダイナミックレンジにおけるガンマ補正値を計算するようにしている。このようにする代わりに、ガンマ補正値演算回路２２において、照度センサー２１によって検出された装置周辺照度Ｔａを予め記憶されている装置白レベル照度および装置黒レベル照度に加算して実照射白レベル照度および実照射黒レベル照度を算出し、この結果から、実現可能なコントラストを直接に演算し、得られたコントラストに相応するガンマ補正値を計算するようにしてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の液晶プロジェクション装置においては、装置周辺照度を測定し、測定値に基づき設定される装置ダイナミックレンジにおけるガンマ補正値を求め、当該ガンマ補正値により映像信号にガンマ補正を施すようにしている。あるいは、装置周辺照度に対応した複数のガンマ補正値を予め記憶しておき、測定した装置周辺照度に対応するガンマ補正値により映像信号にガンマ補正を施すようにしている。従って、本発明によれば、使用環境の照度が異なっている場合においても、常に、最適なリニアリティー特性が得られるように映像信号に対してガンマ補正を施すことができる。よって、映像信号を再現性良く、しかも忠実に再生できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプロジェクション装置のガンマ補正装置の部分を示す概略ブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るプロジェクション装置のガンマ補正装置の部分を示す概略ブロック図である。
【図３】ガンマ補正が一義的に定まっている場合の周囲光によるコントラスト比の影響を示すグラフである。
【図４】本発明のガンマ補正装置によって補正された場合における異なる周囲光の下でのコントラスト比を示すグラフである。
【図５】本発明のガンマ補正装置における周囲光に応じた補正特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１液晶プロジェクション装置
２ガンマ補正装置
２１照度センサ
２２ガンマ補正値演算回路
２３カンマ補正値記憶回路
２４ガンマ補正値書き換え回路
２５ガンマ補正回路
１０液晶プロジェクション装置
６ガンマ補正装置
６１ガンマ補正値選択回路

Claims

光源からの光を液晶ライトバルブによって変調し投写面上に投写表示するプロジェクション装置において、
周辺照度を検出する照度検出手段と、
光源強度および装置効率により規定される白レベル照度に、前記照度検出手段によって検出された周辺照度を加算して実照射白レベル照度を算出する実照射白レベル照度算出手段と、
前記白レベル照度を予め設定されているコントラスト比で除して得られた黒レベル照度に、前記照度検出手段によって検出された周辺照度を加算して実照射黒レベル照度を算出する実照射黒レベル照度算出手段と、
前記実照射白レベル照度および前記実照射黒レベル照度によって規定される装置ダイナミックレンジにおける各階調のコントラスト比を一定とするガンマ補正値を予め指定されているガンマ特性に基づき演算するガンマ補正値演算手段と、
ガンマ補正値を記憶する書き換え可能な記憶手段と、
前記ガンマ補正値演算手段によって算出されたガンマ補正値で前記記憶手段の内容を更新するガンマ補正値書き換え手段と、
Ｎビット（Ｎは正の整数）のデジタル映像信号に対して、前記記憶手段に記憶されているガンマ補正値に基づきガンマ補正を施して、Ｎビット以上のデジタル映像信号を発生させるガンマ補正手段とを有し、
当該ガンマ補正手段によってガンマ補正が施された後の前記デジタル映像信号により前記液晶ライトルブを制御して投写画像を形成することを特徴とする液晶プロジェクション装置。