JP5292682B2 - 消費電力削減装置、視認性向上装置、自発光表示装置、画像処理装置、電子機器、消費電力削減方法、視認性向上方法及びコンピュータプログラム - Google Patents

Description

この明細書で説明する発明は、周辺照度が高い状況での視認性の低下を最小限にとどめながら消費電力を削減する技術及び消費電力の増加を最小限にとどめながら視認性を向上する技術に関する。

発明者らが提案する発明は、消費電力削減装置、視認性向上装置、自発光表示装置、画像処理装置、電子機器、消費電力削減方法、視認性向上方法及びコンピュータプログラムとしての側面を有する。

今日、フラットパネルディスプレイは、様々な電子機器に搭載されている。これに伴い、フラットパネルディスプレイの使用環境も多様化してきている。例えば非常に照度の高い環境下でフラットパネルディスプレイを使用する機会も増えている。

ところで、使用環境の照度が高いと、画面の視認性が極端に低下する。このような場合に視認性を高めるには、画面輝度を上げる必要がある。

特開２００４−１０９１７０号公報 この特許文献には、外光の明るさに応じてピーク輝度を可変制御する手法が開示されている。すなわち、明るい環境下ではピーク輝度を上げ、暗い環境下ではピーク輝度を下げる手法が開示されている。

しかし、画面輝度を上げると、一般に消費電力が高くなる。特に自発光型のフラットパネルディスプレイの場合、画面輝度の上昇は消費電力の増加に直結する問題がある。更に携帯型の電子機器の場合、消費電力の増加は使用時間の短縮に直結する。

そこで発明者らは、低階調域に対応するｎ１ビット分の階調情報をｍ１（＜ｎ１）ビット分の階調情報に変換し、中間階調域に対応するｎ２ビット分の階調情報をｍ２（≦ｎ２）ビット分の階調情報に変換し、高階調域に対応するｎ３ビット分の階調情報をｍ３（＜ｎ３）ビット分の階調情報に変換する階調域適応型の階調変換部であって、ｍ１≦ｍ２かつｍ３≦ｍ２、かつ、ｎ１＋ｎ２＋ｎ３＞ｍ１＋ｍ２＋ｍ３を満たすように入力映像信号を階調変換する階調変換部を有する消費電力削減装置を提案する。

周辺環境の照度が高い場合、一般に中間階調域に比べ、低階調域や高階調域の視認性が低下する。発明者らの提案する技術手法では、これら階調域の階調情報を積極的に削減する。これにより、実際の視認性には影響を与えずに、消費電力を削減することができる。

なお、この階調変換による消費電力の削減量の範囲でピーク輝度レベルを上げれば、従来技術に比して視認性を向上することができる。すなわち、消費電力の増加を伴わずに画面の視認性を高めることができる。

以下、発明に係る消費電力の削減技術及び視認性の向上技術を説明する。
なお、本明細書で特に図示又は記載されない部分には、当該技術分野の周知又は公知技術を適用する。
また以下に説明する形態例は、発明の一つの形態例であって、これらに限定されるものではない。

（Ａ）形態例１
（Ａ−１）消費電力削減装置の機能構成
図１に、消費電力削減装置１の機能構成例を示す。
消費電力削減装置１は、平均階調値算出部３及び階調域別階調変換部５で構成される。

平均階調値算出部３は、１フレーム当たりの平均階調値（ＡＰＬ：average picture level ）を映像信号に基づいて算出する処理デバイスである。なお、平均階調値の算出は、１フレーム単位で実行しても良いし、複数フレーム期間に入力された映像信号のフレーム平均値として算出しても良い。

階調域別階調変換部５は、周辺輝度が高い場合、平均階調値を中心に設定した一定範囲の階調情報を多く残す一方で、低階調域と高階調域の階調情報は積極的に削減する階調変換処理を実行する処理デバイスである。なお、周辺輝度が高く無い場合（周辺輝度が判定閾値より小さい場合）、階調域別階調変換部５は、入力時のまま映像信号を出力する。

図２に、階調域別階調変換部５の内部構成例を示す。階調域別階調変換部５は、階調域設定部１１と演算部１３とで構成される。
階調域設定部１１は、周辺輝度が高い場合、平均階調値に基づいて低階調域、中間階調域、高階調域を設定し、周辺輝度が高く無い場合、階調域の設定を停止する。

この形態例の場合、階調域設定部１１は、平均階調値−全階調域／２と平均階調域＋全階調域／２を算出し、これら２つの階調値に基づいて３つの階調域を設定する。
すなわち、平均階調値−全階調域／２と平均階調域＋全階調域／２で挟まれる階調域を中間階調域、平均階調値−全階調域／２より小さい階調域を低階調域、平均階調値＋全階調域／２より大きい階調域を高階調域に設定する。

図３に、平均階調値に応じた階調域の設定例を示す。図３は、映像信号が８ビットの場合（映像信号が２５６階調の場合）における設定例である。従って、中間階調域の階調幅は１２８階調幅に設定される。また、低階調域と中間階調域の境界点を与える階調値は、平均階調値−６４で与えられる。他方、高階調域と中間階調域の境界点を与える階調値は、平均階調値＋６４で与えられる。

例えば平均階調値が“１２８”の場合、低階調域は“１”〜“６４”に、中間階調域は“６５”〜“１９１”に、高階調域は“１９２”〜“２５６”に設定される。

図４に、平均階調値の違いに応じて各階調域の設定範囲が変化する様子を示す。なお、中間階調域の幅は、平均階調値の違いによらず常に同じであるものとする。図４（Ａ）は、平均階調値が小さい場合の例である。低階調域が狭くなる一方で、高階調域が広くなっている。

図４（Ｂ）は、平均階調値が中間値の例である。低階調域と高階調域がほぼ同じ階調幅で与えられる。図４（Ｃ）は、平均階調値が大きい場合の例である。低階調域が広い一方で、高階調域が狭くなっている。

演算部１３は、各画素に対応する映像信号（階調値）が属する階調域別に応じた階調変換処理を演算処理により実行する処理デバイスである。
この形態例の場合、各階調域に割り当てる階調情報（ビット数）は、事前に設定されているものとする。

図３の場合、低階調域には、４ビット（１６階調）分の階調情報が割り当てられている。中間階調域には、６ビット（６４階調）分の階調情報が割り当てられている。高階調域には、４ビット（１６階調）分の階調情報が割り当てられている。

従って、この演算部１３による階調変換が実施されると２５６階調の階調情報を有する映像信号は、９６階調（＝１６階調＋６４階調＋１６階調）の階調情報を有する映像信号に変換される。
図５に、映像信号の属する階調域別に適用される演算式を示す。勿論、図５は、映像信号が８ビットで与えられる場合において、中間階調域が全階調域の半分として与えられる場合について表している。

階調変換では、入力階調値を各階調域内で正規化した値を単位ステップ値で除算する処理（同階調域におけるステップ数を算出する処理）と、算出されたステップ数に単位ステップ値を乗算する処理（出力階調値を求める処理）とが実行される。なお、中間階調域や高階調域については、各階調域の原点に対応する階調値（オフセット量）を、先の演算結果に加算する処理が合わせて実行される。

なお、図５に示す演算式において、演算子ＮＩＮＴは、四捨五入による整数値化処理を意味する。
例えば平均階調値が“１２８”の場合、低階調域に属する映像信号（階調値）は、４階調単位で階調値が階段上に変化する映像信号に変換される。

同様に、平均階調値が“１２８”の場合、中間階調域に属する映像信号（階調値）は、２階調単位で階調値が階段上に変化する映像信号に変換される。
同様に、平均階調値が“１２８”の場合、高階調域に属する映像信号（階調値）は、４階調単位で階調値が階段上に変化する映像信号に変換される。

図３では、この入出力関係を、階段状の太線として表している。なお、階調変換を実行しない場合の入出力関係は、図３に細線で示すように直線状となる。
このように、周辺輝度に応じて選択的に実行される階調変換の結果が、表示デバイス７に出力される。

（Ａ−２）表示デバイスの構成
この形態例の場合、表示デバイスは自発光表示デバイスの一つである有機ＥＬディスプレイを想定する。
図６に、表示デバイス７の機能構成例を示す。表示デバイス７は、タイミングジェネレータ２１、データ線ドライバ２３、スキャンドライバ２５、スキャンドライバ２７、電源電圧源２９及び有機ＥＬディスプレイパネル３１で構成される。

タイミングジェネレータ２１は、消費電力削減装置１より与えられる映像信号に含まれるタイミング信号に基づいて画面表示に必要な各種のタイミング信号を発生する処理デバイスである。例えば書き込みパルス等を発生する。

データ線ドライバ２３は、有機ＥＬディスプレイパネル３１のデータ線を駆動する回路デバイスである。
データ線ドライバ２３は、各画素の発光輝度を指定する階調値をアナログ電圧値に変換し、データ線に供給する動作を実行する。

スキャンドライバ２５は、階調値を書き込む水平ラインの選択用に設けられたゲート線を線順次に選択する回路デバイスである。この選択信号が書き込みパルスとして、有機ＥＬディスプレイパネル３１に供給される。この形態例におけるスキャンドライバ２５は、水平ライン別に書き込みパルスを出力する。

スキャンドライバ２７は、デューティパルス信号の供給用に設けられたゲート線を駆動する回路デバイスである。ここでのデューティパルス信号は、１フレーム期間内における点灯時間長を与える信号をいう。図７に、デューティパルス信号の一例を示す。図７（Ａ）は最大点灯時間長の最大期間を与える垂直同期パルスである。図７（Ｂ）はデューティパルス信号例である。図７（Ｂ）の場合、Ｌレベルの期間が１フレーム期間内の点灯時間長になる。この形態例の場合、点灯時間は固定であるものとする。

電源電圧源２９は、有機ＥＬ素子の陽極側に印可する電源電圧（アナログ電圧）を供給する回路デバイスである。この形態例の場合、電源電圧源２９は一定電圧を発生する。
有機ＥＬディスプレイパネル３１は、有機ＥＬ素子がマトリクス状に配置された表示デバイスである。なお、有機ＥＬディスプレイパネル３１はカラー表示用である。従って、表示上の１画素（ピクセル）は、ＲＧＢの三色に対応する画素（サブピクセル）で構成される。

図８に、データ線とゲート線との交点位置に形成される画素回路４１と周辺回路との接続関係を示す。
画素回路４１は、データスイッチ素子Ｔ１、キャパシタＣ１、電流供給素子Ｔ２、点灯期間制御素子Ｔ３で構成される。

ここで、データスイッチ素子Ｔ１は、データ線を通じて与えられる電圧値の取り込み（書き込み）を制御するトランジスタである。電圧値の取り込みタイミングは、水平ライン単位で与えられる。

キャパシタＣ１は、取り込んだ電圧値を１フレームの間保持する記憶素子である。キャパシタＣ１を用いることで、データの書き込みが線順次走査の場合でも、面順次走査と同様の発光態様が実現される。

電流供給素子Ｔ２は、キャパシタＣ１の電圧値に応じた駆動電流を有機ＥＬ素子Ｄ１に供給するトランジスタである。
点灯期間制御素子Ｔ３は、有機ＥＬ素子Ｄ１の点灯時間を１フレーム内で制御するトランジスタである。

点灯期間制御素子Ｔ３は、駆動電流の供給経路に対して直列に配置される。点灯期間制御素子Ｔ３がオン動作している間、有機ＥＬ素子Ｄ１が点灯する。一方、点灯期間制御素子Ｔ３がオフ動作している間、有機ＥＬ素子Ｄ１が消灯する。
この点灯期間制御素子Ｔ３に印加される信号が、前述したデューティパルス信号（図７）である。

（Ａ−３）階調変換処理
以下、周辺輝度が高い場合に実行される階調変換動作を説明する。なお、階調変換動作は、外光センサーから入力される周辺輝度情報が判定閾値より大きい場合に実行される。
図９に、階調域が設定されるまでの処理手順を示す。なお、図９に示す処理動作は、１フレーム周期で実行される。

まず、消費電力削減装置１は、１フレーム当たりの平均階調値を算出する（Ｓ１）。
次に、消費電力削減装置１は、平均階調値に応じて低階調域、中間階調域、高階調域をそれぞれ設定する（Ｓ２）。

具体的に低階調域が設定されると、消費電力削減装置１は、各階調域の変換演算で使用するパラメータを設定する（Ｓ３）。具体的には、図５で説明した演算式における入力階調以外のパラメータを設定する。

このパラメータの設定後、消費電力削減装置１は、画素毎に図１０に示す処理動作を実行する。
まず、消費電力削減装置１は、入力階調が低階調域か否かを判定する（Ｓ１１）。
肯定結果が得られた場合、消費電力削減装置１は、低階調域用の階調変換処理を実行する（Ｓ１２）。

これに対し、否定結果が得られた場合、消費電力削減装置１は、入力階調が中間階調域か否かを判定する（Ｓ１３）。
肯定結果が得られた場合、消費電力削減装置１は、中間階調域用の階調変換処理を実行する（Ｓ１４）。

一方、否定結果が得られた場合、消費電力削減装置１は、高階調域用の階調変換処理を実行する（Ｓ１５）。
この図１０に示す一連の動作が、１フレームを構成する全画素について繰り返し実行される。結果的に、２５６階調を有する映像信号が９６階調の映像信号に変換され、表示画面上に表示される。

（Ａ−４）階調変換の効果
以上説明したように、階調情報を削減しながらも、中間階調域に多くの階調情報を割り当てることにより、周辺輝度が高い場合でも、視認性を落とすことなく消費電力を削減することができる。

図１１に、消費電力が削減される様子を視覚的に示す。図１１は、消費電力が削減される部分と量を黒色の塗りつぶしパターンで示している。階調情報の削減量が大きい低階調域と高階調域ほど消費電力の削減量が大きくなっている。

なお前述したように、周辺輝度が高い環境では確認できるコントラスト差はもともと小さい。これに加え、平均階調値を基準に設定した中間階調域の階調情報を多く残すことで視認性の低下を最小限にとどめることができる。すなわち、視認性には影響を与えることなく、消費電力を確実に低下できる。

特に有機ＥＬ表示ディスプレイを屋外で使用する場合には、この消費電力の削減を使用可能時間の延長に使うことができる。

（Ｂ）形態例２
ここでは、階調変換テーブルを用いて階調域別の階調変換機能を実現する場合について説明する。なお、基本的なシステム構成は、形態例１で説明した図１の構成と同じである。ただし、階調域別階調変換部の内部構成が異なる。

図１２に、階調域別階調変換部５１の内部構成例を示す。
階調域別階調変換部５１は、テーブル選択部５３及び変換テーブル５５で構成される。
テーブル選択部５３は、周辺輝度が高い場合、平均階調値に基づいて最適な変換テーブルを選択し、周辺輝度が高く無い場合、変換処理を停止する（または、入力階調値と出力階調値が同じ変換テーブルを選択する）。

変換テーブル５５は、算出される平均階調値を予測して事前に用意された複数組の変換テーブルで構成される。厳密には、２５６階調分だけ変換テーブルを用意することになるが、実用上は使用頻度や階調変換の変化量を考慮して代表的な複数組だけ搭載する。従って、テーブル選択部５３は、算出された平均階調値を想定範囲に含む変換テーブルを選択する動作を実行する。

図１３に、変換テーブル５５のテーブル構造を示す。図１３に示すように、変換テーブル５５は、入力階調値と出力階調値の対応関係を保存する。勿論、対応関係は、形態例１で説明した階調域別の階調変換式を満たしている。

なお、図１３では、２５６階調全ての階調値と出力階調値との対応関係を記録しているが、出力階調値が変化する部分の対応関係のみを記憶し、対応関係のない階調値については入力階調値よりも小さい側で最も近い階調に対応付けられた出力階調値を読み出す仕組みを採用しても良い。このような仕組みを採用すれば、変換テーブル５５に要求される記憶容量を削減することができる。

図１４に、変換テーブルが設定されるまでの処理手順を示す。なお、図１４に示す処理動作は、１フレーム周期で実行される。
この場合も、平均階調値算出部３によって、１フレーム当たりの平均階調値が算出される（Ｓ２１）。
次に、階調域別階調変換部５１が、平均階調値に応じて低階調域、中間階調域、高階調域が設定された変換テーブルを設定する（Ｓ２２）。

これ以降は、選択された変換テーブルについて、画素単位で階調値の変換処理が継続的に実行されることになる。
この形態例のように、変換テーブルを用いる手法を採用すれば、処理能力の高い信号処理部を搭載せずに済む。また、画面サイズが大きい場合や入力される映像信号のビット数が多い場合にも効果的である。

（Ｃ）形態例３
ここでは、映像信号に付属するジャンル情報に基づいて階調域別の階調変換機能を実現する場合について説明する。なお、ジャンル情報は、映像信号の付属情報として与えられる。
図１５に、消費電力削減装置６１の機能構成例を示す。
消費電力削減装置６１は、ジャンル情報取得部６３及び階調域別階調変換部６５で構成される。

ジャンル情報取得部６３は、映像信号に付属するジャンル情報を取得する処理デバイスである。ジャンル情報は、例えばニュース、娯楽番組、スポーツその他の番組の内容に関する情報である。なお、ジャンル情報は、例えばデータフォーマットで規定する符号データやタグ付きのテキストデータ形式で記述される。

階調域別階調変換部６５は、周辺輝度が高い場合、中間階調域の階調情報を多く残す一方で、低階調域と高階調域の階調情報は積極的に削減する階調変換処理を実行する処理デバイスである。なお、周辺輝度が高く無い場合、階調域別階調変換部５は、入力時のまま映像信号を出力する。

図１６に、階調域別階調変換部６５の内部構成例を示す。階調域別階調変換部６５は、テーブル選択部７１と変換テーブル７３とで構成される。
テーブル選択部７１は、周辺輝度が高い場合、ジャンル情報に基づいて最適な変換テーブルを選択し、周辺輝度が高く無い場合、変換処理を停止する（または、入力階調値と出力階調値が同じ変換テーブルを選択する）。

変換テーブル７３は、ジャンル情報別に事前に用意された複数組の変換テーブルで構成される。この変換テーブル７３の場合も、厳密には２５６階調分だけ変換テーブルを用意することになるが、実用上は使用頻度や階調変換の変化量を考慮して代表的な複数組だけ搭載する。従って、テーブル選択部７３は、各ジャンルに固有の平均階調値を想定範囲に含む変換テーブルを選択する動作を実行する。

変換テーブル７３の個々の構造は形態例２で説明した変換テーブル５５と同じである。
図１７に、変換テーブルが設定されるまでの処理手順を示す。なお、図１７に示す処理動作は、１フレーム周期で実行される。
この場合、ジャンル情報取得部６３が、映像信号に付属するジャンル情報を取得する（Ｓ３１）。
次に、階調域別階調変換部５１が、ジャンル情報に応じて低階調域、中間階調域、高階調域が設定された変換テーブルを設定する（Ｓ３２）。

これ以降は、選択された変換テーブルについて、画素単位で階調値の変換処理が継続的に実行されることになる。
この形態例のように、ジャンル情報を参照する手法を適用すれば、フレーム単位で平均階調値を算出する必要がなく、入力される映像信号に適した階調変換処理を実行できる。
このようにジャンル情報を参照する方法では、１つの番組について１つの変換テーブル７３を使用する。

従って、番組の表示中に階調処理が頻繁に切り替わらずに済む。その分、信号処理系にかかる負荷を小さくできる。
なお、形態例２で説明したように、平均階調値を参照する仕組みと組み合わせ、番組全体の平均階調値と各フレームの平均階調値のずれが大きい場合には、フレーム単位で算出される平均階調値による階調変換処理を優先する仕組みを採用しても良い。

（Ｄ）形態例４
以上３つの形態例においては、階調域別の階調変換処理により消費電力を削減することを主眼とする形態例について説明した。
しかし、削減される消費電力分を有効活用すれば、視認性を積極的に向上させることもできる。

図１８に、この種の視認性向上装置８１の機能構成例を示す。なお、図１８に示す視認性向上装置８１は、図１に示す消費電力削減装置１をベースに構成される。従って、図１８には図１との対応部分に同一符号を付して示す。

視認性向上装置８１は、平均階調値算出部３、階調域別階調変換部５、消費電力算出部８３、８５及びピーク輝度制御部８７で構成される。以下では、消費電力算出部８３、８５及びピーク輝度制御部８７について説明する。

消費電力算出部８３は、階調変換前の消費電力を算出する処理デバイスである。一方、消費電力算出部８５は、階調変換前の消費電力を算出する処理デバイスである。
図１９に、消費電力算出部８３及び８５に共通する処理手順例を示す。消費電力の算出処理では、まず各画素に対応する階調値を電流値に変換する処理が実行される（Ｓ３１）。

この変換処理では、図２０に示す階調値−電流値変換テーブルが参照される。図２０に示すように、有機ＥＬ素子が有するガンマ特性のため、電流値は階調値に対して非線形に増加する特性がある。このため、事前に登録された対応関係に従って、階調値を電流値に変換する処理が実行される。

次に、消費電力算出部８３及び８５は、１フレーム全体で消費されるパネル電流値（各画素について得られる電流値の総和）を算出する（Ｓ３２）。この算出処理は、垂直同期パルスの入力から次の垂直同期パルスの入力までの期間を単位として実行される。

パネル電流値が得られると、消費電力算出部８３及び８５は、パネル電流値に電源電圧値を乗算し、消費電力を算出する（Ｓ３３）。これら一連の処理を経て算出された消費電力がピーク輝度制御部８７にそれぞれ供給される。

ピーク輝度制御部８７は、階調変換前の消費電力を階調変換後の消費電力で割った値をピーク輝度増加係数として参照し、当該増加係数を満たすように表示デバイス７のピーク輝度を制御する。すなわち、表示デバイス７の消費電力が階調変換前とほぼ同じになるようにピーク輝度を制御する。

この形態例の場合、ピーク輝度の制御は、図２１に示すように、デューティパルス信号のＬレベル期間の増減により実現する。１フレーム期間内におけるＬレベル期間の割合が大きいほど、有機ＥＬ素子の点灯時間長が長くなり、１フレーム期間内におけるＬレベル期間の割合が大きいほど、有機ＥＬ素子の点灯時間長が短くなる。

すなわち、デューティパルス信号のＬレベル期間の増減により消費電力を増加する。なお、ピーク輝度制御部８７は、映像信号のタイミング信号を入力して、デューティパルス信号の出力タイミングを制御する。

この形態例の場合、図２２に示すように、階調変換により消費電力が低下する分をピーク輝度の上昇に使用することができ、周辺輝度が高い場合でも、視認性の高い表示を実現することができる。形態例１で説明した階調変換処理を実行しない場合と同じ消費電力でありながら視認性の高い表示画面を実現できる。

（Ｄ）実装例
ここでは、前述した消費電力削減装置又は視認性向上装置の電子機器への実装例を説明する。以下では、消費電力削減装置を例に各種の電子機器への実装例を説明する。

（ａ）自発光表示装置への実装
前述した消費電力削減装置１は、図２３に示すように、自発光表示装置９１内に実装することができる。図２３に示す自発光表示装置９１は、表示デバイス９３と消費電力削減装置９５を搭載する。

なお、消費電力削減装置９５は小規模回路にて実現できる。このため、消費電力削減装置９５は、表示デバイス９３に実装されるＩＣ（integrated circuit）等の一部に格納することもできる。
例えば表示デバイス９３が図６で説明したデバイス構造を有する場合、消費電力削減装置９５は、タイミングジェネレータ２１（図６）の一部分に実装することができる。

このように、既存の処理回路の一部に実装すれば、レイアウトの変更や実装空間の変更を必要としない。従って、製造コストの面でも有利である。

（ｂ）画像処理装置
前述した消費電力削減装置は、図２４に示すように、自発光表示装置１０１に映像信号を供給する外部装置としての画像処理装置１１１に実装することもできる。

図２４は、画像処理装置１１１が自発光表示装置１０１に直接接続される場合を表しているが、画像処理装置１１１は、インターネットその他のネットワークを経由して自発光表示装置１０１と接続される場合にも適用できる。

図２４に示す画像処理装置１１１は、画像処理部１１３と消費電力削減装置１１５で構成される。なお、画像処理部１１３の処理内容は、搭載されるアプリケーションに依存する。

（ｃ）その他の実装例
消費電力削減装置や視認性向上装置は、前述した装置以外にも各種の電子機器に搭載することができる。なお、ここでの電子機器は、可搬型であるか据え置き型かを問わないが、少なくとも周辺輝度が高い状態で表示デバイスが使用される可能性があることが前提となる。

（ｃ１）放送波受信装置
消費電力削減装置は、放送波受信装置に搭載することができる。
図２５に、放送波受信装置の機能構成例を示す。放送波受信装置１２１は、表示デバイス１２３、システム制御部１２５、操作部１２７、記憶媒体１２９、電源１３１及びチューナー１３３を主要な構成デバイスとする。

なお、システム制御部１２５は、例えばマイクロプロセッサで構成される。システム制御部１２５は、システム全体の動作を制御する。操作部１２７は、機械式の操作子の他、グラフィックユーザーインターフェースも含む。

記憶媒体１２９は、表示デバイス１２３に表示する画像や映像に対応するデータの他、ファームウェアやアプリケーションプログラムの格納領域として用いられる。電源１３１は、放送波受信装置１２１が可搬型の場合にはバッテリー電源を使用する。勿論、放送波受信装置１２１が据え置き型の場合には商用電源を使用する。

チューナー１３３は、到来する放送波の中からユーザーの選局した特定チャネルの放送波を選択的に受信する装置である。
この放送波受信装置の構成は、例えばテレビジョン番組受信機、ラジオ番組受信機、放送波受信機能を搭載する携帯型の電子機器に適用する場合に用いることができる。

（ｃ２）オーディオ装置
図２６は、再生機としてのオーディオ装置に適用する場合の機能構成例である。
再生機としてのオーディオ装置１４１は、表示デバイス１４３、システム制御部１４５、操作部１４７、記憶媒体１４９、電源１５１、オーディオ処理部１５３及びスピーカー１５５を主要な構成デバイスとする。

この場合も、システム制御部１４５は、例えばマイクロプロセッサで構成される。システム制御部１４５は、システム全体の動作を制御する。操作部１４７は、機械式の操作子の他、グラフィックユーザーインターフェースも含む。

記憶媒体１４９は、オーディオデータの他、ファームウェアやアプリケーションプログラムの格納領域である。また、楽曲データの記憶にも用いられる。記憶媒体１４９は、半導体記憶媒体の他、ハードディスク装置等が用いられる。

電源１５１は、オーディオ装置１４１が可搬型の場合にはバッテリー電源を使用する。勿論、オーディオ装置１４１が据え置き型の場合には商用電源を使用する。
オーディオ処理部１５３は、オーディオデータを信号処理する処理デバイスである。圧縮符号化されたオーディオデータの解凍処理も実行される。スピーカー１５５は、再生された音を出力するデバイスである。

なお、オーディオ装置１４１を記録機として用いる場合、スピーカー１５５に替えてマイクロフォンを接続する。この場合、オーディオ処理部１５３は、オーディオデータを圧縮符号化する機能を実現する。
このオーディオ装置の構成は、例えば携帯型の音楽機器、携帯電話機等に適用する場合に用いることができる。

（ｃ３）通信装置
図２７は、通信装置に適用する場合の機能構成例である。通信装置１６１は、表示デバイス１６３、システム制御部１６５、操作部１６７、記憶媒体１６９、電源１７１及び通信部１７３を主要な構成デバイスとする。

なお、システム制御部１６５は、例えばマイクロプロセッサで構成される。システム制御部１６５は、システム全体の動作を制御する。操作部１６７は、機械式の操作子の他、グラフィックユーザーインターフェースも含む。

記憶媒体１６９は、表示デバイス１６３に表示する画像や映像に対応するデータファイルの他、ファームウェアやアプリケーションプログラムの格納領域として用いられる。電源１７１は、通信装置１６１が可搬型の場合にはバッテリー電源を使用する。勿論、通信装置１６１が据え置き型の場合には商用電源を使用する。

通信部１７３は、他機との間でデータを送受信する無線装置である。この通信装置の構成は、例えば据え置き型の電話機、携帯電話機、通信機能を搭載する携帯型の電子機器に適用する場合に用いることができる。

（ｃ４）撮像装置
図２８は、撮像装置に適用する場合の機能構成例である。撮像装置１８１は、表示デバイス１８３、システム制御部１８５、操作部１８７、記憶媒体１８９、電源１９１及び撮像部１９３を主要な構成デバイスとする。

なお、システム制御部１８５は、例えばマイクロプロセッサで構成される。システム制御部１８５は、システム全体の動作を制御する。操作部１８７は、機械式の操作子の他、グラフィックユーザーインターフェースも含む。

記憶媒体１８９は、表示デバイス１８３に表示する画像や映像に対応するデータファイルの他、ファームウェアやアプリケーションプログラムの格納領域として用いられる。電源１９１は、撮像装置１８１が可搬型の場合にはバッテリー電源を使用する。勿論、撮像装置１８１が据え置き型の場合には商用電源を使用する。

撮像部１９３は、例えばＣＭＯＳセンサーとその出力信号を処理する信号処理部で構成する。この撮像装置の構成は、例えばデジタルカメラ、ビデオカメラ、撮像機能を搭載する携帯型の電子機器等に適用する場合に用いることができる。

（ｃ５）情報処理装置
図２９は、携帯型の情報処理装置に適用する場合の機能構成例である。情報処理装置２０１は、表示デバイス２０３、システム制御部２０５、操作部２０７、記憶媒体２０９及び電源２１１を主要な構成デバイスとする。

なお、システム制御部２０５は、例えばマイクロプロセッサで構成される。システム制御部２０５は、システム全体の動作を制御する。操作部２０７は、機械式の操作子の他、グラフィックユーザーインターフェースも含む。

記憶媒体２０９は、表示デバイス２０３に表示する画像や映像に対応するデータファイルの他、ファームウェアやアプリケーションプログラムの格納領域として用いられる。電源２１１は、情報処理装置２０１が可搬型の場合にはバッテリー電源を使用する。勿論、情報処理装置２０１が据え置き型の場合には商用電源を使用する。

この情報処理装置の構成は、例えばゲーム機、電子ブック、電子辞書、コンピュータ、測定装置等に適用する場合に用いることができる。なお、測定装置に使用する場合には、センサー（検出デバイス）の検出信号がシステム制御部２０５に入力される。

（Ｅ）その他の形態例
（ａ）前述した形態例では、周辺輝度情報が外光センサーを通じて入力される場合について説明した。

しかし、ユーザーインターフェースを通じた操作により処理動作の切り替え信号として周辺輝度情報が与えられる場合にも適用できる。この場合、使用者の判断で消費電力の削減動作や視認性の向上動作が実行される。

（ｂ）前述した形態例では、映像信号が８ビットで与えられる場合について説明した。しかし、映像信号がその他のビットで与えられる場合にも適用できる。例えば１０ビットや１２ビットの場合にも適用できる。

（ｃ）前述した形態例では、中間階調域に１２８階調を割り当てる場合について説明した。
しかし、中間階調域に割り当てる階調数は任意である。例えば図３０に示すように、割り当て階調数は１２８階調より少ない１００階調でも良いし、１２８階調より多い１５０階調でも良い。

（ｄ）前述した形態例では、低階調域を１６階調（４ビット）に変換し、中間階調域を６４階調（６ビット）に変換し、高階調域を１６階調（４ビット）に変換する場合について説明した。

しかし、各階調域に割り当てる階調情報量は任意である。例えば図３１に示すように、低階調域を４階調（２ビット）に変換し、中間階調域を３２階調（５ビット）に変換し、高階調域を４階調（２ビット）に変換しても良い。この場合、消費電力の低減量を一段と増加できる。

（ｅ）前述した形態例においては、各低階調域の階調情報を入力時より低減する場合について説明した。
しかし、図３２に示すように、中間階調域については入力時の階調情報をそのまま保存し、低階調域と高階調域についてのみ階調情報量を低減しても良い。

図３２の場合、形態例１に比して消費電力の削減量は低下するが、中間階調域の階調情報は最大限保存できる。もっとも、周辺輝度が高い場合には、中間階調域の階調情報も一部損なわれるので、保存した階調情報がそのまま視認性を高めることになるとは限らない。

（ｆ）前述した形態例では、デューティパルス信号のＬレベル期間を制御してピーク輝度レベルを制御する場合について説明した。
しかし、ピーク輝度レベルの制御は、図３３に示すように、表示デバイスに印加する電源電圧レベルの制御によっても実現できる。図３３に示すように、電源電圧の増加に伴ってピーク輝度レベルは非線形に増加する特性がある。

図３４に、電源電圧の可変制御によるピーク輝度制御が可能な画素回路２２１の回路構造の一例を示す。
基本的な回路構成は、形態例１（図８）と同じである。ただし、図３４の場合には、形態例１の場合とは異なり、有機ＥＬ素子Ｄ１の陽極側電位を与える電源線とキャパシタＣ１の電源線とを分離する。これにより、キャパシタＣ１に蓄積される電荷（階調情報）が同じでも、有機ＥＬ素子Ｄ１に供給される電流量を増減することが可能になる。

（ｇ）前述した形態例では、デューティパルス信号が１フレームに１回出力される場合（図７、図２１）について説明した。
しかし、図３５に示すように、デューティパルス信号が１水平期間に１回出力される場合にも適用できる。

（ｈ）前述した形態例においては、表示デバイスが有機ＥＬディスプレイパネルである場合について説明した。
しかし、表示デバイスは、その他の自発光型表示デバイスでも良い。
例えば無機ＥＬディスプレイ装置、ＦＥＤディスプレイ装置、ＰＤＰディスプレイ装置でも良い。

（ｉ）前述の形態例で説明した消費電力削減装置及び視認性向上装置は、いずれも処理機能の全てをハードウェア又はソフトウェアで実現するだけでなく、ハードウェアとソフトウェアの機能分担により実現することもできる。

（ｊ）前述した形態例には、発明の趣旨の範囲内で様々な変形例が考えられる。また、本明細書の記載に基づいて創作される又は組み合わせられる各種の変形例及び応用例も考えられる。

消費電力削減装置の機能構成例を示す図である。 階調域別階調変換部の内部構成例を示す図である。 平均階調値に応じた階調域の設定例と階調情報の割り当て関係を説明する図である。 平均階調値の違いに応じて各階調域の設定範囲が変化する様子を示す図である。 階調域別の階調変換式の一例を示す図である。 表示デバイスの機能構成例を示す図である。 デューティパルス信号を説明する図である。 画素回路と周辺回路との接続関係を示す図である。 階調域の設定手順を説明する図である。 階調変換処理手順を説明する図である。 削減される消費電力量を説明する図である。 階調域別階調変換部の他の内部構成例を示す図である。 変換テーブルの構造例を示す図である。 変換テーブルの設定手順例を示す図である。 消費電力削減装置の他の構成例を示す図である。 階調域別階調変換部の他の内部構成例を示す図である。 変換テーブルの設定手順例を示す図である。 視認性向上装置の機能構成例を示す図である。 消費電力の算出手順例を示す図である。 階調値と電流値との対応関係を示す特性曲線図である。 デューティパルス信号の可変制御を説明する図である。 デューティパルス信号の制御によるピーク輝度レベルの変化を説明する図である。 電子機器への実装例を説明する図である。 電子機器への実装例を説明する図である。 消費電力削減装置の電子機器への搭載例を説明する図である。 消費電力削減装置の電子機器への搭載例を説明する図である。 消費電力削減装置の電子機器への搭載例を説明する図である。 消費電力削減装置の電子機器への搭載例を説明する図である。 消費電力削減装置の電子機器への搭載例を説明する図である。 各階調域の他の設定例を示す図である。 各階調域に対する階調情報の他の割り当て例を示す図である。 各階調域に対する階調情報の他の割り当て例を示す図である。 電源電圧の制御によるピーク輝度レベルの変化を説明する図である。 画素回路と周辺回路との接続関係を示す図である。 デューティパルス信号の他の設定例を説明する図である。

符号の説明

１ 消費電力削減装置
３ 平均階調値算出部
５ 階調域別階調変換部
７ 表示デバイス
１１ 階調域設定部
１３ 演算部
５１ 階調域別階調変換部
５３ テーブル選択部
５５ 変換テーブル
６１ 消費電力削減装置
６３ ジャンル情報取得部
６５ 階調域別階調変換部
８１ 視認性向上装置
８３ 消費電力算出部
８５ 消費電力算出部
８７ ピーク輝度制御部

Claims (16)

1. 自発光表示デバイスの消費電力を削減するために用いられ、入力映像信号における低階調域の階調情報、中間階調域の階調情報、及び、高階調域の階調情報を変換する階調変換部を有する消費電力削減装置であって、
   入力信号における低階調域の階調情報、中間階調域の階調情報、及び、高階調域の階調情報が、それぞれ、ｎ１ビット分の階調情報、ｎ２ビット分の階調情報、及び、ｎ３ビット分の階調情報であるとき、ｍ１＜ｎ１、ｍ２≦ｎ２、ｍ３＜ｎ３、ｍ１≦ｍ２、ｍ３≦ｍ２、及び、ｎ１＋ｎ２＋ｎ３＞ｍ１＋ｍ２＋ｍ３を満たすように、ｎ１ビット分の階調情報をｍ１ビット分の階調情報に変換し、ｎ２ビット分の階調情報をｍ２ビット分の階調情報に変換し、ｎ３ビット分の階調情報をｍ３ビット分の階調情報に変換すると共に、階調変換後の出力階調値を、入力映像信号の入力階調値以下に変換する消費電力削減装置。
2. 入力映像信号の平均階調レベルを算出する平均階調レベル算出部と、
   算出された平均階調レベルが、中間階調域の中間値となるように中間階調域の範囲を設定する階調域設定部とを更に有する請求項１に記載の消費電力削減装置。
3. 前記階調域設定部は、
   平均階調レベルからｎ２ビットの半分に相当する階調値を減算した値に基づいて、低階調域と中間階調域の境界階調値を設定し、
   平均階調レベルにｎ２ビットの半分に相当する階調値を加算した値に基づいて、中間階調域と高階調域の境界階調値を設定する請求項２に記載の消費電力削減装置。
4. 前記中間階調域は、入力映像信号が再現可能な階調数の半分に設定される請求項１に記載の消費電力削減装置。
5. 前記低階調域、中間階調域及び高階調域は、入力映像信号のジャンル情報に基づいて設定される請求項１に記載の消費電力削減装置。
6. 前記階調変換部は、演算処理により階調変換処理を実行する請求項１に記載の消費電力削減装置。
7. 前記階調変換部は、変換テーブルを参照して階調変換処理を実行する請求項１に記載の消費電力削減装置。
8. 前記階調変換部は、入力映像信号について算出された平均階調レベルに基づいて、参照する変換テーブルを選択する請求項７に記載の消費電力削減装置。
9. 前記階調変換部は、入力映像信号のジャンル情報に基づいて、参照する変換テーブルを選択する請求項７に記載の消費電力削減装置。
10. 入力信号における低階調域の階調情報、中間階調域の階調情報、及び、高階調域の階調情報が、それぞれ、ｎ１ビット分の階調情報、ｎ２ビット分の階調情報、及び、ｎ３ビット分の階調情報であるとき、ｍ１＜ｎ１、ｍ２≦ｎ２、ｍ３＜ｎ３、ｍ１≦ｍ２、ｍ３≦ｍ２、及び、ｎ１＋ｎ２＋ｎ３＞ｍ１＋ｍ２＋ｍ３を満たすように、ｎ１ビット分の階調情報をｍ１ビット分の階調情報に変換し、ｎ２ビット分の階調情報をｍ２ビット分の階調情報に変換し、ｎ３ビット分の階調情報をｍ３ビット分の階調情報に変換すると共に、階調変換後の出力階調値を、入力映像信号の入力階調値以下に変換する階調変換部と、
    階調変換前の入力映像信号について消費電力を算出する第１の消費電力算出部と、
    階調変換後の入力映像信号について消費電力を算出する第２の消費電力算出部と、
    階調変換後の消費電力が階調変換前の消費電力を越えない範囲で大きくなるように、自発光表示デバイスにおけるピーク輝度レベルの増加を指示するピーク輝度制御部とを有する視認性向上装置。
11. 前記ピーク輝度制御部は、階調変換前の消費電力を階調変換後の消費電力で除算した値に基づいてピーク輝度レベルの増加度合いを決定する請求項１０に記載の視認性向上装置。
12. 前記ピーク輝度制御部は、自発光表示デバイスのフレーム期間内の点灯時間長を定めるデューティパルス長の制御によりピーク輝度レベルを制御する請求項１０に記載の視認性向上装置。
13. 前記ピーク輝度制御部は、自発光表示デバイスの最大階調レベルを与える電源電圧の制御によりピーク輝度レベルを制御する請求項１０に記載の視認性向上装置。
14. 入力信号における低階調域の階調情報、中間階調域の階調情報、及び、高階調域の階調情報が、それぞれ、ｎ１ビット分の階調情報、ｎ２ビット分の階調情報、及び、ｎ３ビット分の階調情報であるとき、ｍ１＜ｎ１、ｍ２≦ｎ２、ｍ３＜ｎ３、ｍ１≦ｍ２、ｍ３≦ｍ２、及び、ｎ１＋ｎ２＋ｎ３＞ｍ１＋ｍ２＋ｍ３を満たすように、ｎ１ビット分の階調情報をｍ１ビット分の階調情報に変換し、ｎ２ビット分の階調情報をｍ２ビット分の階調情報に変換し、ｎ３ビット分の階調情報をｍ３ビット分の階調情報に変換すると共に、階調変換後の出力階調値を、入力映像信号の入力階調値以下に変換する階調変換部と、
    階調変換前の入力映像信号について消費電力を算出する第１の消費電力算出部と、
    階調変換後の入力映像信号について消費電力を算出する第２の消費電力算出部と、
    階調変換後の消費電力が階調変換前の消費電力を越えない範囲で大きくなるように、自発光表示デバイスにおけるピーク輝度レベルの増加を指示するピーク輝度制御部と、
    階調変換後の入力映像信号に対応する画像を画面上に表示する表示デバイスとを有する自発光表示装置。
15. 入力信号における低階調域の階調情報、中間階調域の階調情報、及び、高階調域の階調情報が、それぞれ、ｎ１ビット分の階調情報、ｎ２ビット分の階調情報、及び、ｎ３ビット分の階調情報であるとき、ｍ１＜ｎ１、ｍ２≦ｎ２、ｍ３＜ｎ３、ｍ１≦ｍ２、ｍ３≦ｍ２、及び、ｎ１＋ｎ２＋ｎ３＞ｍ１＋ｍ２＋ｍ３を満たすように、ｎ１ビット分の階調情報をｍ１ビット分の階調情報に変換し、ｎ２ビット分の階調情報をｍ２ビット分の階調情報に変換し、ｎ３ビット分の階調情報をｍ３ビット分の階調情報に変換すると共に、階調変換後の出力階調値を、入力映像信号の入力階調値以下に変換する階調変換部と、
    階調変換前の入力映像信号について消費電力を算出する第１の消費電力算出部と、
    階調変換後の入力映像信号について消費電力を算出する第２の消費電力算出部と、
    階調変換後の消費電力が階調変換前の消費電力を越えない範囲で大きくなるように、自発光表示デバイスにおけるピーク輝度レベルの増加を指示するピーク輝度制御部とを有する画像処理装置。
16. 入力信号における低階調域の階調情報、中間階調域の階調情報、及び、高階調域の階調情報が、それぞれ、ｎ１ビット分の階調情報、ｎ２ビット分の階調情報、及び、ｎ３ビット分の階調情報であるとき、ｍ１＜ｎ１、ｍ２≦ｎ２、ｍ３＜ｎ３、ｍ１≦ｍ２、ｍ３≦ｍ２、及び、ｎ１＋ｎ２＋ｎ３＞ｍ１＋ｍ２＋ｍ３を満たすように、ｎ１ビット分の階調情報をｍ１ビット分の階調情報に変換し、ｎ２ビット分の階調情報をｍ２ビット分の階調情報に変換し、ｎ３ビット分の階調情報をｍ３ビット分の階調情報に変換すると共に、階調変換後の出力階調値を、入力映像信号の入力階調値以下に変換する階調変換部と、
    階調変換前の入力映像信号について消費電力を算出する第１の消費電力算出部と、
    階調変換後の入力映像信号について消費電力を算出する第２の消費電力算出部と、
    階調変換後の消費電力が階調変換前の消費電力を越えない範囲で大きくなるように、自発光表示デバイスにおけるピーク輝度レベルの増加を指示するピーク輝度制御部と、
    階調変換後の入力映像信号に対応する画像を画面上に表示する表示デバイスとを有する電子機器。

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