CN101354874A - 显示设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供显示设备，包括：光源；空间光调制装置，用于根据视频信号调制光源发射的光；亮度分布调整装置，用于响应视频信号中的亮度因数来改变入射光的取决于角度的亮度分布，该亮度分布调整装置设置在空间光调制装置的前面或者后面；以及纠正装置，用于根据亮度分布调整装置调整的亮度分布来纠正视频信号，并且向空间光调制装置提供纠正后的视频信号，其中该纠正装置具有分别对应于预定的亮度分布的多个纠正表，通过以单个亮度分布确定的混合比混合多个纠正表中的纠正值来产生混合纠正值，并且通过采用该混合纠正值来纠正视频信号。

Description

显示设备
技术领域
本发明涉及可应用于液晶投影机等的显示设备。
背景技术
例如液晶投影机的投影显示设备已经广泛应用，其构造为通过使得进入空间光调制装置的光经受空间调制来显示图像，并且发射经过调制的光，然后根据提供给空间光调制装置的电信号来聚集和投影所发射的光。投影显示设备通常具有作为光源的灯和聚光镜以及照明光学系统，该照明光学系统用于聚集和使得来自所述两个光源的光进入空间光调制装置。来自空间光调制装置的光通过投影透镜投影在屏幕等之上。
上述投影显示设备的实例包括具有对入射光遮光量可变(stop down)以便改善对比度的可变光阑(variable iris)的投影显示设备。具体地讲，当视频信号的亮度水平很高(图像明亮)时，光阑打开以使图像看起来更加明亮。另一方面，当视频信号的亮度水平很低(图像很暗)时，光阑关闭以使图像看起来更加黑暗。
然而，通过空间光调制装置射向屏幕的光的亮度分布在可变光阑开启及关闭这两种情况下具有取决于角度的不同亮度分布。显示光在取决于角度的亮度分布上的变化引起显示区域内的亮度不均匀和颜色不均匀，因此使得图像显示质量下降。
考虑到上述情况，例如，日本未审查专利申请公开No.2004-111724公开了这样构造的投影显示设备：其通过将显示区域分成多个范围并且根据可变光阑的遮光量纠正每个分离的区域的视频信号(执行均匀性纠正)，从而减少由于显示光在取决于角度的亮度分布上的变化而引起的亮度不均匀等。
上述根据可变光阑的遮光量执行的视频信号纠正根据遮光量大小需要多种类型的纠正数据。在此情况下，根据遮光量的更精确的均匀性纠正增加了纠正数据量。因此，上述数据量会变得极大，因此需要极大的存储空间。这需要大量的存储元件，因此提高了制造成本等。
该问题不限于具有可变光阑的情况，而对于具有其它用于改变显示光的取决于角度的亮度分布的元件的情况同样如此。该问题也不限于投影显示设备，而对于例如液晶显示电视等直接观看型显示器也同样如此。
因此，当改变显示光的取决于角度的亮度分布时，上述的现有技术难于实现例如改善对比度以及减少亮度不均匀而不增加制造成本。因此需要改进。
希望提供这样的显示设备：当改变显示光的取决于角度的亮度分布时，同时实现改善对比度以及减少亮度不均匀且不增加制造成本。
发明内容
根据本发明的实施例，所提供的显示设备包括光源、空间光调制装置、亮度分布调整装置和纠正装置。空间光调制装置根据视频信号调制光源发射的光。亮度分布调整装置相应视频信号中的亮度因数来改变入射光取决于角度的亮度分布。该亮度分布调整装置设置在空间光调制装置的前面或者后面。纠正装置根据亮度分布调整装置调整的亮度分布来纠正视频信号，并且向空间光调制装置提供纠正后的视频信号。该纠正装置具有分别对应于预定的亮度分布的多个纠正表，通过以单个亮度分布确定的混合比混合在多个纠正表中的纠正值来产生混合纠正值，并且通过采用该混合纠正值来纠正视频信号。
在本发明实施例的显示设备中，空间光调制装置根据视频信号来调制光源发射的光，从而根据该视频信号来显示图像。响应视频信号中的亮度因数，亮度分布调整装置调整光进入空间光调制装置中或者光通过空间光调制装置的取决于角度的亮度分布。这使得对比度等能根据图像亮度来调整。此外，根据亮度分布调整装置调整的亮度分布来纠正视频信号，并且通过向空间光调制装置提供纠正后的视频信号来显示图像。因此，即使在显示光的取决于角度的亮度分布随着亮度分布调整而改变时，也能够在显示区域内调整亮度分布。通过采用混合多个纠正表中的纠正值而产生的混合纠正值来纠正视频信号，该多个纠正表的每一个都对应于预定的亮度分布。因此，与不同纠正表分别分配给不同亮度分布的情况相比，纠正表的数量可以最小化。
进入空间光调制装置的光或者通过空间光调制装置的光的亮度分布响应视频信号中的亮度因数来调整。这能使对比度等根据图像的亮度来调整和改善。此外，根据亮度分布调整装置调整的亮度分布来纠正视频信号，并且根据纠正的视频信号来显示图像。因此，即使在改变显示光的亮度分布时，显示区域内的亮度分布也可以调整为减少亮度的不均匀等。也可以通过采用混合多个纠正表中的纠正值所产生的混合纠正值来纠正视频信号。因此，纠正表的数量可以最小化来降低制造成本。因此，当改变显示光的亮度分布时，可以实现改善对比度和减少亮度不均匀性，而不增加制造成本。
通过下面的描述，本发明的其它的目的、特征和优点将更加明显易懂。
附图说明
图1是显示根据本发明实施例的显示设备的构造的方框图；
图2是显示视频信号处理单元产生亮度柱状分布实例的特性图；
图3A和3B分别是显示由均匀性纠正单元存储的纠正表的实例的示意图；
图4是显示由均匀性纠正单元存储的查找表的实例的示意图；和
图5A至5C是用于说明均匀性纠正单元执行纠正处理的实例的示意图。
具体实施方式
现在，将参照附图详细描述本发明的优选实施例。
图1显示了根据实施例的显示设备(液晶投影机1)的整个构造。液晶投影机1用于根据外面提供的输入视频信号Din显示图像，并且包括：光源11、反射镜12、照明光学系统13、可变光阑14、偏振器151、液晶元件16、分析器152、投影透镜单元17、屏幕18和控制器2，所述控制器2根据输入视频信号Din控制可变光阑14和液晶元件16。
光源单元11发射包含彩色图像显示所必需的红光(R)、蓝光(B)和绿光(G)的白光，并且由例如卤素灯、金属卤化物灯或者氙气灯构造。
反射镜12朝着照明光学系统13反射光源11发射的光。照明光学系统13设置在光源11和反射镜12与可变光阑14之间。
偏振器151和分析器152具有彼此垂直的偏振轴，它们的功能是将进入的彩色光分成两个彼此垂直的偏振分量。具体地讲，偏振器151反射这两个偏振分量之一(例如，S偏振分量)，并且透射另一个偏振分量(例如，P偏振分量)。分析器152透射前者(S偏振分量)，并且反射后者(P偏振分量)。
液晶元件16根据从稍后描述的控制器2提供的视频信号调制来自光源11并通过稍后描述的照明光学系统13和可变光阑14的光。液晶元件16设置在偏振器151和分析器152之间。例如，液晶元件16具有这样的结构：其中容纳液晶分子的液晶层被保持在一对基板之间，基于视频信号向该对基板施加驱动电压。
可变光阑14设置在照明光学系统13和偏振器151之间，并且是具有尺寸可变的开口部(未示出)的机械快门。具体地讲，在稍后描述的控制器2的控制下，开口部尺寸增加或者减少。因此，改变了入射光的遮光量，从而改变了入射光的取决于角度的亮度分布。响应于输入视频信号Din中的亮度因数(例如亮度柱状分布H1)，对入射光的取决于角度的亮度分布的改变(将在稍后详细描述)进行调整。
投影透镜单元17设置在偏振器152和屏幕18之间，并且由一对透镜171和172组成。经过液晶元件16调制的光通过投影透镜17，并且投影在屏幕18上。
控制器2具有视频信号处理单元21、CPU(中央处理单元)22、可变光阑驱动单元23、均匀性纠正单元24和液晶元件驱动单元25。
视频信号处理单元21能够通过对输入视频信号Din进行调整视频信号的色温的所谓的伽马纠正和白平衡调整而产生视频信号D1(预纠正数据D1)。这允许进行调整，以改善显示图像的图像质量。
视频信号处理单元21还能够根据输入视频信号Din在显示区域中产生亮度柱状分布H1(分别对应于亮度水平的频率值的分布)，并且向CPU 22提供亮度柱状分布H1。
根据视频信号处理单元21提供的亮度柱状分布H1，CPU 22产生与显示区域的亮度的代表数据相对应的值(光阑设定值I1，例如，设定为例如65000级的光阑的信息)，并且向可变光阑驱动单元23提供光阑设定值I1。CPU 22还根据光阑设定值I1的大小产生亮度因数Y1(例如，根据光阑设定值I1的9级亮度水平信息)，并且向均匀性纠正单元24提供亮度因数Y1。稍后将描述CPU 22的操作的详细情况。
可变光阑驱动单元23由用于移动可变光阑14的开口部的电机和用于驱动电机的电机驱动器等组成。根据CPU 22提供的光阑设定值I1，可变光阑驱动单元23控制可变光阑14的开口部尺寸，特别是控制进入可变光阑14的光的遮光量(即入射光的取决于角度的亮度分布)。
根据CPU 22提供的亮度因数Y1，均匀性纠正单元24根据视频信号处理单元21提供的预纠正数据D1纠正视频信号，并且向液晶元件驱动单元25提供纠正后的视频信号D3(纠正后的数据D3)。具体地讲，均匀性纠正单元24例如具有两个纠正表和查找表(LUT)L，两个纠正表对应于亮度因数Y1的两个彼此不同的值(两个纠正表A和B分别对应于亮度因数Y1的最小值和最大值)，如图3A和3B所示，而查找表(LUT)L将亮度因数Y1的值与两个纠正表A和B的稍后描述的混合比α和β的值关联起来，如图4所示。这两个纠正表A和B以及查找表L用于以通过根据视频信号D1划分显示区域所确定的多个像素区域3为单位执行视频信号纠正(均匀性纠正)，如图3A和3B所示。此外，这两个纠正表A和B以及查找表L分别由多张(例如12套)表A1至A12、B1至B12和L1至L12构造，这些表对应于每个像素区域3的视频信号D1的亮度水平(例如，12级亮度水平)。同样，查找表L中的混合比α和β随着亮度因数Y1的亮度水平(例如，9级亮度水平)而改变。
通过以下述公式(1)表示的混合比α和β(α+β＝1)混合上述两个纠正表A和B而形成稍后将详细描述的混合纠正表。换言之，混合纠正值(纠正数据D2)通过以混合比α和β混合纠正表A和B中的单个纠正值而生成，并且纠正数据D2被加入预纠正数据D1(当整个屏幕由白色数据形成时)，由此生成如下述公式(2)所示的纠正数据D3。
D2＝α×A+β×B  …(1)
D3＝D1+D2        …(2)
液晶驱动单元25根据均匀性纠正单元24提供的纠正数据D3驱动液晶元件16。
在本发明中，可变光阑14对应“亮度分布调整装置”的具体实例，液晶元件16对应“空间光调制装置”的具体实例，均匀性纠正单元24对应“纠正装置”的具体实例，投影透镜单元17对应“投影装置”的具体实例，亮度柱状分布H1对应“视频信号中的亮度因数”的具体实例，而光阑设定值I1对应“亮度分布”的具体实例。
现在，将参照图1至5C详细描述本实施例的液晶投影机1的工作。图5A至5C示意性地显示了均匀性纠正单元24根据亮度数据Y1的值而执行正处理。就是说，图5A显示了光源11发出的通过可变光阑14的辐射光；图5B显示了纠正数据D2；而图5C显示了投影到屏幕18上的图像。在图5A至5C中，为了方便起见，亮度数据Y1的值设定到五级″1″至″5″。
在液晶投影机1中，如图1所示，来自光源11的光由反射镜12反射，并且通过照明光学系统13和可变光阑14。偏振器151和分析器152分离光的偏振分量。液晶元件16根据液晶元件驱动单元25提供的视频信号D3执行调制。投影透镜单元17将调制后的光投影到屏幕18上，由此根据输入视频信号Din显示图像。
在控制器2中，视频信号处理单元21通过对输入视频信号Din执行白平衡调整和伽马纠正产生视频信号D1，并且根据输入视频信号Din产生亮度柱状分布H1，如图2所示。根据亮度柱状分布H1，CPU 22分别向可变光阑驱动单元23和均匀性纠正单元24产生和提供光阑设定值I1和亮度因数Y1。根据光阑设定值I1的大小，可变光阑驱动单元23调整可变光阑14的开口部尺寸(进入可变光阑14的光的遮光量，即入射光的取决于角度的亮度分布)。具体地讲，当光阑设定值I1的大小很大(输入视频信号Din的亮度水平很高，即图像是明亮的)时，进行调整以增加可变光阑14的开口部尺寸(开启开口部)，从而使可变光阑14的遮光量减少以改善显示亮度。另一方面，当光阑设定值I1的大小很小(输入视频信号Din的亮度水平很低，即图像很暗)时，进行调整以减少可变光阑14的开口部尺寸(关闭开口部)，从而使可变光阑14的遮光量增加以降低显示亮度。因此，根据输入视频信号Din中的亮度因数(亮度柱状分布H1)对进入液晶元件16的光的遮光量(入射光取决于角度的亮度分布)进行调整。因此，它可以根据图像亮度来调整对比度等。
根据CPU 22提供的亮度因数Y1，均匀性纠正单元24基于视频信号D1(预纠正数据D1)纠正视频信号，并且向液晶元件驱动单元25提供纠正后的视频信号D3(纠正后的数据D3)。具体地讲，根据亮度因数Y1的值，通过向预纠正数据D1加入所产生的纠正数据D2来产生纠正后的数据D3，如图5A至5C以及前述的公式(1)和(2)所示。因此，视频信号D1根据对应于光阑设定值I1的亮度因数Y1被纠正，并且驱动液晶元件16以根据纠正后的视频信号D3来显示图像。因此，例如，即使在显示光(通过可变光阑14后的辐射光)的取决于角度的亮度分布随着亮度因数Y1改变(当显示区域内的显示亮度改变时)，如图5A所示，显示区域内的亮度分布也能够被调整为提供例如投影在屏幕18上的图像，如图5C所示。
均匀性纠正单元24通过采用图3A和3B所示的两个纠正表A和B以及图4所示的查找表L来执行前述的纠正。就是说，对应于两个彼此不同的亮度因数Y1(光进入液晶元件16中的光的遮光量，即亮度分布)，通过采用混合两个纠正表A和B中的各纠正值所产生的混合纠正值来执行纠正。因此，纠正表的数量与现有技术相比被最小化(两个表)，在现有技术中，不同的纠正表分别分配给不同的亮度分布(例如，在图5A至5C的实例中，5级亮度因数Y1＝1至Y1＝5)。
在前述实施例中，根据输入视频信号Din中的亮度因数(亮度柱状分布H1)调整进入液晶元件16的光的遮光量(亮度分布)。因此，根据图像亮度来调整对比度等，能够改善对比度等。此外，根据进入液晶元件16的光的遮光量(亮度分布)来纠正视频信号D1，并且根据纠正的视频信号D3来显示图像。因此，即使在显示光的取决于角度的亮度分布改变时(即使在显示区域内的亮度改变时)，也能够调整显示区域内的亮度分布，允许在显示区域内减少亮度不均匀等。视频信号D1通过采用混合两个纠正表A和B中的各纠正值所产生的混合纠正值被纠正。这最小化了纠正表的数量，降低了制造成本。因此，当显示光的取决于角度的亮度分布改变时，能够同时实现改善对比度和减少亮度不均匀，而不增加制造成本。
两个纠正表A和B以及查找表L分别通过多张(例如，12套)表A1至A12、B1至B12和L1至L12构造，它们对应于以像素区域3为单位的视频信号D1的亮度水平(例如，12级亮度水平)。这能够根据以像素区域3为单位的视频信号D1的亮度水平进一步减少亮度不均匀等来实现更加合适的均匀性纠正。
同样，查找表L中的混合比α和β随着亮度因数Y1的亮度水平(例如，9级或者5级亮度水平)而改变。这能够根据亮度因数Y1的亮度水平来进一步减少亮度的不均匀等来实现更加适合的均匀性纠正。
此外，以通过基于视频信号D1划分显示区域所确定的多个像素区域3为单位纠正视频信号D1。因此，该纠正能够易于以比“以每单元显示像素进行的纠正”更少的处理负担来完成。
前述实施例针对于采用两种类型的纠正表A和B以及两种类型的混合比α和β的情况。代替这两种类型的纠正表和这两种类型的混合比，可以设定任何的多个不同的类型。例如，如下面的公式(3)和(4)所示，纠正的数据D3A可以通过产生预纠正数据D2A并且将这样产生的预纠正数据D2A加入到预纠正数据D1来产生，其中通过采用三种类型的亮度因数Y1为不同大小的纠正表A、B和C以及它们各自对应的混合比α、β和γ(α+β+γ＝1)来产生该预纠正数据D2A。显示区域内亮度不均匀程度相对于亮度因数Y1的改变量通常不是线性变化的。因此，通过采用多种类型的纠正表和对应于所述非线性变化的混合比，可以实现比前述实施例更加适当的均匀性纠正，能够进一步减少亮度不均匀性等。
D2A＝α×A+β×B+γ×C  …(3)
D3A＝D1+D2A             …(4)
尽管前述实施例所描述的是混合比α和β随着视频信号D1的亮度水平而改变的情况，但是这两个混合比可以被设定为固定值，不随视频信号的亮度水平变化而变化。因此，可以具有比前述实施例更少的处理负担。
尽管前述实施例所描述的是纠正表A和B以及查找表L分别由12套表组成并且查找表L中的混合比α和β改变9级或者5级的情况，但是这些数量仅作为实例而引用，并且可以设定为任何数量。
尽管前述实施例所描述的是以通过基于视频信号D1划分显示区域所确定的多个像素区域3为单位纠正视频信号D1的情况，但是该纠正可以在例如每个单元显示像素中进行。这使其能够实现比前述实施例更加适合的均匀性纠正，能够进一步减少亮度不均匀等。
尽管在前述实施例中，可变光阑14设置在液晶元件16的前面，但是可变光阑14可以设置在液晶元件16的后面(例如，在分析器152和投影透镜单元17之间)，以便调整通过液晶元件16的光的遮光量。
尽管前述实施例采用可变光阑作为亮度分布调整装置的实例，但是例如具有光学缩放功能的变焦透镜可以作为其它的亮度分布调整装置。
尽管前述实施例针对于空间光调制装置是液晶元件(液晶元件16)并且构造为液晶显示器(液晶投影机1)的情况，但是例如DMD(数字显微镜装置)可以用作其它空间光调制装置。
尽管前述实施例所描述的是用于将空间光调制装置(液晶元件16)调制的光投影到屏幕18上的投影装置(投影透镜单元17)作为构成投影显示设备(液晶投影机1)的情况，但是本发明也可应用于直接观看型显示设备(例如，电视设备)。
尽管本发明已经通过前述的实施例和实例进行了描述，但是不限于此，可以进行很多的改变和修改。本领域的技术人员应当注意的是，在所附权利要求及其等同特征的范围内，根据设计需要和其它因素，可以进行各种修改、结合、部分结合和替换。
本发明包含2007年7月24日在日本专利局提交的日本专利申请JP2007-192173的相关的主题，将其全部内容引用结合于此。

Claims (10)

1、一种显示设备，包括：
光源；
空间光调制装置，用于根据视频信号调制所述光源发射的光；
亮度分布调整装置，用于响应所述视频信号中的亮度因数来改变入射光的取决于角度的亮度分布，所述亮度分布调整装置设置在所述空间光调制装置的前面或者后面；以及
纠正装置，用于根据所述亮度分布调整装置调整的亮度分布来纠正所述视频信号，并且向所述空间光调制装置提供纠正后的视频信号，其中
所述纠正装置具有分别对应于预定的亮度分布的多个纠正表，通过以单个亮度分布确定的混合比混合所述多个纠正表中的纠正值来产生混合纠正值，并且通过采用所述混合纠正值来纠正所述视频信号。
2、根据权利要求1所述的显示设备，其中所述多个纠正表的每一个都包括多张表，每张表都对应于所述视频信号的亮度水平。
3、根据权利要求2所述的显示设备，其中所述混合比随着所述视频信号的所述亮度水平而改变。
4、根据权利要求1所述的显示设备，其中对于通过划分整个显示区域所确定的多个像素区域中的每一个，所述纠正装置通过采用对应的混合纠正值执行纠正。
5、根据权利要求1所述的显示设备，其中所述视频信号中的所述亮度因数基于整个显示区域中的亮度柱状分布。
6、根据权利要求1所述的显示设备，其中所述亮度分布调整装置是对入射光遮光量可变的可变光阑。
7、根据权利要求1所述的显示设备，其中所述亮度分布调整装置是具有光学缩放功能的变焦透镜。
8、根据权利要求1所述的显示设备，其中所述空间光调制装置是液晶元件，所述显示设备构造为液晶显示器。
9、根据权利要求1所述的显示设备，其中还包括用于将经过所述空间光调制装置调制的光投影到屏幕的投影装置，所述显示设备构造为投影显示设备。
10、一种显示设备，包括：
光源；
空间光调制装置，用于根据视频信号调制所述光源发射的光；
亮度分布调整部分，用于响应所述视频信号中的亮度因数来改变入射光的取决于角度的亮度分布，所述亮度分布调整部分设置在所述空间光调制装置的前面或者后面；以及
纠正部分，用于根据所述亮度分布调整部分调整的亮度分布来纠正所述视频信号，并且向所述空间光调制装置提供纠正后的视频信号，其中
所述纠正部分具有分别对应于预定的亮度分布的多个纠正表，通过以单个亮度分布确定的混合比混合所述多个纠正表中的纠正值来产生混合纠正值，并且通过采用所述混合纠正值来纠正所述视频信号。
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