CN1834739A - 图像显示装置、图像显示方法以及程序 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够实现光调制元件的高寿命的图像显示装置以及图像显示方法，具备检测图像整体的总亮度值的总亮度值检测单元(121)、检测总亮度值是否超过了预定电平的电平检测单元(122)、在电平检测单元(122)检测出超过了预定电平时，根据总亮度值的函数，进行使向构成光调制元件的液晶屏(4R、4B、4G)入射的照明光量降低的处理的入射光电平降低处理单元构成图像显示装置(10)，根据该结构，由于在总体明亮的场景中作用为减少图像整体的光量，因此能够减轻图像显示装置的发热，能够延长光调制元件的寿命。

Description

图像显示装置、图像显示方法以及程序

技术领域

本发明涉及图像显示装置、图像显示方法以及程序。

背景技术

近年来，伴随着多媒体的发展，显示装置正在朝更高清晰和大画面的方向开发。例如，是40英寸或以上的大型直视型液晶显示装置、背投型显示装置或者高亮度的图像显示装置等。

这些大型的图像显示装置由于加大动态范围或者对比度，因此加大背光或者灯光源的输出，进而发展高亮度。然而，在这些图像显示装置中，由于在背光或者灯光源的输出始终恒定的状态下映射出所有的图像，因此通过常年使用这种大型高亮度的图像显示装置，具有例如光阀等元件过热、变色或者寿命缩短等问题。

另一方面，当前已知以下那样把来自背光或者灯光源的光量进行调光的构造的图像显示装置。

例如，通过根据外光照度，控制背光光源的断续驱动或者向液晶显示屏的黑写入驱动，在由防止动态模糊产生的提高画质的基础上，通过显示亮度调制实现对于使用者易于观看的图像显示这样的图像显示装置(例如，参照专利文献1)。

另外，在使用了液晶的显示装置中，已知可以得到灰度等级再现性或者色再现性良好、不随时间变化而且还难以受到温度变化影响的灰度等级显示这样的图像显示装置(例如，参照专利文献2)。

进而，已知容易减小装置整体的体积，容易以高对比度得到鲜明的投影图像，可以得到良好的观察图像这样的投影型图像显示装置(例如，参照专利文献3)。

【专利文献1】特开2004-157373号公报(第5页，图21)

【专利文献2】特开2001-175216号公报(第1页，图10)

【专利文献1】特开2001-174919号公报(第4页，图1)

然而，上述各专利文献中的调光的目的在于为了提高图像整体暗淡的图像(场景)的对比度，对于这样的图像，降低向光调制元件的照明光量提高对比度。另外，与周围的环境光相吻合调整光量。为了抑制作为液晶元件的特性的活动图像模糊，进行光源的PWM(脉宽调制)调制。因此，存在没有进行光学系统的元件寿命的观点下的调光的问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供能够实现光调制元件的高寿命的图像显示装置、图像显示方法以及程序。

本发明的图像显示装置的特征是具备：检测图像(包括静止图像以及活动图像)整体的总亮度值的总亮度值检测单元；检测上述总亮度值是否超过了预定电平的电平检测单元；在上述电平检测单元检测出超过了预定电平时，根据总亮度值的函数，进行使向光调制元件入射的来自光源的照明光量降低的处理的入射光电平降低处理单元。

如果依据本发明，则由于在整体明亮的场景中，根据总亮度值的函数减少来自光源的光量，因此能够减轻图像显示装置的发热，能够延长各元件的寿命。

在本发明的图像显示装置中，特征是，上述电平检测单元设置成能够检测上述总亮度值是否下降到预定电平，上述入射光电平降低处理单元在上述电平检测单元检测出下降到预定电平时，执行使来自光源的照明光量降低的处理。

如果依据本发明，则由于也减小暗淡场景中的照明光量，因此能够减轻图像显示装置的发热，能够进一步延长各元件的寿命。另外，一般如果减小暗淡场景中的照明光量，则在从光量大的明亮场景切换到暗淡场景时，光量的变化大，看起来很不舒服，然而由于如果在明亮的场景中也减小一些光亮，因此能够减小光量的差，能够成为更易于观看的图像。

在本发明的图像显示装置中，特征是，上述总亮度值检测单元从各像素的亮度值在显示画面整体中的总和检测上述总亮度值。

在本发明中，由于从各像素的亮度值在显示画面整体中的总和求总亮度值，因此能够正确地检测客观的光量。

在本发明的图像显示装置中，特征是具备调整来自上述光源的照明光量的照明光量调整装置。

在本发明中，由于使光源自身的光量恒定，通过控制照明光量调整装置，调整向光调制元件的光量，因此对于难以高速变化的光源，能够有效地进行照明光的光量调整。

本发明的图像显示装置的特征是具备：从编码了的显示信息的直流分量(DC分量)检测图像整体的总亮度值的总亮度值检测单元；检测上述总亮度值是否超过了预定电平的电平检测单元；在上述电平检测单元检测出超过了预定电平时，根据总亮度值的函数，进行使向光调制元件入射的的照明光量降低的处理的入射光电平降低处理单元。

在本发明中，当显示信息是MPEG(Motion Picture Expert Group，活动图像专家组)或者JPEG(Joint Photographic Expert Group，联合照相专家组)等那样编码了的显示信息时，由于从编码了的显示信息的直流分量检测图像整体的总亮度值，因此能够更快地求出总亮度值。

本发明的图像显示方法的特征是包括：检测图像整体的总亮度值的步骤；检测上述总亮度值是否超过了预定电平的步骤；在检测出上述总亮度值超过了预定电平时，根据总亮度值的函数进行调光控制，使来自光源的照明光量降低的步骤。

本发明由于是使用上述图像显示装置进行的方法，因此起到与本发明的图像显示装置同样的上述作用效果。

本发明的图像显示方法的特征是包括：从编码了的显示信息的直流分量(DC分量)检测图像整体的总亮度值的步骤；检测上述总亮度值是否超过了预定电平的步骤；当检测出上述总亮度值超过了预定电平时，根据总亮度值的函数进行调光控制，使来自光源的照明光量降低的步骤。

本发明由于也是使用上述图像显示装置进行的方法，因此起到与本发明的图像显示装置同样的上述作用效果。

本发明的程序的特征是使图像显示装置内的计算机起到以下各单元的作用，这些单元是：检测图像整体的总亮度值的总亮度值检测单元；检测上述总亮度值是否超过了预定电平的电平检测单元；在上述电平检测单元检测出超过了预定电平时，根据总亮度值的函数，进行使向光调制元件入射的来自光源的照明光量降低的处理的入射光电平降低处理单元。

通过使上述图像显示装置的计算机执行本发明的程序，起到与本发明的图像显示装置同样的上述作用效果。

附图说明

图1是表示本发明第1实施形态的图像显示装置的光学系统的平面图。

图2是表示第1实施形态的图像显示装置的框图。

图3是表示第1实施形态的图像显示装置中的工作的流程图。

图4是用于调整输出图像的亮度值的概念图。

图5是用于调整输出图像的亮度值的概念图。

图6是用于调整输出图像的亮度值的概念图。

图7是用于调整输出图像的亮度值的概念图。

图8是用于调整输出图像的亮度值的概念图。

图9是表示本发明第2实施形态的图像显示装置的光学系统的平面图。

图10是表示第2实施形态的图像显示装置的框图。

具体实施方式

第1实施形态

以下，根据附图说明本发明的第1实施形态。

在图1～图3中，表示本实施形态的投影型的图像显示装置10。图1是作为光调制元件使用液晶光阀，为了调整向光调制元件的照明光量，在光源中使用了RGB各颜色的固体光源(LED(发光二极管)光源)的图像显示装置10的光学系统的平面图。图2是图像显示装置10的框图。图3是表示图像显示装置10的工作的流程图。

图像显示装置的光学系统的结构

图1中，本实施形态中的图像显示装置10的光学系统由分色棱镜1、红色固体光源2R、绿色固体光源2G、蓝色固体光源2B、偏振板3、液晶屏4R、液晶屏4G、液晶屏4B和投影透镜5构成。另外，通过在液晶屏4R、4G、4B中安装偏振板3，构成液晶光阀。

由红色固体光源2R射出的光经过偏振板3以及透射型液晶屏4R向分色棱镜1射出，从绿色固体光源2G射出的光经过透射型偏振板3以及液晶屏4G向分色棱镜1射出，从蓝色固体光源2B射出的光经过偏振板3以及透射型液晶屏4B向分色棱镜1射出。液晶屏4R、液晶屏4G、液晶屏4B的偏振状态根据图像信号发生变化，形成光学图像。

分色棱镜1接合了4个三角棱镜，在构成接合面的分色棱镜1的斜面上形成X字形交叉那样，蒸镀了红反射分色多层膜和蓝反射分色多层膜。入射到分色棱镜1中的各原色在由分色棱镜1合成为一个光以后，入射到投影透镜5，形成在液晶屏4R、液晶屏4G、液晶屏4B上的光学图像，由投影透镜5放大投影到屏幕6上。

另外，本实施形态中的图像显示装置10如图2所示，除去上述的固体光源2R、2G、2B以及液晶屏4R、4G、4B以外，还具备显示各种硬件的信息输入单元11、显示信息处理单元12、固体光源驱动单元13、显示驱动单元14R、14G、14B以及包含在显示信息处理单元12中的起到总亮度值检测单元121、电平检测单元122、入射光电平降低处理单元123作用的计算机程序。

显示信息输入单元11从PC(个人计算机)、DVD(数字通用盘)播放机等输入显示信息，在是压缩了的数字数据的情况下进行解码等处理，在是模拟信号的情况下进行A/D变换等处理，变换为RGB的图像信号，供给到显示信息处理单元12。

显示信息处理单元12在决定向光调制元件照射的照明光量的同时，具有把与照明光量相对应的调整信号传送到固体光源驱动单元13的功能、在显示信息中进行色修正(灰度系数处理、色不均匀修正等)的处理，向各颜色的液晶屏4R、4G、4B的显示驱动单元14R、14G、14B传送各颜色的被修正了的图像数据的功能。

固体光源驱动单元13根据来自显示信息处理单元12的照明光量的调整信号，控制各颜色固定光源2R、2G、2B、用PWM调制等调整照明光源。即，控制来自固体光源2R、2G、2B自身的输出光量。

显示驱动单元14R、14G、14B根据来自信息显示处理单元12的图像数据生成驱动信号，驱动液晶屏4R、4G、4B。

显示信息处理单元12的总亮度值检测单元121从当前帧的显示信息生成直方图数据，根据该直方图检测画面整体的总亮度值。

电平检测单元122进行检测出的总亮度值是否超过了预先决定的上限值或者低于预先决定的下限值的检测。

入射光电平降低处理单元123根据电平检测单元122中的检测结果，向固体光源驱动单元13输出用于使各颜色的液晶屏4R、4G、4B的照明光量低于通常值(最大值)的调整信号。

图像显示装置的工作

其次，参照图3至图8说明工作。另外，图4至图8是用于调整输出图像的亮度值的概念图。

构成图像显示装置10的显示信息处理单元12的总亮度值检测单元121首先从显示信息(亮度数据)生成直方图数据(参照图4(A)的直方图)，取得1帧部分的总亮度值(亮度值与像素数相乘的值)(步骤S1)。

接着，显示信息处理单元12的电平检测单元122判断所取得的总亮度值是否大于上限的阈值UL(步骤S2)。

在总亮度值大于阈值UL时，入射光电平降低处理单元123根据总亮度值的函数(总亮度值越大于阈值UL越使照明光量减少的减少函数)进行调光控制。具体地讲，如图8所示，固体光源驱动单元13控制各颜色的固体光源2R、2G、2B使照明光量减少(步骤S3)。

另外，图4(B)的虚线表示使照明光量为最大所使用的以往情况下的来自像素的输出光量(输出值)，实线表示使照明光量减少的本实施形态中的输出光量。而且，在本实施形态中，如从该图所知，通过像素输出的输出光量与以往相比较只是稍有减少，当然不是减少到使对比度恶化的程度。另外，用于实现图4(A)所示的亮度范围i1～i2的像素一侧(图4(B))的灰度等级范围(动态范围)i1’～i2’是相同的范围宽度，不需要变更灰度等级数据。

接着，电平检测单元122判断所取得的总亮度值是否小于下限的阈值LL(步骤S4)。

在总亮度值小于图8所示的阈值LL时(生成了图5(A)的直方图时等)，入射光电平降低处理单元123控制固体光源驱动单元13使照明光量大量减少，而且变更灰度等级数据，把图7(B)所示的原来的灰度等级范围i1’～i2’扩展到图5(B)所示的灰度等级范围i1’～i2’，用更多的灰度等级显示图5(A)所示的亮度范围i1～i2(步骤S5)。另外，在总亮度数减少的同时，作为直方图是所谓的离散孤立型的情况下，即，在高亮度值的像素脱离低亮度值的像素的集团，孤立存在的情况下，在调整向液晶光阀的照明光量时，有时在向像素数据的总亮度值的基础上考虑亮度值(RGB值)的最大值或者距该最大值的之几％的亮度值(RGB值)。

这里，在图5的情况下，虽然通过减小照明光量表现整体的暗度，然而由于在把灰度等级范围增加到i1’～i2’的基础上，设定照明光量使得具有最大亮度的像素的亮度成为充分明亮，因此对比度良好，即使是暗淡的场景也易于观看。另外，在图5的情况下，由于减少暗淡场景中的照明光量，因此在从明亮的场景急剧地切换为暗淡的场景时，进入到使用者的眼睛中的光量变化很大，但是在本实施形态中，如在图4说明的那样，由于即使是明亮场景也减少照明光量，因此能够把光量差减少一些，能够更容易观看。

另外，在步骤S2、步骤S5中判断都为否的情况下，如图6(B)所示，由于判断为在1帧中平均存在明亮的像素到暗淡的像素，因此如图6(B)所示不进行照明光量或者灰度等级数据的变更，进行下一帧的总亮度值的取得工作(步骤S1)。

实施形态的效果

(1)从而，如果依据本实施形态的图像显示装置10，则由于在图像的整体明亮的场景(图像)中，使整体的照明光量减小，因此能够减少光调制元件等的发热，谋求元件的高寿命。

(2)而且，即使在整体暗淡的场景(图像)中，由于减小整体的照明光量，因此能够实现元件的更高寿命。

(3)另外，由于即使在图像的整体暗淡的场景下也使整体的照明光量减小，而且增加输入数据的灰度等级，因此即使在暗淡的场景下也能够使对比度良好，能够提供易于观看的图像。

(4)另外，如果在暗淡的场景下减小照明光量，则从光量大的明亮场景切换到光量小的暗淡场景时，光量的变化大，看起来不舒服，而在本实施形态中，由于即使在明亮的场景下也减小一些光量，因此能够减小光量的差，成为更容易观看的图像。

(5)另外，在本实施形态中，由于使用固体光源2R、2G、2B，因此在减小整体的照明光量时，能够减小向固定光源供给的电能，在能够抑制固体光源自身发热的基础上，还能够减小功耗。

(6)进而，由于从各像素的亮度值在显示画面整体中的总和求总亮度值，因此能够正确地检测客观的光量。

第2实施形态

图9、图10中表示本发明第2实施形态的图像显示装置10。

图9是使用电气地使光透射率变化的照明光量调整装置103调整光量时的光学系统的平面图。图10是图像显示装置10的框图。另外，在本实施形态的结构中，在与上述第1实施形态相同的结构上标注相同的号码，省略或者简化它们的说明。

图9中，本实施形态中的光学系统由金属卤化物灯、卤灯、高压水银灯等气体发光光源组成的光源100、积分仪透镜101、偏振变换元件102、照明光量调整装置103、分色镜104、105、偏振板3、液晶屏4R、4G、4B投影透镜5、聚光透镜108、109、反射板110、111、112、投影透镜5、分色棱镜1构成。

从光源100射出的光经过了由积分仪透镜101、偏振变换元件102、照明光量调整装置103构成的照明光学系统以后，入射到由红透射分色镜104、绿反射分色镜105和反射板112构成的色分离光学系统，分解为红、绿、蓝的原色光。蓝的原色光入射到由第1聚光透镜108、第2聚光透镜109和2片反射板110、111构成的中继光学系统。从色分离光学系统射出的红以及绿的原色光和从中继光学系统射出的蓝的原色光分别透过了偏振板3以后，入射到液晶屏4R、液晶屏4G、液晶屏4B。从光源100到各液晶屏4R、液晶屏4G、液晶屏4B的光路长度只是蓝的光路长度比其它的光路长，而由于2片聚光透镜108、109把要发散的光收敛到内侧，因此即使光路长度长，光也能够有效地传递到蓝的液晶屏4B。

另外，作为本实施形态的特征，图像显示装置10如图10所示，具备用于驱动照明光量调整装置103的照明光量调整驱动单元113。

照明光量调整装置103例如由光阑机构或者电致变色玻璃等构成，配置在光源100的光射出一侧。

照明光量调整驱动单元113根据从显示信息处理单元12传送来的照明光量的调整信号，控制照明光量调整装置103，调整照明光量。

其次关于工作，在本实施形态中，照明光量的控制方法与第1实施形态不同。即，在第1实施形态中，根据来自显示信息处理单元12的调整信号，通过固体光源驱动单元13调整各颜色的固体光源2R、2G、2B的发光量，进行照明光量的调节，而在本实施形态中，同样根据来自显示信息处理单元12的调整信号，通过照明光量调整驱动单元113控制照明光量调整装置103，调整来自光源100的光，进行照明光量的调节。即，在本实施形态中，光源100自身射出的照明光量恒定(始终最大)，通过用照明光量调整装置103进行遮光，调整向光调制元件的照射量。其它的工作由于相同因此省略说明。

在这样的本实施形态中，由于不减小光源100自身的光量，因此没有第1实施形态中的减少功耗的效果，但是可以与第1实施形态一样获得其它的作用效果。

另外，在本实施形态中，由于在保持光源100的光量恒定的情况下，由照明光量调整装置113进行照明光量的调整，因此对于难以使光量高速变化的光源100，也能够有效地进行调整。

变形例

另外，本发明不限于上述的实施形态，能够达到本发明的目的的范围内的变形和改良等也包含在本发明中。

例如，在上述实施形态中，作为图像显示装置以投影型为例进行了说明，但不限于这种情况，在使用了背光的直视型液晶显示装置或者背投型显示装置等中也能够适用。

在上述实施形态中，作为总亮度值的求取方法，以从各像素的亮度值与像素数相乘的值的总和求取的情况为例进行了说明，但不限于这种情况，例如，在JPEG、MPEG等编码了的数据的情况下，由于处在DCT(DiscreteCosine Transform：离散余弦变换)系数的起始的部分，即量子化矩阵的最左上方的单元，包括于与DCT后的常数项相当的表示波形整体的平均值的分量(称为DC分量)，因此可以从该部分，即DC分量(直流分量)求总亮度值。

在上述实施形态中，进行控制使得在总亮度值小于下限的阈值LL时(生成了图5(A)的直方图数据时等)，大量减少照明光量，而且变更灰度等级数据，扩展到灰度等级范围i1’～i2’(参照图5(B))，而也可以不减小照明光量，并且灰度等级范围i1’～i2’也保持原来的范围不变(参照图7(B))。

另外，作为光调制元件以液晶光阀为例进行了说明，但是并不限于该器件，也可以是DMD(数字微透镜器件)、反射型液晶屏(LCOS：硅片上液晶)等。

进而，虽然在以上的技术中公开了用于实施本发明的最佳结构等，但是本发明并不限于这些结构。即，本发明主要对于特定的实施形态特别地进行了图示，而且进行了说明，但是在不脱离本发明的技术思想以及目的范围的情况下，对于以上叙述的实施形态，在形状、材质、数量及其它的详细结构方面，从业人员能够加入各种变形。

从而，限定了上述公开的形状、材质等的技术是为了容易理解本发明而例示的技术，由于不是限定本发明，因此用除去这些形状、材质等的部分限定或者全部限定以外的器件名称进行的记述也包含在本发明中。

本发明能够利用为在展示或者家庭影院中使用的图像显示装置。

Claims (8)

1.一种图像显示装置，其特征在于，具备：

检测图像整体的总亮度值的总亮度值检测单元；

检测上述总亮度值是否超过了预定电平的电平检测单元；和

在上述电平检测单元检测出超过了预定电平时，根据总亮度值的函数，进行使向光调制元件入射的来自光源的照明光量降低的处理的入射光电平降低处理单元。

2.根据权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于，

上述电平检测单元设置成能够检测上述总亮度值是否低于预定电平，

上述入射光电平降低处理单元在上述电平检测单元检测出低于预定电平时，执行使来自光源的照明光量降低的处理。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的图像显示装置，其特征在于，

上述总亮度值检测单元从各像素的亮度值在显示画面整体中的总和检测上述总亮度值。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的图像显示装置，其特征在于，具备：

调整来自上述光源的照明光量的照明光量调整装置。

5.一种图像显示装置，其特征在于，具备：

从编码了的显示信息的直流分量检测图像整体的总亮度值的总亮度值检测单元；

检测上述总亮度值是否超过了预定电平的电平检测单元；

在上述电平检测单元检测出超过了预定电平时，根据总亮度值的函数，进行使向光调制元件入射的来自光源的照明光量降低的处理的入射光电平降低处理单元。

6.一种图像显示方法，其特征在于，包括：

检测图像整体的总亮度值的步骤；

检测上述总亮度值是否超过了预定电平的步骤；

在检测出上述总亮度值超过了预定电平时，根据总亮度值的函数进行调光控制，使来自光源的照明光量降低的步骤。

7.一种图像显示方法，其特征在于，包括：

从编码了的显示信息的直流分量检测图像整体的总亮度值的步骤；

检测上述总亮度值是否超过了预定电平的步骤；

当检测出上述总亮度值超过了预定电平时，根据总亮度值的函数进行调光控制，使来自光源的照明光量降低的步骤。

8.一种程序，其特征在于，

使图像显示装置内的计算机起到以下各单元的作用，这些单元是：

检测图像整体的总亮度值的总亮度值检测单元；

检测上述总亮度值是否超过了预定电平的电平检测单元；

在上述电平检测单元检测出超过了预定电平时，根据总亮度值的函数，进行使向光调制元件入射的来自光源的照明光量降低的处理的入射光电平降低处理单元。

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