JP2004301932A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】白用カラーフィルタによる高輝度化を図った際に、入力映像信号における白色以外の色成分を含む画素が多いシーンにおける明るさを向上させた画像表示装置を提供する。
【解決手段】色分離抽出部１が映像信号から白色成分を分離抽出し、色成分分布検出部２が画面上での白色成分の分布状態を検出し、光源制御部３が、検出された白色成分の分布状態に応じて光源光量を制御するための光量制御信号を光源駆動部４に出力して光源５を駆動させる。これにより、一画面内での白色成分の分布状態に応じて動的に光源光量を変化させる制御が行われる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示装置に関し、特に入力映像信号に基づいて駆動される透過型あるいは反射型の光変調素子を有し、光変調素子に照射する光量を制御することにより画像を表示する画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、企業あるいは学校等においてプレゼンテーションやビデオ映像を大画面で視聴する際に用いられる投写型表示装置等の画像表示装置において、明るさおよび色再現性の更なる向上への要望が高まってきている。
【０００３】
図７は、従来の画像表示装置の一例として、反射型光変調表示素子およびカラーホイールを用いた投写型表示装置の一例を示す構成図である。
【０００４】
図７において、５３は反射型光変調表示素子であり、近年ではＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）やＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）等として知られている。５は反射型光変調表示素子５３を照射するための光源、５５は赤、青、緑の各色光を透過させる少なくとも３種類のカラーフィルタを含んで構成されたカラーホイールであり、回転しながら光源５から出射された光を通過させることにより、光を赤、青、緑に分割し反射型光変調表示素子５３に照射する。５０は入力映像信号Ｖｉｎの入力端子であり、５１は入力映像信号Ｖｉｎに対する信号処理回路部である。５２は反射型光変調表示素子５３を駆動する駆動制御部であり、信号処理回路部５１からの出力映像信号を、反射型光変調表示素子５３を駆動する信号形式に変換および制御し、カラーホイール５５の回転と同期して、例えば赤の光が通過している間は映像信号成分の内、赤の成分が反射型光変調表示素子５３を駆動するように作用する。青、緑についても同様である。５４は投写レンズであり、反射型光変調表示素子５３において反射された赤、青、緑の各色光は、この投写レンズ５４を通過して投写され、人間の視覚によって各色光が合成されフルカラーの画像として認知される。
【０００５】
次に、図８Ａおよび図８Ｂを参照して、カラーホイールの詳細について説明する。
【０００６】
図８Ａは、３分割カラーホイールの構成を示す平面図である。図８Ａにおいて、３分割カラーホイール７０は、一例として赤の光を通過させる赤用カラーフィルタ７２と、青の光を通過させる青用カラーフィルタ７３と、緑の光を通過させる緑用カラーフィルタ７４とで構成される。
【０００７】
図８Ｂは、４分割カラーホイールの構成を示す平面図である。図８Ｂにおいて、４分割カラーホイール５５には、赤用カラーフィルタ７２と、青用カラーフィルタ７３と、緑用カラーフィルタ７４に加えて、白の光すなわち赤および青および緑の光を通過させる白用カラーフィルタ７１が設けられている。特にプレゼンテーションを主目的としたデータ投写型表示装置においては、高輝度が求められるため白用カラーフィルタ７１を設けた４分割カラーホイール５５が多く用いられる。４分割カラーホイール５５を用いた場合は、白色成分を含む色の画素について赤、青、緑とは別に白として駆動制御部５２において駆動することで、赤、青、緑に加えてさらに白の光を照射し、その結果、当該画素に対して映像の白部分の照射光量を増やすことで高輝度化を実現している。
【０００８】
しかしながら、４分割カラーホイール５５は、３分割カラーホイール７０に比して、赤、青、緑の各カラーフィルタの分割角度の合計が白用カラーフィルタ７１の占める分割角度分だけ少なくなるため、カラーホイールの分割構成以外の条件はすべて同一である場合には、白色成分を含まない画素の明るさは４分割カラーホイール５５を用いた場合の方が暗くなる。また、４分割カラーホイール５５を用いた場合は、白色成分を含まない画素に対する赤、青、緑の各色光の照射時間は、白色成分を含む画素に対する赤、青、緑、白の各色光の照射時間に対して短くなる。さらに、仮に簡単のため赤、青、緑の各カラーフィルタを通過する単位時間当たりの光量が同じであるとした場合、白用カラーフィルタ７１を通過する単位時間当たりの光量は、赤、青、緑の各カラーフィルタを通過する単位時間当たりの光量に比して３倍となる。その結果、投写映像画面における白色成分を含まない映像部分の明るさが、白色成分を含む映像部分の明るさに比して暗くなる。すなわち、白色成分を含まない画素が多い画面の明るさは、白色成分を含む画素が多い画面の明るさに比して暗くなる。この明るさの差は、白用カラーフィルタ７１の分割角度が大きくなれば一層大きくなる。
【０００９】
一方、投写型表示装置における光源光量の調整機能を備えた表示装置が実用化されている。しかしながら、この場合は、上記装置の低消費電力化や、スクリーンサイズや環境照明条件に対して見やすい明るさの映像に設定するための明るさ調整や、光源の長寿命化を主な目的としている。かつ、その光源光量の調整は、使用者が手動で行い、調整後の光源光量は入力映像信号に対して静的な固定状態であり、入力映像信号の変化に応じた動的な制御ではないため、画像内容に応じた最適な制御を実施することは困難である。
【００１０】
そこで、表示映像の画質を改善することを目的として、入力映像信号の変化に応じた動的な光源光量制御方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。これは、入力映像信号のピーク値を検出し、ピーク値が高い場合は光源の輝度を上げ、ピーク値が低い場合は光源の輝度を下げ、また、ピーク値が低い場合の輝度信号振幅をピーク値が高いときの輝度信号振幅に比して低くすることによって、投写映像における、ピーク値が高い場合と低い場合との相対的なコントラスト比を高めるという方法である。
【００１１】
【特許文献１】
特開平６−１６０８１１号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の光源光量制御方法では、入力映像信号におけるピーク値を検出することにより光源光量を制御し、その結果、投写映像のコントラスト比を向上させることを目的としているため、入力映像信号における特定の色成分に応じて選択的にかつ動的に光源光量を制御できない。
【００１３】
また、多くの場合、入力映像信号における白成分がその画像におけるピーク値として検出されるため、画面内に白色成分を含む画素が少ない場合、言い換えれば白色以外の色成分を含む画素が多い場合であっても、白色成分を含む画素に対応する信号振幅が、その画面内におけるピーク値として検出されかつそのピーク値が低い場合には、光源光量を下げる方向に制御される。その結果、画面全体が暗くなる。したがって、白用カラーフィルタを有する前述の４分割カラーホイールを用いた投写型表示装置の場合、白色以外の色成分を含む画素が多いシーンにおいて暗くなるという問題点を有していた。
【００１４】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、白用カラーフィルタによる高輝度化を図った際に、入力映像信号における白色以外の色成分を含む画素が多いシーンにおける明るさを向上させた画像表示装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る画像表示装置は、光変調表示素子に光を照射する光源と、入力映像信号の各画素についてその画素を構成する色成分を分離抽出する色成分分離抽出部と、色成分分離抽出部によって抽出された特定の色成分の画面内における分布状態を検出する色成分分布検出部と、色成分分布検出部から出力される分布状態に応じて光源の光量を制御する制御信号を発生する光源制御部と、光源制御部から出力される制御信号に応じて光源を駆動する光源駆動部と、光源から出射された光の色を変化させて光変調表示素子に照射する出射光色変化手段とを備える。これにより、入力映像信号の特定の色成分を分離抽出し、特定の色成分の画面内における分布状態の検出結果に応じて光源光量を制御し、特定色成分の多寡すなわち画面内容によって生じる明るさの変化を改善するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る画像表示装置の一例を示す構成図である。なお、図１において、従来例の説明で参照した図７と同じ部分については、同一の符号を付している。
【００１８】
図１において、画像表示装置は、信号処理回路部５１と、表示素子駆動部５２と、反射型光変調表示素子５３と、光源５と、４分割カラーホイール５５と、投写レンズ５４と、色成分分離抽出部１と、色成分分布検出部２と、光源制御部３と、光源駆動部４とから構成される。
【００１９】
光源５から出射された光は、４分割カラーホイール５５によって、赤、緑、青、白の各色光に分けられて反射型光変調表示素子５３に照射される。一方、入力映像信号Ｖｉｎは、信号処理回路部５１により、反射型光変調表示素子５３に表示するに適した形式に処理される。表示素子駆動部５２は、信号処理回路部５１で処理された映像信号に基づいて反射型光変調表示素子５３を駆動する。反射型光変調表示素子５３は、表示素子駆動部５２からの信号に従って、４分割カラーホイール５５を通過した各色光の強度を映像信号に応じて変調すべく反射する。反射型光変調表示素子５３によって反射された各色光は、投写レンズ５４を通してスクリーンに拡大投写される。
【００２０】
色成分分離抽出部１は、入力映像信号Ｖｉｎの各画素における特定の色成分を分離抽出する。入力映像信号Ｖｉｎにおいて色成分分離抽出の対象とする画素は、一画面における全画素が望ましいが、水平あるいはおよび垂直方向に間引いた代表画素を用いてもよい。
【００２１】
色成分分布検出部２は、入力信号レベルを複数の範囲に分割し、色成分分離抽出部１で分離抽出された特定色成分の信号レベルがその複数の範囲のいずれに含まれるかによって、その含まれる範囲に対応するカウンタを増加することにより、色成分分離抽出部１において分離抽出された色成分の画面内における分布状態を検出する。
【００２２】
光源制御部３は、色成分分布検出部２から出力される分布状態に応じて光源５の出射光量を変化させるための光量制御信号を発生する。光源駆動部４は、光源制御部３からの光量制御信号に応じて光源５を駆動する。
【００２３】
図２は、図１の構成における光源光量制御に関わる具体的な信号の流れを示す構成図である。図２において、図１と同一の部分については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。入力映像信号Ｖｉｎは、図２においては、赤Ｒｉｎ、緑Ｇｉｎ、青Ｂｉｎの信号形式からなるものとする。ただし、輝度信号および色差信号という他の形式でもよい。
【００２４】
ａは、色成分分離抽出部１において分離抽出された特定の色成分信号であり、本実施の形態では、白色成分信号を分離抽出する場合を例に挙げて説明するが、白色以外の色成分を分離抽出しても良い。ｂ、ｃ、ｄ、ｅは、色成分分布検出部２からの出力信号であり、本実施の形態では、色成分分布検出部２において、信号レベルを４つの範囲に分割した場合の各範囲における発生頻度の分布状態を示す信号である。なお、信号レベルの範囲分割数は４以外の値であってもよい。ｆは、光源制御部３の出力信号であって、光源駆動部４を直接制御する光量制御信号である。
【００２５】
図３は、図２における入力映像信号であるＲｉｎ、Ｇｉｎ、Ｂｉｎの各色信号の信号レベルを示す図である。図３において、４１は赤成分の信号レベル、４２は緑成分の信号レベル、４３は青成分の信号レベルを示している。４６は、赤、緑、青の各色成分の信号において等しく含まれる信号部分を示し、すなわち白色成分である。４５は、赤と緑の信号成分が等しい部分であり、すなわち黄色成分である。４４は緑色の単色成分である。なお、図３には示さないが、同様に、緑と青が等しく含まれる信号部分はシアン色成分であり、赤と青が等しく含まれる信号部分はマゼンタ色成分である。
【００２６】
図４は、色成分分布検出部２の動作の一例を説明するための信号レベルに対する発生頻度を表す図である。信号レベルは６５から６８の４つの範囲に分割し、白色成分信号ａの信号レベルがどの範囲に属するかによって、その属する範囲の発生頻度をカウントアップする。同様の動作を一画面内の画素を対象に実施し、その結果、頻度ｂ、頻度ｃ、頻度ｄ、頻度ｅを得る。なお、分割する各範囲は均等である必要はなく、光源光量を制御する精度に応じて決定することが望ましい。
【００２７】
次に、以上のように構成された画像表示装置の動作について説明する。
【００２８】
まず、色成分分離抽出部１において、入力映像信号Ｒｉｎ、Ｇｉｎ、Ｂｉｎにおける白色成分を分離抽出する。入力映像信号におけるある画素を構成するＲｉｎ、Ｇｉｎ、Ｂｉｎの各色成分が図３に示す信号レベルになっていた場合、当該画素における白色成分は白色成分４６にあたる。この場合、色成分分離抽出部１の出力信号である白色成分信号ａは白色成分４６に等しい。このようにして、一画面内の全画素あるいは代表画素について白色成分のみ分離抽出を行い、色成分分離抽出部１から画素ごとにその白色成分信号レベルが出力される。色成分分布検出部２においては、白色成分信号ａの信号レベルが、図４に示す４つの範囲６５〜６８のいずれに属するかを判別する。その判別結果に応じて、当該白色成分信号レベルが属する範囲のカウンタ値を増加させる。この動作を、色成分分離抽出部１の出力信号ａに対して行い、一画面内における白色成分の分布状態を得た結果の例が図４に示すものである。色成分分布検出部２からは、図４に示す各信号レベル範囲に対応した一画面内の当該白色成分信号レベルの発生頻度ｂ〜ｅが出力される。
【００２９】
図４に示すような白色成分分布が得られた場合は、低い信号レベルの白色成分を含む画素が当該画面内において比較的多数存在することを意味し、この場合、実際に投写された画面は、白以外の色の画素が多い画面であると見なすことができる。光源制御部３は、上記発生頻度ｂ〜発生頻度ｅの値により、当該画面においては、低い信号レベルの白色成分を含む画素が比較的多数存在すると判断する。このような画面は、高い信号レベルの白色成分を含む画素が多く存在する画面に比して、画面全体における白色成分が少ないため、４分割カラーホイールに関して上述したように、画面の明るさが暗くなるため、光源光量を上げることが望ましい。
【００３０】
そこで、白色成分の画面内における分布状態が図４に示すようになっている場合、光源制御部３は、光源５の光量を上げる旨を示す光量制御信号ｆ（図２）を発生する。そして、光量制御信号ｆに応じて、光源駆動部４は光源５に対して光量を上げるよう駆動する。その結果、光量が上がり当該画面における明るさが増す。また逆に、ある画面における白色成分の分布状態が、発生頻度ｂが高く、発生頻度ｅが低い場合、すなわち当該画面において高い信号レベルの白色成分を含む画素が多く存在する場合は、４分割カラーホイールを用いることによる白色光の強調効果が十分作用するため、光源光量を通常状態に戻すよう光源制御部３から光量制御信号ｆを発生し、その結果、光源光量が通常状態にまで下がる。
【００３１】
以上のように、本実施の形態によれば、白用カラーフィルタを用いて、入力映像信号における白色成分を含む画素について光源から出射される白色光を照射することによって高輝度化を図った場合の、画面内において白色以外の成分を含む画素が多い場合の明るさを向上することができる。
【００３２】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係る画像表示装置の一例を示す構成図である。なお、図５において、実施の形態１の説明で参照した図１と同一の部分については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。本実施の形態が実施の形態１と異なるのは、信号処理回路部５１から光源制御部３に対して垂直同期信号ｋを供給している点にある。
【００３３】
次に、このように構成された画像表示装置の動作について、図５に加えて図６を参照して説明する。図６は、光源制御部３の出力信号である光量制御信号レベルの時間変化を示す図である。
【００３４】
本実施の形態においては、信号処理回路部５１および光源制御部３の動作以外は、実施の形態１と同じであるためその説明を省略する。
【００３５】
信号処理回路部５１は、実施の形態１で説明したように、入力映像信号Ｖｉｎを反射型光変調表示素子５３に表示するに適した形式に処理する。このとき、実施の形態１の動作説明においては省略したが、一般的に周知の処理として、信号処理回路部５１は、映像信号以外に表示素子駆動部５２に対して反射型光変調表示素子５３に映像を表示するに必要な同期信号を発生し供給している。この同期信号としては、通常、水平同期信号、垂直同期信号、クロック信号がある。本実施の形態においては、これらのうち、垂直同期信号を用いた画像表示装置の一例について述べる。
【００３６】
信号処理回路部５１は、垂直同期信号ｋを発生する。垂直同期信号ｋは、表示素子駆動部５２が許容する垂直同期周期の範囲内の周期を有する信号であり、入力映像信号Ｖｉｎの垂直同期周期と同一である場合や、また、入力映像信号Ｖｉｎの垂直同期周期が、表示素子駆動部５２が許容する垂直同期周期の範囲外である場合には、通常、信号処理回路部５１において垂直周期変換処理が行われ、その結果、映像信号も含めて表示素子駆動部５２が許容する垂直同期周期に変換される。
【００３７】
一方、４分割カラーホイール５５は通常、垂直同期信号ｋに同期して、垂直同期信号ｋの周期が、赤、緑、青、白の４色の周期に対して整数倍になるように回転する。上記のような垂直同期信号ｋが光源制御部３に入力される。
【００３８】
ここで、光源制御部３には、色成分分布検出部２の出力信号である白色成分のある画面における発生頻度ｂ〜ｅが入力される。発生頻度ｂ〜ｅが図４に示すような分布状態を示していた場合、実施の形態１で説明したように、低い信号レベルの白色成分を含む画素が当該画面内において比較的多数存在することを意味し、この場合、実際に投写された画面は、白以外の色の画素が多い画面であると見なすことができる。このような画面は、高い信号レベルの白色成分を含む画素が多く存在する画面に比して、画面全体における白色成分が少ないため、４分割ホイールに関して上述したように、画面の明るさが暗くなるため、光源光量を上げることが望ましい。
【００３９】
そこで、光源制御部３は、垂直同期信号ｋに同期した図６に示す光量制御信号１００を発生する。図６において、光量制御信号レベルが高いと、すなわち結果として光源５の光量を増加させることになる。また、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｗはそれぞれ赤、緑、青、白を示し、４分割カラーホイール５５においてあらかじめ設定された各色の分割角度に相当する比率になる。すなわち、図６のＲの期間は、光源５からの出射光のうち赤色成分光が反射型光変調表示素子５３に照射されている期間である。Ｇ、Ｂ、Ｗについても同様に、それぞれ緑、青、白の各色光が反射型光変調表示素子５３に照射されている期間である。赤、緑、青、白の一周期は本実施の形態においては、垂直同期信号ｋの一周期の２分の１とした。また、１０１は通常状態の光量制御信号レベルを示す。
【００４０】
光量制御信号１００が図６に示すような波形である場合、白色光が照射される期間において光量制御信号レベルが低くなり、かつ赤、緑、青の各色光が反射型光変調表示素子５３に照射される期間においては高くなる。したがって、光源駆動部４は、白色光が照射される期間において光源５の光量を下げる方向で、また赤、緑、青の各色光が反射型光変調表示素子５３に照射される期間においては光源５の光量を上げる方向で光源５を駆動する。
【００４１】
その結果、白色光の照射光量が通常状態に比して少なくなり、白色光以外の照射光量は通常状態に比して多くなるように制御される。すなわち、白色成分を含む画素に対しては４分割カラーホイール５５を用いることによる白色光の強調効果を減じる方向で光量を下げ、白色以外の色成分からなる画素に対しては光量を上げることで明るさを向上させる。上記のように、白色光の強調効果を減じる方向に光量を下げても、当該画面においては白色成分が少ないため画面全体に対する影響は少なく、むしろ白色光以外の光量を上げることにより、画面全体の明るさを向上させる効果が顕著となる。
【００４２】
さらに、白色光の照射光量を通常状態に比して少なく制御することにより、光源５の平均電力はその分下がるため、低消費電力化の効果を得ることができる。あるいは、平均電力を一定に保つように光量制御信号レベルを制御すれば、白色光の照射光量を下げることによる光源５における電力低下分をさらに白色光以外の光量を上げる方向に作用させることも可能である。
【００４３】
以上のように、本実施の形態によれば、４分割カラーホイールによって変化する白色光および白色光以外の光量を各々独立に制御する光量制御信号を発生することにより、白色成分を含む画素が少ない画面における明るさの低下を改善することができ、かつ低消費電力化を図ることができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、白用カラーフィルタによる高輝度化を図った際に、入力映像信号における白色以外の色成分を含む画素が多いシーンにおける明るさを向上させた画像表示装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る画像表示装置の一例を示す構成図
【図２】図１の構成における光源光量制御に関わる具体的な信号の流れを示す構成図
【図３】図２における入力映像信号であるＲｉｎ、Ｇｉｎ、Ｂｉｎの各色信号の信号レベルを示す図
【図４】色成分分布検出部２の動作の一例を説明するための信号レベルに対する発生頻度を表す図
【図５】本発明の実施の形態２に係る画像表示装置の一例を示す構成図
【図６】本発明の実施の形態２における光量制御信号レベルの時間変化を示す図
【図７】従来の画像表示装置の一例を示す構成図
【図８Ａ】３分割カラーフィルタの構成を示す平面図
【図８Ｂ】４分割カラーフィルタの構成を示す平面図
【符号の説明】
１ 色成分分離抽出部
２ 色成分分布検出部
３ 光源制御部
４ 光源駆動部
５ 光源
５５ ４分割カラーホイール
５３ 反射型光変調表示素子
５４ 投写レンズ

Claims (4)

1. 入力映像信号に基づいて駆動される透過型あるいは反射型の光変調表示素子を有する画像表示装置であって、
   前記光変調表示素子に光を照射する光源と、
   前記入力映像信号の各画素についてその画素を構成する色成分を分離抽出する色成分分離抽出部と、
   前記色成分分離抽出部によって抽出された特定の色成分の画面内における分布状態を検出する色成分分布検出部と、
   前記色成分分布検出部から出力される分布状態に応じて前記光源の光量を制御するための光量制御信号を発生する光源制御部と、
   前記光源制御部から出力される光量制御信号に応じて前記光源を駆動する光源駆動部と、
   前記光源から出射された光の色を変化させて前記光変調表示素子に照射する出射光色変化手段とを備えた画像表示装置。
2. 前記出射光色変化手段は、複数色の光を選択的に通過させるカラーフィルタを有するカラーホイールからなる請求項１記載の画像表示装置。
3. 前記色成分分離抽出部は、前記入力映像信号における白色成分を分離抽出し、前記カラーホイールは、少なくとも白色光を通過させるカラーフィルタを有する請求項２記載の画像表示装置。
4. 前記光源制御部は、前記出射光色変化手段によって変化する白色光および白色光以外の光量を各々独立に制御するための光量制御信号を発生する請求項３記載の画像表示装置。

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