JP2006317845A - カラーリング切り替え機構を有する画像表示装置とカラーホイール制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】実際の映像における白色成分の多寡により白フィルタを有するカラーリングと白フィルタを有しないカラーリングとを切り替えて使用することのできる、カラーリング切り替え機構を有する画像表示装置とカラーホイール制御方法を提供する。
【解決手段】入力された映像信号はそれぞれ、デジタルに変換され、画像処理部６４を経由し、ＤＭＤ信号発生部６５にてＤＭＤ駆動用信号を発生し、発生した信号はＤＭＤ表示部２０へ入力される。一方、各Ａ／Ｄコンバータでデジタル変換された信号は、マトリックス変換部６６へ入力されて色差信号に変換され、白色判定部６７の比較回路でしきい値と比較し、色差信号の信号レベルが小さいときに白色部であると判断し、カラーリング切り替え判定部６８における白色領域の多寡の判定結果により、ＤＭＤ信号発生部６５およびカラーリング切り替え部４６へ複特性カラーホイール４１の移動情報と指示を与える。
【選択図】図５

Description

本発明は、映像信号の解析に基づいて２つ以上の特性を持つカラーリングを切り替えることにより、明るさ重視の画像再生と色再現性重視の画像再生とを自動的に切り替えることが可能なカラーリング切り替え機構を有する画像表示装置とカラーホイールの制御方法に関する。

従来から液晶表示装置を用いた画像表示装置が広く用いられてきたが、近年装置の小型化の要請にこたえることもあって、格子状反射型画像形成素子（デジタル・マイクロミラー・デバイス、以後ＤＭＤと略称する）を用いたデジタル・ライトプロセッシング（ＤＬＰ）方式の画像表示装置が増加している。画像表示装置の使用の目的も従来のプレゼンテーション用から家庭内でのディスプレイ型テレビに代わる大型の表示装置、さらにＤＬＰ方式のプロジェクタが高画質、高輝度であることから映画館における表示装置としてまで注目されている。

このような用途の拡大に伴って、対象となる映像も、パーソナルコンピュータによるプレゼンテーションや表計算のように白色成分が多く存在する映像から、普通のビデオ信号やグラフィック映像などのように、色再現性が重視される映像までその範囲が広がっている。

そのため、光源からの白色光を時分割で色分離するカラーホイールのカラーリングを色比率の異なる内側と外側とに分け、その一つを白フィルタを有して明るさを優先するＲＧＢ再生用とし、他を白フィルタがなくて色純度を向上させ色再現性を重視したビデオ信号やグラフィック映像の再生用とし、カラーリングの位置を移動させることで両方の用途に対応させられるカラーホイールアッセンブリーを有するデジタル画像ディスプレイシステムが開示されている（特許文献１）。しかし、特許文献１のデジタル画像ディスプレイシステムでは、カラーリングの位置の移動はユーザがその都度選択設定する必要があった。

その装置の操作性を簡単にするために、入力信号の種類を判別して自動的にカラーリングの選択を行なう時分割色分離装置とカラー画像表示装置が開示されている（特許文献２）。

また、特許文献１と同様に内側と外側のカラーリングを設けてカラーリングの位置を移動させたり、あるいは赤、緑、青、白色のそれぞれが略均一な大きさで配列されたカラーリングを有するカラーホイールと白色領域が小さく構成されたカラーホイールとを光軸方向に並べ、いずれかのカラーホイールが回転するときには他のカラーホイールの白色領域を白色光が通過するように固定することによって明るさの重視と鮮明度の重視とを使い分けたりする画像表示装置が開示されている（特許文献３）。
特開平９−１６３３９１号公報 特開２００３−１６７２９７号公報 特開２００５−４３８８４号公報

特許文献３に記載の画像表示装置において２個のカラーホイールを用いる場合には構造が複雑になるという問題があり、さらにカラーリングの移動やカラーホイールの切り替えの判断や方法が開示されていないという問題がある。

特許文献２に記載の時分割色分離装置においては、特許文献１ではユーザがその都度選択設定する必要があったカラーリングの位置の移動を、ＲＧＢ入力信号とビデオ入力信号とを判別して自動的に行なうようになっている。一般に白フィルタを有するカラーリングは、パーソナルコンピュータによるプレゼンテーションや表計算の映像のように、白色成分が多く存在する時に画像全体の明るさをアップさせる効果があり、一方、普通のビデオ信号やグラフィック映像などの場合は、白フィルタ部分の光は使われずに暗くなったり、あるいは色純度が低下したりするという問題があるので、このような白色部分がほとんどない信号の場合には、白フィルタのないカラーリングを用いて色純度を向上させ色再現性を重視した画像再生をすることが望ましいことから、カラーリングの位置の移動をＲＧＢ入力信号とビデオ入力信号とを判別して自動的に行っている。しかし、実際の画像においてはプレゼンテーションや表計算の映像でも白成分の少ない場合や、ビデオ信号やグラフィック映像でも白成分の多い場合があり、その場合には白成分の多少に対応してカラーリングを選択することが望ましい。

本発明の目的は、実際の映像の白色成分の多寡により白フィルタを有するカラーリングと白フィルタを有しないカラーリングとを切り替えて使用することのできるカラーリング切り替え機構を有する画像表示装置とカラーホイール制御方法を提供することにある。

本発明のカラーリング切り替え機構を有する画像表示装置は、光源装置と、その光源装置から出射された白色光を時分割で色分離する時分割色分離手段と、その時分割色分離手段により分離された各色光を映像信号に基づいて空間的に光変調して画像光を形成する格子状反射型画像形成素子とを有する画像表示装置である。

第１の態様では、時分割色分離手段は、白フィルタを含む分光特性の異なる複数のフィルタが周方向に所定の割合で配置された１個以上のカラーリングおよび白フィルタを含まない分光特性の異なる複数のフィルタが円周方向に所定の割合で配置された１個以上のカラーリングを備えたカラーホイールと、色分離に使用するカラーリングのいずれかを選択するために、カラーホイールを移動させて選択されたカラーリングを白色光の入射位置に整合させるカラーリング切り替え部と、入力する映像信号における画像１フレーム内の白の画素の度合いである白色度を判定する白色判定部、および白色判定部で判定された白色度が所定のしきい値を超えるフレーム数の比率を所定の基準と対比した結果によって使用するカラーリングを選択し、カラーリング切り替え部を介して選択したカラーリングに切り替えるカラーリング切り替え判定部を備えたカラーホイール移動制御回路とを有することを特徴とする。

カラーリングはカラーホイールの回転軸を中心として半径方向にそれぞれ円周方向の帯状に配置され、カラーリングの切り替えはカラーホイールの半径方向の移動によって行なわれてもよく、カラーホイールは、白フィルタを含む１個のカラーリングと白フィルタを含まない１個のカラーリングとを備えていてもよく、白フィルタを含む１個のカラーリングは、白フィルタと、赤フィルタと、緑フィルタと青フィルタとを有し、白フィルタを含まない１個のカラーリングは、赤フィルタと、緑フィルタと青フィルタとを有していてもよい。

白色判定部は、入力するデジタル化された映像信号の各画素毎の色差信号（Ｒ−Ｙ）のレベルと色差信号（Ｂ−Ｙ）のレベルとの絶対値を求めて加算し所定のしきい値と比較してしきい値より少ないときは白と判定して１フレーム内の白の数をカウントし、カラーリング切り替え判定部は、カウントされた１フレーム内の白の数をしきい値と比較し、しきい値を超えるフレームの数の比率が所定の基準を超えたときはカラーリング切り替え部を介して白フィルタを含むカラーリングに切り替え、所定の基準を超えないときはカラーリング切り替え部を介して白フィルタを含まないカラーリングに切り替えてもよい。

カラーホイール移動制御回路は、映像信号として入力されるアナログのＲ信号とＧ信号とＢ信号とをそれぞれデジタル信号に変換する第１ないし第３のＡ／Ｄコンバータと、第１ないし第３のＡ／Ｄコンバータによりデジタル化されたＲ信号とＧ信号とＢ信号とに基づいて、輝度信号（Ｙ）と色差信号（Ｒ−Ｙ）と色差信号（Ｂ−Ｙ）とに変換し、その色差信号（Ｒ−Ｙ）と色差信号（Ｂ−Ｙ）とを白色判定部に出力するマトリックス変換部とを有してもよく、映像信号として入力されるアナログの輝度信号（Ｙ）と色差信号（Ｒ−Ｙ）と色差信号（Ｂ−Ｙ）とをそれぞれデジタル信号に変換して、変換された色差信号（Ｒ−Ｙ）と色差信号（Ｂ−Ｙ）とを白色判定部に出力する第１ないし第３のＡ／Ｄコンバータを有してもよい。

白色判定部は、入力するデジタル化された映像信号の各画素毎のＲ信号のレベルとＧ信号のレベルとＢ信号のレベルとを比較し、３色のレベルが所定の範囲内で近似しているときは白と判定して１フレーム内の白の数をカウントし、カラーリング切り替え判定部は、カウントされた１フレーム内の白の数をしきい値と比較し、しきい値を超えるフレームの数の比率が所定の基準を超えたときはカラーリング切り替え部を介して白フィルタを含むカラーリングに切り替えてもよい。

第２の態様では、時分割色分離手段は、白フィルタを含む分光特性の異なる複数のフィルタが周方向に所定の割合で配置された１個以上のカラーリングと白フィルタを含まない分光特性の異なる複数のフィルタが円周方向に所定の割合で配置された１個以上のカラーリングとを備えたカラーホイールと、色分離に使用するカラーリングを選択するためにカラーホイールを移動させてそのカラーリングを白色光の入射位置に整合させるカラーリング切り替え部と、周囲光の明度を検出する周囲光検出部、および周囲光検出部で検出された周囲光の明度の所定の基準との比較によって使用するカラーリングを選択し、カラーリング切り替え部を介してカラーリングを切り替えるカラーリング切り替え判定部を備えたカラーホイール移動制御回路とを有することを特徴とする。

カラーホイール移動制御回路は格子状反射型画像形成素子に制御信号を出力するＤＭＤ信号発生部を有し、白フィルタを含むカラーリングが選択されて切り替えられた場合、ＤＭＤ信号発生部は、白色光に対応する映像信号を、周囲光の明度に対応した所定の割合で減縮してもよい。

本発明のカラーホイール制御方法は、画像表示装置の格子状反射型画像形成素子に入光する各色光を白色光から時系列で分離する時分割色分離手段において、白フィルタを含む１個以上のカラーリングと白フィルタを含まない１個以上のカラーリングとを備えたカラーホイールから、使用するカラーリングを選択するためのカラーホイール制御方法である。

第１の態様では、入力する映像信号における画像１フレーム内の白の画素の度合いである白色度を判定するステップと、白色度が所定のしきい値を超えるフレーム数の比率を所定の基準と対比した結果によって使用するカラーリングを選択し、カラーリング切り替え部を介してカラーリングを選択して切り替えるステップとを含むことを特徴とする。

入力する映像信号の白色度を判定するステップは、入力するデジタル化された映像信号の画素毎の色差信号（Ｒ−Ｙ）のレベルの絶対値と色差信号（Ｂ−Ｙ）のレベルの絶対値との加算値を所定のしきい値と比較するステップと、加算値が所定のしきい値より少ないときはその画素を白と判定するステップと、１フレーム内の白と判定された画素をカウントするステップとを含み、カラーリングを選択して切り替えるステップは、１フレーム内の白と判定された画素数が所定のしきい値を超えるフレーム数の比率を所定の基準と対比した結果によって使用するカラーリングを選択して切り替えるステップを含んでもよい。

入力する映像信号の白色度を判定するステップは、入力するデジタル化された映像信号の画素毎のＲ信号のレベルとＧ信号のレベルとＢ信号のレベルとを比較するステップと、３色のレベルが所定の範囲内で近似しているときはその画素は白と判定するステップと、１フレーム内の白と判定された画素をカウントするステップとを含み、カラーリングを選択して切り替えるステップは、１フレーム内の白と判定された画素数が所定のしきい値を超えるフレーム数の比率を所定の基準と対比した結果によって使用するカラーリングを選択して切り替えるステップを含んでもよい。

第２の態様では、周囲光の明度を検出するステップと、検出された周囲光の明度によってカラーリングを選択して切り替えるステップを含むことを特徴とする。

さらに、白フィルタを含むカラーリングが選択されて切り替えられた場合、格子状反射型画像形成素子に出力される制御信号において、白色光に対応する映像信号を周囲光の明度に対応した所定の割合で減縮するステップを含んでいてもよい。

本発明のカラーリング切り替え機構やカラーホイール制御方法では、表示する画像の白色成分の量を判断して、カラーホイールを切り替えることにより、画像の白色成分の量に適応して適切な画質モードに切り替えることが可能である。

本発明は、表示する画像の白色成分の量を判断して、白フィルタを有するカラーリングと白フィルタを有しないカラーリングを切り替えて使用するので、プロジェクタの表示する画像に適した画質を選択することが可能となるという効果がある。

本発明は、カラーリング切り替え機構を有する画像表示装置とカラーホイール制御方法において、２つ以上の特性を持つカラーリングを映像信号に含まれる色の内容に応じて切り替えることにより、明るさ重視の画像再生と色再現性重視の画像再生とに自動的に切り替えることを特徴とする。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態のカラーリング切り替え機構を有する画像表示装置の模式的ブロック構成図であり、図２はカラーホイールの模式図であり、図３はカラーリング切り替え部の一例の模式図であり、図４はカラーリング切り替え部の他の例の模式図である。

図１において、画像表示装置１の光学系２は、発光体で構成される光源１１、光源１１が第１の焦点に配置されている楕円面反射鏡１２、光源１１の楕円面反射鏡１２からの反射光を光軸１３上に集光する集光レンズ１４、選択されたカラーリングが集光レンズ１４の集光点に位置して回転するように配置され、楕円面反射鏡１２からの白色光を複数の色に時分割する時分割色分離部４０の複特性カラーホイール４１、複特性カラーホイール４１を透過した光を入射端面で受け、輝度分布が均一化された光を出射する四角柱のロッドインテグレータ１５、複数のマイクロミラーの回転制御によって反射位置の制御を行なうＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）表示部２０、ロッドインテグレータ１５からの出射光をＤＭＤ表示部２０に集光するための第１のコンデンサレンズ１６、第２のコンデンサレンズ１７、光軸の方向を所定の角度でＤＭＤ表示部２０に変換する反射ミラー１８、第３のコンデンサレンズ１９、ＤＭＤ表示部２０によって反射された画像をスクリーン５０に投写するための投写レンズ３０を有する。ＤＭＤ表示部２０はカラーホイール１４で選択された色に同期した画像信号に基づいて空間的に光変調して画像光を形成する。ここでは２個以上のカラーリングを備えたカラーホイールを１個のカラーリングのみを有するカラーホイールと区別するために複特性カラーホイールと称する。

楕円面反射鏡１２の第２の焦点の位置にカラーホイール１４を配置できれば集光レンズ１３はなくてもよく、ロッドインテグレータ１５はミラーを４枚組み合わせたライトトンネルであってもよい。またコンデンサレンズ１６、１７、１９と反射ミラー１８の構成はこれに限定されるものではなく、ロッドインテグレータ１５からの出射光を効率よくＤＭＤ表示部２０の全面に所定の角度で投射できる構成であればよい。この光学系２は１例であり、カラーホイールを透過した光がＤＭＤ表示部で反射されて投射レンズを経由してスクリーンに投射される構成であればよく、表示部もＤＭＤに限定されるものではなく液晶表示部であっても応用できる。

時分割色分離部４０は、図３に示すように、半径方向に２段に配置された円周方向帯状の内側の第１のカラーリング４２および外側の第２のカラーリング４３を有する複特性カラーホイール４１と、回転軸に固定された複特性カラーホイール４１を回転駆動する駆動モータ４４と、駆動モータ４４を保持するカラーホイール支持部材４５と、カラーホイール支持部材４５を介して複特性カラーホイール４１を所定の位置の間で移動させるカラーリング切り替え部４６とを有する。

図２に示すように、複特性カラーホイール４１は内側の第１のカラーリング４２と外側の第２のカラーリング４３とを備え、内側の第１のカラーリング４２は赤フィルタ４２ａ、緑フィルタ４２ｂ、青フィルタ４２ｃで構成され、外側の第２のカラーリング４３は赤フィルタ４３ａ、緑フィルタ４３ｂ、青フィルタ４３ｃ、白フィルタ４３ｄで構成されている。それぞれの色の透過時間はそれぞれのフィルタの面積の比率はに比例するので、それぞれのフィルタの面積の比率は求められる画像の特性によって定められている。カラーリング切り替え部４６の動作によって、光源１１からの光線の集光点の位置が内側の第１のカラーリング４２および外側の第２のカラーリング４３の間で切り替わるように、複特性カラーホイール４１が半径方向に移動する。

第１のカラーリング４２を構成する赤フィルタ４２ａ、緑フィルタ４２ｂ、青フィルタ４２ｃは一般にビデオ機器からのビデオ信号（動画）に適した色合いを重視した画像を実現し、第２のカラーリング４２を構成する赤フィルタ４３ａ、緑フィルタ４３ｂ、青フィルタ４３ｃ、白フィルタ４３ｄは一般にパーソナルコンピュータからのＲＧＢ信号の再生に適した明るさを重視した画像を実現する。

ここでは説明を簡略にするために複特性カラーホイール４１は、白フィルタ４３ｄを含む１個の第２のカラーリング４３と白フィルタを含まない１個の第１のカラーリング４２とを備えた形態で説明するがこれに限定されるものではなく、フィルタの比率や色の異なる複数のカラーリングが設けられてもよく、カラーリング切り替え部４６は光源１１からの光線の集光点の位置が複数のカラーリングに対応するように複特性カラーホイール４１を移動させればよい。それによって入力する映像に一層適合した画像を表示することができる。

図３はカラーリング切り替え部の一例の模式図であり、複特性カラーホイール４１にその軸が固定されてカラーホイール回転制御回路４８により回転が制御される駆動モータ４４はカラーホイール支持部材４５に保持されて、カラーホイール移動制御回路６０の制御によるカラーリング切り替え部４６上のカラーホイール支持部材４５の往復動作によって往復運動を行い、その運動により第１のカラーリング４２と第２のカラーリング４３とが集光点の光軸１３上を移動する。

図４はカラーリング切り替え部の他の例の模式図であり、複特性カラーホイール４１にその軸が固定されてカラーホイール回転制御回路４８により回転が制御される駆動モータ４４はカラーホイール支持部材４５に保持されて、カラーホイール移動制御回路６０の制御によるカラーリング切り替え部４７上のカラーホイール支持部材４５の回転動作によって往復運動を行い、その運動により第１のカラーリング４２と第２のカラーリング４３とが集光点の光軸１３上を移動する。カラーリング切り替え部の構成はこれらに限定されるものではなく、複数のカラーリングがカラーホイール移動制御回路６０の制御により集光点の光軸１３上を移動する構成であればよい。

本発明で特徴的なのは、複特性カラーホイール４１を使用していることと、複特性カラーホイール４１に光を当てる位置をずらすためのカラーリング切り替え部４６、４７を有することと、表示する画像の白色成分の量を判断して、白フィルタを有するカラーリングと白フィルタを有しないカラーリングの切り替えを行なうカラーホイール移動制御回路６０を有することである。カラーホイール移動制御回路６０によってカラーリング切り替え部４６を動作させることにより、複特性カラーホイール４１はカラーホイールスライド方向４９の方向にスライドして、光軸１３の位置が複特性カラーホイール４１の複数のカラーリング上を移動する。

次に、カラーリング切り替え部４６、４７を制御するカラーホイール移動制御回路６０の構成と動作について説明する。図５は入力信号がＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号である場合のカラーホイール移動制御回路の模式的ブロック図である。

アナログで入力された、Ｒ信号６ａ、Ｇ信号６ｂ、Ｂ信号６ｃはそれぞれ、第１のＡ／Ｄコンバータ６１、第２のＡ／Ｄコンバータ６２、第３のＡ／Ｄコンバータ６３に入力されてデジタルに変換され、画像処理部６４を経由し、ＤＭＤ信号発生部６５にてＤＭＤ駆動用信号を発生し、発生した信号はＤＭＤ表示部２０へ入力されてミラーの制御が行なわれる。

一方、第１のＡ／Ｄコンバータ６１、第２のＡ／Ｄコンバータ６２、第３のＡ／Ｄコンバータ６３でデジタル変換されたＲ信号６ａ、Ｇ信号６ｂ、Ｂ信号６ｃは、マトリックス回路によってＲ信号６ａ、Ｇ信号６ｂ、Ｂ信号６ｃを輝度信号（Ｙ）、色差信号（Ｒ−Ｙ）、色差信号（Ｂ−Ｙ）に変換するマトリックス変換部６６へ入力される。生成した色差信号（Ｒ−Ｙ）、色差信号（Ｂ−Ｙ）は、白色判定部６７に入力されて、映像フレーム内の白色の画素数がカウントされてその結果が白色度としてカラーリング切り替え判定部６８に入力され、カラーリング切り替え判定部６８では連続するフレーム内でカウントされた白色の画素数の比率から所定の基準で白色度の判定を行い、その判定結果により、ＤＭＤ信号発生部６５およびカラーリング切り替え部４６へ複特性カラーホイール４１の移動情報と移動指示とを与える。白色判定部６７については詳細な動作が後述される。

また、図５では映像信号は３原色の各色の映像信号として入力することとしているが、他に映像信号が輝度信号（Ｙ）・色差信号（Ｒ−Ｙ）・色差信号（Ｂ−Ｙ）として入力される場合がある。図６は入力信号が、輝度信号（Ｙ）、色差信号（Ｒ−Ｙ）、色差信号（Ｂ−Ｙ）である場合のカラーホイール移動制御回路の模式的ブロック図である。基本的な概念は、図５と同様である。入力された輝度信号（Ｙ）７ａ、色差信号（Ｒ−Ｙ）７ｂ、色差信号（Ｂ−Ｙ）７ｃはそれぞれ、第１のＡ／Ｄコンバータ７１、第２のＡ／Ｄコンバータ７２、第３のＡ／Ｄコンバータ７３に入力されてデジタルに変換され、画像処理部７４を経由し、ＤＭＤ信号発生部７５にてＤＭＤ駆動用信号を発生し、発生した信号はＤＭＤ表示部２０へ入力されてミラーの制御が行なわれる。

一方、第２のＡ／Ｄコンバータ７２、第３のＡ／Ｄコンバータ７３でデジタル変換された信号は、白色判定部７７に入力されて、映像フレーム内の白色の画素数がカウントされてその結果が白色度としてカラーリング切り替え判定部７８に入力され、カラーリング切り替え判定部７８では連続するフレーム内でカウントされた白色の画素数の比率から所定の基準で白色度の判定を行い、その判定結果により、ＤＭＤ信号発生部７５およびカラーリング切り替え部４６へ複特性カラーホイール４１の移動情報と移動指示とを与える。

この場合には、画像処理部７４にて、輝度信号（Ｙ）、色差信号（Ｒ−Ｙ）、色差信号（Ｂ−Ｙ）をＲ・Ｇ・Ｂの信号に変換するためのカラースペースコンバート回路等が入ることとなる。また、入力された信号が、輝度信号（Ｙ）および色差信号（Ｒ−Ｙ）、色差信号（Ｂ−Ｙ）のため、白色判定部７７の前段ではマトリックス変換部は必要ない。白色判定部７７以降の構成は図５の構成と同様である。

図７は白色判定部６７、７７の模式的ブロック図である。色差信号のレベルが０あるいは０に近い場合はその画素の色は白色と見なされるので色差信号（Ｒ−Ｙ）および色差信号（Ｂ−Ｙ）を処理してフレーム内の白の画素をカウントして白色度を判断する。絶対値回路８１ａ、８１ｂでマトリクス変換部６６（図５）、あるいはＡ／Ｄコンバータ７２、７３（図６）の出力である色差信号（Ｒ−Ｙ）および色差信号（Ｂ−Ｙ）のそれぞれの絶対値を求めて加算回路８２で加算した後に、比較回路８３でしきい値設定部８４で設定されたしきい値と比較する。白色判定部６７、７７は色差信号（Ｒ−ＹおよびＢ−Ｙ）の信号レベルが小さい、またはゼロであるときにその画素は白色部であると判断する。例えば１フレーム間に色差信号（Ｒ−Ｙ）および色差信号（Ｂ−Ｙ）のそれぞれの絶対値の加算値がしきい値以下となる回数を画素単位でカウンタ８５によってカウントし、ある割合以上となった場合に白色部分が多いと判断する。各フレームの白色と判定された画素のカウント数はカラーリング切り替え判定部６８、７８に出力される。

各フレームの白色と判定された画素のカウント数が入力されたカラーリング切り替え判定部６８、７８では、上述のように連続するフレーム内でカウントされた白色の画素数から所定の基準で白色度の判定を行い、その判定結果により、ＤＭＤ信号発生部６５、７５およびカラーリング切り替え部４６へ複特性カラーホイール４１の移動情報と移動指示とを与える。カラーリング切り替え部４６では指示に対応してカラーリングの切り替えを行なう。このとき、1フレームのみの値で白色部分の多寡を判断してもよいし、数フレーム連続の値で判断してもよい。

この実施の形態では色差信号（Ｒ−Ｙ）および色差信号（Ｂ−Ｙ）を用いて白色部分の多寡を判断しているが、デジタル化された３原色のＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号から直接比較回路によって白色部分の多寡を判断することもできる。カラーホイール移動制御回路は図５のカラーホイール移動制御回路６０からマトリックス変換部６６を除いた構成となり、デジタルに変換されたＲ信号６ａ、Ｇ信号６ｂ、Ｂ信号６ｃが直接白色判定部に入力する。白色判定部ではＲ信号６ａ、Ｇ信号６ｂ、Ｂ信号６ｃのレベルを比較し３色のレベルがほぼ同じであればその画素を白色部分と判断し、図５を参照して説明したと同様に各フレームの白色と判定された画素のカウント数はカラーリング切り替え判定部６８、７８に出力される。

各フレームの白色と判定された画素のカウント数が入力されたカラーリング切り替え判定部６８、では、上述のように連続するフレーム内でカウントされた白色の画素数から所定の基準で白色度の判定を行い、その判定結果により、ＤＭＤ信号発生部６５およびカラーリング切り替え部４６へ複特性カラーホイール４１の移動情報と移動指示とを与える。カラーリング切り替え部４６では指示に対応してカラーリングの切り替えを行なう。

なお、本実施の形態では、図２における複特性カラーホイール４１の構成は、内側の第１のカラーリング４２が３セグメント、外側の第２のカラーリング４３が４セグメントとなっているが、特に、セグメント数は規定せず、他の複数のセグメントに対応することも可能である。

次に、第１の実施の形態の本発明の時分割色分離部４０の動作について図面を参照して説明する。図２に、時分割色分離部４０の複特性カラーホイール４１が示されているが、この複特性カラーホイール４１にはカラーリングが２種類設けられており、光線が透過するカラーリングを変換することによって、白フィルタ４３ｄのセグメントを有する第２のカラーリング４３では明るさ重視の特性を持たせ、３原色のフィルタのセグメントのみで構成される第１のカラーリング４２では色合い重視の特性を持たせ、両特性を両立させることを目的としたものである。

図５を参照すると、Ｒ信号６ａ、Ｇ信号６ｂ、Ｂ信号６ｃはそれぞれ、第１のＡ／Ｄコンバータ６１、第２のＡ／Ｄコンバータ６２、第３のＡ／Ｄコンバータ６３に入力されてデジタルに変換され、画像処理部６４へ入力される。画像処理部６４は、ＤＭＤ表示部２０が固定画素デバイスであるため、画像のサイズをＤＭＤ表示部２０に合わせることを主目的としている。画像処理部６４にて処理された信号は、ＤＭＤ信号発生部６５に入力され、ＤＭＤ表示部２０にて画像を構成するために必要な、ＰＷＭ信号などのＤＭＤ表示部２０を駆動するためのＤＭＤ駆動用信号を発生し、発生した信号はＤＭＤ表示部２０へ入力される。

一方、白色成分を判定するために、マトリックス変換部６６にて、マトリックスを用いて３色の信号を輝度信号（Ｙ）および色差信号（Ｒ−Ｙ）、色差信号（Ｂ−Ｙ）に変換する動作を行なう。白色判定部６７では、色差信号によって画像の白色の度合いを判定する。判定手段としては、色差信号に成分がなければ、その画素は白色と判断することが可能である。具体的には図７を参照して説明したように、白色判定部６７では、絶対値回路８１ａ、８１ｂでマトリクス変換部６６の出力である色差信号（Ｒ−Ｙ）および色差信号（Ｂ−Ｙ）のそれぞれの絶対値を求めた後に加算回路８２で加算し、比較回路８３においてしきい値設定部８４で設定されたしきい値と比較する。白色判定部６７は色差信号（Ｒ−ＹおよびＢ−Ｙ）の信号レベルが小さい、またはゼロであるときにその画素は白色部であると判断する。例えば、カウンタ８５で１フレーム間に色差信号の絶対値を加算した値がしきい値以下となる回数を画素単位でカウントし、カラーリング切り替え判定部６８で、１フレーム内でしきい値以下となる画素の回数がある割合以上となった場合に白色部分が多いと判断する。

カラーリング切り替え判定部６８では、白色判定部６７により得られたフレームごとのカウント情報により、あらかじめ決められたフレームの白色成分のしきい値と比較して、白色度の判定を行い、連続するフレームの白色度の判定の結果から所定の基準でカラーリングの切り替えの判定を行い、所定の基準より多い場合は白フィルタ４３ｄを有する第２のカラーリング４３を選択し、所定の基準より少ない場合は３原色から構成される第１のカラーリング４２を選択する。この判定により、カラーリング切り替え部４６を動作させ、図３、図４におけるカラーホイールスライド方向４９の方向に複特性カラーホイール４１を動かすことにより、複特性カラーホイール４１の内側にある第１のカラーリング４１に光を当てるか、外側にある第２のカラーリング４２に光を当てるかを制御する。３個以上のカラーリングを有する場合にはそれぞれの特性に対応した基準を設けることでカラーリングを選択する。

また、カラーリングの切り替えにより複特性カラーホイール４１の特性が変わると、ＤＭＤ信号発生部６５にて生成するＤＭＤ制御信号も変える必要がある。１特性のカラーホイールの場合の制御信号の生成方法は確立されているため、２特性の場合は２つの特性をＤＭＤ信号発生部２４に備えて、カラーリング切り替え判定部６８からの切り替え信号により切り替えることにより対応させる。複特性カラーホイール４１が３種類以上の特性をもつカラーリングを有する場合は、当然、ＤＭＤ信号発生部６５に３種類以上の信号を発生させる対応が必要である。

次に、本発明の第２の実施の形態のカラーリング切り替え機構を有する画像表示装置について説明する。第２の実施の形態ではカラーホイール移動制御回路の構成以外は第１の実施の形態と同じなので共通の部分については説明を省略する。

第１の実施の形態では、入力するＲ・Ｇ・Ｂの映像信号、あるいは輝度・色差信号から映像の白色度を判定していたが、第２の実施の形態では周囲の明るさで白フィルタ４３ｄを有する第２のカラーリング４３を選択するか、３原色から構成される第１のカラーリング４２を選択するかを選択し、さらに白フィルタ４３ｄを有する第２のカラーリング４３を選択した場合に周囲の明るさによってホワイトピーキング量を決定することもできる。一般に周囲が明るい場合は白色を強調した方が視覚に適合し、周囲が暗い場合は白色を抑えたほうが視覚に適合する。

図８は第２の実施の形態のカラーホイール移動制御回路の模式的ブロック図である。入力された、アナログのＲ信号６ａ、Ｇ信号６ｂ、Ｂ信号６ｃはそれぞれ、第１のＡ／Ｄコンバータ９１、第２のＡ／Ｄコンバータ９２、第３のＡ／Ｄコンバータ９３に入力されてデジタルに変換され、画像処理部９４を経由し、ＤＭＤ信号発生部９５にてＤＭＤ駆動用信号を発生し、発生した信号はＤＭＤ表示部２０へ入力される。この動作は第１の実施の形態と同じである。

一方、所定の場所に設置された周囲光検出部９６は周囲の明るさを検知して、カラーリング切り替え判定部９８に明度を出力する。カラーリング切り替え判定部９８では周囲の明るさが所定のしきい値を超えると白フィルタ４３ｄを有する第２のカラーリング４３を選択し、しきい値以下であれば３原色から構成される第１のカラーリング４２を選択して選択結果をカラーリング切り替え部４６に出力し、カラーリング切り替え部４６は複特性カラーホイール４１のカラーリングの切り替えを行なう。同時にカラーリング切り替え判定部９８は選択結果をＤＭＤ信号発生部９５に出力する。

さらに、白フィルタ４３ｄを有する第２のカラーリング４３が選択された場合は、カラーリング切り替え判定部９８では、同時に数値化された周囲の明るさを予め設定された複数のしきい値と比較してその結果をＤＭＤ信号発生部９５に出力し、ＤＭＤ信号発生部９５は周囲の明るさに対応して白色に対応するＤＭＤのミラーがＯＮとなる時間を制御する。

図２における、複特性カラーホイール４１において、外側の１つのセグメントは白色を想定しているが、白色セグメントを白色光の光軸が通過するときに、ＤＭＤのミラーの動作を制御して表示時間を変化させ、どれだけの白色成分を出力するかを制御することが可能である。この本機能はホワイトピーキング機能と呼ばれるが、他の色には一切影響を与えず、白色階調のある一定値以上の色に対し、複数段階の強調を行なうことができ、投射環境の周囲が明るいときに、白地の文書や図版を見やすくすることができる。このように周囲光の明るさに対応して、白フィルタ４３ｄを有する第２のカラーリング４３を選択し、あわせてホワイトピーキング機能により出力画像の明るさを制御することも可能である。

図９は周囲光の明るさとカラーリングの選択、白フイルタの光線透過時間の関係を示す模式図である。周囲光がしきい値より暗い場合は３原色フィルタを選択し、周囲光がしきい値より明るい場合は３原色＋白フィルタを選択し、この場合白フィルタの光線透過時間を明るいほど大きくする。周囲光の明るさによりカラーリングの選択を行なう場合必ずしもホワイトピーキング機能を持たせなくてもよい。

なお、本発明では映像信号の白色部分の量や周囲の明度に対応してカラーホイールを切り替える方法について説明したが、その他映像信号の平均輝度（ＡＰＬ）やプロジェクタの天板または側面・後方に照度センサーを設け、プロジェクタの周囲の明るさに応じて切り替えることも可能である。また白色検出とこれらを組み合わせることも可能である。

本発明の第１の実施の形態のカラーリング切り替え機構を有する画像表示装置の模式的ブロック構成図である。 カラーホイールの模式図である。 カラーリング切り替え部の一例の模式図である。 カラーリング切り替え部の他の例の模式図である。 入力信号がＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号である場合のカラーホイール移動制御回路の模式的ブロック図である。 入力信号が、輝度信号（Ｙ）、色差信号（Ｒ−Ｙ）、色差信号（Ｂ−Ｙ）である場合のカラーホイール移動制御回路の模式的ブロック図である。 白色判定部の模式的ブロック図である。 第２の実施の形態のカラーホイール移動制御回路の模式的ブロック図である。 周囲光の明るさとカラーリングの選択、白フイルタの光線透過時間の関係を示す模式図である。

符号の説明

１ 画像表示装置
２ 光学系
６ａ Ｒ信号
６ｂ Ｇ信号
６ｃ Ｂ信号
７ａ 輝度信号（Ｙ）
７ｂ 色差信号（Ｒ−Ｙ）
７ｃ 色差信号（Ｂ−Ｙ）
１１ 光源
１２ 楕円面反射鏡
１３ 光軸
１４ 集光レンズ
１５ ロッドインテグレータ
１６ 第１のコンデンサレンズ
１７ 第２のコンデンサレンズ
１８ 反射ミラー
１９ 第３のコンデンサレンズ
２０ ＤＭＤ表示部
４０ 時分割色分離部
４１ 複特性カラーホイール
４２ 第１のカラーリング
４２ａ 赤フィルタ
４２ｂ 青フィルタ
４２ｃ 緑フィルタ
４３ 第２のカラーリング
４３ａ 赤フィルタ
４３ｂ 青フィルタ
４３ｃ 緑フィルタ
４３ｄ 白フィルタ
４４ 駆動モータ
４５ カラーホイール支持部材
４６、４７ カラーリング切り替え部
４８ カラーホイール回転制御回路
４９ カラーホイールスライド方向
５０ スクリーン
６０、７０、９０ カラーホイール移動制御回路
６１、７１、９１ 第１のＡ／Ｄコンバータ
６２、７２、９２ 第２のＡ／Ｄコンバータ
６３、７３、９３ 第３のＡ／Ｄコンバータ
６４、７４、９４ 画像処理部
６５、７５、９５ ＤＭＤ信号発生部
６６ マトリックス変換部
６７、７７ 白色判定部
６８、７８、９８ カラーホイール切り替え判定部
８１ａ、８１ｂ 絶対値回路
８２ 加算回路
８３ 比較回路
８４ しきい値回路
８５ カウンタ
９６ 周囲光検出部

Claims (15)

1. 光源装置と、該光源装置から出射された白色光を時分割で色分離する時分割色分離手段と、該時分割色分離手段により分離された各色光を映像信号に基づいて空間的に光変調して画像光を形成する格子状反射型画像形成素子とを有する画像表示装置において、
   前記時分割色分離手段は、
   白フィルタを含む分光特性の異なる複数のフィルタが周方向に所定の割合で配置された１個以上のカラーリングおよび白フィルタを含まない分光特性の異なる複数のフィルタが円周方向に所定の割合で配置された１個以上のカラーリングを備えたカラーホイールと、
   色分離に使用する前記カラーリングのいずれかを選択するために、前記カラーホイールを移動させて選択された前記カラーリングを前記白色光の入射位置に整合させるカラーリング切り替え部と、
   入力する映像信号における画像１フレーム内の白の画素の度合いである白色度を判定する白色判定部、および前記白色判定部で判定された白色度が所定のしきい値を超えるフレーム数の比率を所定の基準と対比した結果によって使用するカラーリングを選択し、前記カラーリング切り替え部を介して選択した前記カラーリングに切り替えるカラーリング切り替え判定部を備えたカラーホイール移動制御回路と、を有することを特徴とするカラーリング切り替え機構を有する画像表示装置。
2. 前記カラーリングは前記カラーホイールの回転軸を中心として半径方向にそれぞれ円周方向の帯状に配置され、前記カラーリングの切り替えは前記カラーホイールの半径方向の移動によって行なわれる、請求項１に記載のカラーリング切り替え機構を有する画像表示装置。
3. 前記カラーホイールは、白フィルタを含む１個のカラーリングと白フィルタを含まない１個のカラーリングとを備える、請求項１または請求項２に記載のカラーリング切り替え機構を有する画像表示装置。
4. 白フィルタを含む１個の前記カラーリングは、白フィルタと、赤フィルタと、緑フィルタと青フィルタとを有し、白フィルタを含まない１個の前記カラーリングは、赤フィルタと、緑フィルタと青フィルタとを有する、請求項３に記載のカラーリング切り替え機構を有する画像表示装置。
5. 前記白色判定部は、入力するデジタル化された映像信号の各画素毎の色差信号（Ｒ−Ｙ）のレベルと色差信号（Ｂ−Ｙ）のレベルとの絶対値を求めて加算し所定のしきい値と比較してしきい値より少ないときは白と判定して１フレーム内の白の数をカウントし、前記カラーリング切り替え判定部は、カウントされた１フレーム内の白の数をしきい値と比較し、しきい値を超えるフレームの数の比率が所定の基準を超えたときは前記カラーリング切り替え部を介して白フィルタを含むカラーリングに切り替え、所定の基準を超えないときは前記カラーリング切り替え部を介して白フィルタを含まないカラーリングに切り替える、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のカラーリング切り替え機構を有する画像表示装置。
6. 前記カラーホイール移動制御回路は、
   映像信号として入力されるアナログのＲ信号とＧ信号とＢ信号とをそれぞれデジタル信号に変換する第１ないし第３のＡ／Ｄコンバータと、
   前記第１ないし第３のＡ／Ｄコンバータによりデジタル化されたＲ信号とＧ信号とＢ信号とに基づいて、輝度信号（Ｙ）と色差信号（Ｒ−Ｙ）と色差信号（Ｂ−Ｙ）とに変換し、該色差信号（Ｒ−Ｙ）と色差信号（Ｂ−Ｙ）とを前記白色判定部に出力するマトリックス変換部と、を有する、請求項５に記載のカラーリング切り替え機構を有する画像表示装置。
7. 前記カラーホイール移動制御回路は、
   映像信号として入力されるアナログの輝度信号（Ｙ）と色差信号（Ｒ−Ｙ）と色差信号（Ｂ−Ｙ）とをそれぞれデジタル信号に変換して、変換された前記色差信号（Ｒ−Ｙ）と前記色差信号（Ｂ−Ｙ）とを前記白色判定部に出力する第１ないし第３のＡ／Ｄコンバータを有する、請求項５に記載のカラーリング切り替え機構を有する画像表示装置。
8. 前記白色判定部は、入力するデジタル化された映像信号の各画素毎のＲ信号のレベルとＧ信号のレベルとＢ信号のレベルとを比較し、３色のレベルが所定の範囲内で近似しているときは白と判定して１フレーム内の白の数をカウントし、前記カラーリング切り替え判定部は、カウントされた１フレーム内の白の数をしきい値と比較し、しきい値を超えるフレームの数の比率が所定の基準を超えたときは前記カラーリング切り替え部を介して白フィルタを含むカラーリングに切り替える、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のカラーリング切り替え機構を有する画像表示装置。
9. 光源装置と、該光源装置から出射された白色光を時分割で色分離する時分割色分離手段と、該時分割色分離手段により分離された各色光を映像信号に基づいて空間的に光変調して画像光を形成する格子状反射型画像形成素子とを有する画像表示装置において、
   前記時分割色分離手段は、
   白フィルタを含む分光特性の異なる複数のフィルタが周方向に所定の割合で配置された１個以上のカラーリングと白フィルタを含まない分光特性の異なる複数のフィルタが円周方向に所定の割合で配置された１個以上のカラーリングとを備えたカラーホイールと、
   色分離に使用する前記カラーリングを選択するために前記カラーホイールを移動させて該カラーリングを前記白色光の入射位置に整合させるカラーリング切り替え部と、
   周囲光の明度を検出する周囲光検出部、および前記周囲光検出部で検出された周囲光の明度の所定の基準との比較によって使用するカラーリングを選択し、前記カラーリング切り替え部を介して前記カラーリングを切り替えるカラーリング切り替え判定部を備えたカラーホイール移動制御回路と、を有することを特徴とするカラーリング切り替え機構を有する画像表示装置。
10. 前記カラーホイール移動制御回路は前記格子状反射型画像形成素子に制御信号を出力するＤＭＤ信号発生部を有し、
    白フィルタを含むカラーリングが選択されて切り替えられた場合、前記ＤＭＤ信号発生部は、白色光に対応する映像信号を、前記周囲光の明度に対応した所定の割合で減縮する、請求項９に記載のカラーリング切り替え機構を有する画像表示装置。
11. 画像表示装置の格子状反射型画像形成素子に入光する各色光を白色光から時系列で分離する時分割色分離手段において、白フィルタを含む１個以上のカラーリングと白フィルタを含まない１個以上のカラーリングとを備えたカラーホイールから、使用する前記カラーリングを選択するためのカラーホイール制御方法であって、
    入力する映像信号における画像１フレーム内の白の画素の度合いである白色度を判定するステップと、
    前記白色度が所定のしきい値を超えるフレーム数の比率を所定の基準と対比した結果によって使用するカラーリングを選択し、カラーリング切り替え部を介して前記カラーリングを選択して切り替えるステップとを含むことを特徴とする、カラーホイール制御方法。
12. 前記入力する映像信号の白色度を判定するステップは、
    入力するデジタル化された映像信号の画素毎の色差信号（Ｒ−Ｙ）のレベルの絶対値と色差信号（Ｂ−Ｙ）のレベルの絶対値との加算値を所定のしきい値と比較するステップと、
    前記加算値が所定のしきい値より少ないときはその画素を白と判定するステップと、
    １フレーム内の白と判定された画素をカウントするステップとを含み、
    前記カラーリングを選択して切り替えるステップは、
    １フレーム内の白と判定された画素数が所定のしきい値を超えるフレーム数の比率を所定の基準と対比した結果によって使用するカラーリングを選択して切り替えるステップを含む、請求項１１に記載のカラーホイール制御方法。
13. 前記入力する映像信号の白色度を判定するステップは、
    入力するデジタル化された映像信号の画素毎のＲ信号のレベルとＧ信号のレベルとＢ信号のレベルとを比較するステップと、
    ３色のレベルが所定の範囲内で近似しているときはその画素は白と判定するステップと、
    １フレーム内の白と判定された画素をカウントするステップとを含み、
    前記カラーリングを選択して切り替えるステップは、
    １フレーム内の白と判定された画素数が所定のしきい値を超えるフレーム数の比率を所定の基準と対比した結果によって使用するカラーリングを選択して切り替えるステップを含む、請求項１１に記載のカラーホイール制御方法。
14. 画像表示装置の格子状反射型画像形成素子に入光する各色光を白色光から時系列で分離する時分割色分離手段において、白フィルタを含む１個以上のカラーリングと白フィルタを含まない１個以上のカラーリングとを備えたカラーホイールから、使用する前記カラーリングを選択するためのカラーホイール制御方法であって、
    周囲光の明度を検出するステップと、
    検出された周囲光の明度によってカラーリングを選択して切り替えるステップを含むことを特徴とする、カラーホイール制御方法。
15. さらに、白フィルタを含むカラーリングが選択されて切り替えられた場合、前記格子状反射型画像形成素子に出力される制御信号において、白色光に対応する映像信号を前記周囲光の明度に対応した所定の割合で減縮するステップを含む、請求項１４に記載のカラーホイール制御方法。

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