JP2006525538A - 液晶ディスプレイガンマ補正 - Google Patents

Abstract

単一パネルＬＣＤ／ＬＣｏＳプロジェクタに適したガンマ補正処理が提供される。最初に線形で得られるガンマ値が階調色画像（赤，緑及び青など）を生成するために用いられる。プロジェクタの輝度−電圧特性は、測定及び計算によって決定される。新しいガンマ補正値は計算され、輝度−データ応答特性を決めるために測定される新しい階調色画像を生成するために用いられる所望の指数則応答特性に対するエラーは、改善されるガンマ補正値を計算するために用いられる。階調色画像を生成するために新しく計算されたガンマ補正値を用い、輝度−データ応答特性を見つけるために階調色画像を測定し、新しいガンマ補正値を得るためにエラーを用いる処理を、ディスプレイの輝度−データ特性が所望の応答と合致するまで、及びディスプレイの階調トラッキングが所望の性能レベルを充足するまで繰り返す。ガンマ補正値を導入するＬＣＤプロジェクタも示している。

Description

本発明は、投射式ディスプレイに関し、特に、ＬＣＤパネルプロジェクタ並びに液晶プロジェクタ及びディスプレイなどのガンマ補正に関する。

コンピュータやテレビなどのカラー画像形成システムは、カラー「動」画を生成するのに長年にわたり陰極線管（ＣＲＴ）を用いてきた。しかし、携帯用コンピュータなどの軽量用途及び大画面テレビの双方のために低消費電力の画像形成システムの要望が、数多くの代替品、特に液晶表示（ＬＣＤ）プロジェクタを含むものの開発に拍車を掛けている。最近のＬＣＤプロジェクタは、白色光を主要な成分（普通は赤，青及び緑）に分離し、入力のデータ信号から得られる色情報に応じて当該主成分を個別に変調し、その後に所望のフルカラー画像を生成するよう画面上にその変調された色情報を投射することによって動作する。ここで注記すべきは、ＬＣＤプロジェクタが当該主成分を変調するのに普通は１つ以上のＬＣＤパネルを用いることである。先進的なＬＣＤプロジェクタは、唯１つしかＬＣＤパネル変調器を用いておらず、単一パネルＬＣＤプロジェクタと呼ばれる。

ＬＣＤパネルは、２つのプレートの間に狭まれた液晶材料によって構成される。この２つのプレートは、導電体や電極、スイッチング素子などの種々の構造を含んでおり、これらはｍ個の水平行とｎ個の垂直列のマトリクス状に配列させた複数の絵素（画素）を形成するよう液晶材料と相互作用する。ＬＣｏＳ（Liquid Crystal on Silicon）パネルの場合、当該プレートの一方は、各画素が個別にアドレス指定可能なアクティブマトリクスを有するシリコンチップである。画素に印加される電圧は、その画素における液晶材料が当該画素を通じる偏光ベクトルを変える位相変化を受けるように誘導する。この電圧を変えることにより、当該画素の偏光を制御することができる。偏光フィルタを組み入れることにより、画素からの光は明限界と暗限界との間で制御可能となる。この明限界と暗限界との間の光強度は、階調と呼ばれる。

所望のカラー画像を正確に生成する画像形成システムは非常に望ましいものである。残念ながら、カラー画像を正確に生成することは難しい。何故なら、観察者の非線形な視覚や最適カラースペクトルを生成しない白色光源、プリズムや偏光子、フィルタ、レンズなどの光学素子によって生成される光の歪み、ＬＣＤパネル変調器の固有の制約、可能な色の無限の範囲を処理する制限のある能力を有する電子サブシステムといった色々な要因があるからである。

ＬＣＤパネル変調器及び電子サブシステムの制約は、ガンマ補正の領域において重複するものである。入力データ信号は、当該カラー画像をＣＲＴ、すなわち明確に非線形な輝度−電圧伝達応答特性を有するデバイスに表示するという前提でフォーマットされるのが普通である。ＣＲＴにおいて、入力データ信号は、ｋを定数、Ｌを輝度、Ｖを電圧としたときにＬ＝ｋＶ^２．２のような指数法則（冪）関数に応じて各々変化する赤，緑及び青の光出力すなわち輝度値を生成する。指数２．２は通常、ディスプレイのガンマと呼ばれている。この輝度対電圧の冪関数は所望される表示特性である。しかしながら、ＬＣＤパネル変調器は、当該累乗関数に従わない。したがって、所望の輝度を生成するために、ＬＣＤプロジェクタは、大抵は原色（ＲＧＢ）の各々について１つのテーブルとして、ガンマルックアップテーブルの形式でガンマ補正を含むのが普通である。ガンマルックアップテーブルとＬＣＤディスプレイの非線形な輝度−電圧伝達応答特性（ＬＣＤパネルのＢ−Ｖ応答特性と呼ばれる）との組み合わせにより、所望の冪関数を生成するのがよい。

残念ながら、高フレームレートで複数の色が順次スキャンされる単一パネルＬＣＤ／ＬＣｏＳプロジェクタにおいては、液晶画素にかけられるアナログ電圧は、ガンマテーブルによって決まる電圧だけでなく、少しの程度であるが前に駆動された色の画素にかけられた電圧にも依存する。かかる残留の色依存性は、カラークロストークとも呼ばれ、表示画像に色の不正確さを生じさせるＢ−Ｖ応答特性を生じる。具体的には、単一パネルプロジェクタにおける３つの色データチャネル全てが当該ディスプレイにおける指数則曲線の要件を充足する場合には、全ての中間駆動レベルについて（すなわち、当該プロジェクタに供給されるＲ，Ｇ及びＢのデータ値が中間色の階調画像を生成することを意図して互いに等しい）、理想的には３つの色の光出力の比が全ての中間駆動レベルにおいて同じであること、及びこれにより当該ディスプレイにおいて達成されるべき階調トラッキングの望ましい特性が可能となることが期待できる。しかし、単一パネルＬＣＤ／ＬＣｏＳディスプレイにおける色駆動電圧の相互依存性のために、完璧な指数則トラッキングが得られず、もって良好な階調トラッキングが達成されない。

したがって、ガンマテーブルは、有益ではあるものの、高品質な単一パネルＬＣＤ／ＬＣｏＳプロジェクタに望まれる色特性及び階調トラッキングを生成することができていない。この理由の１つは、ガンマテーブルがカラークロストークを実際に補償するテーブル値を含んでいないことである。ガンマテーブル値が所望の結果をもたらさない理由は、カラークロストークの正確な補償をなすガンマテーブル値を判定する処理を利用できていなかったことにある。

したがって、ガンマ補正値を生成する新しい処理が有益となる。また、供給された（ＲＧＢ）ディジタル画素データを、前に表示した色の補償をなすガンマ補正（ＲＧＢ）値に変換するガンマテーブルも有益であると考えられる。さらに有益なのは、ＬＣＤパネルのＢ−Ｖ特性及び前に表示した色に応じてガンマ補償される単一パネルＬＣＤプロジェクタである。

こうした問題の１つ以上に対処するため、ここに記述されるガンマ補正値を生成する方法は、初期の線形に得られる三刺激値のガンマ値を用い三刺激値の画像を生成するために用い、この三刺激値の画像を測定し、この画像の輝度−電圧（Ｂ−Ｖ）特性を得る。そして、当該画像の得られた特性から所定の指数則応答特性を生成する新しいガンマ補正値を計算し、これら新しく計算されたガンマ補正値を新しい三刺激値の画像を生成するために用い、生成された三刺激値の画像を測定して当該画像の輝度−データ特性を得る、という計算処理が行われる。この計算処理は、当該ガンマ補正値が所定の指数則特性と合致する輝度−データ特性を生成するまで繰り返される。

本発明の他の態様において、ここで開示されるようなＬＣＤディスプレイをガンマ補正する方法は、初期の線形に得られた赤，緑及び青のガンマ値を赤，緑及び青のガンマテーブルに記憶する。この線形に得られたガンマ値は、ＬＣＤパネルを用いて赤，緑及び青のガンマ値を生成するために用いられる。これら画像特性は測定され、当該ＬＣＤパネルの輝度−電圧（Ｂ−Ｖ）特性を得る。それらの特性は、所定の指数則応答特性を生成する赤，緑及び青のガンマ補正値を判定するために用いられる。当該ガンマ補正値は、記憶されＬＣＤパネルを用いて新しい画像を生成するために用いられる。当該画像特性が測定され、ＬＣＤパネルの輝度−データ特性が新しい測定値を用いて判定される。新しいガンマ補正値は、判定され、記憶され、測定される特性を有する画像を生成するために用いられる。この処理は、所定の指数則特性に合致するＬＣＤパネル輝度−データ特性を生成する最終的ガンマ補正値が得られるまで繰り返される。そして、後の使用のために最終的ガンマ補正値が記憶される。

本発明のさらに他の態様において、ここに開示されるプロジェクタは、画素データを該当の原色のガンマ補正データに変換する３つの原色ガンマテーブルのセットと、前記３つの原色ガンマテーブルからのガンマ補正データに応じて入力光ビームを選択的に変調するＬＣＤパネル変調器と、３つの原色光ビームを前記ＬＣＤパネル変調器に選択的に照射する光源と、前記３つの原色ガンマテーブルの各々につき色ディジタル画素データを生成する入力システムと、前記ＬＣＤパネル変調器からの変調入力光ビームから画面上に画像を生成する画像形成システムとを有する。前記３つの原色ガンマテーブルの各々におけるガンマ補正データは、上述した方法のうちの１つによって判定される。

図１は、原色毎のガンマテーブルを有する単一パネルＬＣＤプロジェクタ８を示している。単一パネルＬＣＤプロジェクタ８は、当該プロジェクタの全体の動作を制御するコントローラ１０を含む。初期動作の間、コントローラ１０はメモリ１２からガンマ補正データを取り込む。コントローラ１０は、赤ガンマ補正データを赤ガンマテーブル１４に、緑ガンマ補正データを緑ガンマテーブル１６に、青ガンマ補正データを青ガンマテーブル１８に、全てデータバス１７を介して伝送する。ガンマ補正データの判定は、後により詳しく説明する。

コントローラ１０はまた、データ入力システム２０の動作をバス１５を介して制御し、光源２１についてはデータバス１７を介して制御する。データ入力システム２０は、ライン２２上の入力データ信号（テレビジョン信号又はコンピュータからの信号など）を、生成すべきカラー画像を表す８ビット（当該用途に必要とされ当該ディスプレイに備えがあればこれより多くのビット）の色画像信号Ｒ_ＩＮ，Ｇ_ＩＮ及びＢ_ＩＮに変換する。Ｒ_ＩＮは赤ガンマテーブル１４に供給され、Ｇ_ＩＮは緑ガンマテーブル１６に供給され、Ｂ_ＩＮは青ガンマテーブル１８に供給される。

メモリ１２からのガンマ補正データに基づいて、赤ガンマテーブル１４はＲ_ＩＮをバス２４においてガンマ補正赤データに変換し、緑ガンマテーブル１６はバス２６においてガンマ補正緑データに変換し、青ガンマテーブル１８はＢ_ＩＮをバス２８においてガンマ補正青データに変換する。コントローラ１０の全体制御の下で、ガンマ補正赤，緑及び青データは、入力システム２０からバス１０７を経てＬＣＤパネル変調器３０の動作を選択的に制御する。

コントローラ１０は、赤光Ｒ，緑光Ｇ及び青光Ｂが順次ＬＣＤパネル変調器３０に供給されるように光源２１を制御する。第１の色サブフレームにおいて、赤光ＲはＬＣＤパネル変調器３０に照射され、ここで赤光Ｒはガンマ補正赤データに応じて変調され変調光ビーム３４が生成される。変調光ビーム３４は、変調光ビーム３４を画面５０にわたり掃引する光学システムを通過する。次の色サブフレームでは、緑光ＧがＬＣＤパネル変調器３０に照射され、ここで緑光Ｇがガンマ補正緑データに応じて変調され変調光ビーム３４が生成される。その次の色サブフレームでは、青光ＢがＬＣＤパネル変調器３０に照射され、ここで青光Ｂがガンマ補正青データに応じて変調され変調光ビーム３４が生成される。赤，緑及び青の間の素早い切り換えによって、観察者は画面５０上でフルカラー画像を見ることになる。幾つかの単一パネル投射アーキテクチャにおいては、３色サブフレームがＬＣＤパネル変調器に空間的オフセットフォーマットで同時に供給される。そして、光のストライプ又はバンドがそのパネルにわたりある所定の方向にスクロールする。いずれの場合も、サブフレームが高いフレームレートでパネル上をスキャンされると、観察者はフルカラー画像を知覚する。

図２は、ＬＣＤパネル変調器３０にガンマ補正色データが供給されることをより詳しく示している。便宜上、図２はガンマ補正赤データの供給を具体的に示すものであるが、他の色も同様に処理される。先ず、カウンタ１０２は、ライン１０４により精密クロック（これは簡明とするために図示されていない）からタイミング信号を受信する。これに応答して、カウンタ１０２は、赤ガンマテーブル１４に供給される２５６個のディジタル値のシーケンスを生成する。これら２５６クロック周期は、共に当該表示パネルの１行分の駆動時間に対応する。単一パネルディスプレイの場合、パネルの各行は、時間的に瞬間において単一色の電圧により駆動され、表示フレーム期間において全ての行が適正な回数、当該３つの色の各々についての駆動電圧により順次に駆動される。説明したように、赤ガンマテーブル１４は、赤データのガンマ補正テーブル値を記憶する。

また図２を参照すると、赤ガンマテーブル１４は、カウンタ１０２からのディジタル値を、例えば１３ビット（８１９２の可能な値の１つ）の固定分解能を有するガンマ補正赤データ値の列にマップ化する。ガンマ補正赤データ値は、ディジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）１０６に入力される。この変換器は、ＬＣＤ変調器３０の一部である。ＤＡＣ１０６は、ガンマ補正赤データ値の列を、列ドライバ１０８に供給される離散アナログ電圧に変換する（明瞭とするため３つだけが図示されている。実際は、ディスプレイにおける各列につき１つ、約１２８０個の列ドライバ１０８が設けられる）。列ドライバ１０８は、ＤＡＣ１０６からのアナログ電圧をＬＣＤパネルの列に供給する。特定の列に対しては、当該列の所望の赤データ値にカウンタ１０２が達したときに、バス１０７によりスイッチングマトリクス１０９に供給された入力システム２０からの信号は、スイッチ１１０にその列ドライバ１０８から当該列を切り離させる（当該列の所与の行の画素は、キャパシタンス１２８によって表される）。列ドライバ１０８からの供給電圧は、当該所与の行が次の色サブフレームの特定色データによって駆動されるまでキャパシタンス１２８に保持される。他の列（及びキャパシタンス１２９，１３０などにより表される該当の行の画素）は、それらの所定の値に達する時までチャージを継続し、当該時においてはそれらに関連するラインドライバ１０８から接続解除される。

キャパシタンス１２８によって保持されたアナログ電圧は、特定の階調を生成するために選択される。前に示したように、バスライン２２上の入力信号（図１及び図２参照）は、ＣＲＴの輝度−電圧変換特性に基づく（すなわち、これを考慮するよう予め補償される）ことが可能である。入力システム２０は、それら入力信号をディジタル画素ＲＧＢデータに変換する。但し、ＬＣＤ変調器３０の応答特性は、ＣＲＴのものとは大きく異なるものである。ガンマ補正なしでは、ディジタル画素ＲＧＢデータは、ＬＣＤ変調器３０を駆動するのに適さない。全ての階調レベルについて正しい輝度出力を生成するためにディジタル画素ＲＧＢデータをアナログ電圧値に補正することは、赤，緑及び青ガンマテーブル１４，１６及び１８の役目である。これらテーブルは、入力システム２０からのディジタル画素ＲＧＢデータ値を、画面５０上に規定の色及び輝度を生成するＤＡＣ１０６からアナログ電圧を生成するディジタル値に変換する。したがって、ガンマテーブルは、ＬＣＤ変調器３０の非線形光電子応答性を補償して良好に規定されたＲＧＢ輝度及び色特性をつくる。

ガンマテーブルは、単一のステップ処理を用いて作ることができる。先ず、特定のガンマテーブルに、ＬＣＤアナログ電圧が画素データに線形比例することを前提として線形伝達関数から得られるディジタル値がロードされる。そして、ＬＣＤ非線形光電子応答特性（輝度−電圧曲線（Ｂ−Ｖ曲線）と呼ばれることもある）が、線形の赤，緑及び青のディジタルデータ値を用いて赤，緑及び青色の各々についてのＬＣＤのＢ−Ｖ応答特性を測定することによって判定される。全体の応答特性は、冪関数に従うのが良く、すなわちディスプレイは指数則曲線（Ｌ＝Ｖ^２．２のようなもの）に基づいて規定の赤，緑及び青の輝度レベルを出力するのが良く、その実際の関数はＬＣＤ変調器パネル３０に依存するものである。そして、測定されたＢ−Ｖ曲線は反転され、すなわち各々が特定の８ビットデータ値に対応する当該指数則曲線に基づく２５６個の既知の又は所望の輝度レベルに対して、必要とされるアナログ電圧を生成するガンマ補正ルックアップテーブル値が（概して補間法によって）判定され、その後将来の使用のために（メモリ１２などに）記憶される。

しかし、単一パネルＬＣＤプロジェクタの場合、単一ステップ処理は最先端の高品位画像形成には不十分であることが明らかになってきている。実際、ＬＣＤパネルディスプレイにおける理想から外れる潜在的なものは、理想的に計算され又は所望の輝度−データ指数則曲線と当該単一ステップ処理により生成したガンマ補正テーブルにより生成された測定輝度−データ曲線との間に偏差を生じる。このような偏差は、液晶がその配向／ツイストを変えるのに必要な時間が印加されたアナログ電圧に依存するＬＣＤパネルの時間的力学によって生じる。液晶画素にかけられるアナログ電圧は、ガンマテーブルによって決められた電圧だけでなく、前に駆動された色の画素にかけられた電圧にもある程度依存する。単一パネルＬＣＤプロジェクタは、多パネル式ＬＣＤプロジェクタよりも非常に速いレートでスキャンされるので、各色の駆動時間は極めて短かく、輝度応答特性の立ち上がり／立ち下がり時間は、全駆動時間の重要な一部である。したがって、こうした問題は単一パネルＬＣＤプロジェクタにおいては顕著なものであり、表示画像において色の不正確さをもたらす。

本発明によれば、より正確なガンマテーブルを反復形態で得ることができる。初期の線形的に得られる赤，緑及び青のガンマテーブル値は、階調画像（すなわち等しいＲ，Ｇ及びＢデータ値）を生成するために用いられ、その後ディスプレイによって出力される赤，緑及び青の輝度画像が測定され当該ディスプレイの輝度−データ特性を得る。そして、適正な輝度−データ指数則応答特性を生成するよう赤，緑及び青のガンマ補正ルックアップテーブル値の新しいセットが計算される。その後、この新しく計算されたガンマ補正値は、新しい階調画像を生成するために用いられ、赤，緑及び青の輝度−データ特性を判定するように再び測定される。そして、この輝度−データ応答特性のエラーが判定され、所望の指数則応答特性との強い合致性をなす新しい赤，緑及び青のガンマ補正値を計算するために用いられる。画像を生成するために新しく計算されたガンマ補正値を用い、輝度データ応答特性を得るために当該画像を測定し、新しいガンマ補正値を得るためにエラーを用いる処理は、ディスプレイの輝度−データ特性が所望の指数則特性と合致するまで、そしてディスプレイの階調トラッキングが所望の性能レベルに達するまで反復して継続する。

本発明の原理はさらに、改良されたガンマ補正を有する図１に描かれるような単一パネルＬＣＤプロジェクタに対処するものである。改良されたガンマ補正は、反復処理によって生成されたガンマ補正値を記憶する赤，緑及び青のガンマテーブルを用いることによって有利な形で達成される。反復処理には、ＬＣＤパネル変調器を用いて画像を生成するために初期の線形的に得られた赤，緑及び青のガンマデータを用いることが含まれる。そして、ＬＣＤパネル変調器の輝度−データ特性を得るために赤，緑及び青の画像を測定する。その後、適正な指数則応答特性を生成する赤，緑及び青のガンマ補正値を計算する。そして、新しく計算されたガンマ補正値を用いてＬＣＤパネル変調器を用いた新しい画像の生成をなし、かかる画像を再び測定して赤，緑及び青の輝度−データ特性を決定する。輝度−データ応答特性におけるエラーは、その後判定され所望の指数則応答特性によくマッチする新しい赤，緑及び青のガンマ補正値を計算するのに用いられる。ＬＣＤパネル変調器を用いて画像を生成するために新しく計算されたガンマ補正値を用い、輝度−データ応答特性を得るために当該画像を測定し、新しいガンマ補正値を得るよう当該エラーを用いる処理を、ディスプレイの輝度−データ応答特性が所望の指数則特性と合致するまで、またディスプレイの階調トラッキングが所望の性能レベルを満たすまで繰り返す。許容可能な輝度−データ応答特性を生成するガンマ補正値は、後の使用のためにメモリ１２などに記憶される。

ここで詳しく図３を参照すると、図３は、本発明による処理２００であって、ガンマテーブル（図１におけるガンマテーブル１４，１６及び１８のようなもの）のガンマ補正値を判定するものを示している。図示のように、この処理はステップ２０２において開始し、ステップ２０４において線形に得られたガンマ値を赤，緑及び青のガンマテーブルにロードすることによって継続する。そして、ＬＣＤパネル変調器３０（図１参照）の輝度（明るさ）及び色特性がステップ２０６において当該線形な階調画像値を用いて測定される。

輝度（明るさ）及び色特性の測定（色チャネルの各々に対するパネルの輝度−データ応答特性を有効に測定すること）は、ＤＡＣ１０６（図２参照）の特性とともに、ＬＣＤパネル変調器のＢ−Ｖ応答特性を得るために用いられる。この得られたＢ−Ｖ応答特性に基づいて、ガンマ補正値の新しいセットが計算され、ステップ２０８において赤，緑及び青のガンマテーブルにロードされる。したがって、最初は処理２００は、単一ステップ処理と同様である。但し、単一ステップ処理とは異なり、ステップ２０８において計算されたガンマ補正値は、ＬＣＤパネルにおける新しい階調画像を生成するために用いられる。新しい画像の結果として得られる輝度及び色特性は、ステップ２１０において、ステップ２０６の測定と同様に測定される。その後、ステップ２１２においてＬＣＤパネルが許容限界内でガンマ補正されているかどうかについて判定される。主観的に、許容可能な限界値は、洗練された観察者が高品質のＬＣＤパネルにより生成された画像を得るほど十分に正確なＬＣＤパネルのガンマ補正となるように有利にセットされる。客観的には、許容可能な限界値は、３色全てについての当該ディスプレイの測定された輝度−データ応答特性を理想のすなわち所望の指数則輝度−データ応答特性に対して比較するエラー基準を判定することによってセットされる。

かかる判定が、ガンマ補正が許容可能な限界値内にないものである場合、処理２００はステップ２０８に反復して戻り、赤，緑及び青のガンマ補正値を計算しテーブルにロードする。好ましくは、新しい赤，緑及び青ガンマ補正値は、ステップ２１２において得られたエラーに基づいて計算される。すなわち、新しいガンマテーブル値を得るために用いられるアルゴリズムは、ステップ２１０においてなされた測定値と所望の指数則応答特性との間のエラーを用いる。そして、新しく計算されたガンマ補正値は、ＬＣＤパネルを駆動するために用いられ（ステップ２０８）、新しい輝度及び色測定値が形成される（ステップ２１０）。ステップ２１２において、ＬＣＤパネルが許容可能な限界値内でガンマ補正されているかどうかについて新しい判定がなされる。そのように補正されていなければ、処理を繰り返す。一方、ステップ２１２において、ＬＣＤパネル３０が許容可能な限界値内でガンマ補正されていることが判定された場合、処理２００はステップ２１４で停止する。

なお、処理２００は、単一ステップ処理と比較して追加の又は新しい機能を必要としない。但し、ステップ２１２において判定されたエラーに基づいてガンマ補正値を計算する新しいアルゴリズムは有益である。このアルゴリズムは、ガンマ補正される特定のシステムに依存することになるが、所望の結果、利用可能な測定機能、選択される許容基準及びガンマ補正される特定のシステムを考慮に入れた後に適用可能な分野における当業者によって容易に成し遂げられるものである。但し、これ以外の方法を援助するために、本願の譲受人に有益な処理を説明する。

なお、最後のガンマテーブルは、理想化された指数則応答特性の
Ｌｄ（Ｇ）＝（Ｇ／２５５）^γ （１）
を用いて階調レベル（Ｇ）から正規化された輝度（Ｌｄ）への所望の伝達関数を提供するものである。

式１は概念的には正しいが、特に輝度は階調レベル０（黒状態）のときに０にはならない。これは、各Ｒ，Ｇ又はＢチャネルについては有限のコントラスト値となるからである。したがって、実際には、

Ｌｄ（Ｇ）＝Ｌ_０＋Ｌ_１（Ｇ／２５５）^γ （２）
なる式２が用いられる。ここでＬ_０及びＬ_１は、いずれかの色の最小輝度及び輝度ダイナミックレンジをモデル化するために用いられるそれぞれオフセット及び利得係数である。

実際には、測定された輝度応答特性は所望の指数則応答特性からずれる。しかし、上述した反復のガンマテーブル更新処理は、このずれを補償する。先ず、ｇ_０（ｘ）が指定された初期ガンマテーブル値がガンマテーブルにロードされる。ここでの添字０は、反復数を示している。ガンマテーブル値の次のセットはｇ_１（ｘ）であり、以降も同様である。初期のガンマテーブル値は線形でかつ単調なものである。階調レベルＧ（ｘ）の関数としての当該ディスプレイの測定された輝度出力はＬｍ（ｘ）と書かれ、所望の輝度関数はＬｄ（ｘ）と書かれる。

ｇ_０（ｘ）がテーブルにロードされ、少なくとも２５個の０から２５５の範囲の階調レベルＧ（ｘ）（等間隔をおいている）のセットの輝度応答特性Ｌｍ（ｘ）が測定される。例えば、かかる階調レベルは、０，１０，２０，３０，…，２４０，２５０及び２５５をとりうる。これら輝度応答特性は、単一色（赤，緑又は青）についてのものか、又は単一色測定から赤，緑及び青の輝度成分を判定する測定デバイスを用いることができる。各色の最大輝度は、関数Ｌｍ（ｘ）が階調レベルＧ（２５５）において１．０の最大値に達するように正規化される。

図４は、ガンマテーブル曲線ｇ_ｎ（ｘ）とともに、０から２５５の範囲を持つ階調レベルの関数として単一色についての正規化されたＬｍ（ｘ）及び正規化されたＬｄ（ｘ）曲線を示している。図示の４つのステップ（ステップ１からステップ４）は、現在の反復からガンマ曲線を更新して輝度−データ曲線の測定における次の反復が所望の輝度−データ曲線とより正確に合致するようにしたアルゴリズムの処理の概要を示している。所望の指数則に対するガンマテーブル値の結果の「適合性」の推定値は、Ｌｍ（ｘ）をＬｄ（ｘ）と比較することにより得ることができる。理想的には、２つの曲線は重なるのが良いが、前に示唆したように、幾つか又は全ての階調レベルにおいて幾つかのエラーの可能性がある。

ガンマテーブルを更新しこれにより当該適合性を改善するため、図４に示される４つのステップを挙げる。先ず０から２５５の単一の階調レベル（例えばＧ＝１２８）を選択する。Ｌｄが付されたこの階調レベルの所望の正規化された光出力（図４においてステップ１の結果として示される）は、式２の所望の指数則（冪）関数を用いて計算される。

次に、選択された階調レベルＧの現ガンマテーブルから所望の光出力Ｌｄを生成する階調レベルＧｄが、測定された輝度−データ曲線Ｌｍ（ｘ）を用いて逆補間処理により計算される。この逆補間は、測定された輝度が独立変数であり、計算される階調レベルＧｄが従属変数であることを意味する。この補間処理は、Ｇｄを計算するためにＬｍ（ｘ）曲線から値Ｌｄを補間する。これは図４においてステップ２として示される。なお、補間により、計算される階調レベルＧｄは必ずしも整数の値にはならず、好ましくは０から２５５の浮動小数点表示をとる。また、関数Ｌｍ（ｘ）は、正しく機能するために逆補間に対して単調とならなければならない。但し、元のテーブル値ｇ_０（ｘ）が適正に選択されるならば、輝度関数Ｌｍ（ｘ）は単調となる。これは、現ガンマテーブル、数学的にはＬｄ（Ｇ）＝Ｌｍ（Ｇｄ）を用いたときに階調レベルＧに望まれる光出力が階調レベルＧｄにより生成される光に等しいものであることを意味する。例を挙げると、ステップ１でＧ＝１２８が選ばれた場合、階調レベルＧ＝１２８の所望の光出力は、階調レベルＧｄのガンマテーブルエントリによって実際に生成される。この値は、１２８の階調レベル値とは少し異なるが、所望の指数則に対する測定値の適合性におけるエラーによっては、大きかったり小さかったりしうるものである。

次に、計算された階調レベルＧｄに対して、次の反復のガンマテーブル値は、現にロードされているガンマテーブルを用いて得られる。すなわち、図４の上の象限における曲線ｇ_ｎ（ｘ）は、当該現にロードされているガンマテーブルを表す。これは、階調レベルＧｄに対して、Ｖｄとして示された、更新されたガンマテーブルエントリを得るために、現ガンマテーブル電圧値ｇ_ｎ（ｘ）を補間することによって行われる。これは図４におけるステップ３として示される。この補間は極めて簡単である。何故なら、現ガンマテーブルエントリは単調であるので、必要とされる全てが、計算された階調レベルＧｄに最も近いガンマテーブルにおけるエントリを用いて新しいエントリを補間すべきものであるからである。この計算のために、線形補間又は低次の多項式／スプライン補間を用いることができる。

次に、図４のステップ４は、このガンマテーブルエントリにＶｄを割り当て、階調レベルＧについての次の反復のガンマテーブルｇ_ｎ＋１（ｘ）エントリを求める。

要約すると、ステップ１ないし４は、現行のガンマテーブルｇ_ｎ（ｘ）の付与された選択された階調レベルＧに対する更新されるガンマテーブルエントリＶｄ、所望の輝度−データ曲線Ｌｄ（ｘ）、及び現行のガンマテーブルの輝度−データの曲線が表す測定値Ｌｍ（ｘ）をどのように計算できるかを示している。０から２５５まで全ての階調レベルについてステップ１ないし４を繰り返すと、階調レベルの各々についての新しいガンマテーブルエントリが計算され、もって新しいガンマテーブル曲線ｇ_ｎ＋１（ｘ）を生成することができる。この新しいガンマテーブル曲線は、プロジェクタの電子回路にロードされると、所望の輝度−データ曲線に対し前のガンマテーブルよりも正確なマッチングをなすことになる。そして、エラー基準を充足するガンマテーブルを作るよう処理が繰り返される。

ここに記載した実施例及び事例は、本発明及びその実用的適用例を説明し、これにより当業者が本発明を構成し利用することができるようにするために提示されたものである。但し、当業者であれば例示及び例証の目的でのみ上記の説明及び事例が示されていることに気づく筈である。当業者であれば本発明の他の実施例、実施例の変形及び等価な形態、並びに他の態様、目的及び利点が明らかとなる。例えば、上述では３つの主要な光の色を用いて説明しているが、より多くの光の色を用いるシステムにもこの包括的手法を適用することもできる。このように、本発明の原理は、図面、開示内容及び添付の請求項から得られるものである。

本発明の実施例により用いることができる単一パネルＬＣＤプロジェクタを表す図。 図１のプロジェクタのような単一パネルＬＣＤプロジェクタにおける信号の流れを示す図。 本発明による単一パネルＬＣＤプロジェクタのガンマ補正値を判定するために用いられる処理を示す図。 特定のアルゴリズムがガンマ補正値をどのようにして判定するかを示す図。

Claims (20)

1. ガンマ補正値を生成する方法であって、
   （ａ）初期の線形に得られるガンマ値を色の階調レベル画像を生成するために用いるステップと、
   （ｂ）前記階調レベル画像を測定するステップと、
   （ｃ）前記階調レベル画像の輝度−電圧特性を得るステップと、
   （ｄ）前記階調レベル画像の得られた特性から所定の応答特性を生成する新しいガンマ補正値を計算するステップと、
   （ｅ）ステップ（ｄ）において新しく計算されたガンマ補正値を新しい階調レベル画像を生成するために用いるステップと、
   （ｆ）ステップ（ｅ）において生成された階調レベル画像を測定するステップと、
   （ｈ）ステップ（ｆ）の測定値から前記階調レベル画像の輝度−データ特性を得るステップと、
   を有し、
   （ｉ）前記ガンマ補正値が所定の特性と合致する輝度−データ特性を生成するまでステップ（ｄ）ないし（ｈ）を繰り返す、
   方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、ステップ（ｉ）は、画像の階調トラッキングが所定の性能レベルに合致するまでステップ（ｄ）ないし（ｈ）を繰り返すことをさらに含む、方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、ステップ（ｄ）は、新しいガンマ補正値を計算するために当該輝度−データ特性のエラーを用いることを含む、方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、前記色は原色である、方法。
5. ＬＣＤディスプレイをガンマ補正する方法であって、
   （ａ）初期の線形に得られた赤，緑及び青のガンマ値を赤，緑及び青のガンマテーブルに記憶するステップと、
   （ｂ）前記初期の線形に得られた赤，緑及び青のガンマ値を用いてＬＣＤパネルを用いた赤，緑及び青の階調画像を生成するステップと、
   （ｃ）ステップ（ｂ）において生成された赤，緑及び青の階調画像を測定するステップと、
   （ｄ）前記ＬＣＤパネルの輝度−電圧特性を得るステップと、
   （ｅ）前記ＬＣＤパネルの得られた特性を用いて所定の指数則応答特性を生成する赤，緑及び青のガンマ補正値を計算するステップと、
   （ｆ）ステップ（ｅ）において計算された赤，緑及び青のガンマ補正値を赤，緑及び青のガンマテーブルに記憶するステップと、
   （ｇ）ステップ（ｆ）において記憶された赤，緑及び青のガンマ補正値を有する赤，緑及び青のガンマテーブルを用いて前記ＬＣＤパネルにおける新しい赤，緑及び青の階調画像を生成するステップと、
   （ｈ）ステップ（ｇ）において生成された赤，緑及び青の階調画像を測定するステップと、
   （ｉ）ステップ（ｈ）においてなされた測定から前記ＬＣＤパネルの輝度−データ特性を得るステップと、
   （ｊ）所定の指数則特性に合致するＬＣＤパネル輝度−データ特性を生成する最終的ガンマ補正値が得られるまでステップ（ｅ）ないし（ｉ）を繰り返すステップと、
   後の使用のために前記最終的ガンマ補正値を記憶するステップと、
   を有する方法。
6. 請求項５に記載の方法であって、ステップ（ｊ）は、前記ＬＣＤパネルの階調トラッキングが所定の性能レベルに合致するまでステップ（ｅ）ないし（ｉ）を繰り返すことをさらに含む、方法。
7. 請求項５に記載の方法であって、ステップ（ｅ）は、新しい赤，緑及び青のガンマ補正値を計算するために前記ＬＣＤパネルの輝度−データ特性のエラーを用いることを含む、方法。
8. 各々が画素データを該当色のガンマ補正データに変換する少なくとも３つの色ガンマテーブルのセットと、
   前記少なくとも３つの色ガンマテーブルからのガンマ補正データに応じて入力光ビームを選択的に変調するＬＣＤパネル変調器と、
   少なくとも３つの色光ビームを前記ＬＣＤパネル変調器に選択的に照射する光源と、
   前記少なくとも３つの色ガンマテーブルの各々につき色ディジタル画素データを生成する入力システムと、
   前記ＬＣＤパネル変調器からの変調入力光ビームから画面上に画像を生成する画像形成システムと、
   を有するプロジェクタであって、
   前記少なくとも３つの色ガンマテーブルの各々におけるガンマ補正データは、
   （ａ）初期の線形に得られた色ガンマ値を用いて階調画像を生成するステップと、
   （ｂ）当該生成された階調画像を測定するステップと、
   （ｃ）当該生成された階調画像の輝度−電圧特性を得るステップと、
   （ｄ）当該生成された階調画像の得られた特性から所定の応答特性を生成する新しいガンマ補正値を計算するステップと、
   （ｅ）ステップ（ｄ）における当該新しく計算されたガンマ補正値を用いて新しい階調画像を生成するステップと、
   （ｆ）ステップ（ｅ）において生成された階調画像を測定するステップと、
   （ｈ）ステップ（ｆ）の測定から輝度特性を得るステップと、
   （ｉ）前記ガンマ補正値が所定の特性に合致する輝度−データ特性を生成するまでステップ（ｄ）ないし（ｈ）を繰り返すステップと、
   （ｊ）前記少なくとも３つの色の各々のガンマ補正値をその該当のガンマテーブルに記憶するステップと、
   によって規定される、
   プロジェクタ。
9. 請求項８に記載のプロジェクタであって、ステップ（ｉ）は、前記ガンマ補正値が所定の性能レベルに合致する階調トラッキングをなすまでステップ（ｄ）ないし（ｈ）を繰り返すことをさらに含む、プロジェクタ。
10. 請求項８に記載のプロジェクタであって、ステップ（ｄ）は、新しいガンマ補正値を計算するために前記輝度−データ特性のエラーを用いることを含む、プロジェクタ。
11. 請求項８に記載のプロジェクタであって、前記少なくとも３つのガンマテーブルは、赤，緑及び青である、プロジェクタ。
12. 請求項８に記載のプロジェクタであって、前記所定の応答特性は、指数則応答特性である、プロジェクタ。
13. 請求項８に記載のプロジェクタであって、前記光源を制御するコントローラを有するプロジェクタ。
14. 請求項８に記載のプロジェクタであって、入力データ信号からディジタル画素データを生成する入力システムをさらに含む、プロジェクタ。
15. 請求項１４に記載のプロジェクタであって、前記入力データ信号は、テレビジョン信号である、プロジェクタ。
16. 請求項１４に記載のプロジェクタであって、前記入力データ信号は、コンピュータからのものである、プロジェクタ。
17. 請求項８に記載のプロジェクタであって、前記ＬＣＤパネル変調器は、ディジタル−アナログ変換器を含む、プロジェクタ。
18. 請求項１７に記載のプロジェクタであって、前記ＬＣＤパネル変調器は、アナログ情報でラインを駆動するバライバをさらに含む、プロジェクタ。
19. 請求項１８に記載のプロジェクタであって、前記ＬＣＤパネル変調器は、スイッチマトリクスをさらに含む、プロジェクタ。
20. 請求項１７に記載のプロジェクタであって、前記画像形成システムは、光を画面に投射する光学システムを含む、プロジェクタ。

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