JP2007322866A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源の光量変化をセンシングし、光量を補正する画像表示装置を提供する。
【解決手段】本発明の画像表示装置１は、表示画像情報画像変換回路１０１と、画像を表示させるタイミング情報を生成するタイミング生成回路１０２と、独立した異なる波長の光を照射する光源部１４０と、タイミング情報に基づき光源部の照射を制御する光源駆動回路１０９と、光源部からの光を反射する空間変調素子１１３と、表示画像データとタイミング情報とに基づき空間変調素子における光の反射角度を制御する空間変調素子駆動回路１０８と、空間変調素子で反射された光を電流量に変換する光電変換部１４２と、表示画像データから特定の領域を抽出して特定領域抽出画像を生成する領域抽出回路１０４と、特定領域抽出画像と電流量とに基づき輝度補正情報を生成する画像比較部１４３とを備え、光源駆動回路１０９は輝度補正情報１２３に基づき光源部１４０の制御量を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源の光量の変化を検出してホワイトバランスを補正する画像表示装置に関する。

従来の画像表示装置として、ハロゲンランプのような白色光源と空間変調素子とを用いるシステムがある。このシステムでは、白色光源をカラーフィルタによって、赤・緑・青の３原色もしくは３色以上の光に分離して、空間変調素子に照射する。そして、入力映像に従って空間変調素子に形成された映像をスクリーン上に投射することにより、映像を表示する。
しかし、上記システムの白色光源の代わりに、異なる波長の光を発光する複数の素子で構成される光源を用いた場合には、経年劣化、経時変化、および温度特性が素子毎に異なるため、リアルタイムにホワイトバランスを一定に補正する必要がある。
そこで、そのような技術として、空間変調素子によってスクリーンと異なる方向に照射された光を画像センサ（例えば、ＣＣＤ）で画像情報として取得し、この画像情報からホワイトバランスを求める技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１２３８４１号公報（第１２頁、第１図）、（平成１７年５月１２日公開）

しかしながら、上記従来の装置では、以下に示すような問題点を有している。
すなわち、特許文献１に開示された画像表示装置で使用される画像センサは、高価なデバイスであり、コストを考慮すると通常の画像表示装置で採用することは困難である。
そこで、本発明は、上記課題を解決するもので、より安価な構成で、ホワイトバランスを容易に精度よく補正する画像表示装置を提供することを目的とする。

第１の発明に係る画像表示装置は、画像変換回路と、タイミング生成回路と、光源部と、光源駆動回路と、空間変調素子と、空間変調素子駆動回路と、光電変換部と、領域抽出回路と、画像比較部とを備える。画像変換回路は、表示画像を指定する表示画像情報を表示画像データに変換して出力する。タイミング生成回路は、表示画像データに基づいて画像を表示させるタイミング情報を生成する。光源部は、独立した異なる波長の光をそれぞれ照射する。光源駆動回路は、タイミング情報に基づいて光源部の照射を制御する。空間変調素子は、光源部から照射された光を反射する。空間変調素子駆動回路は、表示画像データとタイミング情報とに基づいて、空間変調素子における光の反射角度を制御する。光電変換部は、空間変調素子において反射された光を電流量に変換する。領域抽出回路は、表示画像データから特定の領域を抽出して特定領域抽出画像を生成する。画像比較部は、特定領域抽出画像と電流量とに基づいて輝度補正情報を生成する。また、光源駆動回路は、輝度補正情報に基づいて光源部の制御量を補正する。
ここでは、空間変調素子によって反射された光を用いて、ホワイトバランスを補正する、例えば、ホワイトバランスを一定に保つように補正する画像表示装置を示す。
従来、空間変調素子によって反射された光を画像センサを用いて検知し、この画像情報からホワイトバランスの補正値を求めていた。しかし、このような補正方法では、
常に高価なデバイスである画像センサを必要とするため、画像表示装置のコストが増大するという問題があった。

そこで、本発明では、ホワイトバランスがばらついている場合の光源の光量の変化に着目し、ホワイトバランスを補正するための輝度補正情報を、装置の内部回路において求める。すなわち、空間変調素子により反射された光源部からの光の電流量と、表示画像データから抽出された特定の領域の抽出画像とをパラメータとして輝度補正情報を求めるように各回路を動作させる。
これにより、高価なセンサを用いず、かつ既存の構成を利用しつつ、輝度補正情報を求めることができる。
従って、より安価な構成で、ホワイトバランスを容易に精度よく補正する画像表示装置を提供できる。
第２の発明に係る画像表示装置は、第１の発明に係る画像表示装置であって、光源部は、複数の単色光源と、光合成系光学ユニットと、入射系光学ユニットとを有する。光合成系光学ユニットは、単色光源がそれぞれ照射する光を合成する。入射系光学ユニットは、合成された光を空間変調素子に入射させる。
ここでは、光源部の構成について示す。
光源部では、高品質な画像形成のために異なる波長の光を独立して制御できることが好ましい。

そこで、本発明では、光源部に複数の単色光源を設けて、光合成系光学ユニットで各単色光源からの光を合成し、さらに、入射系光学ユニットで空間変調素子に入射させるための反射光に変換させて、所望の表示画像に対応する光とする。
これにより、光源部を容易に制御でき、かつ高品質な画像形成が可能な画像表示装置を提供できる。
第３の発明に係る画像表示装置は、第１または第２の発明に係る画像表示装置であって、画像比較部は、ポジ・ネガ変換回路と、平均輝度算出回路と、センシング回路と、比較回路とを有する。ポジ・ネガ変換回路は、特定領域抽出画像をポジ・ネガ変換し、抽出ネガ画像として出力する。平均輝度算出回路は、抽出ネガ画像から１画素あたりの平均輝度値を算出し、第一の輝度情報として出力する。センシング回路は、光電変換部から出力される電流量を変換し、第二の輝度情報として出力する。比較回路は、第一の輝度情報と第二の輝度情報とを比較し、比較した結果に基づいて輝度補正情報を生成する。
ここでは、画像比較部の構成について示す。
各単色光源の光量は、光源駆動回路からの制御量に基づいて制御することができる。同じ制御量で各光源を制御した場合であっても、各光源の経時変化、経年変化等によりその光量は変化するが、制御量を大きくすると光量が大きくなり、制御量を小さくすると光量が小さくなるという単色光源自体の特性は変わらない。つまり、光量の変化を検出し、光量が大きくなれば小さくなるように、また光量が小さくなれば大きくなるように、輝度補正情報に基づいて制御量を調整できれば、容易にホワイトバランスを一定にすることができる。そのため、輝度補正情報を生成することが重要となる。

そこで、本発明では、特定領域抽出画像を基にした第一の輝度情報と、光電変換部から出力される電流量を基にした第二の輝度情報とを比較して、その結果に基づいて輝度補正情報を生成する。
これにより、輝度補正情報を容易に得ることができる。
従って、ホワイトバランスを容易に精度よく補正する画像表示装置を提供できる。
第４の発明に係る画像表示装置は、第３の発明に係る画像表示装置であって、センシング回路は、電流／電圧変換回路と、Ａ／Ｄ変換回路と、ディジタル積分回路と、輝度変換回路とを含む。電流／電圧変換回路は、電流量を電圧量に変換する。Ａ／Ｄ変換回路は、電圧量をＡ／Ｄ変換してディジタル電圧情報に変換する。ディジタル積分回路は、ディジタル電圧情報を積分演算して積分情報を出力する。輝度変換回路は、積分情報を輝度に変換して輝度情報を出力する。さらに、タイミング生成回路は、タイミング情報としてディジタル電圧情報をサンプリングするためのサンプリング信号と、ディジタル積分回路が積分した値を積分情報として出力するためのロード信号とを生成する。電流／電圧変換回路は、サンプリング信号に同期して、電流量を電圧量に変換する。Ａ／Ｄ変換回路は、電圧量をディジタル電圧情報に変換する。ディジタル積分回路は、ロード信号に同期して、ディジタル電圧情報を積分して積分情報を出力する。輝度変換回路は、積分情報を第二の輝度情報に変換する。

ここでは、センシング回路の構成について示す。
光電変換部からセンシング回路に入力される電流には、光源部からの光による電流が時分割で混在している。また、光源部における光量の変化によって電流の振幅が変化したり、画像データの輝度によって電流値が０でない時間幅が変化したりする。このように、センシング回路に入力される電流は、様々なパラメータを含んでいるため、第二の輝度情報を直接求めることが困難である。
そこで、本発明のセンシング回路では、電流量が電圧量に変換された後、Ａ／Ｄ変換回路により電圧量はまずディジタル情報に変換される。これを積分した情報を基にして第二の輝度情報が得られる。また、センシング回路において、これらの動作を各回路が行うタイミングを制御するための情報も生成される。
これにより、光源からの光を各色に分離して第二の輝度情報を容易に得ることができる
従って、輝度補正情報を精度よく得られる画像表示装置を提供できる。
第５の発明に係る画像表示装置は、第３の発明に係る画像表示装置であって、センシング回路は、電流／電圧変換回路と、アナログ積分回路と、Ａ／Ｄ変換回路と、輝度変換回路とを含む。電流／電圧変換回路は、電流量を電圧量に変換する。アナログ積分回路は、電圧量を積分し積分量として出力する。Ａ／Ｄ変換回路は、積分量をＡ／Ｄ変換してディジタル積分情報として出力する。輝度変換回路は、ディジタル積分情報を輝度に変換して輝度情報を出力する。さらに、タイミング生成回路は、タイミング情報としてアナログ積分回路の積分区間を示すゲート信号と、Ａ／Ｄ変換回路がディジタル積分情報を出力するタイミングを示すロード信号とを生成する。アナログ積分回路は、ゲート信号で示す積分区間に電圧量を積分する。Ａ／Ｄ変換回路は、ロード信号に同期して、ディジタル積分情報を出力する。輝度変換回路は、ディジタル積分情報を第二の輝度情報に変換する。

ここでは、センシング回路の他の構成について示す。
本発明のセンシング回路では、電流量が電圧量に変換された後、アナログ積分回路により電圧量はまず積分される。そして、その積分量がディジタル情報に変換される。これの情報を基にして第二の輝度情報が得られる。また、センシング回路において、これらの動作を各回路が行うタイミングを制御するための情報も生成される。
これによっても、光源からの光を各色に分離して第二の輝度情報を容易に得ることができる
従って、輝度補正情報を精度よく得られる画像表示装置を提供できる。
第６の発明に係る画像表示装置は、第３の発明に係る画像表示装置であって、比較回路は、第二の輝度情報が示す輝度値と第一の輝度情報が示す輝度値との比が一定になるように輝度補正情報を出力する。
ここでは、比較回路が出力する輝度補正情報について示す。
これにより、比較回路での計算が容易になり、単色光源の経時、経年、及び温度による光量変化を補正することができる。
従って、ホワイトバランスを精度よく補正する画像表示装置を提供できる。

第７の発明に係る画像表示装置は、第６の発明に係る画像表示装置であって、比較回路は、第二の輝度情報が示す輝度値と第一の輝度情報が示す輝度値との比が１となるようにセンシング回路を初期化し、単色光源毎に第二の輝度情報が示す輝度値と第一の輝度情報が示す輝度値とが等しくなるように、輝度補正情報を出力する。
ここでは、比較回路が出力する輝度補正情報について示す。
これにより、比較回路において第一の輝度情報と第二の輝度情報とを比較する際に、単純に大小比較をするのみでよくなるため、輝度補正情報の算出が容易になる。
従って、ホワイトバランスを精度よく補正する画像表示装置を提供できる。
第８の発明に係る画像表示装置は、第３の発明に係る画像表示装置であって、比較回路は、単色光源毎に第二の輝度情報が示す輝度値を第一の輝度情報が示す輝度値で割った値を正規化輝度情報とし、単色光源毎の正規化輝度情報の比が一定になるように、輝度補正情報を出力する。
ここでは、比較回路が出力する輝度補正情報について示す。
これにより、個々の単色光源について正規化輝度情報を用いて光量変化を補正することができる。

従って、ホワイトバランスを精度よく補正する画像表示装置を提供できる。
第９の発明に係る画像表示装置は、第８の発明に係る画像表示装置であって、比較回路は、正規化輝度情報の値が最小である単色光源以外の光源を補正するように、輝度補正情報を出力する。
各単色光源の光量は、光源駆動回路からの制御量に基づいて制御することができるが、ある一定以上の制御量になると制御が困難になる許容量が存在する。すなわち、本装置では、ホワイトバランスが一定となるようにフィードバック制御がなされるため、光量が大きい単色光源（例えば、赤）に合わせて、他の単色光源の補正量を大きくすると許容量を超えてしまい、光源部全体の制御が困難になる可能性がある。
そこで、光量、すなわち正規化輝度情報が最小である単色光源に合わせて、他の単色光源を補正する。
これにより、各単色光源について光量変化を精度よく補正することができる。
従って、ホワイトバランスをさらに精度よく補正する画像表示装置を提供できる。
第１０の発明に係る画像表示装置は、第１から９のいずれか１つの発明に係る画像表示装置であって、空間変調素子により反射された光に基づいて表示画像を表示する画像表示部をさらに備える。また、画像表示部は、投射系光学ユニットと、投射された画像を表示する画像表示ユニットとを有する。投射系光学ユニットは、画像を投射する。画像表示ユニットは、投射された画像を表示する。

ここでは、画像表示部の構成について示す。
これにより、画像情報を元に所望の画像を表示することが可能になる。
従って、ホワイトバランスの補正がなされた画像を容易に表示可能な画像表示装置を提供できる。
第１１の発明に係る画像表示装置は、第１から１０のいずれか１つの発明に係る画像表示装置であって、光電変換部は、抽出系光学ユニットと、光電変換素子とを有する。抽出系光学ユニットは、空間変調素子から反射された光あるいは光の一部を抽出する。抽出された光を電流量に変換する。
ここでは、光電変換部の構成について示す。
これにより、光を電気信号に変換可能になり、光源の補正情報の算出が容易になる。
従って、ホワイトバランスを精度よく補正する画像表示装置を提供できる。
第１２の発明に係る画像表示装置は、第１から１１のいずれか１つの発明に係る画像表示装置であって、単色光源は、カラーＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）光源またはカラーレーザ光源である。
これにより、カラー画像を容易に精度よく形成することが可能になる。

従って、精度のよい画像を得られる画像表示装置を提供できる。

本発明の画像表示装置によれば、コストの増大を招くことなく、容易に精度良くホワイトバランスを補正することができる。

本発明の一実施形態に係る画像表示装置１について、図１〜図４を用いて説明すれば以下の通りである。
［画像表示装置１全体の構成］
画像表示装置１は、図１に示すように、光源部１４０と、画像表示部１４１と、光電変換部１４２と、画像比較部１４３と、画像変換回路１０１と、タイミング生成回路１０２と、領域抽出回路１０４と、空間変調素子駆動回路１０８と、光源駆動回路１０９と、空間変調素子１１３とを備えている。
画像変換回路１０１は、外部から画像表示装置１に入力される表示画像情報１１８を受信し、画像表示装置１で表示する形式に変換し、表示画像データ１１９として出力する。本実施の形態の表示画像データ１１９は、縦１０８０画素、横１９２０画素で、１画素の各色（赤・緑・青）が０から２５５の２５６階調で示されるものとする。また、リフレッシュレートを６０Ｈｚとする。
光源部１４０は、画像を表示するための光を照射する。光源部１４０の構成については後段でさらに述べる。
タイミング生成回路１０２は、表示画像データ１１９を画像として表示させるために必要なタイミング情報１２０を生成する。

光源駆動回路１０９は、タイミング情報１２０に基づいて光源部１４０の照射を制御する。
空間変調素子１１３は、表示画像データ１１９の各画素にそれぞれ対応する素子を有する。各素子は、光源部１４０から照射されて空間変調素子１１３に入射光１２５を反射する。
空間変調素子駆動回路１０８は、表示画像データ１１９とタイミング情報１２０とに基づいて、空間変調素子１１３の反射角度を制御する。
画像表示部１４１は、空間変調素子１１３により入射光１２５を第一の角度で反射して得られる第一の反射光１２６を、画像として表示する。画像表示部１４１は、図１に示すように、投射系光学ユニット１１４と、画像表示ユニット１１５とを有する。
投射系光学ユニット１１４は、第一の反射光１２６を画像表示ユニット１１５に投射する。画像表示ユニット１１５は、第一の反射光１２６によって形成される画像を表示する。
光電変換部１４２は、空間変調素子１１３により入射光１２５を第二の角度で反射して得られる第二の反射光１２７あるいはその一部を電流量１２８に変換する。光電変換部１４２の構成については後段でさらに述べる。

領域抽出回路１０４は、表示画像データ１１９から特定の領域を抽出して、特定領域抽出画像１２１を生成する。
画像比較部１４３は、電流量１２８と特定領域抽出画像１２１とに基づいて、光源部１４０の制御量を補正する輝度補正情報１２３を出力する。画像比較部１４３の構成については後段でさらに述べる。
（光源部１４０の構成）
光源部１４０は、図１に示すように、複数の単色光源１１０と、光合成系光学ユニット１１１と、入射系光学ユニット１１２とを有する。
単色光源１１０は、それぞれ独立して異なる波長の光を任意のタイミングで発光する単色光源である。ここでは、単色光源１１０として、赤・緑・青で発光する３つのＬＥＤを用いる。
光合成系光学ユニット１１１は、単色光源１１０を一つの光源に合成して合成光１２４を生成する。ここでは、光合成系光学ユニット１１１として、ダイクロイックプリズムを用いる。
入射系光学ユニット１１２は、合成光１２４を、空間変調素子１１３に入射する入射光１２５に光学変換する。

（光電変換部１４２の構成）
光電変換部１４２は、図１に示すように、抽出系光学ユニット１１６と、フォトディテクタ１１７とを有する。
抽出系光学ユニット１１６は、第二の反射光１２７で形成される画像から特定領域抽出画像１２１と同じ領域を抽出して、フォトディテクタ１１７に照射する。
フォトディテクタ１１７は、光の強さを電流量に変換する。
図２に、第二の反射光１２７、抽出系光学ユニット１１６、及びフォトディテクタ１１７の関係を示す。
抽出系光学ユニット１１６は、その抽出領域が、領域抽出回路１０４による抽出領域と同じ領域となるように構成される。ここでは、表示画像データ１１９の中心に位置する縦４００画素、横６００画素の部分を抽出領域とする。抽出領域は、表示画像データ１１９と同じ、もしくはそれよりも小さい領域であればよい。さらに、抽出系光学ユニット１１６は、第二の反射光１２７中の特定領域抽出画像１２１に対応する領域をフォトディテクタ１１７に照射するように構成される。
（画像比較部１４３の構成）
画像比較部１４３は、図１に示すように、ポジ・ネガ変換回路１３０と、平均輝度算出回路１０５と、比較回路１０７と、センシング回路１０３とを有する。

ポジ・ネガ変換回路１３０は、特定領域抽出画像１２１をポジ・ネガ変換し、抽出ネガ画像１３１を生成する。
平均輝度算出回路１０５は、抽出ネガ画像１３１から１画素あたりの平均輝度値を算出し、第一の輝度情報１２２として出力する。
センシング回路１０３は、電流量１２８を輝度情報に変換し、第二の輝度情報１２９として出力する。
比較回路１０７は、第一の輝度情報１２２と第二の輝度情報１２９とを比較して輝度補正情報１２３を生成する。
［画像表示装置１の動作］
以下に、単色光源１１０の光量をセンシングし、光量を補正する手順を示す。
表示画像情報１１８が画像変換回路１０１に入力されると、画像変換回路１０１は表示画像情報１１８に対してガンマ補正等の画像処理を行う。そして、画像変換回路１０１は、空間変調素子駆動回路１０８、タイミング生成回路１０２、および領域抽出回路１０４に表示画像データ１１９を出力する。
領域抽出回路１０４は、図２に示すように、表示画像データ１１９の中心に位置する縦４００画素、横６００画素の画像を抽出し、特定領域抽出画像１２１として出力する。なお、特定領域抽出画像１２１の各画素の座標を（ｘ，ｙ）で示し、各座標の赤の輝度をＲ（ｘ，ｙ）、緑の輝度をＧ（ｘ，ｙ）、青の輝度をＢ（ｘ，ｙ）とする。

ポジ・ネガ変換回路１３０は、特定領域抽出画像１２１の各画素を（数１）を用いて変換し、抽出ネガ画像１３１を作成する。なお、抽出ネガ画像１３１において、各画素の座標を（ｘ，ｙ）で示し、各座標の赤の輝度をＲ＿ｎ（ｘ，ｙ）、緑の輝度をＧ＿ｎ（ｘ，ｙ）、青の輝度をＢ＿ｎ（ｘ，ｙ）とする。

平均輝度算出回路１０５は、抽出ネガ画像１３１の平均輝度を（数２）を用いて計算する。

ここで、Ｒ＿ａｖｅは、抽出ネガ画像１３１中の赤の平均輝度を示す。同様にＧ＿ａｖｅは緑の平均輝度を示し、Ｂ＿ａｖｅは青の平均輝度を示す。平均輝度算出回路１０５は、第一の輝度情報１２２としてこれらの結果を出力する。
次に、タイミング生成回路１０２は、表示画像データ１１９から光源駆動回路１０９の駆動タイミングと空間変調素子駆動回路１０８の制御タイミングとを決定する、タイミング情報１２０を生成する。このタイミング情報１２０は、センシング回路１０３及び比較回路１０７の制御タイミング情報としても利用される。
本実施形態において画像表示装置１は、単一の空間変調素子１１３を利用するシステムであり、空間変調素子１１３が、光源部１４０から時分割で入射される入射光１２５を第一の反射光１２６として反射することで、画像表示部１４１によりカラー画像が表示される。このような時分割で光源を切り替える方式においては、光源の切り替え間隔が長い場合、三原色の時間的なずれによって虹のような模様が生じてしまう、いわゆるカラーブレイクアップ現象が発生する。そこで、カラーブレイクアップを低減するために、光源部１４０は、１フレーム内に６回（赤・緑・青の３色を１回ずつ切り替えることを１回として計数する）切り替えタイミングを有する設計とする。つまり、３６０Ｈｚで赤・緑・青が１回ずつ発光する。図３に、３６０Ｈｚの１周期期間にタイミング生成回路１０２が出力するタイミング情報１２０を示す。

空間変調素子１１３は、入射光１２５を第一の角度で画像表示部１４１側に反射させる時間を制御することで、画像表示部１４１に表示される画像の輝度を制御するタイミング（以下、空間変調素子駆動イネーブルと称す）と、各色を切り換える際に、入射光１２５を第二の角度で光電変換部１４２側に常時反射させるタイミング（以下、スポークタイミングと称す）とを有する。
図３において、信号３０１は、空間変調素子駆動イネーブルで電気的にＨｉｇｈレベルとなり、スポークタイミングで電気的にＬｏｗレベルとなる信号である。ここで、信号３０１は、センシング回路１０３ではゲート信号としても利用されるため、以下、ゲート信号３０１と称す。信号３０２は、センシング回路１０３にて、ディジタル的に積分を行うタイミングとして利用されるサンプリング信号である。サンプリング信号３０２は、ＰＷＭ変調された２５６階調の光をセンシングするため、ゲート信号３０１における１つのＨｉｇｈレベル区間を２５６分割できる以上のサンプリング速度が必要である。本実施の形態では、サンプリング信号３０２は、２μｓに設定する。次に、信号３０３、信号３０４、及び信号３０５は、赤・緑・青の各光源を発光させるタイミングを示す信号であり、それぞれのＨｉｇｈレベル区間のパルス幅は、ゲート信号３０１の空間変調素子駆動イネーブルのパルス幅よりも大きい。信号３０３は、赤を発光させるタイミングを示し、赤＿タイミング信号３０３と称す。同様に、信号３０４は緑＿タイミング信号３０４、信号３０５は青＿タイミング信号３０５と称す。信号３０６は、センシング回路１０３によりセンシングして取得された情報を、第二の輝度情報１２９として出力するタイミングを示すロード信号である。

以上、タイミング生成回路１０２は、上記の各信号をタイミング情報１２０として出力する。
光源駆動回路１０９は、赤＿タイミング信号３０３、緑＿タイミング信号３０４、及び青＿タイミング信号３０５のＨｉｇｈレベル区間において、各タイミング信号の色に応じた単色光源１１０を発光させる。ここで、各単色光源１１０の光量は、白画像を画像表示ユニット１１５に表示した時にホワイトバランスが取れる光量とする。また、白画像は、最大の輝度となる画像を表示する。つまり、各色の階調が０から２５５で示されるとすると、各色の階調が２５５の時の画像を表示して、ホワイトバランスが取れる光量とする。この場合の光量は、単色光源１１０に流す電流によって制御される。
各単色光源１１０からの照射光は、ダイクロイックプリズム１１１によって、同一光軸に合成され、合成光１２４となる。入射系光学ユニット１１２は、合成光１２４を入射光１２５に変換し、空間変調素子１１３に入射させる。
空間変調素子駆動回路１０８は、入力されたタイミング情報１２０及び表示画像データ１１９に基づいて、空間変調素子１１３の各素子反射角度を制御する。素子の反射角度の制御は、ゲート信号３０１のＨｉｇｈレベル区間で行われる。各素子が、入射光１２５を第一の反射光１２６として画像表示部１４１側へ反射させるか、第二の反射光１２７として光電変換部１４２側へ反射させるかは、表示画像データ１１９の輝度情報をＰＷＭ変調したタイミングに基づいて制御される。例えば、輝度が１０の場合、入射光１２５は、ゲート信号３０１の立ち上がり区間において画像表示部１４１側に反射される。そして、ゲート信号３０１のＨｉｇｈレベル区間における１０／２５５の間、画像表示部１４１側に入射光１２５を反射し続けた後、光電変換部１４２側に入射光１２５を反射させる。

一方、輝度が０の場合、各素子は、常に入射光１２５を光電変換部１４２側に反射する。輝度が２５５の場合は、ゲート信号３０１のＨｉｇｈレベル区間において常に入射光１２５を画像表示部１４１側に反射する。ここで、輝度情報には赤・緑・青の３色があり、制御対象となる色については、赤＿タイミング信号３０３、緑＿タイミング信号３０４、及び青＿タイミング信号３０５に基づいて判断する。これにより、第一の反射光１２６から、表示画像データ１１９に対応したカラー画像を形成する。そして、第一の反射光１２６に基づいて形成されたカラー画像は、投射系光学ユニット１１４を介して画像表示ユニット１１５に表示される。
一方、各素子により光電変換部１４２側に反射された入射光１２５の第二の反射光１２７により、表示画像データ１１９に対して輝度値が反転したネガ画像が形成される。そして、抽出系光学ユニット１１６は、第二の反射光１２７から特定領域抽出画像１２１と同じ領域をフォトディテクタ１１７に照射する。フォトディテクタ１１７は、取得した光を電流量１２８に変換して出力する。
センシング回路１０３は、入力された電流量１２８を第二の輝度情報１２９に変換して出力する。以下、その動作について説明する。

図４に、電流値１２８をディジタル的に積分して、第二の輝度情報１２９を算出するセンシング回路１０３の内部構成を示す。
電流／電圧変換回路４０１は、入力された電流量１２８を電圧量４０４に変換する。
Ａ／Ｄ変換回路４０２は、サンプリング信号３０２のタイミングで電圧量４０４のサンプリングを行い、ディジタル電圧情報４０５として出力する。
ディジタル積分回路４０３は、内部カウンタを有しており、ゲート信号３０１の立ち上がりエッジで、内部カウンタをリセットする。そして、サンプリング信号３０２のサンプリングタイミングの立ち上がり時に、ディジタル電圧情報４０５を内部カウンタに加算していく。
ディジタル積分回路４０３は、ロード信号３０６の立ち上がり時に、内部カウンタの値を積分情報４０７として出力する。
輝度変換回路４０６は、積分情報４０７を第二の輝度情報１２９に変換し、出力する。なお、輝度変換回路４０６は、予め輝度値が既知である表示画像情報１１８に対する積分情報４０７を求めて、変換テーブルを作成しておく。
ここで、赤・緑・青の第二の輝度情報１２９を、Ｒ＿ｂ，Ｇ＿ｂ，Ｂ＿ｂとする。

次に、比較回路１０７は、タイミング情報１２０、第二の輝度情報１２９、及び第一の輝度情報１２２から輝度補正情報１２３を算出する。
比較回路１０７は、各単色光源１１０の光量が一定となるように補正するための輝度補正情報１２３を出力する。また、比較回路１０７は、スクリーン１１５上のホワイトバランスが一定になるように補正するための輝度補正情報１２３を出力する。
ここで、輝度変換回路４０６もしくは輝度変換回路５０６が変換テーブルを有し、各単色光源１１０の光量が一定になるように、輝度補正情報１２３を計算、出力する方法を示す。
比較回路１０７は、ロード信号３０６の立ち上がり時に、第二の輝度情報１２９と第一の輝度情報１２２とを取得する。比較回路１０７は、（数３）を用いて輝度補正情報１２３を計算する。

ここで、Ｒ＿ｃ，Ｇ＿ｃ，Ｂ＿ｃは、赤・緑・青それぞれの輝度補正情報１２３を示す。そして、比較回路１０７は、輝度補正情報１２３を出力する。
光源駆動回路１０９は、輝度補正情報１２３に基づいて、（数３）に示したＲ＿ｃ，Ｇ＿ｃ，Ｂ＿ｃの値が０となるように、単色光源１１０の駆動電流量を調整する。
以上、平均輝度算出回路１０５で計算した第一の輝度情報１２２と、抽出系光学ユニット１１６を介してフォトディテクタ１１７に照射された光の強度をセンシングして出力された第二の輝度情報１２９とを、比較回路１０７で比較し、第一の輝度情報１２２と第二の輝度情報１２９との値が一致するように光源駆動回路１０９を制御することにより、単色光源１１０の光量が一定になるように制御する実施形態を示した。これにより、単色光源１１０の経時、経年、及び温度による光量変化を補正することができる。
［画像表示装置１の特徴］
（１）
本実施形態の画像表示装置１は、表示画像を指定する表示画像情報１１８を表示画像データ１１９に変換して出力する画像変換回路１０１と、表示画像データ１１９に基づいて画像を表示させるタイミング情報１２０を生成するタイミング生成回路１０２と、独立した異なる波長の光をそれぞれ照射する光源部１４０と、タイミング情報１２０に基づいて光源部１４０の照射を制御する光源駆動回路１０９と、光源部１４０から照射された光を反射する空間変調素子１１３と、表示画像データ１１９とタイミング情報１２０とに基づいて、空間変調素子１１３における光の反射角度を制御する空間変調素子駆動回路１０８と、空間変調素子１１３において反射された光を電流量に変換する光電変換部１４２と、表示画像データ１１９から特定の領域を抽出して特定領域抽出画像１２１を生成する領域抽出回路１０４と、特定領域抽出画像１２１と電流量１２８とに基づいて輝度補正情報１２３を生成する画像比較部１４３とを備えている。ここで、光源駆動回路１０９は、輝度補正情報１２３に基づいて光源部１４０の制御量を補正する。

これにより、高価なセンサを用いることなく、より安価な構成で輝度補正情報１２３を求めることができる。さらに、この輝度補正情報１２３に基づいてホワイトバランスを補正することができるため、精度よく画像を表示させることが可能となる。
従って、コストの増大を抑えつつ、性能のよい画像表示装置１を提供できる。
（２）
画像表示装置１において、光源部１４０は、複数の単色光源１１０と、光合成系光学ユニット１１１と、入射系光学ユニット１１２とを有する。
これにより、光源部１４０を独立して制御することが可能になる。
従って、高品質な画像形成が可能な画像表示装置１を提供できる。
（３）
画像表示装置１において、画像比較部１４３は、ポジ・ネガ変換回路１３０と、平均輝度算出回路１０５と、センシング回路１０３と、比較回路１０７とを有する。
画像比較部１４３では、特定領域抽出画像１２１を基にした第一の輝度情報１２２と、光電変換部１４２から出力される電流量１２８を基にした第二の輝度情報１２９とを比較して、光源部１４０の光量の変化を検出する。

これにより、得られた輝度補正情報１２３を用いてホワイトバランスを補正することができる。
従って、ホワイトバランスを容易に精度よく補正する画像表示装置１を提供できる。
（４）
画像表示装置１において、センシング回路１０３は、電流／電圧変換回路４０１と、Ａ／Ｄ変換回路４０２と、ディジタル積分回路４０３と、輝度変換回路４０６とを含んでいる。
ここでは、電流量１２８が電圧量４０４に変換された後、Ａ／Ｄ変換回路４０２により電圧量４０４はディジタル電圧情報４０５に変換される。さらにそのディジタル電圧情報４０５を積分した情報を基にして第二の輝度情報１２９が得られる。
これにより、第二の輝度情報１２９を容易に得ることができる
従って、輝度補正情報１２３を精度よく得られる画像表示装置１を提供できる。
（５）
画像表示装置１において、比較回路１０７は、第二の輝度情報１２９が示す輝度値と第一の輝度情報１２２が示す輝度値との比が一定になるように輝度補正情報１２３を出力する。

この輝度補正情報１２３を用いることで、単色光源の経時、経年、及び温度による光量変化を補正することができる。
従って、ホワイトバランスを精度よく補正する画像表示装置１を提供できる。
（６）
画像表示装置１は、表示画像を表示する画像表示部１４１を備える。さらに、画像表示部１４１は、投射系光学ユニット１１４と、画像表示ユニット１１５とを有する。
これにより、所望の画像を表示することが可能になる。
従って、ホワイトバランスの補正がなされた画像を容易に表示可能な画像表示装置１を提供できる。
（７）
画像表示装置１において、光電変換部１４２は、抽出系光学ユニット１１６と、フォトディテクタ１１７とを有する。
これにより、光を電気信号に変換可能になり、光源の補正情報の算出が容易になる。
従って、ホワイトバランスを精度よく補正する画像表示装置１を提供できる。
［他の実施形態］
（Ａ）
上記実施形態では、図４に示すように、電流値１２８をディジタル的に積分して、第二の輝度情報１２９を算出するセンシング回路１０３の例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、図５に示すような、アナログ的に第二の輝度情報１２９を算出するセンシング回路１０３であってもよい。
電流／電圧変換回路５０１は、入力された電流量１２８を電圧量５０４に変換する。
アナログ積分回路５０２は、電圧量５０４をアナログ的に積分する回路であり、ゲート信号３０１のＬｏｗレベル区間において、回路をリセットする。Ｈｉｇｈレベル区間においては、電圧量５０４を積分する。
アナログ積分回路５０２は、積分した値を積分量５０５として出力する。
Ａ／Ｄ変換回路５０３は、ロード信号３０６の立ち上がり区間において、積分量５０５をＡ／Ｄ変換し、ディジタル積分情報５０７を出力する。
輝度変換回路５０６は、ディジタル積分情報５０７を第二の輝度情報１２９に変換して出力する。なお、輝度変換回路５０６は、予め輝度値が既知である表示画像情報１１８に対する積分情報４０７を求めて、変換テーブルを作成しておく。
ここで、赤・緑・青の第二の輝度情報１２９を、Ｒ＿ｂ，Ｇ＿ｂ，Ｂ＿ｂとする。
これによっても、第二の輝度情報１２９を得ることができ、ホワイトバランスが一定になるように制御することができる。

（Ｂ）
上記実施形態では、輝度変換回路４０６が変換テーブルを作成する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、比較回路１０７において、次のような変換を行ってもよい。
比較回路１０７において、輝度値が既知である表示画像情報１１８の第一の輝度情報１２２に対する、第二の輝度情報１２９の比の値を予め求めておく。各単色光源１１０の赤・緑・青に対して、第一の輝度情報１２２をそれぞれＲ＿ａｖｅ＿ｉｎｉ，Ｇ＿ａｖｅ＿ｉｎｉ，Ｂ＿ａｖｅ＿ｉｎｉとし、第二の輝度情報１２９をそれぞれＲ＿ｂ＿ｉｎｉ，Ｇ＿ｂ＿ｉｎｉ，Ｂ＿ｂ＿ｉｎｉとすると、これらの比は（数４）で求められる。

ここで、Ｒ＿ｒ，Ｇ＿ｒ，Ｂ＿ｒは、各単色光源１１０における第一の輝度情報１２２に対する第二の輝度情報１２９の比の値である。
比較回路１０７は、ロード信号３０６の立ち上がり区間において、第二の輝度情報１２９及び第一の輝度情報１２２を取得すると、（数５）を用いて輝度補正情報１２３を算出する。

さらに、光源駆動回路１０９は、輝度補正情報１２３に基づいて、（数５）に示したＲ＿ｃ，Ｇ＿ｃ，Ｂ＿ｃの値が０となるように、単色光源１１０の駆動電流量を調整する。
これによっても、ホワイトバランスが一定になるように制御され、単色光源１１０の経時、経年、及び温度による光量変化によるホワイトバランスのばらつきを補正することができる。
（Ｃ）
上記実施形態では、比較回路１０７が、各単色光源１１０の光量が一定となるように補正するための輝度補正情報１２３を出力する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、単色光源１１０の光量が一定になることに囚われずに、ホワイトバランスを一定に保つ輝度補正情報１２３を算出するものであってもよい。以下にその方法を示す。
比較回路１０７は、ロード信号３０６の立ち上がり区間において、第二の輝度情報１２９及び第一の輝度情報１２２を取得する。比較回路１０７は、（数６）を用いて輝度補正情報１２３を算出する。

ここで、Ｒ＿ｆ，Ｇ＿ｆ，Ｂ＿ｆは、それぞれ赤・緑・青に対応する、センシング回路１０３からの期待値を示す第一の輝度情報１２２と実際の測定値を示す第二の輝度情報１２９との比である。この値を正規化輝度情報と称し、期待される単色光源１１０の光量に対する実際の単色光源１１０の光量の相違を表す。そのため、Ｒ＿ｆ，Ｇ＿ｆ，Ｂ＿ｆは、正規化輝度情報でもある。
光源駆動回路１０９は、（数７）に示すａ，ｂ，ｃの割合が一定になるように、各単色光源１１０の駆動電流量を制御する。

比較回路１０７は、Ｒ＿ｆ，Ｇ＿ｆ，Ｂ＿ｆを輝度補正情報１２３として出力し、光源駆動回路１０９は、Ｒ＿ｆ，Ｇ＿ｆ，Ｂ＿ｆの比が一定になるように、単色光源１１０の駆動電流量を調整する。ここで、各単色光源１１０の駆動電流量には上限があるため、各単色光源１１０の駆動電流量を下げる方向に調整してもよい。
これによっても、ホワイトバランスが一定になるように制御され、単色光源１１０の経時、経年、及び温度による光量変化によるホワイトバランスのばらつきを補正することができる。
（Ｄ）
上記他の実施形態（Ｃ）において、さらに、比較回路１０７において、各単色光源１１０のうち、正規化輝度情報Ｒ＿ｆ，Ｇ＿ｆ，Ｂ＿ｆの値が最小である単色光源以外の単色光源を補正するように、駆動電流量を制御するものであってもよい。
本装置１では、ホワイトバランスが一定となるようにフィードバック制御がなされるため、光量が大きい単色光源に合わせて、他の単色光源の補正量を大きくすると許容量を超えてしまい、光源部１４０の制御が困難になる可能性がある。

そこで、光量、すなわち正規化輝度情報が最小である単色光源に合わせて、他の単色光源の光量を補正する。
これにより、各単色光源１１０について光量変化を精度よく補正して、ホワイトバランスを一定にすることができる。
（Ｅ）
上記実施形態では、比較回路１０７が、各単色光源１１０の光量が一定となるように補正するための輝度補正情報１２３を出力する例を挙げて説明した。
ここで、比較回路１０７は、第一の輝度情報１２２が示す輝度値と第二の輝度情報１２９が示す輝度値との比が１となるようにセンシング回路１０３を初期化し、単色光源１１０毎に第一の輝度情報１２２が示す輝度値と第二の輝度情報１２９が示す輝度値とが等しくなるように、輝度補正情報１２３を出力するものであってもよい。
これにより、比較回路１０７において第一の輝度情報１２２と第二の輝度情報１２９とを比較する際に、大小比較をするのみでよくなるため、輝度補正情報１２３の算出が容易になる。
（Ｆ）
上記実施形態では、各機能を回路に分けて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

これらの機能と回路は一対一に対応している必要はなく、本実施形態の画像表示装置を実現可能に設計された回路を適宜用いることができる。例えば、上記各回路をいくつかまとめてその機能を半導体回路に実行させるなどしてもよい。
（Ｇ）
上記実施形態では、単色光源１１０として、赤・緑・青で発光する３つのＬＥＤを用いる例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ＬＥＤの代わりに、カラーレーザ光源であってもよい。
これによっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。

本発明の画像表示装置は、複数の単色光源の光量変化をセンシングする機能を有することから、ホワイトバランスを一定に保つなどの補正が必要な各種装置に対して広く適用可能である。

本発明の一実施形態に係る画像表示装置全体のシステム構成を示す図。 図１に含まれる光電変換部の構成を示す図。 本発明の実施形態に係るタイミング情報信号を示す図。 本発明の実施形態に係るセンシング回路の構成を示す図。 本発明の他の実施形態に係るセンシング回路の構成を示す図。

符号の説明

１ 画像表示装置
１０１ 画像変換回路
１０２ タイミング生成回路
１０３ センシング回路
１０４ 領域抽出回路
１０５ 平均輝度算出回路
１０７ 比較回路
１０８ 空間変調素子駆動回路
１０９ 光源駆動回路
１１０ 単色光源
１１１ 光合成系光学ユニット
１１２ 入射系光学ユニット
１１３ 空間変調素子
１１４ 投射系光学ユニット
１１５ 画像表示ユニット
１１６ 抽出系光学ユニット
１１７ フォトディテクタ
１１８ 表示画像情報
１１９ 表示画像データ
１２０ タイミング情報
１２１ 特定領域抽出画像
１２２ 第一の輝度情報
１２３ 輝度補正情報
１２４ 合成光
１２５ 入射光
１２６ 第一の反射光
１２７ 第二の反射光
１２８ 電流量
１２９ 第二の輝度情報
１３０ ポジ・ネガ変換回路
１３１ 抽出ネガ画像
１４０ 光源部
１４１ 画像表示部
１４２ 光電変換部
１４３ 画像比較部
３０１ ゲート信号
３０２ サンプリング信号
３０３ 赤＿タイミング信号
３０４ 緑＿タイミング信号
３０５ 青＿タイミング信号
３０６ ロード信号
４０１ 電流／電圧変換回路
４０２ Ａ／Ｄ変換回路
４０３ ディジタル積分回路
４０４ 電圧量
４０５ ディジタル電圧情報
４０６ 輝度変換回路
４０７ 積分情報
５０１ 電流／電圧変換回路
５０２ アナログ積分回路
５０３ Ａ／Ｄ変換回路
５０４ 電圧量
５０５ 積分量
５０６ 輝度変換回路
５０７ ディジタル積分情報

Claims (12)

1. 表示画像を指定する表示画像情報を表示画像データに変換して出力する画像変換回路と、
   前記表示画像データに基づいて画像を表示させるタイミング情報を生成するタイミング生成回路と、
   独立した異なる波長の光をそれぞれ照射する光源部と、
   前記タイミング情報に基づいて前記光源部の照射を制御する光源駆動回路と、
   前記光源部から照射された光を反射する空間変調素子と、
   前記表示画像データと前記タイミング情報とに基づいて、前記空間変調素子における前記光の反射角度を制御する空間変調素子駆動回路と、
   前記空間変調素子において反射された前記光を電流量に変換する光電変換部と、
   前記表示画像データから特定の領域を抽出して特定領域抽出画像を生成する領域抽出回路と、
   前記特定領域抽出画像と前記電流量とに基づいて輝度補正情報を生成する画像比較部と、を備え、
   前記光源駆動回路は、前記輝度補正情報に基づいて前記光源部の制御量を補正する、
   画像表示装置。
2. 前記光源部は、
   複数の単色光源と、
   前記単色光源がそれぞれ照射する光を合成する光合成系光学ユニットと、
   前記合成された光を前記空間変調素子に入射させる入射系光学ユニットと、
   を有する、請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記画像比較部は、
   前記特定領域抽出画像をポジ・ネガ変換し、抽出ネガ画像として出力するポジ・ネガ変換回路と、
   前記抽出ネガ画像から１画素あたりの平均輝度値を算出し、前記第一の輝度情報として出力する平均輝度算出回路と、
   前記光電変換部から出力される前記電流量を変換し、第二の輝度情報として出力するセンシング回路と、
   前記第一の輝度情報と前記第二の輝度情報とを比較し、前記比較した結果に基づいて前記輝度補正情報を生成する比較回路と、
   を有する、
   請求項１または２に記載の画像表示装置。
4. 前記センシング回路は、
   前記電流量を電圧量に変換する電流／電圧変換回路と、
   前記電圧量をＡ／Ｄ変換してディジタル電圧情報に変換するＡ／Ｄ変換回路と、
   前記ディジタル電圧情報を積分演算して積分情報を出力するディジタル積分回路と、
   前記積分情報を輝度に変換して輝度情報を出力する輝度変換回路と、を含み、
   前記タイミング生成回路は、前記タイミング情報として前記ディジタル電圧情報をサンプリングするためのサンプリング信号と、前記ディジタル積分回路が積分した値を前記積分情報として出力するためのロード信号とを生成し、
   前記電流／電圧変換回路は、前記サンプリング信号に同期して、前記電流量を前記電圧量に変換し、
   前記Ａ／Ｄ変換回路は、前記電圧量をディジタル電圧情報に変換し、
   前記ディジタル積分回路は、前記ロード信号に同期して、前記ディジタル電圧情報を積分して前記積分情報を出力し、
   前記輝度変換回路は、前記積分情報を前記第二の輝度情報に変換する、
   請求項３に記載の画像表示装置。
5. 前記センシング回路は、
   前記電流量を電圧量に変換する電流／電圧変換回路と、
   前記電圧量を積分し積分量として出力するアナログ積分回路と、
   前記積分量をＡ／Ｄ変換してディジタル積分情報として出力するＡ／Ｄ変換回路と、
   前記ディジタル積分情報を輝度に変換して輝度情報を出力する輝度変換回路と、を含み、
   前記タイミング生成回路は、前記タイミング情報として前記アナログ積分回路の積分区間を示すゲート信号と、前記Ａ／Ｄ変換回路が前記ディジタル積分情報を出力するタイミングを示すロード信号とを生成し、
   前記アナログ積分回路は、前記ゲート信号で示す積分区間に前記電圧量を積分し、
   前記Ａ／Ｄ変換回路は、前記ロード信号に同期して、前記ディジタル積分情報を出力し、
   前記輝度変換回路は、前記ディジタル積分情報を前記第二の輝度情報に変換する、
   請求項３に記載の画像表示装置。
6. 前記比較回路は、前記第二の輝度情報が示す輝度値と前記第一の輝度情報が示す輝度値との比が一定になるように前記輝度補正情報を出力する、
   請求項３に記載の画像表示装置。
7. 前記比較回路は、前記第二の輝度情報が示す輝度値と前記第一の輝度情報が示す輝度値との比が１となるように前記センシング回路を初期化し、
   前記単色光源毎に前記第二の輝度情報が示す輝度値と前記第一の輝度情報が示す輝度値とが等しくなるように、前記輝度補正情報を出力する、
   請求項６に記載の画像表示装置。
8. 前記比較回路は、前記単色光源毎に前記第二の輝度情報が示す輝度値を前記第一の輝度情報が示す輝度値で割った値を正規化輝度情報とし、
   前記単色光源毎の前記正規化輝度情報の比が一定になるように、前記輝度補正情報を出力する、
   請求項３に記載の画像表示装置。
9. 前記比較回路は、
   前記正規化輝度情報の値が最小である前記単色光源以外の光源を補正するように、前記輝度補正情報を出力する、
   請求項８に記載の画像表示装置。
10. 前記空間変調素子により反射された光に基づいて前記表示画像を表示する画像表示部をさらに備え、
    前記画像表示部は、前記画像を投射する投射系光学ユニットと、
    前記投射された画像を表示する画像表示ユニットと、
    を有する、請求項１から９のいずれか１項に記載の画像表示装置。
11. 前記光電変換部は、
    前記空間変調素子から反射された前記光あるいは前記光の一部を抽出する抽出系光学ユニットと、
    前記抽出された光を電流量に変換する光電変換素子と、
    を有する、請求項１から１０のいずれか１項に記載の画像表示装置。
12. 前記単色光源は、カラーＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）光源またはカラーレーザ光源である、
    請求項１から１１のいずれか１項に記載の画像表示装置。
    
    

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