JP2008176024A - 画像表示装置およびプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】フィールドシーケンシャル画像表示装置やプロジェクタの光源電力を節減する。
【解決手段】画像データの内容に基づき１色変調周期Ｔ中の何れかのタイミングで固体光源１をＯＦＦすることが可能な制御手段３を備えた。また、色毎に全画素のビットの有無を判別するビット判別手段３（符号兼用）を更に備え、ビットが無いと判別された時に、画像データに応じて１色変調周期Ｔの途中のタイミングで固体光源１をＯＦＦする。また、ビット判別手段３に代えて画素毎の最大輝度を検出する最大輝度検出手段を備え、光源をＯＦＦするタイミングは、最大輝度検出手段の検出結果に応じ、１色変調時間Ｔの残り期間を最大輝度に応じてＯＦＦする。このような画像表示装置Ｅに、画像データに応じた画像を投射面に投射可能な投射光学系を含むプロジェクタ。
【選択図】図４

Description

本発明は、画像表示装置およびプロジェクタ、特にティルトミラー装置を用いる画像表示装置やＬＥＤ素子等の固体発光素子を光源として用いてカラー表示するプロジェクタに好適な技術に関する。

近年、プロジェクタの小型化の要求が益々高まるなか、半導体レーザの高出力化、青色半導体レーザの登場に伴い、レーザ光源を使ったプロジェクタあるいはディスプレイが検討されている。これらは、光源の波長域が狭いため非常に色再現範囲を広くすることが可能であり、小型化や構成要素の削減も可能であることから、次世代の表示素子として大きな可能性を秘めている。

このため、光源部として白色光源の代わりに、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という）又は半導体レーザ（以下、「ＬＤ」という）のような発光素子を用いることができる。例えば、近年ＬＥＤの開発が進み、特に高精度の青色ＬＥＤ素子の実用化が進んでいる。この場合は、画像の１フレーム間で、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光用の発光素子を順次点灯させてティルトミラー装置を照明する。これにより、スクリーン上にフルカラー像を投写している。

ところで、白熱電灯に類するランプ光源では、肉眼にちらつきを感じさせない程度の周波数でＯＮ／ＯＦＦ制御することは、応答速度が遅すぎて対応できなかったことに対し、前記固体光源では通電ＯＮで瞬時点灯し、通電ＯＦＦで瞬時消灯可能な高速応答性を利用して、省電力を目的とする最適制御を行なう余地が残されていた。すなわち、ＬＥＤ等の固体光源を用い、細かいＯＮ／ＯＦＦ制御で輝度を制御する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−３１８８９２号公報

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、画質を初めとする基本機能を維持した上で、消費電力を削減することが可能な画像表示装置およびプロジェクタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る画像表示装置は、以下の手段を提供する。
本発明の画像表示装置は、固体光源と、画像データを目視可能な画像に変換する空間光変調手段と、を備える画像表示装置において、画像データの内容に基づき１色変調周期中の何れかのタイミングで前記固体光源をＯＦＦすることが可能な制御手段を備えたことを特徴とする。

本発明に係る画像表示装置によれば、画像データが、例えば全画素ＯＦＦの内容であれば、１色を変調する周期中の何れかのタイミングで固体光源を、制御手段でＯＦＦすることにより、固体光源を点灯するための電力を節減することが可能である。

また、本発明の画像表示装置は、前記制御手段として、色毎に全画素のビットの有無を判別するビット判別手段を更に備え、前記ビット判別手段によりビットが無いと判別された時に、画像データに応じて１色変調周期の途中のタイミングで前記固体光源をＯＦＦすることが好ましい。

本発明に係る画像表示装置によれば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等を初めとする表示デバイス２、すなわち全ての画素が同時に２値で面順次書き込み動作するフィールドシーケンシャル表示デバイスにおいて、全ての画素がＯＦＦしている期間、対象となる光源も同期してＯＦＦすることにより、光源を点灯する電力の省電力化が可能となる。なお、ＤＭＤは米国テキサスインスツルメンツ社の商標である。

また、本発明の画像表示装置は、前記制御手段として、画素毎の最大輝度を検出する最大輝度検出手段を更に備え、前記最大輝度検出手段の検出結果に応じて前記制御手段により、前記光源をＯＦＦするタイミングとして１色変調周期の残り期間を最大輝度に応じてＯＦＦすることが好ましい。

本発明に係る画像表示装置によれば、最大輝度検出手段が、ある１色変調周期の画像中に含まれる画素毎の最大輝度を検出し、その最大輝度に応じて１色変調周期の残り期間を制御手段が光源ＯＦＦするので、暗い画面に対して不必要に光源を点灯する無駄を省くことが可能である。

本発明に係る前記画像表示装置に、前記画像データに応じた画像を投射面に投射可能な投射光学系を加えたプロジェクタも好ましい。

以下、図面を参照して、本発明に係る画像表示装置（以下「本装置」ともいう）Ｅ、プロジェクタおよびモニタ装置の実施形態（以下「本実施形態」ともいう）について説明する。なお、各図面において、同一機能には同一符号を付して説明の重複をさけている。

図１は本実施形態の画像表示装置Ｅの基本となる色別光源のＯＮ／ＯＦＦ制御タイミングを示すタイミングチャートである。図１に示すように、本装置Ｅは通常の２値の面順次書き込みが可能なフィールドシーケンシャルのプロジェクタでは、ＲＧＢの光源を制御することなくそのまま照射している。なお、フィールドシーケンシャル方式の採用により、光源装置を３個使いする必要がなく、ＲＧＢ３色分を１個にまとめた構成で足りるためコスト面で有利である。

図２は第１実施例に係る本装置Ｅにおける２値フィールドシーケンシャル変調手法で対応ビットのみＯＮして階調表現する説明のタイミングチャートである。図２に示すように、本装置ＥはＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のうち何れか１色の変調時間（以下、「１色変調周期」または単に「周期」と略す）Ｔを、２のべき乗ずつ分割し、対応するビットだけＯＮして階調を表現する方法を説明している。この場合、ｂｉｔ７がＴ／２に相当し、以下、ｂｉｔ６がＴ／４、・・・、ｂｉｔ０がＴ／２５６にそれぞれ相当する。

図３は第２実施例に係る本装置Ｅにおける２値フィールドシーケンシャル変調手法でＯＮ／ＯＦＦ制御タイミングにより階調表現する説明図である。図３に示すように、本装置Ｅは階調数２５６に対して１を減算した２５５で周期Ｔを等分するように分割し、ＯＮまたはＯＦＦの比率を制御して階調を表現する。

全ての画素が同時に動作する面順次書き込みのフィールドシーケンシャル表示デバイスにおいて、全ての画素がＯＦＦしている期間、対象となる光源も同期してＯＦＦすることで、光源の省電力化が可能となる。

［第１実施例］
図２に示した２値フィールドシーケンシャル変調手法で対応ビットのみＯＮして階調表現する第１実施例に関して、図４に沿って構成を説明し、図５に沿って動作を説明し、図６に沿って変形実施例に関して説明する。

図４は図２で説明した本装置Ｅのブロック構成図である。図４に示すように、本装置Ｅは光源Ｒ、光源Ｇ、光源Ｂを形成する発光ダイオード（ＬＥＤ）等による固体光源（以下、単に「光源」と略す）１と、液晶またはＤＭＤ等により画像データを目視可能な画像に変換する空間光変調手段（以下、「表示デバイス」ともいう）２と、を備えて構成されている。

光源１は光源ドライバ１１により点灯駆動し、光源ドライバ１１はビット判別回路３により光源１をＯＮ／ＯＦＦ動作させるタイミング制御を受けて動作する。表示デバイス２は表示デバイスコントローラ２１により制御を受けて動作する。

画像データＳは、周知のテレビ、ビデオテープレコーダ、ＤＶＤ、パーソナルコンピュータまたはデジタル（ビデオ）カメラの出力端子等から得られる画像データである。その画像データＳにはＲ、Ｇ、Ｂの各輝度情報（以下、「各色データ」という）および同期信号が含まれており、表示デバイスコントローラ２１および表示デバイス２により動画または静止画像として目視可能に再現される。

なお、従来の画像表示装置の場合、画像データＳを表示デバイスコントローラ２１へ入力すれば、表示デバイス２に画像が表示される。しかし、本装置Ｅでは、ビット判別回路３へも画像データＳを入力し、光源ドライバ１１により光源１をＯＮ／ＯＦＦ動作させるタイミングを制御する。

また、本装置Ｅでは各色データおよび同期信号を表示デバイス２へ入力するのみならず、表示デバイスコントローラ２１へ入力された画像データＳに含まれる同期信号と、その同期信号に基づいて生成された光源選択信号を、光源ドライバ１１にも入力し、後述するビット判別回路３の出力に基づいて光源ドライバ１１まで制御するように構成されている。

本装置Ｅは、画像データＳの内容に基づき１色変調周期Ｔ（図２参照）中の何れかのタイミングで光源１をＯＦＦすることが可能な制御手段３（符号は兼用）としてのビット判別回路３を備えたことにより、光源１を点灯するための電力を節減できるようにしたことを特徴とするものである。このことは図５に沿って後述する。

ビット判別回路３は、各ビット累積ＯＲ回路３１と、ラッチ３２により構成され、画像データＳの内容に基づき１色変調周期Ｔ中の何れかのタイミングで光源１をＯＦＦすることが可能な制御手段３を構成している。ビット判別回路３が光源ドライバ１１にＯＦＦ命令を与えることにより光源１が適切なタイミングで消灯することにより電力節減することが可能である。光源１を消灯する適切なタイミングとは、表示デバイス２が表示する画像の視認効果に遜色の無いように光源１を消灯するタイミングである。

図４に示すように、画像データＳが各ビット累積ＯＲ回路３１に入力されると、各ビット別に累積ＯＲの演算処理され、２^０ビット、２^１ビット、２^２ビット、２^３ビット、２^４ビット、２^５ビット、２^６ビットおよび２^７ビットのデータに分け、ラッチ３２へ入力するように接続されている。そして、ラッチ３２の出力は光源ドライバ１１へ入力されるように接続されている。

図４に示した２^０ビット、２^１ビット、・・・、２^６ビットおよび２^７ビットのデータは、図２で示したように、１色変調周期Ｔを、２のべき乗ずつ分割し、対応するビットだけＯＮして階調を表現するデータである。すなわち、２^０ビットのデータはｂｉｔ０でＴ／２５６、２^１ビットのデータはｂｉｔ１でＴ／１２８、２^２ビットのデータはｂｉｔ２でＴ／６４、２^３ビットのデータはｂｉｔ３でＴ／３２、２^４ビットのデータはｂｉｔ４でＴ／１６、２^５ビットのデータはｂｉｔ５でＴ／８、２^６ビットのデータはｂｉｔ６でＴ／４、２^７ビットのデータはｂｉｔ７でＴ／２にそれぞれ相当する。

図５に沿って本装置Ｅの動作を説明する。
図５は図４に示した第１実施例に係る本装置ＥのＯＮ／ＯＦＦ制御を示すタイミングチャートである。図５に示すように、本装置Ｅは２値フィールドシーケンシャル変調手法（図２参照）で対応ビットのみＯＮして階調表現する手法を採用しており、それぞれの画素０〜ｎのＯＮ／ＯＦＦタイミングのＯＲタイミングで光源１を点灯させるようにＯＮ／ＯＦＦ制御する。

その結果、全ての画素成分がＯＦＦの場合は、光源１を消灯することにより電力を節減することが可能となった。具体的には、各画素常時ＯＮを最高輝度の階調で白色画面とし、光源１が常時点灯するため電力節減せずに従来どおりである。しかし、実際の画像データＳの内容には、タイミングによって必ず暗部が含まれているので、全画素０〜ｎが同時にＯＦＦのタイミングは黒色画面であり、そのタイミングで光源１も消灯することにより電力節減する。このように適切なタイミングで光源１を消灯することにより、表示デバイス２が表示する画質を劣化させずに電力の節減が可能となる。

図５に示したように、本装置ＥではＲＧＢ各色別に全画素０〜ｎのビットの有無を判別するビット判別手段３を更に備え、ビット判別手段３によりビットが無いと判別された時に、画像データＳに応じて１色変調周期Ｔ（図２参照）の途中の適切なタイミングで光源１をＯＦＦすることを特徴とする。このことにより、画質の遜色を少なく維持しながら光源１の点灯電力を節減できる。

図６に沿って第１実施例である本装置Ｅに派生する変形実施例に関して説明する。
図６は図４に示した本装置Ｅにおいて、ちらつき緩和のビットスプリッティングを説明するタイミングチャートである。ＯＦＦするタイミング、すなわち１色変調周期Ｔ中において光源１をＯＮ／ＯＦＦする分割の順番に関し、図５により本装置Ｅの代表例を説明したが、光源１をＯＮ／ＯＦＦする分割の順番は適宜に変えても構わない。そのことを図６のタイミングチャートで示している。

具体的にはＴ／２、Ｔ／４、Ｔ／８、・・・、Ｔ／２５６の順番である必要はないので、ビットスプリッティング（ＢＳ）の技術により、図６に示す１色変調周期Ｔ中で、Ｔ／２という長い時間を占有する２^７ビットのデータを細分化する。このように細分化した制御によって光源１をＯＮ／ＯＦＦすることにより、ちらつきが目立ち易い場合であっても、そのちらつきを緩和する効果が得られる。

［第２実施例］
第２実施例に関し、図７に沿った構成と、図８に沿った動作を適宜に織り交ぜて説明する。
図７は図３で説明した第２実施例に係る本装置Ｅ′のブロック構成図である。
図８は図３で説明した本装置Ｅ′のＯＮ／ＯＦＦ制御を示すタイミングチャートである。
なお、図４で説明した第１実施例に係る本装置Ｅと共通の機能については同一符号を付して、説明を省略する。

図７に示すように、図４で説明した第１実施例に係る本装置Ｅにおけるビット判別回路３に代えて、最大輝度検出手段４を備えている。最大輝度検出手段４は最大輝度検出回路４１と、ラッチ４２により構成されている。最大輝度検出手段４は画像データＳを入力し、表示する色のそれぞれの画素の階調の最大値を検出する。その結果、演算効果が最大階調より小さい場合は、それ以降の期間は対象となる色の光源をデバイスと同期させてＯＦＦする（図７、図８）。なお、ＯＮ／ＯＦＦが逆の場合も同様である。

図４に示した第１実施例と、図７に示す第２実施例との相違点は、「階調表現のために光源１をＯＮ／ＯＦＦするタイミングの設定」に関し、第１実施例では「２値フィールドシーケンシャル変調手法により対応ビットのみＯＮして階調表現」していることに対し、図７に示す第２実施例では「２値フィールドシーケンシャル変調手法によりＯＮ／ＯＦＦ制御タイミングにより階調表現」している点である。

すなわち、第２実施例に係る本装置Ｅ′は、制御手段として画素毎の最大輝度を検出する最大輝度検出手段４を更に備え、最大輝度検出手段４が検出した最大輝度に一致させるように、１色変調時間Ｔの残り期間の光源１をＯＦＦして最大輝度を制限する。

本装置Ｅ′によれば、最大輝度検出手段が、ある１色変調周期の画像中に含まれる画素毎の最大輝度を検出し、その最大輝度に応じて１色変調周期の残り期間を制御手段が光源ＯＦＦするので、暗く表示すべき画面に対して不必要に光源を点灯する無駄を省くことが可能である。以上、説明した本装置Ｅ，Ｅ′によれば、ＲＧＢ単色または２色表示時や、同一色表示時、輝度に偏りがある場合、本発明により光源１の消費電力を節減することが可能である。

図９は他の実施形態として本装置Ｅ，Ｅ′に投射光学系６を含むプロジェクタＰの概略説明図である。図９に示すように、本発明に係る画像表示装置Ｅ，Ｅ′に加えて、投射光学系６を加えたプロジェクタＰも本発明に含まれる。ここでいう投射光学系６は（光源１）、集光レンズ１２、反射型光変調（ティルトミラー）装置１３および投写レンズ１４により構成されるが、狭義の投射光学系６として投写レンズ１４のみを意味することもある。

また、本装置Ｅ，Ｅ′は光源１を点灯駆動するための駆動回路２０を備えており、画像データＳに基づいて生成した画像を投写レンズ１４からスクリーンＳＣに投写してスクリーンＳＣ上に画像を表示する装置である。なお、画像表示装置Ｅ，Ｅ′とプロジェクタＰとの間で厳格な区別はない。また、図９に示すスクリーンＳＣは、周知のような固体の平面に限らず、あらゆる形態により画像を投写して表示可能な投写標的であり、煙幕、霧、噴水等でも良く、プロジェクタＰの概念に含めても含めなくても構わない。

光源１は、異なる色の光を射出する複数の光源を備える。具体的には、赤色の波長領域の光を射出する赤光源１ｒ、緑色の波長領域の光を射出する緑光源１ｇ、および青色の波長領域の光を射出する青光源１ｂを備える。これら、赤光源１ｒ、緑光源１ｇ、および青光源１ｂとしては、例えばＬＥＤやＬＤ等の固体光源を用いることができる。なお、図９においては、赤光源１ｒ、緑光源１ｇ、および青光源１ｂをそれぞれ１つずつ図示しているが、光量が不足する場合等においては、これらを複数設けることが望ましい。

集光レンズ１２は、赤光源１ｒ、緑光源１ｇ、および青光源１ｂの前方に配置され、赤光源１ｒ、緑光源１ｇ、および青光源１ｂの各々から射出される光を集光する。反射型光変調装置１３は、集光レンズ１２を介して入射する光を画素（ドット）毎に変調（光強度変調）して各色に対応した色画像を生成する。この反射型光変調装置１３としては、例えば前記ＤＭＤを用いることができる。投写レンズ１４は、反射型光変調装置１３で反射・変調されて生成された色画像をスクリーンＳＣ上に表示する。

なお、本実施形態のプロジェクタＰは、フロント投写型とリア投写型の何れであっても良い。スクリーンＳＣに表示される画像を見る視聴者は、フロント投写型の画像表示装置である場合にはスクリーンＳＣの前面に位置し、リア投写型の画像表示装置である場合にはスクリーンＳＣの背面に位置することになる。

駆動回路２０は、マイクロプロセッサ２６、タイミングジェネレータ２２、フレームメモリ２３、光源ドライバ１１′、および表示デバイスコントローラ２５を備えており、入力される画像データ（同期信号を含む）Ｓに基づいて光源１および反射型光変調装置１３を駆動し、スクリーンＳＣ上に表示すべき画像を形成する。ここで、画像データＳは、例えば、表示すべき画像の各画素（ドット）毎の各色（赤、緑、青）毎の階調を示すデータであり、複数のビットからなるデータである。

マイクロプロセッサ２６は、画像データＳに含まれる同期信号を入力することにより、画像表示装置１の動作を統括的に制御する。タイミングジェネレータ２２は、マイクロプロセッサ２６から出力される制御信号と画像データＳに含まれる同期信号とを入力としており、フレームメモリ２３、光源ドライバ１１′、および表示デバイスコントローラ２５の各々に対して動作タイミングを規定する同期信号を出力する。つまり、フレームメモリ２３、光源ドライバ１１′、および表示デバイスコントローラ２５は、タイミングジェネレータ２２から出力される同期信号に同期して動作する。フレームメモリ２３は、タイミングジェネレータ２２から出力される同期信号に同期して、画像データＳを１フレーム毎に一時的に記憶するメモリである。

光源ドライバ１１′は、タイミングジェネレータ２２から出力される同期信号と、表示デバイスコントローラ２５から出力される光源選択信号とに基づいて、光源１に設けられた赤光源１ｒ、緑光源１ｇ、および青光源１ｂの点灯および消灯を制御する。表示デバイスコントローラ２５は、タイミングジェネレータ２２から出力される同期信号に同期してフレームメモリ２３に記憶された１フレーム分の画像データを読み込み、反射型光変調装置１３を駆動するための駆動信号を生成すると共に、光源ドライバ１１′に与える光源選択信号を生成する。

なお、本発明の技術範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。すなわち、実施例１，２では輝度を２５６段階に制御可能な２５６階調の場合を例示したが、階調数を２５６段階以外に変えても同様の手法により実現可能である。

また、前記実施形態では、ＲＧＢ各色のうち１色の変調機会１回分のみに注目して光源１をＯＦＦするタイミングに関する制御を説明したが、同じ色の変調機会が２回以上存在する１フレーム分に注目しても同様の制御を行なうことが可能である。さらに、前記反射型光変調装置１３に代えて、透過型の空間光変調器である液晶パネル等を用いることもできる。

本発明の実施形態（本実施形態）に係る画像表示装置（本装置）の基本となる色別光源のＯＮ／ＯＦＦ制御タイミングを示すタイミングチャートである。 第１実施例における２値フィールドシーケンシャル変調手法で対応ビットのみＯＮして階調表現する説明のタイミングチャートである。 第２実施例における２値フィールドシーケンシャル変調手法でＯＮ／ＯＦＦ制御タイミングにより階調表現する説明図である。 図２で説明した第１実施例のブロック構成図である。 図４で説明した第１実施例のＯＮ／ＯＦＦ制御を示すタイミングチャートである。 図４に示した第１実施例におけるちらつき緩和のビットスプリッティングを説明するタイミングチャートである。 図３で説明した第２実施例のブロック構成図である。 図３で説明した第２実施例のＯＮ／ＯＦＦ制御を示すタイミングチャートである。 他の実施形態として本装置に投射光学系を含むプロジェクタの概略説明図である。

符号の説明

１…固体光源，Ｅ…画像表示装置，Ｔ…１色変調周期，３，４…制御手段（符号兼用），３…ビット判別手段，４…最大輝度検出手段，５…投射面，６…投射光学系，Ｐ…プロジェクタ

Claims (4)

1. 固体光源と、
   画像データを目視可能な画像に変換する空間光変調手段と、を備える画像表示装置において、
   画像データの内容に基づき１色変調周期中の何れかのタイミングで前記固体光源をＯＦＦすることが可能な制御手段を備えたことを特徴とする画像表示装置。
2. 前記制御手段として、
   色毎に全画素のビットの有無を判別するビット判別手段を更に備え、
   前記ビット判別手段によりビットが無いと判別された時に、
   画像データに応じて１色変調周期の途中のタイミングで前記固体光源をＯＦＦすることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記制御手段として、
   画素毎の最大輝度を検出する最大輝度検出手段を更に備え、
   前記最大輝度検出手段の検出結果に応じて前記制御手段により、
   前記光源をＯＦＦするタイミングとして１色変調周期の残り期間を最大輝度に応じてＯＦＦすることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
4. 請求項１ないし請求項３に記載の画像表示装置に、
   前記画像データに応じた画像を投射面に投射可能な投射光学系を加えたことを特徴とするプロジェクタ。

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