JP2009300961A

JP2009300961A - 投写型表示装置

Info

Publication number: JP2009300961A
Application number: JP2008158214A
Authority: JP
Inventors: Michihisa Yanagi; 道寿柳
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2008-06-17
Filing date: 2008-06-17
Publication date: 2009-12-24

Abstract

【課題】色収差などによって場所ごとに異なった向きに発生していた色ずれをより高精度なコンバージェンス補正を施すことにより解決する。
【解決手段】ＲＧＢパネルの内少なくとも１枚の画像に独立して、台形歪み補正機能である色ずれ補正手段、あるいは有限個に分割された各領域に対して線形補間を行う補正手段による画像変形処理を加える。
【選択図】図１

Description

本発明は、スクリーンなどの投射面に光を投射して画像を表示させるプロジェクタなどの投写型表示装置における色ずれ補正技術に関し、特にコンバージェンス補正技術に関する。

従来より、ランプなどの不定偏光光を偏光素子により直線偏光に変換し、ダイクロミラーなどの波長に依存したミラーでＲＧＢに分光し、ＰＢＳ素子によりＳ偏光成分のみをパネルに照射し、液晶パネルなどの変調デバイスによってＰ偏光成分に変換された成分光を投射光学系によってスクリーン等に投影する液晶プロジェクタが知られている。そのような液晶プロジェクタの多くは、プロジェクタとスクリーンとの角度によって、スクリーン上に投影した画像が歪んでしまうことが知られている。これを補正する手段として、プロジェクタに入力されたビデオ信号に歪みを相殺する画像処理を施し、歪みのない画像を投影することを可能とするキーストーン補正手段が知られている。

また、多くのプロジェクタはパネルをプロジェクタ本体に取り付ける際の取り付け誤差により、投影した画像がＲＧＢそれぞれずれて投影されてしまうことがあった。この問題を解決するために、投影すべき解像度よりも若干多い画素を有するパネルを使い、パネルを駆動する際水平および垂直方向それぞれタイミングを数画素分ディレイさせ、画素単位でＲＧＢそれぞれの映像信号をずらすことにより、投影した映像のＲＧＢそれぞれのずれを半画素以下に補正するコンバージェンス補正手段が知られている。

以上説明した内容の内、電気的な映像信号処理についてより詳細に説明したブロック図が図２である。以下、図２に沿って従来例である電気的な映像信号処理について詳細に説明する。

ブロック図、図２はコンポーネント映像信号(200)の入力からパネル駆動までの処理を示している。大きく分けて、アナログ映像信号をデジタル映像信号に変換している部分、デジタル信号に信号処理を施す部分、デジタル信号をパネルを駆動するためのアナログ信号に変換している部分に分けられる。

入力されたコンポーネント信号(200)は、ビデオデコーダ(201)によってＹｕｖ信号に変換され、更にカラーマトリックス回路(202)によりＲＧＢ信号に変換される。

変換されたＲＧＢ信号は、数値と輝度の関係が比例関係になく、撮像装置等で１／２．２のガンマが施されているため、モニタガンマ補正回路(203)により２．２のガンマを施すことにより、内部で扱う数値と輝度信号の関係が比例関係として扱えるように変換する。この処理を施さずに、解像度変換回路(204)により線形な解像度変換を施した場合、映像の解像度変換のみならず、特に中間階調において明るめに画像が作られてしまうことがある。このようにモニタガンマ補正回路(203)によって変換されたＲＧＢ輝度信号は、解像度変換回路(204)により、パネルの解像度に合った解像度に変換する。これにより、必要以上に高解像度の信号が入力された場合の信号処理負荷を低減させ、また、低解像度の信号が来た場合でも後段の処理として同様の信号処理を施すことが出来ればよくなり、解像度変換後の回路を簡略化することが可能となる。これらの処理によって輝度と解像度に対して正規化されたＲＧＢ信号に変換出来るが、プロジェクタが投影するＲＧＢそれぞれの単色光の色度座標が入力される画像が想定している単色の色度座標と対応しているとは限らない。また、使用するパネルの特性上、単色の色度座標も反射率に応じて変化することが知られている。この問題に対応するために、色変換回路(205)によって入力された画像信号に対して色相、明度、彩度を変換することにより、設計上発生した単色の色度座標の違いや反射率に応じて変化する色度座標を補正しつつ、例えば彩度が高めな画像に変換するなどを施している。

以上の様に処理された画像は、このままでは台形歪みが補正されていないため、画像変形回路(206)により、台形歪みをキャンセルするための台形歪み逆補正を施す。この処理は、投影される画像の座標にのみ影響を受けるため、ＲＧＢ信号共通の映像変形処理を施す。これにより台形歪みのない画像を形成出来る。しかしながら、パネルの特性上電圧Ｖに対してパネルの透過率Ｔはリニアではないという問題が残っている。この問題に対応するために、多くのプロジェクタでは信号に対してリニアな輝度変換を補償するためにＶＴ補正回路(207,208,209)によりＲＧＢそれぞれの信号に対してパネルの反射率をパネルへの印加電圧に対して線形にする変換処理を施している。さらに、パネルはその部分部分でＶＴ特性が異なり、また、パネル毎にその特性も違うため、例えば全面白の画像を投影したときには場所毎に色がついて見えてしまう。それを補正するために、色むら補正回路(210,211,212)により、映像の座標と輝度レベルからそれぞれのパネルの場所毎のＶＴ特性が相似形を示すように補正している。

以上の処理により、投影すべき画像処理が施されたわけであるが、さらに、倍速駆動回路兼コンバージェンス補正回路(213,214,215)を通した上でパネルを駆動する。パネルを駆動する際、片方向にのみ電界を掛け続けると、パネル内部のイオンや不純物が片側に泳動してしまうことによりフリッカや焼き付きなどの影響を及ぼす場合があることが知られている。そこで、倍速駆動回路によって１フレームに対して２倍のフレームに倍速変換し、パネルに加える電界方向が対向するＩＴＯ膜の電位を中心に正逆１フレームづつ逆電界が加わるように駆動している。さらに、このブロックには、倍速で駆動する必要性から１フレーム以上のメモリーを有しており、読み出すタイミングをずらすことによりパネルを駆動する映像信号を垂直・水平方向に画素単位なら簡単にシフトさせることが出来る。これを利用し、コンバージェンス補正回路としての機能としての画素毎のシフト機能も有している。このようにしてつくられたデジタル映像信号をパネルドライバ回路(216,217,218)によりＤ／Ａし、更にアンプ処理を施すことにより、目的の画像をパネル上に形成することが可能にしている。

上記の例として、下記特許文献１をあげることが出来る。
特許第３２２８７６７号公報

上記のように、従来技術によって歪みがなく、ＲＧＢそれぞれの画素にずれがない画像の形成および投影が可能になったのだが、近年の集積化技術の向上によりパネル解像度の向上やパネルサイズの小型化により、画素自体が小さくなり、相対的に色ずれが目立ちやすくなってきている。このような現状を踏まえ、本発明が解決しようとする課題について、図３を使って説明する。

図３はスクリーン(301)にプロジェクタから２枚のパネルのみ特定輝度で投影(300)した状態を示している。便宜上２枚のパネルの１方をＡパネル、他方をＢパネルと表現することにする。スクリーン上に投影された投射画像の左上部分(302)に注目したときにＡパネルが図４に示すように投影されたとする。黒い四角それぞれが画素を示している。同様に、スクリーン上に投影された投射画像の左上部分(302)へ投影されるＢパネルを図５に示している。白抜きの四角それぞれが画素を示している。プロジェクタによりＡパネルとＢパネルを同時に投影したときの左上隅(302)の様子を示したのが図６である。同様に、右上隅の様子を示したものが図７である。このように投影された場合、従来のコンバージェンス補正では右上隅の色ずれを合わせるために、Ａパネルに投影されている映像信号が右側にシフトするようにパネル駆動しても、左上角はさらにずれてしまう。逆に、左上隅の色ずれを合わせるためにＡパネルに投影されている映像信号が左側にシフトするようにパネルを駆動しても、やはり右上隅がさらにずれてしまう。このように、図６と図７に示す色ずれが同時に発生した場合には、従来の方法でコンバージェンスを補正することが不可能である。

そこで本発明における表示装置は、従来ＲＧＢ共通で処理されていた画像変形処理をＲＧＢ画像それぞれ独立に画像変形処理を施すことによりコンバージェンス補正を行うことにより、色ずれを目立たなくすることを特徴としている。

本発明によれば、
請求項１に記載の発明により従来色収差などによって投影した画像の部分ごとで異なった方向の色ずれが発生した場合でも適切に色ずれを補正できるコンバージェンス補正機能を実現することが出来る。

また、請求項２に記載の発明により、コンバージェンス補正機能を台形補正のみに特化した画像変形手段で構成することにより、廉価なシステムを構築することが可能となる。

更に、請求項３に記載の発明により、コンバージェンス補正機能を高々有限数の領域に分割された領域の線形補間により画像変形手段を構成することにより、廉価なシステムを構築することが可能となる

次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。

請求項記載の内容に即した実施例について説明する。

実施例１では、従来ＲＧＢ共通に台形補正歪み補正として画素単位で垂直または水平にシフトさせることにより実現させていたコンバージェンス補正処理を、ＲＧＢ独立に画像変形処理を行うことによって実現していることを特徴としている。以下図１に即して説明する。

ブロック図、図１は、コンポーネント映像信号(100)の入力からパネル駆動までの処理を示している。大きく分けて、アナログ映像信号をデジタル映像信号に変換している部分、デジタル信号に信号処理を施す部分、デジタル信号をパネルを駆動するためのアナログ信号に変換している部分に分けられる。

入力されたコンポーネント信号(100)は、ビデオデコーダ(101)によってＹｕｖ信号に変換され、更にカラーマトリックス回路(103)によりＲＧＢ信号に変換される。

変換されたＲＧＢ信号は、数値と輝度の関係が比例関係になく、撮像装置等で１／２．２のガンマが施されているため、モニタガンマ補正回路(104)により２．２のガンマを施すことにより、内部で扱う数値と輝度信号の関係が比例関係として扱えるように変換する。この処理を施さずに、解像度変換回路(105)により線形な解像度変換を施した場合、映像の解像度変換のみならず、特に中間階調において明るめに画像が作られてしまうことがある。このようにモニタガンマ補正回路(104)によって変換されたＲＧＢ輝度信号は、解像度変換回路(105)により、パネルの解像度に合った解像度に変換する。必要以上に高解像度の信号が入力された場合の信号処理負荷を低減させ、また、低解像度の信号が来た場合でも後段の処理として同様の信号処理を施すことが出来ればよくなり、回路の複雑さを増やさずに済む。このような処理によって輝度と解像度に対して正規化されたＲＧＢ信号に変換出来るが、プロジェクタが投影するＲＧＢそれぞれの単色光の色度座標が入力される画像が想定している単色の色度座標と対応しているとは限らない。また、使用するパネルの特性上、単色の色度座標も反射率に応じて変化することが知られている。このような問題に対応するために、色変換回路(106)によって入力された画像信号に対して色相、明度、彩度を変換することにより、設計上発生した単色の色度座標の違いや反射率に応じて変化する色度座標を補正しつつ、例えば彩度が高めな画像に変換するなどを施している。

以上の様に処理された画像は、このままでは台形歪みやＲＧＢそれぞれの画素ずれが補正されていないため、画像変形回路(107,108,109)により、ＲＧＢそれぞれ独立に台形歪みをキャンセルするための台形歪み逆補正と画素ずれを低減させる画像変換処理を施す。以上の処理により、色や画像の歪みや色ずれを補正した画像を生成出来るが、パネルの特性上、パネルに印加する電圧Ｖに対してパネルの透過率Ｔはリニアではないという問題が残っている。この問題に対応するために、多くのプロジェクタでは信号に対してリニアな輝度変換を補償するためにＶＴ補正回路(110,111,112)によりＲＧＢそれぞれの信号に対してパネルの反射率を線形にする変換処理を施している。さらに、パネルはその部分部分でＶＴ特性が異なり、また、パネル毎にその特性も違うため、例えば全面白の画像を投影したときには場所毎に色がついて見えてしまう。それを補正するために、色むら補正回路(113,114,115)により、映像の座標と輝度レベルからそれぞれのパネルの場所毎のＶＴ特性が相似形を示すように補正している。

以上の処理により、投影すべき画像処理が施されたわけであるが、パネルを駆動する際、片方向にのみ電界を掛け続けると、パネル内部のイオンや不純物が片側に泳動してしまうことによりフリッカや焼き付きなどの影響を及ぼす場合があることが知られている。そこで、倍速駆動回路(116,117,118)によって１フレームに対して２倍のフレームに倍速変換し、パネルに加える電界方向が対向するＩＴＯの電位を中心に正逆１フレームづつ逆電界が加わるように駆動している。このようにしてつくられたデジタル映像信号を、パネルドライバ回路(119,120,121)でＤ／Ａ変換後にアンプ処理を施すことにより、目的の画像をパネル上に形成することが可能にしている。

次に、画像変形回路の変形処理について説明する。画像変形回路はＲＧＢそれぞれ独立に変形処理が可能なように構成されている。図８に示したＸＧＡパネルにおける画像変形処理について説明する。本実施例では、図８に示したパネルを図９に示したように３＊３のブロックに分割し、それぞれの交点の座標をP₁₁、P₁₂、P₁₃、P₁₄、P₂₁、P₂₂、P₂₃、P₂₄、P₃₁、P₃₂、P₃₃、P₃₄、P₄₁、P₄₂、P₄₃、P₄₄としている。これらの座標は画像変形対象画像の座標を示しており、ＸＧＡパネルにおける具体的な座標設定は図１０のようになる。この画像変形対象画像の写像先として図１１に示すように、Q₁₁、Q₁₂、Q₁₃、Q₁₄、Q₂₁、Q₂₂、Q₂₃、Q₂₄、Q₃₁、Q₃₂、Q₃₃、Q₃₄、Q₄₁、Q₄₂、Q₄₃、Q₄₄を与える。具体的な数値としての例を挙げると図１２に示す値を設定する。変換される領域の対応表を図１３に示す。この図で写像関係が示されていない領域は変形画像では黒で埋められる。このようにしてＲＧＢそれぞれ異なったＰｍｎやＱｍｎによって線形補間を施すことにより台形補正を施すと同時に色ずれの補正を行うことを可能としている。

本実施例では、画像変形処理として線形補間を提供したが請求項として線形補間に限定するものではない。また、線形補間においてブロック分割を３＊３で説明したが、このブロック数も請求項を限定するものではない。

本発明の実施例１における画像処理ブロック図従来例に於ける映像信号処理のブロック図プロジェクタから２枚のパネルのみ特定輝度で投影した状態を示す図Ａパネルによる投影画像の例Ｂパネルによる投影画像の例ＡパネルとＢパネルを同時に投影したときの投影画像の例（左上隅）ＡパネルとＢパネルを同時に投影したときの投影画像の例（右上隅）画像変形処理について説明するための図画像変形処理のための画像分割例を示す図画像変形対象画像の座標設定を示す図画像変形対象画像の写像例画像変形対象画像の写像先の座標を示す図変換される領域の対応を示す表

符号の説明

101 ビデオデコーダ
103 カラーマトリックス回路
104 モニタガンマ補正回路
105 解像度変換回路
106 色変換回路
107 画像変形回路
108 画像変形回路
109 画像変形回路
110 ＶＴ補正回路
111 ＶＴ補正回路
112 ＶＴ補正回路
113 色むら補正回路
114 色むら補正回路
115 色むら補正回路
116 倍速駆動回路
117 倍速駆動回路
118 倍速駆動回路
119 パネルドライバ回路
120 パネルドライバ回路
121 パネルドライバ回路
122 液晶パネル（Ｒ）
123 液晶パネル（Ｇ）
124 液晶パネル（Ｂ）
201 ビデオデコーダ
202 カラーマトリックス回路
203 モニタガンマ補正回路
204 解像度変換回路
205 色変換回路
206 画像変形回路
207 ＶＴ補正回路
208 ＶＴ補正回路
209 ＶＴ補正回路
210 色むら補正回路
211 色むら補正回路
212 色むら補正回路
213 倍速駆動回路兼コンバージェンス補正回路
214 倍速駆動回路兼コンバージェンス補正回路
215 倍速駆動回路兼コンバージェンス補正回路
216 パネルドライバ回路
217 パネルドライバ回路
218 パネルドライバ回路
219 液晶パネル（Ｒ）
220 液晶パネル（Ｇ）
221 液晶パネル（Ｂ）

Claims

画素が２次元に配列された複数の表示素子（液晶パネル）から成り、
該複数の表示素子の像を拡大してスクリーン上にカラー投影する投写型表示装置であって、
該複数の表示素子のうちの第１の表示素子に対応する第１の画像変形手段と、
該複数の表示素子のうちの第２の表示素子に対応する第２の画像変形手段とを有し、
第１の画像変形手段と第２の画像変形手段が各々独立に制御するように成した色ズレ補正手段を有することを特徴とする投写型表示装置。
前記画像変形手段は台形歪み補正機能である色ずれ補正手段を有することを特徴とする請求項１に記載の投写型表示装置。
前記画像変形手段は有限個に分割された各領域に対して線形補間を行うことを特徴とする請求項１に記載の投写型表示装置。