JP2011141324A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 画面の明るさを低下させないで、信号レベルが小さい画像で、コントラストを向上させ、消費電力を低減し、動画像のぼやけも抑制する。
【解決手段】 表示する画像のそれぞれ異なる領域を生成するために照明光を発する複数の光源６ａ、６ｂと、入力画像信号を分析し、入力画像信号の明るさを検出する画像信号分析部２と、入力画像信号の明るさに応じて明るいほど発光する期間が長くなるように、複数の光源６ａ、６ｂのそれぞれが発光する期間を制御するための発光期間信号を生成する発光期間決定部３と、発光期間信号に基づいて複数の光源６ａ、６ｂの点灯と消灯を制御する光源制御部５と、発光期間信号に基づいて入力画像信号から表示画像信号を生成する画像信号変換部４と、分割した複数の領域それぞれで複数の光源のいずれかから照射される照明光の強度を、表示画像信号に基づいて画素ごとに変調して画像を生成する受光型光変調部８とを備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶パネルなどの受光型光変調素子を用いる画像表示装置に関し、特に画像データに応じて光源の発光を制御する画像表示装置に関する。

従来の画像表示装置では、入力画像データの最大値を求め、最大値に応じた調光係数および補正係数を求め、調光係数に応じて光源の発光強度を制御するとともに、補正係数に応じて入力画像データを補正することが開示されている（例えば、特許文献１の段落００３２〜００３８、段落００６７、図１を参照）。

特開２００９−１４５５８５号公報

受光型光変調素子を用いる画像表示装置において、入力画像データの最大値に応じて光源の発光強度を制御するとともに入力画像データを補正することにより、表示画像のコントラストを向上できるという効果が得られる。しかしながら、１フレーム期間を通じて同一の画像が表示されることや、データの変化時間に起因して発生する動画ぼやけについては解決されておらず、動画像に対しては使用者にぼやけが感じられるという課題がある。この課題を解決するために、光源の発光時間を短くするという方法が考えられるが、この場合には画面の明るさが低下するという課題が発生する。画面の明るさを維持するためには、光源の最大発光強度を向上させる必要があり、最大発光強度が大きい光源は小さい光源よりも高価であり、コストの増大につながる。

本発明は上述の問題に鑑みてなされたものであり、画面の明るさの低下を抑えつつ、信号レベルの小さい画像に対して表示画像のコントラストを向上し、消費電力を低減することができるとともに、動画像のぼやけも抑制することが可能な画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係わる画像表示装置は、表示する画像のそれぞれ異なる領域を生成するために照明光を発する複数の光源と、入力画像信号を分析し、入力画像信号の明るさを検出する画像信号分析部と、上記入力画像信号の明るさに応じて明るいほど発光する期間が長くなるように、複数の上記光源のそれぞれが発光する期間を制御するための発光期間信号を生成する発光期間決定部と、上記発光期間信号に基づいて、複数の上記光源の点灯と消灯を制御する光源制御部と、上記発光期間信号に基づいて、上記入力画像信号から表示画像信号を生成する画像信号変換部と、分割した複数の領域それぞれで、複数の上記光源のいずれかから照射される照明光の強度を、上記表示画像信号に基づいて画素ごとに変調して画像を生成する受光型光変調部とを備えたものである。

本発明によれば、画面の明るさの低下を抑えつつ、入力画像信号レベルの小さい画像に対してはコントラストの向上、消費電力の低下が可能となる。また、入力画像信号レベルの小さい画像に対しては動画ぼやけの発生を抑制できる。

この発明の実施の形態１に係る画像表示装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る画像表示装置が有する発光期間決定部の構成の一例を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る画像表示装置において、最大輝度値と発光期間の関係の一例を示す模式図である。 この発明の実施の形態１に係る画像表示装置が有する画像信号変換部の構成の一例を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る画像表示装置において、第１および第２の光源が照明する領域と画面との関係を表した模式図である。 この発明の実施の形態１に係る画像表示装置における画像表示の動作の一例を示した模式図である。 この発明の実施の形態１に係る画像表示装置における画像表示の動作の別の一例を示した模式図である。 この発明の実施の形態１に係る画像表示装置における画像表示の動作のさらに別の一例を示した模式図である。 この発明の実施の形態２に係る画像表示装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２に係る画像表示装置において、第１〜第４の光源が照明する領域と画面との関係を表した模式図である。 この発明の実施の形態３に係る画像表示装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態３に係る画像表示装置における画像表示の動作の一例を示した模式図である。 この発明の実施の形態３に係る画像表示装置における画像表示の動作の別の一例を示した模式図である。 この発明の実施の形態３に係る画像表示装置における画像表示の動作のさらに別の一例を示した模式図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る画像表示装置の構成を示すブロック図である。実施の形態１に係る画像表示装置は、入力画像信号を輝度に変換する輝度変換部１、１画面分の入力信号から輝度の最大輝度値を求める画像信号分析部２、最大輝度値を基に光源の発光期間を決定する発光期間決定部３、発光期間に応じて入力画像信号を調整する画像信号変換部４、決定された発光期間だけ光源を発光させる光源制御部５、１画面を複数の領域に分割したそれぞれの画像を作成するために使用される第１の光源６ａおよび第２の光源６ｂ、光源からの光を所定の領域（各光源が照明すべき領域）において均一にする導光部７、導光部７からの光の強度を画素ごとに変調して画像を作成する受光型光変調部８を備える。受光型光変調部８は、例えば透過型もしくは反射型の液晶パネルを用いて構成することができる。以下では、透過型の液晶パネルを使用した場合で説明する。反射型の場合は、透過率などを反射率などに読替えるものとする。

画像表示装置には、当該信号に対応する画素の画面内における位置を（ｘ，ｙ）と表現すると、赤色の色信号Ｒ（ｘ，ｙ）、青色の色信号Ｇ（ｘ，ｙ）、緑色の色信号Ｂ（ｘ，ｙ）を有する入力画像信号が入力される。入力画像信号は、輝度変換部１へと入力される。画像表示装置に入力される色信号は、当該信号により表示されるべき輝度に対して非線形な特性となっている場合がある。輝度変換部１は、入力色信号Ｒ（ｘ，ｙ）、Ｇ（ｘ，ｙ）、Ｂ（ｘ，ｙ）を輝度に対して線形な色信号である色別輝度信号ＹＲ（ｘ，ｙ）、ＹＧ（ｘ，ｙ）、ＹＢ（ｘ，ｙ）へとそれぞれ変換する。なお、入力色信号が輝度に対して線形な特性となっている場合には、輝度変換部１は不要となる。

色別輝度信号は、画像信号分析部２および画像信号変換部４へと入力される。画像信号分析部２では、色別輝度信号ＹＲ（ｘ，ｙ）、ＹＧ（ｘ，ｙ）、ＹＢ（ｘ，ｙ）のそれぞれについて、画面内の最大値ＲＭＡＸ、ＧＭＡＸ、ＢＭＡＸを１フレームごとに算出する。なお、最大値ではなく最大値に準じる値としてＲＭＡＸ、ＧＭＡＸ、ＢＭＡＸを算出するように構成することもできる。具体的には、色別輝度信号ＹＲ（ｘ，ｙ）、ＹＧ（ｘ，ｙ）、ＹＢ（ｘ，ｙ）のそれぞれについて、画面内で当該値以上の値となる信号の数が所定のしきい値（例えば、１０個）を超える値を最大値に準じる値として算出することができる。この処理は、色別輝度信号ＹＲ（ｘ，ｙ）、ＹＧ（ｘ，ｙ）、ＹＢ（ｘ，ｙ）の画面内のヒストグラムを生成し、信号値の大きなものからの累積度数を所定のしきい値と比較することで実現可能である。

最大値ＲＭＡＸ、ＧＭＡＸ、ＢＭＡＸは、発光期間決定部３へと入力される。図２は、発光期間決定部３の構成の一例を示すブロック図である。本構成において、発光期間決定部３は、最大値算出部９、発光時間算出部１０、発光期間生成部１１を備える。最大値ＲＭＡＸ、ＧＭＡＸ、ＢＭＡＸは、最大値算出部９に入力され、最大値ＲＭＡＸ、ＧＭＡＸ、ＢＭＡＸのうちの最大値である最大輝度値ＲＧＢＭＡＸが算出される。最大輝度値は発光時間算出部１０へと入力される。発光時間算出部１０では、最大輝度値を用いて、第１の光源６ａ、第２の光源６ｂに対応する所要発光時間ＴＡを算出する。所要発光時間は、各フレームの画像を表示するために必要となる各光源の発光時間（発光期間の長さ）を表す。所要発光時間は、最大輝度値が大きいほど長くなり、最大輝度値が小さいほど短くなる。図３は、最大輝度値と発光時間の関係の一例を示す図である。図において、横軸は最大輝度値の大きさ、縦軸は発光時間の長さを表す。最大輝度値は取り得る最大値が１００となるように正規化しており、発光時間は１フレーム時間内で発光させる最長の時間（この実施の形態では、０．５フレーム期間）が１００となるように正規化している。

図３に示す例では、最大輝度値に比例した発光時間とすることにより、１フレーム期間内の明るさの平均値が最大輝度値と比例するように制御している。これにより、当該フレームの画像表示に必要な明るさ（１フレーム期間内の輝度の平均値）を確保しつつ、不要な発光を抑制することができる。なお、比例でなくても、入力画像信号の最大輝度値（明るさ）に応じて明るいほど所要発光時間ＴＡ（発光する期間の長さ）が長くなるようにすればよい。

所要発光時間ＴＡは、発光期間生成部１１へと入力される。発光期間生成部１１では、第１の光源６ａ、第２の光源６ｂのそれぞれが照明する領域の受光型光変調部８における位置に応じて、第１の光源６ａの発光期間を表す発光期間信号ＴＥ１、第２の光源６ｂの発光期間を表す発光期間信号ＴＥ２を決定する。発光期間信号ＴＥ１、ＴＥ２において、発光する期間の長さはともにＴＡとなるが、第１の光源６ａと第２の光源６ｂとが同時に点灯しないように、発光を開始する（点灯する）タイミング、発光を終了する（消灯する）タイミングが決められる。ここで、第１の光源６ａは画面の上側に相当する領域を、第２の光源６ｂは画面の下側に相当する領域を照明するように配置される。図５は、第１の光源６ａおよび第２の光源６ｂが照明する領域と画面との関係を表した模式図であり、画面を正面から見た場合を表している。なお、第１の光源６ａと第２の光源６ｂとが同時に点灯する期間があってもよい。

発光期間信号ＴＥ１、ＴＥ２は、画像信号変換部４および光源制御部５へと入力される。画像信号変換部４では、色別輝度信号と発光期間信号ＴＥ１、ＴＥ２を用いて、表示画像信号を生成する。なお、この実施の形態の画像表示装置においては、発光期間信号ＴＥ１、ＴＥ２が表す発光期間の長さ（発光時間）はＴＡで同一であり、発光期間信号ＴＥ１、ＴＥ２のいずれか一方を画像信号変換部４で用いればよい。ここでは、発光期間信号ＴＥ１を用いるものとする。図４は、画像信号変換部４の構成の一例を示すブロック図である。本構成において、画像信号変換部４は、乗算係数ｋを算出する乗算係数算出部１２、乗算係数ｋをそれぞれ赤、緑、青の色別輝度信号に掛ける乗算部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂを備える。

乗算係数算出部１２には発光期間信号ＴＥ１が入力され、これに基づいて乗算係数ｋが算出される。乗算係数ｋは、発光期間信号ＴＥ１が表す発光時間が短いほど大きな値となる。そのようにする理由は、発光時間と受光型光変調部８の透過率との積が画面の明るさになるので、発光時間を変化させても、入力画像信号での明るさで画像を表示するためである。

乗算部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂでは、色別輝度信号ＹＲ（ｘ，ｙ）、ＹＧ（ｘ，ｙ）、ＹＢ（ｘ，ｙ）に乗算係数ｋをそれぞれ乗じて表示色信号ＹＲ２（ｘ，ｙ）、ＹＧ２（ｘ，ｙ）、ＹＢ２（ｘ，ｙ）から構成される表示画像信号を算出する。
画像信号変換部４で生成された表示画像信号は、受光型光変調部８へと入力される。受光型光変調部８では、表示画像信号に応じて対応する画素の対応する色の透過率を変化させることで、光源からの照明光の強度を変調して画像を表示する。

画像信号変換部４で生成される表示画像信号は、受光型光変調部８において変調された各画素の光の強さが、所望の強さとなるように生成される。すなわち、光源の発光時間が短く、光源からの照明光の１フレーム期間における平均の明るさが暗い場合には、受光型光変調部８でより多くの光を透過することで、所望の明るさを得る。ただし、画像信号に含まれるノイズ成分を強調することを抑制するために、画像信号変換部４で乗じる乗算係数に上限値を設けることもある。光源制御部５は、発光期間信号ＴＥ１、ＴＥ２の内容にしたがって、第１の光源６ａ、第２の光源６ｂの点灯および消灯を制御する。

第１の光源６ａ、第２の光源６ｂは、発光期間が制御できるものであれば、白色光源であっても、赤、緑、青の光源を組み合わせたものでもよい。導光部７は、第１の光源６ａ、第２の光源６ｂからの照明光を所定の領域において均一になるようにして、受光型光変調部８への照明光を生成する。赤、緑、青の光源を組み合わせる場合には、それらの光源からの光を混合して白色とする機能も、導光部７は有する。

以下、この実施の形態に係る画像表示装置が奏する効果について説明する。ここでは、説明の簡略化のために、受光型光変調部８は４ラインの画像を生成するものとする。第１の光源６ａは上側の第１ラインよび第２ラインを照明し、第２の光源６ｂは下側の第３ラインおよび第４ラインを照明する。図６は、この実施の形態に係る画像表示装置における画像信号、受光型光変調部８の透過率と光源の発光の変化（すなわち画像表示のプロセス）の一例を示した模式図であり、入力画像信号の信号レベルが大きい（入力画像が明るい）場合の例を示したものである。

図において、上から順に入力画像信号、表示画像信号、第1の光源６ａの発光、受光型光変調部８における第１ラインの透過率、第２ラインの透過率、第３ラインの透過率、第４ラインの透過率、第２の光源６ｂの発光の変化を表す。横軸は、１フレームの時間が８となるように正規化した時間である。入力画像信号はフレームごとにＡ０、Ｂ０、Ａ０、Ｂ０、・・・と変化する。入力画像信号Ａ０とＢ０に対して、必要となる発光時間は同じとなるものとする。入力画像信号に対応して表示画像信号はフレームごとにＡ１、Ｂ１、Ａ１、Ｂ１、・・・と変化する。光源の発光は、値１が光源が発光していることを表し、値０は光源が発光していないことを表す。

受光型光変調部８の各ラインの透過率はフレームごとにａ、ｂ、ａ、ｂ、・・・と変化する。ここで、透過率の値ａは表示画像信号Ａ１に対応した各ラインにおける透過率であり、透過率の値ｂは表示画像信号Ｂ１に対応した各ラインにおける透過率である。受光型光変調部８において、表示画像信号がラインごとに順に入力され、その後、所定時間をかけて透過率が変化するのが通常である。図６において、第１ラインには時間０、８、１６、２４に表示画像信号が入力され、時間４、１２、２０、２８に当該データに対応した透過率への変化が完了する。第２ラインには時間２、１０、１８、２６に表示画像信号が入力され、時間６、１４、２２、３０に当該データに対応した透過率への変化が完了する。第３ラインには時間４、１２、２０、２８に表示画像信号が入力され、時間８、１６、２４、３２に当該データに対応した透過率への変化が完了する。第４インには時間６、１４、２２、３０に表示画像信号が入力され、時間１０、１８、２６、３４に当該データに対応した透過率への変化が完了する。

第１の光源６ａは、時間５〜９、１３〜１７、２１〜２５、２９〜３３の期間に発光し、第１ラインおよび第２ラインを照明する。第２の光源６ｂは、時間１〜５、９〜１３、１７〜２１、２５〜２９の期間に発光し、第３ラインおよび第４ラインを照明する。ここで、光源が発光している期間においては、当該光源に照明されるラインの透過率は変動しないことが望ましいのであるが、図６における例においては一部の時間で透過率が変動している（○印にて図示）。この時間においては、表示される画像は前後のフレームの画像の影響を受けており、画像のぼやけとなる。光源の発光期間中に透過率が変動している時間が長くなるほど、画像のぼやけの度合いは大きくなる。各ラインは１フレーム期間の半分は照明されていないので、動きがある画像を所定の長さの黒表示期間（画像が表示されない期間）を挟まないで表示した場合に発生する動画ぼやけは抑制できる。

受光型光変調部８の各領域が光源により照明されて画像を表示する時間は、動画ぼやけを抑制することと画像の明るさとを総合的に考慮して決める。ここでは、画像の明るさを優先させて、最も明るい画像で動画ぼやけが発生する場合があることを許容した場合である。動画ぼやけを抑制することを優先する場合には、透過率が変動する期間には光源で照明されないように、発光時間の最大値を決める。

図７は、この実施の形態に係る画像表示装置における画像信号、受光型光変調部８の透過率と光源の発光の変化（すなわち画像表示のプロセス）の別の一例を示した模式図であり、入力画像信号の信号レベルが中程度（入力画像が中程度の明るさ）の場合の例を示したものである。図６に示した入力画像信号の信号レベルが大きい場合と比較すると、光源の発光時間が約半分と短くなっている。この結果、光源が発光している期間は、当該光源に照明されるラインの透過率は一定となっており、データの変化時間に起因して発生する動画ぼやけは発生しない。

図８は、この実施の形態に係る画像表示装置における画像信号、受光型光変調部８の透過率と光源の発光の変化（すなわち画像表示のプロセス）の別の一例を示した模式図であり、入力画像信号の信号レベルが小さい（入力画像が暗い）場合の例を示したものである。図６に示した入力画像信号の信号レベルが大きい場合と比較すると、光源の発光時間が約１／４と短くなっている。この結果、光源が発光している期間は、当該光源に照明されるラインの透過率は一定となっており、データの変化時間に起因して発生する動画ぼやけは発生しない。なお、図６〜図８は説明のための模式図であり、各ラインへの表示画像データの入力タイミングの時間の差や、透過率の変化に要する時間については、採用する素子により異なる。

以上のように、この実施の形態に係る画像表示装置では、入力画像信号の最大値（または最大値に準じた値）に応じて光源の発光期間を制御する。これにより、各フレームの画像表示に必要な明るさを確保しつつ、入力画像信号の最大値が小さい画像（信号レベルの小さい画像）に対しては不要な発光を削減することでコントラストの向上、消費電力の低下が可能となる。さらに、この実施の形態の画像表示装置においては、入力画像信号の最大値が小さいほど各光源の発光時間が短くなり、結果として、表示の明るさを損なうことなく、データの変化時間に起因して発生する動画ぼやけが改善される。また、それぞれ画面の異なる領域を照明する複数の光源を有するので、１つの領域が１フレーム期間を通じて照明されることは無い。これにより当該フレーム期間内に黒表示期間が発生することになる。１フレーム期間内に黒表示期間が発生することで、１フレーム期間を通じて同一の画像が表示されることに起因する動画ぼやけを低減することができる。

なお、信号レベルの大きい画像に対する画像のぼやけを許容する場合には、信号レベルの大きい画像に対する発光時間をさらに長くすることで、より明るい画像表示が実現される。この場合でも、信号レベルが低下すれば、動画ぼやけが改善される効果は同様である。逆に、画像のぼやけを低減することを重視すれば、想定する最も明るい画像でも動画ぼやけが発生しないように、発光時間の最大値を決める。

また、この実施の形態に係る画像表示装置では、フレームごとに入力画像信号の最大値を求め、当該最大値に応じて光源の発光時間を決定するように構成したが、複数フレームの入力画像信号を参照して光源の発光時間を決定するように構成することもできる。このように構成することにより、光源の発光時間の急激な変動が抑えられ、光源の温度が急激に変動することによる光源の劣化を抑制することができる。
また、入力画像信号の最大値を求める替わりに平均値を求め、当該平均値に応じて光源の発光時間を決定するように構成することもできる。このように構成することで、画面の一部のみの信号レベルが高い場合に対しても、消費電力を抑制する効果や動画ぼやけを低減する効果が得られる。
以上のことは、他の実施の形態でもあてはまる。

実施の形態２．
図９は、この発明の実施の形態２に係る画像表示装置の構成を示すブロック図である。実施の形態２に係る画像表示装置は、輝度変換部１、領域別画像信号分析部１４、光源別発光期間決定部１５、領域別画像信号変換部１６、光源制御部５、第１の光源６ａ、第２の光源６ｂ、第３の光源６ｃ、第４の光源６ｄ、導光部７、受光型光変調部８を備える。なお、実施の形態１の図１におけるものと同一の番号を付したものは、同一の構成であり詳細な説明を省略する。上記実施の形態１に係る画像表示装置では、各フレームの入力画像信号の最大値を用いて、当該フレームにおける全光源の発光期間を決定するように構成していた。一方、この実施の形態に係る画像表示装置は、各フレームの入力画像信号について画面内の領域ごとに最大値を求め、各領域の最大値を用いて光源ごとに発光期間を決定するように構成したものである。

この実施の形態の画像表示装置には、色信号Ｒ（ｘ，ｙ）、色信号Ｇ（ｘ，ｙ）、色信号Ｂ（ｘ，ｙ）を有する入力画像信号が入力される。入力画像信号は、輝度変換部１へと入力され、輝度に対して線形な色信号である色別輝度信号ＹＲ（ｘ，ｙ）、ＹＧ（ｘ，ｙ）、ＹＢ（ｘ，ｙ）へと変換される。色別輝度信号は、領域別画像信号分析部１４および領域別画像信号変換部１６へと入力される。領域別画像信号分析部１４では、色別輝度信号ＹＲ（ｘ，ｙ）、ＹＧ（ｘ，ｙ）、ＹＢ（ｘ，ｙ）のそれぞれについて、画面内のそれぞれ異なる光源により照明される領域ごとに最大値を算出する。図１０は、以下、この実施の形態の画像表示装置における各光源が照明する領域と画面との関係を表した模式図であり、画面を正面から見た場合を表している。なお、図１０ではいずれの光源からも照明されない領域が画面内にあるように見えるが、図１０は説明のための模式図であり、実際には画面内の全ての領域はいずれかの光源により照明される。また、領域の境界での表示画像の連続性を向上するなどの目的で、複数の光源からの光により照明される領域を設けることも考えられる。この場合には、当該領域は最も影響の大きい光源により照明される領域と考えることができる。

領域別画像信号分析部１４では、第１〜第４の光源がそれぞれ照明する領域ごとに、色別輝度信号の最大値を求める。第１の光源６ａが照明する領域１に対して、色別輝度信号ＹＲ（ｘ，ｙ）、ＹＧ（ｘ，ｙ）、ＹＢ（ｘ，ｙ）の最大値ＲＭＡＸ１、ＧＭＡＸ１、ＢＭＡＸ１を求め、さらにこれらの最大値ＲＧＢＭＡＸ１を求める。同様に、第２の光源６ｂが照明する領域２に対して色別輝度信号の最大値ＲＧＢＭＡＸ２を求め、第３の光源６ｃが照明する領域３に対して色別輝度信号の最大値ＲＧＢＭＡＸ３を求め、第４の光源６ｄが照明する領域４に対して色別輝度信号の最大値ＲＧＢＭＡＸ４を求める。なお、最大値ではなく最大値に準じる値としてＲＧＢＭＡＸ１〜ＲＧＢＭＡＸ４を算出するように構成することもできるのは、上記実施の形態１と同様である。

最大値ＲＧＢＭＡＸ１〜ＲＧＢＭＡＸ４は、光源別発光期間決定部１５へと入力される。光源別発光期間決定部１５では、最大値ＲＧＢＭＡＸ１を用いて第１の光源６ａの所要発光時間ＴＡ１を算出する。さらに、当該所要発光時間ＴＡ１と第１の光源６ａが照明する領域の画面内の位置に応じて、第１の光源６ａの発光期間を表す発光期間信号ＴＥ１を作成する。同様に、第２の光源６ｂの発光期間を表す発光期間信号ＴＥ２、第３の光源６ｃの発光期間を表す発光期間信号ＴＥ３、第４の光源６ｄの発光期間を表す発光期間信号ＴＥ４も作成する。発光期間信号ＴＥ１〜ＴＥ４は、全ての光源が同時には点灯しないように作成される。なお、２個以上の光源が同時に発光する期間があってもよい。

発光期間信号ＴＥ１〜ＴＥ４は、領域別画像信号変換部１６および光源制御部５へと入力される。領域別画像信号変換部１６では、色別輝度信号と発光期間信号ＴＥ１〜ＴＥ４を用いて、表示画像信号を生成する。領域別画像信号変換部１６では、画面内の領域ごとに乗算係数ｋ１〜ｋ４が求められ、色別輝度信号ＹＲ（ｘ，ｙ）、ＹＧ（ｘ，ｙ）、ＹＢ（ｘ，ｙ）に当該信号の領域に応じた乗算係数を乗じて表示色信号ＹＲ２（ｘ，ｙ）、ＹＧ２（ｘ，ｙ）、ＹＢ２（ｘ，ｙ）から構成される表示画像信号を算出する。領域別画像信号変換部１６で生成された表示画像信号は、受光型光変調部８へと入力される。受光型光変調部８では、表示画像信号に応じて対応する画素の対応する色の透過率を変化させることで、光源からの照明光の強度を変調して画像を表示する。

光源制御部５は、発光期間信号ＴＥ１、ＴＥ２、ＴＥ３、ＴＥ４にしたがって、第１の光源６ａ、第２の光源６ｂ、第３の光源６ｃ、第４の光源６ｄの点灯および消灯を制御する。導光部７は、第１の光源６ａ、第２の光源６ｂ、第３の光源６ｃ、第４の光源６ｄからの照明光を所定の領域において均一になるようにし、受光型光変調部８への照明光を生成する。

この実施の形態の画像表示装置においては、各フレームの入力画像信号について画面内の領域ごとに最大値を求め、各領域の最大値を用いて対応する光源ごとに発光期間を決定する。したがって、画面内の１部分のみで入力信号レベルが高く、他の領域では入力信号レベルが低い画像に対しても、各フレームの画像表示に必要な明るさを確保しつつ、信号レベルが低い領域では不要な発光を削減することでコントラストの向上、消費電力の低下が可能となる。さらに、入力信号レベルの小さい領域では発光期間が短くなり、動画ぼやけの発生を抑制できるという効果もある。

実施の形態３．
図１１は、この発明の実施の形態３に係る画像表示装置の構成を示すブロック図である。実施の形態３に係る画像表示装置は、輝度変換部１、画像信号分析部２ｂ、発光期間決定部３、画像信号変換部４、光源制御部５、第１の光源６ａ、第２の光源６ｂ、導光部７、受光型光変調部８、並べ替え部１７を備える。なお、実施の形態１の図１におけるものと同一の番号を付したものは、同一の構成であり詳細な説明を省略する。この実施の形態に係る画像表示装置は、右目用画像信号ＤＲ（ｘ，ｙ）と左目用画像信号ＤＬ（ｘ，ｙ）から構成される３次元画像信号を入力とした３次元画像表示装置として構成したものである。この実施の形態の画像表示装置では、右目用の画像と左目用の画像を時分割で表示し、使用者は画像表示と同期して透過、非透過が左右それぞれ切り替えられる液晶シャッターを搭載したメガネを通して画像を見ることで、右目用の画像が右目で、左目用の画像が左目で視認され、３次元画像として鑑賞することができる。

この実施の形態の画像表示装置には、右目用画像信号ＤＲ（ｘ，ｙ）と左目用画像信号ＤＬ（ｘ，ｙ）を有する入力画像信号が入力される。入力画像信号がカラー画像であれば、右目用画像信号ＤＲ（ｘ，ｙ）、左目用画像信号ＤＬ（ｘ，ｙ）は、それぞれ複数の色データから構成されることになるが、ここでは一括して説明する。入力画像信号は、輝度変換部１へと入力され、輝度に対して線形な信号である右目輝度信号ＹＤＲ（ｘ，ｙ）、左目輝度信号ＹＤＬ（ｘ，ｙ）へと変換される。右目輝度信号および左目輝度信号は、画像信号分析部２ｂよび画像信号変換部４へと入力される。画像信号分析部２ｂでは、右目輝度信号ＹＤＲ（ｘ，ｙ）、左目輝度信号ＹＤＬ（ｘ，ｙ）を合わせた画面内の最大値ＤＭＡＸを算出する。ここで、右目用の画像信号と左目用の画像信号の信号レベルは近い場合が多く、右目輝度信号ＹＤＲ（ｘ，ｙ）または左目輝度信号ＹＤＬ（ｘ，ｙ）のいずれか一方のみを用いて最大値ＤＭＡＸを求めるように構成してもよい。

最大値ＤＭＡＸは、発光期間決定部３へと入力される。発光期間決定部３では、最大値ＤＭＡＸを用いて第１の光源６ａおよび第２の光源６ｂの所要発光時間ＴＡを算出する。さらに、当該所要発光時間ＴＡと第１の光源６ａが照明する領域の画面内の位置に応じて、第１の光源６ａの発光期間を表す発光期間信号ＴＥ１を作成する。同様に、所要発光時間ＴＡと第２の光源６ｂが照明する領域の画面内の位置に応じて、第２の光源６ｂの発光期間を表す発光期間信号ＴＥ２を作成する。

発光期間信号ＴＥ１、ＴＥ２は、画像信号変換部４および光源制御部５へと入力される。画像信号変換部４では、発光期間信号ＴＥ１またはＴＥ２から光源の所要発光時間ＴＡの情報を抽出し、当該情報を用いて乗算係数ｋが求められる。右目輝度信号ＹＤＲ（ｘ，ｙ）、左目輝度信号ＹＤＬ（ｘ，ｙ）にそれぞれ乗算係数ｋを乗じて、右目表示信号ＹＤＲ２（ｘ，ｙ）、左目表示信号ＹＤＬ２（ｘ，ｙ）から構成される表示画像信号を算出する。画像信号変換部４で生成された表示画像信号は、並べ替え部１７に入力される。並べ替え部１７により、各フレームについて、まず左目表示信号ＹＤＬ２（ｘ，ｙ）が、続いて右目表示信号ＹＤＲ２（ｘ，ｙ）が、時間順次で受光型光変調部８へ入力される。受光型光変調部８では、表示画像信号に応じて対応する画素の対応する色の透過率を変化させることで、光源からの照明光の強度を変調し、左目画像、右目画像を時間順次で表示する。

光源制御部５は、発光期間信号ＴＥ１、ＴＥ２にしたがって、第１の光源６ａ、第２の光源６ｂの点灯および消灯を制御する。ここでは、第１の光源６ａと第２の光源６ｂは、同時には点灯しないように制御する。導光部７は、第１の光源６ａ、第２の光源６ｂからの照明光を所定の領域において均一になるように混合し、受光型光変調部８への照明光を生成する。

図１２は、この実施の形態に係る画像表示装置における画像信号、受光型光変調部８の透過率と光源の発光、メガネの切り替えの変化の一例を示した模式図であり、入力画像信号の信号レベルが大きい（入力画像が明るい）場合の例を示したものである。
図において、上から順に入力画像信号、表示画像信号、第1の光源６ａの発光、受光型光変調部８における第１ラインの透過率、第２ラインの透過率、第３ラインの透過率、第４ラインの透過率、第２の光源６ｂの発光、鑑賞に使用するメガネの切り替えの変化を表す。横軸は時間を表している。時間については、１フレームの時間が１６となるように正規化している。光源の発光については、値１は光源が発光していることを表し、値０は光源が発光していないことを表す。各ラインの透過率については、右目画像（値Ｒ）、左目画像（値Ｌ）のいずれに対応した透過率であるかを表す。また、メガネの切り替えについては、右目用の液晶シャッターが透過状態で左眼用が不透過状態である（値Ｒ）、左目用の液晶シャッターが透過状態で右眼用が不透過状態である（値Ｌ）のどちらかの値をとる。メガネの切り替えが値Ｒである場合には右目で画像を見ており、メガネの切り替えが値Ｌである場合には左目で画像を見ていることになる。

入力画像信号としては、フレームごとに右目用画像信号Ｒおよび左目用画像信号Ｌが入力される。説明を簡単にするため、右目用画像信号および左目用画像信号にはそれぞれ同一の画像信号が入力され続けているものとする。右目用入力画像信号Ｒおよび左目用入力画像信号Ｌに対応して、表示画像信号として右目用表示画像信号Ｒ１および左目用表示画像信号Ｌ１が算出され、並べ替えられて、各フレーム内でＬ１、Ｒ１が時分割で受光型光変調部８に入力される。よって表示画像信号は１／２フレームごとにＬ１、Ｒ１、Ｌ１、Ｒ１、・・・と変化する。受光型光変調部８の各ラインの透過率は１フレーム期間内で値Ｌと値Ｒを１回ずつ持つように変化する。ここで、透過率の値Ｌは左目用表示画像信号Ｌ１に対応した各ラインにおける透過率であり、透過率の値Ｒは右目用表示画像信号Ｒ１に対応した各ラインにおける透過率である。

受光型光変調部８において、表示画像信号がラインごとに順に入力され、その後、所定時間をかけて透過率が変化するのが通常である。図１２において、第１ラインには時間０、８、１６、２４に表示画像信号が入力され、時間４、１２、２０、２８に当該データに対応した透過率への変化が完了する。第２ラインには時間２、１０、１８、２６に表示画像信号が入力され、時間６、１４、２２、３０に当該データに対応した透過率への変化が完了する。第３ラインには時間４、１２、２０、２８に表示画像信号が入力され、時間８、１６、２４、３２に当該データに対応した透過率への変化が完了する。第４インには時間６、１４、２２、３０に表示画像信号が入力され、時間１０、１８、２６、３４に当該データに対応した透過率への変化が完了する。

第１の光源６ａは、時間５〜９、１３〜１７、２１〜２５、２９〜３３の期間に発光し、第１ラインおよび第２ラインを照明する。第２の光源６ｂは、時間１〜５、９〜１３、１７〜２１、２５〜２９の期間に発光し、第３ラインおよび第４ラインを照明する。メガネの切り替えは、時間５以前、１３〜２１、２９以降において右目用のシャッターが透過、左目用のシャッターが非透過となり、時間５〜１３、２１〜２９において右目用のシャッターが非透過、左目用のシャッターが透過となる。ここで、光源が発光している期間においては、当該光源に照明されるラインの透過率は、右目用または左目用画像信号に対応した透過率で変動しないことが望ましいのであるが、図１２における例においては、光源が発光中の一部の時間で透過率が変動している（○印にて図示）。この透過率の変動が右目用画像と左目用画像のクロストークとなり、３次元画像の画質を低下させる要因となる。光源の発光期間中に透過率が変動している時間が長くなるほど、右目用画像と左目用画像のクロストークの度合いは大きくなる。

図１３は、この実施の形態に係る画像表示装置における画像信号、受光型光変調部８の透過率と光源の発光、メガネの切り替えの変化の別の一例を示した模式図であり、入力画像信号の信号レベルが中程度（入力画像が中程度の明るさ）の場合の例を示したものである。図１２に示した入力画像信号の信号レベルが大きい場合と比較すると、光源の発光時間が約半分と短くなっている。この結果、光源が発光している期間は、当該光源に照明されるラインの透過率は一定となっており、右目用画像と左目用画像のクロストークは発生しない。

図１４は、この実施の形態に係る画像表示装置における画像信号、画像信号、受光型光変調部８の透過率と光源の発光、メガネの切り替えの変化の別の一例を示した模式図であり、入力画像信号の信号レベルが小さい（入力画像が暗い）場合の例を示したものである。図１２に示した入力画像信号の信号レベルが大きい場合と比較すると、光源の発光時間が約１／４と短くなっている。この結果、光源が発光している期間は、当該光源に照明されるラインの透過率は一定となっており、右目用画像と左目用画像のクロストークは発生しない。

以上のように、この実施の形態に係る画像表示装置によれば、入力画像信号の最大値（または最大値に準じた値）に応じて光源の発光期間を制御する。これにより、各フレームの画像表示に必要な明るさを確保しつつ、入力画像信号の最大値が小さい画像（信号レベルの小さい画像）に対しては不要な発光を削減することでコントラストの向上、消費電力の低下が可能となる。さらに、この実施の形態の画像表示装置においては、入力画像信号の最大値が小さいほど各光源の発光時間が短くなる。この結果、信号レベルの小さい入力画像信号に対しては、表示の明るさを損なうことなく、３次元画像の表示に際して発生する右目用画像と左目用画像のクロストークが改善されるという効果もある。

１ 輝度変換部、
２ 画像信号分析部、
３ 発光期間決定部、
４ 画像信号変換部、
５ 光源制御部、
６ａ 第１の光源、
６ｂ 第２の光源、
６ｃ 第３の光源、
６ｄ 第４の光源、
７ 導光部、
８ 受光型光変調部、
９ 最大値算出部、
１０ 発光時間算出部、
１１ 発光期間生成部、
１２ 乗算係数算出部、
１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ 乗算部、
１４ 領域別画像信号分析部、
１５ 光源別発光期間決定部、
１６ 領域別画像信号変換部、
１７ 並べ替え部

Claims (5)

1. 表示する画像のそれぞれ異なる領域を生成するために照明光を発する複数の光源と、
   入力画像信号を分析し、入力画像信号の明るさを検出する画像信号分析部と、
   上記入力画像信号の明るさに応じて明るいほど発光する期間が長くなるように、複数の上記光源のそれぞれが発光する期間を制御するための発光期間信号を生成する発光期間決定部と、
   上記発光期間信号に基づいて、複数の上記光源の点灯と消灯を制御する光源制御部と、
   上記発光期間信号に基づいて、上記入力画像信号から表示画像信号を生成する画像信号変換部と、
   分割した複数の領域それぞれで、複数の上記光源のいずれかから照射される照明光の強度を、上記表示画像信号に基づいて画素ごとに変調して画像を生成する受光型光変調部と
   を備えた画像表示装置。
2. 上記画像信号分析部は、入力画像信号の画面内の最大値または最大値に準じる値を求めることにより上記入力画像信号の明るさを検出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. 上記画像信号分析部は、入力画像信号の画面内の平均値を求めることにより上記入力画像信号の明るさを検出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. 上記画像信号分析部は、複数の上記光源の照明する領域ごとに入力画像信号の明るさを検出し、
   上記発光期間決定部は、上記領域ごとに検出した入力画像信号の明るさを用いて、それぞれの領域に対応する光源の発光期間を表す発光期間信号を生成し、
   上記画像信号変換部は、上記領域ごとに照射する上記光源の上記発光期間信号に基づいて上記表示画像信号を生成する
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の画像表示装置。
5. 入力画像信号は、左目用画像信号と右目用画像信号を有する３次元画像信号であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の画像表示装置。

Images