JP2013205572A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動画擬似輪郭を発生させず、見かけ上表現される階調数をできるだけ多くすることができる画像表示装置を提供する。
【解決手段】誤差拡散処理部２は、ｍビットの第１の映像データにおける下位の所定のビット数のデータを複数の周辺画素に誤差拡散し、ｍビットよりも少ないｎビットの第２の映像データとして出力する。サブフィールド処理部３は、第２の映像データの階調に応じてパルス幅が単調に増減する表示データを生成する。照明光源６は、低階調域の階調を決定する期間と高階調域の階調を決定する期間では第１の発光強度とし、それらの間である中間階調域の階調を決定する期間では第１の発光強度より発光強度の低い第２の発光強度とする照明光を発する。液晶画像表示器４は、照明光を表示データに応じて変調する。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明光を映像データに応じて変調する液晶画像表示器を備える画像表示装置に関する。

照明光を光変調素子の１つである液晶画像表示器によって映像データに応じて変調し、スクリーンに投射することによって画像表示する投射型の画像表示装置が普及している。

特許第４０４２６０３号公報

画像表示装置によって複数の階調を表現して画像表示する際に、動画擬似輪郭を発生させないようにすることが望まれる。また、見かけ上表現される階調数をできるだけ多くすることが望まれる。液晶は、低階調域及び高階調域で電圧に対する光変調出力の変化が小さい一方で、中間階調域で電圧に対する光変調出力の変化が大きい。従って、低階調部から高階調部まで複数の階調を良好に表現できなかったり、画質に悪影響を及ぼしたりすることがある。そこで、良好な階調表示特性と高画質を実現することが望まれる。

本発明はこのような要望に対応するため、動画擬似輪郭を発生させず、見かけ上表現される階調数をできるだけ多くすることができ、良好な階調表示特性と高画質を実現することができる画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、上述した従来の技術の課題を解決するため、第１のビット数を有する第１の映像データを構成するそれぞれの画素データにおける下位の所定のビット数のデータを複数の周辺画素に誤差拡散し、前記第１のビット数よりも少ない第２のビット数を有する第２の映像データとして出力する誤差拡散処理部（２）と、前記第２の映像データを構成するそれぞれの画素データの階調に応じてパルス幅が単調に増減するサブフィールド駆動のための表示データを生成するサブフィールド処理部（３）と、それぞれのフレーム期間内で、低階調域の階調を決定する期間と高階調域の階調を決定する期間では第１の発光強度とし、それらの間である中間階調域の階調を決定する期間では第１の発光強度より発光強度の低い第２の発光強度とする照明光を発する照明光源（６）と、前記照明光を前記表示データに応じて変調する液晶画像表示器（４）とを備えることを特徴とする画像表示装置を提供する。

前記照明光源は複数の光源（６ａ〜６ｄ）により構成され、前記複数の光源における第１の組の光源による第１の発光特性と、前記複数の光源における第２の組の光源による第２の発光特性とが異なっており、前記第１の組の光源からの前記第１の発光特性による発光と、前記第２の組の光源からの前記第２の発光特性による発光との合成光を前記照明光とすることが好ましい。前記複数の光源は発光ダイオードであることが好ましい。

本発明の画像表示装置によれば、動画擬似輪郭を発生させず、見かけ上表現される階調数をできるだけ多くすることができ、良好な階調表示特性と高画質を実現することができる。

本発明の画像表示装置の一実施形態を示すブロック図である。 図１中の誤差拡散処理部２の動作を説明するための図である。 図１中のサブフィールド処理部３の動作及び照明光源６が発する照明光の特性を説明するための図である。 図１中の液晶画像表示器４に入力する表示データの階調と液晶画像表示器４による光変調出力強度との関係を説明するための図である。 本発明の画像表示装置の一実施形態による光学的な構成例を示す図である。 図５中の照明光源６の具体的構成例を示す斜視図である。 図６に示す照明光源６の具体的構成例による発光特性を説明するための図である。 図５の部分斜視図である。

以下、本発明の画像表示装置の一実施形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、主として、一実施形態の画像表示装置１００が有する回路構成を概略的に示している。図１において、画像表示装置１００は、入力端子１ａ〜１ｃ，誤差拡散処理部２，サブフィールド処理部３，液晶画像表示器４，光源制御信号生成部５，照明光源６，偏光板７，投射レンズ８を備える。入力端子１ａには、画像表示装置１００によって画像表示する映像データが入力される。入力端子１ｂには基準クロックが入力され、入力端子１ｃには映像データの同期信号が入力される。

誤差拡散処理部２には、映像データと基準クロックと同期信号とが入力される。誤差拡散処理部２に入力される映像データのビット数をｍビットとする。後述するサブフィールド処理部３は、ｍビットよりビット数の少ないｎビットの映像データに基づいて、液晶画像表示器４をサブフィールド駆動するための表示データを生成するよう処理する。そこで、誤差拡散処理部２は、それぞれの画素データにおける下位の（ｍ−ｎ）ビットのデータを誤差とし、一例として図２に示すように、画素Ｐにおける誤差を複数の周辺画素に重み付け係数を乗じて拡散させる。

誤差を加算した画素における誤差は、さらに、複数の周辺画素に重み付け係数を乗じて拡散されるので、それぞれの画素には誤差が累積加算されることになる。誤差拡散処理部２における誤差拡散処理は、累積誤差が一定範囲内であれば画素が有する階調のままとし、累積誤差が一定範囲を超えれば、画素の階調を１つ上の階調とすることによって、本来は表示できない階調を表示階調の粗い画素の空間的な集合として疑似的に再現するものである。

誤差拡散処理部２より出力されたｎビットの映像データは、サブフィールド処理部３に入力される。サブフィールド処理部３は、映像データにおけるそれぞれの画素データの階調に応じたパルス幅の表示データを生成する。サブフィールド処理部３は、それぞれの画素データの階調に応じたパルス幅の表示データによって液晶画像表示器４をサブフィールド駆動する。

図３（Ａ）はサブフィールドの最小基本単位を示している。サブフィールド処理部３は、図３（Ｂ）〜（Ｄ）に示すように、画素データの階調が低階調ほど短いパルス幅、画素データの階調が高階調ほど長いパルス幅となるような表示データを生成する。図３（Ｄ）が最も長いパルス幅であるとすると、サブフィールド処理部３は、１フレーム期間内で、図３（Ａ）に示す最小基本単位から図３（Ｄ）の最長パルス幅までの範囲で画素データの階調に応じたパルス幅の表示データを生成する。

このように、サブフィールド処理部３は、サブフィールド駆動のための表示データのパルス幅を階調に応じて単調に増減させる。従って、本実施形態の画像表示装置では、動画擬似輪郭が発生しない。

サブフィールドによる表示期間である表示データのパルス幅を階調に応じて単調に増減させる、いわゆるパルス幅変調駆動では、表現可能な階調数はサブフィールドの総数で制限される。例えば８ビット、２５６階調の階調表現を行うためには２５６サブフィールドが必要になる。しかしながら、２５６サブフィールドを実現するには極めて高い動作レートが必要であり、実現が困難である。そこで、サブフィールド処理部３は、数十サブフィールド程度の表示データを生成する。

サブフィールド処理部３の前段に誤差拡散処理部２を設け、誤差拡散処理部２によって擬似的に表現可能な階調数を増大させるのは、パルス幅変調駆動を行うサブフィールド処理部３のみでは、表現可能な階調数が少なくなってしまうからである。本実施形態では、誤差拡散処理部２とパルス幅変調駆動を行うサブフィールド処理部３とを備えるので、動画擬似輪郭を発生させず、見かけ上表現される階調数をできるだけ多くすることができる。

サブフィールド処理部３が生成した表示データは、反射型の光変調素子である液晶画像表示器４に入力される。液晶画像表示器４には、図示していない駆動信号生成回路によって生成した画素アドレッシングのためのタイミング信号や駆動クロック等の駆動信号も入力される。液晶画像表示器４には、後述する偏光が入射される。液晶画像表示器４は、入射された偏光を表示データに応じて変調して出力する。

光源制御信号生成部５には、入力端子１ｃに入力された同期信号が供給される。光源制御信号生成部５は、照明光源６が発する照明光を、映像データの１フレーム期間に同期して時間的に発光強度を複数のレベルに切り換えるよう制御する光源制御信号を生成する。光源制御信号は、照明光源６に入力される。照明光源６は、光源制御信号に基づいて、図３（Ｅ）に示すような時間的に発光強度が変化する照明光を発する。

図３（Ｅ）に示すように、照明光源６は、１フレーム期間内の低階調域の階調を決定する期間と高階調域の階調を決定する期間では第１の発光強度とし、それらの間である中間階調域の階調を決定する期間では第１の発光強度より発光強度の低い第２の発光強度とする照明光を発する。一般的な照明光の発光強度は、破線で示すように１フレーム期間内で一定である。

照明光源６から発せられた照明光は、偏光板７に入射される。偏光板７は照明光の進行方向に対して４５°の角度に配置されている。偏光板７は、一方の偏光成分である例えばＳ偏光成分を反射して液晶画像表示器４に入射させる。液晶画像表示器４は、入射されたＳ偏光成分を表示データに応じて変調して他方の偏光成分であるＰ偏光成分の変調光として出力する。液晶画像表示器４より射出したＰ偏光成分の変調光は偏光板７を透過し、投射レンズ８へと入射される。投射レンズ８は入射された変調光を図示していないスクリーンへと投射して、画像表示する。

本実施形態では、液晶画像表示器４を反射型の光変調素子としたが、透過型の光変調素子であってもよい。

図４（Ａ）は、図３（Ｅ）に破線で示すように一般的な照明光の発光強度とした場合の、サブフィールドのオン期間によって表現される階調と液晶画像表示器４の光変調出力強度との関係を示している。図４（Ａ），（Ｂ）では、簡略化のため９階調としているが、実際にはサブフィールド処理部３によってさらに多くの階調数を表現する。

図４（Ａ）に示すように、液晶の電圧・変調率特性により、一般的に、液晶画像表示器４の光変調出力強度は、液晶画像表示器４に印加する駆動電圧の実効値に対してＳ字状の特性となる。即ち、黒から暗部における変調の立ち上がり部である低階調域では、電圧変化に対する光変調出力強度の変化率は小さい。中間階調域では変化率が急峻となる。白ピーク（飽和レベル）近傍の高階調域では変化率が再び緩やかとなる。

このため、表示データのパルス幅であるサブフィールドのオン期間が変化したときの光変調出力強度の差分は、中間階調域では例えばΔＬ１のように大きくなり、低階調域及び高階調域では小さくなる。誤差拡散処理部２によって誤差拡散処理を行う際、図４（Ａ）に示すような特性であると、中間階調域では誤差拡散ノイズが強調される傾向となる。中間階調域は人物の顔の陰影が表現される領域であり、画像の質感への影響が大きい。従って、高画質表示を実現するためには、中間階調域における画質を向上させることが求められる。

そこで、本実施形態では、照明光源６による照明光の発光強度を、図３（Ｅ）で説明したように、１フレーム期間内の低階調域の階調を決定する期間と高階調域の階調を決定する期間では第１の発光強度とし、それらの間である中間階調域の階調を決定する期間では第１の発光強度より発光強度の低い第２の発光強度としている。従って、階調と光変調出力強度との関係は図４（Ｂ）に示すような特性となる。

図４（Ｂ）に示すように、サブフィールドのオン期間が変化したときの光変調出力強度の差分は、中間階調域ではΔＬ１よりも小さいΔＬ２となる。これは、中間階調域のサブフィールドにおける重み付けを等価的に小さくしたことに相当する。図４（Ｂ）に示すように、階調と光変調出力強度との関係は、図４（Ａ）よりもリニアな特性に近付く。本実施形態では、中間階調域で誤差拡散ノイズが強調されことがなく、中間階調域における画質が向上することによって高画質表示を実現することが可能となる。

次に、図５を用いて、一実施形態の画像表示装置１００が有する光学的な構成の詳細について説明する。図５において、図１と同一部分には同一符号を付し、その説明を適宜省略する。図５において、照明光源６から発せられた照明光は、コリメータレンズ１０１によって集光され、一対のフライアイレンズよりなるインテグレータ１０２に入射される。照明光源６は、一例として、図６に示すように、半導体型光源である４つの発光ダイオード（ＬＥＤ）６ａ〜６ｄを有する。ＬＥＤ６ａ〜６ｄは、光源制御信号生成部５からの駆動信号Ｓda〜Ｓddによって駆動される。

光源制御信号生成部５は、ＬＥＤ６ａ，６ｄを図７（Ａ）に示すような発光特性で発光させ、ＬＥＤ６ｂ，６ｃを図７（Ｂ）に示すような発光特性で発光させる。従って、照明光源６から発せられる照明光の発光特性は、図７（Ａ）の発光特性と図７（Ｂ）の発光特性とを合成した図７（Ｃ）に示す特性となる。図７（Ｃ）に示す特性は、図３（Ｅ）で説明した特性と同じである。ここでは、ＬＥＤ６ａ，６ｄを図７（Ａ）に示すような発光特性で発光させ、ＬＥＤ６ｂ，６ｃを図７（Ｂ）に示すような発光特性で発光させているが、２つずつに分ければ組分けは任意である。発光ダイオードの数は４つに限定されない。

照明光源６から発せられた図７（Ｃ）に示す照明光は、図８に示すように、コリメータレンズ１０１によって略平行光とされて、インテグレータ１０２に入射される。図８では、簡略化のため略平行光の光軸を示している。インテグレータ１０２のコリメータレンズ１０１側に位置する一方のフライアイレンズにおけるそれぞれのレンズセルに入射された光は、他方のフライアイレンズにおける対応するそれぞれのレンズセルへと入射される。他方のフライアイレンズにおけるそれぞれのレンズセルより射出した光は積分された合成光として射出される。

図５に戻り、インテグレータ１０２より射出した光は偏光変換光学素子１０３及びレンズ１０４を経て射出される。コリメータレンズ１０１からレンズ１０４までの部分は、照明光学系を構成している。照明光学系の後段には、照明光学系から発せられた照明光をそれぞれの色に分解して合成する色分解合成光学系が設けられている。ダイクロイックミラー１０５から投射レンズ８の前段のクロスダイクロイックプリズム１１１までの部分が色分解合成光学系を構成している。

ダイクロイックミラー１０５は、入射された照明光を青色光と黄色光とに分解する。青色光は折り返しミラー１０６ｂによって光路が９０°曲げられ、黄色光は折り返しミラー１０６ｙによって光路が９０°曲げられる。ダイクロイックミラー１０７は、入射された黄色光を緑色光と赤色光とに分解する。

青色光は、レンズ１０８ｂ及び偏光板１０９ｂを介してワイヤグリッド偏光板７ｂへと入射される。緑色光は、レンズ１０８ｇ及び偏光板１０９ｇを介してワイヤグリッド偏光板７ｇへと入射される。赤色光は、レンズ１０８ｒ及び偏光板１０９ｒを介してワイヤグリッド偏光板７ｒへと入射される。偏光板１０９ｂ，１０９ｇ，１０９ｒによって偏光の直線偏光度を向上させる。ワイヤグリッド偏光板７ｂ，７ｇ，７ｒは、図１における偏光板７に相当する。

前述のように、ワイヤグリッド偏光板７ｂ，７ｇ，７ｒを透過した一方の偏光は反射型の光変調素子４ｂ，４ｇ，４ｒへと入射され、表示データに応じて変調される。光変調素子４ｂ，４ｇ，４ｒは、図１における液晶画像表示器４に相当する。光変調素子４ｂ，４ｇ，４ｒは、入射した一方の偏光を変調することによって他方の偏光に変換して射出する。光変調素子４ｂ，４ｇ，４ｒより射出した他方の偏光は、それぞれ、ワイヤグリッド偏光板７ｂ，７ｇ，７ｒによって反射される。

ワイヤグリッド偏光板７ｂ，７ｇ，７ｒによって反射された他方の偏光は偏光板１１０ｂ，１１０ｇ，１１０ｒに入射されて、不要な偏光成分が除去される。クロスダイクロイックプリズム１１１は、偏光板１１０ｂ，１１０ｇ，１１０ｒより射出した他方の偏光を合成して合成光を投射レンズ８へと入射させる。投射レンズ８は、入射された合成光を図示していないスクリーンへと投射する。

本実施形態は、図１及び図５の構成により、動画擬似輪郭を発生させず、見かけ上表現される階調数をできるだけ多くすることができ、良好な階調表示特性と高画質を実現することができる。

本発明は以上説明した本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。図５では、３つの光変調素子を用いた構成を示したが、１つの光変調素子を用いた構成であってもよい。

２ 誤差拡散処理部
３ サブフィールド処理部
４ 液晶画像表示器
５ 光源制御信号生成部
６ 照明光源
６ａ〜６ｄ 半導体型光源（発光ダイオード）
７ 偏光板
８ 投射レンズ
１００ 画像表示装置

Claims (3)

1. 第１のビット数を有する第１の映像データを構成するそれぞれの画素データにおける下位の所定のビット数のデータを複数の周辺画素に誤差拡散し、前記第１のビット数よりも少ない第２のビット数を有する第２の映像データとして出力する誤差拡散処理部と、
   前記第２の映像データを構成するそれぞれの画素データの階調に応じてパルス幅が単調に増減するサブフィールド駆動のための表示データを生成するサブフィールド処理部と、
   それぞれのフレーム期間内で、低階調域の階調を決定する期間と高階調域の階調を決定する期間では第１の発光強度とし、それらの間である中間階調域の階調を決定する期間では第１の発光強度より発光強度の低い第２の発光強度とする照明光を発する照明光源と、
   前記照明光を前記表示データに応じて変調する液晶画像表示器と、
   を備えることを特徴とする画像表示装置。
2. 前記照明光源は複数の光源により構成され、
   前記複数の光源における第１の組の光源による第１の発光特性と、前記複数の光源における第２の組の光源による第２の発光特性とが異なっており、
   前記第１の組の光源からの前記第１の発光特性による発光と、前記第２の組の光源からの前記第２の発光特性による発光との合成光を前記照明光とする
   ことを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
3. 前記複数の光源は発光ダイオードであることを特徴とする請求項２記載の画像表示装置。

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