JP3661692B2 - 照明装置、投射型表示装置及びその駆動方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置と、これを備えた投射型表示装置及びその駆動方法に関し、特に映像表現力に優れた投射型表示装置とそれに用いる照明装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、情報機器の発達はめざましく、解像度が高く、低消費電力でかつ薄型の表示装置の要求が高まり、研究開発が進められている。中でも液晶表示装置は液晶分子の配列を電気的に制御して光学的特性を変化させることができ、上記のニーズに対応できる表示装置として期待されている。このような液晶表示装置の一形態として、液晶ライトバルブを用いた光学系から射出される映像を投射レンズを通してスクリーンに拡大投射する投射型表示装置(液晶プロジェクタ)が知られている。
投射型表示装置は光変調手段として液晶ライトバルブを用いたものであるが、投射型表示装置には、液晶ライトバルブの他、デジタルミラーデバイス(Digital Mirror Device,以下、DMDと略記する)を光変調手段としたものも実用化されている。ところが、この種の従来の投射型表示装置は以下のような問題点を有している。
【0003】
(1)光学系を構成する様々な光学要素で生じる光漏れや迷光のため、充分なコントラストが得られない。そのため、表示できる階調範囲(ダイナミックレンジ)が狭く、陰極線管(Cathode Ray Tube, 以下、CRTと略記する)を用いた既存のテレビ受像機に比較すると、映像の品質や迫力の点で劣ってしまう。
(2)各種の映像信号処理により映像の品質向上を図ろうとしても、ダイナミックレンジが固定されているために、充分な効果を発揮することができない。
【0004】
このような投射型表示装置の問題点に対する解決策、つまりダイナミックレンジを拡張する方法としては、映像信号に応じて光変調手段(ライトバルブ)に入射させる光の量を変化させることが考えられる。その手段として、従来、光源の前面に光量調節手段(調光手段)を設ける構造が提案されている(例えば特許文献1)。
【0005】
【特許文献1】
特開平5−66501号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように表示映像の内容(例えば明るさ)に応じて照明光量と表示映像の明るさとを変化させる適応型の調光制御は、コントラストの向上や階調再現性の点で効果があるが、その一方でハイライト部の階調つぶれや輝度不足等が生じ易くなる。このため、映画のように概ね暗い映像が多いときには効果的であるが、スポーツ中継のように明るい映像が多いときには効果が期待できず、チラツキの発生によりむしろネガティブな働きをしかねない。
また、投射映像を明るい環境で視聴する場合、シャドウ部の表示特性向上はあまり目立たず、輝度不足によってかえってコントラストの低下が感じられることがある。
【0007】
本発明は、上記の課題に鑑みて創案されたものであり、映像の種類や周囲の明るさ等に応じて適切な調光が可能な投射型表示装置及びその駆動方法とこれに用いる照明装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上述のように適応型の調光制御は映像表現力を高める上で極めて有効であるが、その一方で、装置の利用状況を考慮せずに常に同じ条件で調光が行なわれることで、場合によっては照明光量が過剰に調節され、視聴者にストレスを与えることがある。そこで、本発明者はこのような調光の不具合を緩和すべく、利用状況に関する情報(利用情報)を調光制御のパラメータに取り入れ、光源の光量をこの利用情報に基づいて制御する構想に想い到った。
【0009】
すなわち、上記の目的を達成するために、本発明の照明装置は、投射型表示装置の光変調手段を照明するために用いられる照明装置であって、光源と、上記光源の光量を調節する調光手段とを備え、上記調光手段は、上記光源の光量を映像情報に基づいて設定する光量設定手段と、減光が許容される減光範囲を利用情報に基づいて設定する減光範囲設定手段とを有し、上記調光手段は、設定された光量に基づいて上記光源の光量を調節するとともに、上記設定された光量における減光量が上記減光範囲を超える場合には、上記減光範囲を超える減光を禁止することを特徴とする。
ここで、利用情報としては例えば映像の種類,視聴環境の明るさ,スクリーンゲイン,ユーザの好み等に関する情報を挙げることができる。また、本明細書において光源の光量とは、表示に用いられる最大の光量を100%としたときに、この最大光量からの出力光量の比率をいう。同様に、減光量とは、最大光量からの減光比率をいう。
【0012】
本構成では、調光手段が、光源の光量を映像情報に基づいて設定する光量設定手段と、減光が許容される減光範囲を利用情報に基づいて設定する減光範囲設定手段とを有し、上記調光手段が、設定された光量に基づいて上記光源の光量を調節するとともに上記減光範囲を超える減光を禁止する(即ち、調光手段は上記減光範囲内においてその光量を調節する)構成を採用している。このため、照明光量を映像情報に基づいて適宜調節することで投射映像のダイナミックレンジの拡大に寄与する一方、映像の種類や視聴環境等に応じて光量の減光範囲を一定の範囲内に制限することで、映像表現力を極力損なうことなく輝度不足等の問題を解消することができる。例えば、視聴環境が明るい場合や、映像自体が明るく調光がかえってネガティブに働く場合等には、減光範囲を通常よりも狭くする(即ち、許容される最大の減光量を小さくする)ことで上述の輝度不足の問題を解消することができる。
【0013】
なお、設定された光量における減光量が上記減光範囲を超える場合には、光量制御を停止する、或いは、減光範囲内となる減光量により光源の光量を調節する方法にいずれを用いてもよい。
【0014】
ところで、上記利用情報の入力形態としては、ユーザが手動で指定可能な形態、又は、装置自身に設けられたセンサによって自動で検出される形態のいずれでもよい。
【0015】
利用情報が自動で検出される例としては、装置が投射映像の視聴環境の明るさ(例えば、装置周囲の明るさやスクリーン周囲の明るさ)を検出する明るさ検出手段を備え、上記調光範囲設定手段が視聴環境の明るさに基づいて上記範囲を設定する構成が挙げられる。本構成では、例えば視聴環境が明るくなる程、減光範囲を狭く(即ち、許容される最大の減光量を小さく)することで、周囲が明るい場合には通常よりも映像を全体的に明るく表示できる。このため、明るい部屋でも輝度不足を感じることなく高品質な投射映像を楽しむことができる。
【0016】
また、他の例として、装置が投射映像の表示されるスクリーンのゲインを検出するゲイン検出手段を備え、上記調光範囲設定手段が上記ゲインに基づいて調光範囲を設定する構成を挙げることができる。調光による階調再現効果は、投射映像のコントラストが大きくなる程大きくなる。このような映像のコントラストは表示装置自体の性能だけでなく、それを投射するスクリーンによっても変わり、例えばスクリーンゲインが大きいものでは映像のコントラストは大きく、逆にゲインの小さいものでコントラストは小さくなる。このため、本構成のようにスクリーンゲインに応じて調光量を調節することで、スクリーンの違いに依らずに常に同じ品質の投射映像を得ることができる。
【0017】
また、本発明の投射型表示装置は、上述の照明装置と、上記照明装置から射出される光を変調して映像光を形成する光変調手段と、上記映像光を投射する投射手段とを備えたことを特徴とする。本構成によれば、利用状況に応じて適切な調光が行なわれることで、ユーザに対して常に高品質な映像を提供することができる。
【0018】
この投射型表示装置の駆動手段としては、上記光源の減光量に基づいて上記映像信号を伸長する映像信号伸長手段を備えることが望ましい。この構成では、まず、減光範囲設定手段によって減光の許容される減光範囲が利用情報に基づいて設定される。そして、単位時間の映像信号に基づいて上記光源の光量がこの減光範囲内において調節される一方、上記映像信号が上記光源の減光量に基づいて伸長され、この伸長された映像信号が上記光変調手段に供給されることで映像が形成される。これにより、投射型表示装置のダイナミックレンジを拡張でき、映像表現力や使用環境への順応性に優れた投射型表示装置を実現することができる。
【0019】
この場合、上記映像信号の伸長量は、上記光量設定手段で設定された光量における減光量が上記減光範囲内に含まれる場合には上記光量の逆数となる伸長量で上記映像信号を伸長し、上記設定された光量における減光量が上記減光範囲外にある場合には上記逆数よりも大きな伸長量で上記映像信号を伸長することが望ましい。
【0020】
減光量が制限されない従来の調光制御では、光源の光量は常に設定された減光量によって調節される。このため、伸長された映像信号が表示可能な最大階調以下となるようにするには、伸長量と光量との積は1以下に設定される必要がある。これに対して本発明のように減光が一定以下に制限されるものでは、この制限された減光量に基づいて従来の伸長処理(即ち、伸長量と光量との積が1以下となる処理)を行なっても、映像信号の中で最も階調の大きなものが表示可能な最大階調まで伸長されることはない。つまり、設定された減光量が減光範囲外となる場合には、仮に伸長量と光量との積が1となる条件で伸長処理を行なったとしても、高階調領域に階調の余りが生じ、十分な階調再現性が得られない。このため本構成のように、減光の制限される状態において伸長量と光量との積を1よりも大きくすることで、階調再現性の低下を防止できる。
【0021】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
まず、図1〜図8を参照しながら、本発明の第1実施形態に係る投射型表示装置について説明する。
本実施形態の投射型表示装置は、R(赤)、G(緑)、B(青)の異なる色毎に透過型液晶ライトバルブを備えた3板式の投射型カラー液晶表示装置である。図1はこの投射型表示装置を示す概略構成図であって、図中、符号10R,10G,10Bは本発明の照明装置を構成する3つの光源、20R,20G,20Bは液晶ライトバルブ(光変調手段)、30はクロスダイクロイックプリズム、40は投射レンズ(投射手段)、41はスクリーンを示している。
【0022】
光源10R,10G,10Bはそれぞれ赤色光,緑色光,青色光を出射可能な色光源であり、各光源10(10R,10G,10B)は、発光ダイオード(LED),有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子),無機エレクトロルミネッセンス素子(無機EL素子)等の発光体11と、この発光体11の出力光を反射するリフレクタ12とから構成されている。また、ライトバルブ20R,20G,20Bはそれぞれ光源10R,10G,10Bに対応して設けられており、光源毎に光変調が可能となっている。
【0023】
クロスダイクロイックプリズム30は4つの直角プリズムが貼り合わされた構造を有し、その貼り合わせ面30a,30bには誘電体多層膜からなる光反射膜(図示略)が十字状に形成されている。具体的には、貼り合わせ面30aには、光変調装置20Rで形成された赤色の画像光を反射し、それぞれ光変調装置20G,20Bで形成された緑色及び青色の画像光を透過する光反射膜が設けられている。一方、貼り合わせ面30bには、光変調装置20Bで形成された青色の画像光を反射し、それぞれ光変調装置20R,20Gで形成された赤色及び緑色の画像光を透過する光反射膜が設けられている。そして、これらの光反射膜によって、各液晶ライトバルブ20R〜20Bで形成された各色の映像光が合成されてカラー映像を表わす光が形成される。合成された光は投射光学系である投射レンズ40によりスクリーン41上に投射され、拡大された映像が表示される。
【0024】
次に、本実施形態の投射型表示装置の駆動方法について説明する。
図2は本実施形態の投射型表示装置の制御装置60の構成を示すブロック図である。本実施形態は、映像情報と装置の利用状況に関する情報(利用情報)の双方に基づいて光源の光量を調節できるようにしたものである。このため、本実施形態の投射型表示装置には、外部入力装置として映像信号を入力するための信号入力装置101の他に、視聴する映像の種類,周囲の明るさ,ユーザの好み等に応じて光源の減光範囲を設定するためのコントローラ102(利用情報入力手段)が設けられている。
【0025】
コントローラ102では、例えば許容される最大の減光量(最大減光量)Rmにより減光範囲が指定されるようになっている。この指定方法としては、ユーザが上記最大減光量Rmを数値により直接入力する構成、或いは、ユーザがメニュー画面に示されたいくつかの減光範囲の中から選択する構成のいずれであってもよい。後者の例としては、例えばメニューを「ノーマル」/「ダイナミック」/「スポーツ」/「調光しない」とし、最大減光量をそれぞれ50%/75%/25%/0%とする構成が考えられる。そして、最大減光量Rmが指定されると、減光範囲は、減光量がこの最大減光量Rm以下の範囲(即ち、減光量が0〜Rmの範囲)として設定される。この減光範囲に関する情報はユーザコントロール信号として制御装置60に入力される。
【0026】
制御装置60は、映像信号及びユーザコントロール信号に基づいて各光源10R〜10Bの光量T及び各色の映像信号の伸長量P0を設定する画像解析部(調光手段)61と、この画像解析部61で設定された光量Tに基づいて光源10R〜10Bを駆動する光源制御ドライバ64と、設定された伸長量P0に基づいて各色の映像信号を伸長する画像処理部(映像信号伸長手段)62と、この伸長された各色の映像信号をそれぞれ赤色光用液晶ライトバルブ30R(図5中のRパネル),緑色光用液晶ライトバルブ30G(同、Gパネル),青色光用液晶ライトバルブ30B(同、Bパネル)に供給するパネルドライバ63とを備えている。
【0027】
画像解析部61は、図3に示すように、ヒストグラム作成部61aとヒストグラム解析部61bと減光範囲設定部61cと光量設定部61dとを備えている。画像解析部61では、信号入力部101から映像信号が入力されると、ヒストグラム作成部61aによって単位時間(1フレーム期間)当たりの信号に含まれる画素データの、階調数毎の出現度数分布(ヒストグラム)が作成される。ヒストグラム解析部61bは、このヒストグラムに基づいて映像の明るさを検出し、各光源10R〜10Bの光量を設定する。すなわち、ヒストグラム解析部61bは本発明の光量設定手段として機能する。
【0028】
ここで、ヒストグラムを用いた明るさの検出方法について説明する。この方法には例えば次の3通りが考えられる。
(a)注目しているフレームに含まれている画素データのうち、明るさが最大の階調数を上記映像の明るさとする方法。
例えば0〜255の256ステップの階調数を含む映像信号を想定する。連続した映像を構成する任意の1フレームに着目した場合、そのフレームに含まれる画素データの階調数毎の出現数分布(ヒストグラム)が、図4のようになったとする。この図の場合、ヒストグラムに含まれる最も明るい階調数が190であるので、この階調数190を上記映像の明るさとする。この方法は、入力される映像信号に対し、最も忠実に明るさを表現できる方法である。
【0029】
(b)注目しているフレームに含まれている階調数毎の出現数分布(ヒストグラム)より、最大の明るさから出現数について一定の割合(例えば10%)となる階調数を上記映像の明るさとする方法。
例えば映像信号の出現数分布が図5のようであった場合、ヒストグラムより明るい側から10%の領域をとる。10%に相当するところの階調数が230であったとすると、この階調数230を調光制御信号とする。図5に示したヒストグラムのように、階調数255の近傍に突発的なピークがあった場合、上記(a)の方法を採用すれば、階調数255が調光制御信号となる。しかしながら、この突発的なピーク部分は画面全体における情報としてはあまり意味をなしていない。これに対して、階調数230を上記映像の明るさとする本方法は、画面全体の中で情報として意味を持つ領域によって判定する方法と言うことができる。なお、上記の割合は2〜50%程度の範囲で変化させてもよい。
【0030】
(c)画面を複数のブロックに分割して、ブロック毎、含まれている画素の階調数の平均値を求め、最大のものを上記映像の明るさとする方法。
例えば図6に示すように、画面をm×n個のブロックに分割し、それぞれのブロックA11,…,Amn毎の明るさ(階調数)の平均値を算出し、そのうちで最大のものを上記映像の明るさとする。なお、画面の分割数は6〜200程度とすることが望ましい。この方法は、画面全体の雰囲気を損なうことなく、明るさを制御できる方法である。
【0031】
上記(a)〜(c)の方法について、映像の明るさの判定を、表示領域全体に対して行なう他に、例えば表示領域の中央部分など、特定の部分だけに上記方法を適用することもできる。この場合、視聴者が注目している部分から明るさを決定するような制御の仕方が可能となる。
そして、このようにして例えば階調数190が映像の明るさとして検出された場合、最大明るさ(例えば階調数255)の光量(最大光量)を100%とすると、表示ガンマ特性が1.0の場合190/255=75%が光源の光量T0として仮設定される。
【0032】
一方、減光範囲設定部(減光範囲設定手段)61cは、減光が許容される範囲(減光範囲)をユーザコントロール信号に基づいて設定する。
そして、設定された光量T0及び減光範囲は光量設定部61dに入力され、ここで実際の光源制御に用いられる光量Tが決定される。具体的には、光量設定部61dでは、仮設定された光量T0における減光量が減光範囲内に含まれる(即ち、最大減光量Rm以下である)場合には、この仮設定された光量T0を実際の光量Tとして用いる。一方、上記仮設定された光量T0における減光量が減光範囲外にある(即ち、最大減光量Rmよりも大きい)場合には、実際の光量Tを、最大光量から減光範囲内となる減光量(0以上Rm以下の減光量)だけ減光した光量に設定する。本実施形態では、例えば最大光量から最大減光量Rmだけ減光した光量を実際の光量Tとする。そして、このように設定された光量Tは光源制御信号として光源制御ドライバ64に出力され、光源制御ドライバ64は、この光源制御信号に基づいて光源10R〜10Bの発光量や発光期間等を制御することでその光量を調節する。
【0033】
また、光量設定部61dは、この実際の光量Tに基づいて映像信号の伸長量P0を設定する。具体的には、仮設定された光量T0における減光量が減光範囲内に含まれる場合には、この光量Tの逆数(1/T)を伸長量P0とする。一方、仮設定された光量T0における減光量が減光範囲外にある場合には、伸長量P0をこの光量Tの逆数(1/T)よりも大きな値とする。そして、このように設定された伸長量P0は画像制御信号として画像処理部62に出力される。
【0034】
図7,図8は、最大減光量Rmを25%(即ち、減光範囲を減光量が0%〜25%の範囲)に設定し、映像の明るさを、ヒストグラムに含まれる最も明るい階調数として求める場合の伸長処理の例について示している。なお、図7,図8では、光源を最大減光量Rmで減光する場合の光量及び伸長量をそれぞれTm,Pmで示している。
【0035】
1フレーム期間に含まれる画素データの階調数毎のヒストグラムが例えば図7(a)のようになったとすると、ヒストグラムに含まれる最も明るい階調数が217であるので、映像の明るさはこの階調数217とされる。この場合、仮設定された光量T0の値は217/255=85%となる。この光量T0における減光量は減光範囲内に含まれるため、光源制御信号として出力される光量Tにはこの光量T0が用いられる。また、伸長量P0はこの光量T0を用いて1/T0=1.18に設定される。そして、画像処理部62での伸長処理により、階調数0〜217までの映像信号は階調数0〜255階調まで伸長される(図7(b)参照)。
【0036】
一方、ヒストグラムが図8(a)のようになったとすると、ヒストグラムに含まれる最も明るい階調数が128であるので、映像の明るさは階調数128とされる。この場合、仮設定された光量T0の値は128/255=50%となる。この光量T0における減光量は減光範囲外にあるため、光源制御信号として出力される光量Tは最大光量から最大減光量Rmだけ減光した光量とされる。また、伸長量P0は例えば最大減光量Rmを用いて1/(1−Rm)=Pm=1.33に設定される。そして、画像処理部62での伸長処理により、階調数0〜128までの映像信号は階調数0〜171まで伸長される(図8(b)参照)。
【0037】
しかし、伸長量をこのように設定すると、映像信号の中で階調数が最大となる画素データであっても、伸長後の階調数は表示可能な最大階調(255階調)よりも小さくなる。すなわち、この設定方法では、高階調領域に階調の余りが生じるため、十分な階調再現性が得られない。これを解決するために、図9(a)に示すように、伸長量をPmよりも大きく且つP0よりも小さい値P′に設定することができる。図9(a)は、光量Tを維持したまま、伸長量P′を1.66とした例を示している。この場合、画像処理部62での伸長処理により、階調数0〜128までの映像信号は階調数0〜213まで伸長されるため、階調余りの問題が緩和される(図9(b)参照)。またこの場合、減光量はRmのままであるため、結果として映像が全体的に明るくなり、より利用状況に適した表示となる。
【0038】
このように本実施形態では、調光制御に装置の利用状況に関する情報を取り入れているため、映像の種類や視聴環境の明るさに応じて光源の減光量を最適に調節でき、より実態に即した柔軟な調光制御が可能となる。例えば本実施形態では、光源の減光量を利用情報に基づいて制限しているため、照明光量を映像情報に基づいて適宜調節することで投射映像のダイナミックレンジの拡大に寄与する一方、映像の種類や視聴環境等に応じて光量の減光範囲を一定の範囲内に制限することで、映像表現力を極力損なうことなく輝度不足等の問題を解消することができる。
【0039】
なお、装置の利用状況を考慮した調光制御としては、本実施形態の方法以外にも、光源の減光量を利用情報に基づいて積極的に増減させる方法が考えられる。しかし、装置の利用状況は映像を表示している最中に大きく変化することはないため、本実施形態のように光源の減光量を利用情報に基づいて制限する静的な制御手法を採用しても上記効果を十分に得ることができる。むしろ制御が容易となる分、コスト的に有利となる。
【0040】
(第2実施形態)
次に、図10,図11を参照しながら、本発明の第2実施形態に係る投射型表示装置について説明する。なお、本実施形態において、上記第1実施形態と同様の部位については同じ符号を付し、その説明を省略する。
【0041】
図10は本実施形態の投射型表示装置の制御装置70の構成を示すブロック図である。本実施形態は、周囲の明るさを利用情報として検出し、この明るさに応じて減光範囲を自動的に設定できるようにしたものである。すなわち、本実施形態では外部入力装置として、映像信号を入力するための信号入力装置101の他に、視聴環境の明るさを検知する光センサ(利用情報入力手段)103が設けられている。光センサ103で検出される環境の明るさとしては、投射型表示装置近傍の明るさ、スクリーン近傍の明るさのいずれでもよい。この視聴環境の明るさに関する情報は環境光量信号として制御装置70に入力される。
【0042】
制御装置70は、映像信号及び環境光量信号に基づいて各光源10R〜10Bの光量T及び各色の映像信号の伸長量P0を設定する画像解析部(調光手段)71と、この画像解析部71で設定された光量調節量に基づいて光源10R〜10Bを駆動する光源制御ドライバ74と、設定された伸長量P0に基づいて各色の映像信号を伸長する画像処理部(映像信号伸長手段)72と、この伸長された各色の映像信号をそれぞれ赤色光用液晶ライトバルブ30R(図5中のRパネル),緑色光用液晶ライトバルブ30G(同、Gパネル),青色光用液晶ライトバルブ30B(同、Bパネル)に供給するパネルドライバ73とを備えている。
【0043】
画像解析部71は、図11に示すように、ヒストグラム作成部71aとヒストグラム解析部71bと明るさ検出部71cと光量設定部71dとを備えている。画像解析部71aでは、信号入力部101から映像信号が入力されると、ヒストグラム作成部71aによって単位時間(1フレーム期間)当たりの信号に含まれる画素データの、階調数毎の出現度数分布(ヒストグラム)が作成される。ヒストグラム解析部71bは、このヒストグラムに基づいて映像の明るさを検出し、各光源10R〜10Bの光量を設定する。すなわち、ヒストグラム解析部71bは本発明の光量設定手段として機能する。なお、ヒストグラムを用いた明るさの検出方法、及び、ヒストグラム解析部71bでの光量T0の設定方法については上記第1実施形態と同様の方法を用いることができる。
【0044】
一方、明るさ検出部71cは、減光が許容される範囲(減光範囲)をLUT(ルックアップテーブル)を参照しながら環境光量信号に基づいて設定する。LUTは、視聴環境の明るさ(環境光量)と許容される最大の減光量(最大減光量)Rmとの関係を規定した制御テーブルであり、減光範囲は、減光量がこの最大減光量Rm以下となる範囲として設定される。このLUTでは、例えば図12に示すように、環境光量が大きくなるほど最大減光量Rmは小さく規定され、視聴環境が明るいときに減光範囲が狭くなるようになっている。すなわち、明るさ検出手段71cは、本発明の明るさ検出手段及び減光範囲設定手段として機能する。
【0045】
そして、設定された光量T0及び減光範囲は光量設定部71dに入力され、ここで実際の光源制御に用いられる光量Tと、映像信号の伸長量P0とが決定される。なお、光量T及び伸長量P0の設定方法については上記第1実施形態と同様の方法を用いることができる。
【0046】
したがって、本実施形態では環境光量が大きい場合には映像は通常よりも全体的に明るく表示されため、明るい部屋でも輝度不足を感じることなく高品質な投射映像を楽しむことができる。
【0047】
(第3実施形態)
次に、図13,図14を参照しながら、本発明の第3実施形態に係る投射型表示装置について説明する。なお、本実施形態において、上記第1実施形態と同様の部位については同じ符号を付し、その説明を省略する。
【0048】
図13は本実施形態の投射型表示装置の制御装置80の構成を示すブロック図である。本実施形態は、スクリーンゲインを環境光量として検出し、このゲインに応じて減光範囲を自動的に設定できるようにしたものである。すなわち、本実施形態では外部入力装置として、映像信号を入力するための信号入力装置101の他に、スクリーンからの反射光量を検知するための光センサ(利用情報入力手段)104が設けられている。そして、映像表示を行なう前に、スクリーンに例えば全面白の映像を表示し、光センサ104により、この映像の反射光量を測定する。光センサ104で検出されたスクリーンからの反射光量に関する情報は反射光量信号として制御装置80に入力される。
【0049】
制御装置80は、映像信号及び反射光量信号に基づいて各光源10R〜10Bの光量T及び各色の映像信号の伸長量P0を設定する画像解析部(調光手段)81と、この画像解析部81で設定された光量調節量に基づいて光源10R〜10Bを駆動する光源制御ドライバ84と、設定された伸長量P0に基づいて各色の映像信号を伸長する画像処理部(映像信号伸長手段)82と、この伸長された各色の映像信号をそれぞれ赤色光用液晶ライトバルブ30R(図5中のRパネル),緑色光用液晶ライトバルブ30G(同、Gパネル),青色光用液晶ライトバルブ30B(同、Bパネル)に供給するパネルドライバ83とを備えている。
【0050】
画像解析部81は、図14に示すように、ヒストグラム作成部81aとヒストグラム解析部81bとゲイン検出部81cと光量設定部81dとを備えている。画像解析部81aでは、信号入力部101から映像信号が入力されると、ヒストグラム作成部81aによって単位時間(1フレーム期間)当たりの信号に含まれる画素データの、階調数毎の出現度数分布(ヒストグラム)が作成される。ヒストグラム解析部81bは、このヒストグラムに基づいて映像の明るさを検出し、各光源10R〜10Bの光量を設定する。すなわち、ヒストグラム解析部81bは本発明の光量設定手段として機能する。なお、ヒストグラムを用いた明るさの検出方法、及び、ヒストグラム解析部81bでの光量T0の設定方法については上記第1実施形態と同様の方法を用いることができる。
【0051】
一方、ゲイン検出部81cは反射光量信号に基づいてスクリーンゲインを検出する。そして、減光が許容される範囲(減光範囲)を、LUT(ルックアップテーブル)を参照しながらスクリーンゲインに基づいて設定する。LUTはスクリーンゲインと許容される最大の減光量(最大減光量)Rmとの関係を規定した制御テーブルである。このLUTでは、スクリーンゲインが大きくなるほど最大減光量Rmは大きく規定され、コントラストが低く表示される状態において減光範囲が狭くなるようになっている。そして、減光範囲は、減光量がこの最大減光量Rm以下となる範囲として設定される。すなわち、ゲイン検出部81cは本発明のゲイン検出手段及び減光範囲設定手段として機能する。
【0052】
そして、設定された光量T0及び減光範囲は光量設定部81dに入力され、ここで実際の光源制御に用いられる光量Tと、映像信号の伸長量P0とが決定される。なお、光量T及び伸長量P0の設定方法については上記第1実施形態と同様の方法を用いることができる。
【0053】
したがって、本実施形態ではスクリーンゲインが大きいほど減光量を大きくしているため、スクリーンの違いによる映像品質の低下を防止することができる。つまり、調光による階調再現効果は、投射映像のコントラストが大きくなる程大きくなる。このような映像のコントラストは表示装置自体の性能だけでなく、それを投射するスクリーンによっても変わり、例えばスクリーンゲインが大きいものでは映像のコントラストは大きく、逆にゲインの小さいものでコントラストは小さくなる。このため、本構成のようにスクリーンゲインに応じて調光量を調節することで、スクリーンの違いに依らずに常に同じ品質の投射映像を得ることができる。
【0054】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の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。
例えば、本実施形態ではLED等からなる3つの色光源を用い、それぞれの発光量や発光期間を制御することで光量を調節したが、この代わりに、光源から射出される光の光軸上に遮光板や液晶装置等からなる調光手段を設け、光源からの射出光の光量をこの調光手段によって絞ることで光量を調節してもよい。具体的には液晶装置の光透過率を調節する、液晶装置の光透過期間を調節する、遮光板の移動量を調節する、遮光板の移動期間を調節する等の方法により、射出光量を調節することができる。
【0055】
また、図1に示した投射型表示装置の構成はほんの一例であり、これ以外の構成を採ることもできる。具体的には投射型表示装置を、光源と、この光源から射出された光を複数の色光に分離する色分離手段と、分離された各色に対応して設けられた光変調手段と、各光変調手段により変調された色光を合成する色合成手段と、色合成手段で合成された光を投射する投射手段とを備えた構成としてもよい。この場合、光源を直接制御して光量調節を行なう、或いは、光源と光変調手段との間又は光変調手段の射出側に調光手段を設けて光量調節を行なう。
【0056】
さらに、上記実施の形態では光変調手段として液晶ライトバルブを用いた投射型表示装置の例を挙げたが、光変調手段としてDMDを用いた投射型表示装置に本発明を適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態の投射型表示装置の概略構成を示す図。
【図2】 同、投射型表示装置の制御装置の構成を示すブロック図。
【図3】 同、制御装置の要部構成を示すブロック図。
【図4】 同、投射型表示装置において、映像信号から光源制御信号を決定する第1の方法を説明するための図。
【図5】 同、第2の方法を説明するための図。
【図6】 同、第3の方法を説明するための図。
【図7】 同、投射型表示装置において、光源制御信号から画像制御信号を決定する方法を説明するための図。
【図8】 同、画像制御信号を決定する方法を説明するための図。
【図9】 同、画像制御信号を決定する方法を説明するための図。
【図10】 本発明の第2実施形態の投射型表示装置の制御装置の構成を示すブロック図。
【図11】 同、制御装置の要部構成を示すブロック図。
【図12】 同、投射型表示装置において、環境光量信号から最大減光量を決定する方法を説明するための図。
【図13】 本発明の第3実施形態の投射型表示装置の制御装置の構成を示すブロック図。
【図14】 同、制御装置の要部構成を示すブロック図。
【符号の説明】
10R,10G,10B…光源、20R,20G,20B…液晶ライトバルブ(光変調手段)、40…投射手段、61…画像解析部(調光手段)、61b,71b,81b…ヒストグラム解析部(光量設定手段)、61c…減光範囲設定手段、62,72,82…画像処理部(映像信号伸長手段)、71c…明るさ検出手段(減光範囲設定手段)、81c…ゲイン検出手段(減光範囲設定手段)、102,103,104…利用情報入力手段、P0,Pm,P′…伸長量
Claims (9)
- 投射型表示装置の光変調手段を照明するために用いられる照明装置であって、
光源と、上記光源の光量を調節する調光手段とを備え、
上記調光手段は、上記光源の光量を映像情報に基づいて設定する光量設定手段と、減光が許容される減光範囲を利用情報に基づいて設定する減光範囲設定手段とを有し、
上記調光手段は、設定された光量に基づいて上記光源の光量を調節するとともに、上記設定された光量における減光量が上記減光範囲を超える場合には、上記減光範囲を超える減光を禁止することを特徴とする、照明装置。 - 上記設定された光量における減光量が上記減光範囲を超える場合には、光源は上記減光範囲内となる減光量によりその光量を調節されることを特徴とする、請求項1記載の照明装置。
- 上記利用情報が手動で指定可能とされたことを特徴とする、請求項1又は2記載の照明装置。
- 投射映像の視聴環境の明るさを検出する明るさ検出手段を備え、
上記減光範囲設定手段は視聴環境の明るさに基づいて上記減光範囲を設定することを特徴とする、請求項1又は2記載の照明装置。 - 投射映像の表示されるスクリーンのゲインを検出するゲイン検出手段を備え、
上記減光範囲設定手段は上記ゲインに基づいて上記減光範囲を設定することを特徴とする、請求項1又は2記載の照明装置。 - 請求項1〜5のいずれかの項に記載の照明装置と、
上記照明装置から射出される光を変調して映像光を形成する光変調手段と、
上記映像光を投射する投射手段とを備えたことを特徴とする、投射型表示装置。 - 上記光源の減光量に基づいて上記映像信号を伸長する映像信号伸長手段を備えたことを特徴とする、請求項6記載の投射型表示装置。
- 上記映像信号伸長手段は、上記光量設定手段で設定された光量における減光量が上記減光範囲内に含まれる場合には、上記光量の逆数となる伸長量で上記映像信号を伸長し、上記設定された光量における減光量が上記減光範囲外にある場合には、上記逆数よりも大きな伸長量で上記映像信号を伸長することを特徴とする、請求項7記載の投射型表示装置。
- 請求項7又は8記載の投射型表示装置の駆動方法であって、
減光の許容される減光範囲を利用情報に基づいて設定し、
単位時間の映像信号に基づいて光源の光量を上記範囲内で調節するとともに、上記映像信号を上記光源の減光量に基づいて伸長し、この伸長された映像信号を上記光変調手段に供給することにより映像を形成することを特徴とする、投射型表示装置の駆動方法。
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