JP3840100B2

JP3840100B2 - 画像表示装置

Info

Publication number: JP3840100B2
Application number: JP2001354890A
Authority: JP
Inventors: 康雄鈴木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-11-20
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2006-11-01
Anticipated expiration: 2021-11-20
Also published as: JP2003158747A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶プロジェクタ等の画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、業務分野でのプレゼンテーションやミーティングから学校教育分野にまで、液晶プロジェクタなどの画像表示装置が使用されており、その使用目的や使用環境が多様化している。
【０００３】
このため、様々な使用目的、使用環境に合わせて最適な色バランス、照度等が得られる画像表示装置が求められている。
【０００４】
その１つとして、特開２０００−１３７２８９号公報には、照明光を色分解して得られた赤色光の光路上にダイクロイックフィルタを出し入れすることにより、透過光スペクトルのモード（表示モード）を色純度優先モードと輝度優先モードとに切り換えて、高輝度優先表示と色再現優先表示を選択的に行える液晶プロジェクタが提案されている。
【０００５】
図８に、従来の液晶プロジェクタの構成例を示す。同図において、反射鏡１０２を有する光源部１０１から射出された白色光は、フライアイレンズ、コンデンサレンズ等の光学素子１０３を通過した後、ダイクロイックミラーＤＭ１０１に入射する。ダイクロイックミラーＤＭ１０１において赤色帯域光Ｒは透過し、緑色および青色帯域光は反射される。
【０００６】
ダイクロイックミラーＤＭ１０１によって反射されて光路を９０度変えられた緑色および青色帯域光のうち緑色帯域光Ｇは、ダイクロイックミラーＤＭ１０２によりを反射されてその光路を９０度変えられ、フィールドレンズ１０４を介して緑色用液晶パネル１０５に入射する。また、ダイクロイックミラーＤＭ１０２を透過した青色帯域光Ｂは、反射ミラーＭ１０２，Ｍ１０３や不図示のレンズ群およびフィールドレンズ１０６を介して青色用液晶パネル１０７に入射する。
【０００７】
一方、ダイクロイックミラーＤＭ１０１を透過した赤色帯域光は、反射ミラーＭ１０１によって光路を９０度変えられ、フィールドレンズ１０８および挿入／抜去を選択可能なダイクロイックフィルタ１０９を介して赤色用液晶パネル１１０に入射する。
【０００８】
各々の液晶パネル１０５、１０７、１１０で入力信号に応じて変調された各色光は、色合成ダイクロイックプリズムＤＰ１０１で合成され、投射レンズ群１１１により不図示のスクリーン等に投射される。
【０００９】
ここで、ダイクロイックミラーＤＭ１０１およびダイクロイックフィルタ１０９はそれぞれ、図９（ａ）、（ｂ）に示す波長−透過率特性を持つるため、ダイクロイックフィルタ１０９を挿入したときの赤色光スペクトルは、図９（ｄ）に示すようになり、未挿入時の赤色光スペクトルは図９（ｃ）のようになる。
【００１０】
一般的に、赤色光のスペクトルは６００ｎｍ以上であるが、光源１０１は５８０ｎｍ周辺の分光分布にピークがあるものが多いため、ダイクロイックフィルタ１０９の未挿入時には、色バランスは崩れるが輝度の大きい赤色光を得ることが可能となる。
【００１１】
一方、入力信号処理部１２０においてデコードされた画像信号Ｒｉ、Ｇｉ、Ｂｉに対しては、メイン信号処理部１２１において階調補正が行われる。階調補正が行われた各色信号Ｒｇ、Ｇｇ、ＢｇはＬＣＤ駆動部１２２に入力され、液晶パネル１０５、１０７、１１０に表示される。
【００１２】
実際にダイクロイックフィルタ１０９の未挿入時には、メイン信号処理部１２１においてＲ，Ｇ，Ｂのマトリクス演算を行うことにより、多少の色純度を上げている。
【００１３】
このように、ダイクロイックフィルタ１０９の挿入／抜去を切り換えることにより、表示モードとして、色再現優先モードと輝度優先モードの両モードを備えることができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
従来、上記のような表示モードの切り換えは、手動レバーによる直接駆動もしくはスイッチ操作による電動モータ駆動で行われるのが一般的である。
【００１５】
しかしながら、このようにユーザーが自らの手動操作によって切り換える方式であると、１度モード設定をすると、その後モードを切り換える機会が少なく、両モードのそれぞれの長所を十分に生かしきれないという問題がある。例えば、会議において発表中と質疑応答中で照明をＯＮ／ＯＦＦした場合に、わざわざ表示モードを切り換えることまで行わないのが普通である。
【００１６】
また、従来は、表示モード、つまりは使用環境に応じた最適な信号処理も行われていない。例えば、周囲が暗いときには輝度はそれほど必要なく、階調性や色再現を高める必要がある。逆に周囲が明るいときには表示画像に全体的にオフセットがかかってしまうため極力輝度が高いほうが望ましく、階調性（特に白側の白つぶれ）に関してはそれほど影響を感じない場合が多い。
【００１７】
本発明は、使用環境に応じて自動的に表示モード設定を行い、常に最適な表示画像を得られるようにした画像表示装置を提供することを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、光源からの光を複数の色光に分解する色分解系と、入力画像信号に応じて複数の色光をそれぞれ変調する複数の画像表示素子とを有し、複数の画像表示素子により変調された複数の色光を合成して表示する画像表示装置において、外光の光量を検出する検出手段と、第１のモードおよび第２のモードのうち一方を設定する制御手段とを有し、第１のモードは、複数の色光のうちいずれかの色光に第２のモードよりも色再現性が高くなるスペクトル分布を持たせるモード（色再現重視モード）であり、第２のモードは、複数の色光のうちいずれかの色光に第１のモードよりも輝度が高くなるスペクトル分布を持たせるモード（輝度重視モード）である。制御手段は、設定されたモードに応じて、入力画像信号の階調特性の設定および前記画像表示素子の駆動電圧範囲の設定のうち少なくとも一方を行う。
【００１９】
このように外光の光量に応じて第１および第２のモードの設定を行うとともに、設定されたモードに応じて入力画像信号の階調特性の可変設定や画像表示素子の駆動電圧範囲の可変設定をも行うことで、外光の明るさに応じた最適な色再現性又は輝度を有する表示画像を自動的に得ることが可能となる。
【００２０】
具体的には、外光の光量が所定値以下のときは第１のモードを設定し、所定値より大きいときは第２のモードを設定すればよい。また、第１のモードを設定したときには、第２のモードを設定したときよりも階調特性の制御に用いる階調補正係数を大きくするようにすればよい。さらに、第１のモードを設定したときに、第２のモードを設定したときよりも駆動電圧範囲を小さくするようにすればよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１には、本発明の実施形態である液晶プロジェクタ（画像表示装置）を示している。
【００２２】
同図において、反射鏡２を有する光源部１から射出した白色照明光は、フライアイレンズ、コンデンサレンズ等の光学素子３を通過した後、ダイクロイックミラーＤＭ１に入射する。ダイクロイックミラーＤＭ１において、赤色帯域光Ｒは透過し、緑色および青色帯域光は反射される。
【００２３】
ダイクロイックミラーＤＭ１によって反射されて光路を９０度変えられた緑色および青色帯域光のうち緑色帯域光Ｇは、ダイクロイックミラーＤＭ２によって反射してその光路を９０度変えられ、フィールドレンズ４を介して緑色用液晶パネル（画像表示素子）５に入射する。また、ダイクロイックミラーＤＭ２を透過した青色帯域光Ｂは反射ミラーＭ２，Ｍ３や不図示のレンズ群およびフィールドレンズ６を介して青色用液晶パネル（画像表示素子）７に入射する。
【００２４】
一方、ダイクロイックミラーＤＭ１を透過した赤色帯域光は、反射ミラーＭ１によって反射して光路を９０度変えられ、フィールドレンズ８および挿入／抜去を選択可能なダイクロイックフィルタ９を介して赤色用液晶パネル（画像表示素子）１０に入射する。
【００２５】
このダイクロイックフィルタ９は、ＭＰＵ３０によって制御されるモータ等の駆動源３２の駆動力を用いて挿入／抜去を切り換えることができる。
【００２６】
各々の液晶パネル５、７、１０には、後述するＬＣＤ駆動部２２からの駆動信号が入力される。駆動信号は入力信号処理部２０に外部のパーソナルコンピュータ、ビデオ、テレビ、ＤＶＤ等の画像情報供給装置から入力される画像信号に所定の処理が施されて生成されたものであり、液晶パネル５、７、１０には各色用の液晶画像が表示されることになる。
【００２７】
そして、液晶パネル５、７、１０によって変調された３つの色光は、色合成ダイクロイックプリズムＤＰ１で合成され、投射レンズ群１１により不図示のスクリーン等（被投射面）に投射される。
【００２８】
ここで、ダイクロイックフィルタ９の挿入／抜去により、表示モードとして輝度優先モードと色再現優先モードの２つのモードが得られる原理は従来と同様である。
【００２９】
入力信号処理部２０には、上記画像情報供給装置から映像が入力され、この入力信号処理部２０では映像をデコードして画像信号Ｒｉ、Ｇｉ、Ｂｉを生成する。そして、画像信号Ｒｉ、Ｇｉ、Ｂｉは、メイン信号処理部２１において階調補正が施され、ＬＣＤ駆動部２２に入力される。ＬＣＤ駆動部２２は、階調補正された画像信号Ｒｇ、Ｇｇ、Ｂｇに応じた駆動信号を液晶パネル５、７、１０に入力し、液晶パネル５、７、１０に液晶画像を表示させる。
【００３０】
３１は光センサであり、外光（周囲光）の光量に応じた信号をＭＰＵ３０に入力する。ＭＰＵ３０では、この外光の光量に応じて表示モードを切り換えるための演算を行い、この演算結果に基づいて、
（ａ）ダイクロイックフィルタ９の挿入もしくは抜去
（ｂ）メイン信号処理部２１における階調補正係数の変更
（ｃ）ＬＣＤ駆動部２２における液晶駆動電圧範囲の変更
を行う。
【００３１】
次に、外光の光量（光量レベル）に応じてＭＰＵ３０により行われる具体的な処理について、図２のフローチャートを用いて説明する。
【００３２】
まず、ステップ（図ではＳと略す）１では、光センサ３１を通じて光量レベルを検出する。
【００３３】
次に、ステップ２では、検出した光量レベルを、予め定められた所定値Ｙｔｈと比較し、Ｙｔｈより大きければ「輝度重視モード」（第２のモード）を、Ｙｔｈ以下のときは「色再現重視モード」（第１のモード）を設定する。
【００３４】
次にステップ３では、ステップ２で設定された表示モードが現在設定されているモードと異なるか否かを判別し、これらが同じ場合には現在の表示モードを維持し、異なる場合は表示モードの移行を行う。
【００３５】
そして、ステップ４において、ステップ３で維持又は移行された表示モードが輝度重視モードであるときは、ステップ５に進み、ダイクロイックフィルタ９を抜去し、輝度性が色再現性よりも高い赤色光スペクトルを生成する。
【００３６】
続いて、ステップ６では、メイン信号処理部２１のガンマ補正係数をγｓに設定する。γｓは、周囲が明るいときの視感特性を考慮した階調補正係数である。
【００３７】
また、ステップ７では、液晶駆動時における白レベル電圧をＶｗｓに設定する。Ｖｗｓは、階調性（白つぶれ）よりも輝度を重視して白レベル電圧を極力大きくした設定とされている。
【００３８】
一方、ステップ４において、ステップ３で維持又は移行された表示モードが色再現重視モードであるときは、ステップ８に進み、ダイクロイックフィルタ９を挿入して、色再現性が輝度性よりも高い赤色光スペクトルを生成する。
【００３９】
そして、ステップ９では、ガンマ補正係数をγｉに設定する。γｉは周囲が暗いときの視感特性を考慮した階調補正係数であり、γｉ＞γｓの関係が成り立つ。
【００４０】
さらに、ステップ１０では、液晶駆動時における白レベル電圧をＶｗｉに設定変更する。Ｖｗｉは、階調性（白つぶれ）が悪くならない程度に白レベル電圧を下げた電圧であり、Ｖｗｓ＞Ｖｗｉの関係が成り立つ。
【００４１】
以上のような制御を行うことにより、外光の光量変化に応じて表示モード（輝度重視モード／色再現重視モード）の切り換えと、各表示モードに最適な信号処理での設定を行う。
【００４２】
次に、各表示モードにおける信号処理の設定に関してさらに詳細に説明する。まず、液晶駆動電圧範囲の設定について説明する。
【００４３】
一般的に、液晶表示素子は、図３に示すような駆動電圧−透過率特性（ＶＴ特性）を有する。ここで、横軸はＶＶＣ（コモン電圧）からの電位差Ｖａｃであり、この電位差Ｖａｃが小さいほど透過率が高くなり、白表示状態となる。
【００４４】
実際に駆動する際には、ＶＴ特性をキャンセルする方向の階調補正を行う必要がある。ここではこれをＶＴ補正と呼ぶ。
【００４５】
ＶＴ補正特性を決定するには、白電圧Ｖａｃ（Ｗ）、黒電圧Ｖａｃ（Ｂ）を決め、その間Ｖａｃ（Ｗ）−Ｖａｃ（Ｂ）の特性をリニアに補正するような補正カーブを設定する。
【００４６】
しかし、図３に示すように、ＶＴ特性のＶａｃが小さい領域（白側領域）では特性が平坦なため、白電圧Ｖａｃをあまりにも小さく設定すると、ＶＴ補正が不完全になり、白つぶれが発生してしまう恐れがある。
【００４７】
そこで、一般的には、Ｖａｃ＝１．０Ｖあたりに設定し、透過率を多少犠牲にしても、白つぶれのない階調性の良い特性になるように設定している。
【００４８】
本実施形態では、図４に示すように、透過率を重視して階調性を犠牲にするＶＴ補正特性（γＳ１）およびＶａｃ（Ｗ）（＝特性Ｓ）と、階調性を重視して透過率を犠牲にするＶＴ補正特性（γＩ１）およびＶａｃ（Ｗ）（＝特性Ｉ）の２つの設定を用意し、上記「輝度重視モード」の場合には特性Ｓを、「色再現重視モード」の場合には特性Ｉを用いることにより、各表示モードに適した特性を得ることができるようにしている。
【００４９】
次に、階調補正係数の設定について説明する。人間は周囲が暗い環境で映像を見ると映像に順応し（像順応）、逆に周囲が明るいところでは環境光に順応する（環境順応）ことが分かっている。
【００５０】
これは、人間の眼の視細胞には、杆体と錐体という２つの視細胞が存在し、暗順応した眼では杆体が、明順応した眼では錐体が主に働くため、この２つの視細胞の働きのバランスにより、周囲環境によって視感度特性が変わると言われている。
【００５１】
そして実験的には、図５に示すように、周囲が暗い場合はγ≒０．３３、周囲が明るいときにはγ≒０．４５であるとされている。
【００５２】
そこで、本実施形態では、外光の光量レベルによって切り換わる「色再現重視モード」と「輝度重視モード」とにおいて異なる階調補正を行うこととする。ここではこの補正を、順応階調補正と呼ぶ。
【００５３】
具体的には、図６に示すように、「色再現重視モード」のときには、γＩ２＝１／０．３３≒３．０に、「輝度重視モード」のときには、γＳ２＝１／０．４５≒２．２に設定することにより、表示画像は周囲環境によらず常にリニア特性をもって見えるようになる。
【００５４】
メイン信号処理部２１では、上記順応諧調補正およびＶＴ補正を合わせた補正を行う。つまり、図７に示すように、「輝度重視モード」では、
γＳ＝γＳ１×γＳ２
の特性を有した補正カーブを設定し、「色再現重視モード」では、
γＩ＝γＩ１×γＩ２
の特性を有した補正カーブを設定する。
【００５５】
以上のように、周囲光の光量に応じて輝度重視モードと色再現重視モードとを切り換えるとともに、階調補正係数および液晶駆動電圧範囲を変更することで、各表示モードの特徴を生かせる制御を行うことができる。
【００５６】
なお、本実施形態では、ダイクロイックミラーを用いた色分解系を有する液晶プロジェクタについて説明したが、本発明は、色分解系にダイクロイックプリズムや偏光ビームスプリッター等、他の光学素子を用いた画像表示装置にも適用することができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、外光の光量に応じて第１および第２のモード（色再現重視モードおよび輝度重視モード）の設定を行うとともに、入力画像信号の階調特性の可変設定（例えば、階調補正係数の変更）や画像表示素子の駆動電圧範囲の可変設定をも行うので、第１および第２のモードの設定しか行わない場合に比べて、より外光の明るさに応じた最適な色再現性又は輝度を有する表示画像を自動的に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である液晶プロジェクタの光学的構成を示す図である。
【図２】上記液晶プロジェクタの制御内容を示したフローチャートである。
【図３】上記液晶プロジェクタに用いられる液晶表示素子の駆動電圧−透過率特性を示した図である。
【図４】上記液晶表示素子のＶＴ補正特性を示した図である。
【図５】環境による人間の眼の視感度特性を示した図である。
【図６】順応による階調補正特性を示した図である。
【図７】本発明に係る階調補正特性を示した図である。
【図８】従来の液晶プロジェクタの光学的構成を示す図である。
【図９】ダイクロイックフィルタの挿抜による赤色光スペクトルの違いを示した図であ
【符号の説明】
１光源
２反射鏡
３光学素子
４，６，８フィールドレンズ、
５，７，１０液晶パネル
ＤＭ１、ＤＭ２ダイクロイックミラー
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３反射ミラー
ＤＰ１ダイクロイックプリズム、
９ダイクロイックフィルタ、
１１投写レンズ群
２０入力信号処理部、
２１メイン信号処理部
２２ＬＣＤ駆動部
３０ＭＰＵ
３１光センサ
３２駆動源

Claims

光源からの光を複数の色光に分解する色分解系と、入力画像信号に応じて前記複数の色光をそれぞれ変調する複数の画像表示素子とを有し、前記複数の画像表示素子により変調された前記複数の色光を合成して表示する画像表示装置であって、
外光の光量を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて、第１のモードおよび第２のモードのうち一方を設定する制御手段とを有し、
前記第１のモードは、前記複数の色光のうちいずれかの色光に前記第２のモードよりも色再現性が高くなるスペクトル分布を持たせるモードであり、前記第２のモードは、前記複数の色光のうちいずれかの色光に前記第１のモードよりも輝度が高くなるスペクトル分布を持たせるモードであり、
前記制御手段は、設定されたモードに応じて、前記入力画像信号の階調特性の設定および前記画像表示素子の駆動電圧範囲の設定のうち少なくとも一方を行うことを特徴とする画像表示装置。
前記制御手段は、前記検出手段により外光の光量が所定値以下のときは前記第１のモードを設定し、前記所定値より大きいときは前記第２のモードを設定することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
前記制御手段は、前記第１のモードを設定したときに、前記第２のモードを設定したときよりも前記階調特性の制御に用いる階調補正係数を大きくすることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
前記制御手段は、前記第１のモードを設定したときに、前記第２のモードを設定したときよりも前記画像表示素子の駆動電圧範囲を小さくすることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。