JP4812008B2

JP4812008B2 - 画像表示装置

Info

Publication number: JP4812008B2
Application number: JP2006105918A
Authority: JP
Inventors: 芳知中村; 正樹山川; 恵美子城戸; 悟窪田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-04-07
Filing date: 2006-04-07
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2026-04-07
Also published as: JP2007279405A; US9167193B2; US20070285569A1

Description

本発明は、画像表示装置に関する。

近年、一般家庭で使用されるテレビ受像機は、ブラウン管ディスプレイに変わり、液晶表示装置やプラズマ表示装置などのフラットパネルディスプレイが普及している。フラットパネルディスプレイは、デバイス性能の向上により高輝度化が進んでいる。しかしながら、表示装置の高輝度化は、視認性が高まる一方で、まぶしさ感による疲労や目の疲れを生じさせる要因となっている。

また、液晶表示装置やプラズマ表示装置の高輝度化には、消費電力が高くなるという問題もある。

これらのことから、表示装置に周辺の明るさを測定する受光素子を搭載し、周辺の明るさ環境に合わせて画面の表示輝度を調整する方法が一般的に行われている。周辺が暗い場合は、表示輝度を低く調整し、明るい場合には表示輝度を高く調整する。このことにより、明るい環境での視認性や、暗い環境におけるまぶしさ感を抑え、消費電力も下げることができる。

たとえば、従来の表示装置においては、表示画面の周囲光をもとに、観視者が観視しやすい明るさに画面輝度を自動的に調整している。具体的には、表示画面近傍に、観視者に向かって受光素子が配置され、この受光素子により表示画面近傍の明るさを測定し、この測定結果をもとに表示画面の輝度の範囲を演算し、表示装置の明るさを調整している。表示画面の輝度は、表示画面近傍の明るさと一定の定数から演算される。（例えば、特許文献１）

また、別の従来の表示装置においては、個人の好みに合わせた明るさの調整が行われている。この調整方法においては、周辺の照度を変数として輝度を算出するための予め設定された複数の関数のいずれかを選択することで、選択された関数にもとづいて、周辺の照度に対応する輝度が求められ、求められた輝度でバックライトが発光される。上記と同様に明るさセンサーを用いて周辺の明るさ環境の測定を行い所定の輝度調整設定値を選択することにより、個人の好みにあった見やすい環境を設定している。（例えば、特許文献２）

特開平６−３０８８９１（第４頁から第６頁、第１図）特開２００２−３２３６９０（第５頁、第１図）

ところで、人の目は視界内のすべての光の影響を受ける。そのため、観視者が感じるまぶしさ感は、画像表示装置からの光だけでなく、背景領域からの光の影響も受けることになる。また、観視者の視力や年齢、さらに視距離等にも関係すると考えられ、周辺の明るさのみを測定して、表示装置の明るさを調整する従来の方法では必ずしも観視者の好みを十分に反映できるとは限らない。

本発明は上述の問題に鑑みて成されたものであり、視力、年齢に相当するパラメータと画像表示装置のサイズと視距離、表示面の照度等をパラメータとして画面輝度を演算し、明るさ環境と観視者の特性にあった表示画面の明るさ調整を行う画像表示装置を提供することを目的とする。

表示画面と、前記表示画面近傍の照度を測定する画面照度測定部と、観視者の情報を設定する観視者設定部と、前記表示画面近傍の照度と前記観視者の情報および前記観視者から前記表示画面までの距離で表される視距離に基づいて、前記観視者がまぶしいと感じ始める前記表示画面の輝度を求める演算部と、前記観視者がまぶしいと感じ始める前記表示画面の輝度に基づいて、前記表示画面の最大輝度を決定する画面輝度制御部と、前記表示画面の最大輝度を前記画面輝度制御部にて決定した前記最大輝度になるように表示パネルを駆動する表示パネル駆動部とを備えた画像表示装置を提供する。

さまざまな明るさ環境および観視者の年齢層に応じて、見やすい明るさで画像を表示することができ、長時間の観視した場合でも、観視者の疲れを低減することが可能となる。また、画面の明るさを抑えることで、消費電力の低減も可能とする。

実施の形態１．図１は、本発明の実施の形態１に係る画像表示装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態１に係る画像表示装置は、画面照度測定部１、設定条件入力部２、背景輝度演算部３、記憶部４、輝度調整定数演算部５、明るさ感輝度演算部６、画面輝度制御部７、表示パネル駆動部８、映像信号輝度演算部９、表示画面１０、視覚定数演算部１１、映像信号解析部１２、視角定数演算部１３、および撮像部１４を備えている。なお、背景輝度演算部３、輝度調整定数演算部５、明るさ感輝度演算部６、視覚定数演算部１１および視角定数演算部１３をまとめて演算部と呼ぶ。

画面照度測定部１は、表示画面１０の近傍に観視者の方向を向いて配置された受光素子であり、たとえば視感度補正をほどこしたシリコン・ホトダイオードと増幅器から構成されている。設定条件入力部２は、リモコン受光部を有し、図示されていないリモコンから、観視者の操作により、諸条件を受信できる。撮像部１３は、イメージセンサと画像処理装置からなり、観視者のイメージを撮像し、観視者と表示画面１０との距離（視距離）や観視者の年齢を画像処理により得ることができる。

ところで、人の目は視界のすべての光の影響を受ける。図２に示すように、観視者２０の視界は２つの領域に分けられる．一つは、画像表示装置の表示画面１０の領域（テレビ画面領域２１）から受ける影響であり、もうひとつはその周辺環境（背景輝度領域２２）から受ける影響である。ここで、まぶしさ感が、視界の中でのテレビ画面領域の明るさと背景輝度領域の明るさとの面積比に影響されると仮定すると、表示装置の明るさと表示面積、背景のあかるさ、観視者２０の視力と視距離等に関係するために、周辺の明るさを測定のみをして、表示装置の明るさを調整する単純な方法では必ずしも観視者の好みを反映できるとは限らない。表示面の明るさを自動で最適調整するには、これら表示装置の大きさと明るさ、表示装置と観視者の視距離と視力や年齢を反映する必要がある。

上記について明らかにするために予め行った予備実験の結果について詳細に説明する。

詳細な測定により、画像表示装置を設置した部屋の明るさを照明等により変化させた場合の画面照度Ｅｉと背面輝度Ｌａの関係を求めた。ここで、画面照度Ｅｉとは、表示画面１０をオフにした時の表示画面中央付近で測定した照度であり、照度計は観視者に向けられ測定される。一方、背景輝度とは、表示画面に対抗した観視者がいると仮定した任意の位置から、１８０度視野の魚眼画像から画像処理により求めた平均輝度である。視野の中心には表示装置があるが、この表示装置の輝度は除外し、表示装置の背景部分のみの平均輝度を求めた。その結果、画面照度Ｅｉと背面輝度Ｌａは、線形の関係式で良好に近似できることがわかった。すなわち、Ｌａ＝Ｒｅ×Ｅｉ（１）と表すことができる。
ここでＲｅは、部屋の壁の反射率や部屋の形状、および画像表示装置と観視者の相対位置等で決まる定数である。本発明に係る表示装置においては、このＲｅを適切な値に設定することができる。背景輝度演算部３では、この式（１）を基にして、画面照度Ｅｉから背景輝度Ｌａが演算される。

演算された背景輝度Ｌａは、記憶部４に記録され、明るさ感輝度演算部６に変数として送られる。

図３は、明るさ感輝度演算部６に組み込まれている関数の基本概念となる背景輝度Ｌａと、観視者がまぶしさを感
じ始める表示画面の輝度Ｌｗとの関係を実験により求めた結果を示したものである。実験は、背景輝度Ｌａが５、２０、８０ｃｄ／ｍ^２の各照明環境下で、表示画面１０上に大きさの異なる円形のパターン（視角１°、５°、２５°）を１８歳から２４歳までの２０名の若年者と６５歳から８０歳までの２４名の高齢者に提示し、まぶしさ感について主観評価実験を行った。ここで、主観評価項目はまぶしさ感に関する１項目とし、評価尺度は４段階として評価した。

なお、円形パターンの視角φは、図４に示すように、表示画面１０と観視者の距離である視距離Ｌと円形パターンの面積Ｓから、次式により求めることができる。 φ＝２×Ｔａｎ^−１（√（Ｓ／π）／Ｌ）（２）

実験では、視距離は１ｍに固定した。そして、上記の各照明環境、各視角において、表示画面１０上の円形パターンの輝度を徐々に大きくし、各観視者がまぶしさを感じ始めた輝度Ｌｗを得た。図２においては、まぶしさを感じ始めた輝度Ｌｗとして、若年者２０名と高齢者２４名のそれぞれの平均値をプロットした。この実験結果から、それぞれの視角における背景輝度Ｌａと、まぶしさを感じ始めたと評価した表示画面の輝度Ｌｗの関係式として式（３）が得られた。Ｌｗ＝ｋ×Ｌａ^α （３）

ここで、αは視覚定数、ｋは輝度調整定数と呼ぶ。図３より、視覚定数αは、年齢と視角φに関係する定数であり、輝度調整定数ｋは主に視角φ、すなわち表示サイズや視距離Ｌに関係する定数である。

次に本発明に係る表示装置の動作を述べる。

画面照度測定部１は、観視者に向かって設置され、表示画面１０がオフの時に表示画面１０の中心近傍の照度（画面照度）を測定し、これを背景輝度演算部３に出力する。なお、表示画面１０の中央付近に設置することが困難な場合には、表示画面１０の近傍に設置し、そこで測定した照度を画面照度と近似しても問題はない。

設定条件入力部２には、リモコン操作等により、観視者の年齢や視力、背景輝度演算に使用される背景輝度演算定数Ｒｅ、視距離等の情報を受信し、受信した情報を記憶部４に出力する。ここで、年齢等の情報が、リモコン操作等により入力が行われない場合には、予め定められたデフォルト値を用いてもよい。また、撮像部１３に備えられた撮像装置によって撮像された観視者の画像から、画像処理により視距離や年齢を求め、これを設定条件入力部２に出力してもよい。

背景輝度演算部３には、画面照度測定部１から画面照度Ｅｉが、記憶部４からは背景輝度演算定数Ｒｅが入力され、式（１）より背景輝度Ｌａを演算して、記憶部４に出力する。
この背景輝度Ｌａは、記憶部４からさらに、明るさ感輝度演算部６に出力される。

視角定数演算部１３には、記憶部４に蓄えられている視距離が入力される。また、映像信号解析部１２では映像信号を解析し、表示画面１０に表示されている映像パターンの実効的な面積を計算し、その結果を視角定数演算部１３に出力する。視角定数演算部１３は、これらの情報より、式（２）に基づいて視角φを求める。この視角φは、記憶部４に出力され、記憶部４に記録される。なお、映像パターンの実効的な面積は、単に表示画面の面積としても良いし、表示画面の面積に１より小さい定数を乗じたものとしてもよい。これにより、映像信号解析部１２を不要とすることができる。

記憶部４に記録された視角φは、輝度調整定数演算部５に出力される。輝度調整定数演算部５では、入力された視角φより、輝度調整定数ｋが求められる。輝度調整定数ｋを求めるにあたっては、視角φから輝度調整定数ｋを与えるテーブルを用いても良いし、図３で示した実験結果から得られる適当な関数演算で求めてもよい。求められた輝度調整定数ｋは、記憶部４に出力され、記憶部４に記録される。なお、輝度調整定数ｋは、主に視角φにより決まるが、年齢にも依存するため、記憶部４から年齢の情報を受け取り、視角φとともに年齢を用いてより正確に輝度調整定数ｋを求めることも有効である。

視覚定数演算部１１には、記憶部４に蓄えられている観視者の年齢と視角φが入力される。視覚定数演算部５は、図３に示した実験結果より、上記の情報から対応する視覚定数αを選択するためのテーブルを有し、これにより、観視者の視覚条件にあった視覚定数αを選択し、記憶部４に出力し、この視覚定数αは記憶部４に記録される。なお、必要に応じて、記憶部４より観視者の視力を入力し、観視者の年齢と視角φとあわせて視覚定数αを決定することで、さらに良好に視覚定数αを決めることができる。

記憶部４から明るさ感輝度演算部６に、背景輝度Ｌａ、輝度調整定数ｋ、および視覚定数αが出力される。明るさ感輝度演算部６は、これらの情報より式（３）に基づいて、観視者がまぶしいと感じ始める輝度Ｌｗを演算し、画面輝度制御部７にこのＬｗを出力する。

画面輝度制御部７は、映像信号輝度演算部９が求めた映像信号の輝度分布等と明るさ感輝度演算部６から得たＬｗに基づいて、観視者にとってまぶしくない明るさ表示になるように、映像信号の最大輝度値を決定し、表示画面１０の明るさを調整するための信号を表示パネル駆動部８に出力する。表示パネル駆動部８は、この信号にもとづいて、表示画面の輝度を制御する。

このような年齢、視距離、表示サイズ、背景輝度等の設定条件値をもとに、観視者の視覚特性に適応した見やすい明るさを得るシステムを画像表示装置に搭載することで、さまざまな明るさ環境下において、各年齢層の観視者に見やすい明るさで画像を表示することができ、長時間の観視した場合でも、観視者の疲れを低減することが可能となる。また、画面の明るさを抑えることで、消費電力の低減も達成できる。

また、図２に示した実験結果より、視覚定数αの値は、若年者に対しては、α＝０．３１〜０．４３、高齢者に対しては、α＝０．２６〜０．３５を適用してまぶしさを感じ始める輝度を計算すると適切であることがわかる。一般的にはそれぞれの中間値を用いることで、演算の容易化およびメモリの削減が可能である。

視覚定数αを固定値にすることで、視覚定数演算部１１の演算を容易にすることができるし、また、視覚定数演算部１１を削除することもできる。

実施の形態２．図５は、５０軒の一般家庭において、テレビが置かれた部屋で、画面照度Ｅｉと背景輝度Ｌａを測定した結果をプロットしたものであり、式（１）における係数Ｒｅが１．０と０．２のときの直線を記入している。一般家庭における環境では、背景輝度係数Ｒｅを１．０以下の数値にすることですべての家庭環境を反映することができる。また、一般的な家庭環境では０．２を用いるのが適切であることもわかる。

背景輝度係数Ｒｅを固定値にすることで、背景輝度演算部３の演算を容易にすることができるし、背景輝度演算部３を不要にすることもできる。

本発明の実施の形態１に係る画像表示装置を示すブロック図である。背景輝度とまぶしさを感じ始める表示画面輝度の主観評価実験の結果である。表示パターンの大きさと視距離および視角の関係を表す図である。視界とまぶしさに関係する明るさの説明図である。本発明の実施の形態２におけるテレビの画面照度と背景輝度の関係を表すグラフである。

符号の説明

１画面照度測定部２設定条件入力部３背景輝度演算部４記憶部５輝度調整定数演算部６明るさ感輝度演算部７画面輝度制御部８表示パネル駆動部９映像信号輝度演算部１０表示画面１１視覚情報演算部１２撮像部

Claims

表示画面と、
前記表示画面近傍の照度を測定する画面照度測定部と、
観視者の情報を設定する観視者設定部と、
前記表示画面近傍の照度と前記観視者の情報および前記観視者から前記表示画面までの距離で表される視距離に基づいて、前記観視者がまぶしいと感じ始める前記表示画面の輝度を求める演算部と、
前記観視者がまぶしいと感じ始める前記表示画面の輝度に基づいて、前記表示画面の最大輝度を決定する画面輝度制御部と、
前記表示画面の最大輝度を前記画面輝度制御部にて決定した前記最大輝度になるように表示パネルを駆動する表示パネル駆動部とを備えたことを特徴とする画像表示装置。
前記画面照度測定部は、前記観視者の方向の照度を、前記表示画面がオフの状態で測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。
前記観視者の情報は、前記観視者の年齢を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置。
前記観視者の情報は、前記観視者の視力を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置。
撮像部を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の画像表示装置。
前記観視者の年齢は、前記撮像部により撮像された撮像画像に基づいて入力されることを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
前記視距離は、前記撮像部により撮像された撮像画像に基づいて設定されることを特徴とする請求項５または６に記載の画像表示装置。
前記演算部は、前記表示画面近傍の照度に基づいて、前記画像表示装置の背景輝度を求め、該背景輝度と前記観視者の情報および前記視距離に基づいて、前記観視者がまぶしいと感じ始める前記表示画面の輝度を求めることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の画像表示装置。
前記演算部は、前記視距離と前記表示画面の面積に基づいて、前記観視者から見た前記表示画面の視角を求め、該視角と前記表示画面近傍の照度および前記観視者の情報に基づいて、前記観視者がまぶしいと感じ始める前記表示画面の輝度を求めることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の画像表示装置。
前記画像表示装置の背景輝度が、前記表示画面近傍の照度に比例することを特徴とする請求項８に記載の画像表示装置。
前記画像表示装置の背景輝度が、前記表示画面近傍の照度に比例し、その比例係数が１以下であることを特徴とする請求項９に記載の画像表示装置。