JP4819255B2

JP4819255B2 - 表示装置

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Inventors: 幸彦坂下
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Publication date: 2011-11-24
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像を表示する表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、画像を表示する表示装置には、
＊液晶パネル等の光変調素子にて変調した光をスクリーンに投射して画像表示する投射型や、
＊液晶パネル等の光変調素子にて変調した光がそのまま視認されて、画像として認識されるような直視型、
があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した投射型や直視型のいずれの表示装置においても、光変調素子に対して照明光が照射されるようになっていたが、ダイナミックレンジが低い等の問題があった。
【０００４】
そこで、本発明は、ダイナミックレンジの低下等を防止する表示装置を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記事情を考慮してなされたものであり、光を出射する光源と、該出射された光を変調する光変調素子と、外部からの映像信号を受けて該光変調素子を駆動するための駆動信号を該光変調素子へ入力する映像信号入力手段と、を備え、該映像信号に基づいて該光変調素子が該光を変調して画像を表示する表示装置において、
該映像信号入力手段は、画像表示のための目標光量を算出する目標光量算出手段と、該目標光量算出手段からの信号を受けて、該光変調素子に供される光が前記目標光量となるように制御する光量制御手段と、を有し、前記映像信号入力手段は、該映像信号が低輝度の場合には該駆動信号を大きく増幅し、該映像信号が高輝度の場合には該駆動信号を小さく増幅すると共に該駆動信号に対して擬似多階調処理を行う、ことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明において映像信号とは、本発明の表示装置外から表示装置に向けて送られる信号を主に意味する。例えば、それは、図２の符号３２で示すＤＳＰ部に与えられる信号を意味する。
【０００７】
また、光変調素子とは、後述するように例えばライトバルブとか光シャッターと称される液晶パネルを指すものであったり、或いは、ＤＭＤと称される画素毎にミラーが配置された素子のことであったりする。画素毎にミラーが配置される素子は、静電気力あるいは磁力等の力によってミラーの角度を適宜調整できる。
【０００８】
また、駆動信号とは、その光変調素子を駆動させるために光変調素子に与えられる信号を意味する。例えば、それは、図２の符号３２のＤＳＰから出て符号２Ｒ，２Ｇ，２Ｂで示される各色パネル（各光変調素子）に与えられる信号を意味する。図２ではその間にＤＡ３５やパネルドライバ３６が設けられているが駆動信号は符号３２のＤＳＰから出て符号２Ｒ，２Ｇ，２Ｂで示される各色パネル（各光変調素子）に与えられる信号であればその経路において信号そのものが変化しても光変調素子を駆動させるのに必要な情報が光変調素子に届けられ、所望の駆動ができれば良い。この状態を図１にも示した。図１では、符号３６ａで示す線によって各色パネル２Ｒ，２Ｇ，２Ｂが図２のパネルドライバ３６と繋がっている。すなわち、各色パネル２Ｒ，２Ｇ，２Ｂはそれぞれ実質的にＤＳＰ３２に繋がっている。
【０００９】
また、映像信号入力手段（図２の符号３参照）は目標光量算出手段（図４の符号５参照）と、光量制御手段４とを少なくとも有していれば良い。
【００１０】
また、本発明における増幅とは、増幅率を１より大きくして値（例えば駆動信号）を増加させる場合のみならず、増幅率を１より小さくして値（例えば駆動信号）を減少させる場合をも意味するものとする。
【００１１】
また、図３，１０，１２，１３中においてＹ軸が１００％の状態とは、最明状態（白状態）であり、０％とは最暗状態（黒状態）を意味する。また、Ｙ軸上に記載される「書き込み信号の輝度」とは書き込み信号に基いて光変調素子に与えられる輝度情報を意味し、また「映像信号の輝度」とは外部信号が持つ輝度情報を意味する。
【００１２】
また、後述するが、図３，１０，１２，１３のそれぞれで線Ｂ１〜６が図示されている。この線の傾きが増幅率である。また、図３では、傾きの違う線Ｂ１，Ｂ２が点（Ｘ１，Ｙ１）で繋がっている。つまり、この点において増幅率が異なっている。なお、この増幅率の変化点はＹ軸の値でいうところの９９％以下５０％以上の範囲、より好ましくは９０％以下７０％以上の範囲内に位置することが好ましい。
【００１３】
以下、図１乃至図６を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
本発明に係る表示装置は、図１に符号Ｄ_１で例示するように、光を出射する光源１と、該出射された光を変調する光変調素子２Ｒ，２Ｇ，２Ｂと、外部からの映像信号を受けて該光変調素子を駆動するための駆動信号を該光変調素子２Ｒ，２Ｇ，２Ｂへ入力する映像信号入力手段（図２の符号３参照）と、を備えており、該映像信号に基づいて該光変調素子２Ｒ，２Ｇ，２Ｂが光を変調して画像を表示するように構成されている。ここで、前記映像信号入力手段３は、後述する目標光量算出手段（図４の符号５参照）の出力に応じて入出力変換特性を変えるための信号増幅率を変えるように構成されており、図３に示すように、その映像信号が低輝度の場合には前記駆動信号を大きく増幅し（符号Ａ_１参照）、映像信号が高輝度の場合には前記駆動信号を小さく増幅する（符号Ａ_２参照）、ように構成されている。なお、映像信号が高輝度の場合には増幅率が小さいために階調画質が劣化するが、その劣化は擬似多階調処理を行うことによって防止すれば良い（詳細は実施例１にて後述）。
【００１５】
また、この表示装置Ｄ_１は、画像表示に最適な光の量（以下“目標光量”とする）を算出する目標光量算出手段（図４の符号５参照）と、該目標光量算出手段５からの信号を受けて前記光（すなわち、光源１から出射された光であって、画像表示に供される光）が目標光量となるように制御する光量制御手段４と、を備えている。この光量制御手段４としては、
▲１▼ 前記光源１に付設され、光源１の電流や電圧を制御することによって光源１から出射される光そのものを制御するタイプや（特開平１１−６５５２８号公報参照）、
▲２▼ 図１や図５に符号４や１０４で示すように、前記光源１から前記光変調素子２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ（図５では１０２）に照射される光の光路上に配置されて、その光量を制御するタイプや、
▲３▼ 図６に符号２０４で示すように、前記光変調素子１０２にて変調された光の光路上に配置されて、その光量を制御するタイプ、
を挙げることができ、上記▲２▼や▲３▼に属するものとしては、
＊光を偏光光束に変換する部材（図１の符号４２参照）と、偏光光束の透過量を制御する光量調整部材（符号４３で示す部材であって、例えば偏光板や位相板等）とを備え、光量調整部材４３の回転位置を変えることによって、光量調整部材４３を透過する偏光光束の量を制御するようにしたものや、
＊絞り構造のもの（図５の符号１０４や、図６の符号２０４参照）、を挙げることができる。ここで、図６に示す絞り２０４は、前記光変調素子１０２にて変調された光の光路上（光変調素子１０２から被投射部材６への光路上）であって、複数枚のレンズからなる投射レンズ群１１３の内部に配置されている。なお、光制御手段を、上記▲３▼のように配置する場合、前記映像信号入力手段３は、その映像信号が低輝度の場合には前記駆動信号を１以上の増幅率で増幅する、ようにしても良い。この場合、前記映像信号入力手段３は、映像信号が高輝度の場合には前記低輝度の場合における増幅率以下の増幅率で増幅する、ようにすると良い。これにより、光量制御によってダイナミックレンジを高くできるという効果が得られ、映像信号の増幅によって、低輝度画像のコントラストを高くできる。
【００１６】
偏光板や位相板を用いる場合、それらは偏光光束の光路中であればどの個所に配置しても良いが、図１に示すように光源１に近い個所に配置する方が光量が強くなり好ましい。但し、偏光板等は光源１に近付けすぎると光源１からの光や熱によって変質するおそれがあるので、ある程度の距離を開けるか、変質しないように耐熱性や耐光性に富んだ材質のもの（例えば、サファイア製）を使用する必要がある。
【００１７】
ここで、これらの偏光板や位相板を回転させる手段としてはモータを挙げることができ、特に、超音波モータやステッピングモータが駆動速度（すなわち、光量制御の応答性）や光量制御精度の点から好ましい。
【００１８】
なお、偏光板及び位相板のいずれを用いても良いが、位相板としてλ／２板（１／２波長板）を用いた場合、該λ／２板に入射される直線偏光光束に対して、該λ／２板から出射される光束の位相は２θだけ回転することとなる（但し、θはλ／２板の回転角）。したがって、位相板は、回転角が偏光板の半分程度で足り、その分、目標光量に到達するまでの時間が短くなり（すなわち、光量制御の応答性が良くなり）、好ましい。また、位相板の方が光量ロスが２〜３％程度と少なく（偏光板の光量ロスは１５％程度）、好ましい。ここで、偏光板を用いた場合には、偏光光束の直線偏光方向と偏光板の偏光子方向とが平行であるときには、８５％程度のほとんどの光束が偏光板を通過し、偏光板を回転させることによって光量が減少する。
【００１９】
一方、光変調素子２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ，１０２としては、液晶を利用して情報表示する液晶パネルや、特開平１０−７８５５０号公報に開示されているようなＤＭＤ（ディジタル・ミラー・デバイス。ミラーの角度を変えることにより光量を変調するもの）パネル等を挙げることができるが、透過型及び反射型のいずれであっても良い。
【００２０】
また、上述した表示装置は、投射型（すなわち、光変調素子２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ，１０２にて変調した光をスクリーン等の被投射部材６に投射して画像表示するタイプ）としても、直視型（すなわち、光変調素子２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ、１０２にて変調された光がそのまま視認されるようなタイプ）としても良い。
【００２１】
なお、モータの種類等によっては、短時間での大幅な光量変更が可能となるが、そのような光量変更をすると、輝度変化が急激過ぎて、人間の目に違和感を与えてしまうことにもなりかねない。そこで、光量制御が性能的に優れていても、必要なら意図的に光量変化をゆるやかにし、人間の目に違和感を与えないようにすると良い。
【００２２】
次に、本実施の形態の効果について説明する。
【００２３】
本実施の形態によれば、画像表示に供される光は、光量制御手段４，１０４，２０４によって光量制御されるようにしている。したがって、画面の輝度が全体として低い場合には光量を少なくし、画面の輝度が全体として高い場合には光量を多くすることができ、そのような光量制御をしない場合に比べて高いダイナミックレンジを実現することができる。
【００２４】
また、本実施の形態によれば、低輝度の映像信号は大きく増幅されるため、低輝度画像に関しては、コントラストの高い画質を得ることが出来る。
【００２５】
一方、高輝度の映像信号も大きく増幅した場合には輝度差が無くなってしまうが（図１３の７５％〜１００％の領域参照）、本実施の形態によれば、小さく増幅するだけなのでそのような問題は無い。また、高輝度表示のエリアでは擬似多階調処理を行うことによって、画質（階調表示性）を維持できる。
【００２６】
【実施例】
以下、実施例に沿って本発明を更に詳細に説明する。
【００２７】
（実施例１）
本実施例では、図１に示す投射型表示装置Ｄ_１を作製した。
【００２８】
すなわち、光変調素子としては、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色表示対応の３枚の液晶パネル２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを用い、これら３枚の液晶パネル２Ｒ，２Ｇ，２Ｂはクロスプリズム７に対向する位置に配置した。なお、本実施例においては、液晶パネル２Ｒ，２Ｇ，２Ｂとして、ＴＦＴを用いて駆動するＴＮ液晶パネルを用いた。また、各液晶パネル２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを挟み込むように、その両側には偏光板８をそれぞれ配置し、クロスプリズム７の光出射側には投射レンズ９やスクリーン（被投射部材）６を配置した。
【００２９】
一方、ランプ（光源）１を囲むように放物型のリフレクタ１０を配置し、ランプ１からの出射光が平行光束に変換されるようにした。なお、このリフレクタ１０は放物型でなくても、楕円型とし集光光束へ変換するようにしても良い。また、ランプ１には、メタルハライドランプやキセノランプなどを用いることができる。
【００３０】
また、光量制御器（光量制御手段）４は、ランプ１から出射された光の光路上に配置し、はえの目インテグレータ４０，４１と、偏光ビームスプリッタとλ／２板から構成されて無偏光光束を偏光光束に変換するＰＳ変換光学素子４２と、回転自在に支持された位相板（光量調整部材）４３と、該位相板４３を回転する超音波モータ（ＵＳＭ）Ｍ_１と、によって構成した。なお、入射側はえの目のレンズ４０，４１の各々は、液晶パネル２Ｒ，２Ｇ，２Ｂと共役な関係とした。また、超音波モータＭ_１にはエンコーダを取り付け、±０．１°以下の高精度で回転角を制御した。
【００３１】
そして、この光量制御器４の光出射側には、順に、リレーレンズ１１やミラー１２を配置した。さらに、２枚のダイクロミラー１３，１４を配置して、ランプ１からの出射光を３つに分岐させ、リレーレンズ１５やミラー１６，１７，１８を配置して各液晶パネル２Ｒ，２Ｇ，２Ｂに導くようにした。なお、符号１９はフィールドレンズを示す。
【００３２】
ところで、上述した液晶パネル２Ｒ，２Ｇ，２Ｂには、図２に示すように映像信号入力手段３等を接続した。以下、詳細に説明する。
【００３３】
符号３０はスイッチを示し、符号３１はＡ／Ｄコンバータを示す。また、符号３２はＤＳＰ部を示し、符号３３は、現状の表示データと次のフレームで表示するデータ等を保持するメモリを示し、符号３４はタイミング発生回路を示し、符号３５はＤＡコンバータを示し、符号３６は各液晶パネルに印加する信号と電源を供給するドライバ回路を示す。
【００３４】
一方、符号５０はＰＣ（パソコン）入力端子を示し、符号５１はＮＴＳＣ入力端子を示す。ここで、本ブロック図には、アナログ入力信号のみ記載されているが、それに限らず、ＬＶＤＳ、ＴＭＤＳ等の入力端子や、デジタルＴＶ用Ｄ３端子等を設けても有効であることは言うまでもない。
【００３５】
また、符号５２は信号処理回路を示し、ＮＴＳＣ信号のデコード、ノイズ低減処理、帯域制限フィルタリングおよび信号レベル調節等の信号処理を行う。
【００３６】
さらに、符号５３は音声入力端子を示し、符号５４は音声切換スイッチを示し、符号５５は音声処理回路を示し、符号５６はスピーカーを示す。
【００３７】
またさらに、符号５７は、ランプ１に接続されるバラストを示し、符号５８は電源、符号５９はＡＣインレットを示す。
【００３８】
また、符号６０は、超音波モータＭ_１を駆動制御するＵＳＭドライバを示し、符号６１は、本表示装置の種々の操作を行うためのリモコン、符号６２は、そのリモコンの信号を受信する制御パネルを示す。
【００３９】
さらに、符号６３はマイコンを示し、符号６４はＲＯＭを示す。このマイコン６３は、上述した映像信号入力手段３や制御パネル６２やＵＳＭドライバ６０やバラスト５７等に接続されており、超音波モータＭ_１や液晶パネル２Ｒ，２Ｇ，２Ｂやランプ１等の駆動制御を行うようになっている。
【００４０】
なお、ＤＳＰ部３２は図４に示す構成としたが、詳細は後述する。
【００４１】
次に、本実施例の作用について説明する。
【００４２】
ランプ１から出射された無偏光光束Ｌ_２は、一部はリフレクタ１０にて反射されて平行光束とされた上で（符号Ｌ_１参照）、はえの目インテグレータ４０，４１へ入射されて輝度分布や色分布の均一化が行われ、ＰＳ変換素子４２により直線偏光光束（Ｐ光とＳ光との比率は２０：１以上の光束）に変換される。そして、該光束は、位相板４３を通過する際に光量が調整される。なお、Ｐ光とＳ光との比率が２０：１なので、光量は１／２０にまで落とすことができる。
【００４３】
その後、光束は、リレーレンズ１１を透過し、ミラー１２にて反射される。そして、ダイクロミラー１３においては、青色成分の光のみが透過され、ミラー１６にて反射され、レンズ１９を通って液晶パネル２Ｂに照射される。また、緑色成分の光は、ダイクロミラー１３，１４にて反射され、レンズ１９を通って液晶パネル２Ｇに照射される。さらに、赤色成分の光は、ダイクロミラー１３にて反射された後、ダイクロミラー１４やリレーレンズ１５を透過し、ミラー１７にて反射され、リレーレンズ１５を透過され、ミラー１８にて反射され、レンズ１９を透過されて液晶パネル２Ｒに照射される。
【００４４】
そして、各色の光は、各液晶パネル２Ｒ，２Ｇ，２Ｂにてそれぞれに変調された後、クロスプリズム７にて合成され、スクリーン６に投影される。
【００４５】
次に、上述の光量制御や液晶パネル２Ｒ，２Ｇ，２Ｂの駆動の詳細について説明する。
【００４６】
いま、入力端子５０，５１にアナログの映像信号が入力されると、該信号はＡＤコンバーター３１にてデジタル信号に変換され、メモリ３３に格納される。ここで、メモリ３３には、現状の表示データと次のフレームで表示するデータ等が格納されるようになっている。
【００４７】
そして、該メモリ３３に格納されているデジタル映像信号がＤＳＰ３２に入力されてくると（図８のＳ１０１参照）、輝度分布算出部７１では、図７に示すように、１フレーム分の信号レベルのヒストグラムが算出され（図８のＳ１０２参照）、映像信号の個数が、各輝度範囲毎に下表のように整理される。
【００４８】
【表１】

【００４９】
このような結果に基づき、次の目標照明光量算出部５では目標光量が算出される（図８のＳ１０３参照）。すなわち、輝度１００％の側から２００００個目の映像信号が属する輝度範囲（上記表の例では７５−８０％の輝度範囲となる）を求め、その範囲の下限値（上記例では７５％）を目標光量とする。
【００５０】
この目標光量データは光量制御量算出部７２に送られて、上記照明光量を実現できるような光量制御量が算出され（図８のＳ１０４参照）、光量制御器４の超音波モータＭ_１が駆動制御される。なお、ここでいう"光量制御量"とは、位相板４３の回転角のことであるが、光量制御器によってランプ１の電流や電圧を調整する場合にはそれらの適正電流値や適正電圧値を算出すれば良い。
【００５１】
以上の制御によって、光量制御器４を透過してきた光の光量は７５％の目標光量となる。この照明光量は、フレーム期間毎に画面輝度に応じて変更されるものである。
【００５２】
本実施例では、上述のように照明光量を制御するが、それだけでなく、各画素毎の映像信号について所定輝度よりも低いか高いかを判別し（すなわち、図３に符号Ａ_１で示す低輝度範囲の映像信号か、符号Ａ_２で示す高輝度範囲の映像信号かを判別し）、
▲１▼ 低輝度範囲Ａ_１に属する映像信号は、大きな増幅率で増幅し、
▲２▼ 高輝度範囲Ａ_２に属する映像信号は、小さな増幅率で増幅する、
ようにした。以下、これらの点について説明する。
【００５３】
まず、図４に示す増幅率算出部７３では、上記低輝度範囲Ａ_１にて使用する増幅率、及び上記高低輝度範囲Ａ_２にて使用する増幅率の２種類の増幅率を算出する（図８のＳ１０５，Ｓ１０６参照）。ここで、低輝度範囲Ａ_１にて使用する増幅率は、７５％輝度の映像信号が１００％輝度の映像信号に増幅されるような増幅率である。
【００５４】
ところで、上記増幅率は０％〜６７％の低輝度範囲Ａ_１にて使用されるため、その範囲内の最大輝度（図３の符号Ｙ１参照）は、６７％×（１００／７５）≒９０％となる。また、輝度が１００％（＝ｘ２）の映像信号は増幅後も輝度１００％（＝Ｙ２）でなければならない。したがって、高輝度範囲Ａ_２における輝度分布は点（ｘ１，ｙ１）と点（ｘ２，ｙ２）とを結ぶ直線Ｂ_１にする必要があり、増幅率（すなわち、高輝度範囲Ａ_２にて使用する増幅率）は、その直線Ｂ_１の傾き（＝（ｙ２−ｙ１）／（ｘ２−ｘ１））にする必要がある。本実施例では、この増幅率を０．３とした。そして、このように算出された２つの増幅率は増幅率設定部７４に設定される（図８のＳ１０５，Ｓ１０６参照）。
【００５５】
一方、ＤＳＰ部３２に入力されてきた映像信号は、輝度分布算出部７１に入力されるだけでなく、図４に示すように、信号レベル検出部７５や映像信号増幅部７７にも順次入力される。そして、信号レベル検出部７５では、個々の映像信号の輝度が基準輝度（６７％）よりも低いか高いかを判別し（図１６のＳ３０１，Ｓ３０２参照）、増幅率選択部７６は、映像信号が低輝度の場合には（１００／７５）の増幅率を選択し（図１６のＳ３０３参照）、映像信号が高輝度の場合には０．３の増幅率を選択する（図１６のＳ３０５参照）。映像信号増幅部７７は、選択された方の増幅率を乗じて映像信号を増幅する（図１６のＳ３０５，Ｓ３０６参照）。このように増幅された映像信号によって液晶パネル２Ｒ，２Ｇ，２Ｂが駆動される。
【００５６】
なお、高輝度範囲Ａ_２においては、増幅率を１以下とするため、階調数が減ってしまう。そこで、増幅部では、演算ｂｉｔ数を増大することにより、階調数の劣化を防ぐ。本例では、入力８ｂｉｔに対して出力１６ｂｉｔにすることにより、第２の増幅率が０．００３９以上の場合は階調の劣化を生じない。
【００５７】
次に解像度変換部７８にて、表示を行う解像度に画素数を変換する。
【００５８】
次に階調変換部７９において、１６ｂｉｔの入力画像を表示デバイスに対応した８ｂｉｔに変換を行う。ここでは、誤差拡散処理やディザ処理などを行うことにより、１６ｂｉｔデータを８ｂｉｔデータに圧縮する際に、誤差を周辺画素へ拡散することにより階調を保存する擬似多階調処理が用いられる。
【００５９】
本実施例にて画像表示した例を、図９に沿って説明する。
【００６０】
同図(a) は、時刻ｔ１の時の画像であり、山に太陽が沈み始め山陰や空が暗くなり始めているシーンを示している。図中の数値は、その画像の輝度レベルを示している。同図(b) は、(a) よりも時間が経過した後の画像であり、更に太陽が沈み暗くなっている。その時のピークは、前回(a) に比較して、８０％レベルになっている。更に時間が経過し、夜になり、空には月が出て、最大輝度レベルが３０％となった場合を(c) に示す。
【００６１】
ここで、各画像データに対して、(a) に対しては液晶パネルに１００％レベルの光を照明し、(b) に対しては８０％レベル、(c) に対しては３０％レベルの光を照明する。各場合の表示画像は、（ａ’）、（ｂ’）、（ｃ’）となる。ここで、照明光の減少分を信号を増幅することにより補う。（ａ’）は光量低下が無いため、増幅率は１とし、（ｂ’）は増幅率を１．２５倍にし、（ｃ’）は増幅率を３．３倍とする。その結果は、（ａ”）、（ｂ”）、（ｃ”）となり、表示輝度は保たれる。
【００６２】
以上のように、光量変調と信号の増幅を組み合せることにより、黒浮き（黒が白味がかっている、或いは光が僅かに漏れているような状態）を抑えることによるコントラストの改善を、表示輝度を維持しながら行うことが可能となる。
【００６３】
液晶パネルのダイナミックレンジが２００：１レベルのものであれば、１００％光量を照射すると、黒レベルは、０．５という輝度レベル以下は、表示できないが、本実施例によると、画面全体が暗くなるにつれて、黒レベルの表示可能領域が拡大するため、より締まった黒表示が実現できる。画面全体が明るい場合や、外光からの反射光の影響がある場合、人間の目には、黒レベルの細かな差異の認識レベルが低下することもあり、黒の再現性は、それ程目立たない。しかし、暗いシーンになればなるほど、その再現性が重要となるが、それが上記技術とマッチングしており、上記例の場合は、実質的に６６０：１程度にコントラストが向上する。
【００６４】
特に、映画など暗い映像シーンが多いソースの場合、本効果は絶大であり、黒の再現性の良い、ダイナミックレンジの改善された画像を得ることができた。
【００６５】
本実施例では、照明光量の減少分を信号ゲインの増幅を補うことにより、表示輝度を保ちながらコントラストを改善する方法について説明したが、ＬＣＤのダイナミックレンジを有効に使うために、信号のゲインを照明光量の減少分より大きくする方法も有効である。
【００６６】
書込信号変換回路には、乗算器を用いてもよいし、より変換特性が詳細に設定できるＬＵＴ（ＬｏｏｋＵｐＴａｂｌｅ）を用いてもよい。複数のＬＵＴを信号レベルに応じて切り替えて使用すれば、さらに詳細な変換特性の制御が可能となる。ＬＵＴはＲＡＭ等を用いて構成できる。また、映像信号処理回路の中に既に存在するコントラスト調整回路を用いてもよい。
【００６７】
また、本実施例では、デジタル的に増幅する方法を例に説明したが、アナログ回路において可変増幅回路を設計し増幅率の切り換えて行ってもよい。
【００６８】
なお、上記の実施例は、本発明に係わる表示方法を説明するものであり、本発明に係わる表示方法を記述したプログラムを記録したＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ、ＲＯＭ等の半導体メモリ等の情報記録媒体も含まれる。そして、ＣＤＲＯＭなどに記録されたプログラムをコンピューターに読み込み、本発明に係わる表示方法による処理を実行する。
【００６９】
次に、本実施例の効果について説明する。
【００７０】
本実施例によれば、照明光量を制御すると共に、輝度が比較的高い部分は増幅率を低くし、輝度が低い部分は増幅率を高くしている。したがって、発明の実施の形態にて述べたと同様の効果が得られ、中間調における表示輝度を一定に保ちながら（すなわち、光量を低下させた場合においても、光量の低下分を映像信号の増幅率を上げることにより、低〜中輝度の映像の実際に表示される輝度を、光量を低下させない場合と同じにしながら）、高ダイナミックレンジを実現するとともに、階調劣化の生じない高画質表示を実現することができる。
【００７１】
また、増幅部でｂｉｔ数を増加し、解像度変換後、誤差拡散などの擬似中間調表示方法により空間方向に階調を保存することにより、信号が圧縮される第２の領域においても、画像情報が失われないという効果がある。
【００７２】
さらに本実施例では、高速駆動が可能でバックラッシュの無い超音波モータＭ_１を用いたため、応答性の良い光量制御が可能であると共に、静音性に優れている。
【００７３】
ここで、本実施例の効果を、図１０乃至図１３に沿って詳細に説明する。
【００７４】
映像信号を本実施例のように増幅しない場合には、映像信号（ＤＳＰ部３２に入力されてきた映像信号）の輝度と書込み信号（光変調素子への書込み信号）の輝度との関係は図１０に示すようになり、ＤＳＰ部３２に入力されてきた映像信号によってそのままの輝度で画像表示される。
【００７５】
いま、図１１に示すような画像を表示しようとし、各部の画像輝度が、画面中央の人物５０２が０〜７０％で、右隅の窓５０３から見える太陽５０５が９０〜９４％で、太陽以外の景色（山等）が８０〜９０％であるとする。この画像の場合、最高輝度は９４％であって、０％〜１００％までの全範囲の表示輝度を使用していない。そこで、全ての映像信号を同じ増幅率（＝１００／９４）で増幅し、映像信号輝度と書込み信号輝度との関係線を、図１２に符号Ｂ_４で示すものから符号Ｂ_５で示すものにする。しかし、かかる場合はコントラストは僅か６％しか改善されず、大した効果は得られない（すなわち、画面内で注目されるべき映像である人物５０２のコントラストは改善されず、ダイナミックレンジアップによる画質改善の十分な効果が得られないという問題がある）。
【００７６】
一方、図１３に示すように、増幅率（この場合も全ての映像信号について同じ増幅率を用いる）を大きくした場合、例えば増幅率を１００／７５とした場合には、コントラストは約３３％も大きく改善される（すなわち、注目すべき人物５０２は十分な表示画質の改善を得ることが可能となる）が、反面、当初の輝度が７５％以上だった部分（図１１の例では、窓５０３から見える景色の部分）が全て１００％の輝度に一律に増幅されてしまい、該高輝度部分の画像が消えてしまうこととなる。
【００７７】
本実施例によれば、低輝度部分のコントラストが良好となり、高輝度部分の画像は消えないという効果が得られる。
【００７８】
（実施例２）
本実施例においては、図１４に示す表示装置Ｄ_４を作製した。
【００７９】
この表示装置Ｄ_４は、実施例１にて作製した表示装置Ｄ_１とほぼ同じ構造であるが、符号４１２に示すミラーをハーフミラーとし、光の一部（１％）がそのハーフミラー４１２を透過するようにし、集光レンズ４１３に集光されて、光量検出器４１４によって光量検出されるようにした点が構造上異なる。
【００８０】
一方、表示装置の駆動に関しても、実施例１にて作製した表示装置Ｄ_１の駆動とほぼ同じである。すなわち、ランプ１から出射された光束Ｌ_２は、光量制御器４によって光量制御され、青赤緑の各成分の光に分光されて各液晶パネル２Ｒ，２Ｇ，２Ｂに照射され、スクリーン６にはカラー画像が投影される。なお、光量制御器４による光量制御は、実施例１と同様の方法で目標光量が算出され（図１５の符号Ｓ２０１参照）、その算出結果に基づいて超音波モータＭ_１が駆動されることによりなされる（同図Ｓ２０５）。
【００８１】
ここで、光量制御器４を通過した光の一部（１％）は、ハーフミラー４１２を並びに集光レンズ４１３を透過して光量検出器４１４によって検知され、実際の光量が算出される（図１５の符号Ｓ２０５，Ｓ２０２参照）。そして、上述した目標光量と実際の光量とが比較され（同図の符号Ｓ２０１，Ｓ２０３参照）、両者が一致するように超音波モータＭ_１が駆動される（同図の符号Ｓ２０４参照）。
【００８２】
次に、本実施例の効果について説明する。
【００８３】
本実施例によれば、光量検出器４１４によって光量検知すると共にフィードバック制御するようにしたため、種々の外乱にかかわらず光量を目標光量に一致させることができる。例えば、超高圧水銀ランプやメタルハライドランプは、プロジェクタエンジンの小型化に有効である反面、アーク長が１〜１．３ｍｍと短くて出射光量が変動し易い性質があるが、これらのランプを使用する場合においても光量を目標光量に一致させることが出来る。
【００８４】
また、光量検出器４１４に入射される光束は集光レンズ４１３で集光されるように構成されているため、光量検出器４１４としては小型のｐｉｎ型のもので足り、高速アンプと組み合わせることにより数１０μｓ程度の非常な短時間での検出が可能となる。
【００８５】
さらに、本実施例によれば、実施例１と同様の効果を得ることが出来る。
【００８６】
（実施例３）
本実施例においては、図５に示す表示装置Ｄ_２を作製した。
【００８７】
符号１０２は光変調素子であって、本実施例ではＤＭＤパネルを用いた。また、符号１０４は光量制御手段であって、本実施例では絞りを用いた。
【００８８】
さらに、符号１０５はミラー、符号１０６は集光レンズ、符号１０７はインテグレータ、符号１０８は凸レンズ、符号１０９はダイクロフィルタ、符号１１０は反射鏡、符号１１１は凸レンズ、符号１１２は開口絞り、符号１１３は投影レンズ、をそれぞれ示す。
【００８９】
なお、本実施例においては、放物面リフレクタ１０及び集光レンズ１０６には、
（式１）
４≦Ｆ４／Ｆ３≦１０
但し、Ｆ３；放物面リフレクタ１０の焦点距離
Ｆ４；集光レンズ１０６の焦点距離
なる関係のものを用い、インテグレータ１０７の前側端面１０７ａに小さな光源像が形成されるようにした。
【００９０】
また、ダイクロフィルタ１０９は、ＲＧＢの３色フィルタに分割されたものであって、回転駆動されるように構成されている。
【００９１】
次に、本実施例の作用について説明する。
【００９２】
ランプ１から出射され、放物面リフレクタ１０にて反射された光は、ミラー１０５にて反射され集光レンズ１０６を通過することによって集光される。かかる集光光束は、絞り１０４を通過し、インテグレータ１０７の前端面１０７ａに小さな光源像を形成する。絞り１０４を絞るとインテグレータ１０７への入射光量を減少させることができる。そして、インテグレータ１０７に入射された光束は、一部はそのまま後端面１０７ｂから出射され、残りはインテグレータ１０７の内部で反射を繰り返した後に後端面１０７ｂから出射される。インテグレータ１０７から出射された光は、凸レンズ１０８によって再び集光された上で、ダイクロフィルター１０９に照射される。このダイクロフィルター１０９は回転駆動されているため、照射光はＲＧＢの各色光に順次分光され、反射鏡１１０にてＤＭＤパネル１０２の方に導かれる。この各色光は、平凸レンズ１１１→ＤＭＤパネル１０２→平凸レンズ１１１→投影レンズ１１３の経路でスクリーン６に照射される。この時、絞り１１２の開口部には、ＤＭＤパネル１０２で正反射された光により光源像と相似形な光源像が形成される。これは、ランプ１とインテグレータ１０７の前側端面１０７ａと反射鏡１１０と開口絞り１１２が互いに共役な位置にあるからである。投影レンズ１１３と集光レンズ１１１より成る光学系はＤＭＤパネル側がテレセントリックな系である。
【００９３】
本実施例の光学系で重要なことは、インテグレータ１０７の後側端面１０７ｂが凸レンズ１０８と平凸レンズ１１１とにより、ＤＭＤパネル１０２上に結像されることである。インテグレータ１０７の後側端面１０７ｂにおいては、インテグレータ１０７内部を反射せずに透過した光束と１回から数回反射された光束が重なり合うために、光源の色ムラや輝度ムラが無くなってほぼ一様な光強度分布になっている。したがって、この後側端面１０７ｂを凸レンズ１０８と平凸レンズ１１１とによりＤＭＤパネル１０２の表示面と共役関係とすれば、ＤＭＤパネルの表示面で色ムラや輝度ムラが軽減され、その結果スクリーン６上に表示される画像の色ムラや輝度ムラが軽減される。また、インテグレータ１０７の後側端面１０７ｂの形状をＤＭＤパネル１０２の表示面とほぼ相似な矩形としてインテグレータ１０７の後側端面１０７ｂを適当な倍率でＤＭＤパネル１０２上に結像することにより、パネルを効率良く照明している。
【００９４】
なお、図５では、レンズ１０６とレンズ１０８とレンズ１１１はそれぞれ一枚のレンズであるが、これらのレンズ系をそれぞれ複数枚のレンズにより構成しても構わない。前述した実施例の各レンズも同様である。したがって、本願で「凸レンズ」と述べているのは正の屈折力を有するレンズ系のことである。
【００９５】
本実施例は、図５に示すダイクロフィルタ１０９の回転により、時分割でＲＧＢを表示する方式であり、一回転に同期して光量調整用の絞り１０４を変調すれば、実施例２と同様の輝度変調を行なうことができる。また、ＲＧＢ時分割の各色のレベルに同期して、絞り１０４を調整し、照明光量を変調することもできる。
【００９６】
本構成もほとんどコストをかけずに、照明光量変調し、高ダイナミックレンジのＤＭＤをさらに高ダイナミックレンジ高画質化できる利点を有する。
【００９７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、光変調素子に供される光は、光量制御手段によって光量制御されるようにしている。したがって、画像輝度が低い場合には光量を少なくし、画像輝度が高い場合には光量を多くすることができ、そのような光量制御をしない場合に比べて高いダイナミックレンジを実現することができる。
【００９８】
また、本発明によれば、低輝度の映像信号は大きく増幅されるため、コントラストの高い画質を得ることが出来る。
【００９９】
一方、高輝度の映像信号も大きく増幅した場合には輝度差が無くなってしまうが、本発明によれば、小さく増幅するだけなのでそのような問題は無い。また、高輝度表示のエリアでは擬似多階調処理を行うことによって、画質（階調表示性）を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る表示装置の一実施の形態を示す図。
【図２】本発明に係る表示装置の一実施の形態を示すブロック図。
【図３】映像信号の輝度と書込み信号の輝度との関係を説明するための図。
【図４】ＤＳＰ部の構造を示すブロック図。
【図５】本発明に係る表示装置の他の実施の形態を示す図。
【図６】本発明に係る表示装置のさらに他の実施の形態を示す図。
【図７】映像信号のヒストグラムの一例を示す図。
【図８】表示装置の制御方法の一例を説明するためのフローチャート図。
【図９】画像表示の例を示す図。
【図１０】本発明の効果を説明するための図。
【図１１】本発明の効果を説明するための図。
【図１２】本発明の効果を説明するための図。
【図１３】本発明の効果を説明するための図。
【図１４】表示装置の他の構造例を示す図。
【図１５】表示装置の制御方法の一例を説明するためのフローチャート図。
【図１６】表示装置の制御方法の一例を説明するためのフローチャート図。
【符号の説明】
１ランプ（光源）
２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ液晶パネル（光変調素子）
３映像信号入力手段
４光量制御器（光量制御手段）
５目標光量算出部（目標光量算出手段）
４３位相板（光量調整部材）
１０２ＤＭＤパネル（光変調素子）
Ｄ_１，Ｄ_２，Ｄ_３，Ｄ_４表示装置

Claims

光を出射する光源と、該出射された光を変調する光変調素子と、外部からの映像信号を受けて該光変調素子を駆動するための駆動信号を該光変調素子へ入力する映像信号入力手段と、を備え、該映像信号に基づいて該光変調素子が該光を変調して画像を表示する表示装置において、
該映像信号入力手段は、画像表示のための目標光量を算出する目標光量算出手段と、該目標光量算出手段からの信号を受けて、該光変調素子に供される光が前記目標光量となるように制御する光量制御手段と、を有し、前記映像信号入力手段は、該映像信号が低輝度の場合には該駆動信号を大きく増幅し、該映像信号が高輝度の場合には該駆動信号を小さく増幅すると共に該駆動信号に対して擬似多階調処理を行う、ことを特徴とする表示装置。
前記光量制御手段が、光を偏光光束に変換する部材と、該偏光光束の透過量を制御する光量調整部材と、からなり、該光量調整部材の回転位置を変えることによって光量を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記光量調整部材の回転が超音波モータによって行われる、
ことを特徴とする請求項２に記載の表示装置。