JP5173047B2 - 画面光演算装置またはその方法 - Google Patents

Description

この発明は、画像表示装置（以下、「モニタ」という。）の画面から照射される直線偏光光とモニタの表示画面において反射される周囲光を分離検出する検出装置に関し、特にモニタのバックライトを点灯したままの検出処理に関する。

モニタを構成する液晶パネルやバックライト等の経時劣化による輝度変化等により、ガンマ補正が求められている。

特許文献１には、スイングアームを用いた測光装置が開示されている。この測光装置は測光時に液晶表示装置正面に移動させ、測光が終われば測光装置を回転移動させ、ベゼルの中に格納する。得られた画面光に基づいて、ガンマ補正がなされる。

特開2007-193355号公報

上記特許文献１においては、計測部が画面の特定位置まで可動するように構成されている。したがって、かかる可動構造の分だけ構造が複雑となるという問題があった。また、特許文献１の装置は、反射光の影響を受けて正確なガンマ補正ができないという問題もあった。かかる反射光の影響を排除するには、スイングさせた後、モニタの画面から照射される直線偏光光(以下、「画面光」という。)と、モニタの表示画面において反射される周囲光（以下、「反射光」という。）との合計値を計測した後、モニタのバックライトを消して反射光のみを検出し、両者の差分をとれば、上記反射光の影響のない正確なガンマ補正が可能となる。

しかし、かかるやり方では、前記分離検出するために、使用環境下にて一旦バックライトを消す必要がある。

この発明は、上記問題を解決し、使用環境下ではモニタのバックライトを消すことなく、画面光を検出できる画面光演算装置またはその方法を提供することを目的とする。

(1)本発明にかかる画面光検出置においては、前記画面光検出用センサの前面に前記画面光の偏光方向と平行な偏光方向を有する偏光フィルタを設け、前記モニタの表示画面において反射される周囲光のうち、前記画面光の偏光方向と直交する偏光方向を有する反射光の前記画面光検出用センサへの入射を排除する。

したがって、前記画面光検出用センサへ入射する反射光のうちS波またはP波をカットできる。これにより、画面光の検出精度を高めることができる。反射光の量は、画面光が低輝度（低階調）か高輝度（高諧調）かに関わらず一定のため、この構成は、画面光が低輝度（低階調）のときに特に反射光の影響度を低減させ、画面光の検出精度を高めることができる。

(2)本発明にかかる画面光検出装置においては、前記モニタに対して、前記偏光フィルタが、前記モニタ表面において反射される反射光のうちＳ波をカットしＰ波を透過させる位置に設置されている。Ｓ波の反射率はＰ波の反射率よりも高いのは周知の事実であり、この構成により、反射率が高いＳ波をカットすることができるから、画面光の検出精度をより一層高めることができる。

(3)本発明にかかる画面光検出装置においては、前記画面光検出用センサおよび反射光検出用センサは、前記モニタ上の画像表示領域の前方領域内に位置させた状態と、この前方領域外に退避させた状態とを切り替え可能とするようスイング自在に前記モニタに取り付けられている。したがって、スイングアーム式の検出機構において、バックライトを点灯させたままで、画面光を検出することができる。

(4)本発明にかかるモニタは、前記（1）または（2）の画面光検出装置を組み込み、画面光検出用センサおよび反射光検出用センサは、前記モニタ上の画像表示領域の周辺の枠体内に、前記画像表示領域に対向するように配設される。これにより、画面光検出装置は、表示画面を隠すことなく、画面光を検出することができる。

なお、本明細書において「Ｐ波」とは、反射光のうち、電場ベクトルの振動面が、反射面の法線と入射光線とを含む平面である入射面内に含まれる偏光をいう。「Ｓ波」とはその振動面が、前記入射面と直交する偏光をいう。「画面光」とは、反射光を含まない概念である。「枠体」とは実施形態では、ベゼル１０７が該当する。「画像表示領域の前方領域」とは、画像表示領域をそのまま画面光の照射方向に平行移動させることにより定義される領域であり、たとえば、２０インチの表示領域を有する場合には、当該２０インチの前方領域となる。

また、本発明にかかる画面光検出装置は、実施形態では、図４に示す画面光検出用センサ８５が該当する。

検出装置１００の取り付け位置を示す図である。図１Ａは、要部断面図であり、図１Ｂは、液晶パネル前方からみた図である。 検出装置１００における画面光と照射光の偏光関係を説明するための図である。 検出装置１００におけるセンサの検出光である。 本実施の形態に係るモニタの構成を示すブロック図である。 他の実施形態を示す図である。 他の実施形態を示す図である。

以下、本発明における実施形態について、図面を参照して説明する。

（１.第１実施形態）
検出装置１００は、図１Ａに示すように、液晶パネル１０８の周囲を覆うベゼル１０７内に、検出器１０５が液晶パネル１０８と所定角度で対向するように設置されている。検出器１０５と液晶パネル１０８の間には偏光フィルタ１０３が設けられている。偏光フィルタ１０３は、検出器１０５の前面に位置し、検出器１０５に密着してもよいし、離れていてもよい。冷陰極管１０１の照射光が液晶パネル１０８を透過した透過光１１１および、液晶パネル１０８で反射された反射光のうち、偏光フィルタ１０３を透過した光は、検出器１０５で検出される。

検出器１０５、および偏光フィルタ１０３について、図２を用いて説明する。なお、検出器１０５は、実際には、図１Ａにおいて液晶パネル１０８に対してブリュースタ角θｂを構成するように設置されている。ただし、図２では偏光方向の関係を理解しやすくするために、約９０度で表記している。

検出器１０５は、画面光検出用センサである画面光センサ８５および反射光検出用センサである反射光センサ９５を有する。画面光センサ８５と反射光センサ９５は、互いに隣接し、かつ、両センサの受光面は同一平面を構成するが、このような位置関係に限定されるものではなく、両センサが平行に設置される場合、すなわち、画面光センサ８５の受光面を含む平面と反射光センサ９５の受光面を含む平面とが平行な場合でもよい。また、両センサが同一平面または平行な位置関係であれば、両センサは、必ずしも、互いに隣接していなくてもよい。

受光面を含む平面が同一でなく、平行で離れている場合には、その距離が大きいほど、両センサが受光する光量の差は大きくなる。したがって、その差は５mm以下であることが望ましい。なお、このように同一平面でなく平行に設置する場合には、必要に応じ、受光量の差の分だけ補正するようにすればよい。隣接しない場合も同様である。

２つの画面光センサ８５および反射光センサ９５に加えて、２つの第１偏光フィルタ９３，第２偏光フィルタ８３により、後述するように液晶パネル１０８から照射される画面光と、周囲光が液晶パネル１０８で反射された反射光とを分離して検出することができる。

図２に示すように、第１偏光フィルタ９３は、受光面が受光する反射光のうち液晶パネル１０８で反射されたＳ波が透過する偏光方向を有する。なお、検出器１０５は、受光面に所定方向からの反射光が入射されるようにベゼル内に格納させている。ここで、第２偏光フィルタ８３は第１偏光フィルタ９３と直交する偏光方向を有する。そして、液晶パネル１０８からは、第１の方向に直線偏光された画面光が照射されるが、この画面光が第２偏光フィルタ８３を透過する位置（図２では、液晶パネル１０８の上下方向のいずれか）に両センサが設置されている。

各センサが検出する光について、図３Ａを用いて説明する。

まず、反射光センサ９５について説明する。周囲光は液晶パネル１０８で反射される。この反射光のうち、Ｓ波は第１偏光フィルタ９３を透過する。第１偏光フィルタ９３は、液晶パネル１０８で反射されたＳ波が透過する偏光方向を有するからである。これに対して、Ｐ波はＳ波と偏光方向が直交する。したがって、Ｐ波は、第１偏光フィルタ９３によりカットされる。

一方、液晶パネル１０８を透過した画面光は、第１偏光フィルタ９３にてカットされるので、反射光センサ９５では検出されない。カットされる理由は、下記の通りである。後述するように第２偏光フィルタ８３の偏光方向と第１偏光フィルタ９３の偏光方向は直交する。第２偏光フィルタ８３の偏光方向は液晶パネル１０８からの照射光の偏光方向と同じである。よって、液晶パネル１０８からの画面光の偏光方向と第１偏光フィルタ９３の偏光方向は直交するからである。

つぎに、画面光センサ８５について説明する。第２偏光フィルタ８３の偏光方向は液晶パネル１０８を透過する画面光の偏光方向と同じであるので、液晶パネル１０８からの画面光は第２偏光フィルタ８３を透過する。これに対して、液晶パネル１０８で反射された反射光のうち、Ｓ波は第２偏光フィルタ８３でカットされる。なぜなら、第２偏光フィルタ８３の偏光方向はＳ波を透過させる第１偏光フィルタ９３の偏光方向と直交するからである。また、検出器１０５の受光面は液晶パネル１０８に対してブリュースタ角を構成するように設置されているので、画面光センサ８５はＰ波を受光しない。

検出器１０５の受光面が液晶パネル１０８に対してブリュースタ角を構成するように設置するとは、図１Ａに示すように、ブリュースタ角の角度で液晶パネル１０８上の測定ポイント１２３に入射した周囲光が、測定ポイント１２３で反射し、当該反射光を、検出器１０５の中心において検出面に対して入射角９０度で受光するように、検出器１０５を設置することをいう。

測定ポイント１２３は、図１Ｂに示すように、液晶パネル１０８の表示面上であって、ガンマ補正のための画面光測定用画像を表示するための画面光測定用画像表示領域１２４内の任意の位置に設定される。

なお、画面光測定用画像表示領域１２４は、検出器１０５による測光の精度が確保できる広さで設定される。画面光測定用画像表示領域１２４は、検出器１０５による測光が可能な領域であれば、液晶パネル１０８の表示面上の何れの領域においても設定可能であり、図１Ｂに示すような液晶パネル１０８の表示面上の右側に設定される場合に限られるものではない。

以上説明したように、本実施形態においては、反射光センサ９５の受光面には、液晶パネル１０８で反射されたＳ波が透過する偏光方向の第１偏光フィルタ９３が設けられており、画面光センサ８５の受光面には、第１偏光フィルタ９３と直交する偏光方向を有する第２偏光フィルタ８３が位置しており、両センサの受光面は、第２偏光フィルタ８３が、第１の方向に直線偏光された画面光が透過する位置に設置されている。また、画面光センサ８５の受光面が液晶パネル１０８の反射面に対して、ブリュースタ角を構成している。これにより、図３Ａに示すように、画面光センサ８５は画面光を、反射光センサ９５はＳ波を検出する。

本実施形態においては、画面光センサ８５の受光面を液晶パネル１０８に対してブリュースタ角に設置することにより、画面光センサ８５が受光するＰ波をカットするようにしている。しかしながら、現実には、取り付け角度のブレ、または、反射映りこみ防止を目的とした表示面処理による散乱光等により、ブリュースタ角を構成するようにセンサをセットしたとしても、Ｐ波をすべてカットすることができないことがわかった。この理由については明らかではないが、発明者は、取り付け角度のブレ、または、反射映りこみ防止を目的とした表示面処理による散乱光等によるものであると推定した。

すなわち、画面光センサ８５は、かかる漏れＰ波を検出することとなる。したがって、画面光センサ８５には一部Ｐ波も検出することとなるので、ガンマ補正の精度が低下する。

この問題は、以下の方法により、解決することが可能である。

すなわち、前記漏れＰ波の値が、反射光センサが検出するＳ波の検出値（輝度値）と一定の相関関係がある点に着目し、工場出荷時において、両者の関係を予め計測しておくことにより、画面光センサ８５の検出値から、前記漏れＰ波を取り除いた画面光の検出値（輝度値）を取得することができる。前記相関関係については、例えば、工場出荷時において、液晶パネル１０８のバックライトを消した状態で、反射光の強度を順次変更して、両者の値を予め反射光センサ９５および画面光センサ８５により計測して画面光抽出演算ルックアップテーブル（以下画面光抽出演算ＬＵＴという）に、両者の相関関係を記憶しておけばよい。

なお、かかる関係は、参照テーブル形式でもよいし、近似計算式を記憶しておき、その都度計算するようにしてもよい。

これにより画面光センサが検出する漏れＰ波の検出値を取り除いた画面光のみの検出値（輝度値）を得ることができる。

このように反射光を除いた画面光の値が分かれば、従来の手法を用いて、ガンマ補正が可能であり、かつ、当該ガンマ補正の精度を高めることができる。

図４に、上記検出装置１００を組み込んだモニタの構成ブロック図を示す。 例えばガンマ補正は以下のような手法で行うことが可能である。ガンマ補正用ＬＵＴ１４３には、パソコン１６０からの入力階調信号を液晶パネル１０８への出力階調信号に変換するための「入力信号」対「出力信号」の対応テーブルが記憶されている。制御部１４１ａは、ガンマ補正の指示が与えられると、画像処理部１４１bに対して所定の入力階調信号のガンマ補正用のテストデータを液晶パネル１０８の表示面上の画面光測定用画像表示領域１２４（図１Ｂ参照）に表示させる命令を与える。

画面光センサ８５および反射光センサ９５は、画面光測定用画像表示領域１２４（図１Ｂ参照）からの画面光および当該領域における反射光を検出する。制御部１４１ａは、両センサ８５，９５の検出値（輝度値）に基づき、画面光抽出演算ＬＵＴ１４２を参照して、反射光を除いた画面光の値（輝度値）を演算する。さらに制御部１４１ａは、前記テストデータの階調を変化させる命令を画像処理部１４１bに与え、複数の階調で画面光の測定を行い、「入力階調信号」対「画面光（輝度）」の相関を得る。制御部１４１ａは、得られた相関に基づき、所望のガンマ特性となるようにガンマ補正用ＬＵＴ１４３を書き換える。

このように、ガンマ補正用ＬＵＴ１４３が書き換えられることにより、パソコン１６０から与えられた入力画像データを、正確にガンマ補正した表示が可能となる。なお、この実施形態においては、画面光センサ８５は反射光のうち漏れＰ波しか受光しない。したがって、ダイナミックレンジが小さいセンサを用いても画面光の検出が可能となる。特に、画面光に対して反射光の値が大きい場合に、精度の高い検出が可能となる。

また、モニタのバックライトを点灯したまま計測しても、反射光と画面光とを分離検出できる。

この発明は、画面光を検出するセンサと反射光を検出するセンサとを同一平面上に設置し、両センサに、同一方向からの光を入射させ、反射光を検出するセンサの検出値を参照して、画面光を検出するセンサの検出値から反射光の値を取り除く。なお、画面光を検出するセンサと反射光を検出するセンサとを平行に設置する場合であれば、両センサに、厳密には、同一方向からの光が入射されなくても、ガンマ補正の精度を向上させることができる程度に、反射光を検出するセンサの検出値を参照して、画面光を検出するセンサの検出値から反射光の値を取り除くことが可能である。これにより、画面光を検出するセンサを正確にブリュースタ角に取り付けなくとも、反射光を含まない画面光を検出することができる。

また、バックライトを消すことなく、反射光を分離検出することにより、反射光の輝度に応じて、表示画面の輝度、とりわけ低階調（黒レベル）の輝度を調節することを可能にする。

（２.第２実施形態）
上記実施形態においては、２つのセンサと２つの偏光フィルタを用いたが、図５に示すように、画面光センサ８５用の偏光フィルタを省略するようにしてもよい。

この場合、画面光センサ８５は図３Ｂに示すように、画面光に加えて反射光のうちＳ波とさらに前記漏れＰ波も受光する。

この場合も、画面光センサ８５の検出値と反射光センサ９５の検出値との相関関係を、画面光抽出演算ＬＵＴ１４２に記憶させておけばよい。

この実施形態では画面光センサ８５は反射光をも受光する。しかし、第２偏光フィルタが不要となるので、その分、製造コストを削減することができる。

なお、上記第１、第２実施形態において、画面光センサ８５が反射面とブリュースタ角を構成しないように設置してもよい。この場合、画面光センサ８５はＰ波を受光するが、その分を含めて、画面光抽出演算ＬＵＴ１４２における補正値を決めておけばよい。

（３.第３実施形態）
上記各実施形態においては、検出器を上部のベゼル内に設けた場合について説明したが、下側に設けてもよい。また、表示画面の偏光方向が縦方向ではなく、横方向(水平)である場合、検出器の設置位置を左右方向のいずれかにしてもよい。すなわち、偏光方向に合わせて設置位置を決定すればよい。

さらに、特許文献１に示すようなスイングアーム式の検出機構に適用することもできる。スイングアーム式への適用は、液晶パネル１０８の偏光方向が斜めであるために、ベゼルの隅に検出器を設けざるを得ない場合に、特にその優位性を発揮するが、液晶パネル１０８の偏光方向が縦方向や横方向（水平）の場合にも適用可能である。図６に適用例を示す。スイングアーム１７１内に、画面光センサ８５、反射光センサ９５、さらに第１偏光フィルタ９３，第２偏光フィルタ８３が設けられている。このように、スイングアーム１７１に取り付けることにより、検出時には、検出器をモニタ上の画像表示領域の前方領域内に位置させた状態とし、また、非検出時には、前記前方領域外に退避させた状態とすることができる。

かかるスイングアーム式に適用した場合、従来のスイングアーム式の装置と比べると、以下のような効果がある。第１偏光フィルタ９３が反射光のうちＳ波を透過させる偏光方向を有する場合、第１偏光フィルタ９３は画面光を透過させず、反射光のうちＳ波だけを透過させる。また、第２偏光フィルタ８３は第１偏光フィルタ９３と偏光方向が直交するので、反射光のうちＳ波を透過させず、画面光および反射光のうちＰ波だけを透過させる。したがって、反射光センサ９５と画面光センサ８５の検出値に基づいて画面光のみの値を求めることにより、画面光の検出精度を高めることが可能となる。

かかる関係は、第１偏光フィルタ９３が反射光のうちP波を透過させる偏光方向を有する場合、第２偏光フィルタ８３が反射光のうちS波を透過させ、同様に、反射光センサ９５と画面光センサ８５の検出値に基づいて画面光のみの値を求めることができる。 なお、画面光の検出精度は、やや低下するが、スイングアーム１７１内に、反射光センサ９５と第１偏光フィルタ９３を設けずに、画面光センサ８５と第２偏光フィルタ８３のみを設ける実施形態も可能である。この場合は、第２偏光フィルタ８３が反射光の一部（Ｓ波またはＰ波）を透過させないため、画面光の検出精度を高めることができる。

（４.他の実施形態）
上記第１実施形態においては、反射光センサ９５でＳ波を受光し、画面光センサ８５では漏れＰ波を受光する場合について説明したが、偏光方向を９０度変えて、反射光センサ９５でＰ波を、画面光センサ８５で画面光およびＳ波を受光するようにしてもよい。具体的には、両センサの取り付け位置を図２のように上方向ではなく、左右に設置し、両フィルタの偏光方向を９０度変えればよい。

第２実施形態についても同様である。

上記各実施形態では、周囲光を筐体の一部に設けたセンサで計測するのではなく、表示画面における反射光で計測している。表示画面で実際反射される反射光によって周囲光の照度を決定することにより、精度の高いガンマ補正をすることができる。

なお、ガンマ補正処理はハードウェアでも、ソフトウェア＋ＣＰＵによって実現してもよい。

上記実施形態においては、バックライトとして冷陰極管を採用した場合について説明した。しかし、バックライトの種類については問わない。たとえば、ホワイトＬＥＤは紫外線により劣化する。ＲＧＢのＬＥＤについても同様である。

さらに、表示面から直線偏光光を照射するモニタであれば、液晶モニタ以外にも適用することができる。

また、本実施形態においては、ガンマ補正に用いる場合について説明したが、画面光、およびまたは反射光から調整するものであれば、どのようなものでも適用できる。

（５.他の発明としての開示）
本件明細書に開示した装置または方法の一部を、下記に述べる装置または方法として把握することもできる。

５．１）簡易ガンマ補正用画面光演算装置
図２に示す実施形態から、第２偏光フィルタ８３および画面光センサ８５に注目して、画面光だけを検出する発明として把握してもよい。具体的には、画面光センサ８５はＰ波を受光しないように、その受光面をブリュースタ角に設置するとともに、Ｓ波を受光しない方向に偏光フィルタを設置する。これにより、１つのセンサで、画面光を検出することができる。

この場合、漏れＰ波が混在するが、それほど反射光の強度が強くない環境下では、簡易な構成で精度の高いガンマ補正が可能となる。

５．２）反射光検出装置
また、図２に示す実施形態から、第１偏光フィルタ９３および反射光センサ９５に注目して、Ｓ波だけを検出する発明と把握してもよい。この場合、画面光を考慮することはできないが、反射光に基づいた輝度の調整が可能である。Ｒ成分、Ｇ成分、およびＢ成分を分離検出できるセンサを用いることにより、輝度の調整だけではなく、表示画像の色度の調整も可能である。

また、Ｓ波ではなくＰ波を検出するようにしてもよい。すなわち、反射光センサで、反射光のうちＳ波またはＰ波を受光し、この受光した値から、反射光全体を予測するようにすればよい。

この場合、下記のような発明として把握することができる。

第１の方向に直線偏光された画面光を照射するモニタに対して、前記モニタの表示画面と所定角度で対向するように設置されており、前記モニタの表示画面において反射される周囲光を検出する第１のセンサ、
前記第１のセンサの受光面に位置する前記画面光の偏光方向と直交する偏光方向を有する第１偏光フィルタ、
前記第１のセンサの検出値に基づいて、前記モニタの表示画面において反射される周囲光の総量を演算する演算手段、
を備えたこと、
を特徴とする反射光検出装置。

なお、かかる反射光検出装置として実施する場合には、画面光測定用画像表示領域１２４の設定は不要であり、測定ポイント１２３は、検出器１０５による測光が可能な位置であれば、液晶パネル１０８の表示面上の任意の位置に設定することができる。

５．３）ＰＷＭのオン・オフに同期させて計測する画面光演算装置
また、上記実施形態においては、バックライトを消すことなく、画面光を検出するために、少なくとも、ＰＷＭ制御における1サイクル（オン時間＋オフ時間）を超える時間にて計測をしたが、かかるＰＷＭ制御におけるオン時間およびオフ時間の計測値の差を利用することにより、積極的な消灯状態とすることなく、画面光のみを得ることができる。これは、オン時間には、画面光と反射光（反射光のうち、全部、またはその一部Ｓ波、Ｐ波、または漏れＰ波の組み合わせ）の値が検出される。一方、オフ時間にはオン時間から、画面光を除いた値が検出される。したがって、オフ時間の計測値とオン時間の計測値の差分を演算すれば、画面光を得ることができる。

この場合、下記のような発明として把握することができる。

第１の方向に直線偏光された画面光を照射し、かつ、バックライトをＰＷＭ制御するバックライト制御手段を有するモニタに取り付ける画面光演算装置において、
前記モニタの表示画面と所定角度で対向するように設置されており、前記画面光を検出する第１のセンサ、
前記バックライトのオン時間およびオフ時間における前記第１のセンサの検出値をそれぞれ取得し、両者の差分を演算する演算手段、
を備えたことを特徴とする画面光演算装置。

この場合、前記第１のセンサの前に、前記画面の偏光方向と平行な偏光方向を有する偏光フィルタを設けるようにしてもよい。さらに、ブリュースタ角を構成するように、前記第１のセンサの受光面を前記モニタの表示画面に対して設置するようにしてもよい。

Claims (4)

1. 第１の方向に直線偏光された画面光を照射するモニタに対して、前記モニタの表示画面と所定角度で対向するように設置されており、前記画面光を検出する画面光検出用センサ、
   を備えた画面光検出装置であって、
   前記画面光検出用センサの前面に前記画面光の偏光方向と平行な偏光方向を有する偏光フィルタを設け、前記モニタの表示画面において反射される周囲光のうち、前記画面光の偏光方向と直交する偏光方向を有する反射光の前記画面光検出用センサへの入射を排除すること、
   を特徴とする画面光検出装置。
2. 請求項１の画面光検出装置において、
   前記モニタに対して、前記偏光フィルタが、前記モニタ表面において反射される反射光のうちＳ波をカットしＰ波を透過させる位置に設置されていること、
   を特徴とする画面光検出装置。
3. 請求項１または請求項２の画面光検出装置において、
   前記画面光検出用センサは、前記モニタ上の画像表示領域の前方領域内に位置させた状態と、この前方領域外に退避させた状態とを切り替え可能とするようスイング自在に前記モニタに取り付けられていること、
   を特徴とする画面光検出装置。
4. 請求項１または請求項２の画面光検出装置が組み込まれるモニタであって、
   前記画面光検出用センサは、前記モニタ上の画像表示領域の周辺の枠体内に、前記画像表示領域に対向するように配設されていること、
   を特徴とするモニタ。

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