JP5334677B2 - 投写型画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は投写型画像表示装置に関し、特に入力映像の白成分を抽出し、赤、緑、青の三原色以外に白成分を加算することにより、高輝度化を図った投写型画像表示装置に関する。

従来の投写型画像表示装置において、入力映像の白成分を抽出し、白成分を加算して高輝度化しているものの代表例としてＤＬＰプロジェクタがある。ランプ光源から出射した照明光を、赤、緑、青及び白などのセグメントを設けたカラーホイールを通して表示デバイスに照射している。

カラーホイールには補色を使用したものもあり、例えば赤・緑・青・イエロー・シアン・マゼンタの６色で構成されるものなどがある。この場合、イエロー・シアン・マゼンタを同じだけ表示すると、合成されて白成分となる。

図４は、従来のＤＬＰプロジェクタの構成を示す図である。図４において、アークから光を発するランプ光源１１と、回転楕円体面形状のランプリフレクター１２と、赤、緑、青、白のそれぞれのフィルターを円周上に備え、透過する光の色を時分割で変化させる働きを持つカラーホイール１３と、内面が光の反射面となった断面の四角いパイプであるライトパイプ１４と、集光光学系１５と、画像表示装置に入力された映像信号を元にして、光を変調、もしくはスイッチングする表示デバイス１６と、投写レンズと呼ばれ、表示デバイス１６において形成された映像光をスクリーン上に投写するレンズ１７とが示されている。

ランプ光源１１は一般に回転楕円体面形状をしたランプリフレクター１２の一方の焦点に配置され、ここから出射した光はランプリフレクター１２の内面で反射し、ランプリフレクター１２のもう一方の焦点に向かって集光する。ランプ光源１１には、一般的には放電を利用した高圧水銀ランプやハロゲンランプが用いられる。

ライトパイプ１４は、できるだけ多くの光を取り込むようにするため、一般的に光の集光する側のランプリフレクター１２の焦点位置とライトパイプ１４の入射面が一致するように配置される。ライトパイプ１４の入射面から取り込まれた光は内面で反射を繰り返しながら進み、もう一方の端面の出射面から出射する。光線は何度も反射を繰り返すことにより、さまざまな角度の光線が混合し、ライトパイプ１４の出射面では断面の照度が均一な光束となる。

ランプ光源１１とライトパイプ１４との間にはカラーホイール１３が配置され、具備するモーターにより赤・緑・青・白のフィルターを回転させ、そこを透過する光の色を時分割で変化させる。すなわち、カラーホイール１３以降の光学系に対しては、赤・緑・青・白の光が時間軸に沿って順番に送り込まれる。

ライトパイプ１４を出射して照度分布が均一となった光束は、集光光学系１５により光束全体を集光し、表示デバイス１６に光を集める。

表示デバイス１６は、投写型画像表示装置に入力された映像信号を元に光を変調、もしくはスイッチングして映像光を作り出す。表示デバイス１６の例として、ＤＬＰプロジェクタの場合はＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）を使用するが、透過型または反射型液晶パネルなどでも構成可能である。

従来例はＤＭＤを使用しているので、表示デバイス１６で反射され映像となった光は、投写レンズ７を透過し、スクリーン上に投写され、拡大された像を結ぶ。

カラーホイール１３の働きにより、表示デバイス１６には光が順番に照明されるが、カラーホイール１３の色に同期して、表示デバイス１６にはその色に対応する映像信号が入力される。この働きにより、スクリーン上には赤・緑・青・白各色の映像光が順番に映し出されるが、色の交代周期が十分に早ければ、これらの色は観測者の頭の中で合成され、全体としてフルカラーの映像として見える。

カラーホイール１３は光の帯域フィルターであり、白セグメントは他の色に対して最も光を多く通すため、白セグメントが大きいほどプロジェクタの高輝度化が可能である。その反面、白の加算の量的割合が多すぎると色：白の輝度比において白成分が強くなりすぎて映像に違和感が生じることがある。

通常、プロジェクタでは白の加算の量的割合を調整する機能があり、輝度と画質のどちらを優先するかによりユーザーが切り替え可能である。

特許文献１によればフルカラー映像と白黒映像の表示方法を、カラーホイールを移動させて選択できるように構成されている。白黒表示を行う際はカラーホイールを移動し、光源からの光をカラーホイールを通さずに表示デバイスに照射することで高輝度化を図っている。

特開２００３−２４１３０５号公報

上記のような従来の投写型画像表示装置では、高輝度モードでは色：白の輝度比において白成分が強くなりすぎて映像に違和感が生じることがあった。また、高画質モードでは色は自然に表示されるが輝度が低下するという問題があった。

また、白の加算の量的割合を切り替えるには、メニュー操作やリモコンでの切り替えなど、ユーザーによる作業が必要であり、コンテンツによっては度々切り替えが必要となるなど、操作がわずらわしいという問題があった。

この発明は、上述のような課題を解消するためになされたもので、白成分の加算の量的割合を自動的に切り替えることで、映像の違和感や作業のわずらわしさを解消した投写型画像表示装置の提供を目的とするものである。

この発明にかかる投写型画像表示装置は、カラーホイールと、白成分加算を行いつつ、入力映像信号に応じて前記カラーホイールを駆動して映像を表示する表示デバイス駆動部と、前記入力映像信号から、前記入力映像信号における各色成分のばらつき度合いである着色度を検出する着色度検出部と、前記着色度検出部における前記着色度に応じて、前記表示デバイス駆動部における前記白成分加算の量的割合を制御する際、所望の前記白成分加算の量的割合に向かって時定数を持たせて段階的に変更する白成分加算量制御部とを備え、前記白成分加算量制御部が、前記着色度が大きいほど前記白成分加算の量的割合を減らすことを特徴とする。

この発明にかかる投写型画像表示装置によれば、カラーホイールと、白成分加算を行いつつ、入力映像信号に応じて前記カラーホイールを駆動して映像を表示する表示デバイス駆動部と、前記入力映像信号から、前記入力映像信号における各色成分のばらつき度合いである着色度を検出する着色度検出部と、前記着色度検出部における前記着色度に応じて、前記表示デバイス駆動部における前記白成分加算の量的割合を制御する際、所望の前記白成分加算の量的割合に向かって時定数を持たせて段階的に変更する白成分加算量制御部とを備え、前記白成分加算量制御部が、前記着色度が大きいほど前記白成分加算の量的割合を減らすことにより、白成分加算の量的割合をユーザーの作業なしに自動的に変更し、切り替えることで、映像の違和感や作業のわずらわしさを解消できる。

本発明の実施の形態１の信号処理回路のブロック図である。 本発明の実施の形態１の入力信号レベル−照度の関係図である。 着色度検出部７の構成例を示す図である。 従来の技術の基本構成を示す図である。

＜Ａ．実施の形態１＞
＜Ａ−１．構成＞
以下、この発明をその実施の形態１を示す図面に基づいて具体的に説明する。

図１はこの発明の実施の形態１である投写型画像表示装置の機能ブロック構成を示す図である。当該投写型画像表示装置は、入力映像信号をアナログ−ディジタル変換するＡＤＣ回路１と、ＡＤＣ回路１においてディジタル変換した入力映像信号を表示デバイスと同じ画素サイズに変換するＳＣＡＬＥＲ回路２と、ＳＣＡＬＥＲ回路２において画素サイズを変換した入力映像信号を、白成分加算を行いつつ表示デバイスであるＤＭＤに対し入力映像信号に応じた映像を表示させるための表示デバイス駆動部に含まれるＤＭＤ駆動部３と、ＤＭＤ駆動部３の駆動により入力映像信号を表示する表示デバイスであるＤＭＤ４と、ＤＭＤ駆動部３に入力されたＤＭＤ４に表示する入力映像信号と同期して、カラーホイールを駆動する表示デバイス駆動部に含まれるカラーホイール駆動回路５と、赤・緑・青・白のセグメントを有し、カラーホイール駆動回路５に従って駆動するカラーホイール６と、ＡＤＣ回路１においてディジタル変換した入力映像信号の各色成分のばらつき度合いを示す着色度を検出する着色度検出部７と、着色度検出部７において検出した着色度に応じて、白成分の加算の量的割合を制御する白成分加算量制御部８とを備える。

従来例で説明したようにカラーホイール６には補色を使用したものもあり、例えば赤・緑・青・イエロー・シアン・マゼンタの６色で構成されるものなどがあり、これを用いても構わない。

＜Ａ−２．動作＞
＜Ａ−２−１．白成分加算の量的割合の変更＞
次に動作について説明する。入力映像信号はＡＤＣ回路１でディジタル信号に変換され、ＳＣＡＬＥＲ回路２によりＤＭＤ４と同じ解像度に画素変換がなされる。ＤＭＤ駆動部３ではＳＣＡＬＥＲ回路２から入力された例えばＲＧＢ映像信号を元に、カラーホイールのセグメントに合わせてＲＧＢ映像信号の赤、緑、青、白の映像信号をＤＭＤ４に時分割で表示する。

この際、カラーホイール駆動部５により、ＤＭＤ４の表示映像とカラーホイール６の各セグメントの色を同期させる。これにより、投写される映像信号は観測者の頭の中で合成され、全体としてフルカラーの映像として見える。

図２に入力信号レベルと投写映像の画面照度の関係を示す。白成分を加算しない場合（白加算０％）は入力信号レベルの０％から１００％の間、リニアに照度が変化する。実際には入力映像信号は２．２乗の逆ガンマ補正がかかっているが、ここでは入力信号レベル―照度はリニアに変化するものとして説明する。

白成分を加算する場合（０％＜白加算≦１００％のいずれか）は、入力映像信号レベルがあるレベル（例えば図２の分岐が始まる部分のレベル）を超えると図１のＤＭＤ駆動部３により白成分加算処理が始まり、１００％の振幅で最大照度を迎える。通常、ＤＭＤ４でマイクロミラーをＰＷＭ制御することによって光をＯＮ／ＯＦＦし、階調表現を行う。暗い階調を表現する場合には、２次元的にＯＮ／ＯＦＦする場所を変えることで間引きを行い、微妙な明るさを表現するが、白セグメントは光が強すぎてノイズが目立つため、この例のように中間階調より白成分加算の量的割合の変更が行われることが多い。

ＤＭＤ駆動部３では、白成分加算の量的割合を段階的に切り替える機能を持つことが一般的であり、図２の例のように白成分加算時の照度ＵＰの傾きを選択できる。白成分加算１００％の傾きで入力信号レベルが最大のとき、最高輝度が表現される。また、白成分加算０％の傾きは赤・緑・青のセグメントのみで白を表示したものとなり、色再現としては違和感のない最も自然な状態となる。

最近ではＤＭＤ駆動部３のアルゴリズムを改善して更に低輝度から白成分を加算するものもあるが、本実施の形態１においては段階的に白成分加算の量的割合を切り替える機能があればどちらの構成でも構わない。

＜Ａ−２−２．着色度に応じた白成分加算の量的割合の変更＞
まず、着色度の検出について説明する。図１のＡＤＣ回路１が出力する入力映像信号は着色度検出部７に入力され、１画面分の各色成分のいわゆるばらつき量である着色度が検出される。白成分加算量制御部８は着色度検出部７において検出された着色度によりＤＭＤ駆動部３を制御し、白成分加算の量的割合を切り替える。

図３は着色度検出部７の構成例である。ここでは例えばＲＧＢの信号振幅が同じであれば着色なし（白黒成分）と考え、それ以外を着色ありと判断している。

最小値検出回路９では、入力されたＲＧＢ信号のうちの最小値を検出する。その後、ＲＧＢの各信号から検出されたＲＧＢ信号のうちの最小値を減算する。これにより１色は必ず０になり、また白黒信号の場合はＲＧＢの各信号の値が等しいため３色とも０になる。積算回路１０ではこの結果の１画面分を積算し、その画面の着色度とする。

なお本実施の形態１では、着色度の検出についてＲＧＢ各信号から最小値を減算する方法を示したが、ＲＧＢ各信号のうちの最大値と最小値の差分をばらつき度合いとしての着色度と定義して、ＤＭＤ駆動部３の制御に用いることも可能である。

次に白成分加算量制御部８では、着色度検出部７において検出した着色度を用いて、着色度が大きいほど白成分加算の量的割合を少なくするようにＤＭＤ駆動部３を制御し、着色度が小さい場合は、図２で示した傾きが大きい白成分加算の量的割合に切り替えるようにＤＭＤ駆動部３を制御する。例えば着色度が０の場合は、白成分加算を１００％にするというように制御する。

この際、極端に大きな幅で白成分加算の量的割合の設定を変更すると映像の輝度変化が目に付いてしまうため、白成分加算の量的割合の制御をする際、時定数を持たせて段階的に目標値に向かって白成分加算の量的割合を変更することが望ましい。

＜Ａ−３．効果＞
この発明にかかる実施の形態１によれば、投写型画像表示装置において、カラーホイール６と、白成分加算を行いつつ、入力映像信号に応じてカラーホイール６を駆動して映像を表示する表示デバイス駆動部としてのＤＭＤ駆動部３、カラーホイール駆動部５と、入力映像信号から、着色度を検出する着色度検出部７と、着色度検出部７における着色度に応じて、ＤＭＤ駆動部３における白成分加算の量的割合を制御する白成分加算量制御部８とを備えることで、白成分加算の量的割合をユーザーの作業なしに自動的に変更し、切り替えることで、映像の違和感や作業のわずらわしさを解消できる。

また、この発明にかかる実施の形態１によれば、投写型画像表示装置において、着色度は、入力映像信号における各色成分のばらつき度合いであることで、色成分のばらつきに応じて白成分加算の量的割合を自動的に制御でき、映像の違和感をなくし、作業のわずらわしさも解消できる。

また、この発明にかかる実施の形態１によれば、投写型画像表示装置において、白成分加算量制御部８は、着色度が大きいほど白成分加算の量的割合を減らすことで、色：白比の極端な差による映像の違和感を削減することが出来る。

また、表計算ソフトなど、ほとんど画面全体が白黒で表示される際は白成分加算の傾きが自動的に大きくなるように切り替わるため、高輝度で表示が可能である。

また、この発明にかかる実施の形態１によれば、投写型画像表示装置において、白成分加算量制御部８は、白成分加算の量的割合を制御する際、所望の白成分加算の量的割合に向かって段階的に変更することで、極端に白成分加算の量的割合を変更した場合でも、映像の輝度変化が目に付いてしまうことを抑制することができる。

１ ＡＤＣ回路、２ ＳＣＡＬＥＲ回路、３ ＤＭＤ駆動部、４ ＤＭＤ、５ カラーホイール駆動部、６，１３ カラーホイール、７ 着色度検出部、８ 白成分加算量制御部、９ 最小値検出回路、１０ 積算回路、１１ ランプ光源、１２ ランプリフレクター、１４ ライトパイプ、１５ 集光光学系、１６ 表示デバイス、１７ 投写レンズ。

Claims (1)

1. カラーホイールと、
   白成分加算を行いつつ、入力映像信号に応じて前記カラーホイールを駆動して映像を表示する表示デバイス駆動部と、
   前記入力映像信号から、前記入力映像信号における各色成分のばらつき度合いである着色度を検出する着色度検出部と、
   前記着色度検出部における前記着色度に応じて、前記表示デバイス駆動部における前記白成分加算の量的割合を制御する際、所望の前記白成分加算の量的割合に向かって時定数を持たせて段階的に変更する白成分加算量制御部とを備え、
   前記白成分加算量制御部が、前記着色度が大きいほど前記白成分加算の量的割合を減らすことを特徴とする、
   投写型画像表示装置。

Images