JP4333023B2

JP4333023B2 - デジタル信号処理回路、これを用いた表示装置および液晶プロジェクタ

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Publication number: JP4333023B2
Application number: JP2000357181A
Authority: JP
Inventors: 秀行北川
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-11-24
Filing date: 2000-11-24
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2020-11-24
Also published as: KR100824393B1; CN1356828A; US6943836B2; KR20020040634A; JP2002165111A; US20020063784A1; CN1182709C

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル信号処理回路、これを用いた表示装置および液晶プロジェクタに関し、特に非線型な光学応答特性を示す表示デバイスを表示駆動するデジタル映像信号に対してガンマ補正をなすデジタル信号処理回路、これを信号処理系に用いた表示装置および液晶プロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
表示装置、例えば画素ごとに配される電気光学デバイスとして液晶セルを用いた液晶表示装置は、入力電圧に対してデバイス固有の非線型な光学応答を示す。その応答特性の一例として、例えばノーマリホワイト透過型の液晶の印加電圧に対する透過率の特性（Ｖ−Ｔ特性）を図５に示す。
【０００３】
一方、人間の階調認識の特性より、画像表示装置における表示輝度（透過率など）は、図６に示すように、入力信号レベルに対して指数関数の特性を有することが望まれる。そして、両者の要請により、入力信号レベルに対して液晶印加電圧は、図７に示すように、非線型の関係となる。これが、入力デジタル映像信号に対して行うガンマ補正カーブである。
【０００４】
ガンマ補正としては、従来、アナログ回路もしくはデジタル回路を使用した数点の折れ点補正や、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）による補正が一般的に知られている。デジタル回路を使用したＬＵＴ方式の補正は、他の方式に比べて回路規模が大きくなる問題があったが、近年のＩＣ集積度の向上に伴い、回路規模の増大に対する制約が低減したことにより、補正精度が高いという利点を持つことから主流になりつつある。
【０００５】
このＬＵＴ方式のデジタルガンマ補正の従来技術としては、ガンマ補正ＬＵＴの入力ビット数ｎに対して出力ビット数Ｎをｎ＋２以上にする、即ちｎビットの入力デジタル映像信号を、ＬＵＴを用いてガンマ補正しつつＮ（Ｎ≧ｎ＋２）ビットの出力デジタル映像信号に変換するデジタルガンマ補正回路が知られている（例えば、特開２０００−２００３７号公報参照）。この従来技術は、グレー領域における階調劣化の回避を目的としてなされたものである。
【０００６】
すなわち、図７のガンマ補正カーブから明らかなように、ガンマ補正の入出力応答は、黒側領域でその傾きが大きく、グレー領域でその傾きが小さくなる。このことは、入出力のビット数が同じ場合、グレー領域における階調が入力の階調精度を保たないことを意味する。このため、上記の従来技術では、ガンマ補正ＬＵＴの入力ビット数ｎに対して出力ビット数Ｎをｎ＋２以上とすることで、グレー領域における階調劣化を回避している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術では、入力ビット数の増加に伴って出力ビット数が増加し、その結果、デジタルガンマ補正を行う信号処理ＩＣの出力ピンの本数が増加するという問題があった。さらに、後段に配置されるＤ／Ａコンバータの入力端子の本数も増加し、各ＩＣの回路規模の増大につながるとともに、消費電力の増加、不要輻射の増大を伴うという問題もあった。しかも、上記の従来技術は、ガンマ補正カーブの傾きの小さい、グレー部の階調劣化を解消する技術に過ぎない。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ガンマ補正ＬＵＴの出力ビット数を増加させることなく、ガンマ補正カーブの傾きが大きい信号レベルで精度の高い補正が可能なデジタル信号処理回路、これを用いた表示装置および液晶プロジェクタを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、入力デジタル映像信号に対して任意のゲインを与えて入力ビット数よりも多いビット数のデジタル映像信号として出力する信号処理部と、ガンマ補正テーブルを用いて前記信号処理部から出力される前記デジタル映像信号に対してガンマ補正を行うガンマ補正部とを有するデジタル信号処理回路において、ガンマ補正部を、前記信号処理部の出力ビット数よりも少なく、前記信号処理部の入力ビット数よりも多いビット数のデジタル映像信号として出力するようにした構成を採っている。そして、このデジタル信号処理回路は、液晶セル、有機エレクトロルミネセンス（ＥＬ）素子あるいは陰極線管などの電気光学デバイスを表示デバイスとして用いた表示装置の信号処理系に、さらには液晶プロジェクタの信号処理系に用いられる。
【００１０】
上記構成のデジタル信号処理回路、これを信号処理系に用いた表示装置あるいは液晶プロジェクタにおいて、ガンマ補正テーブルを用いたガンマ補正部の入出力ビット数に関して、入力ビット数を出力ビット数よりも多く設定することで、ガンマ補正カーブの傾きが大きい黒側領域の信号レベルで精度の高い補正が可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る表示装置の信号処理系の構成例を示すブロック図である。
【００１２】
図１において、本システムの入力端子１１には、例えば８ビットのデジタル映像信号が入力される。このデジタル映像信号は先ず、前段信号処理部１２に与えられる。この前段信号処理部１２は、デジタル映像信号に対してブライト調整やコントラスト調整などの信号処理を行うとともに、入力ビット数よりも多い例えば１１ビットのデジタル映像信号に変換して次段のＬＵＴ用メモリ１３に対して出力する。
【００１３】
ＬＵＴ用メモリ１３はＲＡＭなどからなり、例えば図７に示すガンマ補正カーブに基づくガンマ補正データをテーブル（ＬＵＴ）として格納しており、このＬＵＴを用いてデジタル映像信号に対してガンマ補正を行う。このＬＵＰ用メモリ１３では、その入出力ビット数に関して、一例として、入力ビット数を１１ビット、出力ビット数を１０ビットとする。ＬＵＴ用メモリ１３でガンマ補正された後のデジタル映像信号は、後段信号処理部１４に供給される。後段信号処理部１４は、ガンマ補正後のデジタル映像信号に対してその補正の微調整や色むら補正などの信号処理を行う。
【００１４】
後段信号処理部１４を経たデジタル映像信号は、Ｄ／Ａコンバータ１５でデジタル信号からアナログ信号に変換されてドライバ１６に供給される。ドライバ１６は、Ｄ／Ａコンバータ１５から出力されたアナログ映像信号に対して画像表示に必要な所定の信号処理を行った後表示デバイス１７に供給する。ここでは、表示デバイス１７として、例えば、ノーマリホワイト透過型液晶セル（図示せず）が電気光学デバイスとして画素単位でマトリクス状に配置されてなる液晶ディスプレイを用いるものとする。
【００１５】
図２は、前段信号処理部１２におけるコントラスト調整部の構成例を示すブロック図である。なお、前段信号処理部１２において、コントラスト調整は信号処理上乗算処理となる。因みに、ブライト調整は信号処理上加算処理となる。図２から明らかなように、本例に係るコントラスト調整部は、乗算器２１、係数設定部２２および丸め部２３を有する構成となっている。
【００１６】
乗算器２１には、任意のゲインが与えられる対象のデジタル映像信号と、係数設定部２２で設定された係数データとが入力される。乗算器２１は、デジタル映像信号に対して係数データの乗算を行うことによって任意のゲインを与える。ここでは、一例として、デジタル映像信号が１０ビット、係数データが８ビットの場合を例に採って説明する。この場合、乗算の結果は１８ビットとなる。
【００１７】
この乗算結果である１８ビットのデジタル映像信号をそのまま後段の回路に与えることは、後段回路の回路規模の増大を招くことになる。そこで、丸め部２３において、四捨五入等の信号の丸め処理を行い、所定のビット数のデジタル映像信号にして出力する。ここでは、１８ビットのデジタル映像信号を、先述したＬＵＴ用メモリ１３の入力ビット数に対応して例えば１１ビットのデジタル映像信号として出力するものとする。
【００１８】
次に、ＬＵＴ用メモリ１３におけるＬＵＴ上の入出力ビット数に関して、図３を用いて考察する。図３は、ＬＵＴのデータを模式的に表したＬＵＴデータ模式図である。
【００１９】
先述したように、１０ビット（２¹⁰＝１０２４）の出力デジタル映像信号を導出する場合を考えたとき、入力デジタル映像信号も１０ビットであるとすると、データとして取り得る値は、図３の白丸（図中、○）となる。今、補正カーブの傾きの大きい例として、ガンマ補正テーブルが格子点ａ，ｂの値を取っている場合を考える。
【００２０】
ここで、図２の乗算器２１の乗算結果が、１１ビット表現（２¹¹＝２０４８）で（２Ｘ＋１）／２０４８であるとすると、ＬＵＴ用メモリ１３の入力ビット数が１０ビットの場合は、四捨五入によって入力データは（Ｘ＋１）／１０２４となり、出力データは（Ｙ＋４）／１０２４となる。これに対して、ＬＵＴ用メモリ１３の入力ビット数が１１ビットの場合は、入出力データは白丸に加えて黒丸（図中、●）の格子点の値を取ることが可能となり、出力データは格子点ｃ、即ち（Ｙ＋２）／１０２４となる。
【００２１】
上述したことから明らかなように、ＬＵＴ用メモリ１３におけるＬＵＴ上の入出力ビット数に関して、出力ビット数については１０ビットのまま増加させず、入力ビット数のみを１１ビットへ増加させることにより、図７に示すガンマ補正カーブにおいて、その傾きが大きい黒側領域の信号レベルで精度の高い補正が可能となる。
【００２２】
また、出力ビット数が増加しないことにより、本デジタル信号処理回路をＩＣ化した際に、その信号処理ＩＣの出力ピン（出力端子）数、さらには後段に配置されるＤ／Ａコンバータ１５の入力端子数の増加を抑制することができるとともに、消費電力の増加や不要輻射の増大についても抑制することができる。
【００２３】
しかも、ＬＵＴ用メモリ１３の前段の信号処理部１２を含むデジタル信号処理回路について全体的に考えた場合、８ビットの入力デジタル映像信号に対して出力デジタル映像信号のビット数が１０ビットと２ビット増加している。したがって、ガンマ補正カーブの傾きの小さいグレー領域に割り当てられるデジタル映像信号のビット数を確保できるため、グレー部の階調劣化についても防止できることになる。
【００２４】
なお、上記実施形態では、システムの入力ビット数を８ビット、ＬＵＴの入力ビット数を１１ビット、ＬＵＴの出力ビット数、即ちシステムの出力ビット数を１０ビットとした場合を例に採って説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、各ビット数の値を規定するものではなく、相互のビット数の大小関係を規定するものである。
【００２５】
また、上記実施形態では、表示デバイスとして、ノーマリホワイト透過型液晶ディスプレイを用いた表示装置におけるデジタルガンマ補正に適用した場合を例に採って説明したが、ノーマリブラック液晶ディスプレイや反射型液晶ディスプレイを用いた表示装置におけるデジタルガンマ補正にも同様に適用可能である。さらに、液晶表示装置におけるデジタルガンマ補正に限らず、有機ＥＬ素子や陰極線管など、非線型な応答特性を持つ電気光学デバイスを表示デバイスとして用いた表示装置全般におけるデジタルガンマ補正にも同様に適用可能である。
【００２６】
さらに、上記実施形態に係るデジタル信号処理回路は、液晶プロジェクタのデジタル信号処理回路として用いることも可能である。図４に、液晶プロジェクタの構成の概略を示す。
【００２７】
図４において、光源３１から発せられる白色光は、第１のビームスプリッタ３２で特定の色成分、例えば一番波長の短いＢ（青）の光成分のみが透過し、残りの色の光成分は反射される。第１のビームスプリッタ３２を透過したＢの光成分は、ミラー３３で光路が変更され、レンズ３４を通してＢのＬＣＤパネル３５Ｂに照射される。
【００２８】
第１のビームスプリッタ３２で反射された光成分については、第２のビームスプリッタ３６で例えばＧ（緑）の光成分が反射され、Ｒ（赤）の光成分が透過する。第２のビームスプリッタ３６で反射されたＧの光成分は、レンズ３７を通してＧのＬＣＤパネル３５Ｇに照射される。第２のビームスプリッタ３６を透過したＲの光成分は、ミラー３８，３９で光路が変更され、レンズ４０を通してＲのＬＣＤパネル３５Ｒに照射される。
【００２９】
ＬＣＤパネル３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂは各々、複数の画素がマトリクス状に配置されてなる第１の基板と、この第１の基板に対して所定の間隔をもって対向配置された第２の基板と、これら基板間に保持された液晶層と、各色に対応したフィルタ層とを有する構成となっている。これらＬＣＤパネル３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂを経たＲ，Ｇ，Ｂの各光は、クロスプリズム４１で光合成される。そして、このクロスプリズム４１から出射される合成光は、投射プリズム４２によってスクリーン４３に投射される。
【００３０】
上記構成の液晶プロジェクタにおいて、ＬＣＤパネル３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂには、図１に示すデジタル信号処理回路でＲ，Ｇ，Ｂ毎にデジタル的に信号処理され、しかる後Ｄ／Ａコンバータ（図１のＤ／Ａコンバータ１５に相当）でアナログ化された映像信号が供給される。これらデジタル信号処理回路では、先述したように、ガンマ補正カーブの傾きが大きい信号レベルで精度の高い補正が可能となるため、黒側の階調を重視した画像表示を実現できる。
【００３１】
ところで、液晶プロジェクタにはリアタイプとフロントタイプとがあり、一般的に、リアタイプの液晶プロジェクタは動画用のプロジェクションＴＶとして、フロントタイプの液晶プロジェクタはデータプロジェクタとして用いられる。近年、プロジェクションＴＶでは、黒の階調を重視する傾向にあることから、先述した実施形態に係るデジタル信号処理回路は、特にプロジェクションＴＶの信号処理系に用いて好適なものとなる。
【００３２】
但し、プロジェクションＴＶ、即ちリアタイプの液晶プロジェクタの信号処理系への適用に限られるものではなく、本発明は、データプロジェクタ、即ちフロントタイプの液晶プロジェクタの信号処理系にも同様に適用可能である。また、ここでは、カラーの液晶プロジェクタに適用した場合を例に採って説明したが、モノクロの液晶プロジェクタにも同様に適用可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ガンマ補正テーブルを用いて入力デジタル映像信号に対してガンマ補正を行うガンマ補正部を有するデジタル信号処理回路、これを信号処理系に用いた表示装置および液晶プロジェクタにおいて、ガンマ補正部の入出力ビット数に関して、入力ビット数を出力ビット数よりも多く設定したことにより、ガンマ補正カーブの傾きが大きい黒側領域の信号レベルで精度の高い補正が可能となる。また、出力ビット数が増加しないため、ＩＣ化した際の出力端子数増加の抑制、消費電力の増大の抑制、不要輻射の増大の抑制、後段ＩＣの入力端子数増加の抑制が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る表示装置の信号処理系の構成例を示すブロック図である。
【図２】前段信号処理部におけるコントラスト調整部の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】ＬＵＴのデータを模式的に表したＬＵＴデータ模式図である。
【図４】液晶プロジェクタの一例を示す概略構成図である。
【図５】ノーマリホワイト透過型の液晶の印加電圧に対する透過率の特性を示すＶ−Ｔ特性図である。
【図６】入力信号レベルに対する理想透過率の特性図である。
【図７】ガンマ補正カーブを示す特性図である。
【符号の説明】
１２…前段信号処理部、１３…ＬＵＴ用メモリ、１４…後段信号処理部、１５…Ｄ／Ａコンバータ、１７…表示デバイス、２１…乗算器、２２…係数設定部

Claims

入力デジタル映像信号に対して任意のゲインを与えて入力ビット数よりも多いビット数のデジタル映像信号として出力する信号処理部と、
ガンマ補正テーブルを用いて前記信号処理部から出力される前記デジタル映像信号に対してガンマ補正を行うガンマ補正部とを有し、
前記ガンマ補正部は、前記信号処理部の出力ビット数よりも少なく、前記信号処理部の入力ビット数よりも多いビット数のデジタル映像信号として出力するように構成されている
ことを特徴とするデジタル信号処理回路。
非線型な応答特性を持つ電気光学デバイスを用いた表示手段と、
入力デジタル映像信号に対して任意のゲインを与えて入力ビット数よりも多いビット数のデジタル映像信号として出力する信号処理部と、ガンマ補正テーブルを用いて前記信号処理部から出力される前記デジタル映像信号に対してガンマ補正を行うとともに、前記信号処理部の出力ビット数よりも少なく、前記信号処理部の入力ビット数よりも多いビット数のデジタル映像信号として出力するガンマ補正部とを有するデジタル信号処理回路と、
前記デジタル信号処理回路で信号処理されたデジタル映像信号をアナログ化して前記表示手段に供給するＤ／Ａ変換手段と
を備えたことを特徴とする表示装置。
前記電気光学デバイスが液晶セルである
ことを特徴とする請求項２記載の表示装置。
前記電気光学デバイスが有機エレクトロルミネセンス素子である
ことを特徴とする請求項２記載の表示装置。
前記電気光学デバイスが陰極線管である
ことを特徴とする請求項２記載の表示装置。
液晶セルが画素単位でマトリックス状に配置されてなるＬＣＤパネルと、
前記ＬＣＤパネルに光を照射する照射手段と、
前記ＬＣＤパネルを経た光をスクリーン上に投影する投影手段と、
入力デジタル映像信号に対して任意のゲインを与えて入力ビット数よりも多いビット数のデジタル映像信号として出力する信号処理部と、ガンマ補正テーブルを用いて前記信号処理部から出力される前記デジタル映像信号に対してガンマ補正を行うとともに、前記信号処理部の出力ビット数よりも少なく、前記信号処理部の入力ビット数よりも多いビット数のデジタル映像信号として出力するガンマ補正部とを有するデジタル信号処理回路と、
前記デジタル信号処理回路で信号処理されたデジタル映像信号をアナログ化して前記ＬＣＤパネルに供給するＤ／Ａ変換手段と
を備えたことを特徴とする液晶プロジェクタ。