JP4552986B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶プロジェクタ等に適用される画像表示装置に関する。

空間光変調素子に印加する電気信号に従い、空間光変調素子への入射光を空間変調して出射し、出射光を集めて投影することで映像表示を行う投射型表示装置（例えば、液晶プロジェクタなど）が普及している。そうした投射型表示装置は、一般的に、光源としてランプと集光鏡とを有すると共に、それらから発せられた光を集光して空間光変調素子に入射させる照明光学系を備えており、空間光変調素子からの光を投影レンズによってスクリーンなどに投影するようになっている。

このような投射型表示装置では、体感的なコントラスト感を向上させるため、入射光の遮光量を変化させることが可能な可変絞りを設けると共に、映像信号の輝度レベルが高い（映像が明るい）場合には、絞りを開けることによってより明るく見えるようにする一方、映像信号の輝度レベルが低い（映像が暗い）場合には、絞りを閉じることによってより暗く見えるようにした投射型表示装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２００６−３５８６号公報

ところが、一言に「映像が暗い場合」といっても、暗いなかでも微小な階調表現が必要とされるような「暗い映像」の場合と、真に「真っ暗な映像」の場合とがある。すなわち、「暗い映像」と「真っ暗な映像」との間の大きな違いは、表現すべき階調が存在するか否かということにある。したがって、「映像が暗い場合」において、微小な階調表現を十分に再現しようとすると、絞る光量に対してある程度の制限を課す必要が生じるため、体感的なコントラスト感の向上効果が十分には得られなくなってしまうことになる。

なお、このような問題は、投射型の表示装置には限られず、直視型の表示装置（例えば、液晶テレビなど）の場合においても、同様に生じるものである。

このように従来の技術では、光源からの光量が映像信号に基づいて変化する場合において、体感的なコントラスト感を十分に高めるのが困難であり、改善の余地があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、光源からの光量が映像信号に基づいて変化する場合において、体感的なコントラスト感をより効果的に向上させることが可能な画像表示装置を提供することにある。

本発明の画像表示装置は、光源と、この光源からの光を映像信号に基づいて変調する空間光変調素子と、映像信号における輝度情報に基づいて、輝度が大きい場合と比べて輝度が小さい場合のほうが光源からの光の光量が相対的に小さくなるように、光源からの光の光量調整を行う光量調整手段と、画像補正手段と、再設定手段とを備えたものである。ここで、上記画像補正手段は、光量調整手段において、光源からの光の光量を全体的に減少させつつ上記光量調整を行う光量減少調整の際に、そのような光量減少調整に応じて映像信号の輝度レベルが高くなるように輝度向上補正を行い、補正後の映像信号を空間光変調素子へ供給するものである。また、上記再設定手段は、光量調整手段による光量減少調整の際の目標値である調整目標光量が所定の第１光量閾値よりも小さいときに、この調整目標光量をより小さい値に再設定する第１の再設定処理を行うものである。

本発明の画像表示装置では、光源から発せられた光が映像信号に基づいて空間光変調素子によって変調されることにより、映像信号に基づく映像表示がなされる。ここで、映像信号における輝度情報に基づいて、輝度が大きい場合と比べて輝度が小さい場合のほうが光源からの光の光量が相対的に小さくなるように、光源からの光の光量調整が行われると共に、上記光量減少調整の際に、そのような光量減少調整に応じて映像信号の輝度レベルが高くなるように輝度向上補正がなされて補正後の映像信号が空間光変調素子へ供給されるため、映像信号における輝度情報に応じて適切な光量調整および画像補正が可能となる。その結果、黒側（暗側）の映像の輝度が減少し、体感的なコントラスト感が向上する。また、上記調整目標光量が所定の第１光量閾値よりも小さいときには、この調整目標光量をより小さい値に再設定する第１の再設定処理が行われるため、上記第１光量閾値よりも調整目標光量が小さい場合（暗い状態の場合）に、表示光の輝度が再設定前と比べてより小さくなる（再設定前と比べてより暗い状態となる）。

本発明の画像表示装置では、上記再設定手段が、上記調整目標光量が上記第１光量閾値よりも小さいときに、この調整目標光量がその下限値となるように上記第１の再設定処理を行うのが好ましい。このように構成した場合、上記第１光量閾値よりも調整目標光量が小さい場合（暗い状態の場合）に、表示光の輝度がさらに小さくなる（さらに暗い状態となる）ため、体感的なコントラスト感がさらに向上する。

本発明の画像表示装置では、上記光量調整手段が、上記再設定手段による第１の再設定処理後の調整目標光量に基づき、光源からの光の光量調整をフレーム単位で漸近的に行うようにするのが好ましい。このように構成した場合、例えば明滅を繰り返す映像のような輝度状態の時間的変化が激しい映像を表示する際に、光量調整量における不連続性が低減されるため、過渡的な影響が抑えられる。

本発明の画像表示装置では、上記再設定手段が、さらに、上記調整目標光量が所定の第２光量閾値よりも大きいとき、または、表示画面内の全画素のうち、上記画像補正手段による輝度向上補正の際の目標値である補正目標輝度レベルが所定の第２輝度閾値よりも大きくなる画素の割合が所定の第２画素閾値よりも大きくなるときに、上記調整目標光量をより大きい値に再設定する第２の再設定処理と、上記補正目標輝度レベルをより小さい値に再設定する第３の再設定処理のうちの少なくとも一方の再設定処理を行うようにしてもよい。このように構成した場合、白側（明側）の映像において、過度な光量調整や画像補正が低減されるため、体感的なコントラスト感の向上効果に伴う、白側の微小な階調表現の劣化が低減される。また、この場合において、上記再設定手段が、上記第２の再設定処理を行う際に、調整目標光量を、光量調整手段による光量減少調整を行う前の光量に対応する無調整の値に再設定すると共に、上記第３の再設定処理を行う際に、補正目標輝度レベルを、画像補正手段による輝度向上補正を行う前の輝度レベルに対応する無補正の値に再設定するようにするのが好ましい。このように構成した場合、光源からの光の光量および映像信号の輝度レベルがそれぞれ、調整前および補正前の値に再設定されるため、過度な光量調整や画像補正が完全に回避される。したがって、白側の微小な階調表現の劣化が回避され、光量調整や画像補正の前の状態が維持される。

本発明の画像表示装置によれば、映像信号における輝度情報に基づいて、輝度が大きい場合と比べて輝度が小さい場合のほうが光源からの光の光量が相対的に小さくなるように、光源からの光の光量調整を行うと共に、光源からの光の光量を全体的に減少させつつ光量調整を行う光量減少調整の際に、そのような光量減少調整に応じて映像信号の輝度レベルが高くなるように輝度向上補正を行うようにしたので、黒側（暗側）の映像の輝度を減少させることができ、体感的なコントラスト感を向上させることができる。また、上記調整目標光量が所定の上記第１光量閾値よりも小さいときには、この調整目標光量をより小さい値に再設定する第１の再設定処理を行うようにしたので、上記第１光量閾値よりも調整目標光量が小さい場合（暗い状態の場合）に、設定前と比べて表示光の輝度をより小さくすることができる（再設定前と比べてより暗い状態とすることができる）。よって、光源からの光量が映像信号に基づいて変化する場合において、体感的なコントラスト感をより効果的に向上させることが可能となる。

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。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る画像表示装置（液晶プロジェクタ１）の全体構成を表したものである。この液晶プロジェクタ１は、外部から供給される入力映像信号Ｄinに基づいて映像表示を行うものであり、光源部１１と、ダイクロイックミラー１２１，１２２と、反射ミラー１３１，１３２，１３３と、光変調器１４と、ダイクロイックプリズム１５と、可変絞り１６と、投射レンズ１７と、スクリーン１８と、入力映像信号Ｄinに基づいて光変調器１４および可変絞り１６の制御を行う制御部２とから構成されている。

光源１１は、カラー画像表示に必要とされる、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇおよび青色光Ｌｂの各原色光を含んだ白色光（照射光）を発するものであり、例えばハロゲンランプ、メタルハライドランプまたはキセノンランプなどにより構成されている。

ダイクロイックミラー１２１は、光源１１から発せられた照射光のうち、赤色光Ｌｒおよび緑色光Ｌｇを透過させる一方、青色光Ｌｂを反射させることにより、赤色光Ｌｒおよび緑色光Ｌｇと青色光Ｌｂとを互いに分離して進行させるものである。また、ダイクロイックミラー１２２は、ダイクロイックミラー１２１を透過した赤色光Ｌｒおよび緑色光Ｌｇのうち、赤色光Ｌｒを透過させる一方、緑色光Ｌｇを反射させることにより、赤色光Ｌｒと緑色光Ｌｇとを互いに分離して進行させるものである。なお、このダイクロイックミラー１２２により反射された緑色光Ｌｇは、光変調器１４の方向へと進行するようになっている。

反射ミラー１３１は、ダイクロイックミラー１２１により反射された青色光Ｌｂを、光変調器１４の方向へと反射させるものである。反射ミラー１３２，１３３は、ダイクロイックミラー１２２により反射された赤色光Ｌｒを、光変調器１４の方向へと反射させるものである。

光変調器１４は、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇおよび青色光Ｌｂの各原色光に対応する３つの液晶素子１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂを含んで構成されており、光源１１から発せられた照射光を、各原色光（赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇおよび青色光Ｌｂ）ごとに、制御部２から供給される各色用の映像信号に基づいてそれぞれ変調するものである。

具体的には、液晶素子１４Ｒは、反射ミラー１３３とダイクロイックプリズム１５との間に配置されており、入射した赤色光Ｌｒを、制御部２から供給される赤色用の映像信号に基づいて変調するものである。また、液晶素子１４Ｇは、ダイクロイックミラー１２２とダイクロイックプリズム１５との間に配置されており、入射した緑色光Ｌｇを、制御部２から供給される緑色用の映像信号に基づいて変調するものである。また、液晶素子１４Ｂは、反射ミラー１３１とダイクロイックプリズム１５との間に配置されており、入射した青色光Ｌｂを、制御部２から供給される青色用の映像信号に基づいて変調するものである。これら液晶素子１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂはそれぞれ、例えば、映像信号に基づく駆動電圧が印加される一対の基板間に液晶分子を含む液晶層が挟まれた構造となっている。

ダイクロイックプリズム１５は、液晶素子１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂによりそれぞれ変調された赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇおよび青色光Ｌｂを混合して混合光（表示光）Ｌoutとすると共に、この表示光Ｌoutを一の光路上（可変絞り１６および投射レンズ１７へと向かう光路上）へと進行させるものである。

可変絞り１６は、ダイクロイックプリズム１５と投射レンズ１７との間に配置されており、図示しない開口部の面積を可変にしたメカニカルシャッターである。具体的には、後述する制御部２による制御に従ってこの開口部の面積が増減するようになっており、これにより入射光（ダイクロイックプリズム１５から供給される表示光Ｌout）に対する遮光量を変化させ、後述するように入射光（光源１１からの光）の光量が減少するように変化させる（調整する）ようになっている。なお、詳細は後述するが、このような入射光の光量は、入力映像信号Ｄinにおける輝度情報（例えば、後述する輝度ヒストグラム分布Ｈ１など）に基づいて調整されるようになっている。

投射レンズ１７は、可変絞り１６とスクリーン１８との間に配置されており、可変絞り１６による光量調整後の表示光Ｌoutを、スクリーン１８上へ投射させるためのレンズである。スクリーン１８は、液晶素子１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂによりそれぞれ変調されると共に可変絞り１６により光量調整がなされて投射レンズ１７により投射された光（表示光Ｌout）が投射される部分である。

制御部２は、特徴情報検出部２１と、特徴情報処理部２２と、映像信号処理部２３と、液晶素子駆動部２４と、可変絞り駆動部２５とを有している。

特徴情報検出部２１は、入力映像信号Ｄinにおける輝度情報の特徴を抽出することにより、例えば入力映像が明るいシーンなのか暗いシーンなのかといった、特徴情報Ｉ１（例えば、後述する検出特徴点輝度）を検出して特徴情報処理部２２へ供給するものである。具体的には、例えば図２に示したような輝度ヒストグラム分布Ｈ１や図示しないＲ／Ｇ／Ｂヒストグラム分布等を用いることにより、最大輝度、平均輝度、最低輝度等を情報として抽出して、特徴情報Ｉ１を検出するようになっている。

特徴情報処理部２２は、特徴情報検出部２１から供給される特徴情報Ｉ１に基づいて、表示光Ｌout（光源１１からの光）の光量が減少するような光量調整を行うように、可変絞り駆動部２５に対して光量制御信号Ｓ２を供給すると共に、そのような可変絞り１６による光量調整量に応じて入力映像信号Ｄinの輝度レベルが高くなるような画像補正を行うように、映像信号処理部２３に対して映像制御信号Ｓ１を供給するものである。これにより詳細は後述するが、表示映像における体感的なコントラスト感が向上するようになっている。

また、この特徴情報処理部２２は、液晶素子１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂにより変調された光（表示光Ｌout）の輝度状態に対応する最終表示輝度状態（ユーザへ到達する際の最終的な輝度状態）が所定の第１輝度状態よりも暗い状態のときに、特徴情報処理部２２において求められた光量制御信号Ｓ２の設定値（調整後の光量）が設定前より小さくなるように再設定する（調整値の再設定処理を行う）ようになっている。具体的には、可変絞り１６による調整後の光量が所定の第１光量閾値（後述する光量閾値Ｌth1）よりも小さい一定の範囲内となるときには、この調整後の光量が設定された値よりも小さくなるように、光量制御信号Ｓ２の設定値（調整後の光量）を再設定するようになっている。すなわち、特徴情報検出部２１から供給される特徴情報Ｉ１（例えば、輝度ヒストグラム分布Ｈ１における最大輝度関連の情報）に基づいて、「真に真っ黒（真っ暗）な映像」なのか、暗いながらも何かある映像（「暗い映像」：暗いなかでも微小な階調表現が存在する映像）なのかの区別を行うと共に、「真に真っ暗な映像」の場合には、表示光Ｌoutがより暗い輝度状態となるように、光量制御信号Ｓ２の設定値（調整後の光量）を再設定するようになっている。ここで、「真に真っ暗な映像」とは、例えば、輝度ヒストグラム分布Ｈ１において、表示画面内の全て画素が、輝度レベル３〜５％以下の輝度領域に存在するような場合等が挙げられる。また、上記一定の範囲とは、表示装置の目指す映像表現や画像補正の手法に依存するため、個々の機器毎に修正が必要なものではあるが、例えば、可変絞り１６による調整後の光量が調整前の３〜５％程度となるように光量調整を行う場合等が挙げられる。なお、このような特徴情報処理部２２による調整値の再設定処理の詳細については、後述する。

映像信号処理部２３は、入力映像信号Ｄinに対し、例えば映像信号の色温度を調整するホワイトバランス調整やいわゆるガンマ補正等を施すと共に、特徴情報処理部２２により供給される映像制御信号Ｓ１に応じて、入力映像信号Ｄinに対して例えば図３中の矢印で示したような画像補正を行うようになっている。具体的には、図中の符号Ｇ０で示される直線（補正前の輝度レベル特性）を、図中の符号Ｇ１で示される直線のように画像補正を行うことにより、可変絞り１６による光量調整量（光量制御信号Ｓ２の設定値）に応じて、入力映像信号Ｄinの輝度レベルが高くなるような画像補正を行い、補正後の映像信号Ｄ１を液晶素子駆動部２４へ供給するようになっている。なお、図中の輝度領域Ｗ１は、このような画像補正によって輝度レベルの範囲が伸張される輝度領域を表しており、図中の輝度領域Ｗ２は、このような画像補正によって輝度レベルの範囲が圧縮される輝度領域を表している。すなわち、輝度閾値Ｙthよりも輝度の高い輝度領域（明るい状態の輝度領域）では、画像補正によって輝度レベルの範囲が圧縮されるようになっている。

液晶素子駆動部２４は、映像信号処理部２３により供給される画像補正後の映像信号Ｄ１に基づいて、液晶素子１４Ｒ，１４Ｂ，１４Ｇをそれぞれ駆動するものである。

可変絞り駆動部２５は、可変絞り１６の開口部を変位させるモーターや、このモーターを駆動するモータードライバ等によって構成されており、特徴情報処理部２２から供給される光量制御信号Ｓ２に基づいて、可変絞り１６における開口部の面積を制御する（可変絞り１６への入射光の光量を調整する）ものである。

ここで、液晶素子１４Ｒ，１４Ｂ，１４Ｇが本発明における「空間光変調素子」の一具体例に対応し、可変絞り１６が本発明における「光量調整手段」の一具体例に対応し、投射レンズ１７が本発明における「投射手段」の一具体例に対応する。また、映像信号処理部２３が本発明における「画像補正手段」の一具体例に対応し、特徴情報処理部２２が本発明における「再設定手段」の一具体例に対応する。

次に、図１〜図４を参照して、本実施の形態の液晶プロジェクタ１の動作について詳細に説明する。図４は、特徴情報処理部２２による調整値の再設定処理の一例（調整後の光量の再設定処理）を表したものである。

この液晶プロジェクタ１では、図１に示したように、光源１１から発せられた照射光が、ダイクロイックミラー１２１によって赤色光Ｌｒおよび緑色光Ｌｇと青色光Ｌｂとに分離され、さらにダイクロイックミラー１２２によって、赤色光Ｌｒと緑色光Ｌｇとが分離される。分離された赤色光Ｌｒは、反射ミラー１３２，１３３を介して液晶素子１４Ｒへ入射し、分離された緑色光Ｌｇは、そのまま液晶素子１４Ｇへ入射し、分離された青色光Ｌｂは、反射ミラー１３１を介して液晶素子１４Ｂへ入射する。これら各原色光Ｌｒ，Ｌｇ，青色光Ｌｂはそれぞれ、液晶素子１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂにおいて、制御部２から供給される各色用の映像信号に基づいて変調される。そして変調された各原色光Ｌｒ，Ｌｇ，青色光Ｌｂはダイクロイックプリズム１５により混合された表示光Ｌoutとなり、この表示光Ｌoutが、可変絞り１６によってその光量が調整されると共に、投射レンズ１７によってスクリーン１８上に投射されることにより、入力映像信号Ｄinに基づく映像表示がなされる。

ここで、制御部２では、まず、特徴情報検出部２１において、入力映像信号Ｄinにおける輝度情報の特徴（例えば図２に示したような輝度ヒストグラム分布Ｈ１）が抽出されることにより、特徴情報Ｉ１（例えば、後述する検出特徴点輝度）が検出され、特徴情報処理部２２へ供給される。次に、特徴情報処理部２２では、この特徴情報Ｉ１に基づいて、表示光Ｌout（光源１１からの光）の光量が減少するような光量調整を行うように、光量制御信号Ｓ２が可変絞り駆動部２５へ供給されると共に、そのような可変絞り１６による光量調整量に応じて入力映像信号Ｄinの輝度レベルが高くなるような画像補正を行うように、映像制御信号Ｓ１が映像信号処理部２３へ供給される。次に、特徴情報処理部２２では、映像制御信号Ｓ１に応じて、入力映像信号Ｄinに対し、例えば図３中の矢印で示したように入力映像信号Ｄinの輝度レベルが高くなるような画像補正がなされ、補正後の映像信号Ｄ１が液晶素子駆動部２４へ供給される。そしてこのような補正後の映像信号Ｄ１および光量制御信号Ｓ２に基づき、液晶素子駆動部２４および可変絞り駆動部２５によって液晶素子１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂおよび可変絞り１６が駆動されることにより、図３に示したようにして入力映像信号Ｄinの輝度レベルが高くなるように液晶素子１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂにおいて各原色光Ｌｒ，Ｌｇ，青色光Ｌｂが変調されると共に、可変絞り１６において、図４中の符号Ｇ２で示した直線のようにして、特徴情報Ｉ１（検出特徴点輝度）に応じて表示光Ｌout（光源１１からの光）の光量が減少するような光量調整がなされる。これにより、黒側（暗側）の映像の輝度が減少するため、表示光Ｌoutに基づくスクリーン１８上の表示映像において、体感的なコントラスト感が向上する。

また、特徴情報処理部２２では、液晶素子１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂにより変調された光（表示光Ｌout）の輝度状態に対応する最終表示輝度状態（ユーザへ到達する際の最終的な輝度状態）が所定の第１輝度状態よりも暗い状態のときには、特徴情報処理部２２において求められた光量制御信号Ｓ２の設定値（調整後の光量）が、設定前より小さくなるように再設定される（調整値の再設定処理がなされる）。具体的には、例えば図４に示したように、可変絞り１６による調整後の光量が所定の第１光量閾値Ｌth1よりも小さい一定の範囲内（Ｌmin〜Ｌth1の範囲内）となるとき（言い換えると、特徴情報検出部２１から供給される特徴情報Ｉ１（検出特徴点輝度）が所定の輝度閾値Ｉth1よりも小さい一定の範囲内（０〜Ｉth1の範囲内）となるとき）には、図中の矢印および符号Ｇ２，Ｇ３１で示したように、この調整後の光量が設定された値よりも小さくなるように、光量制御信号Ｓ２の設定値（調整後の光量）が再設定される。これにより、上記第１輝度状態よりも暗い状態の場合に、最終表示輝度状態が再設定前と比べてより暗い状態となる（表示光Ｌoutの輝度がより小さくなる）。

以上のように本実施の形態では、入力映像信号Ｄinにおける輝度情報に基づいて光源１１からの光の光量が減少するように可変絞り１６によって光量調整を行うと共に、その光量調整量に応じて入力映像信号Ｄinの輝度レベルが高くなるように映像信号処理部２３によって画像補正を行うようにしたので、黒側（暗側）の映像の輝度が減少するような光量調整および画像補正が可能となり、体感的なコントラスト感を向上させることができる。また、液晶素子１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂにより変調された光（表示光Ｌout）の輝度状態に対応する最終表示輝度状態が所定の第１輝度状態よりも暗い状態のときには、特徴情報処理部２２によって、光量制御信号Ｓ２の設定値（調整後の光量）が設定前より小さくなるように再設定するようにしたので、上記第１輝度状態よりも暗い状態の場合に、再設定前と比べて最終表示輝度状態をより暗い状態とすることができる（表示光Ｌoutの輝度をより小さくすることができる）。よって、光源からの光量が映像信号に基づいて変化する場合において、体感的なコントラスト感をより効果的に向上させることが可能となる。

具体的には、可変絞り１６による調整後の光量が所定の第１光量閾値Ｌth1よりも小さい一定の範囲内（Ｌmin〜Ｌth1の範囲内）となるとき（言い換えると、特徴情報検出部２１から供給される特徴情報Ｉ１（検出特徴点輝度）が所定の輝度閾値Ｉth1よりも小さい一定の範囲内（０〜Ｉth1の範囲内）となるとき）には、この調整後の光量が設定された値よりも小さくなるように光量制御信号Ｓ２の設定値（調整後の光量）を再設定するようにしたので、上記したような効果を得ることができる。

また、上記最終表示輝度状態が上記第１輝度状態よりも暗い状態のときに、光量制御信号Ｓ２の設定値（調整後の光量）がその下限値となるように再設定するようにした場合には、第１輝度状態よりも暗い状態の場合に、最終表示輝度状態をより暗い状態とすることができ、体感的なコントラスト感をさらに向上させることが可能となる。

なお、本実施の形態では、例えば図３に示したように、光源１１からの光の光量が減少するように可変絞り１６によって光量調整を行うと共に、入力映像信号Ｄinの輝度レベルが高くなるように映像信号処理部２３によって画像補正を行う場合について説明したが、入力映像信号Ｄinの輝度情報に基づく光量調整方法および画像補正方法はこれには限られず、他の方法を用いて光量調整および画像補正を行うようにしてもよい。ただし、図３に示したようにして光量調整および画像補正を行うようにすれば、特に体感的なコントラスト感を向上させることが可能である。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

図５は、本実施の形態に係る画像表示装置（液晶プロジェクタ）における、特徴情報処理部２２による調整値の再設定処理の一例（調整後の光量の再設定処理）を表したものである。なお、本実施の形態の画像表示装置の全体構成については、第１の実施の形態のもの（液晶プロジェクタ１）と同様であるので、説明を省略する

本実施の形態の特徴情報処理部２２では、液晶素子１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂにより変調された光（表示光Ｌout）の輝度状態に対応する最終表示輝度状態（ユーザへ到達する際の最終的な輝度状態）が所定の第２輝度状態よりも明るい状態のときには、特徴情報処理部２２において求められた光量制御信号Ｓ２の設定値（調整後の光量）および映像制御信号Ｓ１の設定値（補正後の映像信号の輝度レベル）のうちの少なくとも一方が、設定された調整方向または補正方向とは逆方向に再設定される（調整値の再設定処理がなされる）。具体的には、例えば図５に示したように、可変絞り１６による調整後の光量が所定の第２光量閾値Ｌth2よりも大きい一定の範囲内（Ｌth2〜Ｌmaxの範囲内）となるとき（言い換えると、特徴情報検出部２１から供給される特徴情報Ｉ１（検出特徴点輝度）が所定の第２輝度閾値Ｉth2よりも大きい一定の範囲内（Ｉth2〜Ｉmaxの範囲内）となるとき）には、図中の矢印および符号Ｇ２，Ｇ３２で示したように、この調整後の光量が設定された値よりも大きくなるように、光量制御信号Ｓ２の設定値（調整後の光量）が再設定される。また、これに応じて、画像補正後の映像信号Ｄ１の輝度レベルが設定された値よりも小さくなるように、映像制御信号Ｓ１の設定値（補正後の映像信号の輝度レベル）が再設定される。これにより、白側（明側）の映像（例えば、図３中の輝度領域Ｗ１の映像）において、過度な光量調整や画像補正が低減される。

以上のように本実施の形態では、上記最終表示輝度状態が所定の第２輝度状態よりも明るい状態のときには、特徴情報処理部２２によって、光量制御信号Ｓ２（調整後の光量）および映像制御信号Ｓ１（補正後の映像信号の輝度レベル）のうちの少なくとも一方を、設定された調整方向または補正方向とは逆方向に再設定するようにしたので、体感的なコントラスト感の向上効果に伴う、白側（明側）の映像における過度な光量調整や画像補正を低減することができる。よって、第１の実施の形態における効果に加え、体感的なコントラスト感を向上させつつ微小な階調表現の劣化を低減することが可能となる。

具体的には、可変絞り１６による調整後の光量が所定の第２光量閾値Ｌth2よりも大きい一定の範囲内（Ｌth2〜Ｌmaxの範囲内）となるとき（言い換えると、特徴情報検出部２１から供給される特徴情報Ｉ１（検出特徴点輝度）が所定の第２輝度閾値Ｉth2よりも大きい一定の範囲内（Ｉth2〜Ｉmaxの範囲内）となるとき）には、この調整後の光量が設定された値よりも大きくなるように光量制御信号Ｓ２の設定値（調整後の光量）を再設定すると共に、これに応じて、画像補正後の映像信号Ｄ１の輝度レベルが設定された値よりも小さくなるように映像制御信号Ｓ１の設定値（補正後の映像信号の輝度レベル）を再設定するようにしたので、上記したような効果を得ることができる。

また、例えば図５中の符号Ｇ３２で示したように、上記最終表示輝度状態が所定の第２輝度状態よりも明るい状態のときに、光量制御信号Ｓ２の設定値（調整後の光量）および映像制御信号Ｓ１の設定値（補正後の映像信号の輝度レベル）をそれぞれ、調整前の光量および補正前の映像信号の輝度レベルに再設定するようにした場合には、光源１１からの光の光量および映像信号Ｄ１の輝度レベルをそれぞれ、調整前および補正前の値に再設定することができるため、上記したような白側（明側）の映像における過度な光量調整や画像補正を完全に回避することができる。よって、微小な階調表現の劣化を回避することができ、光量調整や画像補正の前の状態を維持することが可能となる。

以上、第１および第２の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば、上記実施の形態では、例えば図６に示したように、特徴情報処理部２２から供給される光量制御信号Ｓ２や映像制御信号Ｓ１の再設定値（再設定した後の調整後の光量または補正後の映像信号の輝度レベル）に対応する図中の目標値Ｇ４に基づいて、図中に示した実際の調整値Ｇ５のように、光源１１からの光の光量調整または入力映像信号Ｄinの輝度レベルの補正を、フレーム単位（タイミングｔ０〜ｔ１，ｔ１〜ｔ２，ｔ２〜ｔ３の期間等の単位）で漸近的に行わせるようにしてもよい。このように構成した場合には、例えば明滅を繰り返す映像のような輝度状態の時間的変化が激しい映像を表示する際に、光量調整量における不連続性が低減されるため、過渡的な影響が抑えることができ、表示画面のちらつき等を低減することが可能となる。

また、上記第１実施の形態では、例えば図４中の矢印および符号Ｇ３１で示したように、上記最終表示輝度状態が所定の第１輝度状態よりも暗い状態のときに、光量制御信号Ｓ２の設定値（調整後の光量）を、その下限値（光量Ｌmin）に再設定する場合について説明したが、例えば図７中の矢印および符号Ｇ６１で示したように、光量制御信号Ｓ２（調整後の光量）および映像制御信号Ｓ１（補正後の映像信号の輝度レベル）のうちの少なくとも一方を、設定された調整方向または補正方向とは逆方向に再設定するのであれば、必ずしも調整前および補正前の設定値に再設定しなくともよい。

また、上記第２実施の形態では、例えば図５中の矢印および符号Ｇ３２で示したように、上記最終表示輝度状態が所定の第２輝度状態よりも明るい状態のときに、光量制御信号Ｓ２の設定値（調整後の光量）および映像制御信号Ｓ１の設定値（補正後の映像信号の輝度レベル）をそれぞれ、調整前の光量および補正前の映像信号の輝度レベルに再設定する場合について説明したが、例えば図８中の矢印および符号Ｇ６２で示したように、光量制御信号Ｓ２（調整後の光量）がより小さくなるように再設定するのであれば、必ずしも調整前の光量や補正前の映像信号の輝度レベルに再設定しなくともよい。

また、上記第１の実施の形態では、可変絞り１６による調整後の光量が所定の第１光量閾値Ｌth1よりも小さい一定の範囲内（Ｌmin〜Ｌth1の範囲内）となるとき（言い換えると、特徴情報検出部２１から供給される特徴情報Ｉ１（検出特徴点輝度）が所定の第１輝度閾値Ｉth1よりも小さい一定の範囲内（０〜Ｉth1の範囲内）となるとき）、調整値の再設定処理を行う場合について説明したが、例えば、表示画面内の全画素（図示せず）のうち、補正後の映像信号Ｄ１の輝度レベルが所定の輝度閾値よりも小さくなる画素の割合が、所定の第１画素閾値（例えば、３０％）よりも大きくなるときに、調整値の再設定処理を行うようにしてもよい。また、一般には光量の調整量と映像信号の輝度レベルの補正量との間には一定の関係性があるため、両方の指標を用いて調整値の再設定処理を行うようにしてもよい。

また、上記第２の実施の形態では、可変絞り１６による調整後の光量が所定の第２光量閾値Ｌth2よりも大きい一定の範囲内（Ｌth2〜Ｌmaxの範囲内）となるとき（言い換えると、特徴情報検出部２１から供給される特徴情報Ｉ１（検出特徴点輝度）が所定の第２輝度閾値Ｉth2よりも大きい一定の範囲内（Ｉth2〜Ｉmaxの範囲内）となるとき）、調整値の再設定処理を行う場合について説明したが、例えば、表示画面内の全画素（図示せず）のうち、補正後の映像信号Ｄ１の輝度レベルが所定の輝度閾値よりも大きくなる画素の割合が、所定の第２画素閾値（例えば、３０％）よりも大きくなるときに、調整値の再設定処理を行うようにしてもよい。また、一般には光量の調整量と映像信号の輝度レベルの補正量との間には一定の関係性があるため、両方の指標を用いて調整値の再設定処理を行うようにしてもよい。

また、上記実施の形態等において説明した所定の輝度状態（例えば、所定の光量閾値Ｌth1，Ｌth2、所定の輝度閾値Ｙth1，Ｙth2，Ｉth1，Ｉth2、所定の画素閾値）を、例えば、入力映像信号Ｄinに基づく映像の絵柄に応じて調整可能としてもよい。

また、上記実施の形態では、可変絞り１６が液晶素子１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの後段に配置されている場合について説明したが、可変絞り１６を液晶素子１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの前段に配置することにより、光源１１からの光の光量を調整するようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、光源１１がハロゲンランプ、メタルハライドランプまたはキセノンランプなどにより構成されていると共に可変絞り１６によって光源１１からの光の光量を調整する場合について説明したが、例えば光源１１が発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）を含んで構成されている場合には、入力映像信号Ｄinにおける輝度情報に基づいてＬＥＤへの供給電圧を変化させることにより、光源１１からの光の光量を調整することが可能である。

また、上記実施の形態では、いわゆる三板式の投射型表示装置（プロジェクタ）について説明したが、本発明は、他の方式の投射型表示装置にも適用することが可能である。

また、上記実施の形態では、空間光変調素子（液晶素子１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ）により変調された光をスクリーン１８に投射する投射手段（投射レンズ１７）を備え、投射型表示装置（液晶プロジェクタ１）として構成されている場合について説明したが、本発明は、例えば図９に示したように、直視型の表示装置（例えば、液晶ＴＶ３）などにも適用することが可能である。具体的には、この液晶ＴＶ３は、液晶素子（図示せず）を含む液晶表示パネル３１と、この液晶表示パネル３１のバックライト光源としてのバックライト部３２と、制御部２Ａとを備えている。また、バックライト部３２は、例えばＬＥＤを含んで構成されると共に、制御部２Ａ内のバックライト駆動部２５Ａは、特徴情報処理部２２から供給される光量制御信号Ｓ３に基づいて、ＬＥＤへの供給電圧を変化させることにより、バックライト部３２からの光の光量を調整するようになっている。このような直視型の表示装置においても、上記実施の形態と同様の効果を得ることが可能である。

また、上記実施の形態では、いわゆる透過型の空間光変調素子（液晶素子１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ）を用いた透過型の液晶表示装置（液晶プロジェクタ１）について説明したが、本発明は、いわゆる反射型の空間光変調素子（液晶素子など）を用いた反射型の液晶表示装置（液晶プロジェクタなど）にも適用することが可能である。

さらに、上記実施の形態では、空間光変調素子が液晶素子（液晶素子１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ）であり、液晶表示装置（液晶プロジェクタ１）として構成されている場合について説明したが、他の空間光変調素子として、例えば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）素子を用いるようにしてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る画像表示装置の構成を表すブロック図である。 特徴点情報検出部において用いられる輝度ヒストグラム分布の一例を表す特性図である。 映像信号処理部における入力映像信号の補正処理の一例について説明するための特性図である。 第１の実施の形態に係る特徴情報処理部における調整後の光量の再設定処理の一例について説明するための特性図である。 第２の実施の形態に係る特徴情報処理部における調整後の光量の再設定処理の一例について説明するための特性図である。 再設定された目標値による漸近制御処理の一例を表すタイミング図である。 特徴情報処理部における調整後の光量の再設定処理の他の例について説明するための特性図である。 特徴情報処理部における調整後の光量の再設定処理の他の例について説明するための特性図である。 本発明の変形例に係る画像表示装置の構成を表すブロック図である。

符号の説明

１…液晶プロジェクタ、１１…光源、１２１，１２２…ダイクロイックミラー、１３１，１３２，１３３…反射ミラー、１４…光変調器、１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ…液晶素子、１５…ダイクロイックプリズム、１６…可変絞り、１７…投影レンズ、１８…スクリーン、２，２Ａ…制御部、２１…特徴情報検出部、２２…特徴情報処理部、２３…映像信号処理部、２４…液晶素子駆動部、２５…可変絞り駆動部、２５Ａ…バックライト駆動部、３…液晶ＴＶ、３１…液晶表示パネル、３２…バックライト部、Ｄin…入力映像信号、Ｄ１…映像信号、Ｉ１…特徴情報（検出特徴点輝度）、Ｓ１…映像制御信号、Ｓ２，Ｓ３…光量制御信号、Ｈ１…輝度ヒストグラム分布、Ｗ１，Ｗ２…輝度領域、Ｙth，Ｉth1，Ｉth2…輝度閾値、Ｌth1，Ｌth2…光量閾値、Ｉmax…上限輝度、Ｌmax…上限光量、Ｌmin…下限光量、Ｌ０…光量、Ｌｒ…赤色光、Ｌｇ…緑色光、Ｌｂ…青色光、Ｌout…混合光（表示光）、ｔ０〜ｔ３…タイミング。

Claims (14)

1. 光源と、
   前記光源からの光を映像信号に基づいて変調する空間光変調素子と、
   前記映像信号における輝度情報に基づいて、輝度が大きい場合と比べて輝度が小さい場合のほうが前記光源からの光の光量が相対的に小さくなるように、前記光源からの光の光量調整を行う光量調整手段と、
   前記光量調整手段において、前記光源からの光の光量を全体的に減少させつつ前記光量調整を行う光量減少調整の際に、そのような光量減少調整に応じて前記映像信号の輝度レベルが高くなるように輝度向上補正を行い、補正後の映像信号を前記空間光変調素子へ供給する画像補正手段と、
   前記光量調整手段による光量減少調整の際の目標値である調整目標光量が所定の第１光量閾値よりも小さいときに、前記調整目標光量をより小さい値に再設定する第１の再設定処理を行う再設定手段と
   を備えた画像表示装置。
2. 前記再設定手段は、さらに、表示画面内の全画素のうち、前記画像補正手段による輝度向上補正の際の目標値である補正目標輝度レベルが所定の第１輝度閾値よりも小さくなる画素の割合が、所定の第１画素閾値よりも大きくなるときに、前記第１の再設定処理を行う
   請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記再設定手段は、前記調整目標光量が前記第１光量閾値よりも小さいときに、前記調整目標光量がその下限値となるように、前記第１の再設定処理を行う
   請求項１に記載の画像表示装置。
4. 前記第１光量閾値が、変更可能となっている
   請求項１に記載の画像表示装置。
5. 前記光量調整手段は、前記再設定手段による第１の再設定処理後の調整目標光量に基づき、前記光源からの光の光量調整を、フレーム単位で漸近的に行う
   請求項１に記載の画像表示装置。
6. 前記映像信号における輝度情報が、表示領域における輝度ヒストグラム分布である
   請求項１に記載の画像表示装置。
7. 前記再設定手段は、前記輝度ヒストグラム分布における最大輝度が所定の輝度レベル以下である場合に、前記第１の再設定処理を行う
   請求項６に記載の画像表示装置。
8. 前記再設定手段は、さらに、
   前記調整目標光量が所定の第２光量閾値よりも大きいとき、または、表示画面内の全画素のうち、前記画像補正手段による輝度向上補正の際の目標値である補正目標輝度レベルが所定の第２輝度閾値よりも大きくなる画素の割合が所定の第２画素閾値よりも大きくなるときに、
   前記調整目標光量をより大きい値に再設定する第２の再設定処理と、前記補正目標輝度レベルをより小さい値に再設定する第３の再設定処理のうちの少なくとも一方の再設定処理を行う
   請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の画像表示装置。
9. 前記再設定手段は、
   前記第２の再設定処理を行う際に、前記調整目標光量を、前記光量調整手段による光量減少調整を行う前の光量に対応する無調整の値に再設定すると共に、
   前記第３の再設定処理を行う際に、前記補正目標輝度レベルを、前記画像補正手段による輝度向上補正を行う前の輝度レベルに対応する無補正の値に再設定する
   請求項８に記載の画像表示装置。
10. 前記画像補正手段は、
    前記光量調整手段による光量減少調整の際に、
    前記映像信号に対し、最低輝度から中間輝度の輝度領域では階調領域幅を拡大するようにして前記輝度向上補正を行う一方、前記中間輝度から最高輝度の輝度領域では階調領域幅を圧縮するようにして前記輝度向上補正を行い、
    前記再設定手段は、
    前記調整目標光量が前記第２光量閾値よりも大きいとき、または、表示画面内の全画素のうち、前記補正目標輝度レベルが前記第２輝度閾値よりも大きくなる画素の割合が前記第２画素閾値よりも大きくなるときに、
    前記第２および第３の再設定処理の双方の再設定処理を行う
    請求項８に記載の画像表示装置。
11. 前記空間変調素子により変調された光をスクリーンに投射する投射手段を備え、
    前記光量調整手段が、前記光源からの光を絞ることにより光量調整を行う可変絞りである
    請求項１に記載の画像表示装置。
12. 前記空間変調素子が液晶素子であり、
    液晶プロジェクタとして構成されている
    請求項１１に記載の画像表示装置。
13. 前記空間光変調素子が液晶素子であると共に前記光源が前記液晶素子のバックライト光源であり、
    液晶表示装置として構成されている
    請求項１に記載の画像表示装置。
14. 前記バックライト光源が発光ダイオード（ＬＥＤ）を含んで構成され、
    前記光量調整手段は、前記映像信号における輝度情報に基づいて前記発光ダイオードへの供給電圧を変化させることにより、前記バックライト光源からの光の光量を調整する
    請求項１３に記載の画像表示装置。

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