JP4630863B2 - Display device and control method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、表示装置及びその制御方法に関するものであり、液晶ディスプレイ、プロジェクタ等の大画面/高精細表示装置に適用して好適なものである。 The present invention relates to a display device and a control method thereof, and is suitable for application to a large screen / high definition display device such as a liquid crystal display and a projector.
マルチメディア時代の到来により、あらゆる場面で表示装置が用いられているが、特に投射型表示装置は、大画面化が他の方式に比べて効率的なため、プレゼンテーション等にフロントプロジェクタが、家庭用シアターとしてリアプロジェクタが普及している。 With the advent of the multimedia era, display devices are used in all situations, but projection-type display devices are more efficient than other systems, especially for projection-type display devices. Rear projectors are widely used as theaters.
近年、CRT投射に代わり、液晶パネル方式や、ミラーの角度を変えることにより光量を変調するDMD(ディジタル・ミラー・デバイス、例えば特開平10−78550号公報参照)方式のプロジェクタが高輝度、高精細化に適しているために広がりを見せている。 In recent years, projectors of a liquid crystal panel type or a DMD (digital mirror device, for example, see Japanese Patent Laid-Open No. 10-78550) type that modulates the amount of light by changing the angle of a mirror, instead of CRT projection, have high brightness and high definition. It is spreading because it is suitable for the development.
しかしながら、これらの投射型表示装置は、一般に使用されているCRT直視管の画質に達せず、高画質表示(質感が求められている表示)の場合、ユーザーは、画面サイズが小型であっても、CRT直視管を用いる場合が多い。ここで言う高画質(質感)とは、高ダイナミックレンジ(高コントラスト、高階調表示可能)ということである。 However, these projection-type display devices do not reach the image quality of commonly used CRT direct-view tubes, and in the case of high-quality display (display in which a texture is required), the user can reduce the screen size. In many cases, a CRT direct view tube is used. The high image quality (texture) here means a high dynamic range (high contrast and high gradation display possible).
CRTは、輝度を電子ビーム強度等で変調可能なため、ダイナミックレンジは、特定領域(一部領域)のみ白を表示する場合等は、1000:1程度まで実現できる。したがって、白はより白く、黒はより黒くできるポテンシャルがあり、すぐれた画質を実現している。しかしながら、CRT方式の場合、チューブ等の限界により大きさがせいぜい40インチ程度でそれ以上のサイズは技術的に難易度が高いという問題点を有している。 Since the CRT can modulate the luminance with the electron beam intensity or the like, the dynamic range can be realized up to about 1000: 1 when displaying white only in a specific area (partial area). Therefore, white has the potential to be whiter and black can be made blacker, realizing excellent image quality. However, in the case of the CRT method, the size is at most about 40 inches due to the limit of the tube or the like, and a size larger than that is technically difficult.
一方、投射型表示装置では、CRT方式は、そのエンジンサイズ、明るさ、高精細化等にそれぞれトレードオフがあり、上述したように、高輝度化および高精細化に適した液晶方式やDMD方式が近年主流となっている。これらの場合、液晶またはDMDが光を変調する光変調器の役割をもち、ランプから上記液晶デバイスまたはDMDへ照明し、投射光学系により拡大投影する。従って、上記ダイナミックレンジは、主に液晶デバイスまたはDMDのもつダイナミックレンジにより決定される。 On the other hand, in the projection display device, the CRT method has tradeoffs in engine size, brightness, and high definition, and as described above, the liquid crystal method and the DMD method suitable for high luminance and high definition. Has become mainstream in recent years. In these cases, the liquid crystal or DMD functions as an optical modulator that modulates light, and the liquid crystal device or DMD is illuminated from the lamp and enlarged and projected by the projection optical system. Therefore, the dynamic range is mainly determined by the dynamic range of the liquid crystal device or DMD.
上記デバイスの実用的ダイナミックレンジは、液晶の場合、約300〜400:1程度、DMDの場合500〜600:1程度である。したがって、上述のCRT方式に、なかなか高画質(高ダイナミックレンジ)の1点で勝てないという問題を有していた。
また、直視型LCDの場合も同様に、CRTに比べて、ダイナミックレンジが低いことが問題となっていた。
なお、本発明の背景となる文献としては、特許第2643712号公報、特開平6−102484号公報、特開平11−65528号公報、特開平6−167717号公報が挙げられる。
Similarly, in the case of a direct-view LCD, the dynamic range is lower than that of a CRT.
Examples of documents that serve as the background of the present invention include Japanese Patent No. 2643712, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-102484, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-65528, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-167717.
本発明が解決しようとする課題は、光変調素子に光を照射してその透過光もしくは反射光により表示画面を構成する投射型表示装置や直視型表示装置において高画質を実現することである。
より具体的には、本発明の目的は、投射型表示装置のもつ、大画面、高精細の特徴に、高ダイナミックレンジという高画質を達成する方式を提供することである。
さらに、上記方式は、液晶デバイス、DMDといった現行のデバイスのレベルであっても、そのデバイスとの組合せにより上記目的を達成するものであり、低コスト、実用的方式である。
また、バックライトを備えた直視型の液晶表示装置においても、高解像度の特徴に、高ダイナミックレンジという高画質を達成する方式を提供することである。
The problem to be solved by the present invention is to realize high image quality in a projection display device or a direct view display device in which a light modulation element is irradiated with light and a display screen is formed by the transmitted light or reflected light.
More specifically, an object of the present invention is to provide a system that achieves a high image quality such as a high dynamic range in a large-screen, high-definition feature of a projection display device.
Furthermore, the above-described method achieves the above-mentioned object by combining with the current device level such as a liquid crystal device and DMD, and is a low-cost and practical method.
Another object of the present invention is to provide a method for achieving a high image quality such as a high dynamic range in a high resolution feature even in a direct-view type liquid crystal display device having a backlight.
上記課題を解決するための本発明の表示装置は、光変調素子に光源より発生する光を照射し、該光変調素子より透過または反射した光により表示画面を構成する表示装置において、
入力表示信号に基づいて、1画面又は複数画面の輝度分布のヒストグラムを求め、該ヒストグラムに基づいて照射光量を算出する入力画像演算手段と、
算出された照射光量に基づいて表示信号の調整を行う調整手段と、
前記算出された照射光量に応じて、前記光変調素子に照射される光量を段階的に増加又は減少させる光量制御手段と、
前記光量を増加させる時の速度を、前記光量を減少させる時の速度よりも速くさせる時定数設定手段とを有し、
前記光量制御手段が、前記照射光量を所定の段階である第1の段階から1段階増加した第2の段階に増加させるときの前記ヒストグラムの度数に係る閾値と、前記第2の段階から前記第1の段階に減少させるときの前記ヒストグラムの度数に係る閾値とが異なるものであることを特徴とする。
The display device of the present invention for solving the above-described problem is a display device that irradiates light generated from a light source to a light modulation element and configures a display screen with light transmitted or reflected from the light modulation element.
An input image calculation means for obtaining a histogram of luminance distribution of one screen or a plurality of screens based on the input display signal, and calculating an irradiation light amount based on the histogram;
Adjusting means for adjusting the display signal based on the calculated irradiation light amount;
A light amount control means for gradually increasing or decreasing the light amount irradiated to the light modulation element according to the calculated irradiation light amount;
Time constant setting means for increasing the speed when increasing the light amount faster than the speed when decreasing the light amount;
A threshold value relating to the frequency of the histogram when the light amount control means increases the irradiation light amount from the first step which is a predetermined step to a second step which is increased by one step, and the second step from the second step. The threshold value relating to the frequency of the histogram when decreasing to one stage is different.
本発明によれば、光変調器に照射される光量を調整する照明光量変調手段を設けたため、暗い画面は低光量で、明るい画面は高光量で照明することができ、結果として光変調器を一定光量で照明した場合よりも高いダイナミックレンジを実現することができる。 According to the present invention, since the illumination light amount modulation means for adjusting the light amount irradiated to the light modulator is provided, a dark screen can be illuminated with a low light amount, and a bright screen can be illuminated with a high light amount. A higher dynamic range than when illuminated with a constant amount of light can be realized.
また、上記表示信号を調整する調整回路となる信号処理回路および信号書き込み手段により光量と信号増幅率を略反比例の関係で制御することにより、中間調における表示輝度を一定に保ちながら、高ダイナミックレンジを実現することができる。
以上説明したように、本発明によれば高画質な画像表示が実現できる。
In addition, the signal processing circuit, which is an adjustment circuit for adjusting the display signal, and the signal writing means control the light amount and the signal amplification factor in a substantially inversely proportional relationship, so that the display luminance in the halftone is kept constant and the high dynamic range is maintained. Can be realized.
As described above, according to the present invention, high-quality image display can be realized.
本発明の好ましい実施の形態に係る表示装置は、光変調器(液晶デバイス、DMD)を照明する光量の調整手段と、上記照明光量に基づいた光変調器への信号処理回路およびその信号書き込み手段を設けたことを特徴とする。
本発明の好ましい実施の形態に係る投射型表示装置は、光源と光変調器(液晶デバイス、DMD)との間に上記光変調器を照明する光量の調整手段(照明光量変調手段)と、上記照明光量に基づいた光変調器への信号処理回路およびその信号書き込み手段を設けたことを特徴とする。
上記の信号処理回路は、前記光量または光量制御信号に反比例する増幅率で入力映像信号を増幅する増幅手段を備えてもよい。
A display device according to a preferred embodiment of the present invention includes a light amount adjusting unit that illuminates an optical modulator (liquid crystal device, DMD), a signal processing circuit to the optical modulator based on the illumination light amount, and a signal writing unit thereof. Is provided.
A projection display device according to a preferred embodiment of the present invention includes: a light amount adjusting unit (illumination light amount modulating unit) that illuminates the light modulator between a light source and a light modulator (liquid crystal device, DMD); A signal processing circuit to the optical modulator based on the amount of illumination light and its signal writing means are provided.
The signal processing circuit may include amplification means for amplifying an input video signal with an amplification factor that is inversely proportional to the light amount or the light amount control signal.
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
図1は本発明の一実施例に係る信号処理装置のブロック図を示す。
図1において、18、17、16は、R、G、B各色表示対応の液晶パネル、54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、55はD/Aコンバータ、56はメモリである。メモリ56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。57はDSP部で、ガンマ調整、インターレース信号のノンインターレース信号への変換、使用している液晶パネルの画素数と入力信号の画素数とが対応しない場合の解像度変換、および色調整等の処理だけでなく、照明光量制御のために各色の信号レベルを算出する演算等を実行する。58はタイミング発生回路、59は電源ON−OFFおよび各種設定を行うリモコンである。60はリモコンからの信号を受け、かつ、各種入力信号切換等を行うための制御パネル、61は照明光量を変調(制御)するための超音波モータ用のドライバ、62は超音波モータである。63はマイコンで、バスを介して、メモリ56、DSP部57、タイミング発生回路58、制御パネル60、USMドライバ61、電源66、ランプ用バラスト64等の各ブロックが接続され、それら各ブロックの制御を行っている。バラスト64には、ランプ65が接続されている。67はA/Dコンバータ、68はスイッチである。69は信号処理回路であり、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。71はPC(パソコン)入力端子、72はNTSC入力端子で、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。75は音声入力端子、76は音声切換スイッチ、70は音声処理回路、73はスピーカ、74はACインレットである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram of a signal processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, 18, 17, and 16 are liquid crystal panels corresponding to R, G, and B color displays, 54 is a driver circuit that supplies signals and power to each liquid crystal panel, 55 is a D / A converter, and 56 is a memory. It is. The
図1の電気ブロック図を用いて、本実施例の照明光量変調方式の駆動の基本動作(映像信号により決まる最大輝度レベルに応じた液晶パネルヘの信号書込み方式の動作)について説明する。
入力端子71、72から入力した信号は、A/Dコンバータ67を介して、デジタル信号に変換され、一旦メモリ56へ格納される。その時、そのフレームでの最大輝度レベルを算出し、その最大輝度レベルに対応した照明光量が得られる偏光板もしくは位相板の回転角度またはバラスト64を介して光源に供給される電流もしくは電圧を算出するとともに、その光量の照明光がパネルに照射した時、各画素で所望の輝度が実現する信号を演算し書込む。メモリ56からの信号の読み出しは、記憶されている信号に対応する光量制御と同期して行われる。上記最大輝度レベルの算出方法については、後述する。
With reference to the electric block diagram of FIG. 1, the basic operation of driving of the illumination light amount modulation method of this embodiment (the operation of the signal writing method to the liquid crystal panel according to the maximum luminance level determined by the video signal) will be described.
Signals input from the
図2により各表示画像における光量変調と信号ゲインの関係を説明する。
図2(a)は、時刻tl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。図2の(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。
The relationship between the light amount modulation and the signal gain in each display image will be described with reference to FIG.
FIG. 2A is an image at time tl and shows a scene in which the sun begins to sink in the mountains and the shade and the sky begin to darken. The numerical value in the figure indicates the luminance level of the image. (B) in FIG. 2 is an image after a lapse of time from (a), and the sun is further darkened. The peak at that time is at an 80% level compared to the previous (a). Further, (c) shows a case where time has passed, it is night, the moon appears in the sky, and the maximum luminance level is 30%.
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。 Here, for each image data, the liquid crystal panel is illuminated with 100% level light for (a), 80% level for (b), and 30% level for (c). Illuminate the light. The display images in each case are (a ′), (b ′), and (c ′). Here, the decrease in illumination light is compensated by amplifying the signal. Since (a ') does not cause a decrease in the amount of light, the amplification factor is 1, (b') the amplification factor is 1.25 times, and (c ') is the amplification factor 3.3 times. The results are (a ″), (b ″), and (c ″), and the display luminance is maintained.
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、黒浮きを抑えることによるダイナミックレンジの改善を、表示輝度を維持しながら行うことが可能となる。 As described above, by combining the light amount modulation and the signal amplification, it is possible to improve the dynamic range by suppressing the black float while maintaining the display luminance.
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程度にダイナミックレンジが向上する。 If the dynamic range of the liquid crystal panel is 200: 1 level, the black level cannot be displayed below the luminance level of 0.5 when irradiated with 100% light, but according to this embodiment, the entire screen is dark. As the display area becomes larger, the black level displayable area is enlarged, so that a tighter black display can be realized. If the entire screen is bright or affected by reflected light from outside light, the perception level of small differences in black level may be reduced by human eyes, and black reproducibility is not so noticeable. . However, the darker the scene, the more important is the reproducibility, but this matches the above technique, and in the case of the above example, the dynamic range is substantially improved to about 660: 1.
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。 In the case of a source with many dark video scenes such as a movie, this effect is enormous, and an image with good reproducibility of black and an improved dynamic range can be obtained.
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ダイナミックレンジ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。 In the present embodiment, the method of improving the dynamic range while maintaining the display brightness by compensating for the decrease in the amount of illumination light with the amplification of the signal gain has been described. However, in order to effectively use the dynamic range of the LCD, the signal gain It is also effective to make the value larger than the amount of decrease in the amount of illumination light.
次に、より具体的な画像信号からどのようにして、最大輝度を算出し、更に、その算出された最大輝度データから所望の照明光量レベルを算出するか、そして、照明光量レベルから、映像信号の増幅率をどのように決定するかについて詳細に説明する。 Next, how to calculate the maximum luminance from the more specific image signal, further calculate the desired illumination light level from the calculated maximum luminance data, and from the illumination light level, the video signal How to determine the amplification factor will be described in detail.
1フレームまたは1フィールド内の入力画像データを順に比較することにより、最大輝度を算出する。この場合、1画素毎の比較を行うと、ノイズなどの影響により、誤った最大輝度を算出する場合があるので、着目画素の近隣の数画素を平均化(または重み付け平均化)した値を各画素値として比較をし、最大輝度を算出することも有効である。 The maximum luminance is calculated by sequentially comparing the input image data in one frame or one field. In this case, if the comparison is performed for each pixel, an erroneous maximum luminance may be calculated due to the influence of noise or the like. Therefore, a value obtained by averaging (or weighted average) several pixels adjacent to the pixel of interest is calculated. It is also effective to compare the pixel values and calculate the maximum luminance.
図3は、DSP内の処理を説明するためのブロック図であり、図4はフローチャートである。
入力端301より入力した入力信号301に基づいて輝度分布算出部302は、上記の様に最大輝度を算出し(S402)、その結果をもとに照明光量算出部303により照明光量が決定される(S403)。そして、光量制御量算出部304により、光量制御量が決定される(S404)。次に、投射される表示輝度が保たれるように増幅率算出部305により増幅率が決定され(S405)、書込信号変換手段である映像信号増幅部306により、入力信号301が増幅され出力信号307として出力される。
FIG. 3 is a block diagram for explaining processing in the DSP, and FIG. 4 is a flowchart.
The luminance
なお、書込信号変換のための回路には、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変換表(LUT:Look Up Table)を用いてもよい。また、映像信号処理回路(例えば図1の信号処理回路69、図5の映像信号処理部508)の中に既に存在するダイナミックレンジ調整回路を用いてもよい。
Note that the circuit for writing signal conversion may use a multiplier or a conversion table (LUT: Look Up Table) in which conversion characteristics can be set in more detail. Further, a dynamic range adjustment circuit that already exists in the video signal processing circuit (for example, the
図5は本発明の第2の実施例に係る光量制御演算および信号ゲイン設定部のブロック図である。
実施例1では光変調素子として液晶パネルを用いる構成を示したが、本実施例では光変調素子としてDMDとして知られる、微小ミラーを集積し、各ミラーによる照射光の反射方向を制御することにより画像を表示する光変調素子を用いる。実施例1と重複する部分については説明を省略する。
FIG. 5 is a block diagram of the light amount control calculation and signal gain setting unit according to the second embodiment of the present invention.
In the first embodiment, a configuration using a liquid crystal panel as a light modulation element is shown, but in this embodiment, a minute mirror known as DMD is integrated as a light modulation element, and the reflection direction of irradiation light by each mirror is controlled. A light modulation element for displaying an image is used. The description overlapping with the first embodiment is omitted.
図5において、信号入力端子501より入力した映像信号は、調整回路を構成するアナログ増幅部502により、増幅率算定部507により演算された増幅率により増幅される。次にA/D変換器503によりデジタル信号に変換された後、入力画像演算手段を構成する輝度検出部504により最大輝度が決定される。なお本実施例においては最大輝度の決定が増幅後に行われるので、増幅状態を考慮して最大輝度が決められる。最大輝度に応じて照明光量演算部505により照明光量が算出され、次の光量制御量演算部506により光量制御量が決定される。光量演算部505と光量制御量演算部506が光量制御手段を構成する。前記増幅率算定部507で増幅率を求め、その結果により前述のアナログ増幅器の増幅率が決定される。信号処理部508では、照明光量制御以外の各種の信号処理が行われる。信号処理部508より出力された信号はDMDドライバ回路509を介してDMDパネル510へ書込まれる。
In FIG. 5, the video signal input from the
図5は、実施例1における信号ゲイン設定部をアナログ回路で実現したものであり、増幅器の増幅率を可変にしたり、A/D変換器の基準電圧を可変に設定できるようにすればよい。
更に基準電圧の与え方を工夫することにより、非線型な増幅も可能となり、その結果、階調再現性を改善することが可能となる。
FIG. 5 shows an example in which the signal gain setting unit in the first embodiment is realized by an analog circuit. The gain of the amplifier can be made variable, or the reference voltage of the A / D converter can be set variably.
Further, by devising how to apply the reference voltage, non-linear amplification is also possible, and as a result, the gradation reproducibility can be improved.
本実施例の様に、A/D変換器で変換される前のアナログ信号の段階で、光量制御に基づいた映像信号の増幅を行うことにより、実施例1に比較して、量子化による誤差を抑えることが可能となり、ダイナミックレンジを改善した画像においても、階調性の劣化の少ない良好な画質を得ることが可能となる。
DMDに対して、本発明を適用することにより、ダイナミックレンジの改善に加えて、信号レベルの伸長により、DMD特有の低輝度側での誤差拡散等の2値化処理による粒状の画質劣化も改善することが可能となる。
本実施例では、DMDパネルの場合について説明したが、液晶パネルの場合でも同様に行うことができる。
As in the present embodiment, the amplification of the video signal based on the light amount control is performed at the stage of the analog signal before being converted by the A / D converter. Therefore, even in an image with an improved dynamic range, it is possible to obtain a good image quality with little deterioration in gradation.
By applying the present invention to the DMD, in addition to improving the dynamic range, the signal level is extended to improve the granular image quality degradation due to binarization processing such as error diffusion on the low-luminance side peculiar to the DMD. It becomes possible to do.
In this embodiment, the case of a DMD panel has been described, but the same can be done for a liquid crystal panel.
図6は本発明の第3の実施例に係る光量制御部および信号ゲイン設定部のブロック図である。本実施例において、光量制御は、光変調素子に照射される光量を演算部にフィードバックして行う。
図6においては、入力端601より入力された映像信号に基づいて、輝度検出部602により輝度分布を算出し、照明光量演算部603により照明光量を算出する。次に光量制御量演算部604により光量制御量を算出し、照明制御装置608により照明609を駆動する。
FIG. 6 is a block diagram of a light amount control unit and a signal gain setting unit according to the third embodiment of the present invention. In the present embodiment, the light amount control is performed by feeding back the light amount irradiated to the light modulation element to the calculation unit.
In FIG. 6, the luminance distribution is calculated by the
照明光量検出センサ610では、照明609からの照明光の輝度を検出し、光量制御量算出部604およびゲイン算出部605へ与える。ゲイン算出部605では、設定する照明光量または検出した照明光量に応じて、パネルヘの書込みゲインを決定する。ゲイン部606では入力信号601を入力しゲイン算出部605で決定された係数に応じて、入出力特性を変化させる。信号処理部607では、各種の信号処理を行い、パネル駆動回路(例えば図1のパネルドライバ54)へ映像信号を送信する。
The illumination light
次に図7のフローチャートを用いて、処理/制御方法について説明する。
まず映像信号から決まる所望の照明光量(S701)と、照明光量検出センサから得られる現在の照明光量(S702)とを比較する。ここで、所望の照明光量が現在の照明光量より、大きいか否かにより、照明光量変化方向が決定される(S703)。次に時定数算出手段により1制御サイクルあたりの変化量が算出される。次に、各々の変化方向に対応した照明光量変化量を算出し(S705)、その変化量に応じた制御をモータに対して行う(S706)。次に、光量検出器で、再度、制御後の照明光量を検出し(S707)、S701に戻る。
S708では、制御後の照明光量から、現状の照明光量に適した信号レベルを算出し、信号に対する増幅率を決定し、光変調器へ書込むための信号に変換する(S709)。ここで、S703は破線で示すように、S706で決定された照明光量をもとにして行ってもよい。
Next, the processing / control method will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, the desired illumination light quantity (S701) determined from the video signal is compared with the current illumination light quantity (S702) obtained from the illumination light quantity detection sensor. Here, the illumination light quantity change direction is determined depending on whether or not the desired illumination light quantity is larger than the current illumination light quantity (S703). Next, the amount of change per control cycle is calculated by the time constant calculation means. Next, the illumination light amount change amount corresponding to each change direction is calculated (S705), and control according to the change amount is performed on the motor (S706). Next, the light quantity detector again detects the illumination light quantity after control (S707), and the process returns to S701.
In S708, a signal level suitable for the current illumination light amount is calculated from the controlled illumination light amount, an amplification factor for the signal is determined, and converted into a signal to be written to the optical modulator (S709). Here, S703 may be performed based on the illumination light amount determined in S706, as indicated by a broken line.
照明光を検出するためのセンサは、後述の実施例に示されるように、光変調器へ入射される光に比例した光を検知するために、光路内または漏れ光が検出できる位置に設定される。 The sensor for detecting the illumination light is set in the optical path or at a position where leakage light can be detected in order to detect light proportional to the light incident on the optical modulator, as shown in the examples described later. The
ここで、本例のようなフィードバック系を用いない場合は、S702で用いられる現在の照明光量を、S707にて前回設定した値とすれば、この制御フローを用いることができる。
ここで、時定数は、モータの動作速度や、モータに制御信号を与えてから制御信号に応じた動作を終了するまでの時間等から決められる。
Here, when the feedback system as in this example is not used, this control flow can be used if the current illumination light amount used in S702 is set to the value previously set in S707.
Here, the time constant is determined from the operation speed of the motor, the time from the application of the control signal to the motor until the end of the operation corresponding to the control signal.
本実施例によれば、照明光量を検出するセンサを用いて、フィードバック制御を行うことにより、照明の設定と信号増幅率の設定を精度良く行うことが可能となるため、表示画像の輝度を安定して制御できるという効果がある。 According to the present embodiment, by performing feedback control using a sensor that detects the amount of illumination light, the illumination setting and the signal amplification factor can be set with high accuracy, so that the brightness of the display image is stabilized. And can be controlled.
また、動作速度の遅いモータを使用した場合や、モータの制御に時定数などを用いて速度制御を行う場合には特に効果が得られる。 In addition, when a motor with a low operating speed is used, or when speed control is performed using a time constant or the like for motor control, the effect is particularly obtained.
図8は、本発明による信号処理装置を含む表示装置のブロック構成図である。この図は図1のDSP57に相当する部分および本実施例における制御に特に関連する部分を含んでいる。なお、本実施例では表示信号と光量制御タイミングの同期は図1のメモリ56とは別に設けた映像信号遅延部110で行うようにしている。本実施例では、LCD等の表示デバイスに照射される照明光量が表示デバイス上で一様に変調される場合について説明する。
FIG. 8 is a block diagram of a display device including a signal processing device according to the present invention. This figure includes a portion corresponding to the
図8において、101は映像入力端子、102はゲイン(ダイナミックレンジ)コントロール部、103は信号処理部、104はガンマ変換部、105はD/A変換器、106はLCDなどの表示デバイスであり、107は照明変調係数演算部、108は照明変調デバイスドライバ、109は照明変調デバイスである。また、110は映像信号遅延部、111は制御信号遅延部である。
In FIG. 8, 101 is a video input terminal, 102 is a gain (dynamic range) control unit, 103 is a signal processing unit, 104 is a gamma conversion unit, 105 is a D / A converter, 106 is a display device such as an LCD,
映像入力端子101より入力された映像信号は、照明変調係数演算部107に入力され、ここで、照明変調デバイスドライバ108へ出力される光量制御量、および、ゲインコントロール部またはガンマ部ヘ出力されるゲイン制御量を算出する。
The video signal input from the
図9を用いて、図8の照明変調係数演算部107内の動作ステップについて、説明する。図8の映像入力端子101より入力された映像信号は、照明変調係数演算部107に入力され、輝度分布算出部107−1により、輝度分布が演算される。ここで、輝度分布としては、1画面または複数画画の映像信号データの最大値、最小値、平均値、ヒストグラム等が算出される。
The operation steps in the illumination modulation
次に、照明光量算出部107−2において、輝度分布算出結果より、目標となる光量値を算出する。算出方法の詳細は、後述する。後述の「処理フロー1」および「処理フロー2」では、輝度の最大値を用いたフローについて説明し、「処理フロー3」では、輝度のヒストグラムを用いた方法について説明する。
Next, the illumination light quantity calculation unit 107-2 calculates a target light quantity value from the luminance distribution calculation result. Details of the calculation method will be described later. In “
次に、光量制御量算出部107−3において、目標光量値から、光量制御量を算出する。ここで、現在の光量値より目標となる光量値が大きければ、後述の時定数算出部により、予め決めた値だけ光量が大となるように、光量制御信号を決定し、逆に、現在の光量値より目標となる光量値が小さければ予め決めた値だけ光量が小さくなるように光量制御量を決定する。 Next, the light amount control amount calculation unit 107-3 calculates a light amount control amount from the target light amount value. Here, if the target light amount value is larger than the current light amount value, the time constant calculation unit described later determines the light amount control signal so that the light amount is increased by a predetermined value. If the target light amount value is smaller than the light amount value, the light amount control amount is determined so that the light amount is reduced by a predetermined value.
次に信号ゲイン演算部107−4では、前記光量制御信号により決まる光量に合わせて、映像信号のゲインおよびオフセットを決定する。ここで、照明光量×信号ゲインが常に一定となるように制御を行い、表示される映像の明るさが保たれる。 Next, the signal gain calculation unit 107-4 determines the gain and offset of the video signal in accordance with the light amount determined by the light amount control signal. Here, control is performed so that the illumination light quantity × signal gain is always constant, and the brightness of the displayed image is maintained.
前述の時定数設定部107−5により、光量の変化量が設定される。ここで、光量の変化率は一定でもよいし、目標値と現在値の差により変化させてもよい。但し、立ち下がり方向(照明光が暗くなる方向)では、光量の減少により、映像信号を増幅すれば、制御のスピードに関わらず、表示される輝度を再現することはできるが、立ち上がり方向(照明光を明るくする方向)では、照明光を明るくする速度が遅いと映像信号を変化させても、表示輝度を再現できない。よって本実施例では、立ち下がりの時定数よりも立上りの時定数を速くした。これにより急な白表示を再現できる。なお光量の変化率の設定方法には種々の方法があるが、ここでは一制御サイクルあたりの変化量によって変化率を設定した。 The amount of change in light quantity is set by the time constant setting unit 107-5 described above. Here, the change rate of the light amount may be constant, or may be changed depending on the difference between the target value and the current value. However, in the falling direction (the direction in which the illumination light becomes dark), if the video signal is amplified due to the decrease in the amount of light, the displayed brightness can be reproduced regardless of the control speed, but the rising direction (the illumination) In the direction of brightening the light), if the speed of brightening the illumination light is slow, the display luminance cannot be reproduced even if the video signal is changed. Therefore, in this embodiment, the rising time constant is made faster than the falling time constant. Thereby, a steep white display can be reproduced. There are various methods for setting the change rate of the light amount. Here, the change rate is set according to the change amount per control cycle.
立上り/立ち下がり方向は輝度変化方向検出手段により検出される。変化率を小さく設定することにより、急激な照明輝度の変化を行った場合に発生する、フリッカのように見える現象を抑制することが出来る。なお、本実施例に拠れば、特に光量を減らしていく方向には照明の制御スピードがあまり速くなくても、不自然に見えないことがわかった。 The rising / falling direction is detected by the luminance change direction detecting means. By setting the change rate to be small, it is possible to suppress a phenomenon that looks like flicker, which occurs when a sudden change in illumination luminance is performed. In addition, according to the present Example, it turned out that it does not look unnatural even if the control speed of illumination is not so fast especially in the direction which reduces light quantity.
また、本実施例では、照明の明/暗の方向がある程度安定しないとフリッカのように見えるという問題に対応するため、輝度情報から照明光量を算出するためのしきい値にヒステリシスを持たせ、立上り方向のしきい値と立ち下がり方向のしきい値を変える(立上りの方を大きくする)ことにより安定した制御を行う。 Further, in this embodiment, in order to cope with the problem that it looks like flicker if the light / dark direction of the illumination is not stabilized to some extent, the threshold value for calculating the illumination light amount from the luminance information is provided with hysteresis, Stable control is performed by changing the threshold value in the rising direction and the threshold value in the falling direction (increasing the rising direction).
また、検出された映像フレームが表示される時と、実際に光量が変わるまでには、時間的なずれが生じる。これを改善するために、本実施例でも、光量の変化と表示映像を同期させる。 Also, there is a time lag between when the detected video frame is displayed and when the light quantity actually changes. In order to improve this, also in the present embodiment, the change in the amount of light and the display image are synchronized.
そのため、映像信号遅延部110では、光量が変化するタイミングに同期させて演算に用いた画像を表示することができるように、映像信号を一時記憶したのち出力することにより遅延させる。
映像信号遅延部110は、フレームメモリ等を用いて実現することができる。
Therefore, in the video
The video
また、映像信号を遅延する代わりに、制御信号遅延部111により、制御信号を遅延させてもよい。この場合、算出した映像と実際に制御する映像に遅延が生じるが、フレームメモリなどを用いなくとも数個のフリップフロップなどの遅延素子で実現できるため、低コストで、光量の変化と表示映像の変化を合せることは可能である。
Further, instead of delaying the video signal, the control
以下に、本実施例による処理フロー例を示す。
映像信号を8ビットとした場合、その入力信号は0〜255の256階調となる。ここで、0を黒、255を白表示とする。
An example of the processing flow according to this embodiment is shown below.
When the video signal is 8 bits, the input signal has 256 gradations from 0 to 255. Here, 0 is black and 255 is white display.
[処理フロー1]
(1)RGB各色の1フレームまたは1フィールド内の最大値RMAX、GMAX、BMAXを算出する。
[Processing flow 1]
(1) The maximum values RMAX, GMAX, and BMAX in one frame or one field of each RGB color are calculated.
(2)RMAX,BMAX,GMAXの中で最も大きな値を最大輝度RGBmaxとすると、目標照明光量Ltg[%]は、
Ltg=RGBmax/255*100
となる。
(2) If the maximum value among RMAX, BMAX, and GMAX is the maximum luminance RGBmax, the target illumination light amount Ltg [%] is
Ltg = RGBmax / 255 * 100
It becomes.
ここで、実際の設定値は下記の様に目標照明光量は10段階とし、しきい値にヒステリシスを持たせる。
※立上り(照明光量を明るくする)の場合
RGBmax Ltg
230〜255 → 100%
204〜229 → 90%
179〜203 → 80%
以下同様
※立下り(照明光量を暗くする)の場合
RGBmax Ltg
220〜255 → 100%
194〜219 → 90%
169〜193 → 80%
以下同様
Here, the actual set value is 10 levels of the target illumination light quantity as described below, and the threshold value has hysteresis.
* In case of rising (lightening the illumination light) RGBmax Ltg
230-255 → 100%
204-229 → 90%
179-203 → 80%
Same as below * In case of falling (decreasing the amount of illumination) RGBmax Ltg
220-255 → 100%
194-219 → 90%
169-193 → 80%
The same applies to the following
(3)立上り(暗→明)の時の一制御サイクルあたりの光量変化量をDup、立下り(明→晴)の時の一制御サイクルあたりの光量変化量をDdnとすると、
目標照射光量と前回の設定光量とを比較し、目標照射光量が前回の設定光量よりも大きい場合は、設定照射光量を増加させる。このとき、目標照射光量と前回の照射光量の差が、Dupよりも大きいときは、一制御サイクルで目標照射光量まで光量を増加させることはせず、光量の増加はDupにとどめる。
また目標照射光量と前回の設定光量とを比較し、目標照射光量が前回の設定光量よりも小さい場合は、設定照射光量を減少させる。このとき、目標照射光量と前回の照射光量の差が、Ddnよりも大きいときは、一制御サイクルで目標照射光量まで光量を減少させることはせず、光量の減少はDdnにとどめる。
この制御プロセスを実行するプログラム例は以下のように表される。
(3) If the light amount change amount per control cycle at the time of rising (dark → light) is Dup, and the light amount change amount per control cycle at the time of falling (bright → clear) is Ddn,
The target irradiation light amount is compared with the previous set light amount. If the target irradiation light amount is larger than the previous set light amount, the set irradiation light amount is increased. At this time, if the difference between the target irradiation light amount and the previous irradiation light amount is larger than Dup, the light amount is not increased to the target irradiation light amount in one control cycle, and the increase in the light amount is limited to Dup.
Further, the target irradiation light amount is compared with the previous set light amount, and when the target irradiation light amount is smaller than the previous set light amount, the set irradiation light amount is decreased. At this time, when the difference between the target irradiation light amount and the previous irradiation light amount is larger than Ddn, the light amount is not reduced to the target irradiation light amount in one control cycle, and the reduction of the light amount is limited to Ddn.
An example program for executing this control process is expressed as follows.
(4)設定照明光量に対応したパルスモータの設定および信号ゲインの設定を垂直同期信号VDに同期して行う。
(5)上記(1)(2)(3)(4)を△T時間毎に繰り返す。
(4) The setting of the pulse motor corresponding to the set illumination light quantity and the setting of the signal gain are performed in synchronization with the vertical synchronizing signal VD.
(5) The above (1), (2), (3) and (4) are repeated every ΔT time.
ここで、△Tは、光量を制御する手段の動作速度、ここでは光量を変化させる偏向板を回転させるモータの動作速度にも依存するが、この処理フローでは、十分な速度を持ったモータを用いて、1フレーム間隔を制御サイクルとした。また、1フレームを複数フィールドで構成する場合はフィールド間隔であることが望ましい。 Here, ΔT depends on the operating speed of the means for controlling the light quantity, here, the operating speed of the motor that rotates the deflector that changes the light quantity, but in this processing flow, a motor having a sufficient speed is selected. 1 frame interval was used as a control cycle. In addition, when one frame is composed of a plurality of fields, the field interval is desirable.
[処理フロー2]
また、モータの動作速度がフレームレートに比べて遅い場合は、次のフローを用いることにより、光量制御を効果的に実現できる。
(1)前述の処理フロー1と同じ。
(2)前述の処理フロー1と同じ。
(3)設定光量Lw(n)=Ltg
(4)設定光量に対応したパルスモータの設定を行う。
[Processing flow 2]
Further, when the motor operating speed is slower than the frame rate, the light amount control can be effectively realized by using the following flow.
(1) Same as process flow 1 described above.
(2) Same as process flow 1 described above.
(3) Set light quantity Lw (n) = Ltg
(4) The pulse motor corresponding to the set light amount is set.
ここで、信号ゲインの設定は、パルスモータが設定値に到達するまでの期間中、照明光量の変化に合せて、垂直同期信号VDに同期して目標値までリニアに設定を繰り返す。
(5)パルスモータが設定値に到達した後に、上記1)(2)(3)(4)を繰り返す。
以上により、モータの動作速度が遅い場合も、表示輝度を一定に保つことが可能となる。
Here, the setting of the signal gain is repeated linearly up to the target value in synchronization with the vertical synchronizing signal VD in accordance with the change in the amount of illumination light during the period until the pulse motor reaches the set value.
(5) After the pulse motor reaches the set value, the above 1), (2), (3) and (4) are repeated.
As described above, the display luminance can be kept constant even when the motor operating speed is low.
[処理フロー3]
輝度分布のヒストグラムを用いた処理方法について説明する。
(1)入力信号は比較器のしきい値A0からA(n−1)によりn分割され、各々の範囲内の信号の数をカウントすることにより輝度分布が作成される。n分割したカウント数を各々C0〜Cnとする。ここで、A(n−1)>A(n−2)>…>A0である。
(2)次に輝度の大きい範囲から順に予め決めた個数より多いか否かを判断し、目的となる光量値を算出する。
[Processing flow 3]
A processing method using a histogram of luminance distribution will be described.
(1) An input signal is divided into n by comparator threshold values A0 to A (n-1), and a luminance distribution is created by counting the number of signals within each range. The counts divided into n are C0 to Cn, respectively. Here, A (n-1)> A (n-2)>...> A0.
(2) Next, it is determined whether or not the number is larger than a predetermined number in order from the highest luminance range, and a target light quantity value is calculated.
ここで、実際の設定値は下記の様に目標照明光量は10段階とし、しきい値にヒステリシスを持たせる。
※立上り(照明光量を明るくする)の場合
Here, the actual set value is 10 levels of the target illumination light quantity as described below, and the threshold value has hysteresis.
* In case of rising (lightening the amount of illumination)
ここで、比較値およびヒステリシス量△Hは、比較を行うカウント値ごとに変えてもよい。
(3)前述の処理フロー1または2と同じ
(4)前述の処理フロー1または2と同じ
(5)前述の処理フロー1または2と同じ
以上、本実施例によれば、目標照明光量をn分割し、照明光量の制御方向により、照明光量を決定するための判定値であるしきい値にヒステリシスを持たせることによって、しきい値近辺で、照明光量の変化が頻繁に起きる現象を無くし、安定した画像を得ることが可能になり、画質が更に改善される。
また、時定数設定部に、時間軸変化量制御、具体的には一制御サイクルあたりの光量変化を実質的に生じさせる時間を調整する機能を与えることにより、ランプに対する光量変化速度を制御(制限)することができるため、好適な表示が実現できる。
また、動作速度の遅い照明制御手段を用いることもでき、コスト的に有利である。
また、フリッカのような現象を抑制することが可能となる。
Here, the comparison value and the hysteresis amount ΔH may be changed for each count value to be compared.
(3) Same as process flow 1 or 2 described above (4) Same as process flow 1 or 2 described above (5) Same as process flow 1 or 2 described above As described above, according to the present embodiment, the target illumination light quantity is set to n By dividing and giving hysteresis to the threshold value that is the determination value for determining the illumination light amount according to the control direction of the illumination light amount, the phenomenon that the change in the illumination light amount frequently occurs in the vicinity of the threshold value is eliminated. A stable image can be obtained, and the image quality is further improved.
In addition, the time constant setting unit is controlled (limited) by providing a function to adjust the time axis change amount, specifically, the time to substantially change the amount of light per control cycle. Therefore, a suitable display can be realized.
In addition, it is possible to use a lighting control means having a low operating speed, which is advantageous in terms of cost.
In addition, a phenomenon such as flicker can be suppressed.
このように、入力された画像信号のレベル(分布、特性)に従い、照明光量を可変し、照明光量に合わせて映像信号のゲイン或いは電圧−輝度特性を変換する手段を持つことにより、表示される輝度を保ちながら、ダイナミックレンジを改善することが可能となった。 In this way, display is provided by changing the amount of illumination light in accordance with the level (distribution, characteristics) of the input image signal and converting the gain or voltage-luminance characteristics of the video signal in accordance with the amount of illumination light. The dynamic range can be improved while maintaining the brightness.
次に、本発明の第5の実施例について説明する。
図10は、本発明の5実施例に係る液晶プロジェクタの光学系の構成を示す図で、1はランプ用リフレクタ、2は発光管(ランプ)、3ははえの目インテグレータ、4はPS変換光学素子、5は照明光量変調器である。照明光量変調器5は、位相板もしくは偏光板が超音波モータに取り付けられている。6、24はリレーレンズ、7、9、11、12はミラー、8、10はダイクロミラー、13、14、15はフィールドレンズ、16、17、18は液晶パネル、19、20、21は偏光板、22はクロスプリズム、23は投射レンズである。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of an optical system of a liquid crystal projector according to a fifth embodiment of the present invention. 1 is a reflector for a lamp, 2 is an arc tube (lamp), 3 is a fly-eye integrator, and 4 is a PS conversion. An
図10により、液晶パネル16、17、18への照明光量が変調される原理を説明する。ランプ2より出射した光束25は、リフレクタ1に反射して、平行光束26となる。本実施例では、リフレクタ1の形状が放物型で平行光束へ変換されるが、リフレクタ形状を楕円型とし、集光光束へ変換しても良いことは言うまでもない。上記光束26は、はえの目インテグレータ3へ入射し、入射側はえの目のレンズ3aの各々は、液晶パネルと共役な関係となっている。このインテグレータ3により、ランプ2から出射した光束の分布は均一化され、また、ランプ2の発光領域ごとの色分布も同時に均一化される。
The principle by which the amount of illumination light to the
インテグレータ3を出射した光束は、無偏光光束であり、PS変換素子4により直線偏光光束へ変換される。これらのPS変換素子としては、例えば、偏光ビームスプリッタと1/2波長板から構成されるものを用いることができる。この方式の場合、P光とS光との比率は20:1以上が十分得られた。
The light beam emitted from the
この直線偏光光束が、偏光板もしくは位相板を連続的に回転するように構成された光学素子5を通過すると、液晶パネルへの照明光量が連続的に変わる。
When the linearly polarized light beam passes through the
光学素子5に偏光板を用いた場合、上記PS変換素子4通過後の直線偏光方向と偏光板の偏光子方向が平行配置のとき、偏光板での吸収表面反射成分約15%を除く光量(約85%)が透過する。
When a polarizing plate is used for the
上記直線偏光光束の偏光方向に対して、偏光板を回転すると、偏光板の偏光子方向への射影成分のみが透過するために、連続的に光量を落とすことができる。上記光学素子5に入射する直線偏光光束のPS比率が、20:1の場合、パネルへの照明光量を1/20まで変化させることができた。
When the polarizing plate is rotated with respect to the polarization direction of the linearly polarized light beam, only the projection component in the polarizing direction of the polarizing plate is transmitted, so that the amount of light can be continuously reduced. When the PS ratio of the linearly polarized light beam incident on the
上述の如く、PS変換素子4通過後、光束は直線偏光光へ変換され(部分直線変換もあり得る)、その後に直線偏光光が通過する偏光板を回転することにより、パネルへの照明光量を変更することができる。この偏光板の位置は、PS変換後であれば、基本的にどこでも良いが、光源に近い位置に配置すると光量が強く、偏光板自身が変質するので、離して配置することが望ましい。また、光源から離して配置することが難しい場合、サファイア製の偏光板を用いて耐光耐熱特性を高めることができる。
As described above, after passing through the
上記偏光板は超音波モータにより回転する。超音波モータ(USM)は、高速かつ回転角の制御性が良く、本目的の光量調整には好適である。
超音波モータの回転速度は、負荷トルクにも依存するものの1000〜5000rpmは、十分達成可能で、回転角90°(白黒変換に相当)に換算すると、3〜15msで照明光量は変更できる。映像信号が白から黒に急激に変化する場合はほとんどなく、光量変化が10%とした場合、必要な回転角は26°でその場合の照明光量変更速度は1〜5msと液晶の応答速度10〜20msより速い。回転精度に関しては、モータに取りつけられたエンコーダにより回転角を制御でき、±0.1°以下の精度が十分得られた。
The polarizing plate is rotated by an ultrasonic motor. The ultrasonic motor (USM) has high speed and good controllability of the rotation angle, and is suitable for the light amount adjustment for this purpose.
Although the rotational speed of the ultrasonic motor depends on the load torque, 1000 to 5000 rpm can be sufficiently achieved. When converted to a rotation angle of 90 ° (corresponding to black and white conversion), the amount of illumination light can be changed in 3 to 15 ms. The video signal hardly changes suddenly from white to black. When the change in light quantity is 10%, the required rotation angle is 26 °, and the illumination light quantity change speed in this case is 1 to 5 ms, and the response speed of the liquid crystal is 10 Faster than ~ 20ms. Regarding the rotation accuracy, the rotation angle could be controlled by an encoder attached to the motor, and an accuracy of ± 0.1 ° or less was sufficiently obtained.
モータとしては、超音波モータ以外にステッピングモータでも同等の速度と精度が実現可能である。
上記例は、後述する所望の照明光量を映像信号から算出し、その決められた照明光量を実現するための偏光板の回転角を計算し、その回転角になるように、モータを動かす方式である。
As the motor, a stepping motor other than the ultrasonic motor can achieve the same speed and accuracy.
In the above example, the desired illumination light amount described later is calculated from the video signal, the rotation angle of the polarizing plate for realizing the determined illumination light amount is calculated, and the motor is moved so as to be the rotation angle. is there.
次に、照明光量自身をモニタし、サーボをかけ、所望の光量に制御する方式について、図11を用いて説明する。図11の光学系は、図10のものに対し、ミラー7をハーフミラー1101に置き換え、ハーフミラー1101を透過した光を集光する集光レンズ1102と、その光量を検出する光量検出器1103を付加したものである。ハーフミラー1101は反射成分が99%、透過成分が1%とほぼ反射する構成で良い。したがって、パネルへの照明光量は、このハーフミラーでわずかに低下するが問題になるレベルではない。ハーフミラー1101からの透過光束は、集光レンズ1102を経て光量検出器1103に入る。
Next, a method of monitoring the illumination light amount itself, applying servo, and controlling it to a desired light amount will be described with reference to FIG. The optical system in FIG. 11 is different from that in FIG. 10 in that the
図11の光学系におけるパネルへの照明光量の制御方法を図12のフローチャートで示す。映像信号から算出された照明光量と現状の照明光量から次の照明光量をどのレベルに設定するかを決める。現状の照明光量をも勘案するのは、シーンの変化等により、輝度レベルが白から黒へ急速に変化した場合でも、それに急速に追従せず、数〜数10フィールドでゆるやかに変化させた方が、液晶パネル等の駆動等も容易であり、かつ、人間の目には異和感がなく見えるので、そのような場合に適応するためである。 The control method of the illumination light quantity to the panel in the optical system of FIG. 11 is shown with the flowchart of FIG. The level of the next illumination light quantity to be set is determined from the illumination light quantity calculated from the video signal and the current illumination light quantity. The current amount of illumination is also taken into account when the brightness level changes rapidly from white to black due to changes in the scene, etc., but it does not follow rapidly but changes slowly in several to several tens of fields However, it is easy to drive the liquid crystal panel and the like, and the human eye looks uncomfortable, so it is suitable for such a case.
上記照明光量のレベルが決まった後、その照明レベルになるように、モータを回転し、制御後の実際の光量を光量検出器1103で測定する。集光レンズ1102によりしぼられた光ゆえ、検出器自身は小型のpin型のもので足り、高速アンプと組み合わすことにより数10μsで光量検出ができる。この光量が所望のレベルになるように、モータを制御すれば、仮に、ランプ自身の光量変化が生じた時も、一定光量の照明が実現し、安定した画面が実現する。特にアーク長が1〜1.3mmと短く、プロジェクタエンジンの小型化に有効な超高圧水銀ランプやメタルハライドランプを用いる場合、ランプ2の発光領域の移動にともない、インテグレータ3に入射する光量が変化し、パネルへの実質照明光量が変動して表示性能を落とすことがあり、その解決が求められていたが、その有効な対策にもなり、表示性能を高める利点がある。
After the level of the illumination light amount is determined, the motor is rotated so that the illumination level is reached, and the actual light amount after control is measured by the
また、実際の検出した光量に対応した信号が計算され、液晶パネル等に書き込まれるために、照明光量を映像が白から黒へ変化する時はゆっくり、黒から白へ変化する時は速く切り替わるような駆動も可能になる。これにより、黒から白へ変化した時の白のピーク輝度の確保ができ、表示性能が向上するばかりでなく、モータの負荷も減り、消費電力のセーブも可能となり、また、モータの寿命も長くなる利点を有する。 Also, since the signal corresponding to the actual detected light amount is calculated and written to the liquid crystal panel etc., the illumination light amount is switched slowly when the image changes from white to black, and quickly when the image changes from black to white. Driving is also possible. This ensures white peak brightness when changing from black to white, improves display performance, reduces motor load, saves power consumption, and extends motor life. Has the advantage of
ここでは、偏光板の回転に超音波モータを用いており、高速でバックラッシュのない、静音性に優れた照明光量制御を行なっている。しかし、超音波モータ以外の他のモータでも利用可能であることは言うまでもない。 Here, an ultrasonic motor is used to rotate the polarizing plate, and the illumination light quantity control is performed with high speed and no backlash and excellent quietness. However, it goes without saying that other motors than the ultrasonic motor can be used.
前述の構成では、偏光板の回転により、照明光量の制御を行なったが、この偏光板の代わりに位相板を用いると光量ロスがほとんどなく、さらに高輝度プロジェクタとして適している。位相板としてλ/2板を用いると、PS変換素子4から出射される直線偏光光束に対して、λ/2板の回転角θとともに、λ/2板通過後の直線偏光光束の位相は2θ回転する。したがって、偏光板に対しλ/2板の回転角は半分でよく、より高速な光量変調が可能となる。回転した偏光光束の光量は、位相板でのロスは2〜3%しかなく、高輝度化にも優れている。液晶パネル手前の偏光板により、その傾影成分のみが液晶パネルに照明されるために、照明光量が変調可能である。
In the configuration described above, the amount of illumination light is controlled by rotating the polarizing plate. However, if a phase plate is used instead of this polarizing plate, there is almost no loss of light amount, which is more suitable as a high-intensity projector. When a λ / 2 plate is used as the phase plate, the phase of the linearly polarized light beam after passing through the λ / 2 plate is 2θ with respect to the linearly polarized light beam emitted from the
図10および11の光学系において、照明光量変調用光学素子(照明光量変調器)5を透過した光束はリレーレンズ6および24を介して、各色の液晶パネルへ照明される。ダイクロミラー8は青色を透過し、それ以外を反射する。ダイクロミラー10は赤色を透過し、緑色を反射する。この場合、16は青色用液晶パネル、17は緑色用液晶パネル、18は赤色用液晶パネルで、例えばTFTを用いて駆動するTN液晶パネルである。さらに、各画素にマイクロレンズを設けたものは、開口部での光のケラレが減少し、高輝度化が図れた。
In the optical system of FIGS. 10 and 11, the light beam transmitted through the illumination light quantity modulation optical element (illumination light quantity modulator) 5 is illuminated to the liquid crystal panel of each color via the
照明光量変調にともない、上記液晶パネルの駆動も新しい方式を用いる。この駆動方式に対しては、後述する。各色の液晶パネルで変調を受けた各色の光束はクロスプリズム22で合成され、投射レンズ23を介して写し出される。
Along with the illumination light amount modulation, the liquid crystal panel is also driven by a new method. This driving method will be described later. The light beams of the respective colors modulated by the liquid crystal panels of the respective colors are combined by the
図13は本発明の第6実施例を示す概略図である。図13において、メタルハライドランプやキセノンランプなどの光源1301から発せられた光は放物面リフレクタ1302により略平行光とされ、ミラー1303で反射後、集光レンズ1304を介してインテグレータ1305の前側端面(第1の端面)1305−1位置に光源像を形成する。この光源像の近くに、1310で示す絞りが設けられている。絞り1310を絞るとインテグレータ1305への入射光量を減少させることができる。インテグレータ1305に入射した光束は、一部はインテグレータを透過し、残りの一部は内部の反射面で1回から数回反射して後側端面(第2の端面)1305−2から出射する。
FIG. 13 is a schematic view showing a sixth embodiment of the present invention. In FIG. 13, light emitted from a
放物面リフレクタ1302と集光レンズ1304には、放物面リフレクタ1302の焦点距離をF3、集光レンズ1304の焦点距離をF4とする時、4≦F4/F3≦10(但し、F3は前記放物面リフレクタの底面から前記焦点までの距離)を満たすものを用いるのが良い。なぜならば、インテグレータ1305の前側端面位置1305−1に小さな光源像を形成することが出来るからである。インテグレータ1305からの光束は凸レンズ1306に入射し、RGBもしくはRGBW光のみ透過するダイクロフィルタ1311を透過し、反射鏡1307の近傍に光源1301の像を形成する。上記ダイクロフィルタは透過型の例を示したが、反射型を用いても有効であることは言うまでもない。反射鏡1307は投影レンズ1314の開口絞り1313の位置に配置されている。
When the focal length of the
図13において、インテグレータ1305からの光束は、反射鏡1307で反射されて平凸レンズ1308に入射し、平凸レンズ1308により略平行光とされて、光変調器であるDMDパネル1309を照明する。DMDパネル1309は、映像信号に応じて画素毎に入射光を散乱したり散乱しなかったりといった光変調を行なうことにより画像情報を形成する。前述した第5実施例の液晶表示パネルも同様の構成、機能を有するが、必要に応じて、別のタイプの液晶表示パネルを使用することも可能である。
In FIG. 13, the light beam from the
本実施例の光学系で重要なことは、インテグレータ1305の後側端面1305−2が凸レンズ1306と平凸レンズ1308とにより、DMDパネル1309上に結像されることである。インテグレータ1305の後側端面1305−2においては、インテグレータ1305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1305−2を凸レンズ1306と平凸レンズ1308とによりDMDパネル1309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1315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1305の後側端面1305−2の形状をDMDパネル1309の表示面とほぼ相似な矩形としてインテグレータ1305の後側端面1305−2を適当な倍率でDMDパネル1309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。
What is important in the optical system of this embodiment is that the rear end face 1305-2 of the
なお、図13では、レンズ1304とレンズ1306とレンズ1308が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、本明細書で「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。
In FIG. 13, the
DMDパネル1309で、画像信号に応じて変調された各色の反射光は、平凸レンズ1308により集光され、少なくとも一部の光束が開口絞り1313の開口部を通過し、投影レンズ1314を介してスクリーン1315上に投影される。この時絞り1313の開口部には、DMDパネル1309で正反射した光により光源1301の像と相似形な光源像が形成される。これは、光源1301とインテグレータ1305の前側端面1305−1と反射鏡1307と開口絞り1313が互いに共役な位置にあるからである。投影レンズ1314と集光レンズ1308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。
The reflected light of each color modulated in accordance with the image signal by the
本実施例は、図13に示すダイクロフィルタ1311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1310を変調すれば、第5実施例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1310を調整し、照明光量を変調することもできる。
This embodiment is a method of displaying RGB in a time-division manner by rotating the
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。 This configuration also has the advantage that the illumination light quantity can be modulated and the high dynamic range DMD can be further improved in high dynamic range with little cost.
上記実施例では、DMDパネルを例に説明したが、これは液晶パネルでも有効であることは言うまでもない。 In the above embodiment, the DMD panel has been described as an example, but it goes without saying that this is also effective for a liquid crystal panel.
図14は、本発明の第7の実施例に係る電気系のブロック図を示す。図14において、1400はDMD、1401はDMDドライバユニットである。ドライバユニット1401内部には、時分割等の信号変換処理部1402、メモリ1403、制御ユニット1404およびリセットドライバ1405を備えている。
FIG. 14 shows a block diagram of an electric system according to the seventh embodiment of the present invention. In FIG. 14, 1400 is a DMD, and 1401 is a DMD driver unit. The
信号処理に連動して、カラーフィルタシステム1406(図13の1311に対応)があり、回転の同期やサーボコントロール1407およびカラーフィルタ1408自身から構成されている。
In conjunction with signal processing, there is a color filter system 1406 (corresponding to 1311 in FIG. 13), which is composed of rotation synchronization,
絞り1409、電源ユニット1410、およびDMDドライバユニット1401はマイコン1462に接続されており、全体的に制御されている。
The
電源ユニット1410は、バラスト1411、電源1412、ランプ1413、ランプ用ファン1414、電源・電装基板冷却用ファン1415からなる。また、リモコンやボタンからなるユーザインターフェイスユニット1416は、リモコン1417、リモコンから発光するLED1418、ボタンやキー1419、およびスイッチ1420から構成されている。
The
音響系1421は、LVDSやTMDSといったデジタル信号I/Fの出力信号をD/A変換するD/Aユニット1422、音量(VOL)調整回路1423、アンプ1424およびスピーカ1425からなる。
The
モニタ機能1461としては、S端子1426、コンポーネントビデオ端子1427、コンポジットビデオ端子1428、デジタル放送の端子(D3)1429等が設けられている。
As the
一方、PCからのアナログ信号は、Dsub15ピン1430から入力され、位相調整1431およびPLL1432ならびにプリアンプ1433を介してA/Dコンバータ1434でディジタル信号に変換され、マルチプレクサ1435を介して、スキャンコンバータ1436に入る。
On the other hand, the analog signal from the PC is input from the
また、DTV用信号は、チューナ部1437、MPEGデコーダ1438を介して、スキャンコンバータ1436へ入る。通常のNTSCは、A/Dコンバータ1451でA/D変換後、スキャンコンバータ1436を介し入力される。また、DTV用信号およびNTSC信号から分離されたオーディオ信号はマルチプレクサ1452を介してLVDSインターフェースの送信部1455へ入る。スキャンコンバータ1436からのビデオ信号およびマルチプレクサ1452からのオーディオ信号はLVDSインターフェースの送信部1455および受信部1453を介して、フロントエンド1454および音響系1421に入る。フロントエンド1454の出力信号はDMDドライバユニット1401に入る。
Further, the DTV signal enters the
本構成により、オフィス用のフロントプロジェクタ、リアプロジェクタをして高画質が得られるだけでなく、コンシューマ用の大画面のリア、フロントのTVやホームシアター、ミニシアター等へも適用できる。 With this configuration, high-quality images can be obtained by using a front projector and a rear projector for offices, and it can also be applied to a large rear screen for consumers, a front TV, a home theater, a mini theater, and the like.
図14において、DTVチューナ部1463は、チューナ1464、SAWフィルタ1439、A/Dコンバータ1440、VSB復調器1441およびデミクサ1442を備えている。MPEGデコーダ1438は、ビデオデコーダ1443およびオーディオデコーダ1444を備えている。NTSCチューナ1445は、チューナ1446、SAWフィルタ1447、NTSC復調器1448、オーディオデコーダ1449およびA/Dコンバータ1450を備えている。
In FIG. 14, the
以上のように、本発明の実施例によれば、光変調器に照射される光量を調整する照明光量制御手段を設けたため、暗い画面は低光量で、明るい画面は高光量で照明することができ、結果として光変調器を一定光量で照明した場合よりも高いコントラストを実現することができる。 As described above, according to the embodiment of the present invention, since the illumination light amount control means for adjusting the light amount irradiated to the light modulator is provided, it is possible to illuminate a dark screen with a low light amount and a bright screen with a high light amount. As a result, it is possible to achieve a higher contrast than when the light modulator is illuminated with a constant amount of light.
本発明の実施例によれば、光源と光変調器との間に照明光量変調手段を設けたため、暗い画面は低光量で、明るい画面は高光量で照明することができ、結果として光変調器を一定光量で照明した場合よりも高いコントラストを実現することができる。 According to the embodiment of the present invention, since the illumination light amount modulation means is provided between the light source and the light modulator, a dark screen can be illuminated with a low light amount, and a bright screen can be illuminated with a high light amount. As a result, the light modulator Higher contrast than when illuminated with a constant amount of light can be realized.
本発明の実施例によれば、光変調器に照射される光を発生する光源を直接制御する照明光量変調手段を設けたため、暗い画面は低光量で、明るい画面は高光量で照明することができ、結果として光変調器を一定光量で照明した場合よりも高いコントラストを実現することができる。 According to the embodiment of the present invention, the illumination light quantity modulation means for directly controlling the light source that generates the light emitted to the light modulator is provided, so that a dark screen can be illuminated with a low light quantity and a bright screen with a high light quantity. As a result, it is possible to achieve a higher contrast than when the light modulator is illuminated with a constant amount of light.
本発明の実施例によれば、光量と信号増幅率を略反比例の関係で制御することにより、中間調における表示輝度を一定に保ちながら、高コントラストを実現することができる。 According to the embodiment of the present invention, by controlling the light amount and the signal amplification factor in a substantially inverse relationship, it is possible to achieve high contrast while keeping the display brightness in the halftone constant.
69:信号処理、68:スイッチ、67:A/D変換器、56:メモリ、57:DSP、58:TG、55:D/A変換器、54:パネルドライバ、16,17,18:液晶パネル、59:リモコン、60:制御パネル、63:マイコン、61:USMドライバ、62:USM、64:バラスト、66:電源、70:音声回路、73:スピーカ。 69: Signal processing, 68: Switch, 67: A / D converter, 56: Memory, 57: DSP, 58: TG, 55: D / A converter, 54: Panel driver, 16, 17, 18: Liquid crystal panel 59: remote control, 60: control panel, 63: microcomputer, 61: USM driver, 62: USM, 64: ballast, 66: power supply, 70: audio circuit, 73: speaker.
Claims (4)
入力表示信号に基づいて、1画面又は複数画面の輝度分布のヒストグラムを求め、該ヒストグラムに基づいて照射光量を算出する入力画像演算手段と、
算出された照射光量に基づいて表示信号の調整を行う調整手段と、
前記算出された照射光量に応じて、前記光変調素子に照射される光量を段階的に増加又は減少させる光量制御手段と、
前記光量を増加させる時の速度を、前記光量を減少させる時の速度よりも速くさせる時定数設定手段とを有し、
前記光量制御手段が、前記照射光量を所定の段階である第1の段階から1段階増加した第2の段階に増加させるときの前記ヒストグラムの度数に係る閾値と、前記第2の段階から前記第1の段階に減少させるときの前記ヒストグラムの度数に係る閾値とが異なるものであることを特徴とする表示装置。 In a display device that irradiates a light modulation element with light generated from a light source and constitutes a display screen with light transmitted or reflected from the light modulation element.
An input image calculation means for obtaining a histogram of luminance distribution of one screen or a plurality of screens based on the input display signal, and calculating an irradiation light amount based on the histogram;
Adjusting means for adjusting the display signal based on the calculated irradiation light amount;
A light amount control means for gradually increasing or decreasing the light amount irradiated to the light modulation element according to the calculated irradiation light amount;
Time constant setting means for increasing the speed when increasing the light amount faster than the speed when decreasing the light amount;
A threshold value relating to the frequency of the histogram when the light amount control means increases the irradiation light amount from the first step which is a predetermined step to a second step which is increased by one step, and the second step from the second step. A display device characterized in that a threshold value relating to the frequency of the histogram when decreasing to one stage is different.
入力表示信号に基づいて、1画面又は複数画面の輝度分布のヒストグラムを求め、該ヒストグラムに基づいて照射光量を算出するステップと、
算出された照射光量に基づいて表示信号の調整を行うステップと、
前記算出された照射光量に応じて、前記光変調素子に照射される光量を段階的に増加又は減少させるステップと、
前記光量を増加させる時の速度を、前記光量を減少させる時の速度よりも速くさせるステップとを有し、
前記照射光量を所定の段階である第1の段階から1段階増加した第2の段階に増加させるときの前記ヒストグラムの度数に係る閾値と、前記第2の段階から前記第1の段階に減少させるときの前記ヒストグラムの度数に係る閾値とが異なるものであることを特徴とする表示装置の制御方法。 In a control method of a display device that irradiates light generated from a light source to a light modulation element and configures a display screen by light transmitted or reflected from the light modulation element.
Obtaining a histogram of luminance distribution of one screen or a plurality of screens based on an input display signal, and calculating an irradiation light amount based on the histogram;
Adjusting the display signal based on the calculated irradiation light amount;
In accordance with the calculated irradiation light amount, increasing or decreasing the light amount irradiated to the light modulation element stepwise;
A step of increasing the speed when increasing the amount of light, faster than the speed when decreasing the amount of light,
A threshold value relating to the frequency of the histogram when the irradiation light amount is increased from the first stage which is a predetermined stage to a second stage which is increased by one stage, and a decrease from the second stage to the first stage. And a threshold value relating to the frequency of the histogram is different.
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