JP5294544B2 - 背面投射型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は背面投射型表示装置に関し、特に、色再現特性を測定し画像表示特性を制御する技術に関する。

従来より、スクリーン部材と投影装置との間に測光調整用の受光センサを設けた背面投射型表示装置が知られている（特許文献１）。この構成の概要について、図２４，２５を参照して説明する。

図２４は、このような背面投射型表示装置の構成の概要を示す図であり、図２４（ａ）はこの背面投射型表示装置１の上部切欠平面図、図２４（ｂ）は測光調整時の受光センサの配置位置を説明する図である。

この構成においては、図２４（ａ）に示されるように、装置本体８の内部のスクリーン部材７と投影装置９との間に可動式の受光センサ８１が設けられている。測光調整時には、図２４（ａ）、図２４（ｂ）に示すように、受光センサ８１は、投影装置９からの投射光が当たる位置に移動されて、投影装置９からの光を受光する。受光センサ８１で測光した光は、制御部（不図示）に入力され輝度や色調の均整度のデータ処理が行われる。制御部のデータ処理の結果に基づき輝度や色調の調整が行われる。なお、受光センサ８１は手動または電動により動作することができる。

図２５は、通常使用時の受光センサ８１の配置位置を示した状態図であり、図２５（ａ）は通常使用時のプロジェクタ装置１の上部切欠平面図、図２５（ｂ）は通常使用時の受光センサ８１の配置位置の説明図である。図２５（ａ）、図２５（ｂ）に示すように、背面投射型表示装置８の通常使用時は、投影装置９からの投射光が当たらない位置へ受光センサ８１を移動させて投影装置９からの光を遮るのを防止する。前述のように受光センサ８１の移動は手動または電動で行われる。
特開２００５−１７３４２４号公報

しかしながら、上記の構成に於いては、画面周辺部のみの測定が実施出来るのみであり、そのままでは画面全体のあるいは画面上の任意の位置について測定することが困難であった。特に、大画面で薄型の背面投射装置などでは、センサ位置を可動にすると寸法上又は構造上の制約からぶつかり合う可能性があり、実現が困難である。

このように、従来の構成においては、背面投射装置の表示デバイスや光源その他の要因による、表示画像の輝度、階調、色温度を含む色再現特性を、表示領域の全体にわたって測定することが困難だった。従って、画面内のむらに関して、ユーザーやサービスマンが、外部の測定装置を使用すること無く、適切に補正することができなかった。

本発明は上記問題に鑑みなされたものであり、背面投射型表示装置において、表示画面の任意の位置について輝度及び色再現特性を測定し、当該測定に基づいて表示特性を制御することを可能にする技術を提供することを目的とする。

本発明によれば、
光源からの光を変調し、投射光を出力する出力手段と、
１つ以上の光学部品を有し、前記出力手段から出力された投射光を結像させる結像手段と、
結像させられた前記投射光を表示するフレネルスクリーンと、
前記フレネルスクリーンからの反射光が集光する位置に設けられる、光線を検出する光検出手段と、
前記光検出手段において検出された前記光線に基づいて、前記出力手段による前記投射光の出力を制御する制御手段と、
を備え、
前記フレネルスクリーンの背面のレンズ溝は同心円状に配置され、当該同心円の中心は当該フレネルスクリーンの中央からずれた状態で配置され、前記光検出手段が設けられる位置は、前記反射光が当該フレネルスクリーンによって一定の距離において集光する位置であることを特徴とする背面投射型表示装置が提供される。

本発明によれば、背面投射型表示装置において、表示画面の任意の位置について輝度及び色再現特性を測定し、当該測定に基づいて表示特性を制御することを可能にする技術を提供することができる。

以下、添付図面を参照して本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成要素はあくまでも例示であり、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。なお、以下の実施形態の全ての図について、同一または対応する部分には同一の符号を付す。

＜＜第１実施形態＞＞
本実施形態では、フレネルスクリーンの反射光を利用して画像表示に係る情報を取得し、当該情報に基づき画像表示特性を制御する構成について説明する。

図１は、第１実施形態に係る背面投射型表示装置の構造を示す模式図である。図１のように、背面投射型表示装置は、以下の構成を備える。
・反射型表示素子（出力手段）１。
・色合成プリズム２。
・（画像）投射部９。
・第１のミラー３、第２のミラー４、第３のミラー５、第４のミラー６。
・スクリーン部７。
・筐体部８。
・光センサ部（光検出手段）８１。
・アクチュエータ部９１。
図１のように、投射部９には、反射型表示素子１、色合成プリズム２、第１のミラー３、第２のミラー４、第３のミラー５、アクチュエータ部９１が存在する。なお、色合成プリズム２、ミラー３〜６は光学部品として結像手段を構成する。

図２は、投射部９に含まれる、反射型表示素子１、色合成プリズム２、第１のミラー３の詳細な構成を示す模式図である。

図２のように、投射部９においては、光源からの光束Ｗ（white：白）は、クロスに組み合わされた２つのダイクロイックミラー２２２、２２１により、青光Ｂと緑及び赤（Ｇ＆Ｒ）の色光束に分離される。Ｂ光は全反射ミラー２２４にて光路を変えて、ビームスプリッター２２８に入光して偏光された後、反射型液晶表示パネル１にて光変調され、光合成プリズム２に入射される。

一方、ダイクロイックミラー２２２により反射された緑及び赤（Ｇ＆Ｒ）光は、ミラー２２３を介して、ダイクロイックミラー２２５に入射される。ただし、ダイクロイックミラー２２５は、赤光のみを通過し緑光（Ｇ）を反射する性質を有する。

ダイクロイックミラー２２５を通過した赤光は、ビームスプリッター２２７に入射されて、偏光された後、反射型液晶表示パネル１にて、光変調される。その後、光変調された赤光は、光合成プリズム２に入射される。

ダイクロイックミラー２２５にて反射された緑光（Ｇ）は、ビームスプリッター２２６において偏光された後、反射型液晶表示パネル１にて、光変調される。その後、光変調された緑光は、光合成プリズム２に入射される。

光合成プリズム２においては、赤、緑、青（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の、それぞれの反射型液晶パネル１において光変調を受けた画像光束が合成され、カラー画像となる。光合成プリズム２において合成されたカラー画像の光束は、投射用光学系の最初の反射ミラー３に入射される。その後、光束は、図１に示されるように後続の第２の反射ミラー４、第３の反射ミラー５、を介して、第４のミラー６にて反射され、スクリーン７に結像する。これにより、透過された投射像が表示面に映し出される。本実施形態に係る構成に於いて特徴的な点として、第３の反射ミラー５は、アクチュエータ部９１により、その反射角度の制御が可能である。

以上のような構成により、赤色、緑色、青色それぞれの表示素子１からの３色に対応したそれぞれの像光が、色合成光学系２により合成され、前記の光路を経てスクリーン７に映し出されることによって、反射型表示素子１からの画像が形成される。

図３は、スクリーン７における入射光及び反射光を模式的に示した図である。スクリーンは図３に示すように、フレネルレンズ板（フレネルスクリーン）７１と、レンチキラー板７２、場合によっては、ガラスやアクリル素材などの補強用透明部材７３を重ねて構成される。これにより強度が保持され、スクリーンたわみなどが防止される。

図４は代表的なフレネルレンズの断面を示す図である。図４のように、投射画像（入射光）は、フレネルスクリーン７１において表示装置の前面方向にほぼ平行光として出射される。レンチキラー板７２は外光カット及び投射画像の拡散の特性があり、コントラストと表示画像の明るさの改善効果及び視野角の確保の効果を持つ。本実施形態においては、フレネルレンズ７１は、筐体を薄く構成するため入射画像光束がスクリーン７に対して急な角度で入射することになる。このため、図５に示すように、光軸をずらした構成で使用する。図５は、フレネルレンズ７１の正面からのレンズ溝の配置の概要を示すイメージ図である。

上述のようにして斜め入射される光に対応する画像が、フレネルレンズ７１により正面に対して出射されレンチキュラー板７２を介して、スクリーン面上に表示される。なお、フレネルレンズ７１からは、入射して透過する画像光と、僅かに入射方向に反射する画像光が出力される。この画像光は、図３に示されるように、一定距離においてある程度まで集光する特性を持つ。本実施形態に係る構成においては、図１のように、スクリーン７の反射光は、ミラー６により反射され、図１のポイントＡの位置に集光する。

このため、本実施形態に係る構成においては、図１のポイントＡの位置に、ポイント測光センサ８１を備える。ポイント測光センサ８１は、Ｒ、Ｇ、Ｂと輝度測定用のＷのセンサを、至近配置して構成される。

本実施形態に係る構成においては、ポイント測光センサ８１において検出された反射光に基づいて画像の輝度、色度等の測定を行う。図６は、本実施形態における、画像表示及び測定の為の信号処理回路構成を示す回路ブロック図である。

図６において、１０１は画像信号入力部であり、表示する画像に対応する画像信号が入力される。１０２は表示画像信号処理部、１２０は輝度・色補正部である。１０１の画像信号入力部への入力信号はデジタル信号として以下説明を行う。アナログ画像信号の場合は１０２の表示画像信号処理部に於いて画像信号はＡＤ変換され以降デジタルデータとして扱われるものとする。１０３は画像表示手段である。１０４はテスト信号発生部である。１０５は補正信号発生部である。１０６は測定部・測定データ処理部である。１０７はマイクロコントローラ（以下、ＭＰＵ）部である。１０８はミラー駆動制御部である。８１は前記の測光センサである。９１はアクチュエータ部である。

通常、画像信号入力部１０１には表示する画像に対応する画像信号が入力され、表示画像信号処理部・輝度・色補正部１０２が入力された画像信号に基づいて画像表示手段１０３を駆動し、画像表示を行う。具体的には、図１を用いて説明したように投射光学系により、スクリーン部７に画像が投影される。測定モードの場合、テスト信号発生部１０４からの画像信号に切り換えて表示画像信号処理部１０２にテスト信号を入力する。テスト画像はスクリーン部７に投影され、同時に前記の説明のように、スクリーン部７から反射された反射画像が、背面部のポイントＡに設けられた測光センサ８１に集光される。これにより、測光センサ８１は、画像の中央部の測定が可能となる。図７は投射画像の測定ポイントを９ポイントとして、ａ〜ｉの名称を付けた図である。通常の投射表示状態においては、画像の中央部に対応する図７のポイントｅの反射光を測光センサ８１が測定する。

次に、測光センサ８１にて測定された測定値は、測定部・測定データ処理部１０６において、データ処理され、補正信号発生部１０５に入力される。同様にＭＰＵ部１０７は、予め決められた順に（例えばｅ→ｄ→ａ→ｂ→ｃ→ｆ→ｉ→ｈ→ｇ）、ミラー駆動部１０８の駆動信号出力により、アクチュエータ部９１を駆動して、二次元方向にミラー５を揺動させるように制御する。このように、ミラー５を揺動させることによって、図７に示されるａ、ｂ，ｃ、ｄ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉの各ポイントについても測定が可能となる。また、測光センサ８１からのセンサ出力は、順次測定データ処理部１０６において補正信号を発生するために適切なデータに変換されて、補正信号発生部１０５において補正信号が生成され、輝度・色補正部１２０に供給される。これにより、表示画像の輝度、色の階調やムラ、ホワイトバランス等の補正が可能となる。

上記の測定を行う場合、テスト信号発生部１０４、又は、表示画像信号処理部１０２において、輝度・色補正部測定ポイント以外の一部、又は、全部を、黒画像などにすることで、意図しない部分での投射画像の反射による測定誤差の発生を防ぐことができる。

図８は、表示画像の測定エリアと投射画像の関係を示す図である。例えば、図７のｉポイントの測定を行う場合、図８のｉ測定（斜線ゾーン）に示すような測定ポイント（センサ位置）と投射位置の関係となり、例えば、少なくとも図８の元画像枠以外の部分について黒表示とすることができる。この場合、測光センサ８１はＷの輝度測定用センサを少なくとも備えていれば、測光に基づいて輝度を測定することができる。この場合、測定データ処理部１０６において、それぞれのデータ処理を行うことができる。

または、例えば、Ｗ等の単一の測光センサを用いて、測定時の投射テストチャートを、順次赤色、緑色、青色と、切り換えて測定して、測定データ処理部１０６において、それぞれのデータ処理を行うように構成することもできる。或いは、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色専用の測光センサにより、精度良く、あるいは同時に取り込んで、測定するように構成することもできる。

テスト信号発生部１０４からのテスト信号の代わりに、外部からのテスト信号を、画像信号入力部１０１に入力して測定しても良いことは勿論である。または、図示しないが、測光センサ８１からの出力を、所定の信号処理を施した後、信号出力端子より、外部の例えばＰＣ（パーソナルコンピュータ）などの情報処理装置に出力し、当該情報処理装置において補正信号を生成するように構成してもよい。即ち、表示装置の補正信号発生部に情報処理装置から通信ケーブルなど、あるいはメモリ媒体などを介して入力するように構成してもよい。このような構成においても、同様の効果を得ることができる。

上記のように、本実施形態に係る構成においては、一点から放射された光を受けたフレネルスクリーンは、一点に集約する反射光を放射することに鑑み、この集約する点の近傍にセンサを設けることで、表示面の任意の点における光線を検出可能である。このため、本実施形態に係る構成においては、表示面の任意の点における光線に基づいて、画像の表示特性を適切に制御することが可能である。

なお、本実施形態では、第３のミラー５の角度を変動させることでフレネルスクリーン上の任意の点について測光をすることができる構成について説明したが、角度を変動させるミラーは第３のミラー５に限らない。例えば、第１のミラー３、第２のミラー４、第４のミラー６のいずれか、又は、ミラー３〜６のうちの２以上の組み合わせを動作させるように構成することができる。或いは、反射型表示素子１、又は、色合成プリズム２の角度を機械的に動かすようにしてもよい。

＜＜第２実施形態＞＞
第１実施形態に係る構成においては、図１のように、測光センサ８１はポイント状（点状）の形状を有していた。このため、第３のミラー５などの投射ミラーをアクチュエータ部９１により揺動させることによって、表示画面の複数ポイントの輝度、色特性を測定することが可能であった。

しかし、測光センサ８１は必ずしもポイント状のものを使用して構成する必要はない。例えば、図示しないが、線状に複数の測定素子を搭載したような、いわゆるラインセンサを用いてもよい。ラインセンサを用いた場合、アクチュエータ９１は、一次元方向への揺動動作のみで面上の任意のポイントの測定を行うことができる。従って、本実施形態に係る構成によれば、簡潔な構成のアクチュエータ９１を用いてフレネルスクリーン上の任意の点における光測定を行うことができる。

＜＜第３実施形態＞＞
第１，第２実施形態では、ミラーのいずれか等についてアクチュエータ９１によりその角度を変化させることにより、フレネルスクリーン上の任意の点について測光を可能にしていた。本実施形態では、背面投射装置の部品の機械的な動作を伴わずに、フレネルスクリーン上の任意の点についての測光が可能な構成について説明する。

図９は、第３実施形態に係る背面投射型表示装置の構造を示す模式図であり、背面投射装置の筐体を横から見た断面図である。図１と同様に背面のポイントＡにフレネルスクリーン７１からの反射光が面上に照射される。ただし、本実施形態に係る構成においては、ポイントＡに図１０に示すようなミラー５５が設けられている。このミラー５５は、図１０に示されるように、非球面あるいは自由曲面構造を有する。図１０のように、ミラー５５は反射形状を有するため、ポイントＳに測光センサ８１を配置することで、ポイントＡの画像範囲の全ての範囲について、測光センサ８１に集光することができる。

測定時は、信号発生器によって、全体を黒画像として、測定するポイントの範囲の特定形状において、三原色を順番にあるいは白信号と信号を発生させて測定を行う。これにより、ミラーを動作させることなくポイントＡの画像範囲の全体を測定することが可能となる。従って、ポイントＡに十分な大きさを有するミラーを設置することで、背面投射装置の部品の機械的な動作を伴わずに、フレネルスクリーン上の任意の点についての測光が可能である。

＜＜第４実施形態＞＞
第１〜第３実施形態においては、フレネルスクリーンからの反射光を利用して測光を行う構成について説明した。本実施形態では、スクリーン７に投射される光をミラーにより直接反射させ、この光に基づいて測光を行う構成について説明する。

図１１は、第４実施形態に係る背面投射装置の断面図による構造図である。筐体８は、その中に第１実施形態で説明した投射部９、反射ミラー６、スクリーン部７を備える。ただし、第１実施形態と異なり、ミラー５は固定状態で構成される。また、第１実施形態と異なり、スクリーン７内側に微小ミラー（以下、測定用ミラー）５１を１つ備える。

図１２は、背面投射型表示装置のスクリーン７を内側から見た様子を示す図である。上記の測定用ミラー５１は、水平方向に可動させる水平キャリッジ７５により、水平位置を変化させることが可能である。また、水平方向キャリッジ７５は、さらに垂直方向に可動させる垂直キャリッジ７６により、垂直方向へも移動可能である。測定用ミラー５１は、台座７５４上において投射部からの光束を、図１１に示される位置に取り付けられた測光ポイントセンサ８１に対して反射させる。

図１３は測定用ミラー５１の形状を示す模式図である。図１３に示す様に、測定用ミラー５１は、扁平凹面鏡であり、移動範囲全体に於いて投射光を測光センサに集光することができる。上記のように、移動手段としての、水平キャリッジ７５及び垂直キャリッジ７６は、例えば、図１４Ａに示すように、レール機材７５１の上に張られたタイミングベルト７５３を介して９１のモーターにより駆動されて走査する。ただし、７５２はプリ・ギア、７５４はミラーの台座であり、モータ９１は１つのプリ・ギア７５２と力学的に連動して回動する。

図１４Ｂは、本実施形態における背面投射型表示装置の上面図である。ミラー５１と測光センサ８１の測定ポイントの例を示すものである。スクリーン７１の内側に沿って直線ＭＮ上に水平キャリッジ７５が配置され、ミラー５１が(a),(b),(c)にそって走査する。実際には図の水平キャリッジ７５とミラー５１の間には前述の垂直キャリッジ７６が図１２に示されるように組み込まれ走査することは勿論である。

図１５は、本実施形態における表示特性の補正に係る回路ブロック図である。図１５において、１０１は画像信号入力部であり、表示するための画像信号が入力される。１０２は表示画像信号処理部、１２０は輝度・色補正部である。１０３は画像表示部である。１０４はテスト信号発生部である。１０５は補正信号発生部である。１０６は測定部・測定データ処理部である。１０７はマイクロコントローラ（以下、ＭＰＵ）部である。１０８はミラー駆動制御部である。５１は微小ミラーである。８１は前記測光センサである。９１はアクチュエータ部である。

通常、画像信号入力部１０１には表示する画像に対応する画像信号が入力され、表示画像信号処理部・輝度・色補正部１０２により画像表示部１０３を駆動して画像表示を行う。図１を用いて説明したように、投射光学系によりスクリーン部７に画像が投射されて画像が表示される。

測定モード起動により、ＭＰＵ部１０７において予め決められた手順により、ミラー駆動部１０８の駆動信号を出力するように制御し、アクチュエータ部９１を駆動して、二次元方向に５１の微小ミラーを移動走査させる。更に、その移動走査と同期するようにテスト信号発生部１０４よりテスト信号を発生させる。微小ミラー５１は、画面のａ、ｂ，ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉの各ポイントを通過するように順次走査される。このとき、ミラーの凹面の集光効果により、走査対象がどの位置にあっても測光センサ８１に反射集光される。

このように、本実施形態に係る構成によれば、図７に示されるａ、ｂ，ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉのポイントにおいて、測光センサ８１による測定が可能となる。測光センサ８１からのセンサ出力は順次測定データ処理部１０６に入力され、測定データ処理部１０６には、入力されたセンサ出力に基づいて適正なデータ処理を行う。補正信号発生部１０５は、測定データ処理部１０６においてデータ処理されたデータに基づいて補正信号を生成し、輝度・色補正部１２０に供給する。輝度・色補正部１２０は、表示画像の輝度、色の階調やムラ、ホワイトバランス等の補正を行い、画像表示部１０３からの画像を補正する。このように、本実施形態に係る構成によれば、スクリーン７に表示する表示画像を適正な輝度、色又各々の階調などを補正することができる。

なお、本実施形態では、微小ミラー５１を凹面の集光効果を持つ曲面ミラーとして説明したがこれに限られない。例えば、微小ミラー５１を平面ミラーとして構成し、画面のａ、ｂ，ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉの各ポイントに沿って、ミラーの反射角度をアクチュエータ部９１によって制御してもよい。このような構成においても、固定ポイントの測光センサ８１での測定が可能になることは勿論である。なお、この場合、ミラー角度はＭＣＵ（マイコン）１０７からの制御信号により、ミラー位置と連動して制御されるようにすることができる。この場合、ＭＣＵあるいは隣接して接続されたメモリに該ミラー位置と角度の関係をデータ及びプログラムとして記憶させておき、制御を行う。

上記のように、本実施形態に係る構成では、スクリーン７に投射される光をミラーにより直接反射させ、この光に基づいて測光、及び、画像の色等について補正する処理を行う。このため、本実施形態に係る構成によれば、正確な光情報に基づいて画像表示特性に係る適切な補正を行うことが可能である。

＜＜第５実施形態＞＞
第１〜第４実施形態では、ミラー等を用いて投射光又はフレーネルレンズの反射光を光センサに導き、光を検出していた。本実施形態では、スクリーン７の内側に画質に影響しない微小な光センサを複数設置し、当該光センサによって測光を行う構成について説明する。

図１６Ａ、１６Ｂは、第５実施形態における背面投射装置の構造図である。図１６Ａは横の断面図であり、図１６Ｂは上面からの透視図である。本実施形態に係る背面投射装置は、筐体８と、スクリーン７と、投射部９、スクリーン７の内側に配された、測光センサ部８１から構成される。投射構成は第１実施形態に係る構成と同様であるが、本実施形態においては、各ミラーは固定されている。なお、測光センサ部８１は、図１６Ａにおいて直線Ｍ−Ｎ間に配置される。

図１７は、センサ部７５を背面投射表示装置の内側よりスクリーン７側を見た図である。図１７に示すように、センサ部７５は、格子状に設けられた配線と、配線の各交点に取り付けられた微小な測光センサから構成される。各格子状配線は画面エリア外に引き出されて切り換え回路を有する信号処理部に接続される。図１８は、測光センサ部８１の接続を回路記号で示す図である。

図１７と１８に示されるように、測光センサ部８１においては複数の微小測光センサ８２が、格子状に配されており、微小測光センサ８２は微細線により接続され、画面の周囲にそれぞれ引き出される。微小測光センサ８２は、例えば、フォトダイオード等を使用して構成することができる。

以下、図１９を参照して、測定及び補正動作の説明を行う。図１９は、本実施形態に係る回路構成を示す回路ブロック図である。回路ブロックを示す図１９のように、測光センサ部８１においては、切り換え回路７６及び７７においてスイッチを切り換えることにより、所望とする微小センサ８２を選択して測光可能となる。

上述の引き出された端子は、スイッチアドレスデコーダ付きの切り替えスイッチ部７６及び７７において、測定データ処理部１０６からのデジタル切り換え制御信号により切り換えられ、必ず１つの測光センサ８２が選択される。選択された測光センサ８２は、電流電圧変換部７８に接続され、後段のＡＤコンバータ７９によってデジタイズ（デジタル化）される。デジタル化された測光値は、後段の測定データ処理部１０６に於いて、温度特性の補正、各センサ間特性の補正が行われ、正規化された測光データ値として処理される。正規化された測光値は、後段の補正信号発生部１０５に入力される。補正信号発生部１０５は、各センサ間データに基づいて、画面エリア全体の補正データを、例えば、水平・垂直方向及び階調方向の補間処理によって生成し、輝度・色補正部１２０に供給する。輝度・色補正部１２０は入力された補正データに基づいて補正を行う。

実際の測定においては、図示しないが例えば表示装置の操作部よる操作に応じて、ＭＣＵ（マイコン）部１０７は、キャリブレーションモードになるよう制御する。そして、テスト信号発生部１０４からのテスト信号によって赤、緑、青の各色のテスト画像及び白と黒画像を１０３の画像表示部に表示して測定を行うことができる。この場合、表示画像信号処理部１０２において、テスト信号発生部１０４のテスト信号を選択し、上記測定及び補正値の設定を行う。そして、入力画像信号を表示する場合、上記測定及び補正値の設定を終了して、図示しないが表示画像信号処理部１０２において、画像入力端子１０１からの、入力画像信号を選択して表示する。また、前記テスト信号発生部１０４からのテスト信号により、導き出された補正信号は、１０５の補正信号発生部に於いて、メモリ（図示しない）に記憶され、少なくとも次のキャリブレーションまで、表示画像の補正を持続する。また、メモリに不揮発性メモリを使用すれば、装置の電源を一旦切って再び電源を投入した段階でも、補正値は保持され補正に用いる事ができる。また、上記不揮発性メモリは１０５の補正信号発生部ではなく、ＭＣＵ部１０７のメモリを使用して、ＭＣＵ部の処理により、１０５の補正信号発生部のメモリにデータを供給しても同様の補正を行うことができる。

以上のように、本実施形態に係る構成においては、背面投射型表示装置のスクリーン内側の、直接スクリーンに結像しない距離に、画表示エリア範囲にわたって複数の測光センサ８２を配列する。そして、当該測光センサ８２により、各ポイントの各色及び黒色の測光を行う。この測定値は、データ処理部１０６において正規化され、補正信号発生部１０５において補正信号の生成に用いられる。輝度・色補正部１２０は、該補正信号に基づいて表示特性の補正を実行する。

このように、本実施形態に係る構成においては、ミラー等を用いて光を光センサに導くことなく、光センサが投射光を直接検出することを可能にしている。

尚、前記テスト信号発生部１０４からのテスト信号は、また各信号の階調を表す中間レベルの信号もそれぞれ表示して、補正データを生成して補正することも勿論可能である。また、本実施形態においては、測光センサ８２を、画面を格子状に分割した各ポイントに整列して配置し、テスト信号を各色毎に表示する事により、各色ごとの表示特性を測定した。しかし、前記測光センサ８２を、前記画面を格子状に分割した各ポイントに、例えば赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）の分光感度を備えた、各測光センサを配置して、各々配線を行ってもよい。その場合、前述のスイッチアドレスデコーダ付きの切り替えスイッチ部７６及び７７において、測定データ処理部１０６からのデジタル切り換え制御信号により適切に切り換え、順次測定を行う。これにより、テスト信号発生部１０４の測定用のテストチャートの簡易化や柔軟化が可能となり、測定の時間迅速化、結果の高精度化が可能となる。また、センサに例えば赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）の分光感度を備えた、各測光センサを等しい間隔で順に配列して、測光しても良い。

＜＜第６実施形態＞＞
上記の実施形態においては、画像表示特性に係る補正を行うために専用のテスト信号を投射する必要があった。本実施形態では、専用のテスト信号を表示出力することなく、通常の画像表示に係る使用おいて画像表示特性に係る補正が可能な構成について説明する。

図２０は本実施形態の回路構成を示す回路ブロック図である。本実施形態に係る構成に於いては、第５実施形態に係る構成と同様に、図１６に示される背面投射表示装置のスクリーン７の内側に以下の構成を備える。
・格子状に複数配列された測光センサ８２及び配線。
・スイッチアドレスデコーダ付きの切り換えスイッチ部７６及び７７。
・電流電圧変換部７８。
・ＡＤコンバータ７９。

尚、測光センサ８２は、第５実施形態に係る構成と同様に、例えば赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）の分光感度を備えた、各測光センサを配置しても測定可能である。ただし、便宜上以下の説明に於いては、同一構成のセンサ部８１が３色分備えられている前提で説明する。

本実施形態に係る構成においては、図２０の回路構成により、第５実施形態に係る構成とは異なる新たな測定手法が実現される。図２０において、画像信号入力部１０１には、視聴用の表示画像信号が入力される。説明を容易にする為に、入力画像信号の画像について図２１Ａ〜２１Ｄを参照して説明する。図２１Ａ〜２１Ｄは、画像判定と測定エリアの関係を示す画像信号の模式図である。

図２１Ａに示すように、本実施形態では、視聴用の画像は画面のやや左上の位置に黄色の円を持つチャートであるとする。図２１Ｂは、図２１Ａに示すチャートに格子状に２４個の四角の枠を示したものである。この２４個の四角枠は、測定用の測光センサ８２の位置を表すもので、Ａ０〜Ｄ５までの２４個の測定可能点を示し、また、各ポイントにおける測定範囲を示す。これら２４個の四角枠は、説明の便宜上描いたマークであり、表示装置への画像信号として存在するものでは無い。

次に、画像信号入力部１０１に入力された画像信号は、表示画像信号処理部１０２、輝度・色補正部１２０を介して、画像表示部１０３に入力され画像表示される。本実施形態においては上述の実施形態に係る構成と同様、図２に示されるような３枚の反射型液晶表示デバイス１により、カラー画像を表示投射して、画像信号に対応する画像がスクリーン７に表示される。スクリーン７に表示される画像光は、スクリーン７への結像しない、或いは、画像として認識困難な位置に設けられた複数の測光センサ８２において測光される。具体的には、図２１Ｂを参照して説明したように、表示画像のＡ０からＤ５までの２４個の測定可能点において測光される。

本実施形態に係る構成においては、第５実施形態と同様に、測定データ処理部１０６からの測定アドレス指定データに基づき、スイッチ回路７６及び７７を切り換えることにより測光する測光センサ８２を選択して、測光を行う。検出光は、測光センサ８２において電流値として検出され、電流電圧変換回路７８を介して後段のＡＤコンバータ７９に供給され、デジタイズ（量子化）される。そして、量子化されたデジタルデータは測定データ処理部１０６に入力される。

このようにして、表示画像のＡ０からＤ５までの２４個の測定可能点の測光データが、測定データ処理部１０６からの測光センサ選択信号に基いて入力される。一方、前記の画像信号入力部１０１に入力された、画像チャート（図２１Ａ）の画像信号は、表示画像信号処理部１０２において、赤（Ｒ）、青（Ｇ）、緑（Ｂ）の信号成分として、判定位置画像抽出部１２２に入力される。判定位置画像抽出部１２２においては、赤（Ｒ）、青（Ｇ）、緑（Ｂ）の入力画像信号に基づいて、前記Ａ０からＤ５までの２４個の各測定可能点において、測光可能か否かを判定する。即ち、該画像情報に係る補正に用いるためのデータを測定可能であるか否かを判定する。具体的には、各センサ８２の測定可能領域の範囲内において、画像信号の輝度情報及び色情報が水平及び垂直方向に変化していないか否かに基づいて、測定可能点の各位置において測光可能な条件にあるかどうかを判定する。画像信号の輝度情報及び色情報が水平及び垂直方向に変化していないか否かとはつまり、輝度情報及び色情報が一様であるか否かである。輝度情報及び色情報が一様である場合は、画像情報に係る補正に用いるためのデータとして適当であり、一様でない場合は適当でないと判定する。具体例としては前記表示画像信号処理部１０２において、入力画像信号を赤（Ｒ）、青（Ｇ）、緑（Ｂ）の信号成分とする。そして、各信号の上記センサ位置に該当する、水平、及び垂直方向のそれぞれのタイミングにおいて、信号の値に変化があれば一様でない、変化がなければ一様であると判定できる。

例えば、図２１Ｂのように、１つの測光センサ８２の測定範囲が、Ａ０からＤ５までの２４個の四角の範囲で示されるような位置、及び範囲である場合を想定する。この場合、入力されている図２１Ａに示される画面やや左上に表示される円において、測定が可能なのは、そのセンサの領域内に円弧が含まれないセンサと判定する。例えば、図２１Ｂのように円及びセンサが配置されている場合、測定可能なセンサは、図２１Ｃに示すように四角形の領域内で画像が変化していない、黒表記で示した１Ｃ及び２Ｃ以外の各点と判定する。従って、０Ａ〜５Ａ、０Ｂ〜５Ｂ、０Ｃ、３Ｃ〜５Ｃ、０Ｄ〜５Ｄの測定点に関しての測定データを有効とする。

尚、水平方向の信号変化は画像サンプリング単位で１クロック前の画像データとの差分を検出する事により検出可能である。そして、垂直方向の信号変化は１ラインメモリにより１ライン前の画像データ値と現画像データ値の差分を検出する事により検出可能である。検出誤差を考慮して、例えばスレッショルド（閾値）レベルを適度に設定して、規定値以上の検出値において、変化検出信号を得る。そして、この変化検出信号により、判定位置画像抽出部１２２における有効点の赤（Ｒ）、青（Ｇ）、緑（Ｂ）の画像信号データを後段の測定データと判定画像比較部１２１に供給するように作動する。また、該当する判定位置画像抽出部１２２における有効点（測光センサ位置）に該当するアドレスデータを同時に出力する。

測定データと判定画像比較部１２１は、判定位置画像抽出部１２２からの表示画像の有効サンプル（測定）点に対応する表示データと測定データ処理部１０６からの前記測光センサ８２からの測定データから導き出される表示データとを比較する。ただし、表示データには、前記赤（Ｒ）、青（Ｇ）、緑（Ｂ）の信号成分の色度データや輝度データ等が含まれる。そして、当該比較に基づいて、図２１Ｃに示す、０Ａ〜５Ａ、０Ｂ〜５Ｂ、０Ｃ、３Ｃ〜５Ｃ、０Ｄ〜５Ｄの各点について、順次に演算処理若しくは回路処理により比較データを導き出す。そして、この比較データを、補正信号発生部１０５に供給する。ここで、変化検出信号を測定データと判定画像比較部１２１にさらに供給して比較動作の選択を行っても同様の比較信号が得られるものである。

補正信号発生部１０５は、前記のサンプル（測光）点間における補正データの相関をとり、サンプル（測光）点間における補正データを補間補正して、補正信号を発生する。補正信号発生部１０５は、上記のように画面の補正を行う為の補正データを少なくとも測光センサ単位で記憶する、補正データメモリ（不図示）を備える。そして、測光センサ８２の測定データが有効と判断された場合、即ち、測定データと判定画像比較部１２１から有効な比較データが出力された場合に、補正データメモリの該当するアドレスの補正データを、逐次書き換える。このアドレスは判定位置画像抽出部１２２におけるデータ有効点（測光センサ位置）に該当するアドレスデータを補正信号発生部１０５に供給してこのデータにより選択される。輝度及び色補正部１２０では、上記補正データに基づいて、赤（Ｒ）、青（Ｇ）、緑（Ｂ）の画像信号の補正を行い、画像表示部１０３の表示画像を補正して、表示装置の階調及び輝度、色の表示画面内の補正を行う。

上記のように、本実施形態に係る構成においては、個々の測光センサ８２について、その測定可能範囲において入力信号を解析する。そして、表示する画像信号が一様と判定される場合にのみ、画像表示特性に係る補正に用いうるデータとして、測光センサ８２により測光されたデータを利用する。このため、本実施形態に係る構成によれば、通常の使用においても専用のテスト信号を入力して視聴する画像表示を中断すること無く、入力画像信号の測定可能なポイントを検出することができる。従って、通常の使用において、画像表示特性に係る補正に有効なデータを検出し、測定ポイントの測定データと、入力画像信号の表示すべき輝度値、色度値とを比較して、画像表示特性に係る補正を実行することができる。

＜＜第７実施形態＞＞
通常の画像表示に係る使用おいては、実際に入力される画像は、例えば、パン・チルト・ズーム等により撮像条件が変化したり、或いは、被写体が動いたりする等、動きを伴うことが多い。本実施形態では、入力画像に動きがある場合においても通常の使用において画像表示特性に係る補正が可能な構成について説明する。

入力画像信号をフレームメモリに入力する。ただし、入力画像信号がアナログ信号の場合はデジタル変換して、入力画像信号がデジタル信号の場合はそのまま、フレームメモリに入力する。フレームメモリは各フレームに係るデータを保持するものであり、フレームが更新される毎に事前に保持されたフレームデータを出力し、比較段において差分を検出する。これにより画像の動きによる測定データの不定点を検出する。つまり、本実施形態に係る構成においては、フレーム間において光信号が変化していないポイントについて、そのポイントでセンサにより検出された光信号の測定値を、画像補正のためのデータとして用いる。

第６実施形態と同様に、全体構成は図１６、表示（スクリーン）部構成は図１７、センサ構成は図１８記載の装置構成と同様であるが、回路構成が相違する。以下、ここでは説明を簡略化するために、図２１Ｄに示すように、入力画像において円チャートが、例えば、右に移動している場合を想定する。例えば、図２１Ｄにおいては円チャートの動きにより、第６実施形態に例示した測定不能な点１Ｃ及び２Ｃに加え、１Ｂ、３Ｂが測定データとして使用できないことになる。

本実施形態に係る回路構成は、図２２に示される。図２２の回路構成図において、画像信号入力部１０１より、画像信号が入力さる。そして、画像信号は第６実施形態と同様に、表示画像信号処理部１０２に供給され、後段の輝度・色補正部１２０に入力され輝度色の補正され、表示画像信号として、画像表示部１０３に供給され表示される。一方、表示画像信号処理部１０２は、赤（Ｒ）、青（Ｇ）、緑（Ｂ）の画像信号を出力し、１２２の判定位置画像抽出部に入力する。そして、判定位置画像抽出部１２２は、各測光センサ８２による測光が可能かどうかの判定を、入力された赤（Ｒ）、青（Ｇ）、緑（Ｂ）の画像信号より行う。同時に、表示画像信号処理部１０２は、赤（Ｒ）、青（Ｇ）、緑（Ｂ）の画像信号を出力し、動き検出部１２３に入力する。動き検出部１２３の内部構成に関しては、図示しないが、少なくとも1フレームメモリ回路と、フレーム間画像比較回路（引き算機能）を備える。動き検出部１２３は、入力画像信号に対して、１フレーム前の画像を記憶し、フレームメモリより再生する。１フレーム前の画像と、入力画像信号との差分値をフレーム間画像比較回路により検出する事により、画像の変化、即ち、動きを検出する。尚、動き検出の比較フレーム期間は、複数フレームに渡って検出してもよい。検出された動き検出信号は、判定画像抽出部１２４に供給される。

図２２に示される判定画像抽出部１２４においては、測光センサ８２の検出領域内の画像信号に変化のある部分を除外する。それと同時に、動き検出部１２３に於いて検出された、画像の動き部分、つまり時間的に変動のある測光エリアに該当する部分の画像信号をさらに除外する。

図２１Ｄ記載のチャートに関しては、０Ａ〜５Ａ、０Ｂ、２Ｂ、４Ｂ、５Ｂ、０Ｃ、３Ｃ〜５Ｃ、０Ｄ〜５Ｄの各点の画像データを、測定データと判定画像比各部１２１に供給する。一方、測定データ処理部１０６への測定センサ部からの測定データは、測定データと判定画像比較部１２１のもう一方の入力に入力される。

測定データ処理部１０６からの測定データは、画像表示されるまでの遅延時間と、センサ８２及び測定回路８１及び７７、７６等によるセンサ切換え計測遅延時間等が含まれている。測定データと判定画像比較部１２１は、動き検出の為のｎフレーム分の時間遅延と、前記のセンサ出力までの時間遅延の時間差の期間、測定データを保持するためのメモリを備え、メモリを用いて測定データを保持する。測定データと判定画像比較部１２１は、赤（Ｒ）、青（Ｇ）、緑（Ｂ）の信号成分の輝度・色度データと、輝度・色度データを比較する。ここで、赤（Ｒ）、青（Ｇ）、緑（Ｂ）の信号成分の輝度・色度データは、判定画像抽出部１２４からの表示画像の有効サンプル（測定）点である。また、輝度・色度データは、測定データ処理部１０６からの測定データから導き出せる。そして、当該比較に基づいて、図２１Ｄに示す、０Ａ〜５Ａ、０Ｂ、２Ｂ、４Ｂ、５Ｂ、０Ｃ、３Ｃ〜５Ｃ、０Ｄ〜５Ｄの各点について、順次に演算処理若しくは回路処理により比較データを導き出す。そして、この比較データを、補正信号発生部１０５に供給する。補正信号発生部１０５は、上記のように画面の補正を行う為の補正データを、少なくともセンサ単位で記憶する補正データメモリを備える。そして、測定センサの測定データが有効と判断された場合において、補正データメモリの該当するアドレスの補正データを、逐次書き換える。また、補正信号発生部１０５は、各点間のデータ、階調間のデータを、例えば補間処理等により生成して輝度・色補正信号を、１２０の輝度色補正部に供給して、表示画像の輝度、色、階調、ホワイトバランス等の補正を行う。

以上のように本実施形態に係る構成においては、入力画像信号に動きがあっても、フレーム間の比較に基づいて動きを検出し、測定データが不定のポイントを抽出する。そして、測定データが不定のポイントにおけるデータを、有効な補正信号データとして、入力画像信号と比較し、当該比較信号を補正信号発生部１０５に供給する。補正信号発生部１０５においては、有効な比較信号のみに基づいて補正信号を生成し、輝度・色補正部１２０に供給して補正を行い画像表示部１０３において補正された表示条件でもって画像を表示する。このため、本実施形態の構成によれば、入力画像信号に動きがあっても、表示特性に係る補正に有効なデータのみを検出する。そして、測定ポイントの測定データと、入力画像信号の表示すべき輝度値等とを比較して、表示特性に係る補正を行うことができる。

＜＜第８実施形態＞＞
第６，第７実施形態においては、表示画像が、図２１Ａ又は２１Ｄに示すような比較的単純なチャートに示される場合について説明を行ったが、実際に入力される画像はさらに微細なパターンやノイズ等を伴うことが多い。例えば、実写映像においては、輝度、明度、色度等が空間方向において細かく変動することが多い。本実施形態では、入力画像が微細なパターンを伴う場合においても、通常の使用において画像表示特性に係る補正が可能な構成について説明する。

図２３は、本実施形態における表示特性を補正するための回路構成を示す回路構成図である。図２３は第７実施形態の図２２に示された回路構成に対して、表示画像信号処理部１０２と判定位置画像抽出部１２２及び動き検出部１２３の間に、平均化処理部１２５が設けられる。平均化処理部１２５においては、入力画像信号の変化値検出を行い、画像の変化が一定値以下の場合、画像信号の平均化処理を行う。平均化処理は、画像信号の水平方向及び垂直方向について行われ、後段の判定位置画像抽出部１２２及び、１２３の動き検出部に供給される。なお、画像信号の変化値検出は、例えば、センサの検出可能領域における光信号の強度、振動数等のパラメータの分布が、偏って分布しているか否かに基づいて行うことができる。具体的には、例えば、センサの検出可能領域におけるパラメータ分布の分散又は標準偏差を算出する。そして、その値が所定値以下である場合にパラメータの分布が偏って分布しており、従って、画像の変化が一定以下であると判定することができる。

判定位置画像抽出部１２２及び、１２３の動き検出部においては、画像信号のレベル変化が一定値以下の信号成分を平均化された安定信号に対して、動き検出と、判定画像位置の変化のない位置の画像信号を抽出する。そして、測定データと判定画像比較部１２１により、比較動作を行う。一方、測光センサ８２に拠る測光データは、表示画像の水平及び垂直方向の微小なノイズや変化は、元々平均化データとして扱える。つまり個別の測光センサ８２においては、水平方向及び垂直方向に関して、該測定可能エリア、つまり図２１Ｂで示す四角枠で代表される測光エリアの範囲内の二次元的範囲の測光積算値を取り扱う為である。測定データは、測定データ処理部を介して、測定データと判定画像比較部１２１の測定データ入力側に入力され、前記のように測定データと判定画像比較部１２１により比較動作を行う。補正信号発生部１０５に於いて有効な補正データ値について順次記憶させ、各測定エリア間の補正データの補間及び階調方向の補間等を行い輝度・色補正部１２０により画像信号の補正を行う。そして、画像表示部１０３の表示画像を補正して、スクリーン部７に於ける投射画像の輝度・色・階調・ホワイトバランスを順次測定データに基づき適正に補正できる。

このように、本実施形態に係る構成においては、入力画像信号の信号が、ノイズや微細なパターン等を有する場合は、データ比較を行う画像信号の平均化処理を行う。そして、一定以上の変動を持つ信号に関しては、画像表示特性に係る補正を行うためのデータとして用いないように制御する。このため、本実施形態に係る構成によれば、入力画像信号がノイズや微細なパターン等を有する場合においても適正な画像表示特性に係る補正を行うことが可能となる。

＜＜第９実施形態＞＞
第６〜第８実施形態においては、背面投射表示装置のスクリーン７への投射映像が直接結像しない内側の位置に、複数の測光センサを設けて測定を行う構成について説明を行ったが、測光方式はこれに限定されるものではない。例えば、測光をテレビジョンカメラのようなＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサによるカメラにより測光を行い、測定（測光）信号を測定エリアごとに抽出して測定データ処理部１０６の測定データとしてもよい。この場合、適切な位置において、スクリーン画像を直接測光する。このような構成においても第６〜第８実施形態に係る構成と同様に、通常の画像表示に係る使用おいて画像の表示特性に係る補正を行うことができる。また、第１〜第５実施形態に係る構成においても、通常のフォトダイオードだけでなく、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサを用いて測定することも可能である。

背面投射型表示装置の構造を示す模式図である。 反射型表示素子、色合成プリズム、第１のミラーの詳細な構成を示す模式図である。 スクリーンにおける入射光及び反射光を模式的に示した図である。 代表的なフレネルレンズの断面を示す図である。 フレネルレンズの正面からのレンズ溝の配置の概要を示すイメージ図である。 画像表示及び測定の為の信号処理回路構成を示す回路ブロック図である。 投射画像の測定ポイントを例示した図である。 表示画像の測定エリアと投射画像の関係を示す図である。 背面投射型表示装置の構造を示す模式図である。 ミラーの形状を示した模式図である。 背面投射型表示装置の構造を示す模式図である。 背面投射型表示装置をスクリーンを内側から見た様子を示す図である。 ミラーの形状を示す模式図である。 水平キャリッジ及び垂直キャリッジの構成を示した図である。 背面投射型表示装置の上面図である。 表示特性の補正に係る回路ブロック図である。 背面投射型表示装置の構造を示す模式図である。 背面投射型表示装置の構造を示す模式図である。 センサ部を背面投射表示装置の内側よりスクリーン側を見た図である。 センサ部の接続を回路記号で示す図である。 回路構成を示す回路ブロック図である。 回路構成を示す回路ブロック図である。 画像判定と測定エリアの関係を示す画像信号の模式図である。 画像判定と測定エリアの関係を示す画像信号の模式図である。 画像判定と測定エリアの関係を示す画像信号の模式図である。 画像判定と測定エリアの関係を示す画像信号の模式図である。 表示特性を補正するための回路構成を示す回路構成図である。 表示特性を補正するための回路構成を示す回路構成図である。 従来の背面投射型表示装置の構成の概要を示す図である。 従来の背面投射型表示装置の構成の概要を示す図である。

Claims (3)

1. 光源からの光を変調し、投射光を出力する出力手段と、
   １つ以上の光学部品を有し、前記出力手段から出力された投射光を結像させる結像手段と、
   結像させられた前記投射光を表示するフレネルスクリーンと、
   前記フレネルスクリーンからの反射光が集光する位置に設けられる、光線を検出する光検出手段と、
   前記光検出手段において検出された前記光線に基づいて、前記出力手段による前記投射光の出力を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記フレネルスクリーンの背面のレンズ溝は同心円状に配置され、当該同心円の中心は当該フレネルスクリーンの中央からずれた状態で配置され、前記光検出手段が設けられる位置は、前記反射光が当該フレネルスクリーンによって一定の距離において集光する位置であることを特徴とする背面投射型表示装置。
2. 前記光検出手段は、点状又は線状の形状を有することを特徴とする請求項１に記載の背面投射型表示装置。
3. 前記光検出手段は、フォトダイオード、ＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤセンサのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の背面投射型表示装置。

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