JP2008164749A

JP2008164749A - 画像表示装置および画像表示方法

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Publication number: JP2008164749A
Application number: JP2006351823A
Authority: JP
Inventors: Takahiko Yamamuro; 孝彦山室; Jun Someya; 潤染谷; Shuichi Kagawa; 周一香川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2008-07-17
Also published as: US20080158441A1

Abstract

【課題】画像表示装置において、逆ガンマ補正したときに低階調側の階調落ちを抑制する。
【解決手段】駆動電流の大きさを調整することにより発光強度を変わる光源（７）と、光源（７）に駆動電流を流して光源を発光させる光源駆動手段（５）と、光源から出射した光を映像信号に応じて画素毎にパルス幅変調し、変調された光をスクリーン上に投影するライトバルブ（６）とを備え、光源駆動手段（５）が、光源（７）の駆動電流の大きさを、各フィールド期間中における時間の経過とともに変化させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、画像表示装置及び画像表示方法に関し、例えば色の異なった複数の発光素子から構成された光源と、そこから出射された光を空間変調するライトバルブと、空間変調された光を投射するスクリーンとを持ったＰＴＶ（プロジェクションテレビ）に、暗い映像を表示したときの画質を改善するための光源の駆動方法に関するものである。

従来より光源として各種ランプ（放電型キセノンランプ、メタルハライドランプ、ハロゲンランプ等の白色ランプ）を用い、ライトバルブとして液晶、ＤＭＤ（ディジタル・マイクロミラー・デバイス）等の空間変調デバイスを用いたＰＴＶがある。また近年、光源の長寿命化および画像の色再現範囲の拡大を目指して光源に発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）を用いたＰＴＶが実現されつつある。そのようなＰＴＶにおいて各光源の駆動方法は、ランプ、ＬＥＤ、レーザとも駆動波形に若干の違いはあるが基本的には定電流で駆動している。光源を定電流で駆動した場合、その発光強度は発光開始からの経過時間に対して一定になる。そして、一般には階調の表現のため、発光時間の長さで映像の各画素の明るさを表現するパルス幅変調方式が用いられる（例えば、特許文献１参照）。

ところで、表示装置に送られて来る映像信号は、一般にＣＲＴの特性に合わせてガンマ補正されている。そのため表示装置側では、ガンマ補正を打ち消すため、入力された映像信号を逆ガンマ補正して映像表示している。しかしこの逆ガンマ補正により低階調側の階調数が著しく減少し、暗い映像を表示したときに等高線状の模様が現れるという問題点があった。

等高線状の模様を抑制するために、従来より映像データを逆ガンマ補正するときにディザ処理や誤差拡散等の処理を行い、疑似的に階調数を増やして低階調側の画質を改善するという手法が用いられることがあった。ディザ処理や誤差拡散処理を行うと低階調側の画質はかなり改善されるが、その障害として粒状ノイズや映像によっては不快な繰り返しパターンが現れるという問題点があった。

特開平１０−３２６０８０号公報（段落００９６、図１８）

このように従来のＰＴＶでは、光源を定電流で駆動しているため、光源の明るさが駆動開始からの経過時間に対して一定となり、パルス幅変調方式により階調表現したときに階調値に対して映像の明るさが直線的に増加する関係となり、映像データを逆ガンマ補正したときに低階調側の階調数が著しく減少し、暗い映像を表示したときに等高線状の模様が現れるという問題点があった。

この発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、映像データを逆ガンマ補正したときの低階調側の階調数減少が少なくなり、暗い映像を表示したときでも等高線状の模様が現れないようにすることを目的とする。

この発明は、
駆動電流の大きさに応じて発光強度が変わる光源と、
前記光源に駆動電流を流して前記光源を発光させる光源駆動手段と、
前記光源から出射した光を映像信号に応じて画素毎にパルス幅変調し、変調された光をスクリーン上に投影するライトバルブとを備え、
前記光源駆動手段が、前記光源の駆動電流の大きさを、各フィールド期間中における時間の経過とともに変化させることを特徴とする画像表示装置を提供する。

この発明によれば、駆動用映像データと映像の明るさの関係がガンマ補正を打ち消すための補正特性に近くなる。そのため、映像データによる表示部の駆動に先立って行われる逆ガンマ補正の補正係数を小さくすることができ、該逆ガンマ補正による低階調側の階調数減少が著しく少なくなり、暗い映像を表示したときの画質を大幅に改善できる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による画像表示装置を示すブロック図である。
図示の画像表示装置は、受信部１と、階調制御部２と、光変調器制御部３と、タイミング制御部４と、光源駆動部５と、光源７と、光ファイバ８と、集光管９と、レンズ１０と、ライトバルブ６と、レンズ１１とを有する。

外部映像機器（図示しない）より映像データ（入力映像データ）Ｖｃが受信部１に入力される。受信部１に入力された映像データＶｃは、例えば同期信号ＳＹと、輝度信号Ｙ及び色差信号Ｃｒ，Ｃｂを含む複合カラーテレビジョン信号であり、同期信号ＳＹが抽出されてタイミング制御部４に送られるとともに、輝度信号Ｙ及び色差信号Ｃｒ，Ｃｂが、赤、緑、青の映像データＶｒ，Ｖｇ，Ｖｂに変換された後、階調制御部２に送られる。

階調制御部２は、逆ガンマ補正部２ａと、パルス幅変調部２ｂとを有し、受信部１から供給された各色の映像データＶｒ，Ｖｇ，Ｖｂに対して逆ガンマ補正部２ａにおいて逆ガンマ補正を行って、逆ガンマ補正後の映像データ（駆動用映像データ）Ｚｒ、Ｚｇ、Ｚｂを生成し、パルス幅変調部２ｂにおいて、この駆動用映像データＺｒ、Ｚｇ、Ｚｂに対応した、各色のパルス幅変調データＰｗｒ、Ｐｗｇ、Ｐｗｂを生成する。このパルス幅変調データＰｗｒ、Ｐｗｇ、Ｐｗｂはライトバルブ６の駆動のために光変調器制御部３に供給され、光変調器制御部３は、各色のパルス幅変調データＰｗｒ、Ｐｗｇ、Ｐｗｂに基づき、各色の駆動信号Ｐｄｒ、Ｐｄｇ、Ｐｄｒをライトバルブ６に供給し、これによりライトバルブ６のそれぞれの画素を個別にオン／オフ制御する。

一方、タイミング制御部４は、受信部１から供給された同期信号ＳＹに基づき、タイミング信号ＳＴａ、ＳＴｂを生成し、光変調器制御部３および光源駆動部５に供給する。

光源駆動部５は、光源７の各発光素子７ｒ，７ｇ，７ｂに駆動電流Ｃｄｒ、Ｃｄｇ、Ｃｄｂを供給する。発光素子７ｒ，７ｇ，７ｂとしては、一般にＬＥＤ（発光ダイオード）、ＬＤ（半導体レーザ）などが用いられるが、本実施の形態では、以下発光素子がＬＤである場合を想定して説明する。

各色の発光素子７ｒ、７ｇ、７ｂの駆動は、ライトバルブ６における各色の駆動信号Ｐｄｒ、Ｐｄｇ、Ｐｄｒによるオン／オフ制御に同期して行われる。

赤、緑、青の発光素子７ｒ、７ｇ、７ｂから出た光は、光ファイバ８、集光管９、レンズ１０、ライトバルブ６、レンズ１１を通ってスクリーン１２に到達する。この際、各画素が映像データＺｒ、Ｚｇ、Ｚｂに対応した駆動信号Ｐｄｒ、Ｐｄｇ、Ｐｄｂによりオン／オフ制御されるライトバルブ６により光が空間変調されて、映像がスクリーン１２に表示される。

本実施の形態では、赤、緑、青の発光素子７ｒ、７ｇ、７ｂはフィールドごとに順に駆動され、ライトバルブ６もこれに同期してフィールド毎に順に赤、緑、青の駆動信号Ｐｄｒ、Ｐｄｇ、Ｐｄｂにより駆動される。

以下映像データに対する処理及び光源７の駆動について、より詳細に説明する。
図１の画像表示装置に供給される映像データＶｃは、送信側において、各成分をＣＲＴの特性に合わせてガンマ補正されたものである。
ガンマ補正前の各色の信号成分Ｘｒ、Ｘｇ、Ｘｂとガンマ補正後の各色の信号成分Ｖｒ、Ｖｇ、Ｖｂとの間には、
Ｖｉ＝ｋ_ａ・Ｘｉ^{（1/γａ）}
の関係がある。
上記の式で、
ｋ_ａは定数であり、
Ｖｉは、Ｖｒ，Ｖｇ、又はＶｂを表し、
Ｘｉは、Ｘｒ、Ｘｇ、又はＸｂを表す。

以下同様に、赤、緑、青のいずれに対しても当てはまる説明においては、共通の記号「Ｖｉ」、「Ｘｉ」を用いる。

送信側において、元の信号成分Ｘｉ（＝Ｘｒ、Ｘｇ、Ｘｂ）をガンマ補正することにより得られた各色の信号成分Ｖｉ（＝Ｖｒ、Ｖｇ、Ｖｂ）を用いて生成された複合カラーテレビジョン信号Ｖｃが画像表示装置の受信部１で受信されて、各色の信号成分Ｖｉ（＝Ｖｒ、Ｖｇ、Ｖｂ）が復元される。

逆ガンマ補正部２ａでは、ガンマ補正されている映像データＶｉ（＝Ｖｒ、Ｖｇ、Ｖｂ）を、ガンマ補正前の映像データＸｉ（＝Ｘｒ、Ｘｇ、Ｘｂ）と、スクリーン１２に表示される映像の明るさ（映像のそれぞれの色の成分の明るさ）Ｂｉ（＝Ｂｒ、Ｂｇ、Ｂｂ）とが比例関係を有するように逆ガンマ補正する。

例えば、送信側におけるガンマ補正の補正係数γａが２．２である場合、逆ガンマ補正部２ａでは、
γｂ＝γａ／２＝１．１
で与えられる逆ガンマ補正係数γｂで逆ガンマ補正する。逆ガンマ補正係数γｂを上記のようにγａ／２に等しい値とする理由については後述する。

逆ガンマ補正後の映像データＺｉ（＝Ｚｒ、Ｚｇ、Ｚｂ）と逆ガンマ補正前の映像データＶｉ（＝Ｖｒ、Ｖｇ、Ｖｂ）との間には、
Ｚｉ＝ｋ_ｂ・Ｖｉ^γｂ
（ｋ_ｂは定数）の関係がある。

パルス幅変調部２ｂは、逆ガンマ補正された映像データ（駆動用映像データ）Ｚｉ（＝Ｚｒ、Ｚｇ、Ｚｂ）の階調値に応じて各フィールドにおける各画素のオン時間を設定するパルス幅変調処理を行って駆動データＰｗｉ（＝Ｐｗｒ、Ｐｗｇ、Ｐｗｂ）を生成する。

光変調器制御部３は、駆動データＰｗｉ（＝Ｐｗｒ、Ｐｗｇ、Ｐｗｂ）に対応した駆動信号Ｐｄｉ（＝Ｐｄｒ、Ｐｄｇ、Ｐｄｂ）を、タイミング制御部４からのタイミング信号ＳＴｂで制御されるタイミングで出力して、ライトバルブ６に供給する。

ライトバルブ６は、駆動用映像データＺｉ（＝Ｚｒ、Ｚｇ、Ｚｂ）に対応した駆動信号Ｐｄｉ（＝Ｐｄｒ、Ｐｄｇ、Ｐｄｂ）により制御されて、各画素がオン状態又はオフ状態となる。ここで、オン状態とは、光源７からの光が、ライトバルブ６を介してスクリーン１２に到達する状態を言い、オフ状態とは、光源７からの光が、ライトバルブ６を介してスクリーン１２に到達しない状態を言う。

パルス幅変調においては、各フィールドにおいて、各画素の駆動用映像データＺｉ（＝Ｚｒ、Ｚｇ、Ｚｂ）の階調値に応じた時間の長さだけ、ライトバルブ６の該当する画素をオン状態にする。各フィールドにおいて、各画素がオンとなる時間をオン時間と言う。駆動用映像データＺｉ（＝Ｚｒ、Ｚｇ、Ｚｂ）の階調値が大きいほど、オン時間が長くなり、画素はスクリーン１２上においてより明るく表示される。

タイミング制御部４では、受信部１から供給される同期信号ＳＹに基づいて、光変調器制御部３からライトバルブ６に駆動信号Ｐｄｉ（＝Ｐｄｒ、Ｐｄｇ、Ｐｄｂ）が送られるタイミングと、光源駆動部５が赤、緑、青の発光素子７ｉ（＝７ｒ、７ｇ、７ｂ）に駆動電流Ｃｄｉ（＝Ｃｄｒ、Ｃｄｇ、Ｃｄｂ）を供給するタイミングとが同期するように光変調器制御部３と光源駆動部５にタイミング信号ＳＴａ、ＳＴｂを送る。

光源駆動部５はタイミング信号ＳＴａに合わせて赤、緑、青の発光素子７ｉ（＝７ｒ、７ｇ、７ｂ）をフィールド毎に順次駆動して発光させる。例えば、第１のフィールドでは、赤の発光素子７ｒを駆動し、次のフィールドでは緑の発光素子７ｇを駆動して発光させ、次のフィールドでは、青の発光素子７ｂを駆動して発光させる。
赤、緑、青の発光素子７ｒ、７ｇ、７ｂから出た光は光ファイバ８、集光管９及びレンズ１０を通ってライトバルブ６に照射される。ライトバルブ６では、光変調器制御部３から送られる駆動信号Ｐｄｒ、Ｐｄｇ、Ｐｄｂをもとに、照射された光を画素毎にオン、オフ制御する。つまりオン状態の画素においては、照射された光がレンズ１１を通ってスクリーン１２に到達し、オフ状態の画素においては、照射された光がレンズ１１を通ってスクリーン１２に到達せず、これにより光を空間変調して、映像光を生成し、該映像光がレンズ１１を介してスクリーン１２に投影され画像として表示される。

先にも述べたように、本実施の形態では、赤、緑、青の発光素子７ｒ、７ｇ、７ｂはフィールドごとに順に駆動され、ライトバルブ６もこれに同期してフィールド毎に順に赤、緑、青の駆動信号Ｐｄｒ、Ｐｄｇ、Ｐｄｂにより駆動される。
図２（ａ）〜（ｃ）は、各色の発光素子７ｒ、７ｇ、７ｂの順次駆動及びライトバルブ６の順次駆動のタイミングを示す。
図２（ａ）でＦ（１）、Ｆ（２）、Ｆ（３）、…はフィールド番号を示し、Ｔｒ，Ｔｇ，Ｔｂは、各フィールドがそれぞれ赤、緑、青の発光素子７ｒ、７ｇ、７ｂが駆動され、従って、ライトバルブ６がそれぞれ赤、緑、青の駆動信号Ｐｄｒ、Ｐｄｇ、Ｐｄｂで駆動される期間を示す。
図２（ｂ）は、各フィールド期間における駆動電流Ｃｄｒ、Ｃｄｇ、Ｃｄｂの波形を示す。
図２（ｃ）は、ライトバルブ６の赤、緑、青の駆動信号Ｃｄｒ、Ｃｄｇ、Ｃｄｂにより一つの画素がオンとなる期間（オン時間）Ｔｄｒ、Ｔｄｇ、Ｔｄｂの一例を示したものである。図示の例では、各フィールドにおいてライトバルブの各画素がオンとなる期間の開始時点は、発光素子７ｒ、７ｇ、７ｂの駆動電流Ｃｄｒ、Ｃｄｇ、Ｃｄｂが流れ始める時点に一致するように設定されている。また、この期間Ｔｄｒ、Ｔｄｇ，Ｔｄｂの長さは、各フィールドにおける映像データＺｒ，Ｚｇ，Ｚｂに応じて変わる。映像データＺｉ（ｉ＝ｒ、ｇ、又はｂ）がゼロであれば、ライトバルブ６はオンとならず、「オン時間」の長さはゼロとなる。

図２（ｂ）に示されるように、赤、緑、青の発光素子７ｒ、７ｇ、７ｂは、光源駆動部５により時分割的にフィールド毎に順次駆動される。例えば図示のように、赤の発光素子７ｒが第１のフィールドＦ（１）で駆動され、緑の発光素子７ｇが次の第２のフィールドＦ（２）で駆動され、青の発光素子７ｂがさらに次の第３のフィールドＦ（３）で駆動され、その次の第４のフィールドＦ（４）では再び赤の発光素子７ｒが駆動される。このようにして、赤、緑、青の発光素子が順に駆動される。
そして各発光素子７ｉ（ｉ＝ｒ，ｇ、又はｂ）の駆動期間に合わせて、光変調器制御部３から各色の映像データに対応した駆動信号Ｐｄｉ（ｉ＝ｒ、ｇ、又はｂ）がライトバルブ６に送られ、ライトバルブ６の各画素は、発光素子７ｉが発光する期間の一部だけ、例えば図２（ｃ）に示す期間だけオン状態となり、スクリーン１２に各色の映像データに対応した画像が時分割的に表示される。各色の映像データに対応する映像はスクリーン１２に順次表示されるが、表示周期が短く高速で色が切り替わるため目の残像効果により鑑賞者には特に違和感なくカラー映像として認識される。

図３は各発光素子７ｉ（７ｒ、７ｇ、７ｂ）を駆動するときの各フィールドにおける駆動開始からの経過時間ｔと駆動電流Ｃｄｉ（＝Ｃｄｒ、Ｃｄｇ、Ｃｄｂ）の関係の一例をより詳細に示した図である。図３に示される例では、各発光素子７ｉの駆動開始からの経過時間ｔと駆動電流Ｃｄｉの関係は、各色とも同様であり、駆動電流Ｃｄｉは、所定のオフセット値Ｃｆｓを初期値として、各フィールド期間内の時間の経過とともに、従って駆動開始からの経過時間ｔとともに直線的に増加する。言い換えると、駆動電流Ｃｄｉは、一定のオフセット成分Ｃｆｓと駆動開始からの経過時間ｔとともに直線的に増加する成分Ｃｖとから成る。駆動電流Ｃｄｉが増加するときの傾きは、駆動電流の駆動期間中の平均が、発光素子７ｉの最大平均電流を超えないように設定される。

図４は駆動電流Ｃｄｉと発光素子７ｉの各瞬時における明るさ（発光強度）Ｅｉ（＝Ｅｒ、Ｅｇ、Ｅｂ）の関係を示した図である。一般に発光素子７ｉとしてのＬＤ（半導体レーザ）は駆動電流Ｃｄｉが少ないときは、ほとんど発光しないが、ある電流値Ｃｓｔ以上では、発光強度Ｅｉが駆動電流Ｃｄｉの増加に対して直線的に増加する。図３のオフセット成分Ｃｆｓは、上記の発光が始まる電流値（即ち、発光素子７ｉが発光する最小の駆動電流）Ｃｓｔを考慮して加えられるものであり、例えば、上記の電流値Ｃｓｔに一致するように定められる。

なお、図４に示す駆動電流Ｃｄｉと発光素子７ｉの発光強度の関係は、各色の発光素子７ｒ、７ｇ、７ｂ相互間で同一とは限らず、発光のための最小駆動電流Ｃｓｔや、電流の増加とともに増加する部分の傾きが異なることがある。その場合、その違いに応じて、図３に示される駆動開始からの経過時間ｔと駆動電流Ｃｄｉの関係を異ならせれば良い。

図５は駆動開始からの経過時間ｔと発光素子７ｉの発光強度Ｅｉの関係を示した図である。図４に示したように、ある電流値Ｃｓｔ以上では、駆動電流Ｃｄｉの増加に対して発光強度Ｅｉが直線的に増加するため、図３に示すように、駆動電流Ｃｄｉを、上記電流値Ｃｓｔに一致するオフセット成分Ｃｆｓと、駆動開始からの経過時間ｔとともに直線的に増加する成分Ｃｖの和で与えられる値とすることで、駆動の開始から経過時間ｔに対して発光素子７ｉの発光強度Ｅｉが比例するようになる。

図６（ａ）乃至（ｅ）はパルス幅変調により駆動されるライトバルブ６において、各画素を駆動する駆動用映像データの階調値Ｚｉ（＝Ｚｒ、Ｚｇ、Ｚｂ）と各画素がオンとなる時間の長さ（オン時間）Ｔｄｉ（＝Ｔｄｒ、Ｔｄｇ、Ｔｄｂ）との関係を示した図である。パルス幅変調方式により階調表現した場合、各フィールドにおける、ライトバルブ６のオン時間Ｔｄｉは、駆動用映像データの階調値Ｚｉに比例する。図６（ａ）乃至（ｅ）は一例として８ビットで表される駆動用映像データの階調値Ｚｉと、オン時間Ｔｄｉの関係を示したものである。８ビットの場合、駆動用映像データの階調値Ｚｉの最大値は２５５階調となり、そのときのオン時間Ｔｄｉを図６（ｅ）に示すようにＷｍとすると、階調値Ｚｉが６３の場合のオン時間Ｔｄｉは図６（ｂ）に示すようにＷｍ／４、階調値Ｚｉが１２７の場合のオン時間Ｔｄｉは図６（ｃ）に示すようにＷｍ／２、階調値Ｚｉが１９１の場合のオン時間Ｔｄｉは図６（ｄ）に示すように３Ｗｍ／４となる。また階調値Ｚｉが０の場合のオン時間Ｔｄｉは図６（ａ）に示すようにゼロである。

図７はパルス幅変調によりライトバルブ６を駆動したときの、オン時間Ｔｄｉとスクリーン１２上に表示される映像の見た目の明るさ（表示映像の明るさ）Ｂｉの関係を示した図である。図５に示すように、各瞬時における光源７の発光強度Ｅｉと駆動開始からの経過時間ｔは比例関係を有するので、
Ｅｉ＝ｋ_ｃ・ｔ
（ｋ_ｃは比例定数）で表される。ライトバルブ６がパルス幅変調により駆動されるときの、各フィールドにおける表示映像の明るさ（見た目の明るさ）Ｂｉは、網膜における積分作用のため、発光強度Ｅｉをフィールド期間の全体にわたり、従ってオン時間Ｔｄｉの全体にわたり積分したものに比例する。従って、
Ｂｉ＝ｋ_ｄ・∫Ｅｉ・ｄｔ＝ｋ_ｄ・∫ｋ_ｃ・ｔ・ｄｔ＝ｋ_ｄ・（ｋ_ｃ・Ｔｄｉ^２）／２
（ここで、ｋ_ｄは定数）で与えられる。このように表示映像の明るさＢｉは、図７に曲線Ｅ１で示すように、オン時間Ｔｄｉの２乗に比例する。
一方、一般に従来技術では、発光強度Ｅｉは、駆動開始からの経過時間ｔに対して一定であるために、表示映像の明るさＢｉと、オン時間Ｔｄｉの関係は、図７の直線Ｐ１で表されるように比例関係である。

先にも述べたように、一般に画像表示装置に入力される映像データはＣＲＴの出力特性に合わせたガンマ補正係数γａでガンマ補正されているので、画像表示装置側で表示部の出力特性に合わせて入力された映像データを逆ガンマ補正している。本実施の形態では、表示映像の明るさＢｉがオン時間Ｔｄｉの２乗に比例し、オン時間Ｔｄｉは駆動用映像データＺｉに比例するので、表示映像の明るさＢｉは、図７に曲線Ｅ１で示すように、駆動用映像データＺｉの２乗に比例する。即ち、
Ｂｉ＝ｋ_ｅ・Ｚｉ^２
（ｋ_ｅは定数）の関係がある。

従って、ガンマ補正する前の映像データ（原映像データ）Ｘｉと表示映像の明るさＢｉとの関係は、
Ｂｉ＝ｋ_ｆ・（（Ｘｉ^1/γａ）^γｂ）^２＝ｋ_ｆ・Ｘｉ^{（1/γａ）・γｂ・２}
（ｋ_ｆは定数）で表される。

ガンマ補正する前の映像データ（原映像データ）Ｘｉと表示映像の明るさＢｉが比例関係を有するためには、
（１／γａ）・γｂ・２＝１
従って、
γｂ＝１／{（１／γａ）・２}＝γａ／２
が満たされれば良い。
γａが２．２であれば、
γｂ＝γａ／２＝２．２／２＝１．１
が満たされれば良い。
上記のように、逆ガンマ補正部２ａにおける逆ガンマ補正係数γｂをγａ／２＝１．１としているのはこの理由による。

逆ガンマ補正係数ｒｂが１．１であれば、逆ガンマ補正部２ａにおける入力データＶｉの正規化値（入力データＶｉが取り得る値の範囲の最大値に対して正規化した値）Ｖｎと出力データＺｉの正規化値（出力データＺｉが取り得る値の範囲の最大値に対して正規化した値）Ｚｎとの関係は、
Ｚｎ＝Ｖｎ^１．１
で表される。
入力データＶｉ、出力データＺｉが８ビットで表される場合、
Ｚｎ＝Ｚｉ／２５５、Ｖｎ＝Ｖｉ／２５５
であるので、
Ｚｉ＝２５５×（Ｖｉ／２５５）^１．１
となる。

一方、従来技術では表示映像の明るさＢｉとオン時間Ｔｄｉの関係が図７の直線Ｐ１で表される比例関係であり、従って、表示映像の明るさＢｉと駆動データの階調値との関係も比例関係である。このため、逆ガンマ補正係数γｂをガンマ補正係数γａと等しくする必要があり、ガンマ補正係数γａが２．２であれば、逆ガンマ補正係数γｂも２．２とする必要がある。従って、逆ガンマ補正前の映像データＶｉと逆ガンマ補正後の映像データＺｉとの間には、
Ｚｉ＝２５５×（Ｖｉ／２５５）^２．２
の関係を持たせる必要がある。

図８は本実施の形態及び従来例における、逆ガンマ補正前の映像データ（入力データ）Ｖｉと逆ガンマ補正後の映像データ（出力データ）Ｚｉの関係、特に入力データの値が小さい範囲における関係の一例を示す。
図８から分かるように従来技術では入力データＶｉの０階調から２６階調まで出力データＺｉは「０」となり、２７階調から３４階調まで「１」となるなど、低階調側の出力データＺｉがかなりの数で階調落ちしているのが分かる。

これに対して、本実施の形態では、入力データＶｉに対して、逆ガンマ補正後の出力データＺｉの階調落ちが大幅に減少している。

なお、図８は、逆ガンマ係数を２．２、映像データを８ビットとして説明したが、それ以外の数値であっても同様の傾向がある。

このように、駆動電流Ｃｄが駆動開始からの経過時間ｔとともに直線的に増加するようにすることで、駆動用映像データの階調値Ｚｉと表示映像の明るさＢｉの関係を、ガンマ補正を打ち消すような補正特性に近づけることができ、駆動用映像データＺｉの生成のために逆ガンマ補正したときの低階調側の階調落ちを少なくすることができる。

なお、上記の例では、駆動電流Ｃｄｉがオフセット成分Ｃｆｓと、駆動開始からの経過時間ｔとともに直線的に増加する成分Ｃｖとから成るが、駆動電流Ｃｄがオフセット成分Ｃｆｓを含まずに、駆動開始からの経過時間ｔとともに、駆動電流Ｃｄｉが値ゼロから直線的に増加するように設定することもできる。しかし、その場合、駆動開始直後に発光素子７ｉの発光強度Ｅｉが略ゼロの期間が生じる。各フィールド内の期間を駆動のためにより有効に利用するには、駆動電流Ｃｄｉがオフセット成分Ｃｆｓを含むが好ましい。

また、上記の例では、発光強度Ｅｉが図４に示すように駆動電流Ｃｄｉに対して直線的に増加する関係を有する場合を想定し、図３に示すように駆動電流Ｃｄｉが駆動開始からの経過時間ｔとともに直線的に増加するように駆動しているが、駆動開始からの経過時間ｔと駆動電流Ｃｄｉの関係は、駆動電流Ｃｄｉと発光強度Ｅｉとの関係、ガンマ補正係数γａ、及び逆ガンマ補正係数γｂに合せて様々に変更することができる。

さらに、上記の例では、発光素子として半導体レーザ（ＬＤ）を用いているが、発光素子として発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた場合も同様の効果が得られる。

以上のように、本実施の形態では、発光素子７ｉに流れる電流Ｃｄｉを駆動開始からの経過時間ｔとともに変化させて、発光強度Ｅｉを駆動開始からの経過時間ｔとともに変化させるようにしたことで、パルス幅変調方式でライトバルブを駆動したときの各画素のオン時間Ｔｄｉと表示映像の明るさＢｉの関係が、ガンマ補正を打ち消すための補正曲線に近くなり、駆動用映像データＺｉの発生のための逆ガンマ補正の補正係数γｂを小さくすることができるので、逆ガンマ補正後の低階調側の出力データの階調落ちが少なくなる。その結果、暗い映像を表示してもより滑らかな表現が可能となり、低階調側の画質を大幅に改善することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、図３に示すように、駆動電流Ｃｄが、各フィールド期間内の駆動開始から駆動終了まで連続して流れるものであるが、図９（ａ）乃至（ｃ）及び図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、一定の周期Ｔｓでパルス状に流れるものであっても良い。図９（ａ）は、１つのフィールド期間Ｆ内に一定の周期Ｔｓで発生されるパルスの列を示し、図９（ｂ）は、上記フィールド期間Ｆ内における、パルス幅Ｗｐの変化を示す。図９（ｃ）は、ライトバルブのオン時間Ｔｄの一例を示す。図１０（ａ）及び（ｂ）は、図９（ａ）及び（ｂ）のフィールド期間Ｆの一部について、時間軸を拡大して、発生されるパルスの詳細を示す。
図１０（ａ）により明確に示されているように、各フィールド期間Ｆを複数の、同じ長さＴｓのサブフィールド期間Ｆｓに分割し、各サブフィールド期間Ｆｓに１個のパルスを発生させる。また、各パルスの高さＣｍが互いに同じで、幅Ｗｐが、各フィールド期間Ｆ内における駆動開始からの経過時間ｔとともに増加する（各フィールド期間Ｆ内でより遅く発生されるものほどより大きな値を有する）。例えば、駆動開始からの経過時間ｔに伴い、パルス幅Ｗｐを直線的に増大させている。図１０（ａ）に示される例では、各フィールドＦの最後のサブフィールドＦｓにおけるパルスの幅ＷｐはサブフィールドＦｓの期間の長さＴｓに等しい。

実施の形態２で用いられる装置のブロック図は図１と同じものとなる。但し、光源駆動部５の動作が異なる。即ち、実施の形態２では、光源駆動部５は、図１０に示される駆動電流Ｃｄで光源７を駆動する。
より詳しくは、実施の形態２でも、実施の形態１と同様、光源７の各発光素子７ｉ（ｉ＝ｒ、ｇ、又はｂ）が駆動電流Ｃｄｉで駆動されるのであるが、各フィールドにおける各発光素子の駆動は同様であるので、以下簡単のため「光源７の駆動」として説明する。また、駆動電流などの記号についても、色毎の区別のための添え字を付けずに、「Ｃｄ」、「Ｃｐ」，「Ｗｐ」などを用いている。）

駆動電流が図１０（ａ）に示すようにパルス状のものである場合、各瞬時の光源７の発光強度Ｅは、図１０（ｂ）に実線で示すように、パルス状に変化する。
このようなパルス状の発光強度をライトバルブ６で変調して、映像を表示した場合、表示映像の明るさＢは、各フィールド期間Ｆ中の発光強度Ｅの時間積分値に比例するものとなる。パルス状電流Ｃｄが流れている期間の各瞬時の光源７の明るさ（発光強度）をＥｍで表すと、
Ｅｍ＝ｋ_ｇ・（Ｃｍ−Ｃｆｓ）
（ｋ_ｇは定数）で表される。
各サブフィールド期間の発光強度Ｅｍの積分値は、
Ｅｍ×Ｗｐ＝ｋ_ｇ・（Ｃｍ−Ｃｆｓ）×Ｗｐ
で表される。Ｃｍが一定であり、Ｗｐが駆動開始からの経過時間ｔに比例して大きくなるので、各サブフィールド期間毎の発光強度Ｅの積分値は経過時間ｔに比例して大きくなる。図１０（ｂ）には、各サブフィールド期間Ｆｓごとの発光強度Ｅの積分値に比例する平均値Ｅａｖが点線で示されている。
従って、実施の形態１のように駆動電流Ｃｄを連続して流し、その大きさを経過時間ｔに比例して大きくするのと同様の効果が得られる。

以上のように、各サブフィールド期間Ｆｓに発生されるパルスの幅Ｗｐを各フィールド期間Ｆにおける駆動開始からの経過時間ｔに対して直線的に増加させることで、表示映像の明るさＢをオン時間Ｔｄの２乗に比例したものとすることができ、実施の形態１と同様の効果が得られる。

以上、駆動電流Ｃｄとして、図１０（ａ）に示されるパルス列を流す場合を説明したが、駆動電流Ｃｄとして、図１１に示されるパルス列を流す場合にも同様の効果が得られる。図１１の例では、例えば図１０（ａ）の例と同様、各フィールド期間Ｆを複数の、同じ長さのサブフィールド期間Ｆｓに分割し、各サブフィールド期間Ｆｓに１個のパルスを発生させる。但し、図１１の例では、図１０（ａ）の例とは異なり、各パルスの幅Ｗｐが互いに同じで、高さＣｐが、各フィールド期間Ｆにおける駆動開始からの経過時間ｔとともに増加する（各フィールド期間Ｆ内でより遅く発生されるものほどより大きな値を有する）。例えば、駆動開始からの経過時間ｔに伴い、高さＣｐを直線的に増大する。
この場合、各サブフィールドに発生されるパルスの高さＣｐからオフセット値Ｃｆｓを差し引いたものを、駆動開始からの経過時間ｔに比例させることで、表示映像の明るさＢをオン時間Ｔｄの２乗に比例させることができる。

実施の形態３．
なお、図１０（ａ）や図１１のように、パルス列のパルスの幅と高さの一方のみを変化させるのではなく、双方を変化させることとしても良い。この場合、パルスの高さからオフセット値Ｃｆｓを差し引いた値とパルスの幅の積が、各サブフィールド期間内における光源の発光強度の積分値に比例する。従って、パルスの高さからオフセット値Ｃｆｓを差し引いた値とパルスの幅の積を、各フィールド期間Ｆにおける駆動開始からの経過時間ｔに比例させることで、表示映像の明るさＢをオン時間Ｔｄの２乗に比例させることができる。
例えば各フィールド期間内の一部において、パルスの高さを変化させ、他の部分でパルスの幅を変化させることとしても良い。

以下に図１２（ａ）〜（ｃ）及び図１３（ａ）〜（ｃ）を参照してその具体例を実施の形態３及び実施の形態４として説明する。実施の形態３及び実施の形態４のいずれにおいても、実施の形態２と同様、駆動電流が一定周期で発生されるパルス、即ち互いに同じ長さのサブフィールドＦｓに１回発生されるパルスの列から成る。

実施の形態３では、図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、各フィールド期間Ｆ中の前側に位置する第１の期間、例えば前半分の期間Ｔ１１中は、駆動電流のパルス幅Ｗｐが一定で高さ（駆動電流の大きさ）Ｃｐを駆動開始からの経過時間ｔとともに変化させ、後側に位置する第２の期間、例えば後半分の期間Ｔ１２中は、電流の高さＣｐが一定でパルス幅Ｗｐを変化させる。例えば第１の期間Ｔ１１では、駆動電流のパルス幅Ｗｐを一定にして高さ（駆動電流の大きさ）Ｃｐを駆動開始からの経過時間ｔに対して直線的に増加させる。第１の期間Ｔ１１の最後におけるパルスの高さをＣｕとする。第２の期間Ｔ１２中は、パルスの高さＣｐを、第１の期間Ｔ１１の最後における高さＣｕと同じ値に固定し、パルス幅Ｗｐを駆動開始からの経過時間ｔに対して直線的に増加させる。

そして、第１の期間Ｔ１１においても、第２の期間Ｔ１２においても、パルスの高さＣｐからオフセットＣｆｓを差し引いた値とパルスの幅Ｗｐの積を、各フィールド期間Ｆにおける駆動開始からの経過時間ｔに比例させる。

ライトバルブにおけるオン時間Ｔｄは、図１２（ｃ）に示すように、第１の期間Ｔ１１内で終わる場合もあり、図１２（ｄ）に示すように、第２の期間Ｔ１２に達する場合もある。

上記のように光源を駆動することで、各サブフィールド期間Ｆｓにおける発光強度Ｅの積分値が各フィールド期間Ｆにおける駆動開始からの経過時間ｔに比例して増大する。従って、表示映像の明るさＢを、オン時間Ｔｄの２乗に比例させることができ、実施の形態１や実施の形態２で説明したのと同様の効果が得られる。

実施の形態４．
実施の形態４では、図１３（ａ）及び（ｂ）に示すように、各フィールド期間Ｆ中の前側に位置する第１の期間、例えば前半分の期間Ｔ２１中は、駆動電流の高さ（駆動電流の大きさ）Ｃｐを一定にして、パルスの幅Ｗｐを駆動開始からの経過時間ｔとともに変化させ、後側に位置する第２の期間、例えば後半分の期間Ｔ２２中は、パルス幅Ｗｐを一定にして、パルスの高さＣｐを変化させる。例えば第１の期間Ｔ２１では、駆動電流の高さＣｐを一定にして、パルス幅Ｗｐを駆動開始からの経過時間ｔに対して直線的に増加させる。第１の期間Ｔ２１の最後におけるパルスの幅をＷｕとする。第２の期間Ｔ２２中は、パルスの幅Ｗｐを、第１の期間Ｔ２１の最後における幅Ｗｕと同じ値に固定し、パルスの高さＣｐを駆動開始からの経過時間ｔに対して直線的に増加させる。
なお、第１の期間Ｔ２１の最後におけるパルス幅Ｗｕはサブフィールド期間Ｆｓの長さと同じであっても良い。この場合、デューティが１００％となり、第２の期間Ｔ２２においては、各サブフィールドのパルスの立ち下がりと次のサブフィールドのパルスの立ち上がりが一致するので、「パルス列」の複数のパルスが結合し、電流が連続して流れる。

そして、第１の期間Ｔ２１においても、第２の期間Ｔ２２においても、パルスの高さＣｐからオフセットＣｆｓを差し引いた値とパルスの幅Ｗｐの積を、各フィールド期間Ｆｓにおける駆動開始からの経過時間ｔに比例させる。

ライトバルブにおけるオン時間Ｔｄは、図１３（ｃ）に示すように、第１の期間Ｔ２１内で終わる場合もあり、図１３（ｄ）に示すように、第２の期間Ｔ２２に達する場合もある。

実施の形態３及び４で用いられる画像表示装置のブロック図も図１と同じである。但し、光源駆動部５の動作が異なる。即ち実施の形態３では、光源駆動部５は、図１２（ａ）及び（ｂ）に示されるパルス状電流で光源を駆動し、実施の形態４では、光源駆動部５は、図１３（ａ）及び（ｂ）に示されるパルス状電流で光源を駆動する。

この発明の実施の形態１の画像表示装置のブロック図である。（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１の各色の発光素子の駆動電流及びライトバルブの各色の駆動信号による駆動のタイミングを示すタイムチャートである。各フィールドにおける発光素子の駆動開始からの経過時間に対する駆動電流の変化を示す図である。発光素子の駆動電流と発光輝度の関係を示す図である。各フィールドにおける発光素子の駆動開始からの経過時間に対する発光輝度の変化を示す図である。（ａ）〜（ｅ）は、駆動用映像データの階調値と、ライトバルブのオン時間の関係を示す図である。実施の形態１及び従来例におけるライトバルブのオン時間と表示される映像の見た目の明るさとの関係を示す図である実施の形態１及び従来例における逆ガンマ補正前のデータ（Ｖｉ）と逆ガンマ補正後のデータ（Ｚｉ）の関係を示す表である。（ａ）〜（ｃ）は、この発明の実施の形態２において光源に供給されるパルス状駆動電流、各フィールドにおける駆動開始からの経過時間に対するパルス状駆動電流のパルス幅の変化、及びライトバルブのオン時間の一例を示す図である。（ａ）及び（ｂ）は、図９（ａ）に示されるパルス列の一部を時間軸を拡大して示すとともに、パルスにより駆動される光源の発光強度を示す図である。図１０（ａ）に示されるパルス列の代りに用いうるパルス列を示す図である。（ａ）〜（ｄ）は、この発明の実施の形態３において光源に供給されるパルス状駆動電流、各フィールドにおける駆動開始からの経過時間に対するパルス状駆動電流のパルス幅の変化、及びライトバルブのオン時間の一例を示す図である。（ａ）〜（ｄ）は、この発明の実施の形態４において光源に供給されるパルス状駆動電流、各フィールドにおける駆動開始からの経過時間に対するパルス状駆動電流のパルス幅の変化、及びライトバルブのオン時間の一例を示す図である。

符号の説明

１受信部、２階調制御部、３光変調器制御部、４タイミング制御部、５光源駆動部、６ライトバルブ、７半導体レーザ、８光ファイバ、９集光管、１０レンズ、１１レンズ、１２スクリーン。

Claims

駆動電流の大きさに応じて発光強度が変わる光源と、
前記光源に駆動電流を流して前記光源を発光させる光源駆動手段と、
前記光源から出射した光を映像信号に応じて画素毎にパルス幅変調し、変調された光をスクリーン上に投影するライトバルブとを備え、
前記光源駆動手段が、前記光源の駆動電流の大きさを、各フィールド期間中における時間の経過とともに変化させることを特徴とする画像表示装置。
前記ライトバルブが、各フィールド期間内において、各画素の駆動用映像データの階調値に応じた長さの時間だけオンとなるように駆動されるものであり、
前記光源駆動手段が、前記光源の駆動電流の大きさを、前記ライトバルブがオンとなるように駆動される時間の経過とともに、直線的に増加させることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
前記駆動電流が、前記各フィールド期間内において時間とともに変化する成分のほか、所定のオフセット成分を含み、前記オフセット成分が、前記光源が発光する最小の電流の値に等しく設定され、前記時間とともに変化する成分が、前記ライトバルブをオンとするための駆動の開始からの経過時間に比例して増加することを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
駆動電流の大きさに応じて発光強度が変わる光源と、
前記光源に駆動電流を流して前記光源を発光させる光源駆動手段と、
前記光源から出射した光を映像信号に応じて画素毎にパルス幅変調し、変調された光をスクリーン上に投影するライトバルブとを備え、
前記光源駆動手段が、前記光源の駆動電流を、各フィールド期間よりも短い一定の周期でパルス状に流れるものとし、各パルスの幅と高さの積を、各フィールド期間中における時間の経過とともに変化させる
ことを特徴とする画像表示装置。
前記パルスの高さを一定として、前記パルスの幅を各フィールド期間中の時間の経過とともに変化させることを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
前記パルスの幅を一定として、前記パルスの高さを各フィールド期間中の時間の経過とともに変化させることを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
前記ライトバルブが、各フィールド期間内において、各画素の駆動用映像データの階調値に応じた長さの時間だけオンとなるように駆動されるものであり、
前記光源駆動手段が、前記パルスの高さと幅の積を、前記ライトバルブがオンとなるように駆動される時間の経過とともに、直線的に増加させることを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
各パルスの高さが、各フィールド期間内において時間とともに変化する成分のほか、所定のオフセット成分を含み、前記オフセット成分が、前記光源が発光する最小の駆動電流の値に等しく設定され、前記パルスの前記時間とともに変化する成分と前記パルスの幅の積が、前記ライトバルブをオンとするための駆動の開始からの経過時間に比例して増加することを特徴とする請求項７に記載の画像表示装置。
各フィールド期間内の一つの部分において、前記パルスの幅を固定して、前記パルスの高さを変化させ、該フィールド期間内の他の部分で前記パルスの高さを固定して前記パルスの幅を変化させる
ことを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
前記フィールド期間内の前記一つの部分においては、前記パルスの高さを、各フィールド期間内の時間の経過に対して直線的に増加させ、
前記フィールド期間内の前記他の部分においては、前記パルスの幅を、各フィールド期間内の時間の経過に対して直線的に増加させる
ことを特徴とする請求項９に記載の画像表示装置。
前記光源が、色の異なった複数の発光素子から構成され、
前記光源駆動手段が、前記複数の発光素子を時分割的にフィールド毎に順次発光させる
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の画像表示装置。
駆動電流の大きさに応じて発光強度が変わる光源と、
前記光源に駆動電流を流して前記光源を発光させる光源駆動手段と、
前記光源から出射した光を映像信号に応じて画素毎にパルス幅変調し、変調された光をスクリーン上に投影するライトバルブとを備えた画像表示装置を用いた画像表示方法において、
前記光源駆動手段から前記光源に供給される駆動電流の大きさを、各フィールド期間中における時間の経過とともに変化させることを特徴とする画像表示方法。
駆動電流の大きさに応じて発光強度が変わる光源と、
前記光源に駆動電流を流して前記光源を発光させる光源駆動手段と、
前記光源から出射した光を映像信号に応じて画素毎にパルス幅変調し、変調された光をスクリーン上に投影するライトバルブとを備えた画像表示装置を用いた画像表示方法において、
前記光源駆動手段から前記光源に供給される駆動電流を、各フィールド期間よりも短い一定の周期でパルス状に流れるものとし、各パルスの幅と高さの積を、各フィールド期間中における時間の経過とともに変化させる
ことを特徴とする画像表示方法。