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技術 デジタル信号処理回路、これを用いた表示装置および液晶プロジェクタ

出願人 ソニー株式会社
発明者 北川秀行
出願日 2000年11月24日 (18年10ヶ月経過) 出願番号 2000-357181
公開日 2002年6月7日 (17年4ヶ月経過) 公開番号 2002-165111
状態 特許登録済
技術分野 液晶1(応用、原理) 液晶6(駆動) 電場発光光源(EL) 液晶表示装置の制御 映像信号回路 電気信号の光信号への変換 陰極線管以外の表示装置の制御 表示装置の制御、回路 圧縮、伸長・符号変換及びデコーダ エレクトロルミネッセンス光源 液晶6(駆動) EL表示装置の制御
主要キーワード IC化 入出力応答 階調劣化 折れ点 入出力ビット数 階調精度 前段信号 グレー領域
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2002年6月7日)のものです。
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図面 (8)

課題

ガンマ補正UT入力ビット数nに対して出力ビット数Nをn+2以上とした従来技術では、グレー領域階調劣化については回避できるものの、ガンマ補正カーブの傾きが大きい黒領域では精度の高い補正が得られない。

解決手段

ガンマ補正LUTを用いて入力デジタル映像信号に対してガンマ補正を行うLUT用メモリ13を有するとともに、その前段コントラスト調整などを行う前段信号処理部12を有するデジタル信号処理回路において、例えば8ビットデジタル映像信号を入力するとしたとき、前段信号処理部12ではコントラスト調整などの信号処理を行った後例えば11ビットのデジタル映像信号として出力し、またLUT用メモリ13ではガンマ補正を行った後入力ビット数よりも少なく、前段信号処理部12の入力ビット数よりも多い10ビットのデジタル映像信号として出力するように構成する。

概要

背景

表示装置、例えば画素ごとに配される電気光学デバイスとして液晶セルを用いた液晶表示装置は、入力電圧に対してデバイス固有の非線型光学応答を示す。その応答特性の一例として、例えばノーマリホワイト透過型液晶印加電圧に対する透過率の特性(V−T特性)を図5に示す。

一方、人間の階調認識の特性より、画像表示装置における表示輝度(透過率など)は、図6に示すように、入力信号レベルに対して指数関数の特性を有することが望まれる。そして、両者の要請により、入力信号レベルに対して液晶印加電圧は、図7に示すように、非線型の関係となる。これが、入力デジタル映像信号に対して行うガンマ補正カーブである。

ガンマ補正としては、従来、アナログ回路もしくはデジタル回路を使用した数点の折れ点補正や、ルックアップテーブル(LUT)による補正が一般的に知られている。デジタル回路を使用したLUT方式の補正は、他の方式に比べて回路規模が大きくなる問題があったが、近年のIC集積度の向上に伴い、回路規模の増大に対する制約が低減したことにより、補正精度が高いという利点を持つことから主流になりつつある。

このLUT方式のデジタルガンマ補正の従来技術としては、ガンマ補正LUTの入力ビット数nに対して出力ビット数Nをn+2以上にする、即ちnビットの入力デジタル映像信号を、LUTを用いてガンマ補正しつつN(N≧n+2)ビットの出力デジタル映像信号に変換するデジタルガンマ補正回路が知られている(例えば、特開2000−20037号公報参照)。この従来技術は、グレー領域における階調劣化の回避を目的としてなされたものである。

すなわち、図7のガンマ補正カーブから明らかなように、ガンマ補正の入出力応答は、黒側領域でその傾きが大きく、グレー領域でその傾きが小さくなる。このことは、入出力ビット数が同じ場合、グレー領域における階調が入力の階調精度を保たないことを意味する。このため、上記の従来技術では、ガンマ補正LUTの入力ビット数nに対して出力ビット数Nをn+2以上とすることで、グレー領域における階調劣化を回避している。

概要

ガンマ補正LUTの入力ビット数nに対して出力ビット数Nをn+2以上とした従来技術では、グレー領域の階調劣化については回避できるものの、ガンマ補正カーブの傾きが大きい黒領域では精度の高い補正が得られない。

ガンマ補正LUTを用いて入力デジタル映像信号に対してガンマ補正を行うLUT用メモリ13を有するとともに、その前段コントラスト調整などを行う前段信号処理部12を有するデジタル信号処理回路において、例えば8ビットのデジタル映像信号を入力するとしたとき、前段信号処理部12ではコントラスト調整などの信号処理を行った後例えば11ビットのデジタル映像信号として出力し、またLUT用メモリ13ではガンマ補正を行った後入力ビット数よりも少なく、前段信号処理部12の入力ビット数よりも多い10ビットのデジタル映像信号として出力するように構成する。

目的

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ガンマ補正LUTの出力ビット数を増加させることなく、ガンマ補正カーブの傾きが大きい信号レベルで精度の高い補正が可能なデジタル信号処理回路、これを用いた表示装置および液晶プロジェクタを提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
4件

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請求項1

ガンマ補正テーブルを用いて入力デジタル映像信号に対してガンマ補正を行うガンマ補正部を有するデジタル信号処理回路において、前記ガンマ補正部の入力ビット数出力ビット数よりも多く設定されていることを特徴とするデジタル信号処理回路。

請求項2

前記ガンマ補正部の前段に、前記入デジタル映像信号に対して任意のゲインを与える信号処理部を有し、前記ガンマ補正部の出力ビット数が前記信号処理部の入力ビット数よりも多く設定されていることを特徴とする請求項1記載のデジタル信号処理回路。

請求項3

線型応答特性を持つ電気光学デバイスを用いた表示手段と、ガンマ補正テーブルを用いて入力デジタル映像信号に対してガンマ補正を行うとともに、入力ビット数が出力ビット数よりも多く設定されたガンマ補正部を有するデジタル信号処理回路と、前記デジタル信号処理回路で信号処理されたデジタル映像信号をアナログ化して前記表示手段に供給するD/A変換手段とを備えたことを特徴とする表示装置

請求項4

前記電気光学デバイスが液晶セルであることを特徴とする請求項3記載の表示装置。

請求項5

前記電気光学デバイスが有機エレクトロルミネセンス素子であることを特徴とする請求項3記載の表示装置。

請求項6

前記電気光学デバイスが陰極線管であることを特徴とする請求項3記載の表示装置。

請求項7

前記デジタル信号処理回路は、前記ガンマ補正部の前段に前記入力デジタル映像信号に対して任意のゲインを与える信号処理部を有し、前記ガンマ補正部の出力ビット数が前記信号処理部の入力ビット数よりも多く設定されていることを特徴とする請求項3記載の表示装置。

請求項8

前記電気光学デバイスが液晶セルであることを特徴とする請求項7記載の表示装置。

請求項9

前記電気光学デバイスが有機エレクトロルミネセンス素子であることを特徴とする請求項7記載の表示装置。

請求項10

前記電気光学デバイスが陰極線管であることを特徴とする請求項7記載の表示装置。

請求項11

液晶セルが画素単位マトリックス状に配置されてなるLCDパネルと、前記LCDパネルに光を照射する照射手段と、前記LCDパネルを経た光をスクリーン上に投影する投影手段と、ガンマ補正テーブルを用いて入力デジタル映像信号に対してガンマ補正を行うとともに、入力ビット数が出力ビット数よりも多く設定されたガンマ補正部を有するデジタル信号処理回路と、前記デジタル信号処理回路で信号処理されたデジタル映像信号をアナログ化して前記LCDパネルに供給するD/A変換手段とを備えたことを特徴とする液晶プロジェクタ

請求項12

前記デジタル信号処理回路は、前記ガンマ補正部の前段に前記入力デジタル映像信号に対して任意のゲインを与える信号処理部を有し、前記ガンマ補正部の出力ビット数が前記信号処理部の入力ビット数よりも多く設定されていることを特徴とする請求項11記載の液晶プロジェクタ。

技術分野

0001

本発明は、デジタル信号処理回路、これを用いた表示装置および液晶プロジェクタに関し、特に非線型光学応答特性を示す表示デバイス表示駆動するデジタル映像信号に対してガンマ補正をなすデジタル信号処理回路、これを信号処理系に用いた表示装置および液晶プロジェクタに関する。

背景技術

0002

表示装置、例えば画素ごとに配される電気光学デバイスとして液晶セルを用いた液晶表示装置は、入力電圧に対してデバイス固有の非線型な光学応答を示す。その応答特性の一例として、例えばノーマリホワイト透過型液晶印加電圧に対する透過率の特性(V−T特性)を図5に示す。

0003

一方、人間の階調認識の特性より、画像表示装置における表示輝度(透過率など)は、図6に示すように、入力信号レベルに対して指数関数の特性を有することが望まれる。そして、両者の要請により、入力信号レベルに対して液晶印加電圧は、図7に示すように、非線型の関係となる。これが、入力デジタル映像信号に対して行うガンマ補正カーブである。

0004

ガンマ補正としては、従来、アナログ回路もしくはデジタル回路を使用した数点の折れ点補正や、ルックアップテーブル(LUT)による補正が一般的に知られている。デジタル回路を使用したLUT方式の補正は、他の方式に比べて回路規模が大きくなる問題があったが、近年のIC集積度の向上に伴い、回路規模の増大に対する制約が低減したことにより、補正精度が高いという利点を持つことから主流になりつつある。

0005

このLUT方式のデジタルガンマ補正の従来技術としては、ガンマ補正LUTの入力ビット数nに対して出力ビット数Nをn+2以上にする、即ちnビットの入力デジタル映像信号を、LUTを用いてガンマ補正しつつN(N≧n+2)ビットの出力デジタル映像信号に変換するデジタルガンマ補正回路が知られている(例えば、特開2000−20037号公報参照)。この従来技術は、グレー領域における階調劣化の回避を目的としてなされたものである。

0006

すなわち、図7のガンマ補正カーブから明らかなように、ガンマ補正の入出力応答は、黒側領域でその傾きが大きく、グレー領域でその傾きが小さくなる。このことは、入出力ビット数が同じ場合、グレー領域における階調が入力の階調精度を保たないことを意味する。このため、上記の従来技術では、ガンマ補正LUTの入力ビット数nに対して出力ビット数Nをn+2以上とすることで、グレー領域における階調劣化を回避している。

発明が解決しようとする課題

0007

しかしながら、上記の従来技術では、入力ビット数の増加に伴って出力ビット数が増加し、その結果、デジタルガンマ補正を行う信号処理ICの出力ピンの本数が増加するという問題があった。さらに、後段に配置されるD/Aコンバータ入力端子の本数も増加し、各ICの回路規模の増大につながるとともに、消費電力の増加、不要輻射の増大を伴うという問題もあった。しかも、上記の従来技術は、ガンマ補正カーブの傾きの小さい、グレー部の階調劣化を解消する技術に過ぎない。

0008

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ガンマ補正LUTの出力ビット数を増加させることなく、ガンマ補正カーブの傾きが大きい信号レベルで精度の高い補正が可能なデジタル信号処理回路、これを用いた表示装置および液晶プロジェクタを提供することにある。

課題を解決するための手段

0009

上記目的を達成するために、本発明では、ガンマ補正テーブルを用いて入力デジタル映像信号に対してガンマ補正を行うガンマ補正部を有するデジタル信号処理回路において、ガンマ補正部の入力ビット数を出力ビット数よりも多く設定した構成を採っている。そして、このデジタル信号処理回路は、液晶セル、有機エレクトロルミネセンス(EL)素子あるいは陰極線管などの電気光学デバイスを表示デバイスとして用いた表示装置の信号処理系に、さらには液晶プロジェクタの信号処理系に用いられる。

0010

上記構成のデジタル信号処理回路、これを信号処理系に用いた表示装置あるいは液晶プロジェクタにおいて、ガンマ補正テーブルを用いたガンマ補正部の入出力ビット数に関して、入力ビット数を出力ビット数よりも多く設定することで、ガンマ補正カーブの傾きが大きい黒側領域の信号レベルで精度の高い補正が可能となる。

発明を実施するための最良の形態

0011

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る表示装置の信号処理系の構成例を示すブロック図である。

0012

図1において、本システムの入力端子11には、例えば8ビットのデジタル映像信号が入力される。このデジタル映像信号は先ず、前段信号処理部12に与えられる。この前段信号処理部12は、デジタル映像信号に対してブライト調整やコントラスト調整などの信号処理を行うとともに、入力ビット数よりも多い例えば11ビットのデジタル映像信号に変換して次段LUT用メモリ13に対して出力する。

0013

LUT用メモリ13はRAMなどからなり、例えば図7に示すガンマ補正カーブに基づくガンマ補正データをテーブル(LUT)として格納しており、このLUTを用いてデジタル映像信号に対してガンマ補正を行う。このLUP用メモリ13では、その入出力ビット数に関して、一例として、入力ビット数を11ビット、出力ビット数を10ビットとする。LUT用メモリ13でガンマ補正された後のデジタル映像信号は、後段信号処理部14に供給される。後段信号処理部14は、ガンマ補正後のデジタル映像信号に対してその補正の微調整色むら補正などの信号処理を行う。

0014

後段信号処理部14を経たデジタル映像信号は、D/Aコンバータ15でデジタル信号からアナログ信号に変換されてドライバ16に供給される。ドライバ16は、D/Aコンバータ15から出力されたアナログ映像信号に対して画像表示に必要な所定の信号処理を行った後表示デバイス17に供給する。ここでは、表示デバイス17として、例えば、ノーマリホワイト透過型液晶セル(図示せず)が電気光学デバイスとして画素単位マトリクス状に配置されてなる液晶ディスプレイを用いるものとする。

0015

図2は、前段信号処理部12におけるコントラスト調整部の構成例を示すブロック図である。なお、前段信号処理部12において、コントラスト調整は信号処理上乗算処理となる。因みに、ブライト調整は信号処理上加算処理となる。図2から明らかなように、本例に係るコントラスト調整部は、乗算器21、係数設定部22および丸め部23を有する構成となっている。

0016

乗算器21には、任意のゲインが与えられる対象のデジタル映像信号と、係数設定部22で設定された係数データとが入力される。乗算器21は、デジタル映像信号に対して係数データの乗算を行うことによって任意のゲインを与える。ここでは、一例として、デジタル映像信号が10ビット、係数データが8ビットの場合を例に採って説明する。この場合、乗算の結果は18ビットとなる。

0017

この乗算結果である18ビットのデジタル映像信号をそのまま後段の回路に与えることは、後段回路の回路規模の増大を招くことになる。そこで、丸め部23において、四捨五入等の信号の丸め処理を行い、所定のビット数のデジタル映像信号にして出力する。ここでは、18ビットのデジタル映像信号を、先述したLUT用メモリ13の入力ビット数に対応して例えば11ビットのデジタル映像信号として出力するものとする。

0018

次に、LUT用メモリ13におけるLUT上の入出力ビット数に関して、図3を用いて考察する。図3は、LUTのデータを模式的に表したLUTデータ模式図である。

0019

先述したように、10ビット(210 =1024)の出力デジタル映像信号を導出する場合を考えたとき、入力デジタル映像信号も10ビットであるとすると、データとして取り得る値は、図3白丸(図中、○)となる。今、補正カーブの傾きの大きい例として、ガンマ補正テーブルが格子点a,bの値を取っている場合を考える。

0020

ここで、図2の乗算器21の乗算結果が、11ビット表現(211 =2048)で(2X+1)/2048であるとすると、LUT用メモリ13の入力ビット数が10ビットの場合は、四捨五入によって入力データは(X+1)/1024となり、出力データは(Y+4)/1024となる。これに対して、LUT用メモリ13の入力ビット数が11ビットの場合は、入出力データは白丸に加えて黒丸(図中、●)の格子点の値を取ることが可能となり、出力データは格子点c、即ち(Y+2)/1024となる。

0021

上述したことから明らかなように、LUT用メモリ13におけるLUT上の入出力ビット数に関して、出力ビット数については10ビットのまま増加させず、入力ビット数のみを11ビットへ増加させることにより、図7に示すガンマ補正カーブにおいて、その傾きが大きい黒側領域の信号レベルで精度の高い補正が可能となる。

0022

また、出力ビット数が増加しないことにより、本デジタル信号処理回路をIC化した際に、その信号処理ICの出力ピン(出力端子)数、さらには後段に配置されるD/Aコンバータ15の入力端子数の増加を抑制することができるとともに、消費電力の増加や不要輻射の増大についても抑制することができる。

0023

しかも、LUT用メモリ13の前段の信号処理部12を含むデジタル信号処理回路について全体的に考えた場合、8ビットの入力デジタル映像信号に対して出力デジタル映像信号のビット数が10ビットと2ビット増加している。したがって、ガンマ補正カーブの傾きの小さいグレー領域に割り当てられるデジタル映像信号のビット数を確保できるため、グレー部の階調劣化についても防止できることになる。

0024

なお、上記実施形態では、システムの入力ビット数を8ビット、LUTの入力ビット数を11ビット、LUTの出力ビット数、即ちシステムの出力ビット数を10ビットとした場合を例に採って説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、各ビット数の値を規定するものではなく、相互のビット数の大小関係を規定するものである。

0025

また、上記実施形態では、表示デバイスとして、ノーマリホワイト透過型液晶ディスプレイを用いた表示装置におけるデジタルガンマ補正に適用した場合を例に採って説明したが、ノーマリブラック液晶ディスプレイ反射型液晶ディスプレイを用いた表示装置におけるデジタルガンマ補正にも同様に適用可能である。さらに、液晶表示装置におけるデジタルガンマ補正に限らず、有機EL素子や陰極線管など、非線型な応答特性を持つ電気光学デバイスを表示デバイスとして用いた表示装置全般におけるデジタルガンマ補正にも同様に適用可能である。

0026

さらに、上記実施形態に係るデジタル信号処理回路は、液晶プロジェクタのデジタル信号処理回路として用いることも可能である。図4に、液晶プロジェクタの構成の概略を示す。

0027

図4において、光源31から発せられる白色光は、第1のビームスプリッタ32で特定の色成分、例えば一番波長の短いB(青)の光成分のみが透過し、残りの色の光成分は反射される。第1のビームスプリッタ32を透過したBの光成分は、ミラー33で光路が変更され、レンズ34を通してBのLCDパネル35Bに照射される。

0028

第1のビームスプリッタ32で反射された光成分については、第2のビームスプリッタ36で例えばG(緑)の光成分が反射され、R(赤)の光成分が透過する。第2のビームスプリッタ36で反射されたGの光成分は、レンズ37を通してGのLCDパネル35Gに照射される。第2のビームスプリッタ36を透過したRの光成分は、ミラー38,39で光路が変更され、レンズ40を通してRのLCDパネル35Rに照射される。

0029

LCDパネル35R,35G,35Bは各々、複数の画素がマトリクス状に配置されてなる第1の基板と、この第1の基板に対して所定の間隔をもって対向配置された第2の基板と、これら基板間に保持された液晶層と、各色に対応したフィルタ層とを有する構成となっている。これらLCDパネル35R,35G,35Bを経たR,G,Bの各光は、クロスプリズム41で光合成される。そして、このクロスプリズム41から出射される合成光は、投射プリズム42によってスクリーン43に投射される。

0030

上記構成の液晶プロジェクタにおいて、LCDパネル35R,35G,35Bには、図1に示すデジタル信号処理回路でR,G,B毎にデジタル的に信号処理され、しかる後D/Aコンバータ(図1のD/Aコンバータ15に相当)でアナログ化された映像信号が供給される。これらデジタル信号処理回路では、先述したように、ガンマ補正カーブの傾きが大きい信号レベルで精度の高い補正が可能となるため、黒側の階調を重視した画像表示を実現できる。

0031

ところで、液晶プロジェクタにはリアタイプフロントタイプとがあり、一般的に、リアタイプの液晶プロジェクタは動画用プロジェクションTVとして、フロントタイプの液晶プロジェクタはデータプロジェクタとして用いられる。近年、プロジェクションTVでは、黒の階調を重視する傾向にあることから、先述した実施形態に係るデジタル信号処理回路は、特にプロジェクションTVの信号処理系に用いて好適なものとなる。

0032

但し、プロジェクションTV、即ちリアタイプの液晶プロジェクタの信号処理系への適用に限られるものではなく、本発明は、データプロジェクタ、即ちフロントタイプの液晶プロジェクタの信号処理系にも同様に適用可能である。また、ここでは、カラーの液晶プロジェクタに適用した場合を例に採って説明したが、モノクロの液晶プロジェクタにも同様に適用可能である。

発明の効果

0033

以上説明したように、本発明によれば、ガンマ補正テーブルを用いて入力デジタル映像信号に対してガンマ補正を行うガンマ補正部を有するデジタル信号処理回路、これを信号処理系に用いた表示装置および液晶プロジェクタにおいて、ガンマ補正部の入出力ビット数に関して、入力ビット数を出力ビット数よりも多く設定したことにより、ガンマ補正カーブの傾きが大きい黒側領域の信号レベルで精度の高い補正が可能となる。また、出力ビット数が増加しないため、IC化した際の出力端子数増加の抑制、消費電力の増大の抑制、不要輻射の増大の抑制、後段ICの入力端子数増加の抑制が可能となる。

図面の簡単な説明

0034

図1本発明の一実施形態に係る表示装置の信号処理系の構成例を示すブロック図である。
図2前段信号処理部におけるコントラスト調整部の構成の一例を示すブロック図である。
図3LUTのデータを模式的に表したLUTデータ模式図である。
図4液晶プロジェクタの一例を示す概略構成図である。
図5ノーマリホワイト透過型の液晶の印加電圧に対する透過率の特性を示すV−T特性図である。
図6入力信号レベルに対する理想透過率の特性図である。
図7ガンマ補正カーブを示す特性図である。

--

0035

12…前段信号処理部、13…LUT用メモリ、14…後段信号処理部、15…D/Aコンバータ、17…表示デバイス、21…乗算器、22…係数設定部

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