JP2020046598A

JP2020046598A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2020046598A
Application number: JP2018176695A
Authority: JP
Inventors: 正治山岸; Seiji Yamagishi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2018-09-21
Filing date: 2018-09-21
Publication date: 2020-03-26

Abstract

【課題】ディスクリネーションによる画質低下を抑制し、画素シフトによる高解像度化を実現することができる。
【解決手段】液晶表示装置であって、液晶素子の各画素に対して、階調変換処理を適用した後の画像の階調値に基づいて所定のＯＮ電圧／ＯＦＦ電圧の印加時間を制御することで、画素毎に光源の光の透過もしくは反射率を変化させる駆動手段と入力画像から複数の画素シフト用画像を生成し時分割で出力する画素シフト画像生成手段と、変調された光を所定の方向にシフトして表示可能な画素シフト手段と、時間的に連続するフレーム画像データに対して異なるゲイン係数を乗じる階調変換処理をそれぞれ適用する階調変換手段と、画素シフト用画像から空間周波数を算出する空間周波数算出手段と、を有し、階調変換手段は、空間周波数算出手段で算出された空間周波数に基づいて、階調変換処理で乗じるゲイン係数の差分を制御することを特徴とする。
【選択図】図１２

Description

本発明は、デジタル駆動方式で駆動される液晶素子を使用した液晶表示装置に関する。

液晶素子には、ＴＮ（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）素子等の透過型液晶素子や、ＶＡＮ（ＶｅｒｔｉｃａｌＡｌｉｇｎｍｅｎｔＮｅｍａｔｉｃ）素子等の反射型液晶素子がある。これらの液晶素子の駆動方式には、階調に応じて、液晶層に印加する電圧を変化させることで明るさを制御するアナログ駆動方式と、液晶層に印加する電圧を２値化して電圧印加時間を変化させることで明るさを制御するデジタル駆動方式とがある。このデジタル駆動方式には、１フレーム期間を時間軸上で複数のサブフィールド期間に分割し、サブフィールドごとに画素に対する所定電圧の印加（オン）と非印加（オフ）を制御することで該画素に階調を表示させるサブフィールド駆動方式がある。隣接画素にてオン期間とオフ期間が時間的に重なる、つまりは同じ期間で隣接画素の一方では所定電圧が印加され、他方では印加されていない状態が発生すると、いわゆるディスクリネーションが発生してオン期間側の画素の明るさが低下する。

特許文献１には、ディスクリネーションによる画素の明るさの低下を視認されづらくするために、液晶素子の全画素にフレーム毎に周期的に変化する補正値を乗算することで、ディスクリネーションの発生する位置を周期的に変化させる方法が開示されている。

特許文献２には、表示する画像の光路をシフトさせて表示することにより、高解像度化を実現する技術が開示されている。入力画像を基に、複数のフレーム画像を生成し、各フレーム画像の投影位置を１／２画素シフトして表示することで、表示素子が備える解像度以上の高解像度化を実現する。つまり、一つの入力画像から画素シフト位置に基づいて複数のフレーム画像を生成して、これらを画素位置に応じて順次表示することで解像感を向上させている。

特開２０１７−５３９４５号公報特開２０１１−２０３４６０号公報

しかしながら、特許文献１開示された方法と、特許文献２に開示された方法はともに、入力フレームから複数のサブフレームを生成する倍速処理が必要である。したがって、これら２つの方法を同時に実施する表示装置を構成する場合、最低でも４倍速処理が必要になるため、高帯域の画像処理が必要であったり、表示素子の高速駆動が必要であったりと、表示装置が高コストになってしまうという課題があった。

上記の課題を解決するために、本発明に係る液晶表示装置は、
複数の画素を有する液晶素子を用いた液晶表示装置であって、前記液晶素子の各画素に対して、階調変換処理を適用した後の画像の階調値に基づいて所定のＯＮ電圧／ＯＦＦ電圧の印加時間を制御することで、画素毎に光源の光の透過もしくは反射率を変化させる駆動手段と入力画像から複数の画素シフト用画像を生成し時分割で出力する画素シフト画像生成手段と、前記液晶素子によって変調された光を所定の方向にシフトして表示可能な画素シフト手段と、時間的に連続するフレーム画像データに対して異なるゲイン係数を乗じる階調変換処理をそれぞれ適用する階調変換手段と、前記画素シフト用画像から空間周波数を算出する空間周波数算出手段と、を有し、前記階調変換手段は、空間周波数算出手段で算出された空間周波数に基づいて、階調変換処理で乗じるゲイン係数の差分を制御することを特徴とする。

本発明に係る液晶表示装置によれば、コストを抑えつつ、ディスクリネーションによる画質低下を抑制し、画素シフトによる高解像度化を実現することができる。

液晶プロジェクタ１００の構成を示す図実施例１の液晶プロジェクタに用いられる液晶素子１５１の断面図実施例１における１フレーム期間内の複数のサブフィールド期間を示す図実施例１におけるＡサブフィールド期間の階調データを示す図実施例１における全階調データを示す図実施例１における画素ラインを示す図実施例１における全白表示から白黒表示に切り替えたときの液晶の応答特性を示す図実施例１における全白表示から白黒表示に切り替えたときの明るさの応答特性を示す図実施例１における全黒表示から白黒表示に切り替えたときの液晶の応答特性を示す図実施例１の全面黒から白黒表示に切り替えたときの明るさの応答特性を表す図従来例における全階調データを示す図実施例１における画像処理部１４０の内部構成を示した図実施例１における入力画像に対するサンプリング位置の模式図実施例１における画素シフトの投影位置を説明するための図実施例１における検出対象画素位置における画素値の一例を示す図実施例１における輝度差分値と空間周波数の変換特性の一例を示す図実施例１における階調変換部１４５の内部構成を示した図実施例１におけるフレーム１とフレーム２に適用する変換特性の一例を示す図実施例１における階調変換部１４５が、フレーム１とフレーム２に適用するゲイン処理を示す図実施例１における階調変換部１４５が、フレーム１とフレーム２に適用するゲイン処理を示す図実施例１における空間周波数の違いによる階調特性の一例を示す図階調変換部１４５が適用するゲインの差分の大きさと画素シフトしたときの高解像度化の効果の違いを説明する図実施例２における画像処理部１４０の内部構成を示す図実施例２における階調変換部３４５の内部構成を示す図実施例２における入力解像度と補正係数の関係を示す図実施例２における空間周波数と補正レベルの関係を示す図実施例３における画像処理部１４０の内部構成を示した図

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

＜実施例１＞
本実施例における液晶プロジェクタ１００は、画素シフト処理のＯＮ／ＯＦＦおよびゲイン係数を入力画像の解像度に応じて制御することにより、ディスクリネーションによる画質低下を抑制し、画素シフトによる高解像度化を実現することができる。加えて、従来例術の組合せでは４倍速処理が必要なのに対し、本実施例における液晶プロジェクタ１００は、２倍速処理での構成で実現可能であるため、高帯域の画像処理や、表示素子の高速駆動が不要となり、コストを抑えることができる。以下、具体的な構成と方法について述べる。

まず、図１を用いて、本実施例の液晶プロジェクタ１００の全体構成を説明する。

本実施例の液晶プロジェクタ１００は、ＣＰＵ１１０、ＲＯＭ１１１、ＲＡＭ１１２、操作部１１３、画像入力部１３０、画像処理部１４０を有する。また、液晶プロジェクタ１００は、さらに、液晶制御部１５０、液晶素子１５１Ｒ、１５１Ｇ、１５１Ｂ、光源制御部１６０、光源１６１、色分離部１６２、色合成部１６３、画素シフト素子１７０、画素シフト素子制御部１７１、光学系制御部１８０、投影光学系１８１を有する。
ＣＰＵ１１０は、液晶プロジェクタ１００の各動作ブロックを制御するものあり、ＲＯＭ１１１は、ＣＵＰ１１０の処理手順を記述した制御プログラムを記憶するためのものであり、ＲＡＭ１１２は、ワークメモリとして一時的に制御プログラムやデータを格納するものである。

また、操作部１１３は、ユーザの指示を受け付け、ＣＰＵ１１０に指示信号を送信するものであり、例えば、スイッチやボタン、ダイヤルなどからなる。また、操作部１１３は、例えば、リモコンからの信号を受信する信号受信部（赤外線受信部など）で、受信した信号に基づいて所定の指示信号をＣＰＵ１１０に送信するものであってもよい。また、ＣＰＵ１１０は、操作部１１３や、通信部１９３から入力された制御信号を受信して、液晶プロジェクタ１００の各動作ブロックを制御する。

画像処理部１４０は、映像入力部１３０から受信した映像信号にフレーム数、画素数、画像形状などの変更処理を施して、液晶制御部１５０に送信するものであり、例えば画像処理用のマイクロプロセッサからなる。また、画像処理部１４０は、専用のマイクロプロセッサである必要はなく、例えば、ＲＯＭ１１１に記憶されたプログラムによって、ＣＰＵ１１０が画像処理部１４０と同様の処理を実行しても良い。画像処理部１４０は、フレーム間引き処理、フレーム補間処理、解像度変換（スケーリング）処理、歪み補正処理（キーストン補正処理）といった機能を実行することが可能である。また、画像処理部１４０は、映像入力部１３０から受信した映像信号以外にも、ＣＰＵ１１０によって再生された画像や映像に対して前述の変更処理を施すこともできる。なお、画像処理部２４０が行う画像処理の詳細については、後述する。

液晶制御部１５０は、画像処理部１４０で処理の施された映像信号に基づいて、液晶素子１５１Ｒ、１５１Ｇ、１５１Ｂの画素の液晶に印可する電圧を制御して、液晶素子１５１Ｒ、１５１Ｇ、１５１Ｂの反射率若しくは透過率を調整する。

液晶素子１５１Ｒは、赤色に対応する液晶素子であって、光源１６１から出力された光のうち、色分離部１６２で赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）に分離された光のうち、赤色の光の透過率を調整するためのものである。液晶素子１５１Ｇは、緑色に対応する液晶素子であって、光源１６１から出力された光のうち、色分離部１６２で赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）に分離された光のうち、緑色の光の透過率を調整するためのものである。液晶素子１５１Ｂは、青色に対応する液晶素子であって、光源１６１から出力された光のうち、色分離部１６２で赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）に分離された光のうち、青色の光の透過率を調整するためのものである。

光源制御部１６０は、光源１６１のオン／オフを制御や明るさの制御をするものであり、制御用のマイクロプロセッサからなる。また、光源制御部１６０は、専用のマイクロプロセッサである必要はなく、例えば、ＲＯＭ１１１に記憶されたプログラムによって、ＣＰＵ１１０が光源制御部１６０と同様の処理を実行しても良い。また、光源１６１は、不図示のスクリーンに画像を投影するための光を出力するものであり、例えば、レーザー、ＬＥＤ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、高圧水銀ランプなどであっても良い。また、色分離部１６２は、光源１６１から出力された光を、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）に分離するものであり、例えば、ダイクロイックミラーやプリズムなどからなる。なお、光源１６１として、各色に対応するレーザーや、ＬＥＤ等を使用する場合には、色分離部１６２は不要である。また、色合成部１６３は、液晶素子１５１Ｒ、１５１Ｇ、１５１Ｂを透過した赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の光を合成するものであり、例えば、ダイクロイックミラーやプリズムなどからなる。そして、色合成部１６３により赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の成分を合成した光は、画素シフト素子１７０に送られる。このとき、液晶素子１５１Ｒ、１５１Ｇ、１５１Ｂは、画像処理部１４０から入力された画像に対応する光の透過率となるように、液晶制御部１５０により制御されている。そのため、色合成部１６３により合成された光は、投影光学系１８１によりスクリーンに投影されると、画像処理部１４０により入力された画像に対応する画像がスクリーン上に表示されることになる。

画素シフト素子制御部１７１は、液晶制御部１５０が液晶素子１５１を駆動するタイミングに同期して、画素シフト素子１７０に印加する電圧または電流を変化させることで、画素シフト素子１７０を制御し、色合成部１６３からの合成光の光路をシフトさせる。なお、画素シフト素子１７０は、色合成部１６３からの合成光の光路をシフトさせることができる構成であれば手段を限定しないが、例えば、透過性の光学部材から成る平行平板を用いてもよいし、液晶と複屈折材料を貼り合わせた素子を用いてもよい。

また、１ｓｔフレームと２ｎｄフレームで液晶素子２７０に表示される画像の生成方法については、後述する。

光学系制御部１８０は、投影光学系１８１を制御するものであり、制御用のマイクロプロセッサからなる。また、光学系制御部１８０は、専用のマイクロプロセッサである必要はなく、例えば、ＲＯＭ１１１に記憶されたプログラムによって、ＣＰＵ１１０が光学系制御部１８０と同様の処理を実行しても良い。また、投影光学系１８１は、画素シフト素子１７０から出力された合成光をスクリーンに投影するためのものであり、複数のレンズ、レンズ駆動用のアクチュエータからなり、レンズをアクチュエータにより駆動することで、投影画像の拡大、縮小、焦点調整などを行うことができる。

通信部１９３は、外部機器からの制御信号や静止画データ、動画データなどを受信するためのものであり、例えば、無線ＬＡＮ、有線ＬＡＮ、ＵＳＢ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などであってよく、通信方式を特に限定するものではない。また、画像入力部１３０の端子が、例えばＨＤＭＩ（登録商標）端子であれば、その端子を介してＣＥＣ通信を行うものであっても良い。ここで、外部装置は、液晶プロジェクタ１００と通信を行うことができるものであれば、パーソナルコンピュータ、カメラ、携帯電話、スマートフォン、ハードディスクレコーダ、ゲーム機、リモコンなど、どのようなものであってもよい。

なお、本実施例の画像処理部１４０、液晶制御部１５０、光源制御部１６０、画素シフト制御部１７１、光学系制御部１８０、これらの各ブロックと同様の処理を行うことのできる単数または複数のマイクロプロセッサあっても良い。または、例えば、ＲＯＭ１１１に記憶されたプログラムによって、ＣＰＵ１１０が各ブロックと同様の処理を実行しても良い。

図２には、液晶素子（１５１Ｒ，１５１Ｇ，１５１Ｂ）の断面構造を示している。本液晶素子（１５１Ｒ，１５１Ｇ，１５１Ｂ）は、反射型の構成であり、１０１はＡＲコート膜、１０２はガラス基板、１０３は共通電極、１０４は配向膜、１０５は液晶層、１０６は配向膜、１０７は画素電極、１０８はＳｉ基板である。なお、液晶素子（１５１Ｒ，１５１Ｇ，１５１Ｂ）は透過型の構成であってもよい。

図１に示す液晶制御部１５０は、上述したサブフィールド駆動方式で各画素を駆動する。すなわち、１フレーム期間を時間軸上で複数のサブフィールド期間に分割し、階調データに応じてサブフィールド期間ごとに画素に対する所定電圧のオン（印加）とオフ（非印加）を制御することで該画素に階調を形成（表示）させる。１フレーム期間は、液晶素子に１フレーム画像が表示される期間である。本実施例では液晶素子を１２０Ｈｚで駆動するものとして、１フレーム期間を８．３３ｍｓとする。所定電圧のオンとオフは、第１の電圧（所定電圧）の印加と該第１の電圧より低い第２の電圧の印加と言い換えることもできる。

以下、液晶制御部１５０におけるサブフィールド期間の設定と階調データについて説明する。液晶制御部１５０をコンピュータにより構成し、コンピュータプログラムとしての液晶駆動プログラムに従って以下のサブフィールド期間の設定とサブフィールド期間ごとの所定電圧のオン／オフを制御するようにしてもよい。

図３には、本実施例における１フレーム期間の複数のサブフィールド期間（ビット長）への分割を示している。各サブフィールド上に記載された数値は、そのサブフィールドの１フレーム期間内での時間重みを示す。本実施例では、９６階調を表現する。また、ここでの説明では、時間重み１＋２＋４＋８の期間をＡサブフィールド期間（第１の期間）といい、Ａサブフィールド期間にてバイナリ表現された階調を示すビットを下位ビットという。また、時間重み８の１０個のサブフィールド期間をまとめてＢサブフィールド期間（第２期間）といい、Ｂサブフィールド期間にてバイナリ表現された階調を示すビットを上位ビットという。時間重み１は０．０８７ｍｓに相当し、時間重み８は０．６９ｍｓに相当する。

さらに、上述した所定電圧をオン（第１の電圧を印加）するサブフィールド期間をオン期間といい、所定電圧をオフする（第２の電圧を印加する）サブフィールド期間をオフ期間という。

図４には、図３に示したＡサブフィールド期間の階調データを示す。縦軸は階調を、横軸は１フレーム期間を示す。Ａサブフィールド期間では、１６階調を表現する。図中の白いサブフィールド期間は画素が白表示状態となるように上述した所定電圧が印加されたオン期間を示し、黒いサブフィールド期間は画素が黒表示状態となるように所定電圧がオフされたオフ期間を示す。

図５には、本実施例におけるＡおよびＢサブフィールド期間（下位および上位ビット）の階調データを示している。この階調データは、全階調として９６階調を表現するための階調データである。この階調データにおいて、１フレーム期間の時間中心にはＡサブフィールド期間（下位ビット）が配置され、その前後にＢサブフィールド期間（上位ビット）が１ＳＦ〜５ＳＦと６ＳＦ〜１０ＳＦとに分割されて配置されている。つまり、Ｂサブフィールド期間が２つに分割され、それぞれのＢサブフィールド期間に２つ以上のサブフィールド期間が含まれる。

この階調データによれば、液晶素子における互いに隣接する２画素である隣接画素に互いに隣接する２階調である隣接階調、例えば４８階調と４９階調を表示させる場合には、Ａサブフィールド期間を４８階調ではオン期間、４９階調ではオフ期間とする。また、４８階調では、Ｂサブフィールド期間のうち１ＳＦ，４ＳＦ，５ＳＦ，６ＳＦ，７ＳＦ，１０ＳＦをオフ期間とし、２ＳＦ，３ＳＦ，８ＳＦ，９ＳＦをオン期間とする。一方、４９階調では、Ｂサブフィールド期間のうち１ＳＦ，５ＳＦ，６ＳＦ，１０ＳＦをオフ期間とし、２ＳＦ，３ＳＦ，４ＳＦ，７ＳＦ，８ＳＦ，９ＳＦをオン期間とする。そして、このような隣接階調を隣接画素に表示される際には、隣接画素においてオン期間とオフ期間とが重なるオン／オフ隣接期間が生ずる。具体的には、隣接画素に４８階調と４９階調を表示させる場合には、Ｂサブフィールド期間のうち４ＳＦと７ＳＦとがオン／オフ隣接期間となる。

ここで、本実施例の階調データを図１１に示した従来（特許文献１）の階調データと比較する。図１１の階調データではＡサブレーム期間の後にＢサブフィールド期間が１まとまりで継続しているが、図５に示す本実施例の階調データではＡサブレーム期間の前後にＢサブフィールド期間が分割して配置されている。例えば４８階調と４９階調に注目すると、図１１ではＢサブフィールド期間のうち５ＳＦと６ＳＦがオン／オフ隣接期間になっており、時間重みとして１６のオン／オフ隣接期間が継続している。このことは、他の隣接階調である１６階調と１７階調、３２階調と３３階調、６４階調と６５階調、８０階調と８１階調等についても同じである。これに対して、図５に示す本実施例では、上記のいずれの隣接階調においても、Ｂサブフィールド期間においてオン／オフ隣接期間が継続するのは時間重みとてして８の１サブフィールド期間（＝０．６９ｍｓ）となっている。そして、この１サブフィールド期間であるオン／オフ隣接期間がＡサブレーム期間を挟んで互いに離れて複数（２つ）存在する。

次に、本実施例のようにオン／オフ隣接期間が分散配置されることにより得られる効果について説明する。

まず、図６に示すようにマトリックス状に配置された画素が、全白表示状態から１画素ラインごとに白と黒が交互に表示される白黒表示状態に切り替わるときと、全黒表示状態から白黒表示状態に切り替わるときの液晶の応答特性について説明する。図６に示す４×４個の画素は、８μｍの画素ピッチでマトリクス状に配置されている。全白表示状態では図６中のＡ画素ラインの画素およびＢ画素ラインの画素のいずれもが白を表示する。白黒表示状態では、Ａ画素ラインの画素が白表示状態から黒表示状態に切り替わり、Ｂ画素ラインの画素が白表示状態のまま維持される。

図７には、液晶の応答特性を示している。横軸は画素の位置を、縦軸は各画素における明るさ（ただし、白を１としたときの比率）を示している。横軸の０〜８μｍは図６に示したＡ画素ラインの画素を、８μｍ〜１６μｍはＢ画素ラインの画素を示している。複数の曲線は、全白表示状態から白黒表示状態への切り替え時点を０ｍｓとしたときの経過時間（０．３ｍｓ，０．６ｍｓ，１．０ｍｓ，１．３ｍｓ）ごとの明るさを示す。

上述したようにＡ画素ラインの画素が白表示状態から黒表示状態に切り替わるが、液晶におけるプレチルト角度の向きの関係からＡ画素ラインの画素はディスクリネーションの影響を受けずに比較的均一に明るさが変化していく（暗くなっていく）。一方、Ｂ画素ラインの画素では、全白表示状態ではディスクリネーションは発生していない。しかし、白黒表示状態になった後からディスクリネーションの影響を受けて時間の経過とともに徐々に明るさ曲線がいびつな形になり、特に１２μｍ〜１６μｍ付近で暗くなる（暗線が現れる）。

一般に、入力階調に対する液晶素子の駆動階調を決めるガンマ曲線（ガンマ特性）はディスクリネーションが発生しない液晶素子全面に同じ階調を表示させながらその階調を変化させた場合の応答特性を前提として作成される。このため、そのようなガンマ曲線を用いて液晶素子を駆動すると、白黒表示状態にてディスクリネーションが発生し、そのガンマ曲線に応じた本来の明るさよりも低い明るさしか得ることができない。

図８には、液晶素子を全白表示状態から白黒表示状態に切り替えたときのディスクリネーションの有無による明るさの変化を示している。横軸は切り替え時点からの経過時間を、縦軸はＡおよびＢ画素ラインの画素のトータルな明るさの積分値（以下、単に明るさという）の変化を示す。明るさは、全白表示状態を１としたときの比率で示している。ディスクリネーションが発生する（「ディスクリネーション有り」の）場合には、Ａ画素ラインの画素の明るさは図７の１〜６μｍ付近に示す応答特性に近い特性で変化し、Ｂ画素ラインの画素の明るさは全域１００％の明るさで白が表示された状態となる。そして、この後の時間経過に伴い、ディスクリネーションが発生した場合の明るさの低下量はディスクリネーションが発生しない（「ディスクリネーション無し」の）場合の明るさの低下量に比べて大きくなっていく。

一方、全黒表示状態から白黒表示に切り替えるときには、図６に示したＡ画素ラインの画素よびＢ画素ラインの画素がともに黒表示状態から、Ａ画素ラインの画素を黒表示状態としたままＢ画素ラインの画素を白表示状態とする。図９には、このときの液晶の応答特性を示している。横軸は画素の位置を、縦軸は各画素における明るさ（ただし、白を１としたときの比率）を示している。横軸の０〜８μｍは図６に示したＡ画素ラインの画素を、８μｍ〜１６μｍはＢ画素ラインの画素を示している。複数の曲線は、全黒表示状態から白黒表示状態への切り替え時点を０ｍｓとしたときの経過時間（０．３ｍｓ，０．６ｍｓ，１．０ｍｓ，１．３ｍｓ）ごとの明るさを示す。

上述したようにＢ画素ラインの画素が黒表示状態から白表示状態に切り替わるが、Ｂ画素ラインの画素では、白表示状態になった後からディスクリネーションの影響を受けて時間の経過とともに徐々に明るさ曲線がいびつな形になる。そして、特に１２μｍ〜１６μｍ付近で暗くなる（暗線が現れる）。また、時間経過に伴って明るさ曲線のいびつな形が顕著になっていく。

先にも説明したように、一般に入力階調に対する液晶素子の駆動階調を決めるガンマ曲線（ガンマ特性）はディスクリネーションが発生しない液晶素子全面に同じ階調を表示させながらその階調を変化させた場合の応答特性を前提として作成される。このため、そのようなガンマ曲線を用いて液晶素子を駆動すると、白黒表示状態にてディスクリネーションが発生し、そのガンマ曲線に応じた本来の明るさよりも低い明るさしか得ることができない。

図１０には、液晶素子を全黒表示状態から白黒表示状態に切り替えたときのディスクリネーションの有無による明るさの変化を示している。横軸は切り替え時点からの経過時間を、縦軸はＡおよびＢ画素ラインの画素のトータルな明るさの積分値（以下、単に明るさいい、全白表示状態を１としたときの比率で示す）を示す。ディスクリネーションが発生しない（「ディスクリネーション無し」の）場合の明るさとしては、Ａ画素ラインの画素は常に黒表示状態であり、Ｂ画素ラインの画素が黒表示状態から白表示状態に切り替わっていくときの明るさの変化を示している。一方、ディスクリネーションが発生する（「ディスクリネーション有り」の）場合は、図９に示したＡ画素ラインの画素とＢ画素ラインの画素の明るさの和の積分値の変化を示している。

図１０において、ディスクリネーションが発生する場合は、ディスクリネーションが発生しない場合に比べて、時間経過に伴う明るさの増加量が少ない。すなわち、全黒表示状態から白黒表示状態に切り替わった後にディスクリネーションが発生する時間が長いほど、ディスクリネーションが発生しない場合に対してより暗くなる。

次に、図１１に示した従来の階調データによってＡ画素ラインの画素に４８階調を表示させ、Ｂ画素ラインの画素に４９階調を表示させる場合について説明する。この階調データを用いる場合にディスクリネーションが発生する期間は、Ａ画素ラインの画素が黒表示状態でＢ画素ラインの画素が白表示状態というディスクリネーション発生表示状態となるＢサブフィールド期間における５ＳＦと６ＳＦである。５ＳＦの前の４ＳＦはＡ画素ラインの画素およびＢ画素ライン画素のいずれも白表示状態であり、ディスクリネーションは発生しない期間である。

５ＳＦから６ＳＦまでの液晶の応答特性は図８における「ディスクリネーション有り」に相当する特性となる。４ＳＦでは全白表示状態であるため明るさは１００％出力されており、５ＳＦの開始時から６ＳＦの終了時までの１．３９ｍｓの間にディスクリネーションが発生するため、５ＳＦの開始時が図８における０ｍｓに相当し、６ＳＦの終了時が１．３９ｍｓに相当する。このとき、明るさは、ディスクリネーションが発生しない場合の０．５に対して０．２７まで低下する。前述したように全面同一階調を前提として作成されるガンマ特性を基準とすると、ディスクリネーションが発生する５ＳＦから６ＳＦまでに比率において５４％（＝０．２７／０．５）と暗くなる。

一方、本実施例において、図５に示した階調データによってＡ画素ラインの画素（第２の画素）に４８階調を表示させ、Ｂ画素ラインの画素（第１の画素）に４９階調を表示させる場合について説明する。この階調データを用いる場合にディスクリネーションが発生する期間は、Ａ画素ラインの画素とＢ画素ラインの画素が上記ディスクリネーション発生表示状態となるＢサブフィールド期間における４ＳＦと７ＳＦである。４ＳＦの前の３ＳＦはＡ画素ラインの画素およびＢ画素ラインの画素がともに白表示状態であり、ディスクリネーションは発生しない期間である。

４ＳＦでの液晶の応答特性は、図８における「ディスクリネーション有り」に相当する特性となる。３ＳＦでは全白表示状態であるため明るさは１００％出力されており、４ＳＦの０．６９ｍｓの間にディスクリネーションが発生するため、４ＳＦの開始時が図８の０ｍｓに相当し、４ＳＦの終了時が０．６９ｍｓに相当する。このとき、明るさは、ディスクリネーションが発生しない場合の０．７に対して０．６５までしか低下しない。

また、もう１つのディスクリネーションが発生するサブフィールド期間である７ＳＦでの液晶の応答特性は、図１０における「ディスクリネーション有り」に相当する特性となる。６ＳＦでは全黒表示状態であるため明るさは０％であり、７ＳＦの０．６９ｍｓの間にディスクリネーションが発生するため、７ＳＦの開始時が図１０の０ｍｓに相当し、７ＳＦの終了時が０．６９ｍｓに相当する。このとき、明るさは、ディスクリネーションが発生しない場合の０．２５に対して０．１８までしか低下しない。

そして、４ＳＦと７ＳＦでディスクリネーションが発生しない場合の明るさの和は０．９５（＝０．７０＋０．２５）となるのに対して、ディスクリネーションが発生する場合の明るさの和は０．８３（＝０．６５＋０．１８）となる。全面同一階調を前提として作成されるガンマ特性を基準とすると、ディスクリネーション発生表示状態では比率で８７％（＝０．８３／０．９５）までしか暗くならない。すなわち、本実施例によれば、明るさの低下を抑制することができる。

次に、他の隣接階調を表示する場合について説明する。まず図１１に示した従来の階調データによって図６に示したＡ画素ラインの画素に１６階調を表示させ、Ｂ画素ラインの画素に１７階調を表示させる場合について説明する。この階調データを用いる場合にディスクリネーションが発生する期間は、Ａ画素ラインの画素が黒表示状態でＢ画素ラインの画素が白表示状態というディスクリネーション発生表示状態となるＢサブフィールド期間における１ＳＦと２ＳＦである。

１ＳＦから２ＳＦまでの液晶の応答特性は、図１０における「ディスクリネーション有り」に相当する特性となる。１ＳＦの開始時から２ＳＦの終了時までの１．３９ｍｓの間にディスクリネーションが発生する。このため、１ＳＦの開始時が図１０における０ｍｓに相当し、２ＳＦの終了時が１．３９ｍｓに相当する。このとき、明るさは、ディスクリネーションが発生しない場合の０．５に対して０．２７まで低下する。実施例１で述べたように全面同一階調を前提として作成されるガンマ特性を基準とすると、ディスクリネーションが発生する１ＳＦから２ＳＦまでに比率で５４％（＝０．２７／０．５）と暗くなる。

一方、本実施例において、図５に示した階調データによってＡ画素ラインの画素（第２の画素）に１６階調を表示させ、Ｂ画素ラインの画素（第１の画素）に１７階調を表示させる場合について説明する。この階調データを用いる場合にディスクリネーションが発生する期間は、Ａ画素ラインの画素とＢ画素ラインの画素が上記ディスクリネーション発生表示状態となるＢサブフィールド期間における３ＳＦと８ＳＦである。３ＳＦの前の２ＳＦではＡ画素ラインの画素およびＢ画素ラインの画素のいずれも黒表示状態であり、ディスクリネーションは発生しない期間である。３ＳＦでの液晶の応答特性は、図１０における「ディスクリネーション有り」に相当する特性となる。２ＳＦでは全黒表示状態であるため明るさは０％であり、３ＳＦの０．６９ｍｓの間にディスクリネーションが発生するため、３ＳＦの開始時が図１０の０ｍｓに相当し、３ＳＦの終了時が０．６９ｍｓに相当する。このとき、明るさは、ディスクリネーションが発生しない場合の０．２５に対して０．１８までしか低下しない。

また、もう１つのディスクリネーションが発生するサブフィールド期間である８ＳＦでの液晶の応答特性も図１０における「ディスクリネーション有り」に相当する特性となる。７ＳＦでは全黒表示状態であるため明るさは０％であり、８ＳＦの０．６９ｍｓの間にディスクリネーションが発生するため、８ＳＦの開始時が図１０の０ｍｓに相当し、８ＳＦの終了時が０．６９ｍｓに相当する。このとき、明るさは、ディスクリネーションが発生しない場合の０．２５に対して０．１８までしか低下しない。

そして、３ＳＦと８ＳＦでディスクリネーションが発生しない場合の明るさの和は０．５０（＝０．２５＋０．２５）となるのに対して、ディスクリネーションが発生する場合の明るさの和は０．３６（＝０．１８＋０．１８）となる。全面同一階調を前提として作成されるガンマ特性を基準とすると、ディスクリネーション発生表示状態では比率で７２％（＝０．３６／０．５０）までしか暗くならない。すなわち、本実施例によれば、明るさの低下を抑制することができる。

このように、本実施例では、隣接階調を表示する際にディスクリネーション発生表示状態となるオン／オフ隣接期間を１フレーム期間内で複数互いに離して（分散させて）設けることで１つの連続したオン／オフ隣接期間を短くしている。すなわち、ディスクリネーションによる明るさ低下が大きくなる前に隣接画素でのディスクリネーション発生表示状態を他の表示状態に移行させる。これにより、ディスクリネーションを原因とした明るさ低下を抑制して暗線が目立たないようにすることができ、良好な画質の画像を表示することができる。

以上説明した液晶素子の駆動方法によってディスクリネーションの発生を抑制することが可能である。しかし、よりディスクリネーションによる暗線を目立たなくするために、本実施例では以下のような駆動方法も併せ用いる。

次に、図１２を用いて画像処理部１４０および液晶制御部１５０の内部構成について説明する。

画像処理部１４０は、前処理部１４１、縮小画像生成部１４２、画像メモリ１４３、空間周波数算出部１４４、階調変換部１４５および出力同期信号生成部１４９で構成される。画像処理部１４０を構成する各部は、レジスタバス１９９を介してＣＰＵ１１０と接続されている。

前処理部１４１は、画像入力部１３０から入力された画像を、液晶素子１５１Ｒ、１５１Ｇ、１５１Ｂに適した色空間、解像度へ変換する。具体的には、色空間変換、幾何学変形補正（ワーピング、台形補正）、拡大縮小処理を含む表示レイアウトの変換処理を行う。また、入力された画像の特徴量を算出する。

縮小画像生成部１４２は、前処理部１４１から出力された画像ＩＭＧを画像メモリ１４３に書き込み、画素シフト表示のための１ｓｔフレーム画像ＤＩＶ＿Ａと、２ｎｄフレーム画像ＤＩＶ＿Ｂを生成する。また、縮小画像生成部１４２は、１ｓｔフレーム画像ＤＩＶ＿Ａと、２ｎｄフレーム画像ＤＩＶ＿Ｂを倍速して出力する。すなわち入力周波数が６０Ｈｚである場合１２０Ｈｚで１ｓｔフレーム画像ＤＩＶ＿Ａと、２ｎｄフレーム画像ＤＩＶ＿Ｂを出力する。また、縮小画像生成部１４２は、当該タイミングで出力している画像が、１ｓｔフレーム画像ＤＩＶ＿Ａか２ｎｄフレーム画像ＤＩＶ＿Ｂかを識別可能な同期信号を出力する。

次に、前処理部１４１から出力された画像ＩＭＧから１ｓｔフレーム画像ＤＩＶ＿Ａを生成する方法を具体的に説明する。まず、縮小画像生成部１４２は、画像メモリ１４３に格納されている画像ＩＭＧの水平方向、垂直方向の座標がともに偶数である画素データを図１３のようにサンプリングして、１ｓｔフレーム画像ＤＩＶ＿Ａとして出力する。そして、次に、縮小画像生成部１４２は、図１３のように画像メモリ１４３から画像ＩＭＧの水平垂直方向の座標がともに奇数である画素データをサンプリングして、２ｎｄフレーム画像ＤＩＶ＿Ｂとして出力する。

また、縮小画像生成部１４２は、縮小画像を生成せずに、縮小画像生成部１４２へ入力された入力画像をそのまま階調変換部１４５に出力することもできる。

次に１ｓｔフレーム画像ＤＩＶ＿Ａと、２ｎｄフレーム画像ＤＩＶ＿Ｂがどのように投影面上に出力されるかについて説明する。図１４に１ｓｔフレーム画像ＤＩＶ＿Ａと、２ｎｄフレーム画像ＤＩＶ＿Ｂの投影面上における投影位置関係を示す。図１４において座標の記載された四角形が１ｓｔフレームにおける投影位置の１画素を表しており、この四角形の集合体が１ｓｔフレームにおける投影画像投影画像ＤＩＶ＿Ａとなる。一方、ハッチングされた四角形は２ｎｄフレームにおける投影位置の１画素を表しており、この四角形の集合体が２ｎｄフレームにおける投影画像ＤＩＶ＿Ｂとなる。１ｓｔフレーム画像ＤＩＶ＿Ａと２ｎｄフレーム画像ＤＩＶ＿Ｂは、画素シフト素子１７０によって光路がシフトされることにより、結果として図１４のように、水平垂直方向にそれぞれ１／２画素シフトした位置に投影される。

次に空間周波数算出部１４４の処理の詳細について説明する。

空間周波数算出部１４４は、縮小画像生成部１４２で生成された１ｓｔフレーム画像ＤＩＶ＿Ａと、２ｎｄフレーム画像ＤＩＶ＿Ｂのいずれかに対する空間周波数ＦＲＥＱを画素ごとに算出する。

本実施例における空間周波数ＦＲＥＱは、検出対象画素位置を中心とした時の、空間方向の輝度変化量の度合いで定義する。輝度変化量が大きい場合に空間周波数が高いと算出され、輝度変化量が小さい場合に空間周波数が低いと算出される。

図１５を用いて、空間周波数ＦＲＥＱのより具体的な算出方法を説明する。

図１５（ａ）は空間周波数が高い画素位置の一例を示しており、図１５（ｂ）は空間周波数が低い画素位置の一例を示している。

算出用法について、ここでは図１５（ａ）を用いて説明する。図１５（ａ）において、ＬＭは検出対象画素位置が存在するライン位置を表しており、ＬＵは検出対象画素位置が存在するライン位置の１ライン上、ＬＤは検出対象画素位置が存在するライン位置の１ライン下のライン位置を示している。また、水平方向の数字は、検出対象画素位置を０としたときの、水平相対位置を示している。また、図示した白丸の画素は、階調値が２５５（８ｂｉｔ換算）の画素を示しており、黒丸の画素は、階調値が０の画素を示している。

まず、画素ＬＭ（０）の輝度値ＹＬＭ（０）と画素ＬＭ（０）の左側に隣接する画素ＬＭ（−１）の輝度値ＹＬＭ（−１）との差分ＹＧＬＭＬを算出する。

ＹＧＬＭＬ＝｜ＹＬＭ（０）−ＹＬＭ（−１）｜
次に、画素ＬＭ（０）の輝度値ＹＬＭ（０）と画素ＬＭ（０）の右側に隣接する画素ＬＭ（＋１）の輝度値ＹＬＭ（＋１）との差分ＹＧＬＭＲは以下の式で算出される。

ＹＧＬＭＲ＝｜ＹＬＭ（０）−ＹＬＭ（＋１）｜
算出した差分ＹＧＬＭＬと差分ＹＧＬＭＲの大きい方を水平方向の輝度変化量ＨＤＩＦＦとする。垂直方向についても同様の計算式で、垂直方向の輝度変化量ＶＤＩＦＦを算出することが出来る。水平方向の輝度変化量ＨＤＩＦＦと、垂直方向の輝度変化量ＶＤＩＦＦの大きい方が、検出対象画素位置の輝度変化量ＤＩＦＦと算出される。

本実施例では、水平方向の輝度変化量ＨＤＩＦＦと、垂直方向の輝度変化量ＶＤＩＦＦの大きい方を輝度変化量ＤＩＦＦとしたが、斜め方向の輝度変化量を参照してもよい。この時、それぞれの最大値を採用してもよいし、所定の閾値以上の値の平均等でも良い。
次に、図１６を用いて輝度変化量ＤＩＦＦを空間周波数ＦＲＥＱへ変換する特性を説明する。本実施例における変換特性は、図１６に示した通り、輝度変化量ＤＩＦＦが大きいほど、空間周波数ＦＲＥＱが大きくなるように制御する。

階調変換部１４５は、自身に入力される画像データに対して、フレーム毎にそれぞれ異なる階調変換処理を適用する。図１７に階調変換部１４５の一構成例を示す。

本例における階調変換部１４５は、ゲイン係数決定部２０１、補正レベル算出部２０２、及びゲイン処理部２０３で構成される。

ゲイン係数決定部２０１は、自身に入力される出力同期信号に同期して、フレーム毎に異なるゲイン係数ＧＡＩＮ＿ＳＥＬを決定し、ゲイン処理部２０３に通知する。ゲイン係数決定部２０１は、補正レベルＲＥＶ＿ＶＡＬをゲイン係数ＧＡＩＮ＿ＳＥＬとしてフレーム毎に選択してゲイン処理部２０３へ出力する。

補正レベル算出部２０２は、空間周波数算出部１４４で算出された空間周波数ＦＲＥＱに応じて、ゲイン係数決定部２０１で使用する補正レベルＲＥＶ＿ＶＡＬを算出する。補正レベルＲＥＶ＿ＶＡＬを算出する際の変換特性の一例を図１８に示す。

図１８（ａ）は１ｓｔフレーム画像に適応する変換特性であり、空間周波数ＦＲＥＱの値によらず常に１を出力する。

図１８（ｂ）は２ｎｄフレーム画像に適応する変換特性であり、２ｎｄフレーム画像に対して、空間周波数ＦＲＥＱが大きい程、補正レベルＲＥＶ＿ＶＡＬは大きくなるように制御する。これは、後述するように空間周波数が高いほど、画素ずらし処理による高解像度化の効果を高める制御を行うためである。

また、図１８（ｂ）において、空間周波数ＦＲＥＱの値に応じた変換特性の一例を記載したが、この変換特性については高周波成分の表示に影響を与える要素に対して適宜決定すればよい。例えば、液晶素子１５１の画素ピッチが小さいほど空間周波数ＦＲＥＱに対する補正レベルＲＥＶ＿ＶＡＬの低減度合いを大きくすればよい。これは、画素ピッチが小さい液晶パネルの方が、より高周波成分を表示可能であるためである。また、ズーム比から実空間での空間周波数を算出してそれに応じて決めてもよい。こうすることで、実際に表示される投影面画像に応じた空間周波数に対して制御することが可能になる。

ゲイン処理部２０３は、入力画像信号に対して、ゲイン係数決定部２０１が決定したゲイン係数ＧＡＩＮ＿ＳＥＬを乗算するゲイン処理を行う。ゲイン係数ＧＡＩＮ＿ＳＥＬは、１ｓｔフレーム画像ＤＩＶ＿Ａ、及び２ｎｄフレーム画像ＤＩＶ＿Ｂに対応して算出されるため、それぞれのフレーム画像に対してゲイン処理されることになる。

上記のように階調変換部１４５がフレーム毎に異なるゲイン処理を行うことにより、ディスクリネーションによる画素の明るさの低下を視認されづらくすることができる。この仕組みについて図１９を用いて説明する。

図１９（ａ）は、ゲイン係数１００％の時の入力階調値と出力階調値の関係（入出力階調特性）と観察者により視認される投影画像のイメージを示している。本実施例における液晶素子１５１は、水平方向に９６画素を有するものとする。また、図１９（ａ）に示すように、右方向に単純に一階調ずつ増加するグラデーション画像を表示した際には、ディスクリネーションが生じない画素は滑らかな濃淡が表現される。一方で、隣接画素の駆動状態でオン期間とオフ期間が重なる時間が長い隣接階調ではディスクリネーションの影響により明るさが低下し暗線として知覚される。図１９では、ディスクリネーションによる暗線が５箇所知覚されるものとして説明する。

なお、図１９においては、ディスクリネーションによる画素の明るさの低下を視認されづらくすることができる説明を簡単にするため、画素シフト素子１７０が駆動しない場合、すなわちフレームごとに光路をシフトしない場合の投影画像を例にとって説明する。

ここで、入力階調値６４と階調値６５が隣接する位置に発生しているディスクリネーションに着目する。ここで、上記と同様のグラデーション画像に対して、ゲイン係数９０％のゲインを適用した場合のディスクリネーションの位置の変化について図１９（ｂ）を用いて説明する。ゲイン係数９０％のゲイン処理により、階調値６４と階調値６５の隣接関係は位置７１と位置７２の画素へと移動する。よって、ディスクリネーションによる暗線は階調値６４を表示している位置７１の画素で発生する。

階調変換部１４５はゲイン係数１００％と９０％をフレーム毎に交互に切り替えるため、投影される画像も図１９（ａ）と図１９（ｂ）に示した画像がフレーム毎に交互に切り替わる。この切り替わり周期が一定以上であると、観察者には２フレームの画像が積分されて知覚されるため、ディスクリネーションによる暗線も図１９（ｃ）のように約１／２の濃さとなって知覚される。これが、階調変換部１４５の動作がディスクリネーションによる暗線を視認されづらくする原理である。なお、この原理は他の位置にて発生しているディスクリネーションに関しても同様である。

図１９では、ゲイン係数が１００％と９０％をフレーム毎に交互に切り替える例を示したが、これに限定されることはない。

例えば、図２０に示したように、低周波領域（空間周波数ＦＲＥＱが０．３以下の領域）は、１ｓｔフレームのゲインを１００％、２ｎｄフレームのゲインを９０％のゲイン切り替えを行い、高周波領域（空間周波数ＦＲＥＱが０．７以上の領域）は、１ｓｔフレーム、２ｎｄフレーム共に９５％のゲインとしてもよい。このように制御することで、画像信号の空間周波数によらず、ゲイン処理後の１ｓｔフレーム画像と２ｎｄフレーム画像の平均が９５％となり、輝度を均一に保つことが出来る。

出力同期信号生成部１４９は、出力同期信号を生成するブロックであり、自身に入力されている不図示のドットクロックのベースとなる基準クロックをカウントして出力同期信号を生成する。この出力同期信号は、縮小画像生成部１４２による画像メモリ１４３の読み出しタイミングや、液晶制御部１５０によって駆動される液晶素子１５１Ｒ、Ｇ、Ｂの更新タイミング、画素シフト素子制御部１７０によって駆動される画素シフト素子１７１の駆動タイミングを同期化するための基準信号として扱われる。

次に図２１を用いて、本実施例における階調変換部１４５で処理される階調特性の一例を説明する。図２１（ａ）は空間周波数が低い領域の階調特性の一例を示しており、図２１（ｂ）は空間周波数が高い領域の階調特性の一例を示している。

なぜ、上記のような処理を行うのかというと、空間周波数の高い領域に、異なるゲイン係数を用いたゲイン処理を行うと画素シフトによる高解像化の効果が低下してしまう場合があるためである。１ｓｔフレーム画像ＤＩＶ＿Ａ、２ｎｄフレーム画像ＤＩＶ＿Ｂのそれぞれに対して異なるゲイン係数を用いたゲイン処理を行うことにより高解像度化の効果が低下してしまう場合の例を図２２を用いて説明する。

図２２（ａ）が縮小画像生成部１４２に対する入力画像を表している。なお、四角が各画像データの１画素を表し、四角の中の数字が各画素の階調値を表している。

まず、縮小画像生成部１４２は、図２２（ａ）の実線で囲った画素をサンプリングし１ｓｔフレーム画像ＤＩＶ＿Ａを、破線で囲った画素をサンプリングし２ｎｄフレーム画像ＤＩＶ＿Ｂを、それぞれ生成する。この場合の、１ｓｔフレーム画像ＤＩＶ＿Ａ、２ｎｄフレーム画像ＤＩＶ＿Ｂを図２２（ｂ）（ｃ）にそれぞれ示す。仮に、この１ｓｔフレーム画像ＤＩＶ＿Ａ、２ｎｄフレーム画像ＤＩＶ＿Ｂが階調変換部１４５の処理を経ずに出力された場合の投影画像のイメージを図２２（ｄ）に示す。２ｎｄフレーム画像ＤＩＶ＿Ｂは１ｓｔフレーム画像ＤＩＶ＿Ａに対して、右下に１／２画素シフトして投影されるため、図２２（ｄ）には、１ｓｔフレーム画像ＤＩＶ＿Ａと１／２画素シフトした２ｎｄフレーム画像ＤＩＶ＿Ｂの階調値を時間積分（平均）した階調値となる。

次に、１ｓｔフレーム画像ＤＩＶ＿Ａ、２ｎｄフレーム画像ＤＩＶ＿Ｂが階調変換部１４５の処理を経て出力される場合を考える。１ｓｔフレーム画像ＤＩＶ＿Ａ、２ｎｄフレーム画像ＤＩＶ＿Ｂはそれぞれ時分割で階調変換部１４５へ出力されるため、階調変換部１４５は１ｓｔフレーム画像ＤＩＶ＿Ａと２ｎｄフレーム画像ＤＩＶ＿Ｂにそれぞれ異なるゲイン係数を適用する。１ｓｔフレーム画像ＤＩＶ＿Ａに１００％のゲイン係数を、２ｎｄフレーム画像ＤＩＶ＿Ｂに９０％のゲイン係数をかけた場合の画像を図２２（ｅ）（ｆ）にそれぞれ示す。また、図２２（ｅ）（ｆ）が画素シフトで投影された場合のイメージを図２２（ｇ）に示す。理想的には、図２２（ｄ）のように、左上から右下にかけての斜めの高階調値のラインが一律に投影されるべきである。しかしながら、図２２（ｇ）においては、高階調値９１の斜めのラインの両脇（右上側と左下側）に階調値４７の画素と階調値５２の画素が交互に表示されてしまう。これら階調値４７の画素と階調値５２の画素は、入力画像には存在しなかったジャギーのように視認されてしまう。したがって、画素シフト処理ＯＮの場合に、階調変換部１４５で、１ｓｔフレーム画像ＤＩＶ＿Ａ、２ｎｄフレーム画像ＤＩＶ＿Ｂのそれぞれに対して、異なったゲイン係数によりゲイン処理を行うと画素シフトによる高解像化の効果が低下してしまう。

したがって、画素シフトによる高解像化の効果を低下させないようにするためには、１ｓｔフレーム画像ＤＩＶ＿Ａ、２ｎｄフレーム画像ＤＩＶ＿Ｂのそれぞれに対して、高解像度化の効果の低下が顕著に視認される高周波領域部に適用するゲインの差を小さくすることが望ましい。本実施例において高周波領域部の特徴として、高解像度化の効果が望まれている。また一方でディスクリネーションによる暗線は視認されづらい。そのため、２つのフレーム画像に対して、同じゲイン処理を乗じるように処理することが好ましく、結果として投影される画像は図２２（ｄ）のようになり、理想的な高画質化が実現出来る。一方、低周波領域部においては、高解像度化の効果が視認されづらく、ディスクリネーションによる暗線は視認されやすい。このような場合は、２つのフレーム画像に対して、ゲインの差を大きくすることで、ディスクリネーションの低減効果を優先する。以上の処理を行うことで、画素シフト制御による高解像度化と、ディスクリネーションの低減効果を両立することが出来る。

また、本実施例の空間周波数算出部１４４は、別の構成例を用いてもよい。例えば、空間領域の画像データを周波数領域に変換するフーリエ変換法を用いればよい。この場合、フーリエ変換後のデータを用いて空間周波数の度合いを判定すれば、同様の制御が可能になる。

以上説明したように液晶プロジェクタ１００の各部が動作することによって、コストを抑えつつ、ディスクリネーションによる画質低下を抑制し、画素シフトによる高解像度化を実現することができる。

なお、本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

＜実施例２＞
実施例１では、入力画像の空間周波数に応じて、階調変換部１４５が適用するゲイン係数の制御を行った。一方、実施例２では、入力画像の空間周波数とさらに入力解像度とに応じて、階調変換部１４５が適用するゲイン係数の制御を行う点が実施例１とは異なる。

以下、実施例１と異なる構成や処理について詳しく説明し、実施例１と同様の構成や処理についての説明は省略する。

図２３を用いて画像処理部１４０および液晶制御部１５０の内部構成について説明する。実施例１と異なる構成としては、メモリ３０１と階調変換部３４５の内部構成が異なる。本実施例における階調変換部３４５の構成について、図２４を用いて詳細に説明する。補正レベル算出部３０２は、空間周波数算出部１４４で算出された空間周波数ＦＲＥＱと、メモリ３０１に保存されているパネル解像度ＲＥＳＯとから補正レベルＲＥＶ＿ＶＡＬを算出する。

補正レベル算出部３０２では、まず、入力解像度ＲＥＳＯを補正係数αに変換する。変換の特性を図２５に示す。図２５に示した通り、解像度ＲＥＳＯ＿Ａ〜ＲＥＳＯ＿Ｄのそれぞれに対応した補正係数αが設定されている。本実施例で示す解像度は、ＲＥＳＯ＿Ａ＜ＲＥＳＯ＿Ｂ＜ＲＥＳＯ＿Ｃ＜ＲＥＳＯ＿Ｄの順に、解像度が高くなる。つまり、入力解像度が高くなるにつれて、補正係数αが大きくなるように設定されている。

次に、補正レベル算出部３０２は、空間周波数ＦＲＥＱ、及び補正係数αとを用いて、補正レベルＲＥＶ＿ＶＡＬに変換する。まず、空間周波数ＦＲＥＱを、基準補正レベルＲＥＶ＿ＶＡＬ＿ＴＭＰに変換する。

変換特性を図２６（ａ）に示す。図２６（ａ）を見て分かる通り、空間周波数ＦＲＥＱが高い程、基準補正レベルＲＥＶ＿ＶＡＬ＿ＴＭＰは大きくなるように設定されている。

次に、空間周波数ＦＲＥＱが所定の閾値ＴＨより小さい領域に補正係数αを乗算し、補正レベルＲＥＶ＿ＶＡＬを算出する。

ＲＥＶ＿ＶＡＬ＝ＲＥＶ＿ＶＡＬ＿ＴＭＰ×α
本実施例において、補正係数αを入力解像度に応じて可変させることで、ディスクリネーションによる画質低下抑制と、画素シフトによる高解像度化を両立させることができる。

入力解像度が高くなるに従って、補正係数αが大きくなるように制御するのは、入力解像度が高い画像の方が、中域から高域を含む画像が多く存在する傾向にあるため、ゲイン係数ＧＡＩＮ＿ＳＥＬが大きくなるようなＲＥＶ＿ＶＡＬを算出することで高解像度化効果を高めるためである。

以上示したように、入力解像度と空間周波数に応じて、ゲイン係数ＧＡＩＮ＿ＳＥＬの制御を行うことで、高周波領域の影響度合いを入力解像度に応じて制御することが可能になり、より精度良く補正を行うことが可能になる。結果として、実施例１と比較して、さらに精度よくディスクリネーションによる暗線を視認されづらくする効果を維持することができる。

したがって、コストを抑えつつ、ディスクリネーションによる画質低下を抑制し、画素シフトによる高解像度化を実現することができる。

＜実施例３＞
実施例１では、縮小画像生成部１４５の出力画像ＤＩＶ＿Ａ、ＤＩＶ＿Ｂを用いて空間周波数を算出する例を示した。一方、実施例３では、縮小画像生成部１４５に入力される画像ＩＭＧを用いて空間周波数を算出する点が実施例１とは異なる。

図２７を用いて画像処理部１４０および液晶制御部１５０の内部構成について説明する。実施例１と異なる構成としては、空間周波数算出部４４４の内部構成が異なる。

空間周波数算出部４４４に入力される縮小画像生成前の入力画像ＩＭＧは、図１３に示した画素配列になっている。空間周波数算ＦＲＥＱを算出する対象画素は、画像ＩＭＧの水平方向、垂直方向の座標がともに偶数である画素データ（１ｓｔフレーム画像ＤＩＶ＿Ａ）、及び画像ＩＭＧの水平垂直方向の座標がともに奇数である画素データ（２ｎｄフレーム画像ＤＩＶ＿Ｂ）である。これらの画素それぞれにおいて、実施例で説明した空間周波数算出方法を同様に適用すればよい。

この場合、空間周波数算出部４４４は、縮小前の画像信号ＩＭＧに対して、縮小する際の１ｓｔフレーム画像ＤＩＶ＿Ａのサンプリング位置の周辺画素を参照して空間周波数ＦＲＥＱを算出する。具体的には、図１３において、１ｓｔフレーム画像ＤＩＶ＿Ａの（２，２）の空間周波数ＦＲＥＱを算出する際に、（１，１）、（２，１）、（２，２）、（１，２）、（３，２）（１，３）（２，３）（３，３）の周囲８画素を用いて算出する。

また、縮小する際の２ｎｄフレーム画像ＤＩＶ＿Ｂのサンプリング位置の周辺画素を参照して空間周波数ＦＲＥＱを算出する。、具体的には、図１３において、２ｎｄフレーム画像ＤＩＶ＿Ｂの（３，２）の空間周波数ＦＲＥＱを算出する際に、（２，１）、（３、１）、（４，１）、（２，２）、（４，２）（２，３）（３，３）（４，３）の周囲８画素を用いて算出する。

以上示したように、縮小画像生成前の入力画像を用いて空間周波数を算出することで、より高精度に空間周波数成分を算出することが可能になり、より精度良く補正を行うことが可能になる。結果として、実施例１と比較して、さらに精度よくディスクリネーションによる暗線を視認されづらくする効果を維持することができる。

１００液晶プロジェクタ、１１０ＣＰＵ、１３０画像入力部、
１４０画像処理部、１４１前処理部、１４２縮小画像生成部、
１４３画像メモリ、１４４，４４４空間周波数算出部、
１４５，３４５階調変換部、１５０液晶制御部、
１５１Ｒ，１５１Ｇ，１５１Ｂ液晶素子、１６０光源制御部、
１６１光源、１７０画素シフト素子、１７１画素シフト素子制御部、
１９９レジスタバス、２０１ゲイン係数決定部、
２０２，３０２補正レベル算出部、２０３ゲイン処理部、３０１メモリ

Claims

複数の画素を有する液晶素子を用いた液晶表示装置であって、
前記液晶素子の各画素に対して、階調変換処理を適用した後の画像の階調値に基づいて所定のＯＮ電圧／ＯＦＦ電圧の印加時間を制御することで、画素毎に光源の光の透過もしくは反射率を変化させる駆動手段と、
入力画像から複数の画素シフト用画像を生成し時分割で出力する画素シフト画像生成手段と、
前記液晶素子によって変調された光を所定の方向にシフトして表示可能な画素シフト手段と、
時間的に連続するフレーム画像データに対して異なるゲイン係数を乗じる階調変換処理をそれぞれ適用する階調変換手段と、
前記画素シフト用画像から空間周波数を算出する空間周波数算出手段と、
を有し、
前記階調変換手段は、空間周波数算出手段で算出された空間周波数に基づいて、階調変換処理で乗じるゲイン係数の差分を制御することを特徴とする液晶表示装置。
前記階調変換手段は、乗じるゲイン係数の差分が、前記空間周波数算出手段の算出結果が高い場合には、前記空間周波数算出手段の算出結果が低い場合の時と比較して、小さくなるようなゲイン係数を適用することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記空間周波数算出手段は、入力画像の隣接画素差分値から算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
前記空間周波数算出手段は、入力画像を周波数領域への変換するフーリエ変換法を用いて算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
前記階調変換手段は、入力画像の解像度情報と、入力画像の空間周波数に基づいて、乗じるゲイン係数を決定することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の液晶表示装置。
前記階調変換手段は、入力画像の解像度が高いほど、乗じるゲイン係数の差分が小さくなるようなゲイン係数を適用することを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
複数の画素を有する液晶素子を用いた液晶表示装置であって、
前記液晶素子の各画素に対して、階調変換処理を適用した後の画像の階調値に基づいて所定のＯＮ電圧／ＯＦＦ電圧の印加時間を制御することで、画素毎に光源の光の透過もしくは反射率を変化させる駆動手段と、
入力画像から複数の画素シフト用画像を生成し時分割で出力する画素シフト画像生成手段と、
前記液晶素子によって変調された光を所定の方向にシフトして表示可能な画素シフト手段と、
時間的に連続するフレーム画像データに対して異なるゲイン係数を乗じる階調変換処理をそれぞれ適用する階調変換手段と、
前記入力画像の空間周波数を算出する空間周波数算出手段と、
を有し、
前記階調変換手段は、空間周波数算出手段で算出された空間周波数に基づいて、階調変換処理で乗じるゲイン係数の差分を制御することを特徴とする液晶表示装置。