JPH09247498A - 映像プロジェクタ用の動的なガンマ補正回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非直線映像プロジェクタのガンマ補正を行う
非直線伝達関数を実現し、帯域幅が広く、区切り点が滑
らかな伝達関数を持ち、温度補償が不要で、低コストの
装置を提案する。 【解決手段】 伝達関数の非直線性は、映像プロジェク
タに用いられる液晶ライトバルブと陰極線管の組み合わ
せなどの非直線光変調器の非直線性を補償するように設
計する。ガンマ補正回路は電流源を含む複数の増幅器を
備え、互いに結合してその出力電流を合計し、各増幅器
は所定の伝達関数を実現して異なるレベルの電流を与え
る。随意に出力抵抗器を用いて、合成出力電流を出力電
圧に変換する。複数の増幅器はそれぞれ第１および第２
のエミッタ結合のトランジスタ対とその関連電流源を備
える。トランジスタの１個のベースにしきい値訂正信号
を加えると、ガンマ補正は動的になる。このガンマ補正
回路は、液晶などの非直線映像技術を用いるすべての映
像プロジェクタやディスプレイに用いてよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願は係属中の出願第０
７／９８６，１０８号、１９９２年１２月４日出願、発
明者ジェームス・Ｇ・ヘージャーマン(James G. Hagerm
an) の「映像プロジェクタ用のガンマ補正回路(Gamma C
orrection Circuit for Use in Image Projectors)」の
一部継続出願である。

【０００２】この発明は一般に非直線光変調器および映
像プロジェクタに関し、より詳しくは、表示された映像
のグレースケール直線性を訂正する、非直線光変調器お
よび映像プロジェクタ用のガンマ補正回路に関する。

【０００３】

【従来の技術】ガンマ補正回路は、映像プロジェクタの
グレースケール直線性を訂正するのに用いられる。ガン
マ補正回路を用いないと、映像プロジェクタのグレース
ケール直線性は悪くなり、ビデオ映像が「洗われて」色
が悪くなる。詳しく言うと、グレースケールは非直線的
すなわち不釣り合いになり、このためグレーの陰が少な
くなり、質の良い映像を十分表すことができない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のガンマ補正回路
はダイオード回路を用いている。ダイオードを用いた回
路は、ダイオードの電圧降下を補償するために高電圧を
振らす必要があるのが欠点で、このため帯域幅が狭くな
り、また電力消費が増える。ダイオードを用いた訂正回
路は鋭い区切り点を生じ、このため伝達関数はやや不連
続になる。ダイオードを用いた訂正回路は温度が補償さ
れない。ダイオードの電圧降下は温度によって変化し、
このため区切り点が移動する。またダイオードを用いた
訂正回路は、ダイオードをフィードバック構成に用いた
場合は帯域幅が狭くなる。このようなフィードバック構
成にすると温度ドリフトの問題はなくなるが、区切り点
は一層鋭くなって、伝達関数は不連続になる。

【０００５】また従来のガンマ補正回路は、Ａ／Ｄ変換
器、メモリ、Ｄ／Ａ変換器を用いたディジタル方式であ
る。これらの回路は比較的に製造コストが高く、特に高
速や広帯域の回路が望ましい場合に高価になる。ガンマ
補正回路を動的なしきい値補正に用いると、別の問題が
生じる。ライトバルブがターンオンするのに必要なＣＲ
Ｔからの光の量はライトバルブの領域によって異なるの
で、またライトバルブの各領域のターンオン点は製造工
程によって変わり得るので、ライトバルブのこの入力面
のいろいろの領域でしきい値訂正を行う必要がある。し
かし異なるしきい値バイアスを用いると、液晶ライトバ
ルブのいろいろの領域がＣＲＴ駆動曲線上で動作する点
が異なる。これらの点はゼロすなわち黒レベルとして再
定義されるので、ガンマ補正は本来の開始点からずれて
プロジェクタ出力の質が低下する。ガンマ補正回路のし
きい値訂正電圧の影響は、考慮に入れて訂正する方がよ
い。

【０００６】したがって、従来のダイオード使用の、ま
たディジタル方式のガンマ補正回路に伴う、上述の問題
をなくすガンマ補正回路を用いれば、映像光プロジェク
タは非常に改良される。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、映像プロジ
ェクタのガンマ補正を行う非直線のシステム伝達関数
（ゲイン）、および特に非直線の光変調器を実現する電
子回路である。ガンマ補正回路の非直線性は、光変調器
または映像プロジェクタの非直線性を補償するように設
計する。液晶ライトバルブ映像プロジェクタ用のガンマ
補正回路の一実施態様を作ったが、この特定のガンマ補
正回路の非直線性は、映像プロジェクタに用いた液晶ラ
イトバルブおよび映像源（たとえば陰極線管）の非直線
性を補償した。

【０００８】一般に、このガンマ補正回路は、非直線制
御を用いる任意のシステムのシステム伝達関数を訂正す
る手段を与える。このようなシステムには、正弦波成形
回路、対数増幅器、液晶使用システム、たとえば熱電対
を用いた変換器などのアナログセンサシステム、直線性
訂正を必要とする偏向回路、直線性制御を必要とするフ
ィードバック回路などがある。このガンマ補正回路は、
たとえば変形可能な薄膜や圧電光変換器などの他の非直
線装置にも用いることができる。

【０００９】より特定すると、この発明のガンマ補正回
路は、互いに結合した複数の増幅器を備え、個々の出力
電流を合計して合成出力電流を与える。複数の増幅器
は、それぞれ一般に第１および第２のエミッタ結合のト
ランジスタ対を備える。複数の増幅器は、それぞれ所定
の伝達関数を実現する。複数の電流源を複数の増幅器の
それぞれに結合して、異なるレベルの電流を各増幅器に
与える。複数の電流源は複数の増幅器と協同して、それ
ぞれ所定の伝達関数を与える。随意の出力抵抗器を設け
て、合成出力電流を、回路の対応する出力電圧に変換す
る。増幅器と電流源の組み合わせを工夫して、陰極線管
と液晶ライトバルブの組み合わせに起因する映像プロジ
ェクタの非直線性を補償する。

【００１０】この発明のガンマ補正回路は主に液晶ライ
トバルブを用いた映像プロジェクタ用として開発した
が、ビデオ映像を投影する他の用途にも用いられる。液
晶ライトバルブプロジェクタに用いた場合は、このガン
マ補正回路の非直線伝達関数は、液晶ライトバルブと、
液晶ライトバルブに映像を入力するのに用いる陰極線管
の応答関数と組み合わさって、陰極線管単独の場合と同
等のシステム伝達関数を生じる。これが、この発明のガ
ンマ補正回路を用いて得られる望ましい結果である。

【００１１】特定すると、この発明は、複数の相互接続
されたエミッタ結合の増幅器対から得られるコレクタ電
流を合計することにより、非直線ゲイン関数を生成す
る。この発明は、これを用いる映像プロジェクタのグレ
ースケール直線性を訂正する。このガンマ補正回路の増
幅器構成はフィードバックを必要としないので、その処
理する帯域幅は従来と同様に広い。またこのガンマ補正
回路は「柔らかい」区切り点を持ち、比較的滑らかな伝
達関数を作る。

【００１２】この発明のガンマ補正回路は、非直線増幅
器を必要とする用途に有用である。詳しく言うと、この
ガンマ補正回路は、この発明の被譲渡人が製造している
モデル３００プロジェクタに用いるのに適している。こ
のガンマ補正回路は、液晶（またはその他の非直線）映
像技術を用いるプロジェクタまたはディスプレイにも用
いられる。

【００１３】この発明をさらに改良すると、しきい値を
補償して、液晶ライトバルブを用いる映像プロジェクタ
のガンマ補正を動的に行う。この型のプロジェクタで
は、ライトバルブのしきい値点は液晶ライトバルブの入
力面全体で変わる。ターンオンしきい値の違いを補償す
るために、ＣＲＴ駆動光をより多くする。これをしきい
値バイアスと呼ぶ。また、ターンオンするのに一層多く
の光を必要とする液晶ライトバルブ上の領域は、ＣＲＴ
駆動曲線上のより高い点で動作する。液晶ライトバルブ
の入力面の或る領域では、ターンオン点はＣＲＴ曲線上
の通常の点より実際にさらに高いところにある。この点
をゼロすなわち黒レベルと再定義すると、ガンマ補正曲
線の形は本来の開始点とは異なる。これを補償するた
め、ガンマ補正回路のトランジスタ増幅器の１個のベー
スにしきい値訂正電圧を与えてガンマ補正曲線の形を動
的に変えると、システムの伝達関数は動的なしきい値訂
正を用いたときの望ましい応答に近づく。

【００１４】

【発明の実施の形態】

【実施例】図１に、この発明の原理に従うガンマ補正回
路２０を用いた、液晶ライトバルブ映像プロジェクタ１
０の主な表示要素を示す。液晶ライトバルブ映像プロジ
ェクタ１０を参照してこの発明を説明するが、この発明
は任意の非直線光変調器または映像プロジェクタに用い
ることができるものであって、用途は液晶ライトバルブ
映像プロジェクタだけに限られるものではない。

【００１５】一般に映像プロジェクタ１０は陰極線管
（ＣＲＴ）１１を備え、映像プロジェクタ１０が表示す
る映像１２を与える。リレーレンズ１３は、映像１２を
液晶ライトバルブ１４の入力面上に集束させる。バイア
ス駆動回路２２は、液晶ライトバルブ１４を駆動してそ
の出力を制御する。

【００１６】アークランプ１６からの光はレンズ１６ａ
により偏向ビームスプリッタ１５上に集束し、偏向ビー
ムスプリッタはアークランプ１６からの光を液晶ライト
バルブ１４の出力面上に送る。この光は液晶ライトバル
ブ１４の出力面から反射して、偏向ビームスプリッタ１
５を通って戻る。映像１２は、液晶ライトバルブ１４に
よってアークランプ１６が与えた光に「移された」こと
になる。次に映写レンズ１７は反射光を映像画面１８上
に描き、映像画面１８は映像１２の写しを映像１９とし
て表し、人はこれを見ることができる。一般に、液晶ラ
イトバルブ１４と映像プロジェクタ１０の設計と動作は
よく知られている。

【００１７】この発明のガンマ補正回路２０は入力駆動
信号を受けるが、この入力信号はたとえばビデオテープ
レコーダから得られる入力ビデオ信号から成る。ガンマ
補正回路２０は、増幅器２１を経て陰極線管１１の入力
に結合する。増幅器２１は利得段階であって、ガンマ補
正回路２０の出力の信号強さを、陰極線管１１に与える
前に高める。ガンマ補正回路は、コレクタ同士を結合し
た数個のエミッタ結合の増幅器対を用いて非直線伝達関
数を生成する。これについては、図１０を参照して後で
詳細に説明する。エミッタ結合の増幅器対のコレクタを
互いに結ぶことにより、ガンマ補正回路２０の出力は各
増幅器段階からの電流の合計になり、合成応答を形成す
る。

【００１８】この発明をよりよく理解するため、次に背
景となる材料を示す。液晶ライトバルブ１４の応答は非
直線である。光増幅装置は映像を運ぶ入力を「プログラ
ム」して、この装置の出力側にある可変ミラーを変調す
る。このミラーはアークランプ１６から与えられる、量
の変化する映写光を反射するので、光増幅器として働
く。液晶ライトバルブ１４の入力側の映像は、陰極線管
１１から与える。入力と出力の間の、陰極線管１１と液
晶ライトバルブ１４の組み合わせが生成する伝達関数を
図２ａに示す。図２ａに見られるように、伝達関数は非
常に非直線的である。

【００１９】陰極線管１１と液晶ライトバルブ１４の組
み合わせが作る映像プロジェクタ１０の伝達関数は訂正
する必要がある。放送用や任意の従来の信号源からのビ
デオ信号は、通常、陰極線管１１の応答を予め訂正して
ある。陰極線管１１の伝達関数を図２ｂに示す。伝達関
数はほぼＶＩＮの２．５乗（ＶＩＮ＊＊２．５）であ
る。正しいグレースケール映像を生成するためには、映
像プロジェクタ１０は図２ｂに示す伝達関数を持つ必要
がある。正しい表示特性を持つ映像プロジェクタ１０を
作るために、また陰極線管１１と液晶ライトバルブ１４
の組み合わせを用いる場合には、ガンマ補正を用いる。
再び図１において、ビデオ入力信号は、この発明のガン
マ補正（補償）回路２０で実現する非直線増幅器を用い
て補正する。すなわち、ビデオ入力信号を陰極線管１１
と液晶ライトバルブ１４の組み合わせに与えると、シス
テム全体の伝達関数は補正されて、図２ｂに示す形にな
る。図２ｃはこのガンマ補正回路２０が与える補正関数
で、図２ｂのシステム伝達関数を生成するのに必要であ
る。

【００２０】図２ｂに示すシステム伝達関数を生成する
ためのガンマ補正回路を作る方法は従来いくつかある
が、得られるシステム伝達関数の良さはいろいろであ
る。図３ａは簡単なダイオード抵抗器の例で、その非直
線応答を図３ｂに示す。図４ａの回路は別の例で、その
応答曲線を図４ｂに示す。この２つの回路の問題は、ダ
イオードを用いているので区切り点が温度によって変わ
ることである。また区切り点をＶＩＮの低いところにす
る必要がある場合は、最大ＶＩＮを高くする必要があ
る。ゲルマニウムダイオードすなわちショットキーダイ
オードを用いると、最低の可能なダイオード降下は約
０．３ボルトである。最初の区切り点が１０％ＶＩＮの
場合は、最大信号ＶＩＮは約３ボルトである。これは速
い増幅器では達成困難である。信号路を速くするには低
インピーダンス装置を用いなければならない。これも、
３ボルトの動作電圧においてかなりの電力を必要とす
る。

【００２１】従来用いられている別の方法は、演算増幅
器のフィードバックループにダイオードを入れることで
ある。図５ａはこの方式の従来の回路で、その伝達関数
を図５ｂに示す。この回路の出力は或るしきい値に達す
るまでは一定で、その後のゲインは直線的である。区切
り点は非常に鋭い。これは映像光増幅器プロジェクタ用
として好ましくない。この型の回路は負フィードバック
を用いるので、帯域幅が狭い。

【００２２】所望の伝達関数を得るには、いくつかの増
幅器段を用いるとよい。図６ａでは３個の演算増幅器で
これを達成している。最初の２個の演算増幅器はフィー
ドバックにダイオードを用いており、図５ｂと同様な伝
達関数を作る。これらの伝達関数と入力電圧をいろいろ
の割合で合計すると、図６ｂに示す合成伝達関数が得ら
れる。各段の区切り点とゲインをプログラムして、所望
の形にすることができる。フィードバックを用いると電
圧を大きく振らせる必要がなく、ダイオード電圧特性が
温度によって変わらない。しかしこの回路の主な欠点
は、区切り点が鋭いことと、帯域幅が狭いことである。

【００２３】上に説明した回路の問題をなくすため、こ
の発明のガンマ補正回路２０は複数の相互に接続された
エミッタ結合の増幅器対３０を備える。このような増幅
器３０の最も簡単な形を図７ａに示す。ここに示すエミ
ッタ結合の増幅器対３０はスイッチとして動作する。エ
ミッタ結合の増幅器対３０は第１トランジスタ３１と第
２トランジスタ３２を備え、そのエミッタを互いに結合
する。電流（ＩＥＥ）は、エミッタ結合の増幅器対３０
のトランジスタ３１のコレクタ３４か、トランジスタ３
２のコレクタ３５を流れる。しかし、コレクタ３４と３
５を電流が同時に流れる、直線動作の小さな領域があ
る。ＶＩＮがＶＲＥＦと実質的に等しいときは、コレク
タ３４と３５を流れる電流は等しい（トランジスタ３１
と３２は適合しているとする）。出力信号はコレクタ３
４か３５から、またはコレクタ３４と３５の両方から取
り、逆の極性の信号を出す。大事な点は、コレクタ３４
と３５を接続しないことである。コレクタ抵抗器３３
（ＲＣ）の両端には、コレクタ電流に比例する電圧が生
じる。この回路２０の伝達関数を図７ｂに示す。直線領
域は、ほぼＶＲＥＦ−０．１ボルトからＶＲＥＦ＋０．
１ボルトの間である。終点はほぼ滑らかで、あまり鋭く
ない。これがこのガンマ補正回路２０の特長である。Ｖ
ＩＮが直線範囲の外に出ると、出力電流、すなわちコレ
クタ抵抗器３３（ＲＣ）にかかる電圧は一定である。

【００２４】図８ａに示す修正ガンマ補正回路２０ａは
図７ａのガンマ補正回路２０と同様のもので、その直線
範囲が一層広い。抵抗器３６と３７をエミッタ３４と３
５に結合することにより、このように範囲が広がる。図
８ａのガンマ補正回路２０ａの伝達関数を図８ｂに示
す。直線範囲はＶＲＥＦ−（ＩＥＥ）・（ＲＥ）−０．
１ボルトからＶＲＥＦ＋（ＩＥＥ）・（ＲＥ）＋０．１
ボルトである。この直線範囲の外では、出力電圧は一定
である。

【００２５】ガンマ補正回路２０の別の変形を図９ａに
示す。このガンマ補正回路２０ｂは電流源ＩＥＥ用に抵
抗器３８を用いる。負電圧供給の電圧が無限大のとき
は、抵抗器３８が供給する電流源は一定である。供給電
圧が低いときは、この電流は一度直線範囲の外に出ると
一定ではなくなる。しかしこれが起こるのはコレクタ３
４と３５のうち、回路２０ｂの選択された入力側だけで
ある。図９ｂは、直線領域の外ではＩ０１は一定である
がＩ０２は一定でないことを示す。ＶＩＮが低いときは
Ｉ０２は一定であるが、ＶＩＮが高くなるとＩ０２はＩ
ＥＥと等しくなる。しかしＩＥＥは変化する。回路２０
ｂの右側は本質的にエミッタホロワ増幅器であって、エ
ミッタ抵抗はＲＥとＲＥＥの和である。これを用いれ
ば、伝達関数の移行領域はさらに滑らかになる。

【００２６】図１０は、この発明の被譲渡人が製造して
いるモデル３００映像プロジェクタに用いるガンマ補正
回路２０ｃの一実施態様である。このガンマ補正回路２
０ｃは３個の増幅器３０ａ、３０ｂ、３０ｃを用いて、
図１１の伝達関数で示す出力を生成する。３個の増幅器
３０ａ、３０ｂ、３０ｃは電圧が整合した出力電流を出
すので、接続すると出力電流は合計される。この合計は
合成出力電流であって、コレクタ抵抗器３３（ＲＣ）の
両端で電圧に変換される。各増幅器３０ａ、３０ｂ、３
０ｃをプログラムして独自のゲインと、独自の直線範囲
と、抵抗器３８ａ、３８ｂ、３８ｃで作る独自の基準電
圧を持たせることができる。このガンマ補正回路２０ｃ
は、図２ｃに示す望ましい伝達関数を持つように作るこ
とができる。

【００２７】またこれを修正して、選択された増幅器３
０ａ、３０ｂ、３０ｃのどれかの左側のコレクタから取
った電流を選択的に合計することにより、いろいろの異
なる非直線伝達関数を生成することができる。選択され
た増幅器３０ａ、３０ｂ、３０ｃの左側の伝達関数は、
選択された増幅器３０ａ、３０ｂ、３０ｃの右側の伝達
関数と逆の極性を持つ。これを用いて全体のゲインの一
部を「相殺する」ことができる。たとえば、選択された
増幅器３０ａ、３０ｂ、３０ｃの両方のコレクタを結ぶ
と、その出力は一定電流になり、選択された増幅器３０
ａ、３０ｂ、３０ｃの両側の寄与を相殺する。増幅器３
０ａ、３０ｂ、３０ｃの１つの左側を用いて、異なる増
幅器３０ａ、３０ｂ、３０ｃの右側の伝達関数が生成す
るゲインの一部を積極的に相殺することもできる。この
ようにして、この発明の原理に従って多くの増幅器３０
を用いて、事実上どんな伝達関数でも生成することがで
きる。またこの発明は、上に説明した３個の増幅器３０
ａ、３０ｂ、３０ｃに限定されるものではない。これも
この発明の核心である。

【００２８】図１０のガンマ補正回路２０ｃは図１１ａ
と図１１ｂに示す出力応答を持つ。個々の増幅器３０
ａ、３０ｂ、３０ｃの応答を図１１ａに示し、その合成
の合計を図１１ｂに示す。したがって、コレクタ抵抗器
３３（ＲＣ）の両端の出力電圧は、図２ｃに示す電圧と
正確に同じ形と極性を持つ。また図１２はガンマ補正回
路２０の出力応答を電圧で示すもので、図２ｃに示す望
ましい伝達関数に対応する。電流値を計算するのに用い
る式は、ＩＥＥ＝［（ゲイン）（２）（ＶＨ−ＶＲ）］
／ＲＣ、およびＲＥ＝（ＶＨ−ＶＲ−０．１）／ＩＥ
Ｅ、で与えられる。

【００２９】伝達関数の望ましい出力形が決まると、直
線で近似するための直線セグメントの本数が決まり、し
たがって区切り点の数と、増幅器３０の数が決まる。次
に各直線部分のゲインと各増幅器３０の範囲を決める。
ゲインは所望のシステムの伝達関数の傾斜のパラメータ
で、ＶＯ／ＶＩＮに対応する。直線近似が決まると、ゲ
インとＶＨとＶＲを決める。次に上述の式を用いて所望
の値を得る。上の式では、ＶＨを直線領域の上端とし
て、またＶＲをＶＲＥＦとして用いる。

【００３０】上に説明した増幅器は一般によく知られた
ものであって、この発明の教示に従えば、各種のガンマ
補正回路２０を容易に作ることができる。図１２は、図
１１のグラフの出力応答を電圧で示したものである。ガ
ンマ補正回路２０の優れた点は、帯域幅を広くできるこ
と、区切り点を滑らかにできること、温度補償ができる
こと、区切り点の電圧を低くできること、プログラムに
よって多くの異なる伝達関数の形が得られることであ
る。帯域幅を広くできる理由は、異なる各増幅器３０の
ゲインが固定しているので設定するのにフィードバック
をかける必要がなく、したがって開ループ増幅器を備え
るからである。また各増幅器に２個のトランジスタ３１
と３２を用いるので、演算増幅器を用いるより速い。ま
たこの発明は、集積回路の製作にも非常に適している。

【００３１】図１１ａのガンマ補正回路２０ｃを、よく
知られたＳＰＩＣＥシミュレーションプログラムを用い
てシミュレートした。シミュレーションから得られた伝
達関数はほぼ完全なもので、区切り点は非常に滑らかで
あった。ＳＰＩＣＥシミュレーションプログラムを用い
て開発したガンマ補正回路２０ｄを作り、テストデータ
を測定した。このガンマ補正回路２０ｄを図１３に示
す。この図には、用いた構成要素の抵抗値および容量値
と、トランジスタの型名を示す。実際に作ったガンマ補
正回路２０ｄを用いてテストした結果は、ＳＰＩＣＥシ
ミュレーションの出力と事実上同じであった。図１３に
示すガンマ補正回路２０ｄは、この発明の被譲渡人が製
造しているモデル３００映像プロジェクタ用として適し
ている。

【００３２】図１４は、この発明のガンマ補正回路２０
の一般的な実施態様を示す。図１４に示すガンマ補正回
路２０は複数の増幅器段階３０ａ−３０ｎを備え、その
選択された左側と右側のトランジスタからの出力を結合
して、随意の出力抵抗器３３に、該当する合計電流出力
を与える。各増幅器段階３０ａ−３０ｎの使わない側の
出力を矢印で示す。普通、一般的なガンマ補正回路２０
は、これまで他の図面で説明したように、２個のトラン
ジスタと２個の抵抗器と１個の電流源を備える。

【００３３】液晶装置の不均一性に起因するしきい値す
なわち黒レベルを訂正する回路としてガンマ補正回路を
用いる場合、改良されたガンマ補正回路はガンマ伝達関
数を動的に訂正する。

【００３４】液晶の空間輝度は均一ではない。すなわ
ち、液晶の或る部分すなわち領域は他の領域より感度が
高い。このような不均一を生じる１つの理由は装置が出
力光を反射し始めるしきい値点であり、他の理由は完全
ターンオンに必要な光量である。これを黒レベルおよび
白レベルと呼ぶことができる。液晶ライトバルブの表面
領域は比較的大きいので薄膜層は均一でなく、層の厚さ
は部分によって異なる。このためライトバルブの伝達関
数が変化する。これを示すのが図１５で、代表的な液晶
ライトバルブの見え方を示す等値図である。中心部３５
の方が外周領域３６より、少ない光でターンオンする。
これを空間陰影または不均一性と呼ぶことができる。

【００３５】これを訂正するため、液晶ライトバルブの
書き込み面の入力に対応するビットマップを作る。液晶
ライトバルブ上の書き込み面の各部は、ビットマップ内
に対応する位置を持つ。ライトバルブ上の各位置毎に、
必要なしきい値バイアス電圧を実際の測定で決定する。
液晶ライトバルブの入力面の各領域毎に正しい黒レベル
をいったん決定すると、必要な訂正情報がビットマップ
に記憶されるので、ライトバルブの入力面のその部分に
たとえばＣＲＴからのビームで書き込む度に、この情報
を用いる。図１において、しきい値訂正は増幅器２１で
行う。しきい値訂正信号は正しい時点で増幅器２１に与
えられる。つまり、ＣＲＴのビームが液晶ライトバルブ
の書き込み面を走査するとき、訂正しきい値訂正情報が
ビットマップから増幅器２１に与えられる。

【００３６】問題は、このしきい値訂正すなわち動的な
しきい値訂正が、異なるガンマすなわち色バランスに悪
い影響を与えることである。この問題は、しきい値を訂
正するとＣＲＴの伝達関数が変わることから生じる。こ
れを図１６に示す。図１６のグラフは、通常の入力駆動
電圧に対するＣＲＴの出力光を示す。この曲線は、ほぼ
駆動電圧の２．２乗である。液晶ライトバルブプロジェ
クタでは、画面上の黒レベルとＣＲＴ上の黒レベルとは
同じではない。図１６において、縦軸はＣＲＴからの光
出力を表し、横軸は入力電圧を表す。ライトバルブの黒
レベルは、ＣＲＴの光の量が小さい或る点で起こる。上
の方の軸４０は、大幅なしきい値訂正を必要とするライ
トバルブ用である。しきい値を用いてライトバルブを訂
正するときは、曲線上の４２をそのライトバルブの黒レ
ベルとして用いる。しかし液晶ライトバルブの書き込み
面上の別の点、たとえば図１５の領域４１では感度がさ
らに高く、図１６に示す曲線上の４４で表される低いし
きい値電圧が必要である。これらの３つの伝達関数の差
は、ゼロ付近の傾斜である。ＣＲＴでは、駆動曲線の傾
斜は事実上ゼロである。通常の液晶ライトバルブでは駆
動曲線の傾斜は有限であり、液晶ライトバルブの悪い部
分では傾斜はさらに大きい。ＣＲＴの伝達関数上のゼロ
点を動かすのはしきい値のこの変化であり、ゼロが定義
されるのは画面上の黒レベルによるのであって、ビーム
電流によるのではない。

【００３７】この発明の方法では、ガンマ伝達関数曲線
を生成するのに用いる増幅器の１つにしきい値訂正信号
を入れ、ガンマ伝達関数を動的に変えてこの歪みを補償
する。

【００３８】基本的な発明は、液晶ライトバルブのしき
い値バイアスレベルを決定する信号を取り、これを用い
てガンマ補正伝達関数曲線の傾斜を変えることである。
これは自己補償システムであって、しきい値バイアスが
変化してもガンマ補正は比較的一定のままである。

【００３９】図１７は、通常のしきい値訂正を行った場
合と高いしきい値訂正を行った場合の、ＣＲＴと液晶ラ
イトバルブの組み合わせの伝達関数を示す。曲線４６
は、通常のしきい値訂正を行った場合のＣＲＴとライト
バルブの伝達関数を表し、曲線４８は、高いしきい値訂
正を行った場合のＣＲＴとライトバルブの伝達関数を表
す。２つの曲線はやや異なり、したがって異なる補償を
行う必要がある。電気的ガンマ補正回路の形は、直線出
力である所望の出力特性を知り、また入力信号特性を知
って計算する。次に、所望の出力特性を生成するシステ
ムの伝達関数について解いて、所要のガンマ補正回路を
計算する。これを通常および高いしきい値レベルという
２つのケースで行った。これらの曲線は、低いグレーレ
ベルではっきり分かれる。実験的に分かったのは、図１
３に示すガンマ補正回路内のエミッタ結合対の一方の基
準電圧を変えることにより、似た曲線を作ることができ
ることである。図１８は、図２２に示すガンマ回路の伝
達関数である。横軸はガンマ回路への入力電圧であり、
縦軸はガンマ補正回路からの出力電圧である。

【００４０】この結果を確認するため、既知の通常およ
び高いしきい値ＣＲＴ／ライトバルブのデータを用いて
２つの曲線をテストした。図１９、図２０、図２１は、
ガンマ補正増幅器回路の一部にしきい値訂正電圧を与え
た結果を示す。図１９は、通常のしきい値バイアスを用
いたときのプロジェクタの出力を示す。理想的には、図
１９の曲線５０は直線である。これは、入力信号の特性
とプロジェクタの全体の伝達関数を考慮に入れるとグレ
ースケールが直線、すなわち全体の伝達関数が直線であ
ったことを示す。

【００４１】図２０は、高いしきい値訂正を用いたとき
のプロジェクタの出力のグラフである。比較のために、
曲線５０すなわちプロジェクタ出力の通常の特性と、図
１の増幅器２１に高いしきい値訂正信号を与えたときの
結果である曲線５２とを比べた。図２１は、ガンマ補正
増幅器回路の一部にしきい値訂正信号も与えたときのプ
ロジェクタの出力を示す。すなわち、図２１の曲線５４
で示すプロジェクタ出力である。図２１に示すように、
２つの曲線５０と５４の差は曲線５０と５２の差よりか
なり小さい。すなわち、通常のしきい値訂正を必要とす
る液晶ライトバルブの領域と、高いしきい値訂正を必要
とする液晶ライトバルブの領域の間で、優れたガンマ補
正が得られる。

【００４２】図２２は図１３を修正した回路図で、ガン
マ補正増幅器と、ガンマ補正回路にしきい値訂正信号を
与える方法を示す。しきい値訂正信号は線５８から抵抗
器５６に供給し、抵抗器５６はしきい値訂正信号をトラ
ンジスタ６０のベースに与える。回路のこの点に与える
と、しきい値訂正電圧は図２１に示す曲線を生成する。
すなわち、通常のしきい値訂正を与えると曲線５０にな
り、高いしきい値訂正を与えると曲線５４になる。図示
のように、これらの２曲線の間の差は、図２０に示す曲
線５０と５２の間の差よりかなり小さい。これにより、
プロジェクタからの映像は改善される。

【００４３】非直線光変調器および映像プロジェクタ用
の、表示された映像のグレースケール直線性を訂正す
る、新規の優れたガンマ補正回路を説明した。上に述べ
た実施態様は、この発明の原理の用途を示す多くの特定
の実施態様の幾つかの例を示すに過ぎない。当業者は明
らかに、この発明の範囲から逸れずに多くの他の装置を
容易に考えることができる。

【００４４】たとえば、このガンマ補正回路は、非直線
制御を用いる任意のシステムのシステム伝達関数を訂正
することができる。このようなシステムには、たとえば
正弦波形成回路、対数増幅器、液晶使用システム、熱電
対を用いた変換器などのアナログセンサ、直線性訂正を
必要とする偏向回路、直線性制御を必要とするフィード
バック回路、変形可能な薄膜、圧電光変換器などがあ
る。

【図面の簡単な説明】

この発明のいろいろの特長と利点は、添付の図面を参照
して詳細な説明を読めばすぐ理解できる。図面の同じ番
号は同じ構成要素を示す。

【図１】この発明を用いた、液晶ライトバルブ映像プロ
ジェクタの主な表示要素。

【図２】ａは光出力に対する、図１の映像プロジェクタ
に用いる陰極線管と液晶ライトバルブの組み合わせの電
圧の応答曲線。ｂは光出力に対する、図１の陰極線管の
電圧の応答曲線。ｃは光出力に対する、この発明のガン
マ補正回路により与えられる電圧の、望ましい応答曲
線。

【図３】ａは図２ｃに示す伝達関数を作るのに用いる従
来のダイオード抵抗器増幅器回路。ｂは図３ａの回路の
応答。

【図４】ａは図２ｃに示す伝達関数を作るのに用いる第
２の従来のダイオード抵抗器増幅器回路。ｂは図４ａの
回路の応答。

【図５】ａは図２ｃに示す伝達関数を作るのに用いる従
来のフィードバックループ増幅器回路。ｂは図５ａの回
路の応答。

【図６】ａは図２ｃに示す伝達関数を作るのに用いる従
来の多段増幅器回路。ｂは図６ａの回路の応答。

【図７】ａは図１のプロジェクタに用いられる、この発
明の原理に従う第１ガンマ補正回路。ｂは図７ａのガン
マ補正回路の伝達関数。

【図８】ａは図１のプロジェクタに用いられる、この発
明の原理に従う第２ガンマ補正回路。ｂは図８ａのガン
マ補正回路の伝達関数。

【図９】ａは図１のプロジェクタに用いられる、この発
明の原理に従う第３ガンマ補正回路。ｂは図９ａのガン
マ補正回路の伝達関数。

【図１０】この発明の非譲渡人が製造している液晶ライ
トバルブ映像プロジェクタに用いられる、この発明の第
４ガンマ補正回路。

【図１１】ａは図１０のガンマ補正回路の出力応答。ｂ
は図１０のガンマ補正回路の出力応答。

【図１２】電圧で表示したガンマ補正回路の出力応答。

【図１３】この発明の非譲渡人が製造している或る映像
プロジェクタで実現する、この発明のガンマ補正回路の
一実施態様の詳細。

【図１４】この発明の一般的な実施態様。

【図１５】液晶ライトバルブへの入力の等値図。

【図１６】ＣＲＴの駆動関数を示すグラフ。

【図１７】しきい値バイアスを変えたときの、ガンマ補
正の変化を示すグラフ。

【図１８】しきい値電圧を変えたときの、ガンマ補正回
路の出力の変化を示すグラフ。

【図１９】しきい値訂正を行わないプロジェクタの出力
を示すグラフ。

【図２０】プロジェクタの出力を比較するグラフ。

【図２１】この発明を用いたときの、いろいろのしきい
値条件でのプロジェクタの出力を示す別のグラフ。

【図２２】ガンマ補正回路を動的に修正するのに用い
る、図１３に示す回路の修正。

【符号の説明】

１０ 映像プロジェクタ １１ 陰極線管 １３ 中継レンズ １４ 液晶ライトバルブ １５ 偏向ビームスプリッタ １６ アークランプ １６ａレンズ １７ 映写レンズ １８ 映像画面 １９ 映像 ２０ ガンマ補正回路 ２１ 増幅器 ２２ バイアス回路 ３０ エミッタ結合の増幅器対 ３１，３２ トランジスタ対 ３３ 出力抵抗器 ３８ 電源抵抗器

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 映像源と非直線光変調器を備える映像プ
   ロジェクタ用の動的なガンマ補正装置であって、 互いに結合し、それぞれの出力電流を合計して合成出力
   電流を与える複数の増幅器、ただし各増幅器は少なくと
   も２個のトランジスタを備え、また前記複数の増幅器は
   それぞれ所定の個々の伝達関数を実現し、また前記複数
   の増幅器は複数の電流源を備え、前記電流源は異なるレ
   ベルの電流を与えて合成出力電流を形成しかつ協同して
   それぞれの所定の個々の伝達関数を与えるもの、 少なくとも１個の前記増幅器の一部に接続してガンマ補
   正曲線の形を動的に変える信号を持つ動的な補償手段、 前記合成出力電流を前記装置の対応する出力電圧に変換
   する出力手段、を備え、 増幅器と電流源の前記組み合わせは、前記映像源と非直
   線光変調器の組み合わせに起因する映像プロジェクタの
   非直線性を補償するように構成し、 前記増幅器の少なくとも２個はそれぞれ、関連する個々
   の増幅器の伝達関数を選択的に変えるための基準電圧を
   与える別個の基準電圧入力ノードを備え、また前記複数
   の増幅器は、傾斜が正および負に変化する領域を持つ実
   質的に滑らかで連続的なガンマ補正伝達関数を生成する
   ように構成する、動的なガンマ補正装置。
2. 【請求項２】 前記複数の増幅器はそれぞれ第１および
   第２のエミッタ結合のトランジスタを備える、請求項１
   記載のガンマ補正装置。
3. 【請求項３】 前記複数の電流源はそれぞれ抵抗器を備
   える、請求項１記載のガンマ補正装置。
4. 【請求項４】 前記複数の電流源はそれぞれ抵抗器を備
   える、請求項２記載のガンマ補正装置。
5. 【請求項５】 異なる所定の伝達関数は、前記第１およ
   び第２のエミッタ結合のトランジスタから得られる出力
   電流を選択的に結合し、選択された特定のトランジスタ
   に従って、異なる伝達関数を作ることにより与えられ
   る、請求項２記載のガンマ補正装置。
6. 【請求項６】 異なる所定の伝達関数は前記トランジス
   タの選択された１個から得られる電流を前記出力抵抗器
   に選択的に結合することにより与えられ、前記選択的結
   合は選択された特定のトランジスタに従って、異なる伝
   達関数を作る、請求項３記載のガンマ補正装置。
7. 【請求項７】 異なる所定の伝達関数は前記第１および
   第２のエミッタ結合のトランジスタの選択された１個か
   ら得られる電流を前記出力抵抗器に選択的に結合するこ
   とにより与えられ、前記選択的結合は選択された特定の
   トランジスタに従って、異なる伝達関数を作る、請求項
   ４記載のガンマ補正装置。
8. 【請求項８】 前記非直線光変調器は液晶ライトバルブ
   を備える、請求項１記載のガンマ補正装置。
9. 【請求項９】 陰極線管と液晶ライトバルブを備える映
   像プロジェクタ用の動的なガンマ補正装置であって、 互いに結合し、それぞれの出力電流を合計して合成出力
   電流を与える複数の増幅器、ただし各増幅器は少なくと
   も２個のトランジスタを備え、また前記複数の増幅器は
   それぞれ所定の個々の伝達関数を実現し、また前記複数
   の増幅器は複数の電流源を備え、前記電流源は異なるレ
   ベルの電流を与えて合成出力電流を形成しかつ協同して
   それぞれの所定の個々の伝達関数を与えるもの、 少なくとも１個の前記増幅器の一部に接続してガンマ補
   正曲線の形を動的に変える信号を持つ動的な補償手段、 前記合成出力電流を前記装置の対応する出力電圧に変換
   する出力手段、を備え、 増幅器と電流源の前記組み合わせは、前記陰極線管と液
   晶ライトバルブの組み合わせに起因する映像プロジェク
   タの非直線性を補償するように構成し、 前記増幅器の少なくとも２個はそれぞれ、関連する個々
   の増幅器の伝達関数を選択的に変えるための基準電圧を
   与える別個の基準電圧入力ノードを備え、また前記複数
   の増幅器は、傾斜が正および負に変化する領域を持つ実
   質的に滑らかで連続的なガンマ補正伝達関数を生成する
   ように構成する、動的なガンマ補正装置。
10. 【請求項１０】 前記複数の増幅器はそれぞれ第１およ
    び第２のエミッタ結合のトランジスタを備える、請求項
    ９記載のガンマ補正装置。
11. 【請求項１１】 前記複数の電流源はそれぞれ抵抗器を
    備える、請求項９記載のガンマ補正装置。
12. 【請求項１２】 前記複数の電流源はそれぞれ抵抗器を
    備える、請求項１０記載のガンマ補正装置。
13. 【請求項１３】 異なる所定の伝達関数は、前記第１お
    よび第２のエミッタ結合のトランジスタから得られる出
    力電流を選択的に結合して、選択された特定のトランジ
    スタに従って、異なる伝達関数を作ることにより与えら
    れる、請求項１０記載のガンマ補正装置。
14. 【請求項１４】 異なる所定の伝達関数は前記トランジ
    スタの選択された１個から得られる電流を前記出力抵抗
    器に選択的に結合することにより与えられ、前記選択的
    結合は選択された特定のトランジスタに従って、異なる
    伝達関数を作る、請求項１１記載のガンマ補正装置。
15. 【請求項１５】 異なる所定の伝達関数は前記トランジ
    スタの選択された１個から得られる電流を前記出力抵抗
    器に選択的に結合することにより与えられ、前記選択的
    結合は選択された特定のトランジスタに従って、異なる
    伝達関数を作る、請求項１２記載のガンマ補正装置。
16. 【請求項１６】 陰極線管と液晶ライトバルブを備える
    映像プロジェクタ用の動的なガンマ補正装置であって、 複数の増幅器、ただし各増幅器は互いに結合する第１お
    よび第２のエミッタ結合のトランジスタを備え、それぞ
    れの出力電流を合計して合成出力電流を与え、また前記
    複数の増幅器はそれぞれ所定の個々の伝達関数を実現
    し、また前記複数の増幅器は複数の電流源を備え、前記
    電流源は異なるレベルの電流を与えて合成出力電流を形
    成しかつ協同してそれぞれの所定の個々の伝達関数を与
    えるもの、 少なくとも１個の前記増幅器の一部に接続して、ガンマ
    補正曲線の形を動的に変える信号を持つ動的な補償手
    段、 前記合成出力電流を前記装置の対応する出力電圧に変換
    する出力手段、を備え、 増幅器と電流源の前記組み合わせは、前記陰極線管と液
    晶ライトバルブの組み合わせに起因する映像プロジェク
    タの非直線性を補償するように構成し、 前記増幅器の少なくとも２個はそれぞれ、関連する個々
    の増幅器の伝達関数を選択的に変えるための基準電圧を
    与える別個の基準電圧入力ノードを備え、また前記複数
    の増幅器は、傾斜が正および負に変化する領域を持つ実
    質的に滑らかで連続的なガンマ補正伝達関数を生成する
    ように構成する、動的なガンマ補正装置。
17. 【請求項１７】 前記複数の電流源はそれぞれ抵抗器を
    備える、請求項１６記載のガンマ補正装置。
18. 【請求項１８】 異なる所定の伝達関数は、前記第１お
    よび第２のエミッタ結合のトランジスタから得られる出
    力電流を選択的に結合して、選択された特定のトランジ
    スタに従って、異なる伝達関数を作ることにより与えら
    れる、請求項１６記載のガンマ補正装置。
19. 【請求項１９】 異なる所定の伝達関数は前記第１およ
    び第２のエミッタ結合のトランジスタの選択された１個
    から得られる電流を前記出力抵抗器に選択的に結合する
    ことにより与えられ、前記選択的結合は選択された特定
    のトランジスタに従って、異なる伝達関数を作る、請求
    項１７記載のガンマ補正装置。