(57)【要約】【課題】ＰＷＭ方式による画像の生成を行う際の階調表現を向上させることを可能にする。【解決手段】本開示の照明装置は、光源からの光が入射する順に、第１の可変絞りおよび第２の可変絞りを有し、光源からの光に基づいて、パルス幅変調方式による画像の生成に用いられる照明光を生成する照明光学系と、画像信号における少なくとも１フレームごとの平均輝度を算出する輝度算出部と、少なくとも単位階調ビットの表示期間ごとに画面内の階調値を評価する階調評価演算部と、輝度算出部によって算出された平均輝度に基づいて、第１の可変絞りの開口径を決定する第１の開口径決定部と、階調評価演算部による評価に基づいて、第２の可変絞りの開口径を決定する第２の開口径決定部とを備える。【選択図】図１
2020060688.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光が入射する順に、第１の可変絞りおよび第２の可変絞りを有し、前記光源からの光に基づいて、パルス幅変調方式による画像の生成に用いられる照明光を生成する照明光学系と、
画像信号における少なくとも１フレームごとの平均輝度を算出する輝度算出部と、
少なくとも単位階調ビットの表示期間ごとに画面内の階調値を評価する階調評価演算部と、
前記輝度算出部によって算出された前記平均輝度に基づいて、前記第１の可変絞りの開口径を決定する第１の開口径決定部と、
前記階調評価演算部による評価に基づいて、前記第２の可変絞りの開口径を決定する第２の開口径決定部と
を備える
照明装置。
【請求項２】
前記輝度算出部は、少なくとも１フレームを含むシーンごとの平均輝度を算出する
請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記第２の可変絞りは、前記第１の可変絞りよりも高速に開閉動作可能である
請求項１に記載の照明装置。
【請求項４】
前記第２の可変絞りの開口径の可変範囲は、前記第１の可変絞りの開口径の可変範囲よりも小さい
請求項１に記載の照明装置。
【請求項５】
前記第１の可変絞りは、少なくとも１フレームごとに開閉動作する
請求項１に記載の照明装置。
【請求項６】
前記第２の開口径決定部は、少なくとも前記単位階調ビットごとに前記第２の可変絞りの開口径を決定し、
前記第２の可変絞りは、少なくとも前記単位階調ビットの表示期間ごとに開閉動作する
請求項１に記載の照明装置。
【請求項７】
前記第２の可変絞りは、少なくとも前記第１の可変絞りの開口径が前記第１の開口径決定部によって決定された開口径となった後の期間において開閉動作する
請求項１に記載の照明装置。
【請求項８】
前記第１および第２の可変絞りは、虹彩絞りである
請求項１に記載の照明装置。
【請求項９】
パルス幅変調方式により照明光を変調して画像を生成する光変調素子と、
光源からの光が入射する順に、第１の可変絞りおよび第２の可変絞りを有し、前記光源からの光に基づいて、パルス幅変調方式による画像の生成に用いられる前記照明光を生成する照明光学系と、
画像信号における少なくとも１フレームごとの平均輝度を算出する輝度算出部と、
少なくとも単位階調ビットの表示期間ごとに画面内の階調値を評価する階調評価演算部と、
前記輝度算出部によって算出された前記平均輝度に基づいて、前記第１の可変絞りの開口径を決定する第１の開口径決定部と、
前記階調評価演算部による評価に基づいて、前記第２の可変絞りの開口径を決定する第２の開口径決定部と
を備える
表示装置。
【請求項１０】
前記光変調素子によって生成された画像を投影する投射光学系、
をさらに備える
請求項９に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、照明光学系に可変絞りを実装した照明装置、および表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばマイクロミラーアレイ（ＭＭＡ）等のミラーアレイデバイスを光変調素子として用いた表示装置では、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation；パルス幅変調）方式による階調制御が行われている。一方、プロジェクタにおいて、照明光学系に可変絞りを実装することで、コントラストを調整するダイナミックコントラストと呼ばれる技術がある。また、プロジェクタにおいて、照明光学系と投射光学系とに可変絞りを実装することでコントラストを改善する技術がある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２８５０８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的なＰＷＭ方式による階調制御では、階調表現数に限りがある。また、一般的なダイナミックコントラストは、シーンごとの画面全体の光量を増減する技術であり、画面内の任意の部位のコントラストを向上させるものではない。
【０００５】
ＰＷＭ方式による画像の生成を行う際の階調表現を向上させることが可能な照明装置、および表示装置を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一実施の形態に係る照明装置は、光源からの光が入射する順に、第１の可変絞りおよび第２の可変絞りを有し、光源からの光に基づいて、パルス幅変調方式による画像の生成に用いられる照明光を生成する照明光学系と、画像信号における少なくとも１フレームごとの平均輝度を算出する輝度算出部と、少なくとも単位階調ビットの表示期間ごとに画面内の階調値を評価する階調評価演算部と、輝度算出部によって算出された平均輝度に基づいて、第１の可変絞りの開口径を決定する第１の開口径決定部と、階調評価演算部による評価に基づいて、第２の可変絞りの開口径を決定する第２の開口径決定部とを備える。
【０００７】
本開示の一実施の形態に係る表示装置は、パルス幅変調方式により照明光を変調して画像を生成する光変調素子と、光源からの光が入射する順に、第１の可変絞りおよび第２の可変絞りを有し、光源からの光に基づいて、パルス幅変調方式による画像の生成に用いられる照明光を生成する照明光学系と、画像信号における少なくとも１フレームごとの平均輝度を算出する輝度算出部と、少なくとも単位階調ビットの表示期間ごとに画面内の階調値を評価する階調評価演算部と、輝度算出部によって算出された平均輝度に基づいて、第１の可変絞りの開口径を決定する第１の開口径決定部と、階調評価演算部による評価に基づいて、第２の可変絞りの開口径を決定する第２の開口径決定部とを備える。
【０００８】
本開示の一実施の形態に係る照明装置、または表示装置では、輝度算出部によって算出された少なくとも１フレームごとの平均輝度に基づいて、第１の可変絞りの開口径が決定される。また、階調評価演算部による、少なくとも単位階調ビットの表示期間ごとの画面内の階調値に基づいて、第２の可変絞りの開口径が決定される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の第１の実施の形態に係る表示装置の一構成例を概略的に示すブロック図である。
【図２】第１の実施の形態に係る表示装置における第１および第２の可変絞りの一構成例を概略的に示す正面図である。
【図３】第１および第２の可変絞りの絞り羽根の一構成例を概略的に示す正面図である。
【図４】第１の実施の形態に係る表示装置におけるＰＷＭの制御シーケンスおよび第１および第２の可変絞りの開閉制御のシーケンスの一例を示すタイミングチャートである。
【図５】第１の実施の形態に係る表示装置における第１および第２の可変絞りの開閉動作と階調との関係の一例を示す説明図である。
【図６】比較例に係る表示装置における階調の応答特性の第１の例を示す説明図である。
【図７】比較例に係る表示装置における階調の応答特性の第２の例を示す説明図である。
【図８】第１の実施の形態に係る表示装置における階調の応答特性の一例を示す説明図である。
【図９】一般的なＰＷＭ方式による階調生成の規則の一例を示す説明図である。
【図１０】一般的なＰＷＭ方式のプロジェクタにおけるビットシーケンスと輝度との関係の一例を示す説明図である。
【図１１】一般的なＰＷＭ方式のプロジェクタにおいて、単一の可変絞りを付加した場合のビットシーケンスと輝度との関係の一例を示す説明図である。
【図１２】望ましい階調特性の一例を示す説明図である。
【図１３】第１の実施の形態に係る表示装置において実現可能な階調表現の一例を示す説明図である。
【図１４】第１の実施の形態に係る表示装置におけるＰＷＭシーケンスのシーケンス番号と第２の可変絞りの開口率との関係の一例を示す説明図である。
【図１５】第１の実施の形態に係る表示装置におけるフレームごとの第１の可変絞りおよび第２の可変絞りのそれぞれの開口率の制御例を示す説明図である。
【図１６】第１の実施の形態に係る表示装置におけるフレームごとの見かけの制御光量の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
０．比較例
１．第１の実施の形態（図１〜図１６）
１．１  第１の実施の形態に係る表示装置の構成
１．２  第１の実施の形態に係る表示装置の動作
１．３  効果
１．４  第１の実施の形態の変形例
２．その他の実施の形態
【００１１】
＜０．比較例＞
（比較例に係る表示装置の概要と課題）
プロジェクタにおいて、照明光学系に可変絞りを実装した一般的なダイナミックコントラストの技術は、シーンごとに画像全体の光量を調整する技術であり、ＴＶ（テレビジョン）用の液晶ディスプレイ等のように、画面内の任意の部位のダイナミックレンジを拡張するものではない。したがって、いわゆるＨＤＲ（High Dynamic Range）技術とは似て非なるものであり、カタログ記載のコントラスト値ほどは、実画像のダイナミックレンジを感じることができない。
【００１２】
また、例えばＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等のマイクロミラーアレイデバイスを用いたプロジェクタや一部のポータブルタイプのプロジェクタにおいては、ＰＷＭ方式による階調表現が行われている。ＰＷＭ方式による階調表現では、グレースケールをデジタルの２n個の階調で表現しており、人間の脳内処理においてグレースケールを認識させる。ＰＷＭ方式による階調表現はデジタル方式であるため、階調表現数も有限である。一般的なＰＷＭ方式による階調表現では、一般に低階調値側（暗部側）に割り当てられるメモリが不足するため黒領域の表現力には顕著な問題がある。一般的なＰＷＭ方式の表示装置では、特に、階調表現を補うための拡散表現技術が実装されていることが少なくないが、画像の黒部分にノイズ粒子が見えるアーティファクトが発生し、低階調値側の領域の画像品質が高いとは言えない。また、一般的なＰＷＭ方式の表示装置では、低階調値側の領域において理想のγ（ガンマ）曲線を再現することが難しく、ザラザラとした質感のグレー表現になっている。これも、ＴＶ用の液晶ディスプレイ等で実現されているＨＤＲにおける黒の質感には水をあけられている。
【００１３】
そこで、ＰＷＭ方式による画像の生成を行う際の階調表現を向上させることが可能な技術の開発が望まれる。
【００１４】
なお、特許文献１（特開２００６−２８５０８９号公報）には、照明光学系と投射光学系とに可変絞りを配置することでコントラストを改善する技術が開示されている。しかしながら、特許文献１に記載の技術は、画像全体の輝度調整を行うものであり、例えばＰＷＭの階調ビットごとの輝度を制御するものではない。これに対して、本開示の技術では、後述するように、照明光学系内に第１の可変絞りおよび第２の可変絞りを有し、シーンごとの輝度とＰＷＭの階調ビットごとの輝度を制御することが可能な構成とされている。これにより、本開示の技術によれば、画面内のダイナミックレンジを上げ、かつＰＷＭ方式による表示装置が苦手とする低階調値側の階調表現を向上させることが可能となる。
【００１５】
＜１．第１の実施の形態＞
［１．１  第１の実施の形態に係る表示装置の構成］
図１は、本開示の第１の実施の形態に係る表示装置の一構成例を概略的に示している。図１では、表示装置の一例として、プロジェクタ１の構成例を示す。
【００１６】
以下では、プロジェクタ１がフルカラー表示を行う場合を例に説明する。ただし、本開示の技術は、単色表示を行う場合にも適用可能である。
【００１７】
プロジェクタ１は、光源１０と、照明光学系２０と、光変調素子３０と、投射光学系４０と、スケジューラ５０とを備えている。また、プロジェクタ１は、第１の絞りドライバ６１と、第２の絞りドライバ６２と、ＰＷＭシーケンサ６３とを備えている。
【００１８】
照明光学系２０は、第１の可変絞り２１と、第２の可変絞り２２と、ロッドインテグレータ２３とを有している。照明光学系２０は、ロッドインテグレータ２３以外にも、集光光学系等の光学系を含んでいてもよい。
【００１９】
スケジューラ５０は、第１の開口径決定部５１と、第２の開口径決定部５２と、平均輝度算出部５３と、階調評価演算部５４と、輝度情報抽出部５５とを有している。
【００２０】
光源１０は、照明光の元となる色光を出力する。光源１０は、例えば赤色（Ｒ）光源、緑色（Ｇ）光源、および青色（Ｂ）光源を有している。光源１０は、例えば半導体レーザ（ＬＤ：Laser Diode）やＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の固体光源で構成されている。
【００２１】
光変調素子３０は、例えば複数のミラーを有するミラーアレイデバイスである。ミラーアレイデバイスは、画素に相当する複数のマイクロミラーがアレイ状（マトリクス状）に配置されてなるＤＭＤ等のマイクロミラーアレイデバイスである。光変調素子３０は、画像信号Ｖｉｎに基づいて照明光を各色ごとに変調することで、投影画像を生成する。
【００２２】
投射光学系４０は、例えば複数のレンズを含んで構成され、光変調素子３０によって生成された投影画像を、図示しないスクリーン等の投影面に投影する。
【００２３】
ＰＷＭシーケンサ６３には、スケジューラ５０を介して画像信号Ｖｉｎが入力される。ＰＷＭシーケンサ６３は、画像信号Ｖｉｎの１フレーム内における各色のサブフレームの期間を制御する。また、ＰＷＭシーケンサ６３は、各色のサブフレームの期間内で各色の階調ビットごとの表示期間を制御する。
【００２４】
プロジェクタ１は、さらに、画像信号Ｖｉｎに基づいて、各色のサブフレームの期間に表示される、複数の階調ビットのそれぞれに対応する階調ビットごとのビットプレーンのデータを生成するビットプレーン生成部を備えている。ビットプレーン生成部は、生成した階調ビットごとのビットプレーンのデータを、階調ビットごとの表示期間に先だって、階調ビットごとに光変調素子３０に転送する。
【００２５】
照明光学系２０は、光源１０からの光に基づいて、パルス幅変調方式による画像の生成に用いられる照明光を生成する。照明光学系２０には、光源１０からの各色光が入射する。照明光学系２０は、ロッドインテグレータ２３によって光源１０からの各色光を均一化して各色の照明光を生成する。光変調素子３０は、照明光学系２０によって生成された各色の照明光によって照明される。
【００２６】
照明光学系２０において、光源１０からの光が入射する順に、第１の可変絞り２１と第２の可変絞り２２とが配置されている。照明光学系２０において、第１の可変絞り２１および第２の可変絞り２２は、例えば、ロッドインテグレータ２３よりも前側（光源１０側）に配置されている。ただし、例えば、第２の可変絞り２２を、ロッドインテグレータ２３よりも後ろ側に配置してもよい。第２の可変絞り２２をロッドインテグレータ２３よりも後ろ側に配置した方が、照明光学系２０の機構を小型化できる。
【００２７】
第１の可変絞り２１は、第２の可変絞り２２よりも低速に開閉動作する。第１の可変絞り２１の開口径の可変範囲は、第２の可変絞り２２の開口径の可変範囲よりも大きいことが好ましい。第１の可変絞り２１は、少なくとも１フレームごとに開閉動作する。例えば、画像信号Ｖｉｎとして、少なくとも１フレームを含むシーン（映像シーン）を識別可能なＨＤＲ信号が入力された場合、第１の可変絞り２１は、後述の図４に示すように、例えばシーンごとに開閉制御される。第１の可変絞り２１は、画面全体の輝度をダイナミックに調整するための絞りとなっている。第１の可変絞り２１は、例えばシーンごとに画面全体の平均輝度を制御する役割を担う。
【００２８】
第２の可変絞り２２は、第１の可変絞り２１よりも高速に開閉動作可能となっている。第２の可変絞り２２の開口径の可変範囲は、第１の可変絞り２１の開口径の可変範囲よりも小さくてもよい。第２の可変絞り２２は、後述の図４に示すように、少なくとも単位階調ビット（少なくとも１つのビットプレーン）の表示期間ごとに開閉動作可能となっている。第２の可変絞り２２は、少なくとも第１の可変絞り２１の開口径が第１の開口径決定部５１によって決定された開口径となった後の期間において開閉動作する。
【００２９】
第２の可変絞り２２は、第１の可変絞り２１よりも光変調素子３０側に配置され、例えばＰＷＭシーケンスの階調に同期して、低階調値側の領域を中心に開閉動作する。第２の可変絞り２２は、第１の可変絞り２１を通過した光をさらに絞る（略０〜１００％）ことで、ＰＷＭによる階調表現を実効的に増やす役割を担う。第２の可変絞り２２は、単位階調ビットごとに開閉制御されることが好ましいが、複数の階調ビットのグループごとに開閉制御されてもよい。例えば、ＰＷＭシーケンスの階調ビットが全体としてｂｉｔ１〜ｂｉｔ１０である場合、第２の可変絞り２２を駆動するモータのコストやサイズを勘案し、階調ビットを２〜５の階調ビットグループに分け、各階調ビットグループごとに第２の可変絞り２２を開閉制御してもよい。あるいは、第２の可変絞り２２を、ノイズ感がある低階調値側の階調ビットを中心に駆動するだけでも、階調表現を向上させる効果が期待できる。
【００３０】
図２は、第１および第２の可変絞り２１，２２の一構成例を概略的に示している。図２の（Ａ）は開口径が相対的に大きい状態（開いた状態）、（Ｂ）は開口径が相対的に小さい状態（閉じた状態）の一例を示す。図３は、第１および第２の可変絞り２１，２２の絞り羽根７１の一構成例を概略的に示している。
【００３１】
第１および第２の可変絞り２１，２２はそれぞれ、例えば図２に示したような一般的な虹彩絞りであってもよい。虹彩絞りは、複数の絞り羽根７１を有している。複数の絞り羽根７１はそれぞれ、図３に示したように駆動可能となっている。第２の可変絞り２２の駆動は、ＰＷＭシーケンスに合わせて高速、かつ高精度が要求される。第２の可変絞り２２を虹彩絞りにした場合、例えばＤＤ（Direct Drive）−ＳＳＭ（Super Sonic Motor）のようなＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）アクチュエータにより、各絞り羽根７１を制御することが望ましい。
【００３２】
スケジューラ５０は、例えば、画像信号Ｖｉｎからシーンごとの平均輝度、および画面内の階調値（特に低階調値側）を演算し、それぞれから第１の可変絞り２１の開口径、および第２の可変絞り２２の開口径の指示値を確定する。
【００３３】
輝度情報抽出部５５は、画像信号Ｖｉｎにおける輝度情報を抽出し、平均輝度算出部５３および階調評価演算部５４に出力する。
【００３４】
平均輝度算出部５３は、画像信号Ｖｉｎにおける輝度情報に基づいて、画像信号Ｖｉｎにおける少なくとも１フレームごとの平均輝度を算出する。平均輝度算出部５３は、少なくとも１フレームを含むシーンごとの平均輝度を算出する。
【００３５】
階調評価演算部５４は、画像信号Ｖｉｎにおける輝度情報に基づいて、少なくとも単位階調ビット（少なくとも１つのビットプレーン）の表示期間ごとに画面内の階調値を評価する。
【００３６】
第１の開口径決定部５１は、輝度算出部によって算出された平均輝度に基づいて、第１の可変絞りの開口径を決定する。第１の開口径決定部５１は、決定した第１の可変絞りの開口径に相当する指示値を第１の絞りドライバ６１に出力する。
【００３７】
第２の開口径決定部５２は、階調評価演算部による評価に基づいて、第２の可変絞り２２の開口径を決定する。第２の開口径決定部５２は、少なくとも単位階調ビットごとに第２の可変絞り２２の開口径を決定する。第２の開口径決定部５２は、決定した第２の可変絞り２２の開口径に相当する指示値を第２の絞りドライバ６２に出力する。
【００３８】
第１の絞りドライバ６１は、第１の開口径決定部５１からの指示値に基づいて、第１の可変絞り２１を駆動し、第１の可変絞り２１の開口径を制御する。第１の可変絞り２１の開口径は、一般にオープンループでの制御が可能となっている。高級機種、シネマ用途で求められる高精度な輝度表現に対しては、フィードバックループ制御で対応する。第１の絞りドライバ６１による第１の可変絞り２１の駆動周波数は、瞳孔変化より速ければよく、例えばフレームレートが６０Ｈｚの場合、６０Ｈｚとなっている。
【００３９】
第２の絞りドライバ６２は、第２の開口径決定部５２からの指示値に基づいて、第２の可変絞り２２を駆動し、第２の可変絞り２２の開口径を制御する。第２の絞りドライバ６２による第２の可変絞り２２の駆動周波数は、ＰＷＭシーケンスのビット同期が望ましく、例えばフレームレートが６０Ｈｚの場合、１．８ｋＨｚ〜１４．４ｋＨｚとなっている。
【００４０】
［１．２  第１の実施の形態に係る表示装置の動作］
図４は、上段から順に、プロジェクタ１におけるＰＷＭの制御シーケンスおよび第１および第２の可変絞り２１，２２の開閉制御のシーケンスの一例を示している。図５は、プロジェクタ１における第１および第２の可変絞り２１，２２の開閉動作と階調との関係の一例を示している。
【００４１】
一般的なＰＷＭ方式で階調表現を行う場合、光変調素子３０に、輝度が一定の光を連続的に照射する。光変調素子３０は、表示しようとする画像の輝度に応じて、画素ごとに光を明／暗（白／黒）の２つの状態に変調制御する。光変調素子３０は、画素ごとに光の変調タイミングを変化させることにより、光のパルス幅を変化させ、階調表現を行う。
【００４２】
ＰＷＭ方式で階調表現する場合、例えば１６階調の画像は、所定期間（通常、１フレーム）内において、輝度の異なる少なくとも４種類の画像を組み合わせることにより表現することが可能である。すなわち、１６階調を表現する場合には、まず、輝度を画素ごとに例えば４つの階調ビットに量子化する。そして、例えば１フレームの画像データを、各階調ビットで重み付けされた４種類の画像データの組み合わせで表現する。このとき、階調ビットごとの画像データの集まりは、通常、「ビットプレーン」と称される。ビットプレーンは、階調ビットごとの輝度の情報面である。
【００４３】
例えば、各色について１０２４階調を表現する場合、各色について１，２，４，８…２５５のパルス幅の単位階調ビットを組み合せることで離散的な階調表現を行うことが可能である。図４では、１フレームをＲ，Ｇ，Ｂの各色のサブフレームに分割し、各色のサブフレームをそれぞれ、単位階調ビットが１、２、４、８…２５５の大きさのビットプレーン順に表示した例を示す。図４の上段のＰＷＭの制御シーケンスにおいて、白抜きは明るさが明（白）状態、斜線の網掛け部分は暗（黒）状態であることを示す。
【００４４】
図４では、単純化された簡単な制御シーケンスを示す。例えば暗い１シーンを考える。当然ながら画面は全体的に暗いので、第１の可変絞り２１の開口径を小さくすることになる。ここまでは、プロジェクタ全般に利用されているダイナミックコントラストの概念である。
【００４５】
次に、画面内のダイナミックレンジ確保について考える。もし、第１の可変絞り２１を画面内の最黒部に合わせて絞ると、画面内の最白部も暗くなる。暗い部屋のシーンで、明るいはずの窓外の景色が暗くなるような現象であり、ＨＤＲのＴＶでは解決されているものの、プロジェクタでは課題になっている。だが反対に白に合わせては、今度は室内の暗闇がつぶれてしまい、ベタッとした画質になる。
【００４６】
そこで、プロジェクタ１では、第１の可変絞り２１の開口径の制御量は比較的白側優位（明るめ）に設定する。その上で、第２の可変絞り２２によって黒を沈めるという手法を取る。すなわち、第２の可変絞り２２はＰＷＭシーケンスの黒側において絞るように制御する。これにより、例えば図５に示したように、黒領域以外の階調では第１の可変絞り２１によって明るさがダイナミックに制御され、黒領域では第２の可変絞り２２によって明るさがダイナミックに制御される。なお、例えば、第１の可変絞り２１の開口径の可変範囲ａは、第２の可変絞り２２の開口径の可変範囲ｂよりも大きい。黒領域では、第１の可変絞り２１によって、ある程度まで明るさが絞られた後、第２の可変絞り２２によってさらに明るさが絞られることとなる。第２の可変絞り２２はＰＷＭシーケンスの黒側において絞るように制御する。第２の可変絞り２２によって明るさを制御する黒領域は、例えば、最も明るい階調値から１／３前後暗い領域であってもよい。
【００４７】
［１．３  効果］
以上説明したように、第１の実施の形態に係るプロジェクタ１によれば、ＰＷＭ方式による画像の生成を行う際の階調表現を向上させることが可能となる。
【００４８】
第１の実施の形態に係るプロジェクタ１によれば、画面内におけるダイナミックレンジが向上し、特に、低階調値側の階調表現の質感が改善する。プロジェクタ１によれば、照明光学系２０において絞りを第１および第２の可変絞り２１，２２の２連構成とし、それらを画像の平均輝度と階調値とによってフィードバック制御することで、画面全体の光量調整に留まらず、暗部側の階調表現を向上させることができる。プロジェクタ１によれば、黒領域の階調数を２n以上に増やしつつ、ざらつきなく、かつ１画面内でのコントラスト比を向上させることができる。プロジェクタ１によれば、既存光源でのダイナミックコントラスト改善が可能である。
【００４９】
図６は、比較例に係る表示装置における階調の応答特性の第１の例を示している。図７は、比較例に係る表示装置における階調の応答特性の第２の例を示している。図８は、本開示の技術によるプロジェクタ１における階調の応答特性の一例を示している。図６ないし図８において、横軸は階調、縦軸は明るさを示す。破線は映像ソースが意図しているγ曲線を示す。
【００５０】
図６において実線は、一般的なＰＷＭ方式による階調表現を模式的に示す。図７において実線は、一般的なダイナミックコントラストによる階調表現を模式的に示す。図６に示すように、一般的なＰＷＭ方式では、ダイナミックレンジが狭い。これに対し、図７に示すように、一般的なダイナミックコントラストの技術によりダイナミックレンジを拡大することができるが、映像ソースが意図しているγ曲線を十分に再現できていない。
【００５１】
図８において実線は、本開示の技術による階調表現を模式的に示す。本開示の技術では、第１の可変絞り２１によって、一般的なダイナミックコントラストの技術と同様にしてダイナミックレンジを拡大することができる。さらに、第２の可変絞り２２によって階調の応答特性の傾きを調整することができ、映像ソースが意図しているγ曲線に近づけることができる。
【００５２】
次に、図９ないし図１６を参照して、第１の実施の形態に係るプロジェクタ１によって実現可能な階調表現についてより詳細に説明する。
【００５３】
図９は、一般的なＰＷＭ方式による階調生成の規則の一例を示している。
図９では、簡単のために、４ビット、モノカラーの例を示している。なお、プロジェクタの実製品としては８〜１２ビット、フルカラーが主流である。本開示の技術による効果であるダイナミックレンジの拡大や、階調表現力（分解能）は、ビット数に関わらず有効である。
【００５４】
４ビットで表現できる階調数は２4＝１６である。１フレームの期間は１／フレームレートである。図９では、４ビット、モノカラーの１フレームについて、１６階調を表現するための１６ビットのビットシーケンスの一例を示している。
【００５５】
図１０は、一般的なＰＷＭ方式のプロジェクタにおけるビットシーケンスと輝度との関係の一例を示している。一般的なＰＷＭ方式のプロジェクタにおいて、光変調素子は２値デバイスなので、図１０に示したように、ビットシーケンスと輝度との関係は線形になる。なお、図１０は、可変絞りの開口率が後述する図１１におけるＮｏ．１−４の状態である場合に相当する。
【００５６】
図１１は、一般的なＰＷＭ方式のプロジェクタにおいて、単一の可変絞りを付加した場合のビットシーケンスと輝度との関係の一例を示している。単一の可変絞りは、例えば照明光学系または投射光学系に配置される。図１１には、単一の可変絞りの開口率を、Ｎｏ．１−１，Ｎｏ．１−２，Ｎｏ．１−３，Ｎｏ．１−４と変えた場合のビットシーケンスと輝度との関係の一例を示す。各Ｎｏ．の開口率は以下のとおりである。
開口率
Ｎｏ．１−１  ２５％
Ｎｏ．１−２  ５０％
Ｎｏ．１−３  ７５％
Ｎｏ．１−４  １００％
【００５７】
図１１に示したように、単一の可変絞りの開口率が低いほど、階調間隔は縮む。従って、単一の可変絞りを設けることは、例えば、黒の階調を増やしたい場合に有効であり、一般に、ダイナミックコントラストの技術として知られている。このダイナミックコントラストの技術では、開口率が低いほど、全体のダイナミックレンジは下がる（悪くなる）。
【００５８】
図１２は、望ましい階調特性の一例を示している。図１２には、図１１に示した階調特性（ビットシーケンスと輝度との関係）に対する、望ましい階調特性（（Ａ）〜（Ｈ））の一例を示している。人の目は明るい方に比べて暗い方に感度が高い。このため、暗い方の階調間隔を細かく、明るい方の階調間隔を荒く（大きく）するのが、階調表現としては優れている。そのため、例えば、図１２に示したような（Ａ）〜（Ｈ）の点を通るような特性となるように、階調制御をすることが望ましい。
【００５９】
図１３は、第１の実施の形態に係る表示装置（プロジェクタ１）において実現可能な階調表現の一例を示している。第１の実施の形態に係るプロジェクタ１では、上述したように、第１の可変絞り２１と第２の可変絞り２２とを組み合わせることによって、所望の階調表現を実現可能である。図１３では、図１１と同様に、第１の可変絞り２１の開口率を、Ｎｏ．１−１，Ｎｏ．１−２，Ｎｏ．１−３，Ｎｏ．１−４と記す。また、Ｎｏ．２は第２の可変絞り２２の開口率を示す。図１４に、ＰＷＭシーケンスのシーケンス番号と第２の可変絞り２２の開口率との関係の一例を示す。第２の可変絞り２２の開口率は、例えばビットシーケンスごとに変化させる。これにより、第１の可変絞り２１の開口率がＮｏ．１−４のときに第２の可変絞り２２の開口率を図１４に示したようにビットシーケンスごとに変化させることで（Ｎｏ．１−４×Ｎｏ．２）、図１２に示した（Ａ）〜（Ｈ）の点を通る所望の特性を得ることが可能となる。
【００６０】
なお、図１３および図１４に示した第１の可変絞り２１の開口率および第２の可変絞り２２の開口率は一例であり、図示した例には限らない。
【００６１】
図１５は、第１の実施の形態に係る表示装置（プロジェクタ１）におけるフレームごとの第１の可変絞り２１および第２の可変絞り２１のそれぞれの開口率の制御例を示している。図１６は、図１５のように第１の可変絞り２１および第２の可変絞り２１のそれぞれの開口率を制御した場合における、フレームごとの見かけの制御光量の一例を示している。図１６に示したように、見かけの制御光量は、第１の可変絞り２１の開口率と第２の可変絞り２１の開口率とに応じた光量となる。
【００６２】
なお、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。以降の他の実施の形態の効果についても同様である。
【００６３】
［１．４  第１の実施の形態の変形例］
第１の実施の形態では、光源１０が出力する光の輝度は一定であるものとして説明したが、階調値に応じて光源１０が出力する光の輝度を可変にしてもよい。これにより、より高精度な階調表現が可能となる。
【００６４】
＜２．その他の実施の形態＞
本開示による技術は、上記各実施の形態の説明に限定されず種々の変形実施が可能である。
【００６５】
例えば、本技術は以下のような構成を取ることもできる。
以下の構成の本技術によれば、ＰＷＭ方式による画像の生成を行う際の階調表現を向上させることが可能となる。
【００６６】
（１）
光源からの光が入射する順に、第１の可変絞りおよび第２の可変絞りを有し、前記光源からの光に基づいて、パルス幅変調方式による画像の生成に用いられる照明光を生成する照明光学系と、
画像信号における少なくとも１フレームごとの平均輝度を算出する輝度算出部と、
少なくとも単位階調ビットの表示期間ごとに画面内の階調値を評価する階調評価演算部と、
前記輝度算出部によって算出された前記平均輝度に基づいて、前記第１の可変絞りの開口径を決定する第１の開口径決定部と、
前記階調評価演算部による評価に基づいて、前記第２の可変絞りの開口径を決定する第２の開口径決定部と
を備える
照明装置。
（２）
前記輝度算出部は、少なくとも１フレームを含むシーンごとの平均輝度を算出する
上記（１）に記載の照明装置。
（３）
前記第２の可変絞りは、前記第１の可変絞りよりも高速に開閉動作可能である
上記（１）または（２）に記載の照明装置。
（４）
前記第２の可変絞りの開口径の可変範囲は、前記第１の可変絞りの開口径の可変範囲よりも小さい
上記（１）ないし（３）のいずれか１つに記載の照明装置。
（５）
前記第１の可変絞りは、少なくとも１フレームごとに開閉動作する
上記（１）ないし（４）のいずれか１つに記載の照明装置。
（６）
前記第２の開口径決定部は、少なくとも前記単位階調ビットごとに前記第２の可変絞りの開口径を決定し、
前記第２の可変絞りは、少なくとも前記単位階調ビットの表示期間ごとに開閉動作する
上記（１）ないし（５）のいずれか１つに記載の照明装置。
（７）
前記第２の可変絞りは、少なくとも前記第１の可変絞りの開口径が前記第１の開口径決定部によって決定された開口径となった後の期間において開閉動作する
上記（１）ないし（６）のいずれか１つに記載の照明装置。
（８）
前記第１および第２の可変絞りは、虹彩絞りである
上記（１）ないし（７）のいずれか１つに記載の照明装置。
（９）
パルス幅変調方式により照明光を変調して画像を生成する光変調素子と、
光源からの光が入射する順に、第１の可変絞りおよび第２の可変絞りを有し、前記光源からの光に基づいて、パルス幅変調方式による画像の生成に用いられる前記照明光を生成する照明光学系と、
画像信号における少なくとも１フレームごとの平均輝度を算出する輝度算出部と、
少なくとも単位階調ビットの表示期間ごとに画面内の階調値を評価する階調評価演算部と、
前記輝度算出部によって算出された前記平均輝度に基づいて、前記第１の可変絞りの開口径を決定する第１の開口径決定部と、
前記階調評価演算部による評価に基づいて、前記第２の可変絞りの開口径を決定する第２の開口径決定部と
を備える
表示装置。
（１０）
前記光変調素子によって生成された画像を投影する投射光学系、
をさらに備える
上記（９）に記載の表示装置。
【符号の説明】
【００６７】
１…プロジェクタ（表示装置）、１０…光源、２０…照明光学系、２１…第１の可変絞り、２２…第２の可変絞り、２３…ロッドインテグレータ、３０…光変調素子、４０…投射光学系、５０…スケジューラ、５１…第１の開口径決定部、５２…第２の開口径決定部、５３…平均輝度算出部、５４…階調評価演算部、５５…輝度情報抽出部、６１…第１の絞りドライバ、６２…第２の絞りドライバ、６３…ＰＷＭシーケンサ、７１…絞り羽根、Ｖｉｎ…画像信号。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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