(57)【要約】【課題】入力映像信号よりも低階調の空間光変調器を用いて、入力映像信号と同等の多階調の画像を投写し、かつ、多階調表示を確実に行うことができる。【解決手段】プロジェクタは、光源１２の出射光を変調する第１の空間光変調器１２と、第１の空間光変調器１２の出射光を第１および第２の光束に分割するビームスプリッタ１３と、第１および第２の光束をそれぞれ変調する第２、第３の空間光変調器１４、１５と、第２、第３の空間光変調器１４、１５の出射光を合成する光合成部１６と、光合成部１６の出射光を投写する投写レンズ１７と、Ｌビット（Ｌは正の整数）の階調の画像の各画素の階調値をＭビット（ＭはＬより小さな正の整数）の階調値に変換した変調画像を第１の空間光変調器１２に形成させ、投写画像がＬビットの階調になるように、第２、第３の空間光変調器１４、１５にて変調画像の各画素の光量を調整させる制御部１０と、を有する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を出射する光源と、
前記照明光を変調する第１の空間光変調器と、
前記第１の空間光変調器の出射光を所定の分割比で第１および第２の光束に分割するビームスプリッタと、
前記第１および第２の光束をそれぞれ変調する第２および第３の空間光変調器と、
前記第２および第３の空間光変調器の出射光を互いに重ねて同一光路で出射する光合成部と、
前記光合成部の出射光を投写する投写レンズと、
階調がＬビット（Ｌは正の整数）で表現された画像を示す入力映像信号に基づいて、前記第１ないし第３の空間光変調器の変調動作をそれぞれ制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記Ｌビットの階調の画像の各画素の階調値をＭビット（ＭはＬより小さな正の整数）の階調値に変換した変調画像を前記第１の空間光変調器に形成させ、前記投写レンズの投写画像が前記Ｌビットの階調になるように、前記第２および第３の空間光変調器にて前記変調画像の各画素の光量を調整させる、プロジェクタ。
【請求項２】
請求項１に記載のプロジェクタにおいて、
前記制御部は、前記Ｌビットの階調の画像の各画素の階調値について、該階調値を前記Ｌビットの階調の最大値で割った正規化階調値を算出し、前記第１の空間光変調器の各画素について、前記Ｌビットの階調の画像の対応する画素の正規化階調値を前記Ｍビットの階調の最小単位で割った値の小数点以下を切り上げた値を階調値とし、該階調値に基づいて前記変調画像を前記第１の空間光変調器に形成させる、プロジェクタ。
【請求項３】
請求項２に記載のプロジェクタにおいて、
前記第２および第３の空間光変調器は、前記変調画像の各画素の前記Ｌビットの階調の画像の対応する画素に対する光量の超過分を減衰する、プロジェクタ。
【請求項４】
請求項３に記載のプロジェクタにおいて、
前記第１および第２の光束の光量の合計値に対する前記第１の光束の光量の比率をｔとし、
前記制御部は、
前記第１の空間光変調器の各画素について、該画素の階調値を前記Ｍビットの階調の最大値で割って正規化階調値を算出し、
前記第２の空間光変調器の各画素について、前記第１の空間光変調器の対応する画素の正規化階調値に比率ｔを乗じた値である最大出力量が、前記Ｌビットの階調の画像の対応する画素の正規化階調値以下である場合に、Ｎビット（ＮはＬより小さな正の整数）の階調の最大値を階調値として変調制御を行う、プロジェクタ。
【請求項５】
請求項４に記載のプロジェクタにおいて、
前記制御部は、前記第２の空間光変調器の各画素について、該画素の前記最大出力量が前記Ｌビットの階調の画像の対応する画素の正規化階調値を超える場合には、該正規化階調値に前記Ｎビットの階調の最大値を乗じた値を計算し、該計算値を前記最大出力量で割った値の小数点以下を切り捨てた値を階調値として変調制御を行う、プロジェクタ。
【請求項６】
請求項４または５に記載のプロジェクタにおいて、
前記制御部は、前記第３の空間光変調器の各画素について、前記第１の空間光変調器の対応する画素の正規化階調値に比率（１−ｔ）を乗じた値である最大出力量を算出し、該最大出力量に前記第２の空間光変調器の対応する画素の階調値を加えた値から前記Ｌビットの階調の画像の対応する画素の正規化階調値を減算することで減衰量を算出し、
【数１】
2018142817.tif 000015
に基づいて得られる階調値で変調制御を行う、プロジェクタ。
【請求項７】
請求項６に記載のプロジェクタにおいて、
前記Ｌビットの入力映像信号に対する変調出力の誤差を|Ｅ|と表し、
【数２】
2018142817.tif 000016
の関係を満たす、プロジェクタ。
【請求項８】
請求項７に記載のプロジェクタにおいて、さらに、
【数３】
2018142817.tif 000017
の関係を満たす、プロジェクタ。
【請求項９】
階調がＬビット（Ｌは正の整数）で表現された画像を示す入力映像信号に基づく画像を投写するプロジェクタの多階調表示方法であって、
第１の空間光変調器が、光源からの照明光を変調して、前記Ｌビットの階調の画像の各画素の階調値をＭビット（ＭはＬより小さな正の整数）の階調値に変換した変調画像を形成し、
前記第１の空間光変調器の出射光を所定の分割比で第１および第２の光束に分割し、
投写画像が前記Ｌビットの階調になるように、第２および第３の空間光変調器が前記第１および第２の光束をそれぞれ変調して前記変調画像の各画素の光量を調整し、
前記第２および第３の空間光変調器の出射光を互いに重ねて投写する、多階調表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクタ及び多階調表示方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、８Ｋ（７６８０×４３２０）の解像度を有するスーパーハイビジョンが国際規格化され、映像のダイナミックレンジを広げる、所謂、ＨＤＲ（High Dynamic Range）が脚光を浴びている。それに伴い、１０ビット相当や１２ビット相当の階調表示への要望が高まってきており、また、今後は、１２ビットを超える多階調表示への要求が高まることが予想される。
一般に、プロジェクタでは、画像を形成するための表示素子として、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）などの空間光変調器が用いられている。しかし、これらの空間光変調器で表現可能な階調数は、一般に８ビット相当とされており、１２ビットを超える多階調表示を行うことは困難であった。例えば、ＤＭＤでは、ミラーの駆動速度に物理的限界があり、表現可能な階調数は８ビット相当とされていた。また、ＬＣＤやＬＣＯＳにおいては、非線形であるガンマ特性（ＶＴ特性）のリニアリティを保つために、表現可能な階調数は８ビット相当とされていた。
【０００３】
そこで、８ビット相当の階調表現しかできない空間光変調器を用いて８ビットを超える多階調表示を行うプロジェクタが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
プロジェクタは、光源と、光源からの光を変調する第１の光変調器と、第１の光変調器からの光を変調する第２の光変調器と、を有する。第１及び第２の光変調器の解像度は同じである。光学的に直列に挿入された第１及び第２の光変調器を用いて、光源からの光を２段階で変調することで、表示画像の階調数を増大させることができる。
【０００４】
例えば、第１及び第２の光変調器がともに８ビットの階調表示を行う場合、第１及び第２の光変調器において、各画素が取り得る階調範囲は０〜２５５である。ここで、階調範囲の最大値が１になるように正規化した正規化階調に基づいて、第１及び第２の光変調器の動作を簡単に説明する。
表示画像の各画素について、正規化階調値は、［第１の光変調器の正規化階調値］×［第２の光変調器の正規化階調値］の値で与えられる。［第１の光変調器の正規化階調値］及び［第２の光変調器の正規化階調値］はそれぞれ、０，１／２５５（≒０．００３９），２／２５５（≒０．００７８），．．．，２５３／２５５（≒０．９９２１），２５４／２５５（≒０．９９６０），２５５／２５５（＝１）の範囲で与えられる。
【０００５】
例えば、［第１の光変調器の正規化階調値］が１で、［第２の光変調器の正規化階調値］が１のときに、画素の正規化階調値は１になり、これは画素が取り得る階調の最大値に対応する。
［第１の光変調器の正規化階調値］が１で、［第２の光変調器の正規化階調値］が０．９９６０であるときに、画素の正規化階調値は、０．９９６０になり、これは画素が取り得る階調の２番目に大きな階調値に対応する。
［第１の光変調器の正規化階調値］が１で、［第２の光変調器の正規化階調値］が０．９９２１であるときに、画素の正規化階調値は、０．９９２１になり、これは画素が取り得る階調の３番目に大きな階調値に対応する。
【０００６】
上記のように、表示画像の各画素の階調値は、［第１の光変調器の正規化階調値］と［第２の光変調器の正規化階調値］の乗算値により決まるため、８ビットを超える階調数を有する表示画像を提供することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１３４６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
第１及び第２の光変調器を用いた２段階の変調により階調数を増大することはできるが、各光変調器のそれぞれを単純に８ビット階調で変調を行うものとした場合には、以下のような問題がある。
例えば、［第１の光変調器の正規化階調値］を１とし、［第２の光変調器の正規化階調値］を０，０．００３９，０．００７８，．．．，０．９９２１，０．９９６０，１の範囲で変化させる。この場合、画素の正規化階調値は、階調が低い方向から０，０．００３９，０．００７８，．．．，０．９９２１，０．９９６０，１となる。階調が低い側では、０，０．００３９，０．００７８といった細かな階調調整が可能であるが、階調が高い側では、０．９９２１，０．９９６０，１といった大まかな階調調整しかできない。このため、例えば１２ビットの多階調表示を行う場合に、階調が高い側の階調数が、１２ビットよりも少なくなる場合がある。さらに、階調が高い側において、１２ビットの多階調で示される階調値とは異なる階調値になる場合がある。
上述のように、第１及び第２の光変調器を用いた２段階の変調では、黒レベルから白レベルの全範囲にわたって、例えば、１２ビットといった多階調表示を行うことは困難である。
【０００９】
本発明の目的は、上記問題を解決し、入力映像信号の階調数よりも低い階調数でしか表現できない空間光変調器を用いて、入力映像信号と同等の階調数を有する画像を投写でき、１２ビットを超える多階調表示であっても確実に階調表現することができる、プロジェクタ及び多階調表示方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、
照明光を出射する光源と、
前記照明光を変調する第１の空間光変調器と、
前記第１の空間光変調器の出射光を所定の分割比で第１および第２の光束に分割するビームスプリッタと、
前記第１および第２の光束をそれぞれ変調する第２および第３の空間光変調器と、
前記第２および第３の空間光変調器の出射光を互いに重ねて同一光路で出射する光合成部と、
前記光合成部の出射光を投写する投写レンズと、
階調がＬビット（Ｌは正の整数）で表現された画像を示す入力映像信号に基づいて、前記第１ないし第３の空間光変調器の変調動作をそれぞれ制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記Ｌビットの階調の画像の各画素の階調値をＭビット（ＭはＬより小さな正の整数）の階調値に変換した変調画像を前記第１の空間光変調器に形成させ、前記投写レンズの投写画像が前記Ｌビットの階調になるように、前記第２および第３の空間光変調器にて前記変調画像の各画素の光量を調整させる、プロジェクタが提供される。
【００１１】
本発明の別の態様によれば、
階調がＬビット（Ｌは正の整数）で表現された画像を示す入力映像信号に基づく画像を投写するプロジェクタの多階調表示方法であって、
第１の空間光変調器が、光源からの照明光を変調して、前記Ｌビットの階調の画像の各画素の階調値をＭビット（ＭはＬより小さな正の整数）の階調値に変換した変調画像を形成し、
前記第１の空間光変調器の出射光を所定の分割比で第１および第２の光束に分割し、
投写画像が前記Ｌビットの階調になるように、第２および第３の空間光変調器が前記第１および第２の光束をそれぞれ変調して前記変調画像の各画素の光量を調整し、
前記第２および第３の空間光変調器の出射光を互いに重ねて投写する、多階調表示方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、入力映像信号の階調数よりも低い階調数でしか表現できない空間光変調器を用いて、入力映像信号と同等の階調数を有する画像を投写でき、また、１２ビットを超える多階調表示でも、確実に階調表現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態によるプロジェクタの光学系の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態によるプロジェクタの変調制御部の構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示す変調制御部による第１の空間変調器の変調制御の一手順を示すフローチャートである。
【図４】図２に示す変調制御部による第２、第３の空間変調器の変調制御の一手順を示すフローチャートである。
【図５】映像信号入力正規化階調値、第１乃至第３の空間光変調器正規化階調値、第２及び第３の空間光変調器最大出力量、及び、第３の空間光変調器減衰量の相関関係を説明するための図である。
【図６】本発明の第２の実施形態によるプロジェクタの光学系の構成を示す模式図である。
【図７】本発明の第３の実施形態によるプロジェクタの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態によるプロジェクタの光学系の構成を示す模式図である。
図１を参照すると、プロジェクタは、光源部１００、第１の光変調部１０２、第２の光変調部１０３及び投写レンズ１０４を有する。
【００１５】
光源部１００は、光源１０１とカラーホイールユニット１０５を有する。光源１０１は、白色光を出射する。例えば、光源１０１として、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ、蛍光体と固体光源とを組み合わせた光源などを用いることができる。固体光源は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＤ（Laser Diode）などである。
【００１６】
カラーホイールユニット１０５は、カラーホイール１０５ａと、カラーホイール１０５ａを回転させるモータ１０５ｂとを有する。カラーホイール１０５ａの中央部は、モータ１０５ｂのローター部に取り付けられている。
カラーホイール１０５ａは、円形基板を備え、この円形基板の表面に、第１乃至第４セグメントが周方向に隣接して設けられている。円形基板は、可視光を透過する透過特性を有する材料、例えばサファイヤやガラス素材などの材料からなる。円形基板が回転することで、光源１０１からの白色光が第１乃至第４のセグメントに順に照射される。
【００１７】
第１のセグメントには、白色光のうち、赤色波長域の光を透過し、それ以外の波長域の光を吸収する特性を有する赤フィルタが形成されている。第２のセグメントには、白色光のうち、緑色波長域の光を透過し、それ以外の波長域の光を吸収する特性を有する緑フィルタが形成されている。第３のセグメントには、白色光のうち、青色波長域の光を透過し、それ以外の波長域の光を吸収する特性を有する青フィルタが形成されている。第４のセグメントは、フィルタを有しない部分であり、この第４のセグメントでは、白色光が回転基板を透過する。
第１乃至第４のセグメントの周方向における面積の割合は、プロジェクタの仕様に応じて適宜に設定可能である。なお、仕様によっては、カラーホイール１０５ａとして、第４のセグメントを有していない構造のものを用いてもよい。
【００１８】
赤、緑、青及び白の各色の光が順にカラーホイール１０５ａから出射される。カラーホイール１０５ａから出射した各色の光が、照明光として第１の光変調部１０２に入射する。
第１の光変調部１０２は、第１の空間光変調器であるＤＭＤ１０６とプリズム１０７を有する。
ＤＭＤ１０６は、それぞれが画素を構成するマトリクス状に配置された複数の微小ミラーからなる画像形成面を有する。微小ミラーは、駆動電圧に応じて角度が変化するように構成されており、オン状態を示す駆動電圧が供給された場合とオフ状態を示す駆動電圧が供給された場合とで、微小ミラーの反射角度が異なる。ここでは、画像形成面のオン状態の微小ミラーからの反射光が変調画像（変調光）を形成する。
【００１９】
プリズム１０７は、例えば、ＴＩＲ（Total Internal Reflection）プリズムからなる。ＴＩＲプリズムは、内部に全反射面を備えた全反射プリズムアセンブリであって、第１及び第２の三角プリズムを含む。第１の三角プリズムは、直角プリズムであって、直角をなす辺を構成する第１及び第２の面と斜辺を構成する第３の面とを有する。第２の三角プリズムは、三角形の各線分を構成する第１乃至第３の面を有する。
第１の三角プリズムの第３の面（斜面）は、第２の三角プリズムの第１の面と対向するように配置されている。第１の三角プリズムの第１の面と第２の三角プリズムの第１の面は互いに平行であり、ＤＭＤ１０６が、第２の三角プリズムの第１の面と対向するように配置されている。第２の三角プリズムの第２の面がプリズム１０７の入射面であり、第１の三角プリズムの第１の面がプリズム１０７の出射面である。
【００２０】
光源部１００からの照明光（赤色光、緑色光、青色光及び白色光）は、プリズム１０７の入射面に入射する。プリズム１０７では、入射面から入射した照明光がＤＭＤ１０６に照射され、ＤＭＤ１０６の出射光（変調光）が出射面から第２の光変調部１０３に向けて出射される。
上述した光源部１００やプリズム１０７は、ＤＭＤを備えた既存のプロジェクタで使用されているものである。
【００２１】
第２の光変調部１０３は、第２の空間光変調器であるＬＣＯＳ１０８と、第３の空間光変調器であるＬＣＯＳ１０９と、偏光ビームスプリッタ１１０とを有する。
ＬＣＯＳ１０８、１０９は、例えば、駆動回路と画素電極が形成されたシリコン基板と、これに対向する透明基板との間に液晶が挟み込まれた構造の反射型の液晶表示デバイスである。画素電極はマトリクス状に設けられており、透明基板および液晶層を透過した光がオン状態の画素電極にて反射される。透明基板に入射する光がＳ偏光である場合、透明基板から出射される画素電極からの反射光はＰ偏光である。反対に、透明基板に入射する光がＰ偏光である場合、透明基板から出射される画素電極からの反射光はＳ偏光である。
【００２２】
ＬＣＯＳ１０８、１０９は、ＤＭＤ１０６と同じ解像度の画像形成面を有する。例えば、ＬＣＯＳ１０８、１０９及びＤＭＤ１０６は、２Ｋ（１９２０×１０８０）の解像度を有する画像形成面を備え、互いの画像形成面の画素が１：１で対応する。なお、２Ｋ（１９２０×１０８０）は一例であり、解像度は、これに限定されない。互いの画像形成面の画素が１対１で対応し、対応する画素の輝度を調整することができるのであれば、解像度はどのような値であってもよい。
偏光ビームスプリッタ１１０は、第１の光変調部１０２の出射光を所定の分割比で第１及び第２の光束に分割し、第１及び第２の光束をそれぞれＬＣＯＳ１０８、１０９に照射し、かつ、ＬＣＯＳ１０８、１０９の出射光を互いに重ねて同一光路で出射する。
【００２３】
具体的には、偏光ビームスプリッタ１１０は、２個の直角プリズム１１０ａ、１１０ｂの斜面同士を貼り合わせた全体としてキューブ形状のプリズムであり、貼り合わせ斜面には、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する特性を有する誘電体多層膜１１０ｃが形成されている。第１の光変調部１０２の出射光軸と誘電体多層膜１１０ｃとのなす角度は４５°である。
直角プリズム１１０ａの直角をなす第１及び第２の面はそれぞれ、直角プリズム１１０ｂの直角をなす第１及び第２の面と対向する。直角プリズム１１０ａの第１の面が入射面、直角プリズム１１０ｂの第２の面が出射面である。ＬＣＯＳ１０８は、直角プリズム１１０ａの第２の面と対向するように配置され、ＬＣＯＳ１０９は、直角プリズム１１０ｃの第１の面と対向するように配置されている。
【００２４】
上記の偏光ビームスプリッタ１１０では、第１の光変調部１０２の出射光が入射面に入射する。入射面から入射した光は、誘電体多層膜１１０ｃに入射する。誘電体多層膜１１０ｃは、入射した光を所定の分割比でＳ偏光とＰ偏光に分離する。Ｓ：Ｐ＝ｔ：（１−ｔ）である。
誘電体多層膜１１０ｃは、屈折率の異なる複数の誘電体膜を積層した構造である。各誘電体膜の屈折率や積層方向における周期などを調整することで、所望の分割比（ｔ：（１−ｔ））を設定可能である。ここでは、ｔ≧０．５とする。
【００２５】
Ｓ偏光が直角プリズム１１０ａの第２の面からＬＣＯＳ１０８に向けて出射され、Ｐ偏光が直角プリズム１１０ｂの第１の面からＬＣＯＳ１０９に向けて出射される。ＬＣＯＳ１０８では、オン状態の各画素電極からの反射光（Ｐ偏光）が変調画像光（変調光）を形成する。ＬＣＯＳ１０９では、オン状態の各画素からの反射光（Ｓ偏光）が変調画像光（変調光）を形成する。
ＬＣＯＳ１０８からの変調画像光（Ｐ偏光）は、直角プリズム１１０ａの第２の面に入射し、ＬＣＯＳ１０９からの変調画像光（Ｓ偏光）は、直角プリズム１１０ｂの第１の面に入射する。直角プリズム１１０ａの第２の面から入射した変調画像光（Ｐ偏光）は、誘電体多層膜１１０ｃを透過して直角プリズム１１０ｂの第２の面（出射面）から出射される。直角プリズム１１０ｂの第１の面から入射した変調画像光（Ｓ偏光）は、誘電体多層膜１１０ｃで反射されて直角プリズム１１０ｂの第２の面（出射面）から出射される。
【００２６】
投写レンズ１０４は、偏光ビームスプリッタ１１０の出射面（直角プリズム１１０ｂの第２の面）側に配置されている。偏光ビームスプリッタ１１０の出射面から出射した変調画像光（Ｓ偏光及びＰ偏光）は、投写レンズ１０４に入射する。投写レンズ１０４は、変調画像光（Ｓ偏光及びＰ偏光）を不図示の投写面上に投写する。投写面は、専用のスクリーンであっても良く、また、壁等の構造体であっても良い。
なお、ＬＣＯＳ１０８と直角プリズム１１０ａの第２の面との間、及び、ＬＣＯＳ１０９と直角プリズム１１０ｂの第１の面との間にそれぞれ、位相差板を設けることが望ましい。この位相差板は、ＬＣＯＳ１０８、１０９に入射する光について、その変調の前後で偏光方向を９０度回転させるように作用する。これにより、ＬＣＯＳ１０８の変調画像（Ｐ偏光）とＬＣＯＳ１０９の変調画像（Ｓ偏光）とを誘電体多層膜１１０ｃで効率よく合成することができる。
【００２７】
次に、本実施形態のプロジェクタの電気系の構成について説明する。なお、以下の説明では、入力映像信号のビット数をＬ、ＤＭＤ１０６のビット数をＭ、ＬＣＯＳ１０８、１０９のビット数Ｎとして説明する。ここで、Ｌ、Ｍ，Ｎはいずれも正の整数で、Ｌ＞Ｍ、Ｌ＞Ｎの関係を有する。
図２は、本実施形態のプロジェクタの変調制御部の構成を示すブロック図である。以下では、Ｌビットの映像信号を入力とし、ＤＭＤ１０６がＭ（＜Ｌ）ビットの階調で画像を形成し、ＬＣＯＳ１０８、１０９がそれぞれＮ（＜Ｌ）ビットの階調で画像を形成する。
【００２８】
図２を参照すると、変調制御部は、第１の光変調部１０２及び第２の光変調部１０３の変調動作を制御するものであって、入力端子２０１〜２０３、２０５、２０６と、駆動部２０４、２０７とを有する。なお、変調制御部は、カラーホイールユニット１０５の回転動作も制御することができ、この回転動作に同期して、第１の光変調部１０２及び第２の光変調部１０３の変調動作を制御する。
Ｌビットの映像信号が、外部映像機器から入力端子２０１に供給される。ここで、外部映像機器は、例えば、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置や、ビデオカメラやビデオレコーダなどの映像出力装置である。入力端子２０１には、映像信号の各画素の階調値（輝度値）が順に供給される。例えば、８ビットの映像信号であれば、階調値は０〜２５５の範囲内で与えられる。
【００２９】
入力端子２０１に入力される映像信号のビット数を示す映像信号入力ビット数［Ｌ］が、入力端子２０２に入力される。入力端子２０３には、ＤＭＤ１０６のビット数を表わす第１の空間光変調器ビット数［Ｍ］が入力される。
偏光ビームスプリッタ１１０におけるＬＣＯＳ１０８への分割配分量を表す分割率［ｔ］が、入力端子２０５に供給される。ＬＣＯＳ１０８、１０９のビット数を表す第２、第３空間光変調器のビット数［Ｎ］が入力端子２０６に入力される。
入力端子２０２、２０３、２０５、２０６への情報の入力は、ユーザが不図示の操作部を用いて行うことができる。
駆動部２０４は、入力端子２０１〜２０３に入力された情報に基づいて、第１の光変調部１０２の変調動作を制御し、駆動部２０７は、入力端子２０５、２０６に入力された情報に基づいて、第２の光変調部１０３の変調動作を制御する。
【００３０】
まず、駆動部２０４の構成を具体的に説明する。
駆動部２０４は、映像入力正規化部２０８、第１の空間光変調器階調算出部２０９、第１の空間光変調器駆動部２１０及び第１の空間光変調器階調正規化部２１１を有する。
映像入力正規化部２０８は、入力端子２０１に入力されたＬビットの映像信号と、入力端子２０２に入力された映像信号入力ビット数Ｌとに基づいて、各画素の映像信号入力正規化階調値を算出する。具体的には、映像入力正規化部２０８は、以下の式１に基づいて、各画素の映像信号入力正規化階調値を算出する。
【００３１】
【数１】
2018142817.tif 000003
【００３２】
上記式（１）において、「映像信号入力」はＬビットの映像信号の画素値（階調値）であり、例えば、Ｌ＝８であれば、０〜２５５の範囲内で階調値が与えられる。この場合、「映像入力階調の最大値」は２５５であり、各画素について、該画素の階調値を２５５で割ることで「映像信号入力正規化階調値」が算出される。
映像入力正規化部２０８は、各画素の「映像信号入力正規化階調値」を出力する。この映像入力正規化部２０８の出力は、第１の空間光変調器階調算出部２０９及び駆動部２０７に供給される。
【００３３】
第１の空間光変調器階調算出部２０９は、映像入力正規化部２０８から出力された映像信号入力正規化階調値と、入力端子２０３に入力された空間光変調器ビット数［Ｍ］とに基づいて、第１の空間光変調器階調値を算出する。具体的には、第１の空間光変調器階調算出部２０９は、各画素について、以下の式２に基づいて第１の空間光変調器階調値を算出する。
【００３４】
【数２】
2018142817.tif 000004
【００３５】
すなわち、第１の空間光変調器階調算出部２０９は、各画素について、Ｍビットの階調の最大値で割って１に正規化した時の値が、映像信号入力正規化階調値以上となる最小の第１の光変調器階調値を算出する。ここで、最小の第１の光変調器階調値は、上記式（１）に従って算出した「映像信号入力正規化階調値」に「２M−１」を乗算した値の小数点以下を切り上げた値である。
【００３６】
第１の空間光変調器階調算出部２０９は、各画素の第１の空間光変調器階調値を第１の空間光変調器駆動部２１０及び第１の空間光変調器階調正規化部２１１に供給する。
第１の空間光変調器駆動部２１０は、第１の空間光変調器階調算出部２０９で算出された各画素の第１の空間光変調器階調値に基づいてＤＭＤ１０６を駆動する。
第１の空間光変調器階調正規化部２１１は、各画素について、第１の空間光変調器階調算出部２０９で算出された第１の空間光変調器階調値と、入力端子２０３に入力された空間光変調器ビット数［Ｍ］とに基づいて、第１の空間光変調器正規化階調値を算出する。具体的には、第１の空間光変調器階調正規化部２１１は、以下の式３に基づいて、各画素の第１の空間光変調器正規化階調値を算出する。
【００３７】
【数３】
2018142817.tif 000005
【００３８】
すなわち、第１の空間光変調器階調正規化部２１１は、各画素について、第１の空間光変調器階調値をＭビットの階調の最大値で割ることにより１に正規化することで第１の空間光変調器正規化階調値を算出する。第１の空間光変調器階調正規化部２１１の出力は、駆動部２０７に供給される。
以上が駆動部２０４の具体的な構成の説明である。
【００３９】
次に、駆動部２０７の構成について具体的に説明する。
駆動部２０７は、第２の空間光変調器最大出力量算出部２１２、第３の空間光変調器最大出力量算出部２１３、第２の空間光変調器減衰判定部２１４、第２の空間光変調器階調算出部２１５、第２の空間光変調器駆動部２１６、第２の空間光変調器階調正規化部２１７、第３の空間光変調器減衰量算出部２１８、第３の空間光変調器階調算出部２１９及び第３の空間光変調器駆動部２２０を有する。
【００４０】
映像信号入力正規化部２０８の出力（映像信号入力正規化階調値）は、第２の空間光変調器減衰判定部２１４、第２の空間光変調器階調算出部２１５及び第３の空間光変調器減衰量算出部２１８に供給されている。第１の空間光変調器階調正規化部２１１の出力（第１の空間光変調器正規化階調値）は、第２の空間光変調器最大出力量算出部２１２及び第３の空間光変調器最大出力量算出部２１３に供給されている。
入力端子２０５に入力された分割率[ｔ]は、第２の空間光変調器最大出力量算出部２１２及び第３の空間光変調器最大出力量算出部２１３に供給されている。入力端子２０６に入力された空間光変調器ビット数［Ｎ］は、第２の空間光変調器階調算出部２１５、第２の空間光変調器階調正規化部２１７及び第３の空間光変調器階調算出部２１９に供給されている。
【００４１】
第２の空間光変調器最大出力量算出部２１２は、各画素について、第１の空間光変調器階調正規化部２１１で計算された第１の空間光変調器正規化階調値に分割率[ｔ]を乗じることで、第２の空間光変調器最大出力量を算出する。すなわち、第２の空間光変調器最大出力量は、以下の式（４）で算出される。
【００４２】
【数４】
2018142817.tif 000006
【００４３】
ここで、分割率ｔは、図１に示した偏光ビームスプリッタ１１０において、第１の光変調部１０２の出射光を誘電体多層膜１１０ｃでＳ偏光とＰ偏光に分離した場合の、Ｓ偏光の光量とＰ偏光の光量の合計値に対するＳ偏光の光量の割合である。ここでは、合計値を「１」とし、Ｓ偏光の光量の割合を「ｔ」としている。第２の空間光変調器最大出力量算出部２１２の出力は、第２の空間光変調器減衰判定部２１４、第２の空間光変調器階調算出部２１５及び第２の空間光変調器階調正規化部２１７に供給されている。
【００４４】
第３の空間光変調器最大出力量算出部２１３は、各画素について、第１の空間光変調器階調正規化部２１１で計算された第１の空間光変調器正規化階調値に分割率[１−ｔ]を乗じることで、第３の空間光変調器最大出力量を算出する。すなわち、第３の空間光変調器最大出力量は、以下の式（５）で算出される。
【００４５】
【数５】
2018142817.tif 000007
【００４６】
ここで、分割率（１−ｔ）は、上記のＳ偏光の光量とＰ偏光の光量を合計値に対するＰ偏光の光量の割合である。第３の空間光変調器最大出力量算出部２１３の出力は、第３の空間光変調器減衰量算出部２１８及び第３の空間光変調器階調算出部２１９に供給されている。
【００４７】
第２の空間光変調器減衰判定部２１４は、各画素について、映像信号入力正規化部２０８で計算された映像信号入力正規化階調値と、第２の空間光変調器最大出力量算出部２１２で計算された第２の空間光変調器最大出力量とに基づいて、ＬＣＯＳ１０８での減衰が必要かを判定する。
具体的には、第２の空間光変調器減衰判定部２１４は、各画素について、ＤＭＤ１０６の変調で生じた映像信号入力正規化階調値に対する超過分をＬＣＯＳ１０９のみで減衰できるのか、すなわち、ＬＯＣＳ１０８で減衰を行う必要があるのかを判定し、その判定結果を示す第２の空間光変調器減衰フラグを出力する。例えば、第２の空間光変調器減衰判定部２１４は、第２の空間光変調器最大出力量が映像信号入力正規化階調値より大きいかどうかを判定する。第２の空間光変調器最大出力量が映像信号入力正規化階調値より大きい場合は、第２の空間光変調器減衰判定部２１４は、ＬＣＯＳ１０８で減衰を行う必要があると判定する。第２の空間光変調器減衰フラグは、第２の空間光変調器階調算出部２１５に供給される。
【００４８】
第２の空間光変調器階調算出部２１５は、第２の空間光変調器減衰判定部２１４からの第２の空間光変調器減衰フラグと、映像信号入力正規化部２０８で計算された映像信号入力正規化階調値と、第２の空間光変調器最大出力量算出部２１２で算出された第２の空間光変調器最大出力量と、入力端子２０６に入力された空間光変調器ビット数［Ｎ］とに基づいて、各画素について、第２の空間光変調器階調値を算出する。
具体的には、第２の空間光変調器階調算出部２１５は、各画素について、第２の空間光変調器減衰フラグがＬＣＯＳ１０８で減衰を行う必要がないことを示すときは、空間光変調器ビット数[Ｎ]から計算した階調の最大値を第２の空間光変調器階調値とする。すなわち、第２の空間光変調器階調は、以下の式（６）で算出される。
【００４９】
【数６】
2018142817.tif 000008
【００５０】
また、第２の空間光変調器階調算出部２１５は、各画素について、第２の空間光変調器減衰フラグがＬＣＯＳ１０８で減衰を行う必要があることを示すときは、Ｎビットの階調の最大値で第２の空間光変調器階調値を割って１に正規化した値に、第２の空間光変調器最大出力量を乗じた値が、映像信号入力正規化階調値以下となるように、最大の第２の空間光変調器階調値を求める。すなわち、最大の第２の空間光変調器階調値は、以下の式（７）で計算される。
【００５１】
【数７】
2018142817.tif 000009
【００５２】
ここで、「第２の空間光変調器階調値」は、上記式（１）に従って算出した「映像信号入力正規化階調」に「２N−１」を乗じた値を「第２の空間光変調器最大出力量」で割った値の小数点以下を切り捨てた値である。第２の空間光変調器階調算出部２１５の出力は、第２の空間光変調器駆動部２１６及び第２の空間光変調器階調正規化部２１７に供給されている。
【００５３】
第２の空間光変調器駆動部２１６は、第２の空間光変調器階調算出部２１５で算出された第２の空間光変調器階調値に基づいてＬＣＯＳ１０８を駆動する。
第２の空間光変調器階調正規化部２１７は、第２の空間光変調器階調算出部２１５で算出された第２の空間光変調器階調値と、第２の空間光変調器最大出力量算出部２１２で算出された第２の空間光変調器最大出力量と、入力端子２０６に入力された空間光変調器ビット数［Ｎ］とに基づいて、各画素について、第２の空間光変調器正規化階調値を算出する。
【００５４】
具体的には、第２の空間光変調器階調正規化部２１７は、各画素について、第２の空間光変調器階調値をＮビットの階調の最大値で割った値に、第２の空間光変調器最大出力量を乗じることにより、第２の空間光変調器正規化階調値を算出する。すなわち、第２の空間光変調器正規化階調値は、以下の式（８）で計算される。
【００５５】
【数８】
2018142817.tif 000010
【００５６】
第３の空間光変調器減衰量算出部２１８は、第２の空間光変調器階調正規化部２１７で計算された第２の空間光変調器正規化階調値と、映像入力正規化部２０８で計算された映像信号入力正規化階調値と、第３の空間光変調器最大出力量算出部２１３で算出された第３の空間光変調器最大出力量とに基づいて、各画素について、第３の空間光変調器（ＬＣＯＳ１０９）で減衰すべき量を算出する。
具体的には、第３の空間光変調器減衰量算出部２１８は、各画素について、第２の空間光変調器正規化階調値に第３の空間光変調器最大出力量を加算した値から映像信号入力正規化階調値を差し引くことで、第３の空間光変調器減衰量を算出する。すなわち、第３の空間光変調器減衰量は、以下の式（９）で計算される。
【００５７】
【数９】
2018142817.tif 000011
【００５８】
第３の空間光変調器階調算出部２１９は、第３の空間光変調器減衰量算出部２１８で算出された第３の空間光変調器減衰量と、第３の空間光変調器最大出力量算出部２１３で算出された第３の空間光変調器最大出力量と、入力端子２０６に入力された空間光変調器ビット数［Ｎ］とに基づいて、各画素について、第３の空間光変調器階調値を算出する。
具体的には、第３の空間光変調器階調算出部２１９は、各画素について、第３の空間光変調器階調値をＮビットの階調の最大値で割って１に正規化し、その正規化値を１から差し引いた値に第３の空間光変調器最大出力量を乗じた値が、第３の空間光変調器減衰量に等しくなるように、第３の空間光変調器階調値を求める。すなわち、第３の空間光変調器階調値は、以下の式（１０）で計算される。
【００５９】
【数１０】
2018142817.tif 000012
【００６０】
第３の空間光変調器駆動部２２０は、第３の空間光変調器階調算出部２１９で算出した各画素の第３の空間光変調器階調値に基づいてＬＣＯＳ１０９を駆動する。
以上が、駆動部２０７の具体的な構成の説明である。
【００６１】
次に、本実施形態のプロジェクタの動作を説明する。
まず、図１に示した光学系の動作を説明する。ここでは、ＤＭＤ１０６は、Ｍビットの階調で光を変調し、ＬＣＯＳ１０８、１０９はそれぞれ、Ｎビットの階調で光変調を行う。Ｍ及びＮの値は、Ｌビットの入力映像信号に対して、プロジェクタの仕様に応じて適宜に設定する。Ｌ、Ｍ、Ｎはいずれも正の整数で、Ｌ＞Ｍ、Ｌ＞Ｎである。
【００６２】
光源部１００が、赤色光、青色光、緑色光及び白色光を順に出力する。換言すると、光源部１００の出射光の色は、赤色、青色、緑色、白色に順に切り替わる。光源部１００の出射光（赤色光、青色光、緑色光及び白色光）は、プリズム１０７を介してＤＭＤ１０６に入射する。
ＤＭＤ１０６は、入射光を変調してＭビットの階調で表現された変調画像を形成する。ＤＭＤ１０６において、赤色光の照射期間は、赤色映像信号に基づく赤色画像が形成され、青色光の照射期間は、青色映像信号に基づく青色画像が形成され、緑色光の照射期間は、緑色映像信号に基づく緑色画像が形成される。白色光の照射期間は、赤色映像信号、青色映像信号及び緑色映像信号に基づいて、白色画像が形成される。これら赤色画像、青色画像、緑色画像及び白色画像の形成は、既存のプロジェクタで使用されている技術であるので、ここではその詳細な説明は省略する。
光源部１００の出射光の色の切り替わりに同期して、ＤＭＤ１０６は、赤色変調画像光、青色変調画像光、緑色変調画像光及び白色変調画像光を出射する。ＤＭＤ１０６の出射光（赤色変調画像光、青色変調画像光、緑色変調画像光及び白色変調画像光）は、プリズム１０７を介して偏光ビームスプリッタ１００に入射する。
【００６３】
偏光ビームスプリッタ１００では、入射光が所定の分割比（ｔ：（１−ｔ））でＳ偏光とＰ偏光に分離される。分割比のｔは、Ｓ偏光の比率を示す。ここでは、Ｓ偏光を第１の光束、Ｐ偏光を第２の光束と呼ぶ。
第１の光束（Ｓ偏光）はＬＣＯＳ１０８に照射され、第２の光束（Ｐ偏光）はＬＣＯＳ１０９に照射される。第１及び第２の光束はいずれも、ＤＭＤ１０６の出射光（赤色変調画像光、青色変調画像光、緑色変調画像光及び白色変調画像光）と相関関係を有する。
【００６４】
ＬＣＯＳ１０８は、第１の光束を変調してＮビットの階調で表現された変調画像を形成する。光源部１００の出射光の色の切り替わりに同期して、ＬＣＯＳ１０８は、赤色変調画像光、青色変調画像光、緑色変調画像光及び白色変調画像光を出射する。
ＬＣＯＳ１０９は、第２の光束を変調してＮビットの階調で表現された変調画像を形成する。光源部１００の出射光の色の切り替わりに同期して、ＬＣＯＳ１０９は、赤色変調画像光、青色変調画像光、緑色変調画像光及び白色変調画像光を出射する。
ＬＣＯＳ１０８、１０９のそれぞれ出射光は、偏光ビームスプリッタ１００で合成されて投写レンズ１０４に入射する。
【００６５】
次に、図２に示した電気系（変調制御部）の動作について説明する。
Ｌビットの入力映像信号に基づいて、駆動部２０４がＤＭＤ１０６の変調動作を制御し、駆動部２０７がＬＣＯＳ１０８、１０９のそれぞれの変調動作を制御する。これら駆動部２０４、２０７の制御も、光源部１００の出射光の色の切り替わりに同期して行われる。
【００６６】
まず、駆動部２０４の動作について説明する。
図３に、駆動部２０４の制御処理の一手順を示す。
まず、映像信号入力正規化部２０８が、上述した式（１）に従って、各画素について、映像信号入力正規化階調値を算出する（ステップＳ１０）。
【００６７】
次に、第１の空間光変調器階調算出部２０９が、上述した式（２）に従って、各画素について、映像信号入力正規化階調値とＭビットの階調の最大値とに基づいて、第１の空間光変調器階調値を算出する（ステップＳ１１）。
次に、第１の空間光変調器駆動部２１０が、各画素の第１の空間光変調器階調値に基づいてＤＭＤ１０６を駆動する（ステップＳ１２）。
最後に、第１の空間光変調器階調正規化部２１１が、上述した式（３）に従って、各画素について、第１の空間光変調器階調値とＭビットの階調の最大値とに基づいて、第１の空間光変調器正規化階調値を算出し、その算出結果を駆動部２０７に供給する（ステップＳ１３）。
【００６８】
次に、駆動部２０７の動作について説明する。
図４に、駆動部２０７の制御処理の一手順を示す。
第２の空間光変調器最大出力量算出部２１２が、上述した式（４）に従って、各画素について、第２の空間光変調器最大出力量を算出し、第３の空間光変調器最大出力量算出部２１３が、上述した式（５）に従って、各画素について、第３の空間光変調器最大出力量を算出する（ステップＳ２０）。
【００６９】
次に、第２の空間光変調器減衰判定部２１４が、各画素について、映像信号入力正規化階調値と第２の空間光変調器最大出力量とに基づいて、ＬＣＯＳ１０８での減衰が必要かを判定する（ステップＳ２１）。ここでは、第２の空間光変調器最大出力量が映像信号入力正規化階調値より大きい場合に、減衰有りのフラグが立てられ、第２の空間光変調器最大出力量が映像信号入力正規化階調値以下である場合に、減衰無しのフラグが立てられると仮定する。
【００７０】
減衰無しのフラグが立てられた場合、第２の空間光変調器階調算出部２１５が、上述した式（６）に従って、各画素について、第２の空間光変調器階調値を算出する（ステップＳ２２）。次いで、第２の空間光変調器階調正規化部２１７が、上述した式（８）に従って、各画素について、第２の空間光変調器正規化階調値を算出する（ステップＳ２３）。次いで、第３の空間光変調器減衰量算出部２１８が、上述した式（９）に従って、各画素について、第３の空間光変調器減衰量を算出する（ステップＳ２４）。次いで、第３の空間光変調器階調算出部２１９が、上述した式（１０）に従って、各画素について、第３の空間光変調器階調値を算出する（ステップＳ２５）。そして、第２の空間光変調器駆動部２１６が、各画素の第２の空間光変調器階調値に基づいてＬＣＯＳ１０８を駆動し、第３の空間光変調器駆動部２２０が、各画素の第３の空間光変調器階調値に基づいてＬＣＯＳ１０９を駆動する（ステップＳ２６）。
【００７１】
減衰有りのフラグが立てられた場合、第２の空間光変調器階調算出部２１５が、上述した式（７）に従って、各画素について、第２の空間光変調器階調値を算出する（ステップＳ２７）。次いで、第２の空間光変調器階調正規化部２１７が、上述した式（８）に従って、各画素について、第２の空間光変調器正規化階調値を算出する（ステップＳ２８）。次いで、第３の空間光変調器減衰量算出部２１８が、上述した式（９）に従って、各画素について、第３の空間光変調器減衰量を算出する（ステップＳ２９）。次いで、第３の空間光変調器階調算出部２１９が、上述した式（１０）に従って、各画素について、第３の空間光変調器階調値を算出する（ステップＳ３０）。そして、第２の空間光変調器駆動部２１６が、各画素の第２の空間光変調器階調値に基づいてＬＣＯＳ１０８を駆動し、第３の空間光変調器駆動部２２０が、各画素の第３の空間光変調器階調値に基づいてＬＣＯＳ１０９を駆動する（ステップＳ３１）。
【００７２】
図５に、映像信号入力正規化階調値、第１乃至第３の空間光変調器正規化階調値、第２及び第３の空間光変調器最大出力量、及び、第３の空間光変調器減衰量の相関関係を示す。
図５において、（ａ）及び（ｂ）はステップＳ１０〜Ｓ１２の処理に対応する。（ａ）はステップＳ１０で算出した映像信号入力正規化階調値（Ｌビット）を示し、（ｂ）はステップＳ１１で算出した第１の空間光変調器正規化階調値（Ｍビット）を示す。第１の空間光変調器正規化階調値は、超過分Ｘだけ、映像信号入力正規化階調値よりも大きい。超過分Ｘは、Ｍビットの正規化階調における量子化単位である１ＬＳＢ（Least Significant Bit）よりも小さい。
【００７３】
上記のように、ステップＳ１０〜Ｓ１２の処理によれば、各画素について、第１の空間光変調器正規化階調値は、映像信号入力正規化階調値以上であり、かつ、超過分ＸがＭビット階調のＬＳＢ値（最小単位）未満となるように設定される。換言すると、第１の空間光変調器正規化階調値は、映像信号入力正規化階調値をＭビット階調のＬＳＢ値で割った値の小数点以下を切り上げた値に設定される。このため、第１の空間光変調器正規化階調値に対応する第１の空間光変調器階調値でＤＭＤ１０６の各画素を駆動すると、ＤＭＤ１０６の出射光量は、Ｌビットの入力映像信号で示される光量以上になる。
【００７４】
図５において、（ｃ）〜（ｅ）はステップＳ２２〜Ｓ２６の処理に対応する。（ｃ）は第２の空間光変調器最大出力量（比率ｔ）と第３の空間光変調器最大出力量（比率（１−ｔ））の合計を示し、（ｄ）は第２の空間光変調器正規化階調値を示し、（ｅ）は第２及び第３の空間光変調器正規化階調値を示す。
（ｃ）の第２及び第３の空間光変調器最大出力量の合計値は、（ｂ）の第１の空間光変調器正規化階調値と一致しており、第２の空間光変調器最大出力量は（ａ）の映像信号入力正規化階調値以下である。この場合、第２の空間光変調器であるＬＣＯＳ１０８での減衰は行わず、第３の空間光変調器であるＬＣＯＳ１０９で超過分Ｘの減衰を行う。すなわち、（ｄ）及び（ｅ）に示すように、第２の空間光変調器正規化階調値を、第２の空間光変調器最大出力量と一致させ、第３の空間光変調器正規化階調値を、第２の空間光変調器最大出力量から超過分Ｘを差し引いた量と一致させる。これにより、第２及び第３の空間光変調器正規化階調値の合計が（ａ）の映像信号入力正規化階調値と一致する。
上記のように、ステップＳ２２〜Ｓ２６の処理によれば、第２及び第３の空間光変調器正規化階調値の合計は映像信号入力正規化階調値と一致しているので、ＬＣＯＳ１０８、１０９の出射光量の合計値（合成光の光量）は、Ｌビットの入力映像信号で示される光量に一致する。よって、ＬＣＯＳ１０８、１０９の変調画像を重ねた合成画像は、Ｌビットの階調で表現された画像と等しい。
【００７５】
図５において、（ｆ）〜（ｈ）はステップＳ２７〜Ｓ３１の処理に対応する。（ｆ）は第２の空間光変調器最大出力量（比率ｔ）と第３の空間光変調器最大出力量（比率（１−ｔ））の合計を示し、（ｇ）は第２の空間光変調器正規化階調値を示し、（ｈ）は第２及び第３の空間光変調器正規化階調値を示す。
（ｆ）の第２及び第３の空間光変調器最大出力量の合計値は、（ｂ）の第１の空間光変調器正規化階調値と一致しており、第２の空間光変調器最大出力量は（ａ）の映像信号入力正規化階調値よりも大きい。この場合、第２の空間光変調器であるＬＣＯＳ１０８と第３の空間光変調器であるＬＣＯＳ１０９とで超過分Ｘの減衰を行う。すなわち、（ｇ）及び（ｈ）に示すように、第２及び第３の空間光変調器正規化階調値の合計が（ａ）の映像信号入力正規化階調値と一致するように、第２及び第３の空間光変調器正規化階調値をそれぞれ設定する。
上記のように、ステップＳ２７〜Ｓ３１の処理によれば、第２及び第３の空間光変調器正規化階調値の合計は映像信号入力正規化階調値と一致しているので、ＬＣＯＳ１０８、１０９の出射光量の合計（合成光の光量）は、Ｌビットの入力映像信号で示される光量に一致する。よって、ＬＣＯＳ１０８、１０９の画像を重ねた合成画像は、Ｌビットの階調で表現された画像と等しい。
【００７６】
最後に、本実施形態のプロジェクタにおける、映像信号入力のビット数Ｌ、第１の空間光変調器（ＤＭＤ１０６）のビット数Ｍ、第２、３の空間光変調器（ＬＣＯＳ１０８，１０９）のビット数Ｎ、分割率ｔの関係を説明する。
Ｌビットの入力映像信号に対する変調出力の誤差を、その量子化単位であるＬＳＢを単位として、|Ｅ|と表す。第２、３の空間光変調器で減衰してＬビットの映像信号入力正規化階調値に合わせるときの誤差を、Ｌビットの映像信号入力正規化階調値の１ＬＳＢに対して|Ｅ|（すなわち、±Ｅ（ＬＳＢ））以内とすると、その大きさは、２×|Ｅ|÷（２L−１）となる。このとき、第３の空間光変調器での減衰の最小単位は、（１−ｔ）÷（２Ｎ−１）であり、２×|Ｅ|÷（２L−１）≧（１−ｔ）÷（２Ｎ−１）であれば、誤差を|Ｅ|以内にすることができる。すなわち、映像信号入力のビット数Ｌ、第２、３の空間光変調器（ＬＣＯＳ１０８，１０９）のビット数Ｎ、分割率ｔ、誤差|Ｅ|の関係は、以下の式（１１）で与えられる。
【００７７】
【数１１】
2018142817.tif 000013
【００７８】
また、超過分ＸはＭビットの第１の空間光変調器の１ＬＳＢ未満であり、（１−ｔ）をそれより大きくしなければならない。したがって、第１の空間光変調器（ＤＭＤ１０６）のビット数Ｍ、分割率ｔ、誤差|Ｅ|の関係は、以下の式（１２）で与えられる。
【００７９】
【数１２】
2018142817.tif 000014
【００８０】
例えば、Ｌ＝１０、Ｍ＝８、Ｎ＝８で、誤差|Ｅ|を０．５ＬＳＢ以内に抑えたい場合、上記式（１１）からｔ≧０．７５０７となり、上記式（１２）からｔ≦０．９９６１となり、分割率tの範囲は、０．７５０７〜０．９９６１となる。この場合、分割率tが０．７５０７〜０．９９６１の範囲内となるように偏光ビームスプリッタ１０４を形成すれば、Ｌビットの入力映像信号に対して、±０．５ＬＳＢの精度で合わせることができる。
【００８１】
上述した本実施形態のプロジェクタによれば、Ｍビット（Ｍ＜Ｌ）の階調の変調画像をＤＭＤ１０６にて形成させ、このＤＭＤ１０６の出射光を所定の分割比（ｔ：（１−ｔ））で第１及び第２の光束に分割する。第１及び第２の光束をそれぞれＮビット（Ｎ＜Ｌ）の階調表現しかできないＬＣＯＳ１０８、１０９で変調することで、Ｍビットの階調の変調画像の各画素の光量を減衰してＬビットの階調の画像を得る。このように、Ｌビットの入力映像信号の階調数よりも低い階調数でしか表現できない空間光変調器（ＤＭＤ１０６、ＬＣＯＳ１０８、１０９）を用いて、入力映像信号と同等の階調数を有する画像を確実に表示することができる。
【００８２】
また、ＤＭＤ１０６の出射光を２分割した第１及び第２の光束をＬＣＯＳ１０８、１０９で変調する構成によれば、Ｌビットの画像の各画素の光量に対するＭビットの画像の各画素の光量の超過分Ｘを高精度に減衰することができるので、黒レベルから白レベルの全範囲で、入力映像信号と同等の階調数での表示が可能である。
なお、一般に、ＤＭＤにおいては、ミラーの駆動速度に物理的限界があり、現状の駆動速度では、１２ビットを超える多階調を表現することは困難である。本実施形態のプロジェクタによれば、８ビットの階調表現が可能な既存のＤＭＤを用いて１２ビットを超える多階調を表現することができる。
【００８３】
また、ＬＣＤやＬＣＯＳにおいては、非線形であるガンマ特性（ＶＴ特性）のリニアリティを保つために、その逆特性を映像信号にかけるガンマ補正が行われる。通常、８ビット相当の階調表現であれば、容易にガンマ特性（ＶＴ特性）のリニアリティを保つことが可能であるが、１２ビットを超える多階調を表現する場合には、ＶＴ特性（特に明暗部）を高精度に測定することは容易ではないため、ガンマ特性（ＶＴ特性）のリニアリティを保つのは困難である。本実施形態のプロジェクタによれば、８ビットの階調表現が可能な既存のＬＣＤやＬＣＯＳを用いて１２ビットを超える多階調を表現することができる。よって、ガンマ特性（ＶＴ特性）のリニアリティを保つことができる。
なお、本実施形態において、第２及び第３の空間光変調器をそれぞれＬＣＯＳ１０８、１０９としているが、本発明はこれに限定されない。第２及び第３の空間光変調器は、ＤＭＤやＬＣＤなどの他の表示デバイで構成されても良い。この場合、第２及び第３の空間光変調器に第１及び第２の光束を照射し、第２及び第３の空間光変調器の出射光を合成する光学系を適宜に設計することが望ましい。
【００８４】
（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態によるプロジェクタの光学系の構成を示す模式図である。
本実施形態のプロジェクタは、光源部１００に代えて光源部２００を用いた以外は、第１の実施形態と同じ構成である。プロジェクタの電気系も、第１の実施形態のものと同じである。ここでは、第１の実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００８５】
光源部２００は、赤色ＬＥＤ１１０、緑色ＬＥＤ１１１、青色ＬＥＤ１１２、レンズ１１３〜１１５及びクロスダイクロイックプリズム１１６を有する。
赤色ＬＥＤ１１０は赤色光を出射する。緑色ＬＥＤ１１１は緑色光を出射する。青色ＬＥＤ１１２は、青色光を出射する。赤色ＬＥＤ１１０及び青色ＬＥＤ１１２は、互いに対向するように配置されており、それぞれの光軸が同一直線上に位置する。緑色ＬＥＤ１１１の光軸、赤色ＬＥＤ１１０及び青色ＬＥＤ１１２のそれぞれの光軸と直交する。
クロスダイクロイックプリズム１１６は、赤色ＬＥＤ１１０、緑色ＬＥＤ１１１及び青色ＬＥＤ１１２の各光軸が直交する位置に配置されており、第１乃至第３の入射面と出射面を備える。
【００８６】
赤色ＬＥＤ１１０は、クロスダイクロイックプリズム１１６の第１の入射面と対向する位置に配置され、レンズ１１３が、赤色ＬＥＤ１１０と第１の入射面の間に設けられている。赤色ＬＥＤ１１０から出射された赤色光は、レンズ１１３を介してクロスダイクロイックプリズム１１６の第１の入射面に入射する。
緑色ＬＥＤ１１１は、クロスダイクロイックプリズム１１６の第２の入射面と対向する位置に配置され、レンズ１１４が、緑色ＬＥＤ１１１と第２の入射面の間に設けられている。緑色ＬＥＤ１１１から出射された緑色光は、レンズ１１４を介してクロスダイクロイックプリズム１１６の第２の入射面に入射する。
青色ＬＥＤ１１２は、クロスダイクロイックプリズム１１６の第３の入射面と対向する位置に配置され、レンズ１１５が、青色ＬＥＤ１１２と第３の入射面の間に設けられている。青色ＬＥＤ１１２から出射された青色光は、レンズ１１５を介してクロスダイクロイックプリズム１１６の第３の入射面に入射する。
【００８７】
クロスダイクロイックプリズム１１６は、可視光のうち、赤色波長域の光を反射し、それ以外の光を透過する特性を有する第１のダイクロイック膜と、可視光のうち、青色波長域の光を反射し、それ以外の光を透過する特性を有する第２のダイクロイック膜と、を有する。これら第１及び第２のダイクロイック膜は互いに直交するように配置されている。
第１の入射面から入射した赤色光は、第１のダイクロイック膜で反射され、その反射光は出射面から第１の光変調部１０２の方向に出射する。第２の入射面から入射した緑色光は、第１及び第２のダイクロイック膜を透過し、その透過光は出射面から第１の光変調部１０２の方向に出射する。第３の入射面から入射した青色光は、第２のダイクロイック膜で反射され、その反射光は出射面から第１の光変調部１０２の方向に出射する。
【００８８】
本実施形態のプロジェクタでは、変調制御部が、赤色ＬＥＤ１１０、緑色ＬＥＤ１１１及び青色ＬＥＤ１１２を順に点灯させる。光源２００は、赤色光、緑色光、青色光を順に出力する。第１の空間光変調器であるＤＭＤ１０６には、赤色光、緑色光、青色光が順に照射される。ＤＭＤ１０６は、赤色変調画像、緑色変調画像及び青色変調画像を順に形成する。赤色変調画像光、緑色変調画像光及び青色変調画像光が、ＤＭＤ１０６からプリズム１０７を介して偏光ビームスプリッタ１１０に入射する。
本実施形態のプロジェクタによれば、第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。加えて、カラーホイール等が不要となるため、光学系の小型化を図ることができる。さらに、ＬＥＤは色純度が優れた長寿命の光源であることから、多階調表現だけでなく、色純度がより高い高画質な映像を提供することができる。
【００８９】
（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態によるプロジェクタの構成を示すブロック図である。
図７を参照すると、プロジェクタは、制御部１０、光源１１、第１の空間光変調器１２、ビームスプリッタ１３、第２の空間光変調器１４、第３の空間光変調器１５、光合成部１６及び投写レンズ１７を有する。
【００９０】
光源１１は、照明光を出射する。第１の空間光変調器１２は、光源１１からの照明光を変調する。ビームスプリッタ１３は、第１の空間光変調器１２の出射光を所定の分割比で第１および第２の光束に分割する。第２の空間光変調器１４は第１の光束を変調し、第３の空間光変調器１５は第２の光束を変調する。
光合成部１６は、第２の空間光変調器１４の出射光と第３の空間光変調器１５の出射光を互いに重ねて同一光路で出射する。投写レンズ１７は、光合成部１６の出射光を投写する。
【００９１】
制御部１０は、階調がＬビット（Ｌは正の整数）で表現された画像を示す入力映像信号に基づいて、第１の空間光変調器１２、第２の空間光変調器１４及び第３の空間光変調器１５の変調動作をそれぞれ制御する。制御部１０は、Ｌビットの階調の画像の各画素の階調値をＭビット（ＭはＬより小さな正の整数）の階調値に変換した変調画像を第１の空間光変調器１２に形成させ、投写レンズ１７から投写される画像がＬビットの階調になるように、上記変調画像の各画素の光量を第２、第３の空間光変調器１４、１５にて調整させる。
【００９２】
本実施形態のプロジェクタによれば、Ｍビット（Ｍ＜Ｌ）の階調の変調画像を第１の空間光変調器１２にて形成させ、この第１の空間光変調器１２の出射光を所定の分割比で第１及び第２の光束に分割する。第１及び第２の光束をそれぞれＮビット（Ｎ＜Ｌ）の階調表現しかできない第２、第３の空間光変調器１４、１５で変調することで、Ｍビットの階調の変調画像の各画素の光量を減衰してＬビットの階調の画像を得る。このように、Ｌビットの入力映像信号の階調数よりも低い階調数でしか表現できない空間光変調器を用いて、入力映像信号と同等の階調数を有する画像を得ることができる。
また、第１の空間光変調器１２の出射光を２分割した第１及び第２の光束を第２、第３の空間光変調器１４、１５で変調する構成によれば、Ｌビットの画像の各画素の光量に対するＭビットの画像の各画素の光量の超過分Ｘを高精度に減衰することができるので、黒レベルから白レベルの全範囲で、各階調のＬＳＢは、Ｌビットの階調のＬＳＢに一致する。
【００９３】
本実施形態のプロジェクタにおいて、第１の空間光変調器１２、第２の空間光変調器１４及び第３の空間光変調器１５は、同じ解像度を有する表示デバイスであって、互いの画素が１対１で対応する。これら空間光変調器として、ＤＭＤ、ＬＣＤ、ＬＣＯＳなどの表示デバイスを用いることができる。
なお、第１の空間光変調器１２のビット数Ｍは、第１の空間光変調器１２の性能やその駆動回路の仕様に応じて設定される。第１の空間光変調器１２の性能は、例えば、ＤＭＤであれば、ミラーの動作速度である。駆動回路の仕様は、例えば、ＬＣＯＳであれば、ＤＡ変換回路の仕様である。
【００９４】
第２、第３の空間光変調器１４、１５のビット数Ｌは、第１の空間光変調器１２と同様に、第２、第３の空間光変調器１４、１５の性能やその駆動回路の仕様に応じて設定される。所定の分割比は、ビームスプリッタ１３の仕様に応じて設定される。
本実施形態のプロジェクタにおいて、第１又は第２の実施形態で説明した構成の一部または全部を適用することができる。
上述した第１乃至第３の実施形態は本発明の一例であり、それらの構成については、発明の趣旨を逸脱しない範囲で当業者が理解し得る変更や改善を適用することができる。
【符号の説明】
【００９５】
１０  制御部
１１  光源
１２  第１の空間光変調器
１３  ビームスプリッタ
１４  第２の空間光変調器
１５  第３の空間光変調器
１６  光合成部
１７  投写レンズ
【図１】
2018142817.tif 000018
【図２】
2018142817.tif 000019
【図３】
2018142817.tif 000020
【図４】
2018142817.tif 000021
【図５】
2018142817.tif 000022
【図６】
2018142817.tif 000023
【図７】
2018142817.tif 000024