(57)【要約】投影システムは信号処理装置、光源、光中継システム、発光装置及びＤＭＤを備える。前記信号処理装置は画像データを受信し、前記画像データは複数の階調値を含み、それぞれの階調値は１つの画素に対応し、前記信号処理装置はさらに前記画像データの複数の画素の階調値を高める。前記光源は照明光を発し、前記光中継システムは、ＤＭＤが前記照明光を変調して画像の投影に必要な投影光を得るように、前記照明光をＤＭＤに供給する。前記調節部品は、前記画像データの複数の画素の階調値が高められたときに、前記ＤＭＤに供給された照明光の光束を小さくし、前記照明光の光束が小さくされた割合は、前記画像データの階調値が高められた割合に適応する。前記ＤＭＤは、上記階調値が高められた画像データに基づき、前記調整後の照明光を変調して画像の投影に必要な投影光を生成する。前記投影システムのコントラストは高い。【選択図】図６
2020517986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影システムであって、
前記投影システムは、信号処理装置と、光源と、光中継システムと、調節部品と、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）とを備え、
前記信号処理装置は、画像データを受信し、前記画像データは、複数の階調値を含み、それぞれの階調値は、１つの画素に対応し、前記信号処理装置は、さらに前記画像データの複数の画素の階調値を高め、
前記光源は、照明光を発し、
前記光中継システムは、前記ＤＭＤが前記照明光を変調して画像の投影に必要な投影光を生成するように、前記照明光を前記ＤＭＤに供給し、
前記調節部品は、前記画像データの複数の画素の階調値が高められたときに、前記ＤＭＤに供給される照明光の光束を小さくし、前記照明光の光束が小さくされた割合は、前記画像データの階調値が高められた割合に適応し、
前記ＤＭＤは、階調値が高められた前記画像データに基づき、調節された前記照明光を変調して、画像の投影に必要な投影光を生成し、
前記投影光の輝度は、前記階調値が高められる前の画像データにマッチングすることを特徴とする投影システム。
【請求項２】
前記信号処理装置は、前記画像データを受信し、前記画像データは、サブフレーム画像データを含み、
前記信号処理装置は、前記サブフレーム画像データにおける各画素の最高階調値がプリセット値よりも小さいか否かを判断し、
前記信号処理装置は、前記サブフレーム画像データにおける各画素の最高階調値が前記プリセット値よりも小さいときに、前記サブフレーム画像データの各画素の階調値を高めるように制御し、
前記発光装置は、前記サブフレーム画像データにおける各画素の最高階調値が前記プリセット値よりも小さいときに、前記照明光の光束が標準光束Ｌｏよりも小さくなるように調整し、
前記信号処理装置は、前記サブフレーム画像データにおける各画素の最高階調値が前記プリセット値以上であるときに、前記サブフレーム画像データの各画素の階調値を変化させず、前記サブフレーム画像データを前記ＤＭＤに供給し、
前記発光装置は、前記標準光束Ｌｏの照明光を発し、前記ＤＭＤは、前記階調値が変化しないサブフレーム画像データに基づき、前記標準光束Ｌｏの照明光を変調して画像の投影に必要な投影光を生成することを特徴とする請求項１に記載の投影システム。
【請求項３】
前記投影システムの達することが可能な階調極大値をＧＭａｘ、前記プリセット値をＧＲとしたときに、前記プリセット値ＧＲは、前記階調極大値ＧＭａｘ以下であることを特徴とする請求項２に記載の投影システム。
【請求項４】
前記プリセット値は、前記階調極大値ＧＭａｘの９０％であることを特徴とする請求項３に記載の投影システム。
【請求項５】
前記信号処理装置は、さらに、前記サブフレーム画像データにおける各画素の最高階調値が前記プリセット値よりも小さいときに、調整係数ｋを算出し、前記調整係数ｋは、ＧＭａｘ／ＧＬと等しく、ＧＬは、前記サブフレーム画像データにおける各画素の最高階調値を示し、前記信号処理装置は、前記調整係数ｋに基づき、前記画像データの各画素の階調値をいずれも前記画像データの各画素の階調値のｋ倍に調整し、前記発光装置の発した照明光の光束は、標準光束Ｌｏの１／ｋに調整されることを特徴とする請求項３に記載の投影システム。
【請求項６】
前記調節部品は、前記光源の発した照明光の光束を調整することを特徴とする請求項１に記載の投影システム。
【請求項７】
前記調節部品は、前記光中継システムから供給された照明光の発散角を減少し、前記光中継システムから供給された照明光のＦ値を高め、前記光中継システムから供給された照明光の光束を減少することを特徴とする請求項１に記載の投影システム。
【請求項８】
前記調節部品は、可変絞りを備え、前記可変絞りは、前記光中継システムの開口絞りに設けられ、前記可変絞りは、前記可変絞りに入射された照明光のビームの周辺部分を遮断することにより、前記可変絞りに入射された照明光に対する前記可変絞りから出射される照明光の発散角を小さくし、Ｆ値を高め、光束を減少することを特徴とする請求項７に記載の投影システム。
【請求項９】
前記光中継システムは、前記照明光を光均一化するための光均一化部品を備え、
前記調節部品は、液晶レンズを備え、前記液晶レンズは、前記光均一化部品の前の光路に位置し、前記液晶レンズから出射された光は、光均一化部品の入射面に照射し、
前記液晶レンズは、前記照明光の発散角を小さくすることで、前記照明ビームが前記光均一化部品の入射面位置に投射されたときの横断面の面積を前記入射面の面積よりも大きくさせ、前記光均一化部品に入る照明光の発散角を減少し、Ｆ値を高め、光束を減少することを特徴とする請求項７に記載の投影システム。
【請求項１０】
画像データを受信するステップであって、前記画像データが複数の階調値を含み、それぞれの階調値が１つの画素に対応するステップと、
前記画像データの複数の画素の階調値を高めるステップと、
照明光を供給し、前記照明光の光束を小さくするステップであって、前記照明光の光束が小さくされた割合が、前記画像データの階調値が高められた割合に適応するステップと、
前記階調値が高められた画像データに基づき、前記小さくされた光束の照明光を変調して画像の投影に必要な投影光を生成するステップと、
前記投影光に基づいて投影画像を生成するステップであって、前記投影光の輝度が、前記階調値が高められる前の画像データにマッチングするステップと、を含むことを特徴とする投影方法。
【請求項１１】
前記画像データにおける各画素の最高階調値がプリセット値よりも小さいときに、前記画像データの各画素の階調値を高め、
前記サブフレーム画像データにおける各画素の最高階調値が前記プリセット値以上であるときに、前記サブフレーム画像データの各画素の階調値を変化させず、前記照明光の光束が標準光束Ｌｏとなるように制御し、前記階調値が変化しない画像データに基づき、前記標準光束Ｌｏの照明光を変調して画像の投影に必要な投影光を生成することを特徴とする請求項１０に記載の投影方法。
【請求項１２】
前記方法が用いられた投影システムの達することが可能な階調極大値をＧＭａｘ、前記プリセット値をＧＲとしたときに、前記プリセット値ＧＲは、前記階調極大値ＧＭａｘ以下であることを特徴とする請求項１１に記載の投影方法。
【請求項１３】
前記プリセット値は、前記階調極大値ＧＭａｘの９０％であることを特徴とする請求項１２に記載の投影方法。
【請求項１４】
前記サブフレーム画像データにおける各画素の最高階調値が前記プリセット値よりも小さいときに、調整係数ｋを算出し、前記調整係数ｋは、ＧＭａｘ／ＧＬと等しく、ＧＬは、前記サブフレーム画像データにおける各画素の最高階調値を示し、
前記調整係数ｋに基づき、前記画像データにおける各画素の階調値をいずれも前記画像データの各画素の階調値のｋ倍に調整し、即ち、前記画像データのいずれか１つの画素の階調値をＧｉとしたときに、前記画像データの画素の階調値Ｇｉに対応する、高められた階調値は、ｋ*Ｇｉとなり、
前記照明光の光束は、前記標準光束Ｌｏの１／ｋに調整され、即ち、Ｌｏ／ｋとなることを特徴とする請求項１２に記載の投影方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影システム及び投影方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の投影システムは、一般に光源装置、空間光変調器（例えば、ＬＣＯＳ空間光変調器又はＤＭＤ空間光変調器）及び投影レンズを備え、前記光源装置は、例えば赤緑青の３色の光を出射し、前記空間光変調器は、画像データに基づき、前記光源装置の発した光を画像変調し、前記投影レンズは、前記空間光変調器から出力された画像光を投影して投影画像を表示する。しかし、従来の投影システムは、コントラストが低い場合があり、改善される必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来技術における投影システムのコントラストが低い問題を解決するために、本発明は、コントラストの高い投影システム及び投影方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
投影システムであって、
信号処理装置と、光源と、光中継システムと、調節部品と、ＤＭＤとを備え、
前記信号処理装置は、画像データを受信し、前記画像データは、複数の階調値を含み、それぞれの階調値は、１つの画素に対応し、前記信号処理装置は、さらに前記画像データの複数の画素の階調値を高め、
前記光源は、照明光を発し、
前記光中継システムは、前記ＤＭＤが前記照明光を変調して画像の投影に必要な投影光を生成するように、前記照明光を前記ＤＭＤに供給し、
前記調節部品は、前記画像データの複数の画素の階調値が高められたときに、前記ＤＭＤに供給される照明光の光束を小さくし、前記照明光の光束が小さくされた割合は、前記画像データの階調値が高められた割合に適応し、
前記ＤＭＤは、前記階調値の高められた画像データに基づき、調節された前記照明光を変調して、画像の投影に必要な投影光を生成し、
前記投影光の輝度は、前記階調値が高められる前の画像データにマッチングする。
【０００５】
１つの実施形態では、前記信号処理装置は、前記画像データを受信し、前記画像データは、サブフレーム画像データを含み、前記信号処理装置は、前記サブフレーム画像データにおける各画素の最高階調値がプリセット値よりも小さいか否かを判断し、前記信号処理装置は、前記サブフレーム画像データにおける各画素の最高階調値が前記プリセット値よりも小さいときに、前記サブフレーム画像データにおける各画素の階調値を高めるように制御し、前記発光装置は、前記サブフレーム画像データにおける各画素の最高階調値が前記プリセット値よりも小さいときに、前記照明光の光束が標準光束Ｌｏよりも小さくなるように調整し、前記信号処理装置は、前記サブフレーム画像データにおける各画素の最高階調値が前記プリセット値以上であるときに、前記サブフレーム画像データにおける各画素の階調値を変化させず、前記サブフレーム画像データを前記ＤＭＤに供給し、前記発光装置は、前記標準光束Ｌｏの照明光を発し、前記ＤＭＤは、前記階調値が変化しないサブフレーム画像データに基づき、前記標準光束Ｌｏの照明光を変調して画像の投影に必要な投影光を生成する。
【０００６】
１つの実施形態では、前記投影システムの達することが可能な階調極大値をＧＭａｘ、前記プリセット値をＧＲとしたときに、前記プリセット値ＧＲは、前記階調極大値ＧＭａｘ以下である。
【０００７】
１つの実施形態では、前記プリセット値は、前記階調極大値ＧＭａｘの９０％である。
【０００８】
１つの実施形態では、前記信号処理装置は、さらに、前記サブフレーム画像データにおける各画素の最高階調値が前記プリセット値よりも小さいときに、調整係数ｋを算出し、前記調整係数ｋは、ＧＭａｘ／ＧＬと等しく、ＧＬは、前記サブフレーム画像データにおける各画素の最高階調値を示し、前記信号処理装置は、前記調整係数ｋに基づき、前記画像データにおける各画素の階調値をいずれも前記画像データにおける各画素の階調値のｋ倍に調整し、前記発光装置の発した照明光の光束は、標準光束Ｌｏの１／ｋに調整される。
【０００９】
１つの実施形態では、前記調節部品は、さらに前記光源の発した照明光の光束を調整する。
【００１０】
１つの実施形態では、前記調節部品は、前記光中継システムから供給された照明光の発散角を減少し、前記光中継システムから供給された照明光のＦ値を高め、前記光中継システムから供給された照明光の光束を減少する。
【００１１】
１つの実施形態では、前記調節部品は、可変絞りを備え、前記可変絞りは、前記光中継システムの開口絞りに設けられ、前記可変絞りは、前記可変絞りに入射された照明光のビームの周辺部分を遮断することにより、入射された照明光に対する前記可変絞りから出射される照明光の発散角を小さくし、Ｆ値を高め、光束を減少する。
【００１２】
１つの実施形態では、前記光中継システムは、前記照明光を光均一化するための光均一化部品を備え、前記調節部品は、液晶レンズを備え、前記液晶レンズは、前記光均一化部品の前の光路に位置し、前記液晶レンズから出射された光は、光均一化部品の入射面に照射し、前記液晶レンズは、前記照明光の発散角を小さくすることで、前記照明ビームが前記光均一化部品の入射面位置に投射されたときの断面積を前記入射面の面積よりも大きくさせ、前記光均一化部品に入る照明光の発散角を減少し、Ｆ値を高め、光束を減少する。
【００１３】
投影方法であって、
画像データを受信するステップであって、前記画像データが複数の階調値を含み、それぞれの階調値が１つの画素に対応するステップと、
前記画像データの複数の画素の階調値を高めるステップと、
照明光を供給し、前記照明光の光束を小さくするステップであって、前記照明光の光束が小さくされた割合が、前記画像データの階調値が高められた割合に適応するステップと、
前記階調値が高められた画像データに基づき、前記小さくされた光束の照明光を変調して画像の投影に必要な投影光を生成するステップと、
前記投影光に基づいて投影画像を生成するステップであって、前記投影光の輝度が、前記階調値が高められる前の画像データにマッチングするステップと、を含む。
【００１４】
１つの実施形態では、前記投影方法では、前記画像データにおける各画素の最高階調値がプリセット値よりも小さいときに、前記画像データにおける各画素の階調値を高め、前記サブフレーム画像データにおける各画素の最高階調値が前記プリセット値以上であるときに、前記サブフレーム画像データにおける各画素の階調値を変化させず、前記照明光の光束が標準光束Ｌｏとなるように制御し、前記階調値が変化しない画像データに基づき、前記標準光束Ｌｏの照明光を変調して画像の投影に必要な投影光を生成する。
【００１５】
１つの実施形態では、前記投影方法では、前記投影方法が用いられた投影システムの達することが可能な階調極大値をＧＭａｘ、前記プリセット値をＧＲとしたときに、前記プリセット値ＧＲは、前記階調極大値ＧＭａｘ以下である。
【００１６】
１つの実施形態では、前記投影方法では、前記プリセット値は、前記階調極大値ＧＭａｘの９０％である。
【００１７】
１つの実施形態では、前記投影方法では、前記サブフレーム画像データにおける各画素の最高階調値が前記プリセット値よりも小さいときに、調整係数ｋを算出し、前記調整係数ｋは、ＧＭａｘ／ＧＬと等しく、ＧＬは、前記サブフレーム画像データにおける各画素の最高階調値を示す。
【００１８】
１つの実施形態では、前記投影方法では、前記調整係数ｋに基づき、前記画像データにおける各画素の階調値をいずれも前記画像データにおける各画素の階調値のｋ倍に調整し、即ち、前記画像データのいずれか１つの画素の階調値をＧｉとしたときに、前記画像データにおける画素の階調値Ｇｉに対応する、高められた階調値は、ｋ*Ｇｉとなり、前記照明光の光束は、前記標準光束Ｌｏの１／ｋに調整され、即ち、Ｌｏ／ｋとなる。
【発明の効果】
【００１９】
従来技術に比べ、前記投影システム及び投影方法では、前記画像データにおける複数の画素の階調値を高め、前記照明光の光束を低下させ、上記高められた階調値の画像データに基づき光束の低下した前記照明光を変調して投影光を生成し、前記照明光の光束が小さくされた割合は、前記画像データの階調値が高められた割合に適応し、前記画像データにおける複数の画素の元の階調値を正確に復元できるだけではなく、前記階調値が高められたことによって、前記ＤＭＤのそれぞれの反射鏡の「ＯＮ」時間が増加し、「ＯＦＦ」時間が減少するため、「ＯＦＦ」時間で生じる迷光を減少し、投影システムのコントラストへの迷光の影響を減少して、前記投影システム及び投影方法のコントラストを向上させる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ＡＮＳＩコントラストの測定画面の模式図
【図２】ＤＭＤの構成模式図
【図３】ＤＭＤの反射鏡ユニットが「ＯＦＦ」状態にあるときに生じる迷光の光路模式図
【図４】発散角が異なる照明光が同一のＤＭＤに照射して生じる迷光の比較図
【図５】光の発散角の定義の模式図
【図６】本発明の第１実施形態の投影システムの構成模式図
【図７】図６の投影システムの投影シーケンスの模式図
【図８】本発明の第２実施形態の投影システムの構成模式図
【図９】図８に示す調節部品の照明光に対する調節の模式図
【図１０】本発明の投影方法のフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下の具体的な実施形態は、上記図面を参照しながら本発明をさらに説明する。
【００２２】
まず、説明しなければならないことは、投影システムのコントラストとは、通常、ある１つの固定投影画面では、全白フィールド中心照度値と全黒フィールド中心照度値との比を指す。通常、全黒フィールドの時、電源を直接オフしてコントラストを仮想的に向上させることができるため、ＡＮＳＩコントラストの定義もあり、そのテスト方法は、１つの画面において、４＊４の全黒全白の相互に配列された領域（図１に示すように）を示し、この画面で測定してＡＮＳＩコントラストＣＲを取得し、具体的に、前記ＡＮＳＩコントラストＣＲは、以下の式に合致する。
【００２３】
【数１】
2020517986.tif 000003
但し、Ｅｂｒｉｇｈｔは、白色領域の中心照度を表し、Ｅｂｌａｃｋは黒色領域の中心照度を表し、Ｅｌａは、白色領域の画面投影がされていないときの環境光の中心照度を表し、Ｅｂａは、黒色領域の画面投影されていないときの環境光の中心照度を表し、ｉは、黒色領域と白色領域の番号（上記測定画面は、計８つの黒色領域及び８つの白色領域を含むため、ｉ＝１乃至８）を表す。
【００２４】
一般的に、人々が日常生活でよく見かけ、且つ比較的に適応する輝度感知範囲は約０.０１〜１０００ｎｉｔであり、コントラストは１０００００：１程度であり、正常な空間光変調器が変調可能な範囲は、人の目の感知範囲よりも遥かに低い。人々の投影表示画像に対する要求は、自然環境への人の目の感知にできる限り近づくことが望まれており、ＨＤＲ技術が提案され、投影表示システムのダイナミックレンジを向上させる。
【００２５】
コントラストを向上させることが可能な方法は、一般的に３つがある。（１）１フレームの画像における最高輝度画素の輝度を保証し、他の画素の全体輝度を低下させる。（２）１フレームの画像における最低輝度画素の輝度を保証し、他の画素の全体輝度を向上させる。（３）１フレームの画像における、最高輝度と最低輝度との間に介在するある１つの画素の輝度を保証し、輝度の高い画素の全体輝度を向上させるとともに、輝度の低い画素の全体輝度を低下させる。１フレームの画像の最高輝度は、光源輝度及び光学システムの伝達効率によって制限されるため、暗い画素の光輝度を低下させてコントラストを向上させる方法はより迅速で柔軟である。
【００２６】
ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏ―ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ、デジタル・マイクロミラー・デバイス）は、現在よく用いられる空間光変調器であり、それは、米国ＴＩ（Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）社が開発した画像チップであり、投影表示業界に広く用いられている。図２に示すように、図２はＤＭＤの構成模式図であり、前記ＤＭＤは、基板１０１及び前記基板１０１に設けられる複数のアレイに配列される反射鏡ユニット１０２を備えて構成され、前記基板１０１（例えば、シリコン基板）内部に、駆動回路が設けられてもよく、前記反射鏡ユニット１０２が速く回動するように制御し、それぞれの反射鏡ユニット１０２は、光スイッチであり、その反転時間は、マイクロ秒スケールであり、それぞれの反射鏡ユニット１０２は、「ＯＮ」状態（即ち、オン状態）と「ＯＦＦ」状態（即ち、オフ状態）を含むことができ、人の目は、実際にその「ＯＮ」状態に対して生じる輝度の積分であり、「ＯＮ」状態の時間が長いほど（或いは、「ＯＦＦ」状態の時間が短いほど）、輝度が高くなる。それぞれの反射鏡ユニット１０２の「ＯＮ」状態又は「ＯＦＦ」状態の時間は、その対応する画素の階調値によって制御され、階調が高いほど、前記「ＯＮ」状態の時間が長くなり、前記「ＯＦＦ」状態が短くなる。例えば、１つの画素の赤色階調値が１２７であり、対応する反射鏡ユニット１０２の「ＯＦＦ」状態時間の占める割合が１／２であり、階調値が１９１まで増加したとき、対応する反射鏡ユニット１０２の「ＯＦＦ」状態時間の占める割合が１／４である。
【００２７】
具体的に、前記ＤＭＤが動作するとき、照明光は、一定の角度でＤＭＤの表面に入射し、ＤＭＤの反射鏡ユニット１０２が「ＯＮ」状態にあるとき、ＤＭＤの反射鏡ユニット１０２に反射された光がレンズに入り、最終的にスクリーンに投影され、ＤＭＤの反射鏡ユニット１０２が「ＯＦＦ」状態にあるとき、ＤＭＤの反射鏡ユニット１０２が反転し、反射されるビームがレンズに入ることが回避される。
【００２８】
しかし、研究を経て、ＤＭＤの反射鏡ユニット１０２が「ＯＦＦ」状態にあるとき、反射鏡ユニット１０２間の隙間が大きくなり、照明光がその底部基板１０１に入射して、その中で繰り返して反射されて、迷光が生じてレンズに入り、最終的に、前記ＤＭＤが用いられた投影システムのコントラストが低下すると見出した。具体的に、図３を参照すると、図３はＤＭＤの反射鏡ユニット１０２が「ＯＦＦ」状態にあるときに生じる迷光の光路の模式図である。図３に示すように、照明光は、隣り合う２つの反射鏡ユニット１０２の間の隙間から前記基板１０１に入射し、前記基板１０１と前記反射鏡ユニット１０２の背部との間に繰り返して反射されて迷光を生成し、前記迷光が前記反射鏡ユニット１０２の辺縁から漏れ出る恐れがあり、前記ＤＭＤが用いられた投影システムのコントラストを低下させる。
【００２９】
さらに、図４を参照すると、図４は、発散角の異なる照明光が同一のＤＭＤに照射して生じる迷光の比較図である。その中で、左側は、発散角の大きい（Ｆ値が小さい）照明光がＤＭＤ照射して生じる迷光の模式図であり、右側は、発散角の小さい（Ｆ値が大きい）照明光がＤＭＤに照射して生じる迷光の模式図である。当業者が理解できるように、光の発散角はビームがビームウエストから外へ発散する速度を計測するためのものであり、具体的に、ビームの発散角はビーム半径の遠視軸方向位置に対する導関数であり、すなわち、ビームウエストとの距離はレイリー長よりも遥かに大きく、図５を参照すると、図５は発散角の定義の模式図であり、ここで、発散角θ＝ｔａｎ(ｘ／２Ｌ)であり、Ｆ値、即ちＦ#＝１／２ Ｓｉｎθであり、ここで、ｘは光スポットの直径を表し、Ｌは測定光源から前記光スポットまでの距離を表す。
【００３０】
図４に示すように、ＤＭＤの反射鏡ユニット１０２が「ＯＦＦ」状態にあるとき、反射鏡ユニット間の隙間が大きくなり、照明光がその底部基板１０１に入射して、その中で繰り返して反射されて迷光を生成し、ここで、隣り合う反射鏡ユニット１０２間の迷光が照射する領域は迷光領域であり、照明光の発散角が大きいほど（Ｆ値が小さいほど）、迷光が多くなり、投影システムのコントラストへの影響が大きくなり、即ち、対応する投影システムのコントラストがより多く低下し、図４に示すように、「ＯＦＦ」状態で、左側の発散角の大きい照明光が生じる迷光は、明らかに右側の発散角の小さい照明光が生じる迷光よりも多いため、左側の発散角の大きい照明光が対応する投影システムのコントラストは、右側の発散角の小さい照明光が対応する投影システムのコントラストよりも小さい。
【００３１】
従って、コントラストを高めるために、ＤＭＤの反射鏡ユニット１０２が「ＯＦＦ」状態にあるとき、照明光の発散角をできる限り小さく制御し、即ち、前記照明光の光束を低く制御し、即ち、光がレンズに入ってスクリーンに投影されることがなく、つまり、ＤＭＤの反射鏡ユニット１０２の「ＯＦＦ」状態での迷光を除去し、あるいは、その「ＯＦＦ」状態の時間の割合（即ち、画像信号値又は階調値を高める）を低下させることは、投影システムのコントラストの向上に有利である。
【００３２】
上記分析に基づき、本発明は、高ダイナミックのコントラストの投影システム１００を提供し、図６を参照すると、図６は、本発明に提供される第１実施形態に係る画像コントラストを向上可能な投影システム１００の構成の模式図である。前記投影システム１００は、発光装置１１０、ＤＭＤ、信号源１２０、及び信号処理装置１３０を備える。前記発光装置１１０は照明光を発し、前記照明光を前記ＤＭＤに供給する。前記信号源１２０は、表示される画像データを前記信号処理装置１３０に供給し、前記画像データは、複数の階調値を含み、それぞれの階調値は１つの画素に対応する。前記信号処理装置１３０は、前記画像データの複数の画素の階調値を高め、階調値が高められた画像データを前記ＤＭＤに供給する。前記発光装置１１０の発した照明光の標準光束はＬｏであり、前記発光装置１１０は、さらに前記画像データの複数の画素の階調値が高められたとき、前記照明光の光束を小さくし、前記標準光束Ｌｏよりも小さく調節されると、前記照明光の光束が小さくされた割合は、前記画像データの階調値が高められた割合に適応し、前記発光装置１１０は、調整された照明光を前記ＤＭＤに供給する。前記ＤＭＤは、前記階調値が高められた画像データに基づき、前記調整された照明光を変調し、画像の投影に必要な投影光を生成し、ここで、前記投影光の輝度は、前記階調値が高められる前の画像データにマッチングする。
【００３３】
従来技術に比べ、前記投影システム１００では、前記信号処理装置１３０は、前記画像データの複数の画素の階調値を高め、前記発光装置１１０は、前記照明光の光束を低下させることができ、前記ＤＭＤは、前記階調値の高められた画像データに基づき、前記光束が低下した照明光を変調して投影光を生成し、前記画像データの複数の画素の元の階調値を正確に復元できるだけではなく、前記階調値の向上によって前記ＤＭＤのそれぞれの反射鏡の「ＯＮ」時間を増加し、「ＯＦＦ」時間を減少すること、「ＯＦＦ」時間で生じる迷光を減少し、迷光の投影システムコントラストへの影響を減少し、前記投影システム１００のコントラストを向上させる。
【００３４】
理解できるように、前記発光装置１１０が対応てきに前記照明光の光束を小さくすることとは、前記発光装置１１０が光束を調整しないときに発する標準光束Ｌｏを基準とし、前記照明光の光束を前記標準光束Ｌｏよりも小さく調整する。前記画像データの各画素の階調値が階調極大値にほぼ達し、さらに高めることが難しいとき、前記信号処理装置１３０が前記画像データに対して向上処理を行う必要がなく、前記画像データの各画素の階調値が変化しないように維持し、かつ、前記階調値が変化しない画像データ（即ち、元の画像データ）を前記ＤＭＤに直接供給し、それと同時に、前記発光装置１１０は、前記標準光束Ｌｏの照明光を前記ＤＭＤに出射し、前記ＤＭＤは、前記元の画像データに基づき前記標準光束Ｌｏの照明光を変調して投影光を生成する。
【００３５】
具体的に、前記画像データは、サブフレーム画像データであってもよく、ここで、前記サブフレーム画像データは、赤色サブフレーム画像データ、緑色サブフレーム画像データ又は青色サブフレーム画像データであってもよく、前記信号処理装置１３０は、前記サブフレーム画像データにおける各画素の最高階調値がプリセット値よりも低いとき、前記サブフレーム画像データの複数の画素の階調値を高め、階調値が高められたサブフレーム画像データを前記ＤＭＤに供給する。
【００３６】
前記発光装置１１０は、さらに前記サブフレーム画像データの各画素の最高階調値がプリセット値よりも小さいとき、前記照明光の光束を小さくし、前記調整された照明光の光束が前記階調値が高められた画像データに適応するようにする。具体的に、前記発光装置１１０は、駆動部品１４０と調節部品１５０とを備えてもよく、ここで、前記駆動部品１４０は、前記調節部品１５０が前記発光装置の発した照明光に対して光束調整を行うことを制御する。
【００３７】
１つの実施形態では、前記発光装置１１０の駆動部品１４０は、画像データを直接分析し、画像データに基づき前記信号処理装置１３０が前記画像データの各画素の階調値を高めるか否かを判断することができ、前記発光装置１１０の駆動部品１４０が前記画像データに基づき前記信号処理装置１３０が前記画像データの各画素の階調値を高めると判断すると、前記発光装置１１０の駆動部品１４０は、前記調節部品１５０が対応的に前記照明光の光束を小さくするように制御し、具体的に、前記発光装置１１０の駆動部品１４０は、前記画像データの各画素の最高階調値が前記プリセット値よりも低いか否かを分析することができ、前記画像データの各画素における最高階調値が前記プリセット値よりも低いとき、前記発光装置１１０の駆動部品１４０は、前記調節部品１５０が対応的に前記照明光の光束を小さくするように制御する。
【００３８】
他の１つの実施形態では、前記発光装置１１０の駆動部品１４０は、前記信号処理装置１３０が、前記画像データの各画素の階調値を高めたときに発した光束調整制御信号を受信することができ、前記発光装置１１０の駆動部品１４０は、前記信号処理装置１３０の発した光束調整信号に基づき、前記調節部品１５０が対応的に前記照明光の光束を小さくするように制御する。具体的に、前記信号処理装置１３０は、前記画像データの各画素における最高階調値が前記プリセット値よりも小さいか否かを分析することができ、前記画像データの各画素における最高階調値が前記プリセット値よりも小さいとき、前記信号処理装置１３０は、前記画像データの複数の画素の階調値を高め、階調値が高められた画像データを前記ＤＭＤに供給し、同時に前記光束調整信号を前記発光装置１１０の駆動部品１４０に送信することで、前記発光装置１１０の駆動部品１４０は、前記光束調整信号に基づき、前記調節部品１５０が対応的に前記照明光の光束を小さくするように制御する。前記サブフレーム画像データにおける各画素の最高階調値が前記プリセット値以上であるとき、前記信号処理装置１３０は、前記サブフレーム画像データの各画素の階調値を変化させず、前記サブフレーム画像データを前記ＤＭＤに供給し、前記発光装置１１０は、前記標準光束Ｌｏの照明光を発し、前記ＤＭＤは、前記階調値が変化しないサブフレーム画像データに基づき、前記標準光束Ｌｏの照明光を変調して画像の投影に必要な投影光を生成する。
【００３９】
具体的に、前記投影システム１００が表示可能な階調範囲を０〜ＧＭａｘ、例えば０〜(２ｍ−１)階調とし、ここで、ｍは８であってもよく、前記階調範囲は、０〜２５５階調であってもよく、ＧＭａｘは、前記投影システム１００が表示可能な階調極大値を示す。前記信号処理装置１３０は、前記画像データの各画素における最高階調値ＧＬを分析することができ、ここで、理解できるように、前記最高階調値は、通常前記階調極大値ＧＭａｘ以下であり、前記最高階調値ＧＬと前記プリセット値ＧＲとを比較し、ここで、前記プリセット値ＧＲは、前記階調極大値ＧＭａｘ以下であってもよく、例えば、前記プリセット値は、前記階調極大値ＧＭａｘの９０％であり、即ち、前記階調極大値が２５５階調であるとき、前記プリセット値は２３０階調であってもよい。前記最高階調値ＧＬが前記プリセット値ＧＲよりも小さいとき、前記信号処理装置１３０は、調整係数ｋを算出し、前記調整係数ｋに基づき前記画像データの各画素の階調値を高め、階調値が高められた画像データを前記ＤＭＤに供給する。具体的に、前記調整係数ｋが前記極大階調値ＧＭａｘと前記最高階調値ＧＬとの比に等しく、前記画像データの最高階調値ＧＬが通常、極大階調値ＧＭａｘよりも小さいため、前記ｋは１以上であり、前記信号処理装置は、前記画像データの各画素の階調値をいずれもｋ倍に調整するように制御し、前記画像データにおけるいずれか１つの画素の元の階調値をＧｉとするとき、調整後の前記画素の階調値はｋＧｉとなる。
【００４０】
具体的に、前記発光装置１１０の駆動部品１４０は、前記調整係数ｋに基づき、前記調節部品１５０が前記照明光の光束を前記高められた前記画像データの各画素の階調値に適応するように制御することができる。前記信号処理装置１３０は、前記調整係数ｋに基づき、前記調整係数ｋを示す光束調整信号を前記発光装置の駆動部品に送信することができ、前記発光装置１１０の駆動部品１４０は、前記調整係数ｋに基づき、前記調節部品１５０が前記照明光の光束を前記高められた画像データの各画素の階調値に適応するように調整すると制御することができる。具体的に、前記発光装置１１０の発した照明光の標準光束Ｌｏは、前記発光装置１１０が正常に発した照明光の光束と見なされてもよく、つまり、ｋ＝１であるときの光束であり、換言すれば、前記ＤＭＤが前記画像データの元の階調値に基づき、前記標準光束がＬｏである照明光を変調して取得した投影光で、ちょうど前記画像データの階調を正確に復元することができる。前記発光装置１１０が前記調整係数ｋに基づき前記照明光の光束を調整することは、前記照明光の光束を元の光束の１／ｋに調整することであり、即ち、前記発光装置１１０の発した調整後の光束は、標準光束の１／ｋであり、即ちＬｏ／ｋである。前記ＤＭＤの各个反射鏡ユニットは、光束がＬｏ／ｋである照明光を受け取り、調整後の階調値ｋＧｉに基づき、前記光束がＬｏ／ｋである照明光を変調して投影光を生成し、前記投影光の光束はｋＧｉ＊Ｌｏ／ｋであり、元の階調値Ｇｉに基づき元の光束をＬｏに変調して得た光束がＧｉ＊Ｌｏであることとは、同様であり、前記ＤＭＤのそれぞれの反射鏡ユニットが発した投影光は、前記画像データの各画素の階調値を正確に復元する。
【００４１】
無論、変形実施形態では、前記調整係数ｋは実際の需要に応じて選択可能であり、例えば、前記画像データの各画素の階調値がいずれも（ＧＭａｘ＋１）／２よりも小さいとき、前記調整係数ｋは、２倍とされてもよく、即ち、ｋ＝２である。１フレームの画像データを例として説明すると、前記１フレームの画像データは、赤色のサブフレーム画像データ、緑色のサブフレーム画像データ及び青色のサブフレーム画像データを含み、前記１フレームの画像データにおいて、そのうちの１つの画素の元の赤色階調値、元の緑色階調値及び元の青色階調値をそれぞれ（５０、６０、８０）とし、前記調整システムを２倍とすることができ、これにより、前記信号処理装置１３０は、前記調整係数に基づき、前記画素の赤色階調値、緑色階調値及び青色階調値をいずれも元の２倍に調整し、即ち、（１００、１２０、１６０）となり、なお、前記照明光の光束は、元の照明光の半分に調整されることができ、即ち、５０％であり、前記画像データの階調を正確に復元する。
【００４２】
さらに、図６に示すように、前記発光装置１１０は、光源モジュール１１１と、光中継システム１１２とを備えてもよく、前記光源モジュール１１１は照明光を発し、前記光中継システム１１２は、前記照明光に対して光路変更、光均一化などの処理を行って、前記処理後の照明光を前記ＤＭＤに供給する。
【００４３】
１つの実施形態では、前記発光装置１１０は、前記照明光の光束を変更し、即ち、前記調節部品１５０を前記光源モジュール１１１に設けることで、前記調節部品１５０は光源駆動回路であってもよく、前記光源モジュール１１１の発光素子（例えば、レーザ）の駆動電流を調整して前記照明光の光束を変更する。しかし、他の１つの実施形態では、前記発光装置１１０は、前記光中継システム１１２が前記照明光の発散角（あるいは、照明光のＦ値）を変更することにより、前記照明光の光束を調整することができ、即ち、前記調節部品１５０を前記光中継システム１１２に設け、又は、さらに１つの実施形態では、前記発光装置１１０は、前記光源モジュールの発した照明光の光束を変更することと、光中継システム１１２で前記照明光の発散角（あるいは、照明光のＦ値）を変更することとの組み合わせの形態で前記照明光の光束を調整して、前記調節部品１５０がそれぞれ前記光源モジュール１１１及び前記光中継システム１１２に設けられる。具体的に、前記発光装置１１０は、前記光中継システム１１２に供給される照明光の発散角を減少することにより、前記光中継システム１１２に供給される照明光のＦ値を高め、前記光中継システム１１２に供給される照明光の光束を減少する。
【００４４】
本実施形態では、主に、前記発光装置１１０の光中継システム１１２が、前記照明光の発散角（あるいは、照明光のＦ値）を変更することで前記照明光の光束を調整することを例として説明する。具体的に、前記発光装置１１０の発した照明光の光束を前記標準光束Ｌｏとすると、前記発光装置１１０の発した照明光の基準発散角はθo（その対応するＦ値は基準Ｆ値Ｆｏ）であり、前記画像データの各画素の階調値が高められたとき、前記発光装置１１０は、前記調整係数に基づき、前記照明光の発散角を前記基準発散角よりも小さく調整し（あるいは、前記照明光のＦ値を前記基準Ｆ値Ｆｏよりも大きく調整し）、且つ、前記調整後の照明光の発散角と前記基準発散角との比は、前記調整係数に反比例し（前記調整後の照明光のＦ値と前記基準Ｆ値Ｆｏとの比は、前記調整係数ｋに比例する）、即ち、前記調整係数ｋは大きいほど、前記調整後の照明光の発散角と前記基準発散角との比は小さくなり（前記調整後の照明光のＦ値と前記基準Ｆ値Ｆｏとの比は大きくなる）、即ち、前記調整後の照明光の発散角は小さくなる（前記調整後の照明光のＦ値は大きくなる）。
【００４５】
換言すれば、Ｆ値調整の観点から、前記発光装置１１０は、前記照明光のＦ値を変更することにより、前記照明光の光束を調整することができる。具体的に、前記発光装置の発した照明光の光束を前記標準光束Ｌｏとしたときに、前記発光装置１１０の発した照明光が対応するＦ値は基準Ｆ値Ｆｏであり、前記画像データの各画素の階調値が高められたときに、前記発光装置１１０は、前記調整係数に基づき、前記照明光のＦ値を前記基準Ｆ値Ｆｏよりも大きく調整し、且つ、前記調整後の照明光のＦ値と前記基準Ｆ値Ｆｏとの比は、前記調整係数ｋに比例し、即ち、前記調整係数ｋは大きいほど、前記調整後の照明光の発散角と前記基準発散角との比は小さくなり、且つ、前記調整後の照明光のＦ値と前記基準Ｆ値Ｆｏとの比は大きくなり、これによって、前記調整後の照明光の発散角は小さくなり、且つ前記調整後の照明光のＦ値は大きくなる。
【００４６】
具体的に、前記光中継システム１１２には、前記調節部品１５０が設けられ、前記調節部品１５０は、前記画像データの各画素の階調値が高められたとき、前記光中継システム１１２の発した前記照明光の発散角（又は、Ｆ値）を調整し、前記光中継システムに供給される照明光のＦ値を高め、前記光中継システムに供給される照明光の光束を減少することで、前記照明光の光束が前記階調値の高められた画像データに適応するようにし、さらに、前記照明光の光束は、前記階調値が高められた画像データに適応する。
【００４７】
理解できるように、図４の分析からわかるように、前記ＤＭＤの反射鏡ユニット１０２に照射される発散角が大きいほど（即ち、Ｆ値が小さいほど）、前記迷光領域が大きくなり、投影システムのコントラストへの迷光の影響が大きくなり、本実施形態では、調整後の照明光の発散角を減少（即ち、Ｆ値を増大する）することで、光束を減少して反射鏡ユニット１０２の「ＯＮ」時間を増加して（「ＯＦＦ」時間を減少）迷光を減少できるだけではなく、発散角を減少することで、迷光領域を減少して、コントラストをさらに向上させることができる。
【００４８】
再び図６を参照すると、本実施形態では、前記光中継システム１１２は、順次に設けられた光学システム１１３、光均一化デバイス１１４、及び中継システム１１５をさらに備える。
【００４９】
前記光源モジュール１１１は、前記光学システム１１３へ照明光を発する。前記光源モジュール１１１は、発光素子と波長変換素子とを備えてもよく、前記発光素子は励起光を発し、前記波長変換素子は、カラーホイールであってもよく、その上に波長変換材料、例えば蛍光材料（赤色、黄色、緑色蛍光材料など）が設けられ、前記波長変換素子は、前記励起光を受け取り、一部の励起光を被励起光に変換することで、前記被励起光及び他の一部の励起光を前記照明光として発する。前記発光素子は、レーザ光源、例えば青色レーザ光源を備えてもよく、前記励起光は、レーザ光、例えば青色レーザ光を含んでもよい。
【００５０】
前記光学システム１１３は、前記光源モジュール１１１の発した照明光を収集するなどの処理を行い、前記照明光を前記光均一化デバイス１１４に導く。
【００５１】
前記光均一化デバイス１１４は、前記光学システム１１３の発した照明光を光均一化するとともに、前記光均一化後の照明光を前記中継システム１１５に供給する。前記光均一化デバイス１１４には、光均一化角棒が含まれてもよく、前記光学システム１１３の発した照明光は、前記角棒の入口を通って前記角棒に入り、前記角棒の内壁鏡面において反射又は全内反射で照明光が均一化され、そして前記角棒の出口から光均一化された照明光が出射する。理解できるように、変形実施形態では、前記光均一化デバイス１１４にフライアイレンズが含まれてもよい。
【００５２】
前記中継システム１１５は、前記光均一化された照明光を前記ＤＭＤに供給する。具体的に、前記中継システム１１５は、主にいくつかの中継レンズ１１６を備え、光均一化デバイス１１４（角棒又はフライアイレンズ）の照明光を一定の角度でＤＭＤ表面に供給する。本実施形態では、前記調節部品１５０は、前記中継システム１１５に設けられてもよい。具体的に、前記調節部品１５０は可変絞りであり、前記照明光の発散角、Ｆ値及び光束を変更することに用いられ、且つ、前記可変絞りは、前記中継システム１１５の開口絞りにおいて設けられてもよく、前記可変絞りは、前記可変絞りに入射する照明光のビームの周辺部分を遮断することで、入射される照明光に対する前記可変絞りから出射される照明光の発散角を小さくし、Ｆ値を高めて光束を減少する。前記駆動部品１４０には、駆動モータが含まれてもよく、前記駆動モータは、前記可変絞りを駆動して、前記照明光の発散角、Ｆ値及び光束を制御することができる。さらに、理解できるように、前記発散角の減少及びＦ値の増加の幅は、減少される必要のある光束の大きさに依存し、本実施形態では、前記可変絞りによって遮断された前記可変絞りに入射する照明光の多少に依存し、即ち、前記可変絞りの絞りの大きさに依存し、つまり、光束減少の幅に基づき発散角が何度減少する必要があるかを算出し、前記可変絞りの絞りの大きさを調節することで、前記可変絞りは、前記発散角が調節の必要な角度に達するように制御する。
【００５３】
具体的に、前記中継システム１１５は、中継レンズ１１６を備え、前記光均一化デバイス１１４（例えば、角棒）の辺縁光線の主光軸からわかるように、前記光均一化デバイス１１４の発した辺縁光線の主光軸と前記中継システム１１５の中心軸と交差する箇所は、開口絞りの位置である。具体的に、前記調節部品１５０の可変絞りの中心は、前記中継システム１１５の中心軸と重なり合い、且つ垂直に配置されている。ここで、前記光均一化デバイス１１４の発した辺縁光線の主光軸の位置は、前記中継レンズ１１６により規定することができ、例えば、前記光均一化デバイス１１４の上部の辺縁光線が、前記中継レンズ１１６を経由して、ちょうど前記ＤＭＤの下部辺縁の位置に入射し、前記光均一化デバイス１１４の下部辺縁の光線が、前記中継レンズ１１６を経由してちょうど前記ＤＭＤの上部辺縁の位置に入射することにより、前記光均一化デバイス１１４の発した光スポットが前記中継レンズ１１６を経由してちょうど前記ＤＭＤの各反射鏡を有する表面に結像される。また、理解できるように、前記調節部品１５０の可変絞りが実際の厚さを有することがあるが、Ｆ値の調整への影響が非常に小さく、無視可能であるため、前記可変絞りが実際の厚さを有することによる影響を考慮せず、前記可変絞りの所在する位置と前記開口絞りの位置とを重ね合わせるだけでよい。
【００５４】
図７を参照すると、図７は、前記投影システム１００の動作シーケンス図である。前記投影システム１００が動作するとき、前記信号源１２０は、表示される画像データを前記信号処理装置１３０に供給し、前記信号処理装置１３０は、前記画像データを分析し、前記画像データが第１サブフレーム画像データと第２サブフレーム画像データを含むとすると、ここで、前記第１サブフレーム画像データの複数の画素の最高階調値は、階調極大値ＧＭａｘ（如２５５階調）に達し、即ち、前記プリセット値（例えば、２３０階調）以上となり、前記第２サブフレーム画像データの複数の画素の最高階調値（例えば、２２８階調）は、階調極大値ＧＭａｘ（例えば、２５５階調）に達しておらず、且つ前記プリセット値（例えば、２３０階調）よりも小さく、即ち、前記プリセット値（例えば、２３０階調）以上となる。
【００５５】
第１サブフレーム変調時間Ｔ１では、前記信号処理装置１３０は、前記第１サブフレーム画像データの複数の画素の最高階調値（例えば、２５５階調）に基づき、前記第１サブフレーム画像データについてさらに階調を高める処理が必要ではないと判断し、前記信号処理装置１３０は、第１時間帯で、前記第１サブフレーム画像データ（即ち、元の第１サブフレーム画像データ）を前記ＤＭＤに供給する。同時に、前記駆動部品１４０も、画像データに基づき判断し、又は前記信号処理装置１３０から出力された信号を受信し、光束の調整が必要ではないと知る。前記駆動部品１４０は、前記調節部品１５０を制御することで、前記照明光の光束が前記標準光束Ｌｏを維持し、前記標準光束Ｌｏの照明光を前記ＤＭＤに供給する。前記ＤＭＤは、前記元の第１サブフレーム画像データに基づき前記標準光束Ｌｏの照明光を変調して投影光を得る。
【００５６】
第２サブフレーム変調時間Ｔ２では、前記信号処理装置１３０は、前記第２サブフレーム画像データの複数の画素の最高階調値（例えば、２２８階調、前記プリセット値の２３０階調よりも低い）に基づき、前記第１サブフレーム画像データについて、階調を高める処理が必要であると判断し、前記信号処理装置１３０は、前記最高階調値に基づき変調係数ｋを算出し、ｋ＝階調極大値／最高階調値であり、前記第２サブフレーム画像データの各画素の階調値にいずれも前記変調係数ｋを乗算して、高められた第２サブフレーム画像データの各画素の階調値を得て、前記階調が高められた第２サブフレーム画像データを前記ＤＭＤに供給する。同時に、前記駆動部品１４０も、画像データに基づき判断し、又は前記信号処理装置１３０から出力された信号を受信し、光束の調整が必要であると知る。前記駆動部品１４０は、前記調節部品１５０を制御することで、前記照明光の光束を前記標準光束Ｌｏの１／ｋに調整し、前記標準光束Ｌｏの１／ｋの光束の照明光を前記ＤＭＤに供給する。前記ＤＭＤは、前記階調が高められた第２サブフレーム画像データに基づき、前記Ｌｏ／ｋの光束の照明光を変調して投影光を得る。
【００５７】
上記分析からわかるように、前記信号処理装置１３０は、前記画像データの複数の画素の階調値を高め、前記発光装置１１０は、前記照明光の光束を低下し、前記ＤＭＤは、前記階調値が高められた画像データに基づき、前記光束の低下した照明光を変調して投影光を生成し、前記照明光の光束が小さくされた割合は、前記画像データの階調値が高められた割合に適応し、前記画像データの複数の画素の元の階調値を正確に復元できるだけではなく、前記階調値が高められたことによって、前記ＤＭＤのそれぞれの反射鏡の「ＯＮ」時間を増加し、「ＯＦＦ」時間を減少することで、「ＯＦＦ」時間で生じる迷光を減少し、迷光の投影システム１００コントラストへの影響を減少し、前記投影システム１００のコントラストを向上させる。
【００５８】
図８を参照すると、図８は、本発明に提供される第２実施形態に係る画像コントラストを向上可能な投影システム２００の構成を示す模式図である。前記第２実施形態に係る投影システム２００は、第１実施形態に係る投影システム１００と基本的に同様であり、つまり、上述した前記第１実施形態に係る投影システム１００についての説明は、ほぼ第２実施形態に係る投影システム２００に適用することが可能であるが、両者の相違点は、主に以下のとおりであり、前記第２実施形態では、調節部品２５０は、光学システム２２３に設けられ、且つ前記調節部品２５０は、液晶レンズであり、駆動部品２４０は、液晶レンズにより、前記照明光の発散角、Ｆ値及び光束を制御する。理解できるように、前記液晶レンズは、前記光学システムの最後の１枚のレンズであってもよく、前記駆動部品２４０は、駆動電圧の変更により、前記液晶レンズにおける液晶の配列を制御することができ、これにより、前記液晶レンズの屈折率が変化し、前記液晶レンズの焦点距離も変化し、前記照明光の発散角、Ｆ値及び光束が変化する。
【００５９】
本実施形態では、前記発光装置２１０の光束が標準光束Ｌｏよりも小さくなるように調整されたとき、光均一化デバイス２１４の入射面位置に入射する照明光のビームの横断面の面積は、前記光均一化デバイス２１４の入射面の面積よりも大きく、即ち、前記調節部品２５０で上述した前記光均一化デバイス２１４の入射面位置に入射する照明光ビームの横断面の面積を調整することにより、前記照明光ビームの横断面の面積を前記光均一化デバイス２１４の入射面の面積よりも大きくし、前記照明光の光束を前記標準光束よりも小さく調整する。さらに、理解できるように、前記発散角の減少とＦ値の増加の幅は、減少される必要のある光束の幅に依存し、つまり、光束の減少の幅に応じて、発散角を何度減少する必要があるかを算出し、ビームの断面積が、前記光均一化デバイス２１４の入射面の面積を超えるようにする。
【００６０】
なお、上記調節前後の液晶レンズの焦点距離は、いずれも液晶レンズと光均一化部品１１４の入射面との距離よりも大きい。これは、その距離よりも小さければ、照明光の発散角を小さくすることは、光均一化部品１１４の入射面に入射するビームの横断面を増大させることができないからである。図９に示すように、液晶レンズの焦点距離が、液晶レンズと光均一化部品１１４との距離よりも小さければ、照明光の発散角が小さくされた後、その光均一化デバイス１１４の入射面に入射した光スポットの横断面は、かえってより小さくなる。
【００６１】
図９を参照すると、図９は、本発明の投影方法のフローチャートであり、本発明の投影方法は、上述した第１及び第２実施形態に係る投影システム１００、２００に用いることが可能である。具体的に、前記投影方法は、以下のステップＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４及びＳ５を含んでもよい。
【００６２】
ステップＳ１において、画像データを受信し、ここで、前記画像データは複数の階調値を含み、そして、それぞれの階調値は、１つの画素に対応する。具体的に、図６に示すように、前記ステップＳ１は、前記信号処理装置１３０によって実行することができ、即ち、前記信号処理装置１３０は、前記信号源１２０の送信する画像データを受信することができる。
【００６３】
ステップＳ２において、前記画像データの複数の画素の階調値を高める。具体的に、前記ステップＳ２では、前記画像データの各画素の階調値を分析することができ、前記画像データの各画素の最高階調値がプリセット値よりも小さいとき、前記画像データの各画素の階調値を高める。具体的に、前記ステップＳ２は、前記信号処理装置１３０によって実行することができ、即ち、前記信号処理装置１３０は、前記信号源１２０の送信する画像データを受信し、前記画像データの各画素の最高階調値を分析し、前記画像データの各画素の最高階調値が前記プリセット値よりも小さいとき、前記信号処理装置１３０は、前記画像データの各画素の階調値を高める。具体的に、前記画像データは、サブフレーム画像データであってもよく、そして、前記サブフレーム画像データは、赤色サブフレーム画像データ、緑色サブフレーム画像データ又は青色サブフレーム画像データであってもよく、前記信号処理装置１３０は、前記サブフレーム画像データにおける各画素の最高階調値が前記プリセット値よりも低いとき、前記サブフレーム画像データの各画素の階調値を高め、階調値が高められたサブフレーム画像データを前記ＤＭＤに供給することができる。
【００６４】
具体的に、前記投影方法が用いられる前記投影システム１００、２００が表示可能な階調範囲を０〜ＧＭａｘ、例えば、０〜(２ｍ−１)階調とし、ここで、ｍは８であってもよく、前記階調範囲は、０〜２５５階調であってもよく、ＧＭａｘは、前記投影システム１００、２００が表示可能な階調極大値を示す。前記信号処理装置１３０は、前記画像データの各画素における最高階調値ＧＬを分析することができ、理解できるように、前記最高階調値は、通常前記階調極大値ＧＭａｘ以下であり、前記最高階調値ＧＬと前記プリセット値ＧＲとを比較し、ここで、前記プリセット値ＧＲも前記階調極大値ＧＭａｘ以下であってもよく、例えば、前記プリセット値は前記階調極大値ＧＭａｘの９０％であり、即ち、前記階調極大値が２５５階調であるとき、前記プリセット値が２３０階調であってもよい。前記最高階調値ＧＬが前記プリセット値ＧＲよりも小さいとき、前記ステップＳ２は、具体的に、以下のステップ、即ち、調整係数を算出することと、前記調整係数に基づき前記画像データの各画素の階調値を高めて、階調値の高められた画像データを前記ＤＭＤに供給することとを含むことができる。具体的に、前記調整係数ｋは、前記極大階調値ＧＭａｘ／前記最高階調値ＧＬと等しくてもよく、前記画像データの最高階調値ＧＬが通常極大階調値ＧＭａｘよりも小さいため、前記ｋは１以上であり、前記信号処理装置１３０は、前記画像データの各画素の階調値をいずれもｋ倍に調整するように制御し、前記画像データにおけるいずれか１つの画素の元の階調値をＧｉとすると、調整後の前記画素の階調値はｋＧｉである。
【００６５】
無論、変更実施形態では、前記調整係数ｋは、実際の需要に応じて選択可能であり、例えば、前記画像データの各画素の階調値がいずれも（ＧＭａｘ＋１）／２よりも小さいとき、前記調整係数ｋは、２倍とされてもよく、即ち、ｋ＝２である。１フレームの画像データを例として説明すると、前記１フレームの画像データは、赤色サブフレーム画像データ、緑色サブフレーム画像データ及び青色サブフレーム画像データを含み、前記１フレームの画像データにおいてそのうちの１つの画素の元の赤色階調値、元の緑色階調値及び元の青色階調値をそれぞれ（５０、６０、８０）とし、前記調整システムを２倍とすることができ、これにより、前記信号処理装置１３０は、前記調整係数に基づき、前記画素の赤色階調値、緑色階調値及び青色階調値をいずれも元の２倍に調整し、即ち、（１００、１２０、１６０）となり、同時に、前記照明光の光束は、元の照明光の半分、即ち５０％に調整されることができ、前記画像データの階調を正確に復元する。
【００６６】
ステップＳ３において、照明光を供給し、前記照明光の光束を小さくし、ここで、前記照明光の光束が小さくされた割合は、前記画像データの階調値が高められた割合に適応する。具体的に、前記ステップＳ３は、前記発光装置によって実行することができる。
【００６７】
ステップＳ４において、上記階調値が高められた画像データに基づき、上記光束が小さくされた照明光を変調して画像の投影に必要な投影光を生成する。具体的に、前記ステップＳ３は、前記ＤＭＤによって実行することができる。
【００６８】
具体的に、前記ステップＳ３は、以下のステップを含むことができ、即ち、前記画像データの各画素における最高階調値がプリセット値よりも低いとき、前記照明光の光束を前記標準光束よりも小さく調整することで、上記調整後の照明光の光束が上記階調値の高められた画像データに適応するようにする。具体的に、前記発光装置１１０は、駆動部品１４０と調節部品１５０とを備えてもよく、そして、前記駆動部品１４０は、前記調節部品１５０が、前記発光装置１１０の発した照明光に対して光束調整を行うように制御する。
【００６９】
１つの実施形態では、前記発光装置１１０の駆動部品１４０は、画像データを直接分析して、画像データに基づき、前記信号処理装置１３０が前記画像データの各画素の階調値を高めるか否かを判断し、前記発光装置１１０の駆動部品１４０は、前記画像データに基づき、前記信号処理装置１３０が前記画像データの各画素の階調値を高めると判断すると、前記発光装置１１０の駆動部品１４０は、前記調節部品１５０が対応的に前記照明光の光束を小さくするように制御し、具体的に、前記発光装置１１０の駆動部品１４０は、前記画像データの各画素における最高階調値が前記プリセット値よりも低いか否かを分析することができ、前記画像データの各画素における最高階調値が前記プリセット値よりも低いとき、前記発光装置１１０の駆動部品１４０は、前記調節部品１５０が対応的に前記照明光の光束を小さくするように制御する。
【００７０】
他の１つの実施形態では、前記発光装置１１０の駆動部品１４０は、前記信号処理装置１３０が、前記画像データの各画素の階調値を高めたときに発した光束調整制御信号を受信することができるため、前記発光装置１１０の駆動部品１４０は、前記信号処理装置１３０の発した光束調整信号に基づき、前記調節部品１５０が対応的に前記照明光の光束を小さくするように制御する。具体的に、前記信号処理装置１３０は、前記画像データの各画素における最高階調値が前記プリセット値よりも低いか否かを分析することができ、前記画像データの各画素における最高階調値が前記プリセット値よりも低いとき、前記信号処理装置１３０は、前記画像データの複数の画素の階調値を高め、階調値が高められた画像データを前記ＤＭＤに供給し、同時に、前記光束調整信号を前記発光装置の駆動部品に送信することにより、前記発光装置１１０の駆動部品１４０は、前記光束調整信号に基づき、前記調節部品が対応的に前記照明光の光束を小さくするように制御する。具体的に、前記発光装置１１０の駆動部品１４０は、前記調整係数ｋに基づき、前記調節部品１５０が前記照明光の光束が上記高められた前記画像データの各画素の階調値に適応するように制御することができる。前記信号処理装置１３０は、前記調整係数ｋに基づき、前記調整係数ｋを示す光束調整信号を前記発光装置１１０の駆動部品１４０に送信することができ、前記発光装置１１０の駆動部品１４０は、前記調整係数ｋに基づき、前記調節部品１５０が、前記照明光の光束が上記高められた前記画像データの各画素の階調値に適応するように調整すると制御することができる。
【００７１】
さらに、１つの実施形態では、図７に示すように、前記調節部品１５０は、前記発光装置１１０の中継システム１１５に設けられる可変絞りであってもよく、前記照明光の発散角（或いは、前記照明光のＦ値）を変更するために用いられ、且つ、前記可変絞りは、前記中継システム１１５の開口絞りにおいて設けられてもよく、前記可変絞りは、前記可変絞りに入射される照明光のビームの周辺部分を遮断することにより、入射される照明光に対する前記可変絞りから出射される照明光の発散角を小さくし、Ｆ値を高め、光束を減少する。前記駆動部品１４０は、駆動モータを備えてもよく、前記駆動モータは、前記可変絞りを駆動して、前記照明光の発散角を制御することができる。さらに、理解できるように、前記発散角の減少とＦ値の増加の幅は、減少される必要のある光束の幅に依存し、本実施形態では、前記可変絞りが遮断する、上記前記可変絞りに入射される照明光の多少に依存し、即ち、前記可変絞りの絞りの大きさに依存し、つまり、光束が減少される幅に基づき発散角を何度減少する必要があるかを算出し、前記可変絞りの絞りの大きさを調節することで、前記可変絞りは、前記発散角が調節される必要のある角度に達するように制御する。
【００７２】
具体的に、前記中継システム１１５は、中継レンズ１１６を備え、前記光均一化デバイス１１４（例えば、角棒）の辺縁光線の主光軸からわかるように、前記光均一化デバイス１１４の発した辺縁光線の主光軸が前記中継システム１１５の中心軸と交差する箇所は、開口絞りの位置である。具体的に、前記可変絞りの中心は、前記中継システム１１５の中心軸と重ね合わせ、且つ垂直に配置されている。そして、前記光均一化デバイス１１４の発した辺縁光線の主光軸の位置は、前記中継レンズ１１６によって規定されることができ、例えば、前記光均一化デバイス１１４の上部辺縁光線が、前記中継レンズ１１６を経由してちょうど前記ＤＭＤの下部辺縁の位置に入射し、前記光均一化デバイス１１４の下部辺縁光線が、前記中継レンズ１１６を経由してちょうど前記ＤＭＤの上部辺縁の位置に入射することで、前記光均一化デバイスの発した光スポットは前記中継レンズ１１６を経由して、ちょうど前記ＤＭＤの有する各反射鏡の表面に結像される。また、理解できるように、前記可変絞りが実際の厚さを有することがあるが、Ｆ値の調整への影響が非常に小さく、無視することが可能であるため、ここで、前記可変絞りが実際の厚さを有することによる影響を考慮せず、前記可変絞りの所在する位置と前記開口絞りの位置とを重ね合わせるだけでよい。
【００７３】
他の１つの実施形態では、図８に示すように、前記調節部品１５０は、前記光学システム１１３に設けられてもよく、且つ、前記調節部品１５０は液晶レンズであり、前記駆動部品１４０は、液晶レンズにより前記照明光の発散角、Ｆ値及び光束を制御する。理解できるように、前記液晶レンズは、前記光学システムの最後の１枚のレンズであってもよく、前記駆動部品１４０は、駆動電圧の変更により、前記液晶レンズにおける液晶の配列を制御することができ、前記液晶レンズの屈折率を変化させ、前記液晶レンズの焦点距離も変化し、前記照明光の発散角、Ｆ値及び光束も変化する。
【００７４】
本実施形態では、前記発光装置２１０の光束が標準光束Ｌｏよりも小さくなるように調整されたとき、光均一化デバイス２１４の入射面位置に入射される照明光のビームの横断面の面積は、前記光均一化デバイス２１４の入射面の面積よりも大きく、即ち、前記調節部品２５０が上述した前記光均一化デバイス２１４の入射面位置に入射される照明光ビームの横断面の面積を調整することで、前記照明光ビームの横断面の面積を前記光均一化デバイス２１４の入射面の面積よりも大きくし、前記照明光の光束を前記標準光束よりも小さくするように調整する。さらに、理解できるように、前記発散角の減少とＦ値の増加の幅は、減少される必要のある光束の幅に依存し、つまり、光束が減少される幅に基づき、発散角を何度減少する必要があるかを算出し、ビームの断面積が前記光均一化デバイス２１４の入射面の面積を超えるようにする。
【００７５】
なお、前記調節前後の液晶レンズの焦点距離は、液晶レンズと光均一化部品１１４の入射面との距離よりも大きい。これは、その距離よりも小さければ、照明光の発散角を小さくすることによって光均一化部品１１４の入射面に入射されるビームの横断面を増大させることができないからであり、図１０に示すように、液晶レンズの焦点距離が、液晶レンズと光均一化部品１１４との距離よりも小さければ、照明光の発散角が小さくされた後、その光均一化デバイス１１４の入射面に入射される光スポットの横断面は、かえってより小さくなる。
【００７６】
具体的に、前記発光装置１１０の発した照明光の標準光束がＬｏであることも、前記発光装置１１０が正常に発した照明光の光束と見なされてもよく、即ち、ｋ＝１であるときの光束であり、換言すれば、前記ＤＭＤは、前記画像データの元の階調値に基づき、前記標準光束がＬｏである照明光を変調して得る投影光は、ちょうど前記画像データの階調を正確に復元することができる。前記発光装置１１０は、前記調整係数ｋに基づき前記照明光の光束を調整することは、前記照明光の光束を元の光束の１／ｋに調整し、即ち、前記発光装置の発した調整後の光束は、標準光束の１／ｋであり、即ち、Ｌｏ／ｋである。前記ＤＭＤの各反射鏡ユニットは、光束Ｌｏ／ｋの照明光を受け取り、調整後の階調値ｋＧｉに基づき、前記光束Ｌｏ／ｋの照明光を変調して投影光を生成し、前記投影光の光束はｋＧｉ＊Ｌｏ／ｋであり、元の階調値Ｇｉに基づき、元の光束Ｌｏを変調して光束Ｇｉ＊Ｌｏを得ることとは同様であり、前記ＤＭＤの各反射鏡ユニット１０２の発した投影光は、前記画像データの各画素の階調値を正確に復元する。
【００７７】
ステップＳ５において、前記投影光に基づいて投影画像を生成し、そして、前記投影光の輝度は、上記階調値が高められる前の画像データにマッチングする。
【００７８】
前記ステップＳ５は、投影レンズによって実現することができ、前記投影レンズは、前記ＤＭＤの発した投影光を受け取り、前記投影光を投影スクリーンに投影して、投影画像の表示を行う。前記照明光の光束が小さくされた割合は、前記画像データの階調値が高められた割合に適応するため、前記投影光の輝度は、前記階調値が高められる前の画像データにマッチングする。
【００７９】
以上は本発明の実施例に過ぎず、本発明の特許請求の範囲を制限するものではなく、本明細書及び図面を利用して行われる均等的な構成や均等的なフロー変換、或いは、他の関連する技術分野に応用することは、いずれも本発明の特許請求の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８０】
１００、２００  投影システム
１０２    反射鏡ユニット
１０１    基板
１１０    発光装置
１１１    光源
１１２    光中継システム
１１３、２２３  光学システム
１１４    光均一化デバイス
１１５    中継システム
１１６    中継レンズ
１２０    信号源
１３０    信号処理装置
１４０、２４０    駆動部品
１５０、２５０    調節部品
Ｓ１〜Ｓ５    ステップ
【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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【国際調査報告】
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