JP2009157164A - 投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】投影光学系として、ズームポジションによってＦ値が変化するズームレンズを用いた場合であっても、ズームポジションの変更による投影像のコントラストの低下を、効果的に抑制することができる投影装置を提供する。
【解決手段】投影光学系は、ズームポジションによりＦ値が変化するズーム光学系であり、照明光学系及び投影光学系のうち少なくとも一方に、Ｆ値を変化させるための可変絞りを有し、投影光学系のズームポジションを検知するズームポジション検知手段と、ズームポジション検知手段で検知した投影光学系のズームポジションに応じて、照明光学系のＦ値と投影光学系のＦ値とが近づくように、可変絞りの開口径を調整する可変絞り調整手段と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ホームシアター用プロジェクターなどに用いることのできる投影装置に関する。

近年、液晶やデジタル・マイクロミラー・デバイス（以下、「ＤＭＤ」ともいう）などの画像表示素子によって変調された照明光を、スクリーンなどの被投影面に投影する投影装置が、ホームシアター用プロジェクターなどとして広く用いられるようになってきた。

このような投影装置は、通常、照明光を変調する画像表示素子と、該画像表示素子に照明光を照射するための照明光学系と、該画像表示素子による変調光を被投影面に投影するための投影光学系とを有している。

かかる投影装置において、スクリーンに投影される投影像の明るさ及びコントラストは、上記投影光学系の絞り状態に影響される。即ち、投影光学系に設けられた絞りの開口径が大きい場合、投影像は明るくなるがコントラストが低下する。逆に絞りの開口径が小さい場合には、投影像は暗くなるがコントラストが向上する。このとき、照明光学系のＦ値が投影光学系のＦ値に近いほど、コントラストを向上させる効果はより高くなる。

そのため、照明光学系と投影光学系の両方に可変絞りを有し、両者を連動して動作させることにより、高いコントラストの投影像を得る投影装置が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

一方、設置の自由度を高めるなどの観点から、投影像のズーミング機能が要求され、投影光学系として、２倍以上の高倍率ズームレンズを用いた投影装置が提案されている（例えば、特許文献３、４参照）。
特開平７−２７０７１９号公報 特開２００５−３０１０６９号公報 特開平５−１０７５０３号公報 特開２００２−９０７０５号公報

特許文献３、４に記載されているような、投影光学系としてズームレンズを用いた投影装置においては、いずれのズームポジションにおいても、高いコントラストを有する投影像を得ることができる投影装置が求められている。

しかし、投影光学系として用いるズームレンズは、絞りの開口径が一定であっても、ズームポジションによってＦ値が変化してしまうものが一般的である。ズームポジションに拘わらずＦ値がほぼ一定となるズームレンズも知られているが、設計や製造の難度が高く、高価な物となってしまう。一方、照明光学系のＦ値は、投影光学系のズームポジションによっては変化しない。

そのため、特許文献１、２の記載のように、照明光学系と投影光学系の可変絞りを連動して動作させて両者のＦ値を一致させたとしても、ズームポジションを変更すると投影光学系のＦ値が変化し、両者のＦ値の差が大きくなってしまうため、投影像のコントラストを十分に向上させることができないという問題があった。

本発明は上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、投影光学系として、ズームポジションによってＦ値が変化するズームレンズを用いた場合であっても、ズームポジションの変更による投影像のコントラストの低下を、効果的に抑制することができる投影装置を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有するものである。

１． 照明光を変調する画像表示素子と、該画像表示素子に照明光を照射するための照明光学系と、該画像表示素子による変調光を被投影面に投影するための投影光学系と、を備えた投影装置において、
前記投影光学系は、ズームポジションによりＦ値が変化するズーム光学系であり、
前記照明光学系及び前記投影光学系のうち少なくとも一方に、Ｆ値を変化させるための可変絞りを有し、
前記投影光学系のズームポジションを検知するズームポジション検知手段と、
前記ズームポジション検知手段で検知した前記投影光学系のズームポジションに応じて、前記照明光学系のＦ値と前記投影光学系のＦ値とが近づくように、前記可変絞りの開口径を調整する可変絞り調整手段と、を有することを特徴とする投影装置。

２． 前記可変絞り調整手段は、前記照明光学系のＦ値が、前記投影光学系のＦ値の０．９倍〜１．１倍の範囲となるように、前記可変絞りの開口径を調整することを特徴とする前記１に記載の投影装置。

３． 前記照明光学系に、Ｆ値を変化させるための可変絞りを有し、
前記可変絞り調整手段は、前記照明光学系の可変絞りの開口径を調整することを特徴とする前記１又は２に記載の投影装置。

４． 前記投影光学系に、Ｆ値を変化させるための可変絞りを有し、
前記可変絞り調整手段は、前記投影光学系の可変絞りの開口径を調整することを特徴とする前記１又は２に記載の投影装置。

５． 前記照明光学系及び前記投影光学系の両方に、それぞれのＦ値を変化させるための可変絞りを有し、
前記可変絞り調整手段は、前記照明光学系の可変絞り及び前記投影光学系の可変絞りの両方の開口径を調整することを特徴とする前記１又は２に記載の投影装置。

６． 投影する画像データの輝度レベルが所定値よりも低い場合に、輝度レベルが増加するように該画像データを補正する画像データ演算部を有し、
前記可変絞り調整手段は、前記補正による輝度レベルの増加を打ち消すように、前記照明光学系及び前記投影光学系の可変絞りの開口径を小さくすることを特徴とする前記５に記載の投影装置。

７． 前記画像表示素子は、デジタル・マイクロミラー・デバイスであることを特徴とする前記１〜６のいずれか１項に記載の投影装置。

請求項１に記載の発明によれば、ズームポジション検知手段で検知した投影光学系のズームポジションに応じて、照明光学系のＦ値と投影光学系のＦ値とが近づくように、可変絞りの開口径を調整するため、ズームポジションの変更による投影像のコントラストの低下を効果的に抑制することができる。

請求項２に記載の発明によれば、照明光学系のＦ値が、投影光学系のＦ値の０．９倍〜１．１倍の範囲となるように可変絞りの開口径を調整するため、ズームポジションの変更による投影像のコントラストの低下をより効果的に抑制することができる。

請求項３に記載の発明によれば、照明光学系の可変絞りを調整して、照明光学系のＦ値を投影光学系のＦ値に近づけるため、幅広いＦ値の投影状態を実現することができる。また、照明光学系はズーム機構が不要であるため、簡易な構成で可変絞りを設けることができる。

請求項４に記載の発明によれば、投影光学系の可変絞りを調整して、投影光学系のＦ値を照明光学系のＦ値に近づけるため、調整後のＦ値は、ズームポジションに拘わらず一定に保つことができる。そのため、ズームポジションに拘わらず、投影像の明るさ、コントラストを一定の状態に保つことができる。

請求項５に記載の発明によれば、照明光学系及び投影光学系の両方の可変絞りでＦ値を調整するため、ズームポジションに応じて最適なコントラスト状態で投影を行うことができる。

請求項６に記載の発明によれば、投影する画像データの輝度レベルが所定値よりも低い場合に、輝度レベルが増加するように該画像データを補正し、補正による輝度レベルの増加を打ち消すように、照明光学系及び投影光学系の可変絞りの開口径を小さくするため、階調性豊かで、ダイナミックレンジの広い投影画像を得ることができる。

請求項７に記載の発明によれば、画像表示素子として、デジタル・マイクロミラー・デバイスを用いているため、照明光学系のＦ値と投影光学系のＦ値とを近づけることによるコントラストの改善効果が高く、ズームポジションの変更による投影像のコントラストの低下をより効果的に抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図１〜４を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本実施形態における投影装置１０１の構成図である。投影装置１０１は、照明光を変調する画像表示素子（ＤＭＤ２４）と、画像表示素子に照明光を照射するための照明光学系と、画像表示素子による変調光を被投影面に投影するための投影光学系２０とを有している。

照明光学系は、光源（放電ランプ１１）、光源から出射した光を集光する集光光学系（ランプリフレクタ１２）、集光光学系によって集光されて入射面から入射した光を面内光量分布の均一性を高めて出射面から出射するロッドインテグレータ１５、ロッドインテグレータの出射面から出射した光を画像表示素子に導くための照明リレー光学系１８などから構成されている。

光源としては、白色光を発し、単位面積当たりの光量が大きい放電ランプ１１を用いることが好ましい。放電ランプ１１の種類に特に制限はなく、超高圧水銀ランプやメタルハライドランプなど、投影装置に用いられる光源ランプの中から適宜選択して用いることができる。

集光光学系として機能するランプリフレクタ１２は楕円面からなる反射面を有し、その焦点位置に放電ランプ１１が配置されている。そのため、放電ランプ１１からの光束は収束光として出射し、カラーホイール１４に入射する。この他、放物面を有するランプリフレクタを用いて、ランプリフレクタから出射した平行光を、コンデンサーレンズを用いて収束光とする構成とすることもできる。

カラーホイール１４は、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の波長の光をそれぞれ透過させる３色のカラーフィルターで構成される。これを回転させることで照明光の色が時間的に順次切り替るため、各色に対応した画像情報をＤＭＤ２４に順次切り替えて表示することにより、投影像をカラー化することができる。カラーフィルターは、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の組み合わせに限られず、例えば、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）の３色の組み合わせなど、カラー画像の表示が可能な他の組み合わせを用いてもよい。また、カラーホイール１４は、モノクロ画像の投影装置や、各色毎にＤＭＤと照明光学系とを備えた形態の投影装置の場合には省略することもできる。

カラーホイール１４を通過した光束は、ロッドインテグレータ１５に入射する。ロッドインテグレータ１５に入射した光束は、壁面で反射を繰り返すことでミキシングされ、ロッドインテグレータ１５の出射面では、面内光量分布の均一性が高められる。ロッドインテグレータ１５での反射回数に応じて、照明リレー光学系１８内に複数の２次光源像が形成され、これらが重畳してＤＭＤ２４を照明することにより、均一性の高い照明が実現される。

ロッドインテグレータ１５の後方には、照明リレー光学系１８、プリズムユニット２３、ＤＭＤ２４が配設され、ロッドインテグレータ１５から出た光は、照明リレー光学系１８を経て、ＤＭＤ２４を照明する。

照明リレー光学系１８は、プリズムユニット２３に張り合わされたエントランスレンズ１９と共に、ロッドインテグレータ１５の出射面の像をＤＭＤ２４の表示面に投影させ均一照明を行う。ロッドインテグレータ１５の出射面はＤＭＤ２４の表示面と共役であり、ロッドインテグレータ１５の出射面の形状をＤＭＤ２４の表示領域と略相似形にすることにより、効率よく照明できる。

反射型の画像表示素子であるＤＭＤ２４は、多数のマイクロミラーがマトリックス状に配置された表示面を有し、そのマイクロミラー１枚で表示画像の１画素を構成するものである。マイクロミラーの傾きは個別に駆動制御される構成になっており、各マイクロミラーはＯＮ状態とＯＦＦ状態との２つの傾き状態をとり得るようになっている。ＯＮ状態のマイクロミラーでは投影光学系２０に向けて照明光が反射され、ＯＦＦ状態のマイクロミラーでは投影光学系２０に入らない方向に照明光が反射される。したがって、ＯＮ状態のマイクロミラーで反射された光のみが投影光学系２０によってスクリーンに到達し、目的とする画像がスクリーンに表示される。

画像表示素子としてＤＭＤ２４を用いた場合のコントラスト低下の原因は、主に表示面で発生する散乱である。黒表示（ＯＦＦ状態）のとき、マイクロミラーからの反射光が投影光学系２０に入らないようになっているが、マイクロミラーのエッジなどの散乱成分があり、そこで発生する散乱光が投影光学系２０に入り込んでスクリーンに到達し、黒レベルを上げてしまう。このような散乱光は、投影光学系２０の可変絞り４０を絞り込むことによって効果的に減らすことができる。更に、照明光学系のＦ値と投影光学系２０のＦ値とを近づけることにより、白表示のときにスクリーンに到達する光量を減らさずに、ＤＭＤ２４を照明する光量を減らして黒表示のときの散乱成分を減らすことができる。そのため、画像表示素子としてＤＭＤ２４を用いた場合、照明光学系のＦ値と投影光学系２０のＦ値とを近づけることによるコントラストの向上効果が非常に高い。

プリズムユニット２３は、第１プリズム２１、第２プリズム２２の２つのプリズムから構成されている。第１プリズム２１は、第１入射面２１ａ、臨界面２１ｂ、第１出射面２１ｃを有し、第２プリズム２２は、第２入射面２２ａ、第２出射面２２ｂを有する。第１プリズム２１の臨界面２１ｂと第２プリズム２２の第２入射面２２ａは、空気層を介して対向して配置されている。

さらに、第１プリズム２１の第１入射面２１ａにエントランスレンズ１９が貼り合わされている。エントランスレンズ１９は照明光をテレセントリックにするため設けられている。第１プリズム２１の入射面２１ａを曲面にして、エントランスレンズ１９の機能を持たせてもよい。

照明リレー光学系１８からの照明光は、エントランスレンズ１９を経て、第１入射面２１ａから第１プリズム２１に入射する。第１プリズム２１の臨界面２１ｂは、入射した照明光が全反射するように配置されており、照明光は臨界面２１ｂで反射されて、第１プリズム２１の第１出射面２１ｃから出射し、ＤＭＤ２４を照明する。

ＤＭＤ２４は長方形の画像表示領域を有し、ＤＭＤ２４の各画素（マイクロミラー）は、矩形の表示領域と４５度の角度をなす偏向軸を有し、画素は偏向軸を中心に１２°偏向し、照明光の反射方向を偏向させることにより、画像表示を行う。画像表示状態（ＯＮ状態）にて画素で反射された光束、すなわち投影光は、第１プリズム２１の第１出射面２１ｃから再び第１プリズム２１に入射し、第１プリズム２１の臨界面２１ｂに到達する。投影光は、全反射条件を満たさない角度で臨界面２１ｂに入射するため、臨界面２１ｂを透過し、空気層を経て、第２入射面２２ａから第２プリズム２２に入射する。そして、第２プリズム２２の第２出射面２２ｂから出射し、投影光学系２０に入射し、スクリーンに投影される。

なお、本発明においてプリズムユニット２３は必ずしも必須の要素ではなく、ロッドインテグレータ１５を出射した照明光が照明リレー光学系１８を経て直接ＤＭＤ２４を照明する構成とすることもできる。また、画像表示素子はＤＭＤ２４に限定されるものではなく、液晶表示素子など、同様の機能を有する他の素子を用いることもできる。反射型の素子でもよいし、透過型の素子でもよい。

投影光学系２０は、ズームポジションによりＦ値が変化するズームレンズである。本実施形態では、焦点距離が２２．６ｍｍから４５．２ｍｍまで変更可能な２倍ズームレンズであり、投影距離を一定にしたまま画面サイズを２倍まで変更することができる。この投影光学系２０は、ズームポジションによって、絞り開放状態におけるＦ値がＦ２．４（ワイド端）からＦ３．７（テレ端）まで変化する。このように、ズームポジションによるＦ値の変化を許容することによって、コンパクトで高画質な高倍ズームレンズを実現している。

また、投影光学系２０には、ズームポジションを検知するズーム位置センサ３４が設けられている。ズーム位置センサ３４は、ズーム操作環の回転に応じて抵抗値の変化するリニア抵抗を用いて、その抵抗値からズームポジションを検知するものである。ズーム位置センサ３４は、ズームポジションを検知するズームポジション検知手段として機能するが、本発明のズームポジション検知手段は、リニア抵抗を用いたセンサに限定されるものではなく、公知の他のセンサを適宜選択して用いることができる。例えば、エンコーダを用いたセンサ、ホール素子を用いたセンサなどが挙げられる。また、フォトインタラプタとステッピングモータの組み合わせであってもよい。更に、入力ボタン等を用いて操作者が現在のズームポジションを入力する入力手段を、ズームポジション検知手段として用いてもよい。

投影光学系２０と、照明光学系には、それぞれのＦ値を変化させるための可変絞り（投影可変絞り４０、照明可変絞り１７）が設けられている。投影光学系２０のＦ値は、投影可変絞り４０の開口径を調整することにより、ワイド端でＦ２．４からＦ７．２まで、テレ端でＦ３．７からＦ１１．１まで変化させることができる。一方、照明光学系のＦ値は、照明可変絞り１７の開口径を調整することにより、Ｆ２．４からＦ１１．１まで変化させることができる。

ここで、図２と図３を参照しながら、可変絞りの構成について説明する。図２は、可変絞りの基本構成を示す図である。図２（ａ）は可変絞りの上面図、図２（ｂ）は可変絞りの正面図である。また、図３は可変絞りの分解構成図である。投影可変絞り４０と照明可変絞り１７とは、いずれも同様の構成を有し、それぞれ、絞り状態を検知する絞り位置センサ３２と、開口径を変化させるための絞り駆動モータ３３とに接続されている。

可変絞りは、固定板４５、回転板４６、カバー４７、６枚の絞り羽根４４から構成されている。絞り羽根４４には２本のピン４２が立てられ、一方のピン４２は、固定板４５の穴４９に嵌合し、他方のピン４２は回転板４６のカム溝４８に嵌合している。回転板４６にはギア部４３が設けられ、絞り駆動モータ３３に設けられたギア５２と噛み合っている。絞り駆動モータ３３の回転により回転板４６が回転し、それによって絞り羽根４４が固定板４５の穴４９に嵌合したピン４２を中心に回転し、絞りの開口径が変化する。絞り駆動モータ３３としては、例えば、ＤＣモータ、ステップモータ、電磁プランジャなどを用いればよい。

また、回転板４６には、斜面を持つ突出部４１が設けられており、この突出部４１がリニア抵抗５０と係合し、回転板４６の回転、すなわち、可変絞りの開口径の変化に対応して抵抗値が変化する。この抵抗値により、可変絞りの開口径を検知する事が出来る。

次に、ズーム位置センサ３４で検知した投影光学系２０のズームポジションに応じて、照明光学系のＦ値と投影光学系２０のＦ値とが近づくように、可変絞りの開口径を調整する可変絞り調整手段について説明する。

本実施形態において、可変絞り調整手段は、絞り位置演算部３５と、絞り位置センサ３２と、絞り駆動モータ３３とで構成されている。なお、ここでは、照明光学系と投影光学系２０の両方に可変絞りを有する構成を例に挙げて説明するが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、照明光学系及び投影光学系２０のうち少なくとも一方に、Ｆ値を変化させるための可変絞りを有していればよく、他方が固定絞りであってもよい。

投影光学系２０のズームポジションは、ズーム位置センサ３４によって、リニア抵抗の抵抗値から４段階のズームポジションとして認識される。また、投影可変絞り４０の絞り状態（開口径）は、絞り位置センサ３２によって９段階の絞り位置として認識される。これら４段階のズームポジションと９段階の絞り位置の組み合わせによって、投影光学系２０のＦ値は、表１のように変化する。

一方、照明可変絞り１７の絞り状態は、絞り位置センサ３２によって、１２段階の絞り位置として認識される。照明光学系のＦ値は、照明可変絞り１７の絞り位置に応じて、表２のように変化する。

このように、ここでは、ズームポジションが４段階、投影可変絞り４０の絞り位置が９段階、照明可変絞り１７の絞り位置が１２段階に分割される場合を例に挙げて説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、分割数が異なっていてもよい。細かい制御や表現が可能になるという観点からは、分割数が多い（分解能が高い）方がより好ましい。

絞り位置演算部３５は、内部にメモリー部を有し、表１及び表２に示したデータが記憶されている。絞り位置演算部３５は、ズーム位置センサ３４から出力されたズームポジションの情報に基づいて、照明光学系のＦ値と投影光学系２０のＦ値とが近づくように、絞り駆動モータ３３を駆動して可変絞りの絞り状態（開口径）を調整する。

このように、照明光学系のＦ値と投影光学系２０のＦ値とが近づくように、可変絞りの開口径を調整することによって、ズームポジションの変更による投影像のコントラストの低下を効果的に抑制することができる。特に高い効果を得るという観点からは、照明光学系のＦ値が、投影光学系２０のＦ値の０．９倍〜１．１倍の範囲となるように可変絞りを調整することが好ましい。

図４は、照明光学系のＦ値と投影光学系２０のＦ値とを近づけた場合のコントラスト改善効果を確認するための実験結果を示すグラフである。横軸は、投影像の明るさ、縦軸は投影像のコントラストを示している。

照明光学系のＦ値と投影光学系２０のＦ値とが、共にＦ３の場合、投影像のコントラストは約２０００：１であった。ここから、照明光学系のＦ値のみをＦ８に絞った場合（照明Ｆ８×投影Ｆ３）のコントラストは約２１００：１であり、投影光学系のみをＦ８に絞った場合（照明Ｆ３×投影Ｆ８）のコントラストは約２７００：１であった。これに対し、照明光学系のＦ値と投影光学系２０のＦ値を共にＦ８に絞った場合（照明Ｆ８×投影Ｆ８）のコントラストは約４４００：１まで向上した。このように、照明光学系と投影光学系２０とを両方とも絞って、両者のＦ値を近づけることにより、コントラストを大きく改善することができる。

照明光学系のＦ値と投影光学系２０のＦ値とを近づけるためには、投影可変絞り４０を調整して投影光学系２０のＦ値を照明光学系のＦ値に近づけてもよいし、逆に、照明可変絞り１７を調整して照明光学系のＦ値を投影光学系２０のＦ値に近づけてもよい。また、照明可変絞り１７と投影可変絞り４０の両方を調整して、両者のＦ値を近づけてもよい。

投影可変絞り４０を調整して、投影光学系２０のＦ値を照明光学系のＦ値に近づける場合の動作を、表１、表２のデータを用いて更に具体的に説明する。

例えば、照明可変絞り１７の絞り位置が４のとき、照明光学系のＦ値はＦ３．７となる。従って、投影光学系２０のズームポジションが１のときは、投影可変絞り４０の絞り位置を４とすることで、投影光学系２０のＦ値もＦ３．７となり照明光学系のＦ値と一致させることができる。その後、ズーム操作によりズームポジションが２になれば、投影可変絞り４０の絞り位置を３に調整し、ズームポジションが３になれば絞り位置を２に調整し、ズームポジションが４になれば絞り位置を１に調整する。このように投影光学系２０のズームポジションに応じて投影可変絞り４０を調整することで、いずれのズームポジションにおいても投影光学系２０のＦ値と照明光学系のＦ値とを一致させることができる。

また、例えば、照明可変絞り１７の絞り位置が９のとき、照明光学系のＦ値はＦ７．６となる。従って、投影光学系２０のズームポジションが１のときは、投影可変絞り４０の絞り位置を９とすることで、投影光学系２０のＦ値もＦ７．６となり照明光学系のＦ値と一致させることができる。その後、ズーム操作によりズームポジションが２になれば、投影可変絞り４０の絞り位置を８に調整し、ズームポジションが３になれば絞り位置を７に調整し、ズームポジションが４になれば絞り位置を６に調整する。

このように、投影可変絞り４０を調整して投影光学系２０のＦ値を照明光学系のＦ値に近づける場合、調整後のＦ値は、ズームポジションに拘わらず一定に保つことができる。そのため、ズームポジションに拘わらず、投影像の明るさ、コントラストを一定の状態に保つことができる。

次に、照明可変絞り１７を調整して、照明光学系のＦ値を投影光学系２０のＦ値に近づける場合の動作を、表１、表２のデータを用いて更に具体的に説明する。

例えば、投影可変絞り４０の絞り位置が１の場合、ズームポジションが１のときは、照明可変絞り１７の絞り位置を１とすることで、照明光学系と投影光学系２０のＦ値をＦ２．４で一致させることができる。その後、ズーム操作によりズームポジションが２になれば、照明可変絞り１７の絞り位置を２に調整してＦ値をＦ２．８で一致させ、ズームポジションが３になれば絞り位置を３に調整してＦ値をＦ３．２で一致させ、ズームポジションが４になれば絞り位置を４に調整してＦ値をＦ３．７で一致させる。このように投影光学系２０のズームポジションに応じて照明可変絞り１７を調整することで、いずれのズームポジションにおいても投影光学系２０のＦ値と照明光学系のＦ値とを一致させることができる。

また、例えば、投影可変絞り４０の絞り位置が９の場合、ズームポジションが１のときは、照明可変絞り１７の絞り位置を９とすることで、照明光学系と投影光学系２０のＦ値をＦ７．６で一致させることができる。その後、ズーム操作によりズームポジションが２になれば、照明可変絞り１７の絞り位置を１０に調整してＦ値をＦ８．８で一致させ、ズームポジションが３になれば絞り位置を１１に調整してＦ値をＦ１０．２で一致させ、ズームポジションが４になれば絞り位置を１２に調整してＦ値をＦ１１．７で一致させる。

このように、明可変絞り１７を調整して照明光学系のＦ値を投影光学系２０のＦ値に近づける場合、Ｆ２．４という非常に明るい投影状態から、Ｆ１１．７という非常にコントラストの高い状態まで、幅広いＦ値の投影状態を実現することができる。また、照明光学系はズーム機構が不要であるため、簡易な構成で可変絞りを設けることができるという利点もある。

更に、照明可変絞り１７と投影可変絞り４０の両方を調整して、照明光学系のＦ値と投影光学系２０のＦ値とを近づけてもよい。そうすることにより、投影光学系２０のズームポジションに応じて最適なコントラスト状態で投影を行うことができる。

また、本実施形態の投影装置１０１は、画像データ出力部３８から送られる画像データの明るさレベル（輝度レベル）を補正して、補正した画像データをＤＭＤ２４に送る画像データ演算部３７を有している。

画像データ出力部３８からの画像データは画像データ演算部３７に入力される。画像データ演算部３７は、入力された画像データにおいて１フレーム毎の輝度のピーク値を検出し、検出されたピーク値に基づいてゲインを導出する。

例えば、入力された画像データにおける輝度のピーク値が最大白レベルの１０％である場合、画像データ演算部３７はゲイン＝０．１を導出し、絞り位置演算部３５は照明光の光量を約１／１０へ低減するように絞り駆動モータ３３を駆動して、照明可変絞り１７と投影可変絞り４０の開口径を変化させる。

一方、画像データ演算部３７は、算出したゲインに基づいて、元の画像データを補正する。例えば、ゲイン＝０．１の場合、画像データ全体の輝度レベルを約１０倍として、ＤＭＤ２４を駆動する。

このような構成により、表示画像の階調を制御できる。これにより、最大輝度付近の階調を維持したまま、最低輝度（黒）に近い階調領域の階調の表現域を広げることができるため、投写画像のダイナミックレンジを向上することができる。

本実施形態における投影装置１０１の構成図である。 可変絞りの基本構成を示す図である。 可変絞りの分解構成図である。 照明光学系のＦ値と投影光学系２０のＦ値とを近づけた場合のコントラスト改善効果を確認するための実験結果を示すグラフである。

符号の説明

１１ 放電ランプ
１２ ランプリフレクタ
１４ カラーホイール
１５ ロッドインテグレータ
１７ 照明可変絞り
１８ 照明リレー光学系
１９ エントランスレンズ
２０ 投影光学系
２３ プリズムユニット
２４ ＤＭＤ
３２ 絞り位置センサ
３３ 絞り駆動モータ
３４ ズーム位置センサ
３５ 絞り位置演算部
３７ 画像データ演算部
３８ 画像データ出力部
４０ 投影可変絞り
１０１ 投影装置

Claims (7)

1. 照明光を変調する画像表示素子と、該画像表示素子に照明光を照射するための照明光学系と、該画像表示素子による変調光を被投影面に投影するための投影光学系と、を備えた投影装置において、
   前記投影光学系は、ズームポジションによりＦ値が変化するズーム光学系であり、
   前記照明光学系及び前記投影光学系のうち少なくとも一方に、Ｆ値を変化させるための可変絞りを有し、
   前記投影光学系のズームポジションを検知するズームポジション検知手段と、
   前記ズームポジション検知手段で検知した前記投影光学系のズームポジションに応じて、前記照明光学系のＦ値と前記投影光学系のＦ値とが近づくように、前記可変絞りの開口径を調整する可変絞り調整手段と、を有することを特徴とする投影装置。
2. 前記可変絞り調整手段は、前記照明光学系のＦ値が、前記投影光学系のＦ値の０．９倍〜１．１倍の範囲となるように、前記可変絞りの開口径を調整することを特徴とする請求項１に記載の投影装置。
3. 前記照明光学系に、Ｆ値を変化させるための可変絞りを有し、
   前記可変絞り調整手段は、前記照明光学系の可変絞りの開口径を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の投影装置。
4. 前記投影光学系に、Ｆ値を変化させるための可変絞りを有し、
   前記可変絞り調整手段は、前記投影光学系の可変絞りの開口径を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の投影装置。
5. 前記照明光学系及び前記投影光学系の両方に、それぞれのＦ値を変化させるための可変絞りを有し、
   前記可変絞り調整手段は、前記照明光学系の可変絞り及び前記投影光学系の可変絞りの両方の開口径を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の投影装置。
6. 投影する画像データの輝度レベルが所定値よりも低い場合に、輝度レベルが増加するように該画像データを補正する画像データ演算部を有し、
   前記可変絞り調整手段は、前記補正による輝度レベルの増加を打ち消すように、前記照明光学系及び前記投影光学系の可変絞りの開口径を小さくすることを特徴とする請求項５に記載の投影装置。
7. 前記画像表示素子は、デジタル・マイクロミラー・デバイスであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の投影装置。

Images