WO2020075471A1 - 照明装置、および表示装置 - Google Patents

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朗 秋葉
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Definitions

  • the present disclosure relates to a lighting device and a display device in which a variable diaphragm is mounted on a lighting optical system.
  • gradation control is performed by a PWM (Pulse Width Modulation) method.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • An illuminating device has a first variable diaphragm and a second variable diaphragm in the order in which light from a light source is incident, and uses a pulse width modulation method based on light from the light source.
  • An illumination optical system that generates illumination light used to generate an image, a brightness calculation unit that calculates an average brightness of at least one frame in an image signal, and a gradation value in a screen at least for each display period of unit gradation bits.
  • a first aperture diameter determination unit that determines the aperture diameter of the first variable diaphragm based on the average brightness calculated by the brightness calculation unit, and the evaluation by the gradation evaluation calculation unit.
  • a second aperture diameter determining unit that determines the aperture diameter of the second variable diaphragm.
  • a display device includes a light modulation element that modulates illumination light by a pulse width modulation method to generate an image, a first variable stop and a second variable stop in the order in which light from a light source enters. And an illumination optical system for generating illumination light used for generating an image by a pulse width modulation method based on light from a light source, and a luminance for calculating an average luminance of at least one frame in an image signal. Based on the calculation unit, a gradation evaluation calculation unit that evaluates the gradation value in the screen at least for each display period of unit gradation bits, and the average brightness calculated by the brightness calculation unit, the first variable aperture is opened.
  • a first aperture diameter determination unit that determines the aperture diameter and a second aperture diameter determination unit that determines the aperture diameter of the second variable diaphragm based on the evaluation by the gradation evaluation calculation unit.
  • the aperture diameter of the first variable diaphragm is determined based on the average brightness calculated by the brightness calculation unit for each frame. Further, the aperture diameter of the second variable diaphragm is determined by the gradation evaluation calculation unit based on at least the gradation value in the screen for each display period of the unit gradation bit.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration example of a display device according to a first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a front view schematically showing a configuration example of first and second variable diaphragms in the display device according to the first embodiment. It is a front view which shows schematically one structural example of the diaphragm blade of a 1st and 2nd variable diaphragm.
  • 5 is a timing chart showing an example of a PWM control sequence and a sequence of first and second variable aperture opening / closing control sequences in the display device according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of a relationship between opening and closing operations of the first and second variable diaphragms and gradation in the display device according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram showing a first example of gradation response characteristics in a display device according to a comparative example. It is explanatory drawing which shows the 2nd example of the response characteristic of the gradation in the display apparatus which concerns on a comparative example.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of grayscale response characteristics in the display device according to the first embodiment. It is an explanatory view showing an example of a rule of gradation generation by a general PWM method.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a relationship between a bit sequence and brightness when a single variable diaphragm is added to a general PWM projector. It is explanatory drawing which shows an example of a desirable gradation characteristic.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of gradation expression that can be realized by the display device according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of a relationship between a sequence number of a PWM sequence and an aperture ratio of a second variable diaphragm in the display device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a relationship between a sequence number of a PWM sequence and an aperture ratio of a second variable diaphragm in the display device according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of controlling the aperture ratio of each of the first variable diaphragm and the second variable diaphragm for each frame in the display device according to the first embodiment. 6 is an explanatory diagram showing an example of an apparent control light amount for each frame in the display device according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of controlling the aperture ratio of each of the first variable diaphragm and the second variable diaphragm for each frame in the display device according to the first embodiment.
  • Comparative Example> Outline and problems of display device according to comparative example
  • a general dynamic contrast technique in which a variable aperture is mounted in an illumination optical system is a technique of adjusting the light amount of the entire image for each scene, and a screen such as a liquid crystal display for a TV (television) is used. It does not extend the dynamic range of any part within. Therefore, it is different from the so-called HDR (High Dynamic Range) technology, and the dynamic range of the actual image cannot be felt as much as the contrast value described in the catalog.
  • HDR High Dynamic Range
  • gradation expression by the PWM method is performed.
  • the gray scale is expressed by 2 n digital gradations, and the gray scale is recognized in human brain processing. Since the gradation expression by the PWM method is a digital method, the number of gradation expressions is finite.
  • the memory allocated to the low gradation value side is generally insufficient, so that there is a significant problem in the expression power of the black region.
  • a diffusion expression technology for complementing gradation expression is often mounted, but noise particles appear in the black portion of an image, which causes an artifact. It cannot be said that the image quality of the value side area is high. Further, in a general PWM display device, it is difficult to reproduce an ideal ⁇ (gamma) curve in a region on the low gradation value side, and a rough texture is expressed in gray. Also in this case, the black texture in HDR, which is realized by a liquid crystal display for TV or the like, has water.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2006-285089 discloses a technique for improving contrast by disposing variable diaphragms in the illumination optical system and the projection optical system.
  • the technique described in Patent Document 1 adjusts the brightness of the entire image, and does not control the brightness for each gradation bit of PWM, for example.
  • the illumination optical system has a first variable aperture and a second variable aperture, and the brightness for each scene and the brightness for each gradation bit of PWM are set. It is configured to be controllable.
  • it is possible to increase the dynamic range in the screen and improve the gradation expression on the low gradation value side, which is difficult for the display device using the PWM method.
  • FIG. 1 schematically shows a configuration example of a display device according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 shows a configuration example of the projector 1 as an example of the display device.
  • the projector 1 includes a light source 10, an illumination optical system 20, a light modulation element 30, a projection optical system 40, and a scheduler 50.
  • the projector 1 also includes a first aperture driver 61, a second aperture driver 62, and a PWM sequencer 63.
  • the illumination optical system 20 has a first variable diaphragm 21, a second variable diaphragm 22, and a rod integrator 23.
  • the illumination optical system 20 may include an optical system such as a condensing optical system other than the rod integrator 23.
  • the scheduler 50 has a first aperture diameter determination unit 51, a second aperture diameter determination unit 52, an average luminance calculation unit 53, a gradation evaluation calculation unit 54, and a luminance information extraction unit 55. .
  • the light source 10 outputs color light which is the source of illumination light.
  • the light source 10 has, for example, a red (R) light source, a green (G) light source, and a blue (B) light source.
  • the light source 10 is composed of a solid-state light source such as a semiconductor laser (LD: Laser Diode) or an LED (Light Emitting Diode).
  • LD Laser Diode
  • LED Light Emitting Diode
  • the light modulation element 30 is, for example, a mirror array device having a plurality of mirrors.
  • the mirror array device is a micromirror array device such as a DMD in which a plurality of micromirrors corresponding to pixels are arranged in an array (matrix).
  • the light modulation element 30 generates a projected image by modulating the illumination light for each color based on the image signal Vin.
  • the projection optical system 40 includes, for example, a plurality of lenses, and projects the projection image generated by the light modulation element 30 onto a projection surface such as a screen (not shown).
  • the image signal Vin is input to the PWM sequencer 63 via the scheduler 50.
  • the PWM sequencer 63 controls the period of the subframe of each color in one frame of the image signal Vin.
  • the PWM sequencer 63 controls the display period for each gradation bit of each color within the period of the subframe of each color.
  • the projector 1 further includes a bit plane generation unit that generates bit plane data for each gradation bit corresponding to each of a plurality of gradation bits, which is displayed in the period of the sub-frame of each color, based on the image signal Vin. Is equipped with.
  • the bit plane generation unit transfers the generated bit plane data for each gradation bit to the light modulation element 30 for each gradation bit prior to the display period for each gradation bit.
  • the illumination optical system 20 generates illumination light used for generating an image by the pulse width modulation method based on the light from the light source 10. Each color light from the light source 10 enters the illumination optical system 20.
  • the illumination optical system 20 makes the respective color lights from the light source 10 uniform by the rod integrator 23 and generates the illumination light of each color.
  • the light modulation element 30 is illuminated by the illumination light of each color generated by the illumination optical system 20.
  • a first variable diaphragm 21 and a second variable diaphragm 22 are arranged in the order in which light from the light source 10 enters.
  • the first variable diaphragm 21 and the second variable diaphragm 22 are arranged, for example, on the front side (the light source 10 side) of the rod integrator 23.
  • the second variable diaphragm 22 may be arranged behind the rod integrator 23. If the second variable diaphragm 22 is arranged behind the rod integrator 23, the mechanism of the illumination optical system 20 can be downsized.
  • the first variable aperture 21 opens and closes at a lower speed than the second variable aperture 22.
  • the variable range of the aperture diameter of the first variable diaphragm 21 is preferably larger than the variable range of the aperture diameter of the second variable diaphragm 22.
  • the first variable diaphragm 21 opens and closes at least every frame. For example, when an HDR signal capable of identifying a scene (video scene) including at least one frame is input as the image signal Vin, the first variable aperture 21 is set to, for example, each scene as shown in FIG. 4 described later. It is controlled to open and close.
  • the first variable diaphragm 21 is a diaphragm for dynamically adjusting the brightness of the entire screen.
  • the first variable diaphragm 21 has a role of controlling the average brightness of the entire screen for each scene, for example.
  • the second variable aperture 22 can be opened and closed faster than the first variable aperture 21.
  • the variable range of the aperture diameter of the second variable diaphragm 22 may be smaller than the variable range of the aperture diameter of the first variable diaphragm 21.
  • the second variable diaphragm 22 can be opened and closed at least for each display period of unit grayscale bits (at least one bit plane).
  • the second variable diaphragm 22 opens and closes at least during the period after the opening diameter of the first variable diaphragm 21 reaches the opening diameter determined by the first aperture diameter determining unit 51.
  • the second variable aperture 22 is arranged closer to the light modulation element 30 side than the first variable aperture 21, and opens / closes around a region on the low gradation value side in synchronization with the gradation of the PWM sequence, for example.
  • the second variable diaphragm 22 plays a role of effectively increasing gradation expression by PWM by further narrowing the light that has passed through the first variable diaphragm 21 (approximately 0 to 100%).
  • the second variable diaphragm 22 is preferably controlled to be opened / closed for each unit gradation bit, but may be controlled to be opened / closed for each group of a plurality of gradation bits.
  • the gradation bits of the PWM sequence are bit1 to bit10 as a whole
  • the gradation bits are divided into gradation bit groups of 2 to 5 in consideration of the cost and size of the motor that drives the second variable aperture 22.
  • the opening / closing control of the second variable diaphragm 22 may be performed for each gradation bit group.
  • the effect of improving the gradation expression can be expected only by driving the second variable diaphragm 22 around the gradation bit on the low gradation value side where there is a feeling of noise.
  • FIG. 2 schematically shows a configuration example of the first and second variable diaphragms 21 and 22.
  • 2A shows an example of a state where the opening diameter is relatively large (open state)
  • FIG. 2B shows an example of a state where the opening diameter is relatively small (closed state).
  • FIG. 3 schematically shows a configuration example of the diaphragm blades 71 of the first and second variable diaphragms 21 and 22.
  • Each of the first and second variable diaphragms 21 and 22 may be a general iris diaphragm as shown in FIG. 2, for example.
  • the iris diaphragm has a plurality of diaphragm blades 71.
  • Each of the plurality of diaphragm blades 71 can be driven as shown in FIG.
  • the driving of the second variable aperture 22 is required to be high speed and high precision in accordance with the PWM sequence.
  • the second variable diaphragm 22 is an iris diaphragm, it is desirable to control each diaphragm blade 71 by a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) actuator such as DD (Direct Drive) -SSM (Super Sonic Motor).
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • DD Direct Drive
  • SSM Super Sonic Motor
  • the scheduler 50 calculates, for example, the average luminance for each scene from the image signal Vin and the gradation value (especially on the low gradation value side) in the screen, and calculates the opening diameter of the first variable diaphragm 21 and the second The specified value of the aperture diameter of the variable diaphragm 22 is determined.
  • the brightness information extraction unit 55 extracts the brightness information in the image signal Vin and outputs it to the average brightness calculation unit 53 and the gradation evaluation calculation unit 54.
  • the average brightness calculation unit 53 calculates the average brightness of at least one frame in the image signal Vin based on the brightness information in the image signal Vin.
  • the average brightness calculation unit 53 calculates the average brightness for each scene including at least one frame.
  • the gradation evaluation calculation unit 54 evaluates the gradation value in the screen for each display period of at least a unit gradation bit (at least one bit plane) based on the luminance information in the image signal Vin.
  • the first aperture diameter determination unit 51 determines the aperture diameter of the first variable diaphragm based on the average brightness calculated by the brightness calculation unit.
  • the first aperture diameter determination unit 51 outputs an instruction value corresponding to the determined aperture diameter of the first variable aperture to the first aperture driver 61.
  • the second aperture diameter determination unit 52 determines the aperture diameter of the second variable diaphragm 22 based on the evaluation by the gradation evaluation calculation unit.
  • the second aperture diameter determining unit 52 determines the aperture diameter of the second variable diaphragm 22 at least for each unit gradation bit.
  • the second aperture diameter determination unit 52 outputs an instruction value corresponding to the determined aperture diameter of the second variable aperture 22 to the second aperture driver 62.
  • the first aperture driver 61 drives the first variable aperture 21 based on the instruction value from the first aperture diameter determination unit 51, and controls the aperture diameter of the first variable aperture 21.
  • the opening diameter of the first variable diaphragm 21 can be generally controlled by an open loop. Feedback loop control is used for high-precision luminance expression required for high-end models and cinema applications.
  • the driving frequency of the first variable diaphragm 21 by the first diaphragm driver 61 may be faster than the pupil change, and is 60 Hz when the frame rate is 60 Hz, for example.
  • the second aperture driver 62 drives the second variable aperture 22 based on the instruction value from the second aperture diameter determination unit 52, and controls the aperture diameter of the second variable aperture 22.
  • the driving frequency of the second variable aperture 22 by the second aperture driver 62 is preferably bit synchronization of the PWM sequence, and is 1.8 kHz to 14.4 kHz when the frame rate is 60 Hz, for example.
  • FIG. 4 shows an example of a PWM control sequence and a sequence of opening / closing control of the first and second variable diaphragms 21 and 22 in the projector 1 in order from the top.
  • FIG. 5 shows an example of the relationship between the open / close operations of the first and second variable diaphragms 21 and 22 and the gradation in the projector 1.
  • the light modulation element 30 When performing gradation expression by a general PWM method, the light modulation element 30 is continuously irradiated with light of constant brightness.
  • the light modulation element 30 modulates and controls light into two states of bright / dark (white / black) for each pixel according to the brightness of an image to be displayed.
  • the light modulation element 30 changes the pulse timing of light by changing the modulation timing of light for each pixel, and performs gradation expression.
  • an image of 16 gradations can be expressed by combining at least four types of images with different brightness within a predetermined period (usually one frame). That is, in the case of expressing 16 gradations, first, the luminance is quantized into, for example, 4 gradation bits for each pixel. Then, for example, one frame of image data is represented by a combination of four types of image data weighted by each gradation bit. At this time, a collection of image data for each gradation bit is usually called a “bit plane”.
  • the bit plane is an information surface of luminance for each gradation bit.
  • Fig. 4 shows a simplified control sequence. For example, consider a dark scene. Of course, since the screen is dark as a whole, the aperture diameter of the first variable diaphragm 21 is reduced. Up to this point, the concept of dynamic contrast is used in projectors in general.
  • the whitest part in the screen also becomes dark. This is a phenomenon in which a scene outside a window that should be bright becomes dark in a scene in a dark room. Although it has been solved in the HDR TV, it is a problem in the projector. However, on the other hand, if you adjust to white, the darkness in the room will disappear, resulting in a sticky image quality.
  • the control amount of the aperture diameter of the first variable diaphragm 21 is set to a relatively white side (brighter).
  • the second variable diaphragm 22 is used to sink black. That is, the second variable diaphragm 22 is controlled so as to be diaphragmed on the black side of the PWM sequence.
  • the brightness is dynamically controlled by the first variable diaphragm 21 in the gradations other than the black area, and the brightness is dynamically controlled by the second variable diaphragm 22 in the black area. To be done.
  • variable range a of the aperture diameter of the first variable diaphragm 21 is larger than the variable range b of the aperture diameter of the second variable diaphragm 22.
  • the brightness is reduced to some extent by the first variable diaphragm 21, and then further reduced by the second variable diaphragm 22.
  • the second variable diaphragm 22 is controlled so as to narrow on the black side of the PWM sequence.
  • the black region whose brightness is controlled by the second variable diaphragm 22 may be, for example, a region that is about 1/3 darker than the brightest gradation value.
  • the dynamic range in the screen is improved, and in particular, the texture of gradation expression on the low gradation value side is improved.
  • the diaphragm is made up of the first and second variable diaphragms 21 and 22, and the feedback control is performed according to the average brightness and the gradation value of the image, and the entire screen It is possible to improve not only the adjustment of the light amount but also the gradation expression on the dark side.
  • the projector 1 it is possible to increase the number of gradations in the black region to 2 n or more and improve the contrast ratio within one screen without roughness.
  • the projector 1 it is possible to improve the dynamic contrast with the existing light source.
  • FIG. 6 shows a first example of grayscale response characteristics in the display device according to the comparative example.
  • FIG. 7 shows a second example of grayscale response characteristics in the display device according to the comparative example.
  • FIG. 8 illustrates an example of gradation response characteristics in the projector 1 according to the technique of the present disclosure. 6 to 8, the horizontal axis represents gradation and the vertical axis represents brightness. The dashed line shows the gamma curve intended by the video source.
  • FIG. 6 schematically shows the gradation expression by a general PWM method.
  • FIG. 7 a solid line schematically shows a gradation expression by a general dynamic contrast.
  • the general PWM method has a narrow dynamic range.
  • the dynamic range can be expanded by a general dynamic contrast technique, but the ⁇ curve intended by the video source cannot be sufficiently reproduced.
  • a solid line in FIG. 8 schematically shows gradation expression by the technique of the present disclosure.
  • the first variable aperture 21 can expand the dynamic range in the same manner as a general dynamic contrast technique.
  • the gradient of the response characteristic of gradation can be adjusted by the second variable diaphragm 22, and it can be brought close to the ⁇ curve intended by the video source.
  • FIG. 9 shows an example of a gradation generation rule according to a general PWM method.
  • a 4-bit, mono-color example is shown.
  • 8 to 12 bits and full color are the mainstream.
  • the dynamic range expansion and gradation expression (resolution) which are the effects of the technique of the present disclosure, are effective regardless of the number of bits.
  • FIG. 9 shows an example of a 16-bit bit sequence for expressing 16 gradations in a 4-bit mono-color frame.
  • FIG. 10 shows an example of a relationship between a bit sequence and brightness in a general PWM projector.
  • the light modulation element is a binary device
  • the relationship between the bit sequence and the luminance is linear as shown in FIG.
  • the aperture ratio of the variable diaphragm is No. 1 in FIG. This corresponds to the case of the state of 1-4.
  • FIG. 11 shows an example of the relationship between the bit sequence and the brightness when a single variable diaphragm is added to a general PWM projector.
  • the single variable diaphragm is arranged in, for example, the illumination optical system or the projection optical system.
  • FIG. 11 shows the aperture ratio of a single variable diaphragm as No. 1-1, No. 1-2, No. 1-3, No.
  • An example of the relationship between the bit sequence and the luminance when changed to 1-4 will be shown.
  • Each No. The aperture ratio of is as follows. Aperture ratio No. 1-1 25% No. 1-2 50% No. 1-3 75% No. 1-4 100%
  • the lower the aperture ratio of the single variable diaphragm the smaller the gradation interval. Therefore, providing a single variable diaphragm is effective, for example, when it is desired to increase the gradation of black, and is generally known as a technique of dynamic contrast. With this dynamic contrast technique, the lower the aperture ratio, the lower (worse) the overall dynamic range.
  • FIG. 12 shows an example of desirable gradation characteristics.
  • FIG. 12 shows an example of desirable gradation characteristics ((A) to (H)) with respect to the gradation characteristics (relationship between bit sequence and luminance) shown in FIG. Human eyes are more sensitive to the dark side than to the bright side. Therefore, it is excellent for gradation expression to make the darker gradation interval finer and the brighter gradation interval rougher (larger). Therefore, for example, it is desirable to perform gradation control so that the characteristics pass through the points (A) to (H) as shown in FIG.
  • FIG. 13 shows an example of gradation expression that can be realized in the display device (projector 1) according to the first embodiment.
  • a desired gradation expression can be realized by combining the first variable diaphragm 21 and the second variable diaphragm 22.
  • the aperture ratio of the first variable diaphragm 21 is set to No. 1-1, No. 1-2, No. 1-3, No. It will be referred to as 1-4.
  • No. Reference numeral 2 denotes the aperture ratio of the second variable diaphragm 22.
  • FIG. 14 shows an example of the relationship between the sequence number of the PWM sequence and the aperture ratio of the second variable diaphragm 22.
  • the aperture ratio of the second variable diaphragm 22 is changed for each bit sequence, for example. As a result, the aperture ratio of the first variable diaphragm 21 is no.
  • the result shown in FIG. 14 it is possible to obtain a desired characteristic that passes through points () to (H).
  • aperture ratio of the first variable diaphragm 21 and the aperture ratio of the second variable diaphragm 22 shown in FIGS. 13 and 14 are examples, and are not limited to the illustrated examples.
  • FIG. 15 shows an example of controlling the aperture ratio of each of the first variable diaphragm 21 and the second variable diaphragm 21 for each frame in the display device (projector 1) according to the first embodiment.
  • FIG. 16 shows an example of the apparent control light amount for each frame when the aperture ratios of the first variable diaphragm 21 and the second variable diaphragm 21 are controlled as in FIG. As shown in FIG. 16, the apparent control light amount has a light amount corresponding to the aperture ratio of the first variable diaphragm 21 and the aperture ratio of the second variable diaphragm 21.
  • the brightness of the light output from the light source 10 is described as constant, but the brightness of the light output from the light source 10 may be variable according to the gradation value. As a result, more accurate gradation expression can be achieved.
  • the present technology may have the following configurations. According to the present technology having the following configuration, it is possible to improve gradation expression when an image is generated by the PWM method.
  • Illumination that has a first variable diaphragm and a second variable diaphragm in the order in which light from a light source enters and that generates illumination light used for generating an image by a pulse width modulation method based on the light from the light source.
  • a brightness calculation unit that calculates an average brightness of at least one frame in the image signal;
  • a gradation evaluation calculation unit that evaluates a gradation value in the screen at least for each display period of unit gradation bits;
  • a first aperture diameter determining unit that determines an aperture diameter of the first variable diaphragm based on the average luminance calculated by the luminance calculating unit;
  • a second aperture diameter determination unit that determines the aperture diameter of the second variable diaphragm based on the evaluation by the gradation evaluation calculation unit.
  • the second aperture diameter determination unit determines the aperture diameter of the second variable diaphragm at least for each unit grayscale bit
  • the illumination device according to any one of (1) to (5), wherein the second variable aperture opens and closes at least for each display period of the unit grayscale bit.
  • the second variable diaphragm opens and closes at least during a period after the opening diameter of the first variable diaphragm reaches the opening diameter determined by the first aperture diameter determining unit.
  • (1) to (6) The illuminating device as described in any one of 1).
  • the illumination device according to any one of (1) to (7), wherein the first and second variable diaphragms are iris diaphragms.
  • a light modulation element that modulates illumination light by a pulse width modulation method to generate an image, It has a first variable diaphragm and a second variable diaphragm in the order in which the light from the light source enters, and generates the illumination light used for generating an image by a pulse width modulation method based on the light from the light source.
  • Illumination optics A brightness calculation unit that calculates an average brightness of at least one frame in the image signal; A gradation evaluation calculation unit that evaluates a gradation value in the screen at least for each display period of unit gradation bits; A first aperture diameter determining unit that determines an aperture diameter of the first variable diaphragm based on the average luminance calculated by the luminance calculating unit; A second aperture diameter determination unit that determines the aperture diameter of the second variable diaphragm based on the evaluation by the gradation evaluation calculation unit. (10) A projection optical system for projecting an image generated by the light modulation element, The display device according to (9), further including:

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Abstract

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。

Description

照明装置、および表示装置
　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。
　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）。
特開２００６－２８５０８９号公報
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 望ましい階調特性の一例を示す説明図である。 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。 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。 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。 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。
　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
＜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。
　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。
　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。
　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。
＜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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
［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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
［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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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％
　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）。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
［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。
＜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。
　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。
（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。
　本出願は、日本国特許庁において２０１８年１０月１０日に出願された日本特許出願番号第２０１８－１９１９４５号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。
　当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (10)

  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
    　請求項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
    　請求項１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
    　請求項１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
    　請求項１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
    　請求項１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
    　請求項１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
    　請求項１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
    　請求項９に記載の表示装置。
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