JP5115032B2 - 映像投影装置及び映像投影方法 - Google Patents

Description

本発明は映像投影装置に関するものであり、更に詳しくは、投影レンズに対しコンバーターレンズを着脱可能に備えた映像投影装置(例えばデジタルシネマ用プロジェクター)に関するものである。

映画には、その色調を含め映画作成者の意図をできるだけ忠実に再生・表現できることが要求される。このため、近年のデジタルシネマでは、その投影システムに色度等に関する様々な規格が定められている。一方、映画館では、様々な画面フォーマットに対応するため、投影レンズにコンバーターレンズを装着することが行われている(例えば、特許文献１参照。)。
米国特許第６，５８７，１５９号明細書

映画を投影するような大きな投影システムでは、使用するコンバーターレンズも大きくなる。また、コンバーターレンズに使用されている硝材による吸収やレンズ界面での反射等の影響により、投影光学系全体の透過率特性等も変化する。このため、コンバーターレンズを装着しても前記規格を満たすようにすることが課題となる。しかし、特許文献１に記載されているような従来の映画用投影システムは、フィルム投影に対応した基本構成になっているため、コンバーターレンズの装着による映像特性の変化を補正するようには構成されていない。

フィルム投影用のプロジェクターでは、コンバーターレンズの装着による映像特性の変化を補正することは容易でない。例えば、色調を変えるには照明光学系に色フィルターを追加する必要があり、明るさを変えるには絞り機構を設ける必要があるからである。その結果、装置全体の構成が大がかりになりコストも高くなってしまう。特に、コンバーターレンズに色フィルターを設けることは、面間ゴーストの懸念があるため好ましくない。投影位置を変える場合も、物理的に大きな投影レンズを移動させる必要があるため、装置全体の構成が大がかりになりコストも高くなってしまう。こういった事情があるため、デジタル投影用のプロジェクターに関しても、コンバーターレンズの装着により変化する映像特性を改善しようとする試みは未だに行われていない。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、コンバーターレンズの装着の有無にかかわらず良好な映像特性を得ることのできる映像投影装置と映像投影方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、第１の発明の映像投影装置は、電気的な映像信号により映像を表示する映像表示素子と、その映像表示素子に表示された映像をスクリーンに投影する投影レンズと、その投影レンズに対して着脱可能に設けられたコンバーターレンズと、そのコンバーターレンズの装着の有無に応じて異なった信号処理を前記映像信号に対して行う映像処理部と、を有し、前記映像処理部は、前記映像表示素子に表示される映像の位置が前記コンバーターレンズの装着の有無に応じて異なるように、前記信号処理を行うことを特徴とする。

第２の発明の映像投影装置は、電気的な映像信号により映像を表示する映像表示素子と、その映像表示素子に表示された映像をスクリーンに投影する投影レンズと、その投影レンズに対して着脱可能に設けられたコンバーターレンズと、そのコンバーターレンズの装着の有無に応じて異なった信号処理を前記映像信号に対して行う映像処理部と、を有し、前記映像表示素子は複数の画素を備え、前記映像処理部は、前記映像表示素子に表示される画素の数が前記コンバーターレンズの装着の有無に応じて異なるように、前記信号処理を行うことを特徴とする。

第３の発明の映像投影方法は、電気的な映像信号により映像表示素子に表示した映像を、コンバーターレンズが着脱可能に設けられた投影レンズでスクリーンに投影する映像投影方法であって、前記投影レンズに対して前記コンバーターレンズを装着したとき、その装着の前とは異なった信号処理を前記映像信号に対して行い、前記映像表示素子に表示される映像の位置が前記コンバーターレンズの装着の前後で異なるように、前記信号処理を行うことを特徴とする。

第４の発明の映像投影方法は、電気的な映像信号により映像表示素子に表示した映像を、コンバーターレンズが着脱可能に設けられた投影レンズでスクリーンに投影する映像投影方法であって、前記映像表示素子は複数の画素を備え、前記投影レンズに対して前記コンバーターレンズを装着したとき、その装着の前とは異なった信号処理を前記映像信号に対して行い、前記映像表示素子に表示される画素の数が前記コンバーターレンズの装着の前後で異なるように、前記信号処理を行うことを特徴とする。

本発明の映像投影装置によれば、映像処理部がコンバーターレンズの装着の有無に応じて異なった信号処理を映像信号に対して行う構成になっているので、コンバーターレンズの装着により変化する投影像特性(投影像の色調，明るさ，投影位置等)を、コンバーターレンズが装着されていないときの投影像特性と同等にし、あるいは同等に近づけることができる。また本発明の映像投影方法によれば、投影レンズに対してコンバーターレンズを装着したとき、その装着の前とは異なった信号処理を映像信号に対して行う構成になっているので、コンバーターレンズの装着により変化する投影像特性(投影像の色調，明るさ，投影位置等)を、コンバーターレンズが装着されていないときの投影像特性と同等にし、あるいは同等に近づけることができる。したがって、本発明によれば、コンバーターレンズの装着の有無にかかわらず良好な映像特性を容易かつ低コストに得ることができる。

映画館での映像の投影はスクリーン中央の上方から行われる場合が多いため、上下方向の倍率が変化するコンバーターレンズを投影レンズに装着すると、投影像中心の高さが変化する。第１の発明のように映像表示素子に表示される映像の位置がコンバーターレンズの装着の有無に応じて異なるように信号処理を行ったり、第３の発明のように映像表示素子に表示される映像の位置がコンバーターレンズの装着の前後で異なるように信号処理を行ったりすれば、投影像の高さに変化が生じないようにする補正が可能である。

以下、本発明に係る映像投影装置の実施の形態等を、図面を参照しつつ説明する。図１に、本発明の一実施の形態に係る映像投影装置１３の概略構成を示す。この映像投影装置１３は、電気的な映像信号により映像表示素子１に表示した映像を、コンバーターレンズ４が着脱可能に設けられた投影レンズ３でスクリーン１４に投影する構成になっており、図１(Ａ)はコンバーターレンズ４の装着前の状態(非装着状態)、図１(Ｂ)はコンバーターレンズ４の装着後の状態(装着状態)をそれぞれ示している。なおここでは、映像投影装置１３としてデジタルシネマ用プロジェクターを想定しているが、他の用途(ホームシアター用プロジェクター等)にも使用可能である。

映像投影装置１３は、ダイクロイックプリズム２，投影レンズ３，コンバーターレンズ４等を投影光学系に有しており、コンバーターレンズ４を投影レンズ３に対して着脱するために、レール５；モーター６；位置センサー７，８；駆動スイッチ９；モーター制御部１０等を有している。また、電気的な映像信号により映像を表示する映像表示素子１と、映像信号を電子データとして貯えておくハードディスク１２と、電気的な映像信号に対して信号処理を施す映像処理部１１と、を有している。

コンバーターレンズ４は、投影レンズ３の前(すなわち拡大側，スクリーン１４側)に着脱可能に配置される、フロントタイプのワイドコンバーターレンズである。コンバーターレンズとは、投影レンズ(又は撮影レンズ)に装着されることにより画角を切り替えるためのレンズ系をいうが、このコンバーターレンズ４としては画角を拡大させるワイドタイプのコンバーターレンズを想定している。

投影レンズ３の前にはレール５が固定されており、コンバーターレンズ４はそのレール５上に設けられている。コンバーターレンズ４は電動によりレール５上を移動し、図１(Ｂ)に示すように投影レンズ３の前へ挿入されることにより投影光の光路上に位置する装着状態と、図１(Ａ)に示すように投影レンズ３の前から退避することにより投影光の光路外に位置する非装着状態(退避状態)と、の２つの状態をとりうるようになっている。なお、図１中のθＡ，θＢは投影範囲に相当し、θＡ＜θＢの関係にある。

図１(Ａ)に示すコンバーターレンズ４の非装着状態において駆動スイッチ９を入れると、モーター制御部１０によってモーター６が作動し、その駆動力によってコンバーターレンズ４はレール５上を移動し、退避状態から装着状態(図１(Ｂ))へと変化する。レール５の端部に設けられている位置センサー８により、コンバーターレンズ４の装着状態が検出されると、モーター制御部１０によってモーター６は停止する。逆に、図１(Ｂ)に示すコンバーターレンズ４の装着状態において駆動スイッチ９を反転させると、モーター制御部１０によってモーター６が作動し、その駆動力によってコンバーターレンズ４はレール５上を移動し、装着状態から退避状態(図１(Ａ))へと変化する。レール５の端部に設けられている位置センサー７により、コンバーターレンズ４の退避状態が検出されると、モーター制御部１０によってモーター６は停止する。

映像投影装置１３は、ハードディスク１２に電子データとして収められている映像信号を読み出し、その映像信号に従って映像表示素子１に映像を表示する。この映像投影装置１３では、赤(Ｒ)・緑(Ｇ)・青(Ｂ)の各色光の映像を表示する３つの映像表示素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂが映像表示素子１として設けられており、各映像表示素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの映像表示面では、照明光を変調することにより２次元画像が形成される。光源(不図示)からの白色光はダイクロイックプリズム２で色分解されて、各色の映像表示素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの映像表示面を照明する。各映像表示素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂからの反射光は、ダイクロイックプリズム２で色合成され、投影レンズ３でカラー映像としてスクリーン１４に投影される。

なお、この映像投影装置１３では、映像表示素子１としてデジタル・マイクロミラー・デバイスを想定しているが、使用される映像表示素子１はこれに限らず、投影光学系に適した他の非発光・反射型(又は透過型)の表示素子(例えば液晶表示素子)を用いても構わない。映像表示素子１としてデジタル・マイクロミラー・デバイスを用いた場合には、それに入射した光は、ＯＮ／ＯＦＦ状態(例えば±１２°の傾き状態)の各マイクロミラーで反射されることにより空間的に変調される。その際、ＯＮ状態のマイクロミラーで反射した光のみが投影レンズ３に入射してスクリーン１４上に投射される。

映像表示素子１とハードディスク１２との間には映像処理部１１が存在し、ハードディスク１２に電子データとして収められている映像信号は、映像処理部１１を介して各映像表示素子１に送られる。この映像処理部１１は複数の処理パターンを有しており、コンバーターレンズ４の装着の有無を位置センサー７，８により確認し、その確認状態によって映像の処理パターンを変えるようになっている。ここでは、コンバーターレンズ４の装着の有無に応じて(つまり装着の前後で)異なった信号処理を映像信号に対して行う、処理パターンの切替例を３つ挙げて説明する。

処理パターンの第１切替例は、映像表示素子１に表示される映像の色調(色合い，色目等)がコンバーターレンズ４の装着の有無に応じて異なるように信号処理を行う、色調補正に関するものである。映画作品の色調を忠実に表現するため映像投影装置１３には厳しい色管理が要求されるが、コンバーターレンズ４の装着によって投影光学系全体のレンズ枚数が増えると、比較的吸収の大きい短波長側の光線の割合が減って色調が変化する。その色調変化(つまりコンバーターレンズ４の装着前後の投影光学系全体の透過率特性)を図２に示す。図２中、曲線ＬＡはコンバーターレンズ４が投影レンズ３に装着されていない状態(図１(Ａ))での投影光学系の透過率特性を示しており、曲線ＬＢはコンバーターレンズ４が投影レンズ３に装着されている状態での投影光学系の透過率特性を示しており(図１(Ｂ))、曲線ＬＣ(破線)はコンバーターレンズ４のみの透過率特性を示している。

図２から分かるように、コンバーターレンズ４には短波長側ほど透過率を低下させる傾向がある。このため、投影レンズ３にコンバーターレンズ４を装着すると、投影像は黄色っぽく変化してしまう。投影像の色調がそのように変化しないようにするには、映像表示素子１に表示される映像の色調がコンバーターレンズ４の装着の有無に応じて異なるように信号処理を行えばよい。つまり、コンバーターレンズ４の装着状態において、映像表示素子１に表示される映像の青色が強調されるように、映像表示素子１Ｂ用の信号強度を相対的に強くする信号処理を行うか、あるいは、映像表示素子１に表示される映像の赤色と緑色が弱くなるように、映像表示素子１Ｒ，１Ｇ用の信号強度を相対的に弱くする信号処理を行えばよい。このように、コンバーターレンズ４による透過率特性の変化を、映像表示素子１に表示される映像の色調補正で相殺すれば、投影像の色調が変化しないようにバランスを保つことができる。したがって、コンバーターレンズ４の装着の有無にかかわらず、良好な映像特性を容易かつ低コストに得ることが可能となる。

更に具体的に説明する。図１(Ａ)に示すように、コンバーターレンズ４の非装着状態(退避状態)が位置センサー７で確認されると、ハードディスク１２内の元の映像データが通常の処理パターンで信号処理される。得られた映像信号が、各色光に対応した映像表示素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂに送られて、その表示画像が投影レンズ３でスクリーン１４に投影される。図１(Ｂ)に示すように、コンバーターレンズ４の装着状態(挿入状態)が位置センサー８で確認されると、ハードディスク１２内の元の映像データが色調補正の処理パターンで信号処理される。得られた映像信号が、各色光に対応した映像表示素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂに送られて、その表示画像が投影レンズ３とコンバーターレンズ４でスクリーン１４に投影される。

図３に、上記信号処理による色調補正の具体例を示す。図３(Ａ)(Ｂ)の各グラフにおいて、横軸はオリジナルの映像データが持っている明るさ情報を表す強度であり、縦軸は映像表示素子１の動作時間(映像表示のＯＮ時間)である。したがって、映像表示素子１の動作時間が長いほど、その映像表示素子１で表示される映像の色が強調されることになる。図３(Ａ)(Ｂ)中の破線Ｍｗは、コンバーターレンズ４が非装着状態の場合の信号処理に用いられる通常の処理パターンを示しており、図３(Ａ)(Ｂ)中の実線Ｍｂ１，Ｍｂ２，Ｍｒｇは、コンバーターレンズ４が装着状態の場合の信号処理に用いられる色調補正の処理パターンを示している。

図３(Ａ)中の太い実線Ｍｂ１と細い実線Ｍｂ２は、映像表示素子１Ｂに表示される映像の青色(Ｂ)が強調されるように、映像表示素子１Ｂ用の信号強度を相対的に強くする信号処理に用いられる色調補正の処理パターンをそれぞれ示している。したがって、映像表示素子１Ｒ，１Ｇの信号強度に関しては、破線Ｍｗに示す通常の処理パターンで信号処理が行われる。太い実線Ｍｂ１で示す色調補正の処理パターンによると、明るさ情報に対して直線的に青色(Ｂ)が強調されて上限で飽和するが、細い実線Ｍｂ２で示す色調補正の処理パターンによると、明るさ情報に対して青色(Ｂ)の強調度合いの変化が徐々に弱くなる。図３(Ｂ)中の実線Ｍｒｇは、映像表示素子１Ｒ，１Ｇに表示される映像の赤色(Ｒ)と緑色(Ｇ)が弱くなるように、映像表示素子１Ｒ，１Ｇ用の信号強度を相対的に弱くする信号処理に用いられる色調補正の処理パターンを示している。したがって、映像表示素子１Ｂの信号強度に関しては、破線Ｍｗに示す通常の処理パターンで信号処理が行われる。なお、上記処理パターンの第１切替例に用いるコンバーターレンズ４はワイドコンバーターレンズに限らず、テレコンバーターレンズやアナモルフィックコンバーターレンズの場合でも同様に適用可能である。

処理パターンの第２切替例は、映像表示素子１に表示される映像の明るさレベルがコンバーターレンズ４の装着の有無に応じて異なるように信号処理を行う、明るさ補正に関するものである。映画館では上映時の鑑賞性や安全性を考慮して、投影像の明るさが最適になるように天井や足元の照明が設定されているが、コンバーターレンズ４の装着によってスクリーン１４での投影画面サイズが変わると、スクリーン面上での明るさが変化する。その投影画面サイズの変化を図４に示す。図４(Ａ)はコンバーターレンズ４の非装着状態(図１(Ａ))における投影領域ＴＡを示しており、図４(Ｂ)はコンバーターレンズ４の装着状態(図１(Ｂ))における投影領域ＴＢを示している。

スクリーン１４は、スコープサイズ(アスペクト比＝２．３８：１)に対応したアスペクト比を有している。したがって、ビスタサイズ(アスペクト比＝１．８５：１)の映画を投影する場合には、コンバーターレンズ４を退避状態(図１(Ａ))にし、図４(Ａ)に示すようにスクリーン領域ＴＳの縦のサイズに投影領域ＴＡを合わせる。その結果、スクリーン領域ＴＳは投影領域ＴＡよりも横方向に広くなる。一方、スコープサイズの映画を投影する場合には、コンバーターレンズ４を装着状態(図１(Ｂ))にし、図４(Ｂ)に示すようにスクリーン領域ＴＳの横幅いっぱいまで投影領域ＴＢを広げる。このため、スクリーン領域ＴＳからはみ出る上下方向に関しては、映像表示素子１側で非表示にしている(Ｕ１，Ｕ２：非表示領域)。

例えば、映像表示面が２０４８画素×１０８０画素から成る映像表示素子１の場合、ビスタサイズのときには、その内の１９９８画素×１０８０画素を使用して映像を表示し、スコープサイズのときには、２０４８画素×８５８画素を使用する。このため、ワイドコンバーターレンズを使用すると、主に投影画面が大きくなったことに起因してスクリーン面での映像の明るさが低下する(なお、テレコンバーターレンズを使用すると逆に明るくなる。)。映画館内の照明は、スクリーン面での特定の明るさを想定した上で、鑑賞性・安全性を考慮した設定になっているので、コンバーターレンズ４の有無により(つまり上映する映画により)スクリーン面の明るさが変化するのは好ましくない。

投影像の明るさが変化しないようにするには、映像表示素子１に表示される映像の明るさがコンバーターレンズ４の装着の有無に応じて異なるように信号処理を行えばよい。つまり、コンバーターレンズ４の有無を検出し、コンバーターレンズ４が装着状態(挿入状態)であれば、映像表示素子１に表示される映像の明るさレベルを上げ、コンバーターレンズ４が非装着状態(退避状態)であれば、映像表示素子１に表示される映像の明るさレベルを下げればよい(なお、テレコンバーターレンズを使用する場合、これとは逆になる。)。このように、コンバーターレンズ４による明るさの変化を、映像表示素子１に表示される映像の明るさ補正で相殺すれば、投影像の明るさが変化しないように投影像の鑑賞に最適な条件を維持することができる。したがって、コンバーターレンズ４の装着の有無にかかわらず、良好な映像特性を容易かつ低コストに得ることが可能となる。

更に具体的に説明する。図１(Ａ)に示すように、コンバーターレンズ４の非装着状態(退避状態)が位置センサー７で確認されると、ハードディスク１２内の元の映像データが通常の処理パターンで信号処理される。得られた映像信号が、各色光に対応した映像表示素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂに送られて、その表示画像が投影レンズ３でスクリーン１４に投影される。図１(Ｂ)に示すように、コンバーターレンズ４の装着状態(挿入状態)が位置センサー８で確認されると、ハードディスク１２内の元の映像データが明るさ補正の処理パターンで信号処理される。得られた映像信号が、各色光に対応した映像表示素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂに送られて、その表示画像が投影レンズ３とコンバーターレンズ４でスクリーン１４に投影される。

図５に、上記信号処理による明るさ補正の具体例を示す。図５(Ａ)(Ｂ)の各グラフにおいて、横軸はオリジナルの映像データが持っている明るさ情報を表す強度であり、縦軸は映像表示素子１の動作時間(映像表示のＯＮ時間)である。したがって、３つの映像表示素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの動作時間が長いほど表示される映像は明るくなる。図５(Ａ)(Ｂ)中の破線ＮＡは、コンバーターレンズ４が非装着状態の場合の信号処理に用いられる通常の処理パターンを示しており、図５(Ａ)(Ｂ)中の実線ＮＢ１，ＮＢ２，ＮＢは、コンバーターレンズ４が装着状態の場合の信号処理に用いられる明るさ補正の処理パターンを示している。

図５(Ａ)中の太い実線ＮＢ１で示す明るさ補正の処理パターンによると、明るさ情報に対して直線的に表示映像が明るくなって上限で飽和するが、細い実線ＮＢ２で示す明るさ補正の処理パターンによると、明るさ情報に対して表示映像の明るさ度合いの変化が徐々に弱くなる。図５(Ｂ)中の実線ＮＢは、映像表示素子１に表示される映像の明るさの上限が、通常の処理パターン(破線ＮＡ)よりも高く設定されている。なお、上記処理パターンの第２切替例に用いるコンバーターレンズ４はワイドコンバーターレンズに限らず、テレコンバーターレンズやアナモルフィックコンバーターレンズの場合でも基本的には同様の考え方で適用可能である。

処理パターンの第３切替例は、映像表示素子１に表示される映像の位置がコンバーターレンズ４の装着の有無に応じて異なるように信号処理を行う、映像位置補正(つまり座標補正)に関するものである。一般に映画館では、スクリーン中央の上方から映像投影が行われる。このため、図６(Ａ)に示すように、映像表示素子１の映像表示中心１Ｃは投影レンズ光軸ＡＸからズレた状態(上下方向の軸外し状態)にある。この状態で、上下方向の倍率が変化するワイドタイプのコンバーターレンズ４を投影レンズ３に装着し、映像表示素子１の上下部分を非表示にしてスコープサイズの映像を表示すると、図６(Ｂ)に示すように、スクリーン１４での投影像の中心位置(投影画面中心)ＴＣが変化してしまう(ＳＣ：スクリーン中心)。つまり、スクリーン１４の上方から投影しているため、コンバーターレンズ４の装着によって投影像の位置が下がることになる。

投影像の位置が変化しないようにするには、映像表示素子１に表示される映像の位置がコンバーターレンズ４の装着の有無に応じて異なるように信号処理を行えばよい。つまり、コンバーターレンズ４の有無を検出し、コンバーターレンズ４が装着状態(挿入状態)であれば、映像表示素子１に表示される映像の位置を下げればよい。例えば、図７(Ａ)に示すように映像表示素子１の上下の非表示領域Ｕ１，Ｕ２の割合を変化させるとともに、映像表示素子１に表示する映像の中心位置をシフトさせればよい(Ｕ１’，Ｕ２’：スクリーン１４位置での非表示領域)。図７(Ｂ)に、そのときの映像表示素子１での投影領域ＴＢ，スクリーン領域ＴＳ及び非表示領域Ｕ１，Ｕ２の配置例を示す。

映像表示素子１がスクリーン領域ＴＳに映像を表示すると、図７(Ａ)に示すようにスクリーン中心ＳＣに映像表示素子１の映像中心が位置することになる。このように、コンバーターレンズ４による投影像位置の変化を、映像表示素子１に表示される映像の位置補正で相殺すれば、投影像の位置(つまり高さ)が変化しないようにバランスを保って、最適な投影位置に投影することができる。したがって、コンバーターレンズ４の装着の有無にかかわらず、良好な映像特性を容易かつ低コストに得ることが可能となる。

更に具体的に説明する。図１(Ａ)に示すように、コンバーターレンズ４の非装着状態(退避状態)が位置センサー７で確認されると、ハードディスク１２内の元の映像データが通常の処理パターンで信号処理される。得られた映像信号が、各色光に対応した映像表示素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂに送られて、その表示画像が投影レンズ３でスクリーン１４に投影される。このとき、映像表示素子１の映像表示面の中心に映像中心が位置する(つまり投影像の座標位置が通常の映像を表示する。)。図１(Ｂ)に示すように、コンバーターレンズ４の装着状態(挿入状態)が位置センサー８で確認されると、ハードディスク１２内の元の映像データが映像位置補正の処理パターンで信号処理される。得られた映像信号が、各色光に対応した映像表示素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂに送られて、その表示画像が投影レンズ３とコンバーターレンズ４でスクリーン１４に投影される。このとき、映像表示素子１の映像表示面の中心からズレた位置に映像中心をシフトさせる(つまり投影像の座標位置が上がる映像を表示する。)。なお、上記処理パターンの第３切替例に用いるコンバーターレンズ４はワイドコンバーターレンズに限らず、テレコンバーターレンズの場合でも同様に適用可能である。

上述した処理パターンの第１〜第３切替例のように、コンバーターレンズ４の装着の有無に応じて(つまり装着の前後で)異なった信号処理を映像信号に対して行うようにすれば、コンバーターレンズ４の装着により変化する投影像特性(投影像の色調，明るさ，投影位置等)を、コンバーターレンズ４が装着されていないときの投影像特性と同等にし、あるいは同等に近づけることができる。したがって、コンバーターレンズ４の装着の有無にかかわらず良好な映像特性を容易かつ低コストに得ることができる。

コンバーターレンズ４の装着の有無は、自動検知で行うようにしてもよく、人の判断で行うようにしてもよい。前述した映像投影装置１３の場合、コンバーターレンズ４が装着状態にあるか非装着状態にあるかを位置センサー７，８で検出する構成になっているので、コンバーターレンズ４の装着の有無は自動検知で行われることになる。位置センサー７，８を使用せずに、コンバーターレンズ４が装着状態にあるか非装着状態にあるかを人が判断するようにし、その判断でスイッチを操作して、コンバーターレンズ４の装着の有無に応じて異なった信号処理を映像処理部１１が映像信号に対して行うようにしてもよい。また、前述した映像投影装置１３の場合、コンバーターレンズ４を着脱する(つまり装着状態又は非装着状態とする)ために、駆動スイッチ９を手動で操作して着脱機構(レール５，モーター６，モーター制御部１０等)を動作させる構成になっているが、着脱機構を用いずに手作業でコンバーターレンズ４の着脱を行うようにしてもよく、映像リソースのアスペクト比に応じてコンバーターレンズの着脱を自動で(着脱機構を用いて)行う構成にしてもよい。

次に、コンバーターレンズ４の具体例を挙げて、その構成を更に詳しく説明する。図８に、コンバーターレンズ４の鏡胴構造と光学構成(光学面形状，光路等)を断面図で示す。このコンバーターレンズ４は、拡大側から順に、負パワーの第１レンズＬ１と、負パワーの第２レンズＬ２と、正パワーの第３レンズＬ３と、負パワーの第４レンズＬ４と、正パワーの第５レンズＬ５と、で構成されたワイドコンバーターレンズである。第１レンズＬ１と第２レンズＬ２は第１鏡筒２１に固定されており、第３レンズＬ３，第４レンズＬ４及び第５レンズＬ５は第２鏡筒２２に固定されている。第１鏡筒２１に固定されている第１レンズＬ１と第２レンズＬ２は、負・負のパワー配置から成る前群ＧｒＦを構成しており、第２鏡筒２２に固定されている第３レンズＬ３，第４レンズＬ４及び第５レンズＬ５は、正・負・正のパワー配置から成る後群ＧｒＲを構成している。

第１鏡筒２１と第２鏡筒２２はヘリコイドネジ２３で結合しており、第１鏡筒２１を第２鏡筒２２に対して回転させることにより、コンバータレンズ４内の間隔ｄ４を変化させうるように構成されている。つまりコンバーターレンズ４は、ヘリコイドネジ２３から成る間隔調整機構で、前群ＧｒＦと後群ＧｒＲとの間隔ｄ４が可変に構成されている。間隔ｄ４を所定の大きさに調整した後、ロックネジ２４で第１鏡筒２１と第２鏡筒２２とを固定することにより、間隔ｄ４を一定の状態に保持することができる。なお、間隔ｄ４の調整は、第１鏡筒２１を手動操作で回転させることにより行われるが、モーター等から成る駆動機構を用いて自動で行う構成にしてもよい。

コンバーターレンズ４の具体例(図８)について、その光学的なコンストラクションデータを以下に挙げる。このコンストラクションデータにおいて、ri(i=1,2,3,...)は拡大側(スクリーン１４側)から数えてi番目の面の曲率半径(ｍｍ)、di(i=1,2,3,...)は拡大側から数えてi番目の軸上面間隔(ｍｍ)を示しており、Ni(i=1,2,...),νi(i=1,2,...)は拡大側から数えてｉ番目のレンズＬｉのｄ線に対する屈折率(Ｎd),アッベ数(νd)を示している。また、γは角倍率であり、このコンストラクションデータで表されるコンバーターレンズ４の具体例は、完全にアフォーカルな光学系になっている。

《コンバーターレンズ４の具体例》
γ= 0.78904
[曲率半径] [軸上面間隔] [屈折率] [アッベ数]
r1= 242.1202
d1= 8.88889 N1=1.51872 ν1=64.20(Ｌ１)
r2= 107.6192
d2=34.1304
r3= -685.1896
d3= 9.5 N2=1.74690 ν2=49.22(Ｌ２)
r4= 685.1896
d4= 3.17144
r5= 170.5914
d5=30.3188 N3=1.58481 ν3=40.89(Ｌ３)
r6= -256.0511
d6=20.3416
r7= -130.5650
d7=10 N4=1.74794 ν4=44.90(Ｌ４)
r8= 437.1546
d8= 3
r9= 402.5814
d9=31.674 N5=1.51872 ν5=64.20(Ｌ５)
r10=-122.4312

上記コンバーターレンズ４の具体例は、０．７９倍のワイドコンバーターレンズであり、図１に示すように、３板式のデジタルシネマ用プロジェクターの前に装着した状態で使用される。プロジェクター用のフロントコンバーターレンズは、他のコンバーター方式に比べて、投影レンズを移動させる等の必要がなく、投影レンズに対する保持位置精度がラフであっても少ない性能劣化でコンバーター機能が働く、というメリットがある。また、コンバーターレンズの装着箇所が投影レンズの前、つまりプロジェクションシステムの外であるため、通常のプロジェクションシステムに後付けで投影レンズの前に出し入れする簡易的な着脱機構により構成可能である。したがって、コンバーターレンズを投影レンズの前に着脱可能に有する構成により、簡単な構成でありながら高い性能を保持しつつ投影倍率の変換を容易に行うことができる。

前述した映像投影装置１３において、映像表示素子１の映像表示面が２０４８×１０８０ピクセルの正方画素から成るものとすると、映像リソースが１．８５：１のビスタサイズでは１９９８×１０８０ピクセルのサイズで表示が行われ(図４(Ａ))、映像リソースが２．３８：１のスコープサイズでは２０４８×８５８ピクセルのサイズで表示が行われる(図４(Ｂ))。つまり、映像リソースのアスペクト比に応じて、コンバーターレンズ４の着脱が行われるとともに映像表示素子１に表示する映像領域が変更になる。映像リソースがスコープサイズの場合には、コンバーターレンズ４の装着により、ビスタサイズの場合と同じ高さで横幅の広い投影像が得られる。例えば、映画の上映等で縦横比が異なる映像リソースを上映する場合、１．８５：１フォーマットから２．３８：１フォーマットへ切り替えると、コンバーターレンズ４の装着により画角がワイド化されるため、投影像を上下カットで小さな像にするのでなく、投影サイズのより大きく迫力のある投影像を得ることが可能となる。

通常、スクリーンへの投影距離は投影場所(映画館等)によって異なり、コンバーターレンズは基本的にアフォーカルな光学系である。このため、ピントを合わせた状態の投影レンズにコンバーターレンズを装着すると、ピント位置はスクリーンからズレてしまう。例えば、コンバーターレンズの非装着状態で投影距離：５０ｍのスクリーンにピントが合っているとき、コンバーターレンズを投影レンズに装着すると、｜ＯＤ｜×γ²＝５０ｍ×０．７９²＝３１ｍの位置にピントが合ってしまう(ＯＤ：投影距離，γ：角倍率)。このため、投影レンズのフォーカス機構(例えば、フロントフォーカス機構，インターナルフォーカス機構，全体繰出し機構等)で、５０ｍ先のスクリーンに再度ピントを合わせなければならない。しかし、コンバーターレンズの着脱のたびに投影レンズのフォーカス機構でピントを調整するのでは、切り替え作業が煩雑になってしまう。特に、デジタルシネマ用プロジェクターの投影レンズは非常に大型であるためピント合わせに手間がかかり、したがって、映像リソースの切り替えが頻繁な場合にそのような作業を行うのは煩わしい。

映像投影装置１３では、ヘリコイドネジ２３から成る間隔調整機構で、前群ＧｒＦと後群ＧｒＲとの間隔ｄ４が可変に構成されている。つまり、ヘリコイドネジ２３から成る間隔調整機構で間隔ｄ４を所定の大きさに調整することができ、調整後の間隔ｄ４をロックネジ２４で一定の状態に保持することができる。このため、コンバーターレンズ４を投影レンズ３に装着してもピント位置がズレないように、コンバーターレンズ４の装着前に、間隔ｄ４をスクリーン１４への投影距離ＯＤに応じた設定に調整しておくことができる。スクリーン１４への投影距離ＯＤが決まれば間隔ｄ４も決まるので、投影距離ＯＤに合わせて間隔ｄ４を事前に設定しておく(つまり完全にアフォーカルな状態から所定のパワー状態にまで崩しておく)と、コンバーターレンズ４を装着してもピント位置にズレは生じない。また、投影レンズ３の光学要素を移動させる必要もない。したがって、煩雑な作業や構造の複雑化無しに、コンバーターレンズ４の着脱に伴うピント位置のズレが生じないようにすることができる。例えば、映像投影装置１３及びスクリーン１４が固定された投影システムにおいて、コンバーターレンズ４の着脱作業を頻繁に行っても、ピントを合わせ直す煩わしさはない。

上記のように前群ＧｒＦと後群ＧｒＲとの間隔ｄ４を所定の大きさに調整するために、ヘリコイドネジ２３から成る間隔調整機構で第１鏡筒２１を回転させても、コンバーターレンズ４は軸対称な光学系であるため光学性能が劣化することはない。例えば、アナモルフィックコンバーターレンズのように非軸対称な光学系の場合、コンバーターレンズ内の間隔を変化させようとすれば、直線駆動のための間隔調整機構が必要となり、構造の複雑化を招いてしまう。上述したコンバーターレンズ４の間隔調整機構によれば、構造の複雑化無しに、コンバーターレンズ４の着脱に伴うピント位置のズレを防止することができる。

図９に、焦点距離ＦＬ＝６０ｍｍの投影レンズ３を理想レンズとして、その投影レンズ３にコンバーターレンズ４(図８)を装着したときの光学構成を示す。コンバーターレンズ４と投影レンズ３との間隔ＣＰ＝１４０ｍｍ、最大像高Ｙ’＝１７ｍｍである。図９(Ａ)は、投影距離ＯＤ＝−５００００ｍｍのとき、それに応じて間隔ｄ４＝２．６８５１７に設定された状態を示しており、図９(Ｂ)は、投影距離ＯＤ＝−８０００ｍｍのとき、それに応じて間隔ｄ４＝０．１８１５２７に設定された状態を示している(ＯＤ：投影距離、つまり最も拡大側の面からスクリーン面までの距離)。スクリーン１４側から順に、負・負のパワー配置から成る前群ＧｒＦと、正・負・正のパワー配置から成る後群ＧｒＲと、でワイドタイプのコンバーターレンズ４とし、前群ＧｒＦと後群ＧｒＲとの間隔ｄ４の変化により、少ない移動量でコンバーターレンズ４の着脱に伴うピント位置のズレが生じないようにすることができる。

図１０は図９(Ａ)に示す状態での収差図であり、図１１は図９(Ｂ)に示す状態での収差図である。図１０，図１１中、(Ａ)は球面収差(Spherical Aberration(ｍｍ)，Ｈ：入射高さ(ｍｍ))、(Ｂ)は非点収差(Astigmation Aberration(ｍｍ)，Ｙ’：最大像高(ｍｍ))、(Ｃ)は歪曲収差(Distortion(％)，Ｙ’：最大像高(ｍｍ))、(Ｄ)は倍率色収差(Lateral Chromatic Aberration(ｍｍ)，Ｙ’：最大像高(ｍｍ))を示しており、ＳＡ−ｅ，ｇ，Ｃはｅ線，ｇ線，Ｃ線に対する各球面収差、ｍｅｒ−ｅ，ｇ，Ｃはｅ線，ｇ線，Ｃ線での各メリディオナル像面、ｓａｇ−ｅ，ｇ，Ｃはｅ線，ｇ線，Ｃ線での各サジタル像面を示している。また図１０(Ｄ)，図１１(Ｄ)では、ｇ線，Ｃ線の各倍率色収差を示す。図１０，図１１から分かるように、ＯＤ＝−５００００ｍｍ，−８０００ｍｍのいずれの投影距離に対応した場合でも、良好な収差性能を得ることができる。

通常、プロジェクターの設置場所(例えば映画館)が異なれば、スクリーンまでの距離とスクリーンサイズとの関係も異なる。このため、いろいろな焦点距離の投影レンズを用意しておき、必要に応じて搭載されるレンズを選択する必要がある。前述した映像投影装置１３では、複数種類の投影レンズ３のうちの１つを交換可能に搭載して、固定位置のスクリーン１４に映像を投影する構成になっている。しかし、複数種類の投影レンズ３のうちの１つを交換可能に搭載するように構成すると、コンバーターレンズ４と投影レンズ３とのマッチングによっては収差性能が劣化してしまう。

映像投影装置１３ではコンバータレンズ４内の間隔ｄ６を変化させることにより、収差性能の劣化が生じないようにすることができる。前述したヘリコイドネジ２３から成る間隔調整機構と同様の間隔調整機構を用いて間隔ｄ６を可変に構成すれば、その間隔ｄ４を所定の大きさに調整することができ、調整後の間隔ｄ６をロックネジ２４で一定の状態に保持することができる。このため、コンバーターレンズ４を投影レンズ３に装着しても投影レンズ３の交換に伴う収差劣化が生じないように、コンバーターレンズ４の装着前に、間隔ｄ６を投影レンズ３の種類に応じた設定に調整しておくことができる。搭載される投影レンズ３の種類が決まれば間隔ｄ６も決まるので、投影レンズ３の種類に合わせて間隔ｄ６を事前に設定しておく(つまり完全にアフォーカルな状態から所定のパワー状態にまで崩しておく)と、コンバーターレンズ４を装着しても投影レンズの交換に伴う収差劣化は生じない。また、投影レンズ３の光学要素を移動させる必要もない。したがって、煩雑な作業や構造の複雑化無しに、投影レンズの交換に伴う収差劣化が生じないようにすることができる。例えば、映像投影装置１３及びスクリーン１４が固定された投影システムにおいて、コンバーターレンズ４の着脱作業や投影レンズ３の交換を頻繁に行っても、良好な光学性能を保つことができる。

例えば、ヘリコイドネジ２３から成る間隔調整機構で第１鏡筒２１を回転させることにより、間隔ｄ６を所定の大きさに調整する構成にしても、コンバーターレンズ４は軸対称な光学系であるため光学性能が劣化することはない。例えば、アナモルフィックコンバーターレンズのように非軸対称な光学系の場合、コンバーターレンズ内の間隔を変化させようとすれば、直線駆動のための間隔調整機構が必要となり、構造の複雑化を招いてしまう。上述したコンバーターレンズ４の間隔調整機構によれば、構造の複雑化無しに、投影レンズの交換に伴う収差劣化を防止することができる。

図１２に、焦点距離ＦＬ＝４０ｍｍの投影レンズ３を理想レンズとして、その投影レンズ３にコンバーターレンズ４(図８)を装着したときの光学構成を示す。投影距離ＯＤ＝−５００００ｍｍ、ｄ４＝３．１７１４４ｍｍ、コンバーターレンズ４と投影レンズ３との間隔ＣＰ＝７０ｍｍ、最大像高Ｙ’＝１７ｍｍである。図１２(Ａ)は、収差補正前の間隔ｄ６＝２０．３４１６に設定された状態を示しており、図１２(Ｂ)は、収差補正後の間隔ｄ６＝１８．２に設定された状態を示している。

図１３は図１２(Ａ)に示す状態での収差図であり、図１４は図１２(Ｂ)に示す状態での収差図である。図１３，図１４中、(Ａ)は球面収差(Spherical Aberration(ｍｍ)，Ｈ：入射高さ(ｍｍ))、(Ｂ)は非点収差(Astigmation Aberration(ｍｍ)，Ｙ’：最大像高(ｍｍ))、(Ｃ)は歪曲収差(Distortion(％)，Ｙ’：最大像高(ｍｍ))、(Ｄ)は倍率色収差(Lateral Chromatic Aberration(ｍｍ)，Ｙ’：最大像高(ｍｍ))を示しており、ＳＡ−ｅ，ｇ，Ｃはｅ線，ｇ線，Ｃ線に対する各球面収差、ｍｅｒ−ｅ，ｇ，Ｃはｅ線，ｇ線，Ｃ線での各メリディオナル像面、ｓａｇ−ｅ，ｇ，Ｃはｅ線，ｇ線，Ｃ線での各サジタル像面を示している。また図１３(Ｄ)，図１４(Ｄ)では、ｇ線，Ｃ線の各倍率色収差を示す。

ＦＬ＝６０ｍｍの投影レンズ３(間隔ＣＰ＝１４０ｍｍ)に装着した場合には良好な光学性能が得られるコンバーターレンズ４であっても、ＦＬ＝４０ｍｍの投影レンズ３(間隔ＣＰ＝７０ｍｍ)に装着した場合には、図１３から分かるように像面湾曲が非常に大きくなる。図１２(Ｂ)に示すように、間隔ｄ６＝１８．２の設定状態に調整することによって、図１４に示すように像面湾曲が良好に収差補正された像を得ることができる。

上述したように、スクリーン１４への投影距離、搭載される投影レンズ３の種類のうちの少なくとも一方に応じた設定に、コンバータレンズ４内の所定の間隔を間隔調整機構で変化させる構成にすれば、その間隔調整をコンバーターレンズ４の装着前に行うことができ、投影レンズ３の光学要素を移動させる必要もない。したがって、煩雑な作業や構造の複雑化無しに、コンバーターレンズ４の着脱に伴うピント位置のズレ又は投影レンズ３の交換に伴う収差劣化が生じないようにすることができる。なお、上記間隔調整機構によりコンバータレンズ４内の所定の間隔を変化させる構成は、ワイドコンバーターレンズに限らず、テレコンバーターレンズの場合でも同様に適用可能である。

上記間隔調整後、前述した処理パターンの第１〜第３切替例のように、コンバーターレンズ４の装着の有無に応じて(つまり装着の前後で)異なった信号処理を映像信号に対して行うようにすれば、コンバーターレンズ４の装着により変化する投影像特性(投影像の色調，明るさ，投影位置等)を、コンバーターレンズ４が装着されていないときの投影像特性と同等にし、あるいは同等に近づけることができる。したがって、コンバーターレンズ４の着脱に伴うピント位置のズレ又は投影レンズ３の交換に伴う収差劣化が生じず、しかもコンバーターレンズ４の装着の有無にかかわらず良好な映像特性を容易かつ低コストに得ることができる。

映像投影装置の一実施の形態をコンバーターレンズの装着前後の状態で示す概略構成図。 コンバーターレンズの装着前後の投影光学系の透過率特性を示すグラフ。 信号処理による色調補正の具体例を示すグラフ。 コンバーターレンズの装着前後の投影領域の変化を示す図。 信号処理による明るさ補正の具体例を示すグラフ。 コンバーターレンズの装着前後の投影位置の変化を横方向から示す光学構成図。 コンバーターレンズの装着状態での映像位置補正を説明するための図。 コンバーターレンズの一具体例を示す断面図。 図８のコンバーターレンズを焦点距離６０ｍｍの投影レンズに装着したときの光学構成を投影距離−５００００ｍｍ，−８０００ｍｍについて示す光路図。 図９(Ａ)に示す状態での収差図。 図９(Ｂ)に示す状態での収差図。 図８のコンバーターレンズを焦点距離４０ｍｍの投影レンズに装着したときの光学構成(投影距離−５００００ｍｍ)を収差補正前後について示す光路図。 図１２(Ａ)に示す状態での収差図。 図１２(Ｂ)に示す状態での収差図。

符号の説明

１ 映像表示素子
１Ｒ Ｒ(赤色)用の映像表示素子
１Ｇ Ｇ(緑色)用の映像表示素子
１Ｂ Ｂ(青色)用の映像表示素子
２ ダイクロイックプリズム
３ 投影レンズ
４ コンバーターレンズ
５ レール
６ モーター
７ 位置センサー
８ 位置センサー
９ 駆動スイッチ
１０ モーター制御部
１１ 映像処理部
１２ ハードディスク
１３ 映像投影装置
１４ スクリーン
２１ 第１鏡筒
２２ 第２鏡筒
２３ ヘリコイドネジ(間隔調整機構)
２４ ロックネジ
ＧｒＦ 前群
ＧｒＲ 後群
Ｌ１〜Ｌ５ 第１〜第５レンズ

Claims (4)

1. 電気的な映像信号により映像を表示する映像表示素子と、その映像表示素子に表示された映像をスクリーンに投影する投影レンズと、その投影レンズに対して着脱可能に設けられたコンバーターレンズと、そのコンバーターレンズの装着の有無に応じて異なった信号処理を前記映像信号に対して行う映像処理部と、を有し、
   前記映像処理部は、前記映像表示素子に表示される映像の位置が前記コンバーターレンズの装着の有無に応じて異なるように、前記信号処理を行うことを特徴とする映像投影装置。
2. 電気的な映像信号により映像を表示する映像表示素子と、その映像表示素子に表示された映像をスクリーンに投影する投影レンズと、その投影レンズに対して着脱可能に設けられたコンバーターレンズと、そのコンバーターレンズの装着の有無に応じて異なった信号処理を前記映像信号に対して行う映像処理部と、を有し、
   前記映像表示素子は複数の画素を備え、
   前記映像処理部は、前記映像表示素子に表示される画素の数が前記コンバーターレンズの装着の有無に応じて異なるように、前記信号処理を行うことを特徴とする映像投影装置。
3. 電気的な映像信号により映像表示素子に表示した映像を、コンバーターレンズが着脱可能に設けられた投影レンズでスクリーンに投影する映像投影方法であって、
   前記投影レンズに対して前記コンバーターレンズを装着したとき、その装着の前とは異なった信号処理を前記映像信号に対して行い、前記映像表示素子に表示される映像の位置が前記コンバーターレンズの装着の前後で異なるように、前記信号処理を行うことを特徴とする映像投影方法。
4. 電気的な映像信号により映像表示素子に表示した映像を、コンバーターレンズが着脱可能に設けられた投影レンズでスクリーンに投影する映像投影方法であって、
   前記映像表示素子は複数の画素を備え、
   前記投影レンズに対して前記コンバーターレンズを装着したとき、その装着の前とは異なった信号処理を前記映像信号に対して行い、前記映像表示素子に表示される画素の数が前記コンバーターレンズの装着の前後で異なるように、前記信号処理を行うことを特徴とする映像投影方法。

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