JP2003131322A

JP2003131322A - 照明装置および投射型表示装置とその駆動方法

Info

Publication number: JP2003131322A
Application number: JP2001326518A
Authority: JP
Inventors: Hidefumi Sakata; 秀文坂田; Hideto Iizaka; 英仁飯坂
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-10-24
Filing date: 2001-10-24
Publication date: 2003-05-09

Abstract

(57)【要約】【課題】映像表現力や使用環境への順応性の面で優れ
た効果を発揮することのできる投射型表示装置を提供す
る。【解決手段】本発明の投射型表示装置３０は、光源２
と、光源２から出射される光の照度分布を均一化する２
枚のフライアイレンズ３，４と、フライアイレンズ３，
４から出射される光を変調する液晶ライトバルブ２２，
２３，２４と、液晶ライトバルブにより変調された光を
投射する投射レンズ２６とを有している。そして、２枚
のフライアイレンズ３，４の間に場所によって透過率を
変化させ得る調光素子５を備え、例えば映像信号等の外
部からの情報に基づいて調光素子５を制御することによ
って光量がスクリーン２７上の領域によって調節可能と
なっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投射型表示装置に
関し、特に映像表現力に優れ、使用環境や使用者の好み
に合った明るさの映像が得られる投射型表示装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報機器の発達はめざましく、解
像度が高く、低消費電力でかつ薄型の表示装置の要求が
高まり、研究開発が進められている。中でも液晶表示装
置は液晶分子の配列を電気的に制御して、光学的特性を
変化させることができ、上記のニーズに対応できる表示
装置として期待されている。このような液晶表示装置の
一形態として、液晶ライトバルブを用いた光学系から出
射される映像を投射レンズを通してスクリーンに拡大投
射する投射型液晶表示装置（液晶プロジェクタ）が知ら
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】投射型液晶表示装置は
光変調手段として液晶ライトバルブを用いたものである
が、投射型表示装置には、液晶ライトバルブの他、デジ
タルミラーデバイス（Digital Mirror Device,以下、Ｄ
ＭＤと略記する）を光変調手段としたものも実用化され
ている。ところが、この種の従来の投射型表示装置は以
下のような問題点を有している。

【０００４】光学系を構成する様々な光学要素で生じる
光漏れや迷光のため、充分なコントラストが得られな
い。そのため、表示できる階調範囲（ダイナミックレン
ジ）が狭く、陰極線管（Cathode Ray Tube, ＣＲＴ）を
用いた既存のテレビ受像機に比較すると、映像の表現力
や迫力の点で劣ってしまう。また、各種の映像信号処理
により映像の品質向上を図ろうとしても、ダイナミック
レンジが固定されているために充分な効果を発揮するこ
とができない。

【０００５】このような投射型表示装置の問題点に対す
る解決策、つまり映像の表現力や迫力を向上させる方法
としては、映像信号に応じて光変調手段（ライトバル
ブ）に入射させる光の量を変化させることが考えられ
る。それを実現するのに最も簡便な方法は、ランプの光
出力強度を変化させることである。投射型液晶表示装置
において、メタルハライドランプの出力光の制御を行う
方法が、特開平３−１７９８８６号公報に開示されてい
る。

【０００６】しかしながら、投射型液晶表示装置に用い
るランプとしては高圧水銀ランプが現在主流となってお
り、高圧水銀ランプで光出力強度を制御するのは極めて
困難な状況である。したがって、ランプの光出力強度自
体は変化させなくても、光変調手段への入射光量を映像
信号に応じて変化させることができ、映像の表現力や迫
力を向上させ得る方法が求められている。さらに上記の
問題点に加えて、現行の投射型表示装置では光源の明る
さが一様に固定されているため、例えば映像を鑑賞する
部屋の中で場所によって明るさが異なるような場合にそ
れに対応することができない。

【０００７】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであって、ランプの光出力強度を変化させる
ことなく光変調手段への入射光量を変化させることがで
き、映像表現力や使用環境への順応性の面で優れた効果
を発揮することのできる投射型表示装置を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の照明装置は、投射型表示装置の光変調手
段を照明するために用いられる照明装置であって、光源
と、光源から出射される光の照度分布を均一化する２枚
のフライアイレンズを有する均一照明手段と、これら２
枚のフライアイレンズの入射側もしくは出射側、または
２枚のフライアイレンズの間に設置され、場所によって
透過率を変化させ得る調光手段とを備え、外部からの情
報に基づいて前記調光手段を制御することによって前記
均一照明手段から出射される光の照度分布を調節可能と
したことを特徴とする。

【０００９】なお、上記の「外部からの情報」には、例
えば、光変調手段に供給される映像信号に基づく情報、
使用環境下における明るさの状況に基づく情報、使用者
の好みに基づく情報などが挙げられる。また、上記の
「場所によって…」とは、「投射型表示装置内の各位置
における光軸方向から光束の断面を見たときの断面上の
場所によって」という意味である。

【００１０】通常、投射型表示装置には、被照明領域に
おける照度ムラの発生を防止する目的で、照明手段から
出射される光の照度分布を均一化するための均一照明手
段が備えられることが多い。均一照明手段にはロッド状
導光体（ロッドレンズとも呼ばれる）を用いたもの、も
しくは２枚のフライアイレンズを組み合わせたものなど
が知られているが、本発明は均一照明手段として２枚の
フライアイレンズを用いたものを対象としている。本発
明者らは、この種の均一照明手段を備えた投射型表示装
置において２枚のフライアイレンズの前後で光を局所的
に遮断した場合、被照明領域において照度分布が生じ、
フライアイレンズの入射端面または出射端面の中のどの
領域を遮光するかによって被照明領域上の照度分布を変
えることができることを見い出し、この点に着目して本
発明の構成に至った。

【００１１】すなわち、本発明の照明装置においては、
２枚のフライアイレンズの入射側もしくは出射側、また
は２枚のフライアイレンズの間に場所によって透過率を
変化させ得る調光手段が備えられ、この調光手段が外部
からの情報に基づいて制御される構成となっているた
め、均一照明手段から出射される光の照度分布が調節で
きるようになっている。この作用により、この照明装置
を投射型表示装置に用いたときに、例えば外部からの情
報が映像信号に基づく情報であれば、１つの画面の中の
明るい個所では光量がより多くなるように、暗い個所で
は光量がより少なくなるように場所による光量を調節す
ることができる。このようにして、光源の光出力強度が
一定のままでも被照明領域において照度分布を有する光
を得ることができる。

【００１２】本発明の投射型表示装置は、照明手段と、
該照明手段から出射される光を変調する光変調手段と、
該光変調手段により変調された光を投射する投射手段と
を有する投射型表示装置であって、前記照明手段とし
て、上記本発明の照明装置を備えたことを特徴とする。

【００１３】本発明の投射型表示装置は、本発明の照明
装置を備えたことによって光変調手段に対して所望の照
度分布を有する光を照射することができるので、例えば
映像信号に基づく情報によって調光手段を制御すれば、
映像画面の明るい個所は照明光も明るく、暗い個所は照
明光も暗くするように調整することでダイナミックレン
ジやコントラストを増すことができ、映像の迫力や表現
力を向上することができる。また、映像の迫力や表現力
を向上できるばかりでなく、使用環境における明るさの
状況や使用者の好みに応じて映像の明るさを画面上の場
所によって変化させることができる。

【００１４】前記光変調手段は、液晶ライトバルブで構
成することができる。この構成によれば、映像表現力に
優れるとともに、映像の場所毎の明るさに対して使用環
境や使用者の好みへの順応性の高い投射型液晶表示装置
を実現することができる。

【００１５】前記調光手段は、透過率が個々に制御可能
とされた複数のセグメントを有する液晶素子で構成する
ことができる。この構成によれば、液晶素子の複数のセ
グメントを有する液晶素子を個別に階調制御することに
よって、場所によって透過率を段階的に変化させ得る調
光素子を容易に実現することができる。

【００１６】本発明の投射型表示装置の駆動方法は、上
記本発明の投射型表示装置の駆動方法であって、前記光
変調手段における照度分布のパターンと前記調光手段に
おけるセグメント毎の透過率の制御パターンとを予め対
応付けておき、この対応に基づいて所望の前記照度分布
のパターンが得られるように前記透過率の制御パターン
を決定することを特徴とする。

【００１７】ロッドレンズからなる均一照明手段を用い
た場合、ロッドレンズの出射側と被照明領域とが光学的
に共役な関係にあるため、本発明と同様の目的を達成す
るためには、被照明領域上で欲しい照度分布をそのまま
ロッドレンズの出射側で作ってやればよい。すなわち、
被照明領域上で明るくしたい個所に相当するロッドレン
ズの出射部分の透過率を上げ、被照明領域上で暗くした
い個所に相当するロッドレンズの出射部分の透過率を下
げてやればよいことになる。これに対して、２枚のフラ
イアイレンズからなる均一照明手段を用いた場合、フラ
イアイレンズと被照明領域は光学的に共役な関係にない
ため、被照明領域上で明るくしたい個所に相当するレン
ズの部分の透過率を上げ、暗くしたい個所に相当するレ
ンズの部分の透過率を下げるような操作をしたところ
で、被照明領域上で所望の照度分布は得られない。

【００１８】したがって、調光手段におけるセグメント
毎の透過率の制御パターンと光変調手段における照度分
布のパターンとの対応関係、すなわち、調光手段におい
てどのセグメントをどれ位の透過率とするかによって光
変調手段における照度分布がどのようになるかという対
応関係を種々のケースについて予め把握しておけばよ
い。これにより、光変調手段上で欲しい照度分布のパタ
ーンを得るためには、調光手段におけるセグメント毎の
透過率の制御パターンをどのようにすればよいかを決定
することができる。このような手法に基づいて投射型表
示装置を駆動することにより、所望の明るさ分布を持っ
た映像を得ることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
１〜図８を参照して説明する。本実施の形態の投射型表
示装置は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の異なる色光
毎に透過型液晶ライトバルブを備えた３板式の投射型カ
ラー液晶表示装置である。図１はこの投射型液晶表示装
置を示す概略構成図であって、図中、符号１は照明装
置、２は光源、３，４はフライアイレンズ（均一照明手
段）、５は調光素子（調光手段）、１３，１４はダイク
ロイックミラー、１５，１６，１７は反射ミラー、２
２，２３，２４は液晶ライトバルブ（光変調手段）、２
５はクロスダイクロイックプリズム、２６は投射レンズ
（投射手段）を示している。

【００２０】本実施の形態における照明装置１は、光源
２とフライアイレンズ３，４と調光素子５と偏光変換素
子６とから構成されている。光源２は高圧水銀ランプ等
のランプ７とランプ７の光を反射するリフレクタ８とか
ら構成されている。また、均一照明手段として、光源２
側から第１のフライアイレンズ３、第２のフライアイレ
ンズ４が順次設置されている。本実施の形態の場合、光
源２から出射された光の光量をエリア毎に調節する調光
手段として、第１のフライアイレンズ３と第２のフライ
アイレンズ４との間に調光素子５が設置されている。ま
た、第２のフライアイレンズ４の後段に偏光変換素子６
が設置されている。偏光変換素子６は、光源２から出射
された不定偏光状態の光を振動方向が一方向に揃った偏
光に変換するためのものであり、例えばＰＢＳ（Polari
zed Beam Splitter）アレイと１／２波長板などから構
成されている。

【００２１】調光素子５の位置は、第１のフライアイレ
ンズ３と第２のフライアイレンズ４との間に限らず、光
源２と第１のフライアイレンズ３との間、もしくは第２
のフライアイレンズ４と偏光変換素子６との間に配置し
てもよい。ただし、第２のフライアイレンズ４と偏光変
換素子６との間に配置する場合、できるだけ第２のフラ
イアイレンズ４に近い側に配置することが望ましい。第
２のフライアイレンズ４から遠い位置に配置すると、光
が拡散してしまうので、フライアイレンズの各セグメン
ト毎に調光するのが難しくなるのと、セグメントの境界
で光量の損失が生じるからである。

【００２２】照明装置１の後段の構成を以下、各構成要
素の作用とともに説明する。青色光・緑色光反射のダイ
クロイックミラー１３は、光源２からの光束のうちの赤
色光Ｌ_Rを透過させるとともに、青色光Ｌ_Bと緑色光Ｌ_G
とを反射させるものである。ダイクロイックミラー１３
を透過した赤色光Ｌ_Rは反射ミラー１７で反射されて赤
色光用液晶ライトバルブ２２に入射される。一方、ダイ
クロイックミラー１３で反射した色光のうち、緑色光Ｌ
_Gは緑色光反射用のダイクロイックミラー１４によって
反射され、緑色光用液晶ライトバルブ２３に入射され
る。一方、青色光Ｌ_Bはダイクロイックミラー１４も透
過し、リレーレンズ１８、反射ミラー１５、リレーレン
ズ１９、反射ミラー１６、リレーレンズ２０からなるリ
レー系２１を経て青色光用液晶ライトバルブ２４に入射
される。

【００２３】各液晶ライトバルブ２２，２３，２４によ
って変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプ
リズム２５に入射される。このプリズムは４つの直角プ
リズムが貼り合わされ、その内面に赤色光を反射する誘
電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状
に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つ
の色光が合成されてカラー画像を表す光が形成される。
合成された光は投射光学系である投射レンズ２６により
スクリーン２７上に投射され、拡大された画像が表示さ
れる。

【００２４】調光素子５は、例えば透過率が個々に制御
可能とされた複数のセグメントを有するセグメント型液
晶素子で構成することができる。具体的には、内面に透
明電極が形成された２枚のガラス基板間にＴＮ型液晶が
挟持され、外面に偏光板が配置されたものであり、一方
の基板上にマトリクス状に配置されたセグメント電極が
設けられ、他方の基板上に全面にわたって共通電極が設
けられている。この調光用液晶素子は、液晶表示素子で
言えばノーマリーホワイトモードで動作するものであ
り、電圧無印加状態で白（明）状態、電圧印加状態で黒
（暗）状態となり、その間が階調表示されることによ
り、図７に示すように、例えば４８分割（縦が６列、横
が８行）された各セグメント４０毎に透過率が階調制御
される。

【００２５】調光素子５のセグメント４０の数や配置
は、第１、第２のフライアイレンズ３，４を構成する各
レンズの数や配置と一致させてもよいし、例えば第１、
第２のフライアイレンズ３，４のレンズ４個（縦横２×
２）に対して１個のセグメントを対応させるようにして
もよい。また、調光素子５の階調数は、大雑把な明るさ
の分布を決めるためのものであるから、液晶ライトバル
ブ２２，２３，２４の階調数よりも低くてかまわない。
例えば、液晶ライトバルブ２２，２３，２４が２５６階
調であれば、調光素子５は１０階調程度でもよい。極端
な例では調光素子５は２階調でもよく、透過率０％（１
００％遮光した状態）以外の値であれば、例えば５〜１
００％の間の２種類の透過率を採用すればよい。

【００２６】本発明者らは、調光素子を用いてフライア
イレンズのどの領域の透過率を変化させるか（換言する
と、調光素子のどのセグメントの透過率を変化させる
か）のパターンを変えることにより、液晶ライトバルブ
上での照度分布を実際に変化させることができるか否か
を検証するシミュレーションを行った。以下、その結果
について説明する。

【００２７】図８（ａ）〜（ｄ）は液晶ライトバルブ上
での照度分布の様子を示しており、図において、外側の
四角形の輪郭が液晶ライトバルブ５０の輪郭、白っぽく
見える部分が明るい個所、黒っぽく見える部分が暗い個
所を示している。図８（ａ）〜（ｄ）は透過率の制御パ
ターンがそれぞれ異なるものであり、図８（ａ）は図７
の左上のセグメント（図７中の「１」と示したセグメン
ト）のみを光が透過した場合の照度分布のパターン、図
８（ｂ）は図７の最上行の左から３個目のセグメント
（図７中の「２」と示したセグメント）のみを光が透過
した場合の照度分布のパターン、図８（ｃ）は図７の上
から３行目の左端のセグメント（図７中の「３」と示し
たセグメント）のみを光が透過した場合の照度分布のパ
ターン、図８（ｄ）は図７の上から３行目の左から３個
目のセグメント（図７中の「４」と示したセグメント）
のみを光が透過した場合の照度分布のパターン、をそれ
ぞれ示している。なお、図７はフライアイレンズを入射
側から見た状態、図８は液晶ライトバルブを入射側から
見た状態を示している。

【００２８】図８（ａ）〜（ｄ）のシミュレーション結
果から明らかなように、調光素子のどのセグメントで光
を透過させるかというパターンを変えることによって、
液晶ライトバルブ上での照度分布を変化させることがで
きることが確かに実証された。これは種々のパターンの
中のほんの一例であるが、他の個所は図７の「１」、
「２」、「３」、「４」の位置と対称的に考えることが
できる。また、図８（ａ）〜（ｄ）は１個のセグメント
のみを光が透過した場合を想定しているが、複数のセグ
メントの透過率パターンを種々組み合わせることによっ
て図８（ａ）〜（ｄ）以外の様々な照度分布パターンを
得ることができる。

【００２９】このことから、調光素子においてどのセグ
メントをどれ位の透過率とするかによって液晶ライトバ
ルブ上における照度分布がどのようになるかという対応
関係を様々なパターンについて予め把握しておき、投射
型表示装置の駆動回路における任意の記憶手段に記憶さ
せておけば、液晶ライトバルブ上で所望の照度分布のパ
ターンを得るためには、調光素子におけるセグメント毎
の透過率の制御パターンをどのようにすればよいかを決
定することができる。

【００３０】以下、調光素子の制御方法について図２〜
図６を用いて説明する。図２は本実施の形態の投射型表
示装置３０の駆動回路の構成を示すブロック図である。
調光機能を持たない従来の投射型液晶表示装置の場合、
入力された映像信号は適当な補正処理を経て、そのまま
液晶パネルドライバに供給されるが、調光機能を有し、
かつそれを映像信号に基づいて制御する本実施の形態の
場合、基本的な構成として、以下に説明するようにデジ
タル信号処理ブロックであるＤＳＰ（１）、ＤＳＰ
（２）などの回路が必要となる。

【００３１】本実施の形態では、図２に示すように、ア
ナログ信号として入力された映像信号がＡＤコンバータ
３１を経て第１のデジタル信号処理回路であるＤＳＰ
（１）３２に入力される。ＤＳＰ（１）３２では、映像
信号から明るさ制御信号が決定される。ＤＳＰ（２）３
３では、明るさ制御信号に基づいて調光素子ドライバ３
４を制御し、最終的には調光素子ドライバ３４が調光素
子５を実際に駆動する。一方、映像信号はＤＡコンバー
タ３７により再びアナログ信号に変換された後、パネル
ドライバ３８に入力され、パネルドライバ３８から液晶
ライトバルブ２２，２３，２４に供給される。

【００３２】調光素子５の制御方法に関しては、表示映
像に適応して制御する方法と使用環境や使用者の好みに
対応して制御する方法が考えられる。以下にそれぞれの
方法について説明する。

【００３３】［１］表示映像適応型の制御まず、表示映像適応型の制御、すなわち一つの画面の中
の明るい個所では光量を多くし、暗い個所では光量を少
なくするような表示映像に適応した明るさ制御を行う場
合について考える。また、本実施の形態では調光素子５
を分割したセグメント４０毎に透過率を制御するが、セ
グメント４０間で明るさ制御信号の比較を行い、どこが
明るく、どこが暗いかを判断しながら明るさ制御信号の
重み付けとそれによる補正を行い、明るさの違いをより
強調する方法と、明るさ制御信号の比較を行なわずに単
にセグメント４０毎に個別に明るさ制御信号を決定する
方法を採ることができる。ここでは前者の方法を例に挙
げて説明する。

【００３４】本例では、図５に示すように、画面４５を
９分割し、Ａ₁₁，…，Ａ₃₃の９個のブロック毎に明るさ
制御信号を決定することとする。なお、ブロックの分割
数は６〜２００程度とすることが望ましい。この場合、
上記で説明したように、ＤＳＰ（１）３２で映像信号に
基づいて明るさ制御信号が決定されるが、その方法には
次の（ａ）、（ｂ）の２通りが考えられる。

【００３５】（ａ）注目しているフレームに含まれてい
る画素データのうち、明るさが最大の階調数を明るさ制
御信号とする方法。例えば０〜２５５の２５６ステップの階調数を含む映像
信号を想定する。連続した映像を構成する任意の１フレ
ームに着目した場合、そのフレームに含まれる画素デー
タの階調数毎の出現数分布（ヒストグラム）が、図３の
ようになったとする。この図の場合、ヒストグラムに含
まれる最も明るい階調数が１９０であるので、この階調
数１９０を明るさ制御信号とする。この方法は、入力さ
れる映像信号に対し、最も忠実に明るさを表現できる方
法である。このようにして、例えば階調数１９０が明る
さ制御信号に決定された場合、最大明るさ（階調数２５
５）の透過率を１００％とすると、１９０／２５５＝７
５％の透過率が得られるように調光素子５を駆動するこ
とになる。

【００３６】（ｂ）注目しているフレームに含まれてい
る階調数毎の出現数分布（ヒストグラム）より、最大の
明るさから出現数について一定の割合（例えば１０％）
となる階調数を明るさ制御信号とする方法。例えば映像信号の出現数分布が図４のようであった場
合、ヒストグラムより明るい側から１０％の領域をと
る。１０％に相当するところの階調数が２３０であった
とすると、この階調数２３０を明るさ制御信号とする。
図４に示したヒストグラムのように、階調数２５５の近
傍に突発的なピークがあった場合でも上記（ａ）の方法
を採用すると階調数２５５が明るさ制御信号となる。し
かしながら、この突発的なピーク部分は画面全体におけ
る情報としてはあまり意味をなしていない。これに対し
て、階調数２３０を明るさ制御信号とする本方法は、画
面全体の中で情報として意味を持つ領域によって判定す
る方法と言うことができる。なお、上記の割合は２〜５
０％程度の範囲で変化させてもよい。

【００３７】以上の手順により、個々のブロック毎に明
るさ制御信号を決定したら、次に、そのブロック間で以
下の手順により明るさ制御信号の重み付けを行い、明る
さ制御信号の補正を行う。（１）各ブロックから明るさ制御信号を取り出す。例
えば、明るさが最大の階調数を明るさ制御信号とする
（上記（ａ）の方法）。図５の各ブロックにおいてそれ
ぞれの明るさ制御信号（以下、透過率％で表示する）
が、Ａ１１＝５０％、Ａ１２＝３０％、Ａ１３＝１０
％、Ａ２１＝５０％、Ａ２２＝３０％、Ａ２３＝１０
％、Ａ３１＝５０％、Ａ３２＝３０％、Ａ３３＝１０％
であったとする。ちなみにこの画像は、画面の縦方向に
は明るさの変化がなく、横方向には左側が明るく、右側
にいくにしたがって暗くなるような画像である。

【００３８】（２）画面の横方向、または縦方向の各
断面のプロファイルにおいて隣接するブロック間の傾斜
を大きくするように補正する。例えば、本例で横方向に
めりはりをつけるために１０％の補正を行うとすると、
横方向は左側から右側に向けて−２０％づつ明るさが減
少しているので、補正後の減少量は、−２０×１．１＝
−２２％となる。これにより、各行の平均輝度ができる
だけ一定となるように平均輝度より高いものはより高
く、低いものはより低くなるように設定する。したがっ
て、補正後は、Ａ１１＝５２％、Ａ１２＝３０％、Ａ１
３＝８％、Ａ２１＝５２％、Ａ２２＝３０％、Ａ２３＝
８％、Ａ３１＝５２％、Ａ３２＝３０％、Ａ３３＝８％
となる。

【００３９】補正前と補正後の透過率の変化を示したも
のが図６である。図６において、横軸がブロック（Ａ１
１，Ａ１２，Ａ１３）の位置、縦軸が透過率［％］を示
している。２点鎖線で示したものが補正前、実線で示し
たものが補正後である。この図に示す通り、上記の補正
を行うことによって横方向に並ぶブロック間の透過率の
めりはりが大きくなる。なお、縦、横同時に補正を行う
場合には、２次元の輝度分布の中でピークになっている
点をより高く、ボトムになっている点をより低く設定
し、その間の点は補間処理（例えば２次元のスプライン
補間）により決定する。

【００４０】（３）Ａ１１〜Ａ３３の各ブロックに対
応する調光素子の各セグメントＢ１１〜Ｂ３３が（２）
で計算した透過率となるように制御するための明るさ制
御信号を決定する。ここで、液晶ライトバルブの透過率
は０〜１００％の間で使用する。光学系全体の透過率
は、調光素子の透過率と液晶ライトバルブの透過率との
積で表されるので、１０％の補正の効果を抜いて考える
と、最大輝度値は同じ値が得られることになる。この場
合、液晶ライトバルブが０〜１００％の間で変調できる
ことから、調光素子による変調が加わる分、見かけ上高
階調になったのと同じ効果が得られる。また、本例にお
いては、画像に１０％の補正を加えたことによって画面
内で明るい部分と暗い部分のめりはりをつけることがで
き、画面の迫力や表現力をより強調することができる。

【００４１】次にＤＳＰ（２）３３において、上記の方
法で決定した明るさ制御信号に基づいて調光素子ドライ
バ３４を制御するが、この方法には例えば次の（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）の３通りが考えられる。

【００４２】（ａ）出力された明るさ制御信号に応じて
リアルタイムで制御する方法。この場合はＤＳＰ（１）３２から出力された明るさ制御
信号をそのまま調光素子ドライバ３４に供給すればよい
ため、ＤＳＰ（２）３３での信号処理は不要となる。こ
の方法は映像の明るさに完全に追従する点で理想的では
あるが、映像の内容により画面の明暗が短い周期で変化
することもあり、鑑賞時に余計なストレスを感じるなど
の問題が発生する恐れがある。

【００４３】（ｂ）出力された明るさ制御信号にＬＰＦ
（ローパスフィルター）をかけ、その出力で制御する方
法。例えばＬＰＦによって１〜３０秒以下の明るさ制御信号
の変化分をカットし、その出力によって制御する。この
方法によれば、細かい時間の変化分はカットされるた
め、上記のような短い周期での明暗の変化を避けること
ができる。

【００４４】（ｃ）明るさ制御信号の切り替わりエッジ
を検出する方法。明るさ制御信号に所定の大きさ以上（例えば６０階調以
上）の変化があった場合にのみ調光素子３４を制御す
る。この方法によれば、シーンの切り替わりなどのみに
応じた制御を行うことができる。

【００４５】［２］外部からの制御上では映像信号に応じて調光素子５を制御する例を説明
したが、その他、使用環境や使用者の好みに応じて調光
素子５を制御することもできる。例えば部屋の中で映像
を鑑賞する際に部屋の中で窓際と奥側というように明る
さの分布がある場合、周囲の環境が明るい側では光量が
多く、暗い側では光量が少なくなるように調光素子５を
制御する。もしくは、使用者の好みにより映像中の字幕
の部分の明るさを落としたいような場合、例えば字幕が
表示される画面下側の領域で光量が少なくなるように調
光素子５を制御する。この場合、使用者がコントローラ
を用いて、または調光素子５を直接操作する等により調
節する構成としてもよいし、明るさセンサなどを設けて
自動的に制御される構成としてもよい。ただし、この制
御を行うためには、図２でＤＳＰ（１）３２、ＤＳＰ
（２）３３のような回路は不要であるが、それ以外の回
路構成が必要になる。

【００４６】本実施の形態の投射型表示装置３０におい
ては、第１のフライアイレンズ３と第２のフライアイレ
ンズ４との間に個々に透過率を制御し得る複数のセグメ
ント４０を有する調光素子５を備え、これを外部からの
情報に基づいて制御する構成としたことにより、映像表
示領域内に所望の照度分布を作ることができ、例えば外
部からの情報が映像信号に基づく情報であれば、映像の
明るい個所は照明光も明るく、映像の暗い個所は照明光
も暗くするように調整することで高階調化、高コントラ
スト化が図れ、映像の迫力や表現力を向上することがで
きる。さらに画面上の複数のブロック間で調光の程度の
重み付けを行い、明るさ制御信号の補正を行う構成とし
たことによって、映像の迫力や表現力をより強調するこ
とができる。

【００４７】また、映像の迫力や表現力を向上できるば
かりでなく、使用環境における明るさの状況や使用者の
好みに応じて映像の明るさを場所によって変化させるこ
とができ、使用環境や使用者の好みへの順応性の面で優
れた効果を発揮することができる。

【００４８】本実施の形態の場合、特に分割した領域毎
に透過率を制御し得るセグメント型液晶素子で調光素子
５を構成しているため、場所によって透過率を段階的に
変化させ得る調光素子を簡単な構造で実現することがで
きる。

【００４９】なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態
に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない
範囲において種々の変更を加えることが可能である。例
えば上記実施の形態では調光素子として液晶素子を用い
た例を挙げたが、それ以外にも、例えば印加電界によっ
て偏光状態が変わることで透過率を可変できる電気光学
素子、もしくは回転遮光板などを用いた機械的な透過率
可変素子などを用いることもできる。また、投射型表示
装置のその他の構成要素の具体的な構成等に関しては、
上記実施の形態に限らず、適宜変更が可能である。ま
た、本発明の投射型表示装置は、光変調手段に液晶ライ
トバルブを用いたものだけでなく、光変調手段にＤＭＤ
を用いたものにも適用が可能である。

【００５０】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
投射型表示装置においては、フライアイレンズを用いた
均一照明手段の近傍に場所によって透過率が可変な調光
手段を備え、調光手段を外部からの情報に基づいて制御
する構成としたことにより、ランプの光出力強度を変化
させることなく光変調手段への入射光量をエリアによっ
て変化させることができ、例えば外部からの情報が映像
信号に基づく情報であれば、映像の明るい個所は照明光
も明るく、映像の暗い個所は照明光も暗くするように調
整することで映像の迫力や表現力を向上することができ
る。また、映像の迫力や表現力を向上できるばかりでな
く、使用環境における明るさの状況や使用者の好みに応
じて映像の明るさを場所によって変化させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の投射型表示装置の概
略構成図である。

【図２】同、投射型表示装置に用いる調光素子の駆動
回路の構成を示すブロック図である。

【図３】同、投射型表示装置において、映像信号から
明るさ制御信号を決定する第１の方法を説明するための
図である。

【図４】同、第２の方法を説明するための図である。

【図５】ブロック毎に明るさ制御信号を決定する方法
を説明するための図である。

【図６】明るさ制御信号を補正する方法を説明するた
めの図である。

【図７】同、調光素子のセグメントの配置を示す図で
ある。

【図８】同、調光素子のセグメントの透過率変化のパ
ターンを変えたときの液晶ライトバルブ上での照度分布
のパターンの変化の様子を示す図である。

【符号の説明】

１照明装置２光源３第１のフライアイレンズ（均一照明手段）４第２のフライアイレンズ（均一照明手段）５調光素子（調光手段）２２，２３，２４液晶ライトバルブ（光変調手段）２６投射レンズ（投射手段）３０投射型表示装置４０セグメント

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 ＡＦターム(参考） 2H088 EA14 EA15 EA33 HA06 HA21 HA24 HA25 MA04 2H091 FA29Z FA41Z FA50Z FD01 LA18 MA07 2H093 NC54 NC56 NC59 ND07 ND09 NE06 NG02 5C058 AB06 BA06 EA11 EA12 EA26

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】投射型表示装置の光変調手段を照明する
ために用いられる照明装置であって、光源と、該光源から出射される光の照度分布を均一化す
る２枚のフライアイレンズを有する均一照明手段と、こ
れら２枚のフライアイレンズの入射側もしくは出射側、
または２枚のフライアイレンズの間に設置され、場所に
よって透過率を変化させ得る調光手段とを備え、外部か
らの情報に基づいて前記調光手段を制御することによっ
て前記均一照明手段から出射される光の照度分布を調節
可能としたことを特徴とする照明装置。
【請求項２】照明手段と、該照明手段から出射される
光を変調する光変調手段と、該光変調手段により変調さ
れた光を投射する投射手段とを有する投射型表示装置で
あって、前記照明手段として、請求項１に記載の照明装置を備え
たことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項３】前記光変調手段が、液晶ライトバルブか
らなることを特徴とする請求項２に記載の投射型表示装
置。
【請求項４】前記調光手段が、透過率が個々に制御可
能とされた複数のセグメントを有する液晶素子からなる
ことを特徴とする請求項２または３に記載の投射型表示
装置。
【請求項５】請求項４に記載の投射型表示装置の駆動
方法であって、前記調光手段におけるセグメント毎の透過率の制御パタ
ーンと前記光変調手段における照度分布のパターンとを
予め対応付けておき、この対応に基づいて所望の前記照
度分布のパターンが得られるように前記透過率の制御パ
ターンを決定することを特徴とする投射型表示装置の駆
動方法。