JP2006251819A - 投写型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【目的】 コントラストの向上、消費電力低減、液晶プロジェクタにおける黒浮きの抑制を実現できる投写型映像表示装置を提供する。
【構成】 映像信号処理回路２３は映像信号を入力して周波数変換等の処理を行うと共に、連続する複数フレームの映像の平均的な明るさ（ＡＰＬ：Average Picture Level ）を示すデータを生成する処理行う。マイコン２５は、調光演算ブロックとして機能し、ＡＰＬデータを受け取って調光データを生成する処理を行うと共に、ランプドライバ制御ブロックとして機能し、ランプドライバ２６に調光コマンドを送出する処理を行う。ランプドライバ２６は前記調光コマンドを受け取って光源（ランプ）の出射光量を制御する。
【選択図】 図３

Description

この発明は、液晶プロジェクタなどの投写型映像表示装置に関する。

従来より、映像の平均的な明るさ（ＡＰＬ：Average Picture Level ）が変化した場合でも表示輝度やコントラストを一定するようにした液晶表示装置（特許文献１参照）、或いは、映像の平均的な明るさ（ＡＰＬ）が明るい場合にランプ駆動電力を低下させ、暗い場合にはランプ駆動電力を高くしてコントラストを向上させる投写型映像表示装置が提案されている（特許文献２参照）。
特開平８−２０１８１２号公報 特開平３−１７９８８６号公報

しかしながら、更なるコントラストの向上や消費電力低減が望まれると共に、
液晶プロジェクタにおいては、その弱点といわれる黒浮きを抑制することが課題となる。

この発明は、上記の事情に鑑み、コントラストの向上、消費電力低減、液晶プロジェクタとされる場合の黒浮きの抑制を実現できる投写型映像表示装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための手段は、光源から出射された光をライトバルブにて光変調して映像投写する投写型映像表示装置において、映像信号に基づいて映像の平均的明るさを示す信号を生成する手段と、前記信号が明るい値を示すときには前記光源の出射光量を増大させる一方、暗い値を示すときには前記光源の出射光量を低減するように制御する制御手段とを備え、前記映像信号に基づいて映像の平均的明るさを示す信号を生成する手段は、連続する複数フレームの平均的明るさの平均値を生成するように構成されていることを特徴とする。

以上説明したように、この発明によれば、明るい映像を投写するときには投写映像を明るくし、暗い映像を投写するときには投写映像を暗くする制御は実現されるので、コントラストが向上する。また、ライトバルブとして液晶ライトバルブを用いるため黒浮きが抑制できるという効果も奏する。

以下、この発明の実施形態の液晶プロジェクタを図１乃至図５に基づいて説明する。

図１はこの実施形態の３板式液晶プロジェクタを示した図である。光源１における発光部は、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等から成り、その照射光はパラボラリフレクタによって平行光となって出射され、インテグレータレンズ４へと導かれる。

インテグレータレンズ４は一対のレンズ群（フライアイレンズ）４ａ・４ｂから構成されており、個々のレンズ部分が光源１から出射された光を後述する液晶ライトバルブの全面に導くようになっており、光源１において存在する部分的な輝度ムラを平均化し、画面中央と周辺部とでの光量差を低減する。インテグレータレンズ４を経た光は、偏光変換装置５、及び集光レンズ６を経た後、第１ダイクロイックミラー７へと導かれることになる。

偏光変換装置５は、偏光ビームスプリッタアレイ（以下、ＰＢＳアレイと称する）によって構成されている。ＰＢＳアレイは、偏光分離膜と位相差板（１／２λ板）とを備える。ＰＢＳアレイの各偏光分離膜は、インテグレータレンズ４からの光のうち例えばＰ偏光を通過させ、Ｓ偏光を９０°光路変更する。光路偏光されたＳ偏光は隣接の偏光分離膜にて反射されてそのまま出射される。一方、偏光分離膜を透過したＰ偏光はその前側（光出射側）に設けてある前記位相差板によってＳ偏光に変換されて出射される。すなわち、この場合には、ほぼ全ての光はＳ偏光に変換されるようになっている。

第１ダイクロイックミラー７は、赤色波長帯域の光を透過し、シアン（緑＋青）の波長帯域の光を反射する。第１ダイクロイックミラー７を透過した赤色波長帯域の光は、反射ミラー８にて反射されて光路を変更される。反射ミラー８にて反射された赤色光はレンズ９を経て赤色光用の透過型の液晶ライトバルブ３１を透過することによって光変調される。一方、第１ダイクロイックミラー７にて反射したシアンの波長帯域の光は、第２ダイクロイックミラー１０に導かれる。

第２ダイクロイックミラー１０は、青色波長帯域の光を透過し、緑色波長帯域の光を反射する。第２ダイクロイックミラー１０にて反射した緑色波長帯域の光は、レンズ１１を経て緑色光用の透過型の液晶ライトバルブ３２に導かれ、これを透過することで光変調される。また、第２ダイクロイックミラー１０を透過した青色波長帯域の光は、全反射ミラー１２、全反射ミラー１３、レンズ１４を経て青色光用の透過型の液晶ライトバルブ３３に導かれ、これを透過することで光変調される。

各液晶ライトバルブ３１，３２，３３は、入射側偏光板３１ａ，３２ａ，３３ａと、一対のガラス基板（画素電極や配向膜を形成してある）間に液晶を封入して成るパネル部３１ｂ，３２ｂ，３３ｂと、出射側偏光板３１ｃ，３２ｃ，３３ｃとを備えて成る。

液晶ライトバルブ３１，３２，３３を経ることで変調された変調光（各色映像光）は、クロスダイクロイックプリズム１５によって合成されてカラー映像光となる。このカラー映像光は、投写レンズ１６によって拡大投写され、図示しないスクリーン上に投写表示される。

投写レンズ１６は、図２に示すように、投写映像光を絞る絞り機構２１及び絞り機構用モータ（例えば、ステッピングモータを用いる）２２を備える。後述するマイコン（マイクロコンピュータ）２５から駆動信号が絞り機構用モータ２２に与えられると、絞り機構２１の絞り状態が調整される。

図３（ａ）は投写型映像表示装置の映像処理系及び光源制御系を示したブロック図であり、同図（ｂ）は光源制御系を機能ブロックによって示した説明図である。映像信号処理回路２３は映像信号を入力して周波数変換（走査線数変換）等の処理を行うと共に、映像信号（Ｙ信号）に基づいてフレーム期間ごとにフレーム映像の平均的な明るさ（ＡＰＬ：Average Picture Lever ）を示すデータを生成する処理行う。なお、映像信号としてＲＧＢ信号が入力される場合には、ＲＧＢ信号をマトリクス変換してＹデータを生成すればよい。ガンマ補正回路２４は液晶ライトバルブ（ＬＣＤ）の印加電圧−光透過特性に鑑みた補正処理を行い、この補正後の映像信号（映像データ）を液晶ライトバルブに与える（駆動する）。マイコン２５は、同図（ｂ）に示す調光演算ブロックとして機能し、ＡＰＬデータを受け取って調光データを生成する処理を行うと共に、ランプドライバ制御ブロックとして機能し、ランプドライバ２６に調光コマンドを送出する処理を行う。ランプドライバ２６は前記調光コマンドを受け取って光源（ランプ）の出射光量を制御する。

図４（ａ）は、ＡＰＬデータ、ＡＰＬ平均値生成、調光データ変換処理の関係を示した説明図であり、同図（ｂ）はＡＰＬ平均値に基づいて調光データを生成するテーブル（調光演算ブロック）におけるノンリニア変換特性を示した説明図である。例えば、ＡＰＬデータ（例えば６ビットデータとする）は１フレーム期間毎（１Ｖ毎）に生成され、ＡＰＬ平均値（同６ビットデータとする）は連続する４フレーム期間のＡＰＬデータの平均値とする。ＡＰＬ平均値を読出アドレスとして前記テーブルに与えると、当該テーブルから調光データ（例えば４ビットデータとする：０〜１５の１６段階）が出力される。例えば、映像が最も暗い映像であるとされるとき、調光データは”００００”となり、映像が最も明るい映像であるとされるとき、調光データは”１１１１”となる。

ランプドライバ２６における電源部には、例えば、複数の抵抗を直列に接続して各抵抗の接続点に生じる電圧降下にて所望の電圧を取り出せるようにした回路が設けられている。すなわち、各抵抗の各接続点にそれぞれスイッチを接続しておき、どのスイッチをＯＮにするかによって、光源駆動電力を切り替えることができるようになっている。そして、ランプドライバ２６は、例えば、調光コマンドとして”１１１１”を受け取ったときには、最大出力ワット（例えば、１３０Ｗ）で光出射を行うように前記スイッチを制御し、また、調光コマンドとして”００００”を受け取ったときには、最小出力ワット（例えば、１０５Ｗ）で光出射を行うように前記スイッチを制御するようになっている。勿論、上述した抵抗とスイッチによる電力切換回路に限らず、位相制御やスイッチング電源制御などによって消費電力切換を行う回路を用いてもよいものである。

このように、明るい映像を投写するときにはランプ光量を上げて投写映像を明るくし、暗い映像を投写するときにはランプ光量を下げて投写映像を暗くするので、コントラストが向上すると共に黒浮きも抑制される。また、ランプ光量を下げることで消費電力も下がることになり、省エネ効果も向上する。なお、ＡＰＬに基づく光源制御の実行をユーザ操作で選択できるようにしてもよい。
（ＡＰＬに基づく投写映像光絞り制御）
マイコン２５は、上述したランプ光量制御と共に或いはランプ光量制御に代えてＡＰＬに基づく投写映像光絞り制御を行うことができる。この投写映像光絞り制御を行う場合、マイコン２５は、ＡＰＬに基づいて絞り機構用モータ２２の駆動制御を行い、絞り機構２１の絞り状態を調整する。すなわち、明るい映像を投写するときには絞りを開いて投写映像を明るくし、暗い映像を投写するときには絞りを閉じて投写映像を暗くするよう制御する。
（ＡＰＬに基づく遮光制御）
シャッタ装置を備え、ＡＰＬに基づいて照明光の遮光量を制御することもできる。例えば、図５に示すごとく、シャッタ装置２７は、１５個のシャッタ部２８から成り、各シャッタ部２２は偏光変換装置５側に位置するレンズ群４ｂの近傍であって有効照明光の通過を阻害しない位置に設けられている。各シャッタ部２８は、縦方向に配置された軸２８ａと当該軸２８ａに固着された遮光板２８ｂとから成り、軸２２ａを９０°回動させることで、照明光の遮断状態と通過状態とを切り替えることができる。図示しない駆動装置は、モータや電磁ソレノイドなどのアクチュエータによって各シャッタ部２８を個別に回動動作させる。そして、この駆動装置は、例えば、調光コマンドとして”１１１１”を受け取ったときには、全てのシャッタ部２８について通過状態を形成させ、”１１１０”を受け取ったときには、最も右端のシャッタ部２８について遮光状態を形成させ、”１１０１”を受け取ったときには、更に最も左端のシャッタ部２８についても遮光状態を形成させ、”１１００”を受け取ったときには、更に左端から２番目のシャッタ部２８についても遮光状態を形成させるといったごとく、遮光動作を実行する。

上述したＡＰＬに基づく投写映像光絞り制御や遮光制御は、ランプ光量を下げるものではないので、消費電力を低減することはできないものの、明るい映像を投写するときには投写映像を明るくし、暗い映像を投写するときには投写映像を暗くする制御は実現されるので、コントラストが向上すると共に黒浮きも抑制できることになる。

この発明の実施形態の液晶プロジェクタを示した構成図である。 投写レンズの拡大斜視図である。 同図（ａ）は映像処理系及び光源制御系を示したブロック図であり、同図（ｂ）は光源制御系を機能ブロックによって示した説明図である。 同（ａ）は、ＡＰＬデータ、ＡＰＬ平均値生成、調光データ変換処理の関係を示した説明図であり、同図（ｂ）はＡＰＬ平均値に基づいて調光データを生成するテーブルにおけるノンリニア変換特性を示した説明図である。 光シャッタ装置の配置箇所を拡大して示した平面図である。

符号の説明

１ 光源
４ インテグレータレンズ
４ａ・４ｂ レンズ群（フライアイレンズ）
５ 偏光変換装置
２３ 映像信号処理回路
２４ ガンマ補正回路
２５ マイコン（マイクロコンピュータ）
２６ ランプドライバ
２８ シャッタ装置
３１，３２，３３ 液晶ライトバルブ

Claims (1)

1. 光源から出射された光をライトバルブにて光変調して映像投写する投写型映像表示装置において、映像信号に基づいて映像の平均的明るさを示す信号を生成する手段と、前記信号が明るい値を示すときには前記光源の出射光量を増大させる一方、暗い値を示すときには前記光源の出射光量を低減するように制御する制御手段とを備え、前記映像信号に基づいて映像の平均的明るさを示す信号を生成する手段は、連続する複数フレームの平均的明るさの平均値を生成するように構成されていることを特徴とする投写型映像表示装置。