JP2007094095A - 投影型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性を向上でき、常に画質の良好な映像を表示できる投影型映像表示装置を提供する。
【解決手段】光源１１からの照明光束を空間光変調素子９により映像に応じて空間変調して投影表示する投影型映像表示装置において、光源１１からの照明光束を空間光変調素子９の変調領域９ａよりも狭い領域を照明する縮小光束に変換する縮小光束変換手段３，４，６と、縮小光束変換手段からの縮小光束を選択的に屈折させて空間光変調素子９の変調領域９ａを走査する縮小光束走査手段７と、縮小光束走査手段に設けられて縮小光束変換手段からの縮小光束の一部を分離する光束分離手段２１と、光束分離手段で分離された光束を受光する光検出手段２２，２３とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクタ等の投影型映像表示装置に関するものである。

従来の投影型映像表示装置として、水銀ランプ等を有する光源からの光を、インテグレータ光学系を経て空間光変調素子に照射し、該空間光変調素子で表示すべき映像に応じて空間変調して、その空間変調された光を投影光学系を経てスクリーンに投射することにより映像を表示するようにしたものが知られている。

ここで、インテグレータ光学系は、第１レンズアレイ、第２レンズアレイおよび重畳レンズを備えており、光源からの光を第１レンズアレイにより複数の光束に分割して、その分割された複数の光束を、第２レンズアレイおよび重畳レンズを経て空間光変調素子の変調領域全体に重畳して結像し、これにより光源からの不均一な強度分布を有する光を、強度分布が略均一な照明光束に変換して空間光変調素子の変調領域全体を照明するようにしている。

ところで、このような投影型映像表示装置では、空間光変調素子として、例えば液晶パネルのような単位時間当たりの透過光量を制御することで強度変調を行う所謂ホールド型の素子を用いた場合には、動画像を表示すると画像の輪郭部に「ぼけ」が知覚されることが知られている。

このぼけの発生を低減するものとして、例えば、光源からの光をインテグレータ光学系によって液晶パネルの表示領域よりも狭い領域の縮小光束に変換し、この縮小光束の光路を可変偏角プリズムによって屈曲させることにより、縮小光束を表示領域上で走査させるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−３６１９３９号公報

しかしながら、上記特許文献１には、液晶パネルの表示領域上における縮小光束の移動速度と液晶パネルの画像表示速度（フレーム周波数）との関係については、両者を対応させることが望ましく、例えば液晶パネルのフレーム周波数が６０Ｈｚの場合には、１／６０秒の時間に縮小光束が移動するように、可変偏角プリズムの頂角の変化速度を設定する旨開示されているものの、その頂角の状態すなわち可変偏角プリズムの姿勢検出については何ら言及されていない。

このため、可変頂角プリズムの動作を電気的に確認できないために、外部振動等により可変頂角プリズムの頂角が変化して、液晶パネルに照明光が照射されない部分が生じたり、液晶パネルにおける映像の表示タイミングと可変偏角プリズムによる縮小光束の走査タイミングとの間にずれが生じて、部分的にぼけや滲み等が発生したりしても、それを検出することができず、信頼性の低下や表示画像の画質低下を招くことが懸念される。

したがって、かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、信頼性を向上でき、常に画質の良好な映像を表示できる投影型映像表示装置を提供することにある。

上記目的を達成する請求項１に係る発明は、光源からの照明光束を空間光変調素子により映像に応じて空間変調して投影表示する投影型映像表示装置において、
上記光源からの照明光束を上記空間光変調素子の変調領域よりも狭い領域を照明する縮小光束に変換する縮小光束変換手段と、
上記縮小光束変換手段からの縮小光束を選択的に屈折させて上記空間光変調素子の変調領域を走査する縮小光束走査手段と、
上記縮小光束走査手段に設けられて上記縮小光束変換手段からの縮小光束の一部を分離する光束分離手段と、
上記光束分離手段で分離された光束を受光する光検出手段とを有することを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の投影型映像表示装置において、上記縮小光束走査手段は屈折角を自在に変更可能な可変偏角プリズムを有し、
上記光束分離手段は上記可変偏角プリズムの入射面側または出射面側に設けたホログラム素子を有し、
上記光検出手段は上記可変偏角プリズムが所定の偏角状態にあるときの上記ホログラム素子の所定の回折光を受光する少なくとも一つの光検出器を有することを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の投影型映像表示装置において、上記縮小光束走査手段は、屈折角が異なる複数の光学部材を同心円状に保持したターレットと、上記複数の光学部材が上記縮小光束変換手段からの縮小光束の光路中に順次位置するように上記ターレットを回動する駆動手段とを有し、
上記光束分離手段は、上記複数の光学部材の入射面側または出射面側にそれぞれ設けた複数のホログラム素子を有し、
上記光検出手段は、上記光学部材が上記縮小光束変換手段からの縮小光束の光路中に位置した状態で対応する上記ホログラム素子の所定の回折光を受光するように、上記複数のホログラム素子に対応して設けた複数の光検出器を有することを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項２または３に記載の投影型映像表示装置において、上記ホログラム素子は、上記縮小光束走査手段に入射する縮小光束の中央部の光を回折させるように構成したことを特徴とするものである。

請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の投影型映像表示装置において、
上記縮小光束変換手段は、上記光源からの照明光束を集光して複数の部分光束を生成する平面状に配列された複数の小レンズからなる第１レンズアレイと、上記第１レンズアレイからの上記複数の部分光束を上記縮小光束走査手段に導く第２レンズアレイと、上記第２レンズアレイからの上記複数の部分光束を重畳する重畳レンズとを有することを特徴とするものである。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載の投影型映像表示装置において、上記小レンズは、一方向にのみ集光性を有するシリンドリカルレンズからなることを特徴とするものである。

本発明によれば、空間光変調素子の変調領域上で縮小光束を走査させるための縮小光束走査手段に光束分離手段を設け、この光束分離手段分離された光束を光検出手段で受光する簡単な構成で、光検出手段の出力に基づいて縮小光束走査手段の動作を確認することができる。したがって、装置の信頼性を向上でき、常に画質の良好な映像を表示することができる。

以下、本発明に係る投影型映像表示装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１実施の形態）
図１乃至図６は本発明の第１実施の形態を示すもので、図１は投影型映像表示装置の光学系の概略構成を示す図、図２は図１に示す第２レンズアレイの拡大斜視図、図３（ａ）乃至（ｃ）は図１に示す可変偏角プリズムの動作を説明するための図、図４は投影型映像表示装置の制御回路の概略構成を示すブロック図、図５は概略動作を説明するためのフローチャートである。

図１に示すように、本実施の形態は、光源ユニット１からの光をレンズ２ａ、第１レンズアレイ３、レンズ２ｂ、第２レンズアレイ４、偏光板５、重畳レンズ６、縮小光束走査手段である可変偏角プリズム７およびフィールドレンズ８を経て、例えば液晶パネルからなる空間光変調素子９に照射し、該空間光変調素子９で表示すべき映像に応じて空間変調して、図示しない投影光学系を経てスクリーンに表示するようにしたものである。

ここで、光源ユニット１は、水銀ランプ、キセノンランプ、半導体レーザ、ＬＥＤなどの光源１１からの光を放物面や楕円面からなるリフレクタ１２で反射させて平行な光として出射するようになっている。

また、レンズ２ａ，２ｂはカップリングレンズを構成しており、レンズ２ａは平凸レンズ、レンズ２ｂは平凹レンズからなっている。本実施の形態では、光源ユニット１の発光量を制御するために、光源ユニット１側のレンズ２ａの入射面（平面）の周囲に、入射光の周辺光を受光するようにリング状あるいは円弧状の受光領域を有する光検出器１３を設けている。

第１レンズアレイ３、第２レンズアレイ４および重畳レンズ６は、インテグレータ光学系からなる縮小光束変換手段を構成している。本実施の形態では、この縮小光束変換手段により光源ユニット１からの入射光を、上記の特許文献１と同様に空間光変調素子９の矩形の変調領域よりも狭い矩形の縮小光束に変換し、この縮小光束の光路を可変偏角プリズム７により選択的に屈折させて、空間光変調素子９の変調領域上で走査させるようにしている。

このため、第１レンズアレイ３および第２レンズアレイ４は、例えば図２に第２レンズアレイ４の拡大斜視図を示すように、矩形状の輪郭を有する微小なシリンドリカルレンズ４ａを平面上に２次元的に複数個（図２では、Ｘ方向に４個、Ｙ方向に６個）配列して構成されている。

可変偏角プリズム７は、相対的に傾斜可能なガラス等の２枚の透明基板１５，１６をポリエチレン等からなる伸縮性を有する蛇腹１７で連結して形成された空間に、シリコンオイル等の透明液体１８を封入して構成され、屈折角を自在に変更可能となっている。

本実施の形態では、入射側の透明基板１５を固定とし、出射側の透明基板１６を、透明基板１５からの照明光の光軸に直交するＸ軸周りに回動可能にして、図示しないコイルおよび永久磁石やモータを有する公知の駆動手段によりＸ軸周りに回動駆動可能に構成して、透明基板１５に対してＹ方向の傾きを可変としている。

これにより、透明基板１６がＹ方向において、図３（ａ）に示す「上開き状態」にあるときに縮小光束により空間光変調素子９の変調領域９ａの上側１／２を照明し、図３（ｂ）に示す「平行状態」にあるときに変調領域９ａの中央１／２を照明し、図３（ｃ）に示す「下開き状態」にあるときに変調領域９ａの下側１／２を照明するようにしている。

なお、空間光変調素子９の変調領域９ａ上における縮小光束の移動速度および空間光変調素子９における画像表示速度（フレーム周波数）は、例えば空間光変調素子９のフレーム周波数が６０Ｈｚの場合には、１／６０秒の時間に縮小光束が移動するように、可変偏角プリズム７の頂角の変化速度を空間光変調素子９のフレーム周波数に対応させて設定して、空間光変調素子９が変調領域９ａの上部から下部に向けて行毎に画像データを書き込む場合には、その書き込みに同期して可変偏角プリズム７の頂角を、画像データの垂直ブランキング期間において図３（ａ）の状態に復帰させながら、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順序で繰り返し高速に変化させる。

さらに、本実施の形態では、入射側の透明基板１５の中央部に光束分離手段である透過型のホログラム素子２１を接着または直接形成して設けるとともに、このホログラム素子２１での±１次回折光を選択的に受光するように、例えば空間光変調素子９に一体に保持して光検出器２２，２３を設ける。すなわち、可変偏角プリズム７が図３（ａ）に示す「上開き状態」にあるときは、ホログラム素子２１での例えば＋１次回折光のみが光検出器２２に入射し、図３（ｂ）に示す「平行状態」にあるときは、光検出器２２，２３には光が入射せず、図３（ｃ）に示す「下開き状態」にあるときには、ホログラム素子２１での例えば−１次回折光のみが光検出器２３に入射するように、光検出器２２，２３を配置する。なお、図２に、ホログラム素子２１に入射する光の領域Ａを、編み掛けを施して示している。

光検出器２２，２３は、半導体位置検出素子や、Ｙ方向に２分割した受光領域を有して構成して、入射光のＹ方向位置を検出できるようにしてある。

次に、本実施の形態に係る投影型映像表示装置の制御回路の概略構成について、図４に示すブロック図を参照して説明する。

制御回路は、映像表示スイッチ３１、制御手段であるＣＰＵ３２、空間光変調素子駆動回路３３、可変偏角プリズム駆動回路３４、温度センサ３９、光源駆動回路４１、オートパワーコントロール（ＡＰＣ）回路４２、表示回路４３および記憶部（ＲＯＭ）４４を有している。

映像表示スイッチ３１は、赤外線式のリモコンや手動操作によって映像を投影表示する映像表示モードをオン・オフするもので、そのスイッチ状態はＣＰＵ３２で検出される。

空間光変調素子駆動回路３３は、ＣＰＵ３２からのクロックに基づいて空間光変調素子９を駆動し、これにより表示すべき映像信号を空間光変調素子９に書き込むようになっている。

可変偏角プリズム駆動回路３４は、ＣＰＵ３２の制御のもとに、空間光変調素子９のフレーム周波数に対応させて可変偏角プリズム７を、図３（ａ）〜（ｃ）に示したように駆動するようになっている。

光検出器２２，２３の出力はＣＰＵ３２に供給されて可変頂角プリズム７の傾き位置、すなわち図３（ａ）および図３（ｃ）の位置が検出されるようになっている。

温度センサ３９は、映像表示装置内の温度を検出するもので、その出力はＣＰＵ３２に供給される。

光源駆動回路４１は、ＣＰＵ３２の制御のもとに光源１１５を駆動するようになっている。また、ＡＰＣ回路４２は、ＣＰＵ３２の制御のもとに、光検出器１３から出力される発光量検出信号に基づいて光源駆動回路４１を介して光源１１の発光量を制御するようになっている。なお、光検出器１３から出力される発光量検出信号は、ＣＰＵ３２にも供給されて、光源１１の発光量が監視されるようになっている。

表示回路４３は、ＣＰＵ３２によって制御されるもので、メッセージ等を表示する表示素子や、可変偏角プリズム７の動作状態を表示するＬＥＤ等を有している。

記憶部４４は、光量制御の際に用いる温度パラメータであるゲインおよびオフセットデータを予め格納するもので、温度センサ３９の出力に対応してＣＰＵ３２により読み出されて、光量制御に供されるようになっている。

以下、本実施の形態における投影型映像表示装置の概略動作について、図５に示すフローチャートを参照しながら説明する。

映像表示スイッチ３１によって映像表示モードがオンになったのをＣＰＵ３２が検出したら（ステップＳ１）、先ず光源駆動回路４１を介して光源１１を点灯させる（ステップＳ２）とともに、温度センサ３９の出力を取り込んで温度を検出し（ステップＳ３）、その検出した温度に対応する光量制御における温度パラメータを記憶部４４から読み出して、その読み出した温度パラメータと光検出器１３からの発光量検出信号出力とに基づいてＡＰＣ回路４２および光源駆動回路４１を介して発光量が予め設定した所定発光量となるように発光量をフィードバック制御する（ステップＳ４）。

この発光量のフィードバック制御により、ＣＰＵ３２において光源１１の発光量が所定発光量に達したのを検知したら、表示回路４３に例えば「プロジェクタ準備完了」等のメッセージを表示する（ステップＳ５）。

その後、ＣＰＵ３２の制御のもとに、空間光変調素子駆動回路３３を介して空間光変調素子９を駆動するとともに、可変偏角プリズム駆動回路３４を介して可変偏角プリズム７を駆動して、所望の映像の表示を開始する（ステップＳ６）。

このステップＳ６における映像表示中は、ＣＰＵ３２において、光検出器２２，２３からの出力の有無に基づいて可変偏角プリズム７が駆動されているか否かを検出し（ステップＳ７）、光検出器２２，２３の双方から所定のタイミングで出力が得られる場合、すなわち可変偏角プリズム７が駆動されている場合には、光検出器２２，２３の出力から得られる位置検出信号に基づいて、空間光変調素子９における映像の表示タイミングと可変偏角プリズム９による縮小光束の走査タイミングとの間にずれがなく、かつ空間光変調素子９の変調領域９ａの全体を縮小光束によって走査できるように、可変偏角プリズム駆動回路３４による可変偏角プリズム７の頂角を制御する（ステップＳ８）。

その後、映像表示スイッチ３１によって映像表示モードがオフになったのをＣＰＵ３２が検出したら（ステップＳ９）、光源１１を消灯させるとともに、空間光変調素子駆動回路３３および可変偏角プリズム駆動回路３４の駆動を停止して映像表示モードの処理を終了する。なお、ステップＳ７において、光検出器２２，２３の少なくとも一方から所定のタイミングで出力が得られない場合には、可変偏角プリズム７が動作不良として、表示回路４３に動作不良のメッセージを表示するとともに、動作不良を表すＬＥＤを点灯させる異常表示を行って（ステップＳ１０）、同様に映像表示モードの処理を終了する。

以上のように、本実施の形態によれば、空間光変調素子９の変調領域９ａ上で縮小光束を走査させるための可変偏角プリズム７にホログラム素子２１を設け、このホログラム素子２１の±１次回折光を選択的に受光するように空間光変調素子９に一体に保持して光検出器２２，２３を設けたので、これら光検出器２２，２３の出力の有無から可変偏角プリズム７の動作を確認することができ、装置の信頼性を向上することができる。

しかも、光検出器２２，２３を、入射光の位置を検出できるようにしたので、その位置検出信号に基づいて可変偏角プリズム７の頂角を制御することができる。したがって、外部振動等により可変頂角プリズム７の頂角が変化したり、空間光変調素子９における映像の表示タイミングと可変偏角プリズム７による縮小光束の走査タイミングとの間にずれが生じたりしても、それらを自動的に修正できるので、空間光変調素子９に照明光が照射されない部分が生じたり、表示画像に部分的にぼけや滲み等が発生したりすることなく、常に画質の良好な映像を表示することができる。

なお、本実施の形態では、可変偏角プリズム７を構成する透明基板１５を固定としたが、これをＹ軸周りに駆動可能とし、光検出器２２，２３は入射光のＸ，Ｙ方向の位置を検出できる２次元半導体位置検出素子やＸ，Ｙ方向にそれぞれ２分割した４分割受光領域を持って構成して、変調領域９ａに対する縮小光束のＸ方向の位置も調整可能にすることもできる。また、ホログラム素子２１は、透明基板１６側に設けることもできる。さらに、光検出器１３は、図２に示す第２レンズアレイ４の領域Ｂ１，Ｂ２に入射する光束を受光する２つに分割された受光領域を有して構成することもできる。この場合、光検出器１３は第２レンズアレイ４の出射面側に接着剤で直接接合してもよい。また、光検出器１３は、光源ユニット１とレンズ２ａとの間に赤外カットフィルタを配置する場合には、この赤外カットフィルタの入射面側に接合することもできる。

（第２実施の形態）
図６乃至図１０は本発明の第２実施の形態を示すもので、図６は縮小光束走査手段の概略構成を示す分解斜視図、図７（ａ）乃至（ｃ）はその動作を説明するための図、図８は図１に示すステッピングモータの断面図、図９は同じくロータとステータとの関係を示す図、図１０は制御回路の要部の構成を示すブロック図である。

本実施の形態は、第１実施の形態において、光源ユニット１側のレンズ２ａの入射面周囲に設けた光検出器１３を省略するとともに、縮小光束走査手段を、図６に示すように光学楔ターレット５１と、これを回動する駆動手段であるステッピングモータ５２とを有して構成したものである。

光学楔ターレット５１は金属板またはプラスチック板からなっており、その同一円周上には等間隔に光学楔５３、平行平板５４および光学楔５５が保持されている。光学楔５３，５５および平行平板５４は、ガラスやオレフィン系の合成樹脂からなっており、光学楔５３，５５の出射面は互いに逆方向に傾斜している。すなわち、図７（ａ）に示すように光学楔５３は図３（ａ）に示した可変偏角プリズム７の状態に対応し、図７（ｂ）に示すように平行平板５４は図３（ｂ）に示した可変偏角プリズム７の状態に対応し、図７（ｃ）に示すように光学楔５５は図３（ｃ）に示した可変偏角プリズム７の状態に対応している。

光学楔５３、平行平板５４および光学楔５５の入射面側中央部にはそれぞれホログラム素子５３ａ，５４ａおよび５５ａが接着して設けられており、光学楔５３が照明光路中に位置する状態では、その入射面側に設けられたホログラム素子５３ａの例えば＋１次回折光が光検出器５７で受光され、平行平板５４が照明光路中に位置する状態では、その入射面側に設けられたホログラム素子５４ａの例えば＋１次回折光が光検出器５８で受光され、光学楔５５が照明光路中に位置する状態では、その入射面側に設けられたホログラム素子５５ａの例えば−１次回折光が光検出器５９で受光されるようになっている。

ここで、ホログラム素子５３ａ，５５ａは、照明光路に位置する状態での回折方向が例えばＹ方向となっており、ホログラム素子５４ａは、照明光路に位置する状態での回折方向が他のホログラム素子５３ａ，５５ａとは例えば９０度異なるＸ方向となっている。また、光検出器５７，５８および５９は、それぞれ無分割の一つの受光領域を有して構成されて、対応する回折光を受光するように空間光変調素子９に一体に保持されている。

光学楔ターレット５１は、図８に示すように、取り付けネジ６１によりステッピングモータ５２のロータ本体６２に固定されている。

ロータ本体６２は回転軸６３の一端部に固着されており、回転軸６３の他端部はすべり軸受け６４を介してステータ本体６５に回転自在に取り付けられているとともに、その他端部の端面中央部（回転軸）にはステータ本体６５に設けられた台座６６を介してボール６７が当接して、ステータ本体６５に対してスムーズに回転できるように構成されている。

ロータ本体６２には磁性体よりなる円筒状のロータ７１が取り付けられており、その内周面側には、図９に示すように径方向に着磁された２の倍数（ここでは、１８個）のロータ磁石７２が隣接する磁極が異なるように取り付けられている。

一方、ステータ本体６５には、ロータ本体６２のロータ７１の内側に位置するようにステータ７５が設けられている。ステータ７５には、図９に示すようにほぼ９０度離間して４個のティース７６ａ〜７６ｄが外方に突出して設けられ、これら４個のティース７６ａ〜７６ｄにそれぞれステータコイル７７ａ〜７７ｄが巻回されて、それぞれステータ本体６５に形成されたケーブル貫通孔７８を通して給電されるようになっている。また、ステータ７５は、ティース７６ａ，７６ｄを有する磁性部材７５ａとティース７６ｂ，７６ｃを有する磁性部材７５ｂとを、アルミナ等のアルミニウム合金からなる非磁性部材７５ｃ，７５ｄを介して結合した複合部材からなっており、非磁性部材７５ｃ，７５ｄによりティース７６ａ，７６ｄ側の磁気回路とティース７６ｂ，７６ｃ側の磁気回路とが相互に影響しないように分離されている。

なお、ロータ本体６２に設けられた複数のロータ磁石７２と、ステータ７５に設けられた４個のティース７６ａ〜７６ｄとの関係は、ロータ本体６２の回転軸を介して対向するティース７６ａ，７６ｃとティース７６ｂ、７６ｄとがそれぞれロータ磁石７２の周方向に半相ずれるように配置する。すなわち、ティース７６ａがロータ磁石７２の一方の磁極（Ｎ極）中心に、ティース７６ｄがロータ磁石７２の他方の磁極（Ｓ極）中心にそれぞれ位置するとき、ティース７６ａと対向するティース７６ｃおよびティース７６ｄと対向するティース７６ｂがそれぞれ隣接するロータ磁石７２の境界に位置するようにして、ロータ磁石７２と対向する部分のティース７６ａ，７６ｂがＮ極のとき、ティース７６ｃ，７６ｄがＳ極となるように、ステータコイル７７ａ，７７ｄとステータコイル７７ｂ，７７ｃとを９０度位相をずらして駆動して、１つのロータ磁石７２を１ステップとしてロータ本体６２を回転駆動するようにしている。

また、ステータ本体６５には、照明光路用の開口７９が形成されており、この開口７９を通して照明光路に位置する光学楔５３、５５または平行平板５４に照明光を導くようになっている。

さらに、本実施の形態では、平行平板５４が照明光路に位置する状態を基準位置として検出するため、ステータ本体６５にはフォトインタラプタ８１が設けられ、ロータ本体６２にはフォトインタラプタ８１により検出されるようにフラグ８２が設けられている。

次に、本実施の形態に係る投影型映像表示装置の制御回路の概略構成について、図１０に示すブロック図を参照して説明する。

本実施の形態の制御回路は、図４に示した第１実施の形態の制御回路において、フォトインタラプタ８１の出力をＣＰＵ３２に入力し、空間光変調素子駆動回路３３に代えて、ステッピングモータ５２を駆動するステッピングモータ駆動回路８５を設け、光検出器５７，５８および５９の出力はそれぞれＣＰＵ３２に入力するとともに、光検出器５８の出力はさらにＡＰＣ回路４２に入力するようにしたもので、その他の構成は第１実施の形態と同様である。

本実施の形態では、映像表示スイッチ３１によって映像表示モードがオンになったのをＣＰＵ３２が検出したら、光源駆動回路４１により光源１１を点灯させるとともに、ステッピングモータ駆動回路８５によりステッピングモータ５２を駆動し、これにより平行平板５４、光学楔５３，５５を照明光路に順次繰り返し位置させて、その各々の回折光を受光する光検出器５８，５７，５９の出力をＣＰＵ３２に取り込んで、それらの平均値を算出して、その平均値に対する光検出器５８の出力の比率を算出する。

また、ＣＰＵ３２は、温度センサ３９の出力を取り込んで温度を検出し、その検出した温度に対応する光量制御における温度パラメータを記憶部４４から読み出して、その読み出した温度パラメータと光検出器５８の出力および上記算出した比率とに基づいて、光検出器５８，５７，５９の出力の平均値が予め設定した値となるように、ＡＰＣ回路４２および光源駆動回路４１を介して光源１１の発光量をフィードバック制御する。

この発光量のフィードバック制御により、ＣＰＵ３２において光源１１の発光量が所定発光量に達したのを検知したら、表示回路４３に例えば「プロジェクタ準備完了」等のメッセージを表示して、その後、ＣＰＵ３２の制御のもとに、空間光変調素子駆動回路３３を介して空間光変調素子９を駆動するとともに、その空間光変調素子９の駆動に同期してステッピングモータ駆動回路８５によりステッピングモータ５２を駆動して、所望の映像の表示を開始する。

この映像表示中は、ＣＰＵ３２において、光検出器５７，５８，５９やフォトインタラプタ８１の出力の有無に基づいてステッピングモータ５２が駆動されているか否かを検出するとともに、光検出器５７，５８，５９の出力の有無に基づいて光学楔５３、平行平板５４、光学楔５５の光学楔ターレット５１に対する保持状態を検出する。

その後、映像表示スイッチ３１によって映像表示モードがオフになったのをＣＰＵ３２が検出したら、光源１１を消灯させるとともに、空間光変調素子駆動回路３３およびステッピングモータ駆動回路８５の駆動を停止して映像表示モードの処理を終了する。

なお、映像表示に先立つ光源１１の発光量制御の際や映像表示中において、光検出器５７，５８，５９やフォトインタラプタ８１から出力が得られない場合には、ステッピングモータ５２が動作不良として、表示回路４３に動作不良のメッセージを表示するとともに、動作不良を表すＬＥＤを点灯させる異常表示を行って映像表示モードを強制終了し、同様に、光検出器５７，５８または５９から所定のタイミングで出力が得られない場合には、対応する光学楔５３、平行平板５４または光学楔５５の保持状態不良として、表示回路４３にその旨のメッセージを表示するとともに、保持状態不良を表すＬＥＤを点灯させる異常表示を行って映像表示モードを強制終了する。

以上のように、本実施の形態によれば、光学楔ターレット５１に光学楔５３，５５および平行平板５４を設けて、光学楔ターレット５１をステッピングモータ５２で回転させることにより空間光変調素子９の変調領域９ａ上で縮小光束を走査させるようにしたので、縮小光束の走査制御を容易に行うことが可能となる。

また、光学楔５３，５５および平行平板５４にそれぞれホログラム素子５３ａ，５５ａおよび５４ａを設けてそれぞれの回折光を対応する光検出器５７，５９および５８で受光するようにし、それらの出力の平均値に対応する出力が光検出器５８から得られるように光源１１の発光量を制御するようにしたので、光学楔５３，５５および平行平板５４の光学特性の差異や塵埃の付着状態等による変調領域９ａ上での照明むらを軽減することができ、画質の良好な映像を表示することができる。

さらに、光検出器５７，５８，５９やフォトインタラプタ８１の出力を監視することで、光学楔ターレット５１を回転駆動するステッピングモータ５２の動作を確認できるとともに、光検出器５７，５９および５８の出力を監視することで、対応する光学楔５３，５５および平行平板５４の光学楔ターレット５１に対する保持状態を確認できるので、装置の信頼性を向上することができる。

なお、本実施の形態において、ホログラム素子５３ａ，５５ａおよび５４ａは、対応する光学楔５３，５５および平行平板５４の出射面側に設けることもできる。また、光学楔５３および５５はそれぞれホログラム素子で形成することもでき、このホログラム素子よりなる光学楔に、対応する光検出器５７および５９への入射光を生成するホログラム素子５３ａおよび５５ａをそれぞれ貼り合わせることもできる。さらに、ホログラム素子５３ａ，５４ａ，５５ａは、例えば図１１に光学楔５３のホログラム素子５３ａを示すように、オレフィン系のプラスチック材料からなる凹状部材９１の底面にホログラム素子５３ａを形成して、この凹状部材９１を光学楔５３の入射面側あるいは出射面側を覆うように設けることもできる。このようにすれば、ホログラム素子５３ａへの塵埃の付着を防止することができる。なお、図１１において、好ましくは凹状部材９１の入射面側および光学楔５３の出射面側には、誘電体多層膜よりなる赤外カットフィルタを蒸着する。また、光学楔ターレット５１の平行平板５４を取り外して開口とすることもできる。また、光学楔ターレット５１に光学楔および平行平板や開口を適宜設けて、光学楔ターレット５１をステッピングモータ５２により正逆方向に回動させて、空間光変調素子９の変調領域９ａ上で縮小光束を走査させるよう構成することもできる。

本発明の第１実施の形態に係る投影型映像表示装置の光学系の概略構成を示す図である。 図１に示す第２レンズアレイの拡大斜視図である。 図１に示す可変偏角プリズムの動作を説明するための図である。 第１実施の形態に係る投影型映像表示装置の制御回路の概略構成を示すブロック図である。 第１実施の形態に係る投影型映像表示装置の概略動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の第２実施の形態に係る投影型映像表示装置における縮小光束走査手段の概略構成を示す分解斜視図である。 同じく、その動作を説明するための図である。 図６に示すステッピングモータの断面図である。 図８に示すステッピングモータのロータとステータとの関係を示す図である。 第２実施の形態に係る投影型映像表示装置の制御回路の概略構成を示すブロック図である。 第２実施の形態における光学楔の変形例を示す図である。

符号の説明

１ 光源ユニット
２ａ，２ｂ レンズ
３ 第１レンズアレイ
４ 第２レンズアレイ
４ａ シリンドリカルレンズ
５ 偏光板
６ 重畳レンズ
７ 可変偏角プリズム
８ フィールドレンズ
９ 空間光変調素子
９ａ 変調領域
１１ 光源
１２ リフレクタ
１３ 光検出器
１５，１６ 透明基板
１７ 蛇腹
１８ 透明液体
２１ ホログラム素子
２２，２３ 光検出器
３１ 映像表示スイッチ
３２ ＣＰＵ
３３ 空間光変調素子駆動回路
３４ 可変偏角プリズム駆動回路
３９ 温度センサ
４１ 光源駆動回路
４２ オートパワーコントロール（ＡＰＣ）回路
４３ 表示回路
４４ 記憶部（ＲＯＭ）
５１ 光学楔ターレット
５２ ステッピングモータ
５３，５５ 光学楔
５４ 平行平板
５３ａ，５４ａ，５５ａ ホログラム素子
５７，５８，５９ 光検出器
６１ 取り付けネジ
６２ ロータ本体
６３ 回転軸
６４ すべり軸受け
６５ ステータ本体
６６ 台座
６７ ボール
７１ ロータ
７２ ロータ磁石
７５ ステータ
７６ａ〜７６ｄ ティース
７７ａ〜７７ｄ ステータコイル
７８ ケーブル貫通孔
７９ 開口
８１ フォトインタラプタ
８２ フラグ
８５ ステッピングモータ駆動回路
９１ 凹状部材

Claims (6)

1. 光源からの照明光束を空間光変調素子により映像に応じて空間変調して投影表示する投影型映像表示装置において、
   上記光源からの照明光束を上記空間光変調素子の変調領域よりも狭い領域を照明する縮小光束に変換する縮小光束変換手段と、
   上記縮小光束変換手段からの縮小光束を選択的に屈折させて上記空間光変調素子の変調領域を走査する縮小光束走査手段と、
   上記縮小光束走査手段に設けられて上記縮小光束変換手段からの縮小光束の一部を分離する光束分離手段と、
   上記光束分離手段で分離された光束を受光する光検出手段とを有することを特徴とする投影型映像表示装置。
2. 上記縮小光束走査手段は屈折角を自在に変更可能な可変偏角プリズムを有し、
   上記光束分離手段は上記可変偏角プリズムの入射面側または出射面側に設けたホログラム素子を有し、
   上記光検出手段は上記可変偏角プリズムが所定の偏角状態にあるときの上記ホログラム素子の所定の回折光を受光する少なくとも一つの光検出器を有することを特徴とする請求項１に記載の投影型映像表示装置。
3. 上記縮小光束走査手段は、屈折角が異なる複数の光学部材を同心円状に保持したターレットと、上記複数の光学部材が上記縮小光束変換手段からの縮小光束の光路中に順次位置するように上記ターレットを回動する駆動手段とを有し、
   上記光束分離手段は、上記複数の光学部材の入射面側または出射面側にそれぞれ設けた複数のホログラム素子を有し、
   上記光検出手段は、上記光学部材が上記縮小光束変換手段からの縮小光束の光路中に位置した状態で対応する上記ホログラム素子の所定の回折光を受光するように、上記複数のホログラム素子に対応して設けた複数の光検出器を有することを特徴とする請求項１に記載の投影型映像表示装置。
4. 上記ホログラム素子は、上記縮小光束走査手段に入射する縮小光束の中央部の光を回折させるように構成したことを特徴とする請求項２または３に記載の投影型映像表示装置。
5. 上記縮小光束変換手段は、上記光源からの照明光束を集光して複数の部分光束を生成する平面状に配列された複数の小レンズからなる第１レンズアレイと、上記第１レンズアレイからの上記複数の部分光束を上記縮小光束走査手段に導く第２レンズアレイと、上記第２レンズアレイからの上記複数の部分光束を重畳する重畳レンズとを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の投影型映像表示装置。
6. 上記小レンズは、一方向にのみ集光性を有するシリンドリカルレンズからなることを特徴とする請求項５に記載の投影型映像表示装置。

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