JP2007183450A - 投写型映像表示装置及びその絞り制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 比例関係にないアイリス(絞り)特性を有していても、画像のコントラスト急変を回避でき、より自然でなめらかな違和感のない映像を実現することができる投写型映像表示装置及びその絞り制御方法を提供する。
【解決手段】 光源からの光量を、開度と照度とが比例関係にない絞り特性を有して調節する絞り機構3と、映像信号の明るさを検出する検出手段(APL検出部12)と、この検出手段によって検出された映像信号の明るさに応じて絞り機構3の開度を制御すると共に、絞り特性の緩急に応じて絞り機構3の開閉速度を制御する制御手段(マイコン11)とを備えた。
【選択図】 図7
【解決手段】 光源からの光量を、開度と照度とが比例関係にない絞り特性を有して調節する絞り機構3と、映像信号の明るさを検出する検出手段(APL検出部12)と、この検出手段によって検出された映像信号の明るさに応じて絞り機構3の開度を制御すると共に、絞り特性の緩急に応じて絞り機構3の開閉速度を制御する制御手段(マイコン11)とを備えた。
【選択図】 図7
Description
本願発明は、光源からの光を映像信号に基づき変調して投写することにより映像を表示する液晶プロジェクタ等の投写型映像表示装置及びその絞り制御方法に関するものである。
液晶プロジェクタ等の投写型映像表示装置では、画像の平均輝度レベル(APL;Average Picture Level)に応じて、メタルハライドランプ等の光源からの発光量を制御することによって、画像のコントラストを高める方法が知られている。
また、光源の発光量を変化させる代わりに、光学絞り(ランプアイリス)による光量調節を利用して画像のコントラストを高める方法も知られている。
光源の発光量を制御するものについては、例えば特許文献1に記載されており、光学絞りにより光量調節するものについては、例えば特許文献2に記載されている。
特開平5−66501号公報(G03B 33/12)
特開2002−23106号公報(G02B 27/28)
液晶プロジェクタ等の投写型映像表示装置のランプアイリスは、その形状により固有のアイリス特性(絞りの開度と照度との関係)を有している。アイリス形状が一般的な円形状の場合はアイリス特性は比例関係となるが、特殊な形状のためアイリス特性が比例関係でなく、かつランプアイリスの開閉速度が最適化されていない場合には、表示画像のコントラストが急変する問題が発生する。
そこで、本願発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、比例関係にないアイリス(絞り)特性を有していても、画像のコントラスト急変を回避でき、より自然でなめらかな違和感のない映像を実現することができる投写型映像表示装置及びその絞り制御方法を提供することを目的とするものである。
上記のような目的を達成するために、本願の請求項1に記載の発明に係る投写型映像表示装置は、光源からの光を映像信号に基づき変調して投写することにより映像を表示する投写型映像表示装置において、前記光源からの光量を、開度と照度とが比例関係にない絞り特性を有して調節する絞り機構と、前記映像信号の明るさを検出する検出手段と、この検出手段によって検出された映像信号の明るさに応じて前記絞り機構の開度を制御すると共に、前記絞り特性の緩急に応じて前記絞り機構の開閉速度を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
さらに、請求項2に記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記光源からの光が通過する光学系に、複数の矩形状のセルをマトリクス状に配列して成る第1及び第2インテグレータレンズが、前記光源からの光が通過すべき光軸上に互いに間隔をもって配置され、前記絞り機構は、前記第1及び第2インテグレータレンズの間に配置されると共に、前記光軸とは直交する平面上に互いに重ね合わせて配置された第1絞り板及び第2絞り板と、これら両絞り板を前記平面に沿って互いに接近離間する方向に駆動する駆動機構とから構成され、前記第1絞り板及び第2絞り板の互いに対向する端縁には、それぞれ凹部が形成されて、両凹部によって包囲された光通過窓が形成され、両凹部はそれぞれ、前記第1インテグレータレンズの各セルから第2インテグレータレンズの各セルへ向かう複数の光束間の格子状の境界線に沿う階段状に形成されていることを特徴とするものである。
また、請求項3に記載の発明に係る投写型映像表示装置の絞り制御方法は、光源からの光を映像信号に基づき変調して投写することにより映像を表示する投写型映像表示装置において、前記光源からの光量を、開度と照度とが比例関係にない絞り特性を有して調節する絞り機構の開度を、前記映像信号の明るさに応じて制御すると共に、前記絞り特性の緩急に応じて前記絞り機構の開閉速度を制御することを特徴とするものである。
本願の請求項1記載の発明に係る投写型映像表示装置によれば、映像信号の明るさを検出する検出手段によって検出された映像信号の明るさに応じて、開度と照度とが比例関係にない絞り特性を有する絞り機構の開度を制御すると共に、その絞り特性の緩急に応じて絞り機構の開閉速度を制御する制御手段を備えたことにより、絞り特性の緩急をなめらかにするように作用して、画像のコントラスト急変を回避でき、より自然でなめらかな違和感のない映像を実現することができる。
さらに、請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の発明において、絞り機構を構成する第1絞り板及び第2絞り板の互いに対向する端縁には、それぞれ凹部が形成されて、両凹部によって包囲された光通過窓が形成され、両凹部はそれぞれ、第1インテグレータレンズの各セルから第2インテグレータレンズの各セルへ向かう複数の光束間の格子状の境界線に沿う階段状に形成されていることにより、両絞り板が理想遮光状態に設定される頻度が増大し、この結果、色ムラの発生が抑制される。また、両紋り板を水平方向に接近離間させる1方向のスライド機構から紋り機構を構成することができ、これによって、紋り機構の簡略化を図ることができる。
また、請求項3記載の発明に係る投写型映像表示装置の絞り制御方法によれば、開度と照度とが比例関係にない絞り特性を有する絞り機構の開度を、映像信号の明るさに応じて制御すると共に、その絞り特性の緩急に応じて絞り機構の開閉速度を制御することにより、絞り特性の緩急をなめらかにするように作用して、画像のコントラスト急変を回避でき、より自然でなめらかな違和感のない映像を実現することができる。
以下、投写型映像表示装置として液晶プロジェクタを例にとって、本願発明の一実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本願発明の一実施形態に係る液晶プロジェクタの光学系を示す構成図である。
光源となるランプユニット1からの白色光は、第1インテグレータレンズ21、絞り機構3、第2インテグレータレンズ22、スリット板4、偏光ビームスプリッタ5及びフィールドレンズ6を経て、第1ダイクロイックミラー71に導かれる。
第1インテグレータレンズ21及び第2インテグレータレンズ22は、図5に示す如く耐熱ガラス製のフライアイレンズから構成され、ランプユニット1から発せられる白色光の照度分布を均一化する機能を有している。また、スリット板4は、アルミニウム薄板から構成され、偏光ビームスプリツタ5に対する不要な入射光を遮断する機能を有し、偏光ビームスプリツタ5は、光のP波及びS波の内、一方の成分波のみを抽出する機能を有している。
図1に示す偏光ビームスプリッタ5を通過した光は、フィールドレンズ6を経て、第1ダイクロイックミラー71に至る。第1ダイクロイックミラー71は、光の青色成分のみを反射すると共に、赤色及び緑色成分を通過させる機能を有し、第2ダイクロイックミラー72は、光の緑色成分を反射すると共に、赤色成分を通過させる機能を有し、フィールドミラー8aは、第2ダイクロイックミラー72を通過した赤色成分を反射する機能を有している。従って、ランプユニット1から発せられた白色光は、第1及び第2ダイクロイックミラー71,72によって、青色光,緑色光及び赤色光に分光され、映像合成装置9に導かれることになる。
映像合成装置9は、図1に示す如く、立方体状の色合成プリズム90の3つの側面にそれぞれ、赤色用液晶パネル91r、緑色用液晶パネル91g及び青色用液晶パネル91bを取り付けて構成される。3枚の液晶パネル91r,91g,91bの光入射側にはそれぞれ、各液晶パネル91r,91g,91bに対する不要な光の成分波の入射を遮断するための光学補償シート92r,92g,92bが配置されている。
第1ダイクロイックミラー71及びフィールドミラー8bによって反射された青色光は、青色用の入射側偏光板93bに導かれ、該入射側偏光板93b、青色用の光学補償シート92b、青色用液晶パネル91b及び青色用の出射側偏光板94bを経て、色合成プリズム90へ至る。また、第2ダイクロイックミラー72によって反射された緑色光は、緑色用の入射側偏光板93gに導かれ、該入射側偏光板93g、緑色用の光学補償シート92g、緑色用液晶パネル91g及び緑色用の出射側偏光板94gを経て、色合成プリズム90へ至る。同様に、第1ダイクロイックミラー71及び第2ダイクロイックミラー72を透過し、2枚のフィールドミラー8a,8cによって反射された赤色光は、赤色用の入射側偏光板93rに導かれ、該入射側偏光板93r、赤色用の光学補償シート92r、赤色用液晶パネル91r及び赤色用の出射側偏光板94rを経て、色合成プリズム90へ至る。
色合成プリズム90に導かれた3色の映像光は、色合成プリズム90により合成され、これによって得られるカラー映像光が、投写レンズ10を経て前方のスクリーンへ拡大投写されることになる。
第1インテグレータレンズ21と第2インテグレータレンズ22の間に配置された紋り機構3は、投写すべき映像の入力データ(映像信号)に応じて、各色の液晶パネル91r,91g,91bに入射させるべき光量を調整することにより、投写映像のコントラストの向上を図るものである。例えば、投写すべき映像の入力データが低輝度領域に集中している場合、即ち投写すべき映像が全体的に暗い映像である場合、紋り機構3によりランプユニット1から発せられた光の一部を遮断して、各色の液晶パネル91r,91g,91に入射させるべき光量を通常時よりも少なく設定すると共に、入力データに対してダイナミックレンジを拡大する補正を施すことにより、投写映像のコントラストの向上を図ることができる。
ところで、第2インテグレータレンズ22を通過して各色の液晶パネル91r,91g,91bに至る光の内、第2インテグレータレンズ22の外周部を通過した光は、第2インテグレータレンズ22の中央部を通過した光に比べて、各液晶パネル91r,91g,91bの表面に対して傾斜して入射することとなるため、光漏れの原因となり易い。
そこで、第2インテグレータレンズ22の外周部へ入射されることとなる光を絞り機構3によって遮断することにより、各色の液晶パネル91r,91g,91bに生じる光漏れを防止し、これによって、投写映像のコントラストの向上を図っている。
図2及び図3に示す如く、絞り機構3は、それぞれ矩形状のベースプレート31とカバープレート32とを互いに接合して形成した扇平なケーシング30の内部に、T字状の第1紋り板33とL字状の第2紋り板34とを、該紋り機構3を通過する光の光軸とは直交する平面上に互いに重ね合わせて配置して構成され、カバープレート32には、第1絞り板33及び第2絞り板34を前記平面に沿って互いに接近離間する方向に駆動するためのモータ35が取り付けられている。ベースプレート31及びカバープレート32にはそれぞれ、矩形状の開口31a,32aが形成されており、図1に示した第1インテグレータレンズ21を通過した光は、前記両開口31a,32aを通して第2インテグレータレンズ22に照射されることになる。
図2に示す如く、モータ35の出力軸には、該出力軸と一体に回転する回動部材36が取り付けられており、該回動部材36の両端部にはそれぞれ、カバープレート32に向けて突出する凸部36a,36aが形成されている。各凸部36a,36aは、図3に示すベースプレート31及びカバープレート32に開設された一対の円弧状の溝部31b,31b及び32b,32bに係合している。また、第1絞り板33及び第2絞り板34の左端部には、矩形状の貫通孔33a,34aが開設されており、両貫通孔33a,34aを回動部材36の各凸部36a,36aが貫通している。
第1絞り板33の上辺部及び第2絞り板34の下辺部にはそれぞれ、2つのガイド孔53b,33b及び34b,34bが、図2に示す紋り機構3の矩形状の外形を構成する一対の長辺に沿って開設されると共に、ベースプレート31の内面には、前記一対の長辺に沿ってそれぞれ2本づつ、合計4本のガイドピン31c,31c,31d,31dがカバープレート32に向けて突設されている。上側の2本のガイドピン31c,31cは、第1絞り板33の2つのガイド孔33b,33bにそれぞれ係合し、下側の2本のガイドピン31d,31dは、第2絞り板34の2つのガイド孔34b,34bにそれぞれ係合している。
図5に示す如く、第2インテグレータレンズ22は、マトリクス状に配列された56個の矩形状のセル22aから構成されており、第1インテグレータレンズ21も第2インテグレータレンズ22と同様の構成を有している。図6(a)〜(c)に示す如く、第2インテグレータレンズ22は、該第2インテグレータレンズ22を構成する各セル22aの光学中心が、第1インテグレータレンズ21を構成する各セル21aの焦点に一致するように配置されている。
従って、図6(a)〜(c)に示す如く、第1インテグレータレンズ21の各セル21aからは、第2インテグレータレンズ22の対応する各セル22aの光学中心へ向かう四角錐状の光束200が出射され、絞り機構3(第1,第2絞り板33,34)の設置位置における各光束200の断面形状は矩形状を呈することになる。
図3に示す如く、第1絞り板33及び第2絞り板34の互いに対向する端縁には、それぞれ凹部33c,34cが形成されている。両凹部33c,34cはそれぞれ、第1インテグレータレンズ21の各セル21aから第2インテグレータレンズ22の各セル22aへ至る複数の光束200間の格子状の境界線に沿う階段状に形成されている。
両絞り板33,34の凹部33c,34cは、図4(a)〜(e)に示す如く、両紋り板33,34のスライド動作に応じて開口31a,32aから露出し、第1インテグレータレンズ21を通過した光は、両凹部33c,34cによって包囲された光通過窓37を通して、第2インテグレータレンズ22に至ることになる。
図4(a)〜(e)は、両絞り板33,34の凹部33c,34cの端縁が、第1インテグレータレンズ21の各セル21aから第2インテグレータレンズ22の各セル22aへ至る複数の光束200間の格子状の境界線上に位置した状態(理想遮光状態)を示している。
また、図5(a)〜(e)は、絞り機構3が図4(a)〜(e)に示す理想遮光状態に設定されたとき、第2インテグレータレンズ22に照射される光の領域をハッチングで示している。図6(a)〜(c)は、紋り機構3が図4(a),(c)及び(e)に示す各状態に設定されたとき、該絞り機構3によって、第1インテグレータレンズ21の各セル21aから第2インテグレータレンズ22の各セル22aへ至る全ての光束200の内、複数の光束200が遮光された状態を示している。
図4(a)〜(e)に示す如く、モータ35が時計回りに回転すると、第1絞り板33は右方向ヘスライドすると共に、第2絞り板34は左方向ヘスライドし、この結果、第1紋り板33と第2絞り板34とが互いに接近することになる。これにより、開口31a,32aから露出する第1絞り板33及び第2絞り板34の面積が大きくなる。
一方、モータ35が反時計回りに回転すると、第1絞り板33は左方向ヘスライドすると共に、第2絞り板34は右方向ヘスライドし、この結果、第1絞り板33と第2紋り板34とが互いに離間することになる。これにより、開口31a,32aから露出する第1紋り板33及び第2絞り板34の面積が小さくなる。
上述の如く、開口31a,32aから露出する第1絞り板33及び第2絞り板34の面積は、モータ35の回転角に応じて変化するので、モータ35の回転角を制御することによって、図4(a)に示す第1の理想遮光状態と図4(e)に示す第5の理想遮光状態との間で、第2インテグレータレンズ22に対する光の照射領域を変化させることができる。
図4(a)に示す第1の理想遮光状態において、回動部材36は、モータ35によって反時計回りの限界位置まで回動している。この状態においては、図5(a)及び図6(a)に示す如く、第2インテグレータレンズ22を構成する56個の全てのセル22aに光が照射される。
一方、図4(e)に示す第5の理想遮光状態において、回動部材36は、モータ35によって時計回りの限界位置まで回動している。この状態においては、図5(e)及び図6(c)に示す如く、第2インテグレータレンズ22の中央部を構成する4個のセル22aにのみ光が照射されることになる。
また、図4(b)に示す第2の理想遮光状態においては、図5(b)に示す如く、第2インテグレータレンズ22の最外周に配列された12個のセル22aを除く44個のセル22aに光が照射されることになる。
同様に、図4(c)に示す第3の理想遮光状態においては、図5(c)及び図6(b)に示す如く、第2インテグレータレンズ22の中央部を中心として略十字状に配列された28個のセル22aにのみ光が照射され、図4(d)に示す第4の理想遮光状態においては、図5(d)に示す如く、第2インテグレータレンズ22の中央部を中心として略十字状に配列された12個のセル22aにのみ光が照射されることになる。
ここで、紋り機構3が、図4(a)〜(e)に示す第1〜第5の理想遮光状態の間の中間状態に設定された場合、即ち、第1紋り板33及び第2紋り板34が、第1インテグレータレンズ21の各セル21aから第2インテグレータレンズ22の各セル22aへ至る全ての光束200の内、少なくとも1つの光束200の一部の領域の光の通過を遮断して残りの領域の光の通過を許容する状態に遷移した場合には、投写映像に色ムラが発生することがある。
本実施形態の絞り機構3においては、光の通過を許容する光通過窓37を規定する両紋り板33,34の互いに対向する凹部33c,34cは、第1インテグレータレンズ21の各セル21aから第2インテグレータレンズ22の各セル22aへ向かう複数の光束200間の格子状の境界線に沿う階段状に形成されているため、両絞り板33,34の往復動作の過程で、両絞り板33,34の凹部33c,34cの端縁が前記格子状の境界線上に至る毎に、前記中間状態から、第1〜第5の理想遮光状態の内、何れか一つの理想遮光状態に遷移することになる。
これにより、両紋り板33,34の往復動作の過程で、両絞り板33,34が理想遮光状態に設定される頻度が増大し、この結果、色ムラの発生が抑制される。
また、両絞り板33,34の凹部33c,34cが、第1インテグレータレンズ21の各セル21aから第2インテグレータレンズ22の各セル22aへ至る複数の光束200間の格子状の境界線に沿う階段状に形成されているため、両紋り板33,34を水平方向に接近離間させる1方向のスライド機構から紋り機構3を構成することができ、これによって、紋り機構3の簡略化を図ることができる。
図7は、本願発明の一実施形態に係る上記絞り機構3の制御ブロック図である。
本願発明の制御手段を構成するマイコン(マイクロコンピュータ)11には、APL検出部12からの出力が入力されている。APL検出部12は、本願発明において映像信号の明るさを検出する検出手段に相当するもので、映像信号から各画像フレームの平均輝度レベル(APL;Average Picture Level)を検出して、マイコン11に出力する。
マイコン11は、APL検出部12によって検出された平均輝度レベル(APL)に応じて絞り機構3のモータ35を制御することにより光透過窓37の開度を制御すると共に、その制御に際して下述するアイリス(絞り)特性の緩急に応じて絞り機構3のモータ35を制御することにより光透過窓37の開閉速度を制御する。
マイコン11の内部メモリには、下述するアイリス特性のデータが予め記憶されており、マイコン11は、このデータに基づきアイリス特性の緩急に応じて絞り機構3のモータ35を制御することにより、光透過窓37の開閉速度を制御することができるようになっている。
図8は、上述してきた絞り機構3の開口31a,32aを示す模式図である。ここでは、開口31a,32aの大きさが同図(a)に示す如く31.6mm×30.8mmで、アイリスの動作範囲を、同図(b)に示す24.68mm×20.2mmの最大開度(OPEN)から同図(c)に示す6.92mm×10.6mmの最小開度(CLOSE)の範囲とした。これらの間を64分割し、横軸に開度設定値、縦軸に照度比をとり、グラフ化したものが図9に示すアイリス特性である。
上述したように、アイリス特性はアイリスの形状に依存する。例えば、光透過窓37が十字形状であるアイリスでは上記のような特性をとり、円形状であるアイリスでは正比例の特性をとる。
このように、アイリス特性がその形状に依存するため、アイリスの形状毎に制御を変える必要がある。
例えば、図9に示すように最大開度−最小開度間を64分割し、アイリス特性の傾きが緩やかなところと急なところで、当該データを予め記憶してあるマイコン11で絞り機構3のモータ35の制御を変えることにより、アイリスの開閉速度を変化させるように制御する。
具体的には、アイリス特性の傾きが緩やかなところでは、画像1フレームで1ステップ動かし、急なところでは画像4フレームで1ステップ動かすように制御し、ランプアイリスの開閉速度に変化を付けるようにして、アイリス特性の緩急をなめらかにするように作用させる。
これにより、液晶プロジェクタで表示した画像のコントラストが急変するケースを回避することができ、より自然でなめらかな違和感のない映像を実現することができる。
なお、上記実施形態では、液晶パネルを用いた液晶プロジェクタを示したが、他の映像光生成系を備える投写型映像表示装置においても本願発明を適用できる。前面投写型の他、背面投写型映像表示装置においても本願発明を適用することができる。また、DLP(Digital Light Processing;テキサス・インスツルメンツ(TI)社の登録商標)方式のプロジェクタにおいても本願発明を適用することができる。
1 ランプユニット(光源)
21,22 第1,第2インテグレータレンズ
3 絞り機構
33,34 絞り板
35 モータ
37 光通過窓
91r,91g,91b 液晶パネル
11 マイコン(制御手段)
12 APL検出部(検出手段)
21,22 第1,第2インテグレータレンズ
3 絞り機構
33,34 絞り板
35 モータ
37 光通過窓
91r,91g,91b 液晶パネル
11 マイコン(制御手段)
12 APL検出部(検出手段)
Claims (3)
- 光源からの光を映像信号に基づき変調して投写することにより映像を表示する投写型映像表示装置において、
前記光源からの光量を、開度と照度とが比例関係にない絞り特性を有して調節する絞り機構と、前記映像信号の明るさを検出する検出手段と、この検出手段によって検出された映像信号の明るさに応じて前記絞り機構の開度を制御すると共に、前記絞り特性の緩急に応じて前記絞り機構の開閉速度を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。 - 前記光源からの光が通過する光学系に、複数の矩形状のセルをマトリクス状に配列して成る第1及び第2インテグレータレンズが、前記光源からの光が通過すべき光軸上に互いに間隔をもって配置され、
前記絞り機構は、前記第1及び第2インテグレータレンズの間に配置されると共に、前記光軸とは直交する平面上に互いに重ね合わせて配置された第1絞り板及び第2絞り板と、これら両絞り板を前記平面に沿って互いに接近離間する方向に駆動する駆動機構とから構成され、前記第1絞り板及び第2絞り板の互いに対向する端縁には、それぞれ凹部が形成されて、両凹部によって包囲された光通過窓が形成され、両凹部はそれぞれ、前記第1インテグレータレンズの各セルから第2インテグレータレンズの各セルへ向かう複数の光束間の格子状の境界線に沿う階段状に形成されていることを特徴とする請求項1記載の投写型映像表示装置。 - 光源からの光を映像信号に基づき変調して投写することにより映像を表示する投写型映像表示装置において、
前記光源からの光量を、開度と照度とが比例関係にない絞り特性を有して調節する絞り機構の開度を、前記映像信号の明るさに応じて制御すると共に、前記絞り特性の緩急に応じて前記絞り機構の開閉速度を制御することを特徴とする投写型映像表示装置の絞り制御方法。
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2006
- 2006-01-10 JP JP2006002096A patent/JP2007183450A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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