JP2008180921A - 投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外界への光出力異常、および、筐体やスクリーンを含む表示装置の転倒、振動、分解、変形、破壊を確実かつ迅速に検知する。
【解決手段】遮光性を備えた筺体２８内に設置された、照明光を発生させる光源３３と、光源２２からの照明光の光束の量を調整する可動絞り２３と、画像信号に応じて光量を調整して、照明光から、画像を形成する画像光を生成するライトバルブ９と、ライトバルブ９からの画像光の光束を拡大する投写光学系１０と、筺体２８の窓に配置され、画像を表示する透過型スクリーン２９とを備えている。さらに、光源２２からの外界への光出力異常、および、筺体２８または透過型スクリーン２９の異常を検知するための第１〜第９の検出器４１〜４９と、音や光で異常を知らせる警告警報手段３０と、異常を検知した場合の内部動作の制御を行う制御手段３２とを備えている。
【選択図】図１５

Description

本発明は投写型表示装置に関し、特に、変調光源と透過型スクリーンを備えた投写型表示装置に関するものである。

投写型表示装置は、レーザ光を光源としてスクリーンに映像表示を行うものである。投写型表示装置は、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）やＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）とは異なり、非発光型の表示装置で、画像信号に応じて光量を調整するライトバルブと、光源からの照明光によりライトバルブを照明する照明光学系と、ライトバルブでつくられた小さな画像を大きなスクリーンに拡大投影する投写光学系とを備えている。

投写型表示装置は、観測者から見てスクリーンの背面から画像光を投影するものを背面投写型、観測者から見てスクリーンの手前から画像光を投影するものを前面投写型と分類されるが、前者に用いられる透過型スクリーン２９は、図１にあるように、プロジェクタ１からの画像光１６を観測者８側に曲げるフレネルレンズスクリーン（フレネル光学素子）２と、その画像光に発散角度を与えて広げる光拡散手段３から構成される。なお、図１において、４はフレネルレンズ基板、５は出光面側フレネルレンズ、６はレンズ要素、７は光拡散シートである。フレネルレンズスクリーン（フレネル光学素子）２は、フレネルレンズ基板４と出光面側フレネルレンズ５とから構成されている。また、光拡散手段３は、レンズ要素６と光拡散シート７とから構成されている。さらに、図１において、９はライトバルブ、１０は投写光学系、１１は照明光学系、２２は光源である。プロジェクタ１は、光源２２と、照明光学系１１と、ライトバルブ９と、投写光学系１０とから構成されている。また、図１において、１７は反射鏡である。

例えば、レーザのような発光点が小さく平行度の高い光源からの光が、レンズやミラーに代表される光学系で集光されると、その集光スポットは非常に小さくなり、単位面積あたりの光エネルギーが大きくなる。そのため、投写型表示装置においては、組み込まれた光源となる高出力のレーザは、通常使用において、光源の強度もしくは時間変調、照明光学系１１の可動絞り（図示省略）、および、ライトバルブ９で光量が調整され、投写光学系１０で光束が広げられ、さらに、透過型スクリーン２９により光束が立体角に配光されるようにして、放射照度（単位面積、単位時間あたりの光エネルギー）および放射露光（単位面積あたりの光エネルギー）が十分小さくなるように設計されている。また、観測者の誤った操作や動作を防止するための機能やインターロックも設けられている。

従来例として、高エネルギーのレーザを光源として用いて、スクリーンに映像を映し出す映像表示装置において、光源によって発生した異常を検知する例が示されている。これは視聴を妨げないように、スクリーン上の有効画面範囲外にフォトダイオードに代表される光センサを配置し、その出力によりレーザ光源の照射の異常を検知し、異常と判断された場合は、レーザ光の発生を停止または減衰、あるいは、遮蔽するものである（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−２６７６２１号公報

しかしながら、上記の従来の投写型表示装置は、スクリーン上の有効画面範囲外に光センサが配置されているため、スクリーンが（センサと一緒に）外れた場合や、投写光学系のアライメントずれや、レーザ光源の出力異常などは検知することができるが、有効画面範囲内の光出力の検知は出来ないという問題点があった。また、表示装置の転倒や振動、筐体や有効画面範囲内のスクリーン割れ、分解、変形、破壊行為等は検知できないという問題点があった。

投写型表示装置の外観は、通気口や配線等に必要な小さな窓を除くと、その筐体２８（図６参照）に観測者８が映像を見るための透過型スクリーン２９を配置するための大きな窓がある。ここに透過型スクリーン２９を配置すると、筐体２８及び透過型スクリーン２９により装置内部に空間が確保され、筐体２８及び透過型スクリーン２９を境界として、装置の外部（以下、外界と呼ぶ）と装置の内部（以下、内界と呼ぶ）とに分けられる。

通常使用では、外界への光漏れ（光出力異常）を検知することが好ましい。また、観測者８が、筐体２８及び透過型スクリーン２９を、分解、破壊、変形するなどして、内界へと進入する場合も考えられる。通常使用でない場合でも、このような異常を事前に検知して、照明光の発生を停止、あるいは、遮蔽を行うことで光漏れを防ぐようにするほうがよいことは言うまでもない。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、レーザ光源の外界への光出力異常、および、筐体やスクリーンを含む表示装置の転倒、振動、分解、変形、破壊を確実かつ迅速に検知できる投写型表示装置を提供することを目的としている。

この発明は、遮光性を備えた筺体と、前記筺体内に設置され、照明光を発生させる変調光源と、前記筺体内に設置され、前記変調光源からの前記照明光の光束の量を調整する可動絞りと、前記筺体内に設置され、画像信号に応じて光量を調整して、前記照明光から画像を形成する画像光を生成するライトバルブと、前記筺体内に設置され、前記ライトバルブからの前記画像光の光束を拡大する投写光学系と、前記筺体に設けられた窓に配置され、前記投写光学系によって拡大された前記画像光が投影され、前記画像光による前記画像を表示する透過型スクリーンと、前記光源からの外界への光出力異常、および、前記筺体または前記透過型スクリーンの異常を検知する検出手段と、音または光の少なくともいずれか一方で前記異常を知らせる警告警報手段と、前記異常を検知した場合に、前記ライトバルブ、前記可動絞り、前記変調光源、前記遮断手段および前記警告警報手段の少なくとも１つを制御する制御手段とを備えた投写型表示装置である。

この発明は、遮光性を備えた筺体と、前記筺体内に設置され、照明光を発生させる変調光源と、前記筺体内に設置され、前記変調光源からの前記照明光の光束の量を調整する可動絞りと、前記筺体内に設置され、画像信号に応じて光量を調整して、前記照明光から画像を形成する画像光を生成するライトバルブと、前記筺体内に設置され、前記ライトバルブからの前記画像光の光束を拡大する投写光学系と、前記筺体に設けられた窓に配置され、前記投写光学系によって拡大された前記画像光が投影され、前記画像光による前記画像を表示する透過型スクリーンと、前記光源からの外界への光出力異常、および、前記筺体または前記透過型スクリーンの異常を検知する検出手段と、音または光の少なくともいずれか一方で前記異常を知らせる警告警報手段と、前記異常を検知した場合に、前記ライトバルブ、前記可動絞り、前記変調光源、前記遮断手段および前記警告警報手段の少なくとも１つを制御する制御手段とを備えた投写型表示装置であるので、レーザ光源の外界への光出力異常、および、筐体やスクリーンを含む表示装置の転倒、振動、分解、変形、破壊を確実かつ迅速に検知することができる。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の外観図を図６および図７にしめす。図６は、投写型表示装置を前から見た斜視図であり、図７は、背後から見た斜視図である。これらの図に示されるように、投写型表示装置は、遮光性を有する筐体２８と、筺体２８の前面に設けられた大きな窓に嵌められた観測者８が映像を見るための透過型スクリーン２９と、筺体２８の内部に搭載されたプロジェクタ１とから構成される。

プロジェクタ１は、図７に示されるように、変調光源から構成されて照明光（以下、光とする）を発生する光源２２と、当該光の光束をライトバルブ９に導き、光束の量を調整する照明光学系１１と、画像信号に応じて光量を調整して、画像を形成する画像光を生成するライトバルブ９と、当該光の光束を拡大する投写光学系１０とから構成されている。当該構成により、光源２２から発生される光を照明光学系１１で効率よくライトバルブ９に導き、ライトバルブ９で作った画像を投写光学系１０で透過型スクリーン２９へ投写する。

なお、図７では、投写光学系１０と照明光学系１１とライトバルブ９とが作図の都合上ひとまとまりのブロックで示されているが、実際には個別の要素から構成されている。また、投写光学系１０と、照明光学系１１と、ライトバルブ９と、光源２２とが、それぞれ一つずつ設けられているが、実際には、光の三原色で画像を作る場合、３つの光源２２を時間的に切り替えて、１つの照明光学系１１と１つのライトバルブ９で画像を作ったり、または、光源２２、照明光学系１１、ライトバブル９をそれぞれ３つずつ用意してもよく、各々が１つ以上であればこれに特定するものではない。

照明光学系１１は、主に、レンズやミラーにより構成されるが、ロットインテグレータ、ライトトンネル、光ファイバー等の導光手段２４（図１５参照）と、画像に応じて大きさを変える可動絞り２３（図１５参照）とから構成される。ライトバルブ９は、透過型液晶、反射型液晶、デジタルマイクロミラーデバイスなどで、これらに特定するものではない。

図１５は、この発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の内部構成を示したブロック図である。図１５に示すように、この発明の実施の形態１に係る投写型表示装置は、筺体２８内に、ライトバルブ９と、投写光学系１０と、照明光学系１１と、電源２１と、光源２２と、通信手段２７と、異常時に警告・警報を出す警告警報手段３０と、内部動作の制御を行う制御装置３２と、後述する遠隔制御装置からの制御信号を受信する制御信号受信手段３４と、第１の検出器４１（光センサ（ライトバルブ９のＯＦＦ光検出用））と、第２の検出器４２（衝撃センサ）と、第３の検出器４３（導光手段取外し検出センサ）と、第４の検出器４４（内圧センサ）と、第５の検出器４５（光センサ（異物侵入検出用））と、第６の検出器４６（重力センサ、傾斜センサ）と、第７の検出器４７（光センサ（戻り光検出用））と、第８の検出器４８（位置センサ）と、第９の検出器４９（光センサ（外界検出用））とが設けられている。このうち、警告警報手段３０と第９の検出器４９とは、図６に示すように、外から見える位置に設けられている。また、第１〜第９の検出器４１〜４９をまとめて検出器３１と呼ぶこととする。なお、第１〜第９の検出器４１〜４９は、必ずしも、全て設ける必要はなく、必要に応じて、適宜、選択して設けるようにしてもよい。また、図１５において、２９は、上述した透過型スクリーンである。また、３３は、リモートコントローラと呼ばれる遠隔制御装置である。なお、電源２１のオン／オフ動作および光源２２のオン／オフ動作は、遠隔制御装置３３から発信される制御信号により行われる。

投写型表示装置は、本来は、図１の点線で示すように、投写光学系１０の光軸と透過型スクリーン２９の中心が略一致するものである。しかしながら、投写型表示装置の奥行きを薄くする、または、小型化するために、図１の実線で示すように、反射鏡１７にて光束１６を折り曲げている。しかしながら、さらなる薄型化を達成するため、投写光学系１０の光軸（作図の都合上、図示せず）を透過型スクリーン２９の画面外へずらし、図２のように、プロジェクタ１からの光束１６を透過型スクリーン２９に対して斜め急角度に投影する方法もある。なお、図３や図４のように、光路の途中で反射鏡１７にて光束１６を折り曲げて、薄型化、小型化してもいいことは言うまでもない。図３においては、反射鏡１７が、透過型スクリーン２９に略々平行になるように配置されている。図４においては、反射鏡１７が、透過型スクリーン２９の一端の近傍で、かつ、透過型スクリーン２９に略々垂直になるように配置されている。なお、透過型スクリーン２９の上下の向きは、図の例にこだわるものではない。

透過型スクリーン２９は、図２に示すように、プロジェクタ１からの画像光１６を観測者８側に曲げるフレネルレンズスクリーン（フレネル光学素子）２と、その画像光に発散角度を与えて広げる光拡散手段３から構成される。フレネルレンズスクリーン（フレネル光学素子）２は、フレネルレンズ基板４と出光面側フレネルレンズ５とから構成されている。また、光拡散手段３は、少なくともレンズ要素６と光拡散シート７とから構成されている。レンズ要素６や光拡散シート７はその厚みも非常に薄い（厚み数１０から数１００ミクロン）ためほとんどの場合ＰＭＭＡ、ＭＳ、ＰＣなどの樹脂やガラスからなる基盤（図示せず）により保持されている。なお、基盤はレンズ要素６と光拡散シート７の間にあることもあれば、光拡散シート７と一体成形されているものもあるため、ここでは基盤の位置を限定しない。また、後述のフレネルレンズ基盤４をフレネルレンズとレンズ要素６および光拡散シート７の共通の基盤としてもよい。この光拡散手段３は一般にレンチキュラースクリーンと呼ばれる。

フレネルレンズは、一般に、投写画素より細かい周期（例えば画素の１／１０）で作られるため、その厚みも非常に薄い（厚み数１００ミクロン、プリズム部含む）ものとなる。そこで、その保持のためのフレネルレンズ基板４（厚み２〜３ミリ）を備える。フレネルレンズ基板４は、ＰＭＭＡ、ＭＳ、ＰＣなどの樹脂やガラスで作られることが多い。フレネルレンズは、フレネルレンズ基板４に直接形成されていることが多く、このフレネルレンズとフレネルレンズ基板４とからなるフレネル光学素子は、一般に、フレネルレンズスクリーンと呼ばれる。フレネルレンズは、さらに、図５に示すように、微細なプリズムからなるフレネルレンズが入光面側に形成されている入光面側フレネルレンズ１２、反対に出光面側に形成されている出光面側フレネルレンズ５に分類される。一般に、図２〜４のようなスクリーンに極端に斜入射する広角な投写光学系１０は、円弧の中心が画面の外部にあることが多く（例えば、図５原点Ｏ参照）、入光面側フレネルレンズ１２や出光面側フレネルレンズ５が用いられる（図２〜４では、入光面側フレネルレンズ１２の例を示している）。また、図１の点線のように、透過型スクリーン２９の真後ろから投影する投写光学系１０は光軸中心が画面の内部にあることが多く（同じく、図５原点Ｏ参照）、これには出光面側フレネルレンズ５が用いられる。

なお、図５に示すように、入光面側フレネルレンズ１２には、入光面側全反射・屈折混合式フレネルレンズ１３、入光面側全反射式フレネルレンズ１４、及び、入光面側部分全反射式フレネルレンズ１５等がある。

投写型表示装置の筐体２８には、通気口や配線等に必要な小さな窓（図示省略）が設けられている。これらの小さな窓からの光漏れが無いように、しきり板などを設けて光を遮蔽すると、光出力は、図１４のように、筐体２８の大きな窓に配置される透過型スクリーン２９からのみとなる。そのため、基本的には、透過型スクリーン２９を介した光出力が適切な光量となればよい。

光量の変化には、意図的に調整の出来る以下のものがある。
Ａ：光源２２の光強度の時間変調、
Ｂ：照明光学系１１の可動絞り２３
Ｃ：ライトバルブ９

また、光量の変化には、意図的に調整の出来ない以下のものもある。
Ｂ’：照明光学系１１の導光手段２４
Ｄ：投写光学系１０
Ｅ：透過型スクリーン２９
Ｆ：筐体２８

例えば、前者について、図１５を使って模式的に説明する。光量の変化は光源２２のピーク電流を調節（電流制御）したり、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）のデューティ（ｄｕｔｙ）比を変えることによって調節（ＰＷＭ制御）したり、可動絞り２３を開閉することで光量を調節したり、ライトバルブ９により光をスクリーン方向（ＯＮ光）・非スクリーン方向（ＯＦＦ光）へ偏向することで光量を調節できる。

一方、後者は、基本的に可変でないため、振動、転倒、分解、変形、破壊などにより、導光手段２４がはずれて光源２２の光がライトバルブ９まで到達しなかったり、投写光学系１０がずれて光束１６が広がらなかったり、透過型スクリーン２９がはずれて立体角に配光出来なかったり、筐体２８に穴があいたとき等に光量が変化する。

そこで前者と後者とを区別する。前者は、投写光学系１０より光源２２側で全て調節されていることから、投写光学系１０の前、ライトバルブ９の後に、検出器３１を配置する。なお、図１５の例では、検出器３１として、光量を計測するための光センサから構成された第１の検出器４１を配置し、ライトバルブ９のＯＦＦ光（非スクリーン方向へ向かう光）をセンシングすることで、上記のＡ、Ｂ、Ｃのうちのいずれかの原因の異常をまとめて検知することができる。すなわち、ライトバルブ９のＯＦＦ光の光量が所定の範囲より多くなった場合に異常として検知する。なお、センシングは、画像を写していない期間に行う。

なお、当然のことながら、全画素の光がスクリーン方向へ向かう場合にはＯＦＦ光の光量を計測することができない。つまり、画像を写すときは計測しにくいことになる。ここで、光源２２は少なくともＲＧＢ（赤、緑、青）の三原色を交互に点灯させて各色枚の画像を生成する。静止画を一秒間に２４枚から３０枚、もしくはその数倍、表示して動画を作るが、網膜残像の影響を低減するためには、各画像間に黒画像の挿入が必須となる。この黒画像時は電力の節約のため基本的に光源２２を消灯する。しかしながら、本実施の形態では、ＯＦＦ光のセンシングのために、ライトバルブ９だけをＯＦＦにして黒画像を作り、光源２２は点灯させたままにしておき、ＯＦＦ光を計測して異常の検知を行うようにしても良い。

後者については、意図的な調整機構がないため、経年変化を除き、製品を出荷した段階で状態や設定値は決まっている。そこで、要するに、外界への光出力が検知できる構成であればよいのであるが、しかしながら、外界への光出力を正しく検知するためには、筐体２８の外に光センサを配置することになり、投写型表示装置の使い勝手を著しく低下させる。但し、外界へ光が漏れてしまうのは、たとえば、導光手段２４、投写光学系１０及び透過型スクリーン２９のずれや、筐体２８の穴あき等が原因であるが、これらの事象は、振動、転倒、分解、変形、破壊等で生じると考えられることから、外界への光出力を検知しなくても、これらの事象を事前に検知すれば、光漏れも事前に検知することができる。

筐体２８には、観測者８が映像を見るための透過型スクリーン２９を配置するための大きな窓があり、通気口などを十分に遮光すれば、光は通常使用では窓となる透過型スクリーン２９からのみ出力される。

つまり、図１６のように、窓である透過型スクリーン２９を外す、破壊する、ずらす等がなされると、光漏れが発生する。そこで、第２の検出器４２として、衝撃センサ、例えば、揺れを感知する振動センサ、超音波を感知する音波センサ、固有周波数を検知する周波数センサ、電気抵抗値の変化を検知するなど電気抵抗センサ等を筐体２８内で、かつ、透過型スクリーン２９の近傍に配置することで、透過型スクリーン２９に衝撃が加わったことを検知することができる。また、第８の検出器４８として、透過型スクリーン２９と筐体２８の位置関係（それらの間の距離）を検知する位置センサ、例えば、マグネットスイッチ、メカニカルスイッチなどを筐体２８内に配置することで、透過型スクリーン２９を外したり、ずらしたりしたことを検知することができる。なお、第２の検出器４２、および、第８の検出器４８の位置は、同等の効果が確認できるところであれば上記位置に特定するものではない。

また、投写光学系１０として透過型スクリーン２９に対して極端に斜めに光が入射する広角な投写光学系１０（例えば図２〜４）を用いると、例えば、図１６のように、透過型スクリーン２９を外しても、光線は観測者８の視線方向へは行かず、天井方向へ進行する。つまり広角な投写光学系１０を用いると、光線は観測者８の視線方向から外れる方向へ進行するため、観測者８の視線と光線の進行方向がそろいにくくなるという利点がある。このような極端に斜め入射する広角な投写光学系１０の場合、その光軸中心は画面の外に配置されることが多い（例えば、図５原点Ｏ参照）。つまり、投写光学系と一対一の関係にあるフレネルレンズもその中心は画面の外に配置されるため、中心が画面の外にある円弧状にフレネルレンズが形成される特徴がある。なお、このフレネルレンズは、入光面側フレネルレンズ１２、出光面側フレネルレンズ５に制限するものではない。また、広角な投写光学系１０は屈折レンズを利用したもの、反射鏡を利用したもの、屈折レンズと反射鏡を利用したもの等に、特定するものではない。

また、図１６に示すように、投写型表示装置の内圧を測定する第４の検出器を設けるようにしてもよい。電源２２投入時には通気口からほこりが入らないように内界をわずかに与圧するので、この圧力を、気圧センサ等の第４の検出器４４でセンシングして、予め設定された所定の基準値と比較すると、内界の圧力が正規の状態にあるか否かを検知することが可能となる。すなわち、筐体２８や透過型スクリーン２９に穴あきがあったり、透過型スクリーン２９が外れた状態（例えば、図１６、図１７参照）では、内圧が正規の状態にないと判断されるため、穴や透過型スクリーン２９の外れた窓からの光漏れが未然に検知できる。なお、筐体２８や透過型スクリーン２９の分解を難しくするために、ねじ山の形を特殊な形にして通常のドライバや工具では外せないようにしたり、ほこりの進入防止だけでなく、密封を補償するための分解防止用の封を施しておくようにしてもよい。なお、この分解防止用の封は視覚的に開封したことがわかるように、開封された場合に色や模様が変わるものを用いることが望ましいということはいうまでもない。また、透過型スクリーン２９および筐体２８が分解防止用の封をされていれば、内界にアクセスできないが、冗長のため、検出器３１、制御装置３２、光源２２にも分解防止用の封をしてもよい。なお、第４の検出器４４の位置は、同等の効果が確認できるところであればこれに特定するものではない。

観測者８が、筐体２８及び透過型スクリーン２９を分解、破壊、変形するなどして、図１７のように、投写型表示装置の内界に進入する場合も考えられる。このような場合に備え、筐体２８内に第５の検出器４５として、赤外線センサなどの光センサを冗長的に配置するようにしても良い。筐体２８の内部は投写光学系１０からの光を透過型スクリーン２９に導く構造であるため、正常時には、画像光の光路上は遮蔽物のない空間であることから、光センサにて異物の侵入を検知することにより、透過型スクリーン２９の分解、破壊、変形等の異常が発生していることを検知することができる。なお、第５の検出器４５の位置は、同等の効果が確認できるところであればこれに特定するものではない。

また、投写型表示装置内に配置されている光源２２は、同時に熱源でもあるため、廃熱を考慮した設計となっていることが多い。この場合、図１８のように、投写型表示装置が必要以上に傾斜して配置されると廃熱がうまくいかないことによる不具合を発生する可能性がある。また、転倒した場合、その衝撃で筐体２８及び透過型スクリーン２９が破壊、変形する可能性だけでなく、上記の廃熱の不具合も考えられる。したがって、第６の検出器４６として、重力センサもしくは傾斜センサ等を、筐体２８内に配置することで、投写型表示装置の転倒や傾斜を検知することができる。なお、第６の検出器４６の位置は、同等の効果が確認できるところであればこれに特定するものではない。

また、照明光学系１１の導光手段２４が取り外されたり、位置がずれたり、切断された場合、光源２２の点灯ができないようにしても良い。例えば、導光手段２４の出入り口に、第３の検出器４３として、導光手段２４の位置を検出する位置センサを配置すると、これにより導光手段２４の取り外しや位置ずれを確認できる。また、例えば、第３の検出器４３として、電気抵抗の変化を検知する電気抵抗センサを配置すると、導光手段２４の周囲に配置した導線や導電膜の電気抵抗を確認することで、導光手段２４の切断を確認することができる。このように、第３の検出器４３は、導光手段取外しセンサを構成している。

透過型スクリーン２９は少なくとも光源２２からの光束１６を観測者８の方向へ偏向するフレネルレンズスクリーン（フレネル光学素子）２と立体角に配光する光拡散手段３とからなる。他に、最も観測者８側に、外観や保護の機能を備えた前面板（図示せず）が配置されることがある。この前面板または光拡散手段３のいずれかの表面に、光の反射を低減させるための反射防止層（図示せず）、また、見た目のぎらつきを押さえるためのアンチグレア層（図示せず）や、静電気によるほこりの付着を防止するための帯電防止層（図示せず）、表面を保護するためのハードコート層（図示せず）を設けてもよい。

いずれの場合も、最も外側の部材に飛散防止機能を備えることで、例えば、破片が筐体２８内部に進入するなどを未然に回避することができる。基本的に透過型スクリーン２９および前面板は、樹脂基板で形成することが多いが、外観、剛性、平面性などの理由でガラス基板を用いることもある。この場合、少なくともガラス基板の外側に、樹脂などでできたフィルムを貼合することで、万一、ガラスが破損した場合にも飛散防止が可能となる。なお、ガラスにフィルムを貼合すると、周波数特性等が変わるため、例えば、周波数センサによる検知が難しくなる弊害がある。そのため、少なくとも最も外側はフィルムを貼合するが、それ以外は設けなくともよい。

光は屈折率の異なる境界面で反射もしくは屈折する（Ｓｎｅｌｌの法則）。全反射条件を満足する場合を除いて、光は反射光と屈折光に分岐し、これにより、光の進む方向が変化する。これを周期的なプリズム構造にて実現したフレネルレンズが、一般にスクリーンとして用いられる。フレネルレンズは観測者８の方向に光を効率よく導くように設計されているが、上記理由のため、所定の方向以外に向かう光が必ず発生する。この観測者８方向に向かう正規の光以外の光を、一般に、迷光、もしくは、ゴースト光といい、これが偶然観測者８に観測されると画質劣化の原因となる。

特に、入光面にプリズム形状を持つ入光面側フレネルレンズ１２を用いると、例えば、図８のように、観測者８方向に偏向する光以外に、透過型スクリーン２９内部（一般に数ミリ厚）を伝搬して、投写光学系１０方向の入光面方向に戻る迷光、すなわち、戻り光１８が存在することが知られている。この戻り光１８は、図１０に示すように、透過型スクリーン２９と投写光学系１０との間の光路に反射鏡１７を配置することにより、反射鏡１７で反射されて透過型スクリーン２９に再入射し、結果として、観測者８に観測されて画像劣化の問題を引き起こす（例えば、特開２００２−１９６４１３号公報（図３）、特開２００５−４３６８１号公報（図１３）参照。）。特に、この戻り光１８は、入光面側フレネルレンズ１２が同心円状に配置され、それらの円弧の中心が透過型スクリーン２９の画面の外にあることから、図９のように、観測者８側から見て、透過型スクリーン２９の背面に集光する形で像を作る。

この戻り光１８は、透過型スクリーン２９に入射した画像光の一部が透過型スクリーン２９を伝搬して戻ってきた光であり、透過型スクリーン２９が外れていたり、割れていたり、位置がずれていたり、たわんでいると、図１１のように、この戻り光１８の集光位置や光量が変化する。そこで、光センサから構成された第７の検出器４７を設けておき、この戻り光１８の光量を第７の検出器４７でセンシングすることで、透過型スクリーン２９が正規の状態にあるか否かを検知することが可能である。すなわち、戻り光１８の光量が所定の範囲より多い場合に、異常として検知する。なお、この方法は、透過型スクリーン２９の周囲の観測者８が見ない領域だけでなく、観測者８が見る透過型スクリーン２９の画像表示部分を直接検証することができるという、従来の装置には無いメリットがある。

光源２２の点灯時、すなわち、例えば、電源２１の投入時や、スリープ状態からの回復時に、製品のロゴ、ステータス（チャンネル、音量など）、ＯＳＤ（Ｏｎ Ｓｃｒｅｅｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）など、観測者８にとって意味をなす画面を表示する。この画面は、光源２２、光学系１０，１１、可動絞り２３、透過型スクリーン２９などが所定の性能を満足するか検出するための校正用のテストパターンとなっており、観測者８が意識することなく異常事態を検知することができる。なお、校正用のテストパターンは、観測者８が直接見れる程度の少ない光量となるように設定する必要がある。例えば、初めはライトバルブ９をオフにして画面を暗くし、オフ光を第１の検出器４１でセンシングして光量を確認し、その後、ライトバルブ９でテストパターンを形成して、光量の少ないテストパターンの戻り光１８を第７の検出器４７でセンシングするなどしてもよい。

検出器３１にて異常を検知した場合、制御装置３２は、後述するように、光出力を小さくもしくは光源２２の点灯を停止させるとともに、警告警報手段３０で異常が発生したことをランプの点灯、点滅などで明示する。もしくは、警告警報手段３０に音声発生機能を備えておき、警告音や警告音声（メッセージ）などで周囲に知らせる。この警告警報手段３０は、図６のように、観測者８から見やすい位置に置くと良いが、必ずしも位置を限定するものではない。また、インターネットからテレビ番組情報を取得するような通信手段２７を持たせている場合、異常が発生したことをインターネット経由でサービスセンターに連絡するようにしてもよい。なお、通信手段２７はインターネットに限らず、電話回線等でもよい。また、通信手法は、有線、無線に限定するものではない。加えてサービスマンメンテナンス用に、制御装置３２はどの検出器３１で異常を検知したかを警告警報手段３０にて明示してもよい。

光出力の低減は、照明光学系１１の可動絞り２３を絞ったり、ライトバルブ９をオフにするような、光源２２は点灯しているが、光路の途中で遮光する方法と、光源２２のピーク電流を小さくしたり、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）のデューティ（ｄｕｔｙ）比を小さくするような光源２２からの光量を小さくする方法とがあるが、これらの方法の両方を併用しても良い。また、最も確実なのは光源２２に電力が供給されなければ光ることはないので、例えば、ブレーカーが落ちるようにして、光源２２への電力供給を遮断するようにしてもよい。

なお、これら光の遮断もしくは電力の遮断は、ユーザーが安易に復旧できないようにする必要がある。例えば、光源２２、電源２１、制御装置３２、検出器３１、警告警報手段３０は物理的な鍵で密閉されていたり、遠隔制御装置３３等からの暗証番号の入力を暗号鍵として、予め登録されている暗証番号が正しく入力された場合にのみ、制御装置３２の処理により復旧するようにしても良い。また、復旧できないように光源２２を破壊して、光源２２の交換を行わない限り、二度と光源２２の点灯ができないようにしても良い。加えて、光源２２のサービスマンメンテナンスによる交換が容易いよう、光源２２単体だけでなく、分解防止用の封がなされた光源２２などを含むユニットごと交換するようにしてもよい。

フレネルレンズスクリーン（フレネル光学素子）２は投写光学系１０からの光を観測者８の方向へ偏向するコリメートレンズであり、フィールドレンズであるといえる。これは裏を返すと、入光面側フレネルレンズ１２、出光面側フレネルレンズ５に関わらず、観測者８方向からの光を集光する機能を持つ。例えば、遠隔制御装置３３から発信された信号は、透過型スクリーン２９を観測者８側から透過すると、投写光学系１０の近傍に集光する。したがって、図１２のように投写光学系１０の近傍に制御信号受信手段３４を配置すると、効率よく信号を受光することが出来る。いいかえると、透過型スクリーン２９が外れたり、ずれたり、壊れた状態、たとえば、図１３の状態では、遠隔制御装置３３から発信された信号を受光することが出来ない。なお、図１２、図１３は入光面側フレネルレンズ１２を例示しているが、出光面側フレネルレンズ５でも良いことは言うまでもない。

ここで、投写型表示装置からの透過光は筐体２８の窓となる透過型スクリーン２９から出力される。この透過型スクリーン２９が外れたり、ずれたり、壊れた状態で、光源２２が点灯すると異常となる。そこで、光源２２の点灯の前に、遠隔制御装置３３からの信号光を透過型スクリーン２９を観測者８側から透過させて、投写光学系近傍にある制御信号受信手段３４で受光させることでスクリーンが配置されていることを検証するようにしてもよい。つまり、投写型表示装置の本体側では光源２２の点灯ができなく、必ず遠隔制御装置３３から点灯させるようにしてもよい。なお、制御信号受信手段３４の位置は、同等の効果が得られる投写光学系近傍であれば、投写光学系の上に特定するものではない。

筐体２８に、第９の検出器として、筐体２８の外界をセンシングする光センサを配置する。例えば、筐体２８の透過型スクリーン２９を保持する額縁部分にカメラを埋め込み、観測者８が筐体２８の透過型スクリーン２９に近づくのをセンシングする。透過型スクリーン２９を取り外したり、分解、破壊、衝撃等を与えるには、筐体２８に近づく必要があり、また、光出力の異常は、筐体２８の窓となる透過型スクリーン２９の前面が対象となる。特に、透過型スクリーン２９が取り外されると、光源２２の光は、図１６の例では、天井方向へ進むため、透過型スクリーン２９を上からのぞき込むような位置まで観測者８が筐体２８に近づくと、万が一、透過型スクリーン２９が外れた場合には、観測者８の視線と光源２２からの光線の進行方向がそろう可能性がある。そこで、観測者８の位置を検知し、光源２２が照明光を発生しているときに、筐体２８から所定の範囲内の近傍に近づいた場合、制御装置３２により光源２２からの光量を小さくしてもよい。なお、第９の検出器４９の位置は、同等の効果が確認できるところであればこれに特定するものではない。

なお、制御装置３２は、検出器３１（すなわち、第１〜第９の検出器４１〜４９のいずれか）が異常を検知したときには、光源２２の強度を現在の値より小さくするように制御する。

あるいは、制御装置３２は、検出器３１が異常を検知したときに、可動絞り２３の絞り度合いを現在の値より小さくするように制御してもよい。

あるいは、制御装置３２は、検出器３１が異常を検知したときに、ライトバルブ９で黒画像を形成するように制御するようにしてもよい。

あるいは、制御装置３２は、検出器３１が異常を検知したときに、電源供給を遮断するように制御するようにしてもよい。

あるいは、制御装置３２は、検出器３１が異常を検知したときに、警告警報手段３０により音または光による警告警報を行うように制御するようにしてもよい。

あるいは、制御装置３２は、異常検出後、異常から復帰する際に、暗証番号の入力を受け付けた場合に復帰するようにしてもよい。

なお、フレネルレンズスクリーン（フレネル光学素子）２は、プロジェクタ１の特性に応じて、また、光拡散手段３は、視野角や透過型スクリーン２９の輝度などの光学特性に応じて、それぞれ、選択されるため、別々に設計、製作され、各々独立に選択されることが多い。つまり、フレネルレンズスクリーン（フレネル光学素子）２と光拡散手段３は切り離して考えて良い。フレネルレンズスクリーン（フレネル光学素子）２として入光面側フレネルレンズ１２を選択する場合、例えば、図５の入光面側全反射、屈折混合式フレネルレンズ１３、入光面側全反射式フレネルレンズ１４、入光面側部分全反射式フレネルレンズ１５、のいずれかとする。

また、入光面フレネルレンズ及びレンチキュラーレンズスクリーンの組み合わせの場合、ここではわかりやすくするため、各々独立の構成を示しているが、実際にはこれらを一つの要素として、例えば、接着層で貼り合わせる構成にしても良い。

また、上記の透過型スクリーン２９を用いた投写型表示装置は、少なくとも画像を構成するライトバルブ１０、これを照明する照明光学系９、および、光源２２、画像を投影する投写光学系１１から構成されるプロジェクタ１と、上記の透過型スクリーン２９と光拡散手段３から構成されることを特徴とする。これに加えて、筐体２８、保持機構、空調、スピーカー、テレビ台、電気回路、幾何学補正回路、色補正回路、いずれかを構成要素に持っていても良い。

以上のように、本実施の形態によれば、第１〜第９の検出器４１〜４９を少なくとも１つ以上設けて、光源２２の外界への光出力異常、および、光筺体２８や透過型スクリーン２９等を含む投写型表示装置の転倒、振動、分解、変形、破壊に異常が発生した場合に、それを速やかに検出することができる。

一般的な投写型表示装置の動作を説明した図である。 この発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の動作を説明した図である。 この発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の動作を説明した図である。 この発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の動作を説明した図である。 この発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の動作を説明した図である。 この発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の外観を示した斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の外観を示した斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の動作を説明した図である。 この発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の動作を説明した図である。 この発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の動作を説明した図である。 この発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の動作を説明した図である。 この発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の動作を説明した図である。 この発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の動作を説明した図である。 この発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の動作を説明した図である。 この発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の内部構成を説明した図である。 この発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の動作を説明した図である。 この発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の動作を説明した図である。 この発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の動作を説明した図である。

符号の説明

１ プロジェクタ、２ フレネルレンズスクリーン（フレネル光学素子）、３ 光拡散手段、４ フレネルレンズ基板、５ 出光面側フレネルレンズ、６ レンズ要素、７ 光拡散シート、８ 観測者、９ ライトバルブ、１０ 投写光学系、１１ 照明光学系、１２ 入光面側フレネルレンズ、１３ 入光面側全反射・屈折混合式フレネルレンズ、１４ 入光面側全反射式フレネルレンズ、１５ 入光面側部分全反射式フレネルレンズ、１６ 画像光、１７ 反射鏡、１８ 戻り光、２１ 電源、２２ 光源、２３ 可動絞り、２４ 導光手段、２７ 通信手段、２８ 筐体、２９ 透過型スクリーン、３０ 警告警報手段、３１ 検出器、３２ 制御装置、３３ 遠隔制御装置（リモートコントローラー）、３４ 制御信号受信手段、４１ 第１の検出器、４２ 第２の検出器、４３ 第３の検出器、４４ 第４の検出器、４５ 第５の検出器、４６ 第６の検出器、４７ 第７の検出器、４８ 第８の検出器、４９ 第９の検出器。

Claims (21)

1. 遮光性を備えた筺体と、
   前記筺体内に設置され、照明光を発生させる変調光源と、
   前記筺体内に設置され、前記変調光源からの前記照明光の光束の量を調整する可動絞りと、
   前記筺体内に設置され、画像信号に応じて光量を調整して、前記照明光から画像を形成する画像光を生成するライトバルブと、
   前記筺体内に設置され、前記ライトバルブからの前記画像光の光束を拡大する投写光学系と、
   前記筺体に設けられた窓に配置され、前記投写光学系によって拡大された前記画像光が投影され、前記画像光による前記画像を表示する透過型スクリーンと、
   前記光源からの外界への光出力異常、および、前記筺体または前記透過型スクリーンの異常を検知する検出手段と、
   音または光の少なくともいずれか一方で前記異常を知らせる警告警報手段と、
   前記異常を検知した場合に、前記ライトバルブ、前記可動絞り、前記変調光源、前記遮断手段および前記警告警報手段の少なくとも１つ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表示装置。
2. 前記透過型スクリーンは、
   前記筺体内部に面して設けられ、前記投写光学系からの前記画像光を偏向するフレネル光学素子と、
   前記フレネル光学素子の外側に設けられた、前記画像光をレンズ要素と拡散シートにて配光する光拡散手段と、
   前記光拡散手段の外側に設けられた、樹脂または樹脂フィルムを貼合したガラスから構成された基盤と
   を有していることを特徴とする請求項１記載の投写型表示装置。
3. 前記フレネル光学素子は、同心円状に配置されたフレネルレンズから構成されており、
   前記同心円の円弧の中心が、前記透過型スクリーンの画面の外にあることを特徴とする請求項２記載の投写型表示装置。
4. 前記検出手段、前記制御手段、前記変調光源、前記透過型スクリーン、前記筐体のいずれかまたはすべてが分解防止用の封がされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか1項に記載の投写型表示装置。
5. 前記検出手段は、前記ライトバルブのオフ光の光量が所定の範囲外の場合に前記異常として検知することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか1項に記載の投写型表示装置。
6. 起動時に、校正用の画像が前記透過型スクリーンに表示されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか1項に記載の投写型表示装置。
7. 前記変調光源と前記可動絞りとの間に設けられ、前記変調光源からの照明光を前記可動絞りに導入する導光手段をさらに備え、
   前記検出手段は、前記導光手段が所定の位置に配置されていないことを前記異常として検知することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
8. 前記検出手段は、前記導光手段が切断されていることを前記異常として検知することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
9. 前記検出手段は、前記透過型スクリーンが前記筐体の窓に配置されていない場合に前記異常として検知することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
10. 前記検出手段は、前記筐体の窓に配置されている前記透過型スクリーンの一部が割れるもしくは衝撃が加えられた場合に前記異常として検知することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
11. 前記検出手段は、前記筐体内部に異物が侵入した場合に前記異常として検知することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
12. 前記検出手段は、前記筐体が傾斜もしくは転倒した場合に前記異常として検知することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
13. 前記検出手段は、前記変調光源が照明光を発生させているときに、観測者が前記筐体の近傍に近づいた場合に前記異常として検知することを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
14. 前記検出手段は、前記フレネルレンズから前記投写光学系への方向へ再出射した戻り光の光量が所定の範囲外の場合に、前記異常として検知することを特徴とする請求項３記載の投写型表示装置。
15. 操作用の遠隔制御装置と、
    前記遠隔制御装置からの制御信号を受信する制御信号受信手段と
    をさらに備え、
    前記遠隔制御装置から前記透過型スクリーンを透過した前記制御信号を前記制御信号受信手段で受信することで、前記光源への電源供給を行うことを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
16. 前記制御手段は、前記検出手段が前記異常を検知したときに、前記光源の強度を現在の値より小さくするように制御することを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
17. 前記制御手段は、前記検出手段が前記異常を検知したときに、前記可動絞りの絞りを現在の値より小さくするように制御することを特徴とする請求項５ないし１５のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
18. 前記制御手段は、前記検出手段が前記異常を検知したときに、前記ライトバルブで黒画像を形成するように制御することを特徴とする請求項５ないし１５のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
19. 前記制御手段は、前記検出手段が前記異常を検知したときに、電源供給を遮断するように制御することを特徴とする請求項５ないし１５のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
20. 前記制御手段は、前記検出手段が前記異常を検知したときに、前記警告警報手段により音または光による警告警報を行うように制御することを特徴とする請求項１ないし１９のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
21. 前記制御手段は、異常事態から復帰する際に、暗証番号の入力を受け付けた場合に復帰処理を行うことを特徴とする請求項１ないし２０のいずれか１項に記載の投写型表示装置。

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