JP3610931B2

JP3610931B2 - 投射型表示装置

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Publication number: JP3610931B2
Application number: JP2001213358A
Authority: JP
Inventors: 竜作高橋; 新太郎中垣; 淳史小出
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2001-07-13
Filing date: 2001-07-13
Publication date: 2005-01-19
Anticipated expiration: 2021-07-13
Also published as: JP2003029203A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの白色光をインテグレータ照明系を用いて表示素子に均一に照射して、この表示素子に表示された画像を投射レンズによりスクリーン上に拡大投射した画像の明るさを手動調整又は自動調整できる投射型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディジタル・マルチメディア時代の到来と共に、高精細度で大画面の画像を投射できる投射型表示装置が注目されている。この種の投射型表示装置は、各種の構造形態が採用されているが、高輝度で且つ高コントラストに画像を表示できる投射型表示装置の一例が特開平７−２７０７１９号公報に開示されている。
【０００３】
図１６は従来の投射型表示装置の一例を示した構成図である。
図１６に示した従来の投射型表示装置１００は、上記した特開平７−２７０７１９号公報に開示されているものであり、ここでは同号公報を参照して簡略に説明する。
【０００４】
図１６において、従来の投射型表示装置１００では、光源としてメタルハライドランプ，キセノンランプなどを用いて白色光を出射する放電ランプ１０１が楕円面鏡１０２の第１焦点付近に配置されており、この放電ランプ１０１の出射光１１１は楕円面鏡１０２で反射された後、集束光束１１２となって楕円面鏡１０２の第２焦点付近に集光されている。
【０００５】
また、楕円面鏡１０２の第２焦点付近には開口径を可変できる照明系の絞り１０３が設けられている。また、焦点距離ｆ１のコリメータレンズ１０４が照明系の絞り１０３から略ｆ１だけ離れて光軸Ｋ上に設置され、このコリメータレンズ１０４で照明系の絞り１０３を通過した光束１１３を平行光束１１４にしている。
【０００６】
また、コリメータレンズ１０４の前方に、散乱と透明との２状態に変化する散乱型液晶を用いた液晶ライトバルブ１０５が設置されており、このライトバルブ１０５の裏面にコリメータレンズ１０４からの平行光束１１４が照射されている。
【０００７】
また、液晶ライトバルブ１０５の前面近傍に焦点距離ｆ２のフィールドレンズ１０６が設置され、更に、このフィールドレンズ１０６の焦点付近に投射レンズ１０７の入射瞳１０７ａを配置して、この入射瞳１０７ａの位置でフィールドレンズ１０６からの出射光１１５を集光している。また、投射レンズ１０７の入射瞳１０７ａと出射瞳１０７ｂとの間に開口径が変えられる投射レンズ系の絞り１０８が設けられている。そして、投射レンズ１０７の入射瞳１０７ａを通過した光束は、出入射瞳１０７ｂから投射光１１６となってスクリーン（図示せず）上に液晶ライトバルブ１０５に表示された画像が拡大投射されている。
【０００８】
また、絞り開口径制御手段１２０は、第１，第２絞り開口径可変手段１２１，１２２を制御しており、第１絞り開口径可変手段１２１で照明系の絞り１０３の開口径を可変する一方、第２絞り開口径可変手段１２２で投射レンズ系の絞り１０８の開口径を可変している。この際、照明系の絞り１０３のＳ１面と入射瞳１０７ａのＳ２面とは共役な関係にあり、照明系の絞り１０３の開口形状をした光源像が入射瞳１０７ａの位置に結像されており、照明系の絞り１０３の開口径ａと投射レンズ系の絞り１０８の開口径ｂとは、ａ／ｂ＝ｆ１／ｆ２の関係で表わされる。
【０００９】
ここで、スクリーン（図示せず）上に拡大投射された液晶ライトバルブ１０５からの画像に対して最適なコントラスト比を得るために、照明系の絞り１０３と投射レンズ系の絞り１０８とを連動させて、両者の絞り１０３，１０８の開口径の関係が、ａ≧ｂ×（ｆ１／ｆ２）となるように制御している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した従来の投射型表示装置１００では、照明系の絞り１０３と投射レンズ系の絞り１０８とを連動させているので、照明系の絞り１０３，投射レンズ系の絞り１０８のいずれかの開口径を変えるだけで、もう一方の絞りの開口径も最適なコントラスト比が得られるような径に自動的に設定されるものの、この際、系のＦナンバーが同時に変化してしまうために、照度分布も変化し、スクリーン（図示せず）上に表示された画像に対して均一性が得られにくい。
【００１１】
尚、Ｆナンバーは、焦点距離を絞りの有効口径で割った数値であり、像の明るさはＦナンバーの二乗に反比例するものである。
【００１２】
また、白色光を出射する放電ランプ１０１には寿命があり、この放電ランプ１０１の寿命曲線に沿って、スクリーン（図示せず）上に拡大投射された液晶ライトバルブ１０５からの画像の明るさが経時的に落ちるものの、この従来例では放電ランプ１０１の寿命に対する考慮が図られていない。
【００１３】
尚、一般的には、放電ランプ１０１はその発光メカニズムの性質上、電流値を制御するなどにより極端に出力を下げることができないので、スクリーン（図示せず）上に表示された画面の明るさを下げるには、液晶ライトバルブ１０５への画像信号のゲインを下げて対応しているものであり、液晶ライトバルブ１０５への画像信号のゲインを下げると、階調性が劣化したり、黒レベルは同じであるためにコントラスト比が劣化するなどの問題が生じる。
【００１４】
そこで、スクリーン上に拡大投射された画像の明るさを手動調整又は自動調整でき、且つ、画面の輝度を変化させた場合に、コントラスト比，階調性の確保、照度ムラの改善、放電ランプの寿命の改善などを図ることができる投射型表示装置が望まれている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、第１の発明は、放電ランプからの光束を集光させた付近に設けられ、前記放電ランプからの光束を制御するための照明系の絞りと、
前記照明系の絞りに接近して設けられ、前記照明系の絞りを通過した光束を均一な明るさで表示素子に照射するためのインテグレータ照明系と、
前記表示素子に表示された画像を拡大投射するための投射レンズと、
前記照明系の絞りの開口面積を可変するための絞り可変手段とを備えた投射型表示装置において、
前記絞り可変手段は、前記放電ランプの累積使用時間を計測するタイマーと、前記タイマーの時間経過に対応して前記放電ランプのランプ寿命カーブに対して略逆補正するように前記照明系の絞りの開口カーブを予め記憶したメモリテーブルとを備え、前記タイマーの時間経過に対応して前記メモリーテーブルを参照して前記照明系の絞りの開口面積を可変制御することを特徴とする投射型表示装置である。
【００１６】
また、第２の発明は、放電ランプからの光束を集光させた付近に設けられ、前記放電ランプからの光束を制御するための照明系の絞りと、
前記照明系の絞りに接近して設けられ、前記照明系の絞りを通過した光束を均一な明るさで表示素子に照射するためのインテグレータ照明系と、
前記表示素子に表示された画像を拡大投射するための投射レンズと、
前記投射レンズにより拡大投射された画像を表示するためのスクリーンと、
前記照明系の絞りの開口面積を可変するための絞り可変手段とを備えた投射型表示装置において、
前記絞り可変手段は、前記放電ランプの累積使用時間を計測するタイマーと、前記タイマーの時間経過に対応して前記放電ランプのランプ寿命カーブに対して略逆補正するように前記照明系の絞りの開口カーブを予め記憶したメモリテーブルと、前記スクリーンの近傍に設置されて外光を検出する外光検出器とを備え、前記タイマーの時間経過に対応して前記メモリーテーブルを参照して前記照明系の絞りの開口面積を可変制御すると共に、前記外光検出器で検出した外光検出信号レベルに応じて前記照明系の絞りの開口を補正することを特徴とする投射型表示装置である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係る投射型表示装置の一実施例を図１乃至図１５を参照して＜第１実施例＞〜＜第８実施例＞の順に詳細に説明する。
【００２４】
＜第１実施例＞
図１は本発明に係る第１実施例の投射型表示装置を示した構成図、
図２（ａ）〜（ｄ）は図１に示した照明系の絞り及びこの絞りの開口面積を可変する絞り可変駆動部の具体例をそれぞれ示した図、
図３（ａ），（ｂ）は図１に示したインテグレータ照明系のライトパイプを説明するための斜視図，動作図、
図４は図１に示した楕円面鏡に代えて放物面鏡を用いた場合を示した図である。図１に示した如く、第１実施例の投射型表示装置１０Ａ１は透過型に構成されている。この第１実施例の投射型表示装置１０Ａ１では、光源としてメタルハライドランプ，超高圧水銀ランプ，キセノンランプなどを用いて白色光を出射する放電ランプ１１が楕円面鏡１２の第１焦点付近に配置されており、この放電ランプ１１の出射光は楕円面鏡１２で反射された後、楕円面鏡１２の第２焦点付近の光軸Ｋ上に集光されている。
【００２５】
また、楕円面鏡１２の第２焦点付近には照明系の絞り２０が設けられており、この照明系の絞り２０は楕円面鏡１２の第２焦点付近に集光された放電ランプ１１からの光束を制御するためのものである。
【００２６】
上記した照明系の絞り２０は、絞り可変駆動部２１によって絞り２０の開口面積を可変できるようになっており、使用者（操作者）が絞り可変釦２３を操作すると、絞り可変釦２３の操作量に応じて絞り可変制御部２２から絞り可変駆動部２１に絞り制御信号が送られている。
【００２７】
従って、この第１実施例において、照明系の絞り２０の開口面積を可変するための絞り可変手段は、絞り可変駆動部２１と、絞り可変制御部２２と、絞り可変釦２３とから構成されている。
【００２８】
また、上記した照明系の絞り２０は各種の構造形態があり、より具体的に説明すると、図２（ａ）〜（ｄ）に示した照明系の絞り２０のいずれかを適用している。
【００２９】
即ち、図２（ａ）に示した照明系の絞り２０は、長方形状の移動板２０Ａの下端にラック２０ｒが長手方向に沿って形成されており、このラック２０ｒに絞り可変駆動部２１のギア２１Ａが噛合している。また、移動板２０Ａには、長手方向の図示右端側から図示左端側に向かって開口幅が徐々に狭まるように開口したテーパ状絞り部２０ｔが形成されている。そして、不図示のモータによってギア２１Ａを矢印方向に回転させると、このギア２１Ａと噛合した移動板２０Ａのラック２０ｒが矢印方向に往復動するので、絞り可変制御部２２からの絞り制御信号によってテーパ状絞り部２０ｔを所望の開口幅の位置を中心にして左右の所定の範囲内に制御することで照明系の絞り２０の開口面積を制御して、楕円面鏡１２の第２焦点付近に集光された放電ランプ１１からの光束を制御することができる。
【００３０】
次に、図２（ｂ）に示した照明系の絞り２０は、移動板２０Ｂの長手方向の図示右端側から図示左端側に向かって開口幅が階段状に狭まるように開口した階段状絞り部２０ｋが形成されている。この場合も移動板２０Ｂを移動させることで、階段状絞り部２０ｋを所望の開口幅の位置を中心にして左右の所定の範囲内に制御することで照明系の絞り２０の開口面積を制御して、楕円面鏡１２の第２焦点付近に集光された放電ランプ１１からの光束を制御することができる。
【００３１】
次に、図２（ｃ）に示した照明系の絞り２０は、移動板２０Ｃの長手方向の図示右端側から図示左端側に向かって丸孔の孔径が徐々に小さくなるように複数の丸孔状絞り部２０ｈが形成されている。この場合も移動板２０Ｂを移動させることで、複数の丸孔状絞り部２０ｈのうちで所望の孔径の丸孔位置に制御することで、楕円面鏡１２の第２焦点付近に集光された放電ランプ１１からの光束を制御することができる。
【００３２】
次に、図２（ｄ）に示した照明系の絞り２０は、カメラなどに用いられている円形状アイリス絞り２０Ｄであり、複数の螺旋状羽根２０ａを円形状に組み合わせて、図示しないモータなどにより複数の螺旋状羽根２０ａの位置を可変することで、中央孔２０ｂの開口径を可変することで、楕円面鏡１２の第２焦点付近に集光された放電ランプ１１からの光束を制御することができる。
【００３３】
図１に戻り、照明系の絞り２０に接近してこの絞り２０の前方に、インテグレータ照明系３０が設けられている。上記したインテグレータ照明系３０は、放電ランプ１１から出射された光束を後述する表示素子４０に均一の明るさで照射する機能を備えているものである。
【００３４】
ここで、インテグレータ照明系３０は、照明系の絞り２０の前方側から順に光軸Ｋ上に配置したライトパイプ３１と、リレーレンズ３２と、コリメータレンズ３３とから構成されている。
【００３５】
上記したライトパイプ３１は、入射面が放電ランプ１１からの光束を集光した付近に位置するように配置されている。そして、放電ランプ１１からの光束が照明系の絞り２０によって制御された後にライトパイプ３１の入射面に入射され、このライトパイプ３１内を通過して出射面から出射されている。
【００３６】
即ち、図３（ａ）に示した如く、ライトパイプ３１は透明なガラスや透明なプラスチック材などを用いて直方状に形成した透明光学素子である。このライトパイプ３１はこの断面の縦横比が後述する表示素子４０に表示される画像の縦横比に合わせて３：４又は９：１６に設定されている。
【００３７】
この際、一般的に、楕円面鏡１２による反射光は中心において明るくなるものの、図３（ｂ）に示したように、ライトパイプ３１の入射面３１ａから入射した放電ランプ１１からの光束が内部で全反射を繰り返しながら出射面３１ｂから出射される際に、明るさが均一化された光束となって出射されるようになっている。
【００３８】
再び図１に戻り、ライトパイプ３１から出射された光束は、リレーレンズ３２によってコリメータレンズ３３に導かれ、更に、コリメータレンズ３３によって略平行な光束となって表示素子４０の裏面を照射している。
【００３９】
上記した表示素子４０は透過型液晶パネルを用いており、この透過型液晶パネル液晶パネルに画像が表示されている。
【００４０】
この後、コリメータレンズ３３からの光束は透過型の表示素子４０を透過して、この表示素子４０の表面から出射された画像光は、投射レンズ４１を透過して、投射レンズ４１からスクリーン４２上に拡大投射されている。この際、表示素子４０からの画像光の大部分はスクリーン４２上の有効表示領域４２ａに拡大投射されて画像が表示されているが、画像光の上下の一部はスクリーン４２の上下に設けた非表示領域４２ｂにも投射されているものの、この非表示領域４２ｂには画像が存在していない。
【００４１】
上記のように構成した第１実施例の投射型表示装置１０Ａ１では、投射レンズ系に絞りがないために、投射レンズ系のＦナンバーが常に一定であるので、投射レンズ系に起因する画像の明るさは変化しない。従って、使用者（操作者）はスクリーン４２上に拡大投射された画像の明るさを見て絞り可変釦２３を操作することで、この絞り可変釦２３の操作量に応じて照明系の絞り２０を調整しているので、スクリーン４２上に表示された画像の明るさを使用者の意思で所望の明るさに設定できる。更に、画面の輝度を変化させた場合に、インテグレータ照明系３０によりコントラスト比，階調性の確保、照度ムラの改善などを図ることができる。
【００４２】
尚、第１実施例では、放電ランプ１１からの光束を楕円面鏡１２の第２焦点付近に集光させているが、この楕円面鏡１２に代えて、図４に示した如く、方物面鏡１３と集光レンズ１４とを用いて放電ランプ１１からの光束を集光させても良い。従って、第１実施例では、放電ランプ１１からの光束を集光させた付近に照明系の絞り２０を設け、且つ、照明系の絞り２０に接近してインテグレータ照明系３０を設ける構成ならばいかなる構造でも良い。
【００４３】
次に、第１実施例の投射型表示装置を一部変形した変形例の投射型表示装置について図５を用いて簡略に説明する。
【００４４】
図５は第１実施例の投射型表示装置を一部変形した変形例の投射型表示装置を示した構成図である。
【００４５】
図５に示した如く、第１実施例の投射型表示装置１０Ａ１を一部変形した変形例の投射型表示装置１０Ａ２は反射型に構成されており、第１実施例の投射型表示装置１０Ａ１に対して異なる点を述べると、変形例の投射型表示装置１０Ａ２内に設けた表示素子５０は反射型液晶パネル、又は、反射型空間光変調板（Ｄ−ＩＬＡ：ＤｉｒｅｃｔｄｒｉｖｅＩｍａｇｅＬｉｇｈｔＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）などを用いている。また、表示素子５０と投射レンズ４１との間の光軸Ｋ上に半透過反射膜５１ａを有するビームスプリッタ５１が設置されている。更に、光軸Ｋと直交し且つビームスプリッタ５１の中心を通る直線上に、第１実施例で説明したと同様の構成からなる放電ランプ１１と、楕円面鏡１２と、照明系の絞り２０と、インテグレータ照明３０とが図示の順に配置されている。
【００４６】
そして、放電ランプ１１からの光束が照明系の絞り２０によって制御された後にインテグレータ照明３０を介してビームスプリッタ５１に入射され、この光束はビームスプリッタ５１の半透過反射膜５１ａで直角に反射されて反射型の表示素子５０の表面を照射し、この表示素子５０の表面から読み出された画像光はビームスプリッタ５１の半透過反射膜５１ａを透過して直進し、更に、投射レンズ４１を透過して、投射レンズ４１からスクリーン４２上に拡大投射されている。
【００４７】
従って、この変形例の投射型表示装置１０Ａ２でも、第１実施例と同様に、投射レンズ系に絞りがないために、投射レンズ系のＦナンバーが常に一定であるので、投射レンズ系に起因する画像の明るさは変化しない。従って、使用者（操作者）はスクリーン４２に拡大投射された画像の明るさを見て絞り可変釦２３を操作することで、この絞り可変釦２３の操作量に応じて照明系の絞り２０を調整しているので、スクリーン４２上に表示された画像の明るさを使用者の意思で所望の明るさに設定できる。
【００４８】
＜第２実施例＞
図６は本発明に係る第２実施例の投射型表示装置を示した構成図、
図７は図６に示したインテグレータ照明系のフライアイを示した斜視図である。
【００４９】
図６に示した第２実施例の投射型表示装置１０Ｂは、先に説明した第１実施例の投射型表示装置１０Ａ１の構成と一部を除いて同様の構成であり、ここでは説明の便宜上、先に示した構成部材に対しては同一の符号を付し、且つ、先に示した構成部材は必要に応じて適宜説明し、第１実施例と異なる構成部材に新たな符号を付して説明する。
【００５０】
図６に示した如く、第２実施例の投射型表示装置１０Ｂも透過型に構成されており、この第２実施例の投射型表示装置１０Ｂでは、放電ランプ１１からの光束が楕円面鏡１２の第２焦点付近の光軸Ｋ上に集光されて、照明系の絞り２０によって光束が制御される点は第１実施例と同様である。
【００５１】
従って、この第２実施例において、照明系の絞り２０の開口面積を可変するための絞り可変手段は、第１実施例と同様に、絞り可変駆動部２１と、絞り可変制御部２２と、絞り可変釦２３とから構成されている。
【００５２】
ここで、第１実施例と異なる点を説明すると、照明系の絞り２０の前方側に設けたインテグレータ照明系６０の構成部材が異なっている。勿論、このインテグレータ照明系６０も放電ランプ１１から出射された光束を表示素子４０に均一の明るさで照射する機能を備えているものである。
【００５３】
上記したインテグレータ照明系６０は、照明系の絞り２０の前方から順に光軸Ｋ上に配置したコリメータレンズ６１と、第１，第２のレンズアレイ６２Ａ，６２Ｂを組み合わせたフライアイ６２と、重ね合わせレンズ６３と、フィールドレンズ６４とから構成されている。
【００５４】
ここで、図７に拡大して示した如く、インテグレータ照明系６０の一部を構成するフライアイ６２は、矩形状のガラス材またはプラスチック材上に複数の凸レンズを上下左右にマトリック状に形成した第１，第２のレンズアレイ６２Ａ，６２Ｂ同士を所定の距離を隔てて互いに対向させることで、放電ランプ１１からの光束に対して明るさを均一化するものである。
【００５５】
図６に戻り、放電ランプ１１からの光束は照明系の絞り２０によって制御された後にインテグレータ照明６０を介して投射型の表示素子４０の裏面を照射し、更に、透過型の表示素子４０を透過した画像光は、投射レンズ４１を透過して、投射レンズ４１からスクリーン４２上に拡大投射されている。
【００５６】
この第２実施例の投射型表示装置１０Ｂでも、第１実施例と同様に、投射レンズ系に絞りがないために、投射レンズ系のＦナンバーが常に一定である。従って、使用者（操作者）はスクリーン４２上に拡大投射された画像の明るさを見て絞り可変釦２３を操作することで、この絞り可変釦２３の操作量に応じて照明系の絞り２０が調整されるので、スクリーン４２上に表示された画像の明るさを使用者の意思で所望の明るさに設定できる。更に、画面の輝度を変化させた場合に、インテグレータ照明系６０によりコントラスト比，階調性の確保、照度ムラの改善などを図ることができる。
【００５７】
尚、第２実施例でも、第１実施例の変形例と同様に反射型に構成することが可能であり、この場合には先に図５を用いて説明した第１実施例の変形例の投射型表示装置１０Ａ２におけるインテーグレータ照明系３０を上記したインテーグレータ照明系６０に代えれば良いものである。
【００５８】
＜第３実施例＞
図８は本発明に係る第３実施例の投射型表示装置を示した構成図、
図９は本発明に係る第３実施例の投射型表示装置において、ランプ寿命カーブと、照明系の絞り開口カーブを説明するための図である。
【００５９】
図８に示した第３実施例の投射型表示装置１０Ｃは、先に説明した第１実施例の投射型表示装置１０Ａ１の構成と一部を除いて同様の構成であり、ここでは説明の便宜上、先に示した構成部材に対しては同一の符号を付し、第１実施例と異なる構成部材に新たな符号を付して説明する。
【００６０】
先に説明した第１実施例の投射型表示装置１０Ａ１では、使用者（操作者）が絞り可変釦２３を操作することで照明系の絞り２０を手動的に調整しているのに対して、第３実施例の投射型表示装置１０Ｃではタイマー７０の時間経過に応じて照明系の絞り２０を自動的に調整するように構成されている。
【００６１】
図８に示した如く、第３実施例の投射型表示装置１０Ｃでは、放電ランプ１１の累積使用時間を計測するタイマー７０と、タイマー７０の時間経過に対応して放電ランプ１１のランプ寿命カーブに対して略逆補正するように照明系の絞り２０の開口カーブを予め記憶したメモリテーブル７１とが設けられている。
【００６２】
そして、投射型表示装置１０Ｃを始動させるとタイマー７０が作動し、このタイマー７０の時間経過は放電ランプ１１の累積使用時間（累積点灯時間）と略一致している。従って、タイマー７０の時間経過に対応してメモリーテーブル７１を参照して開口カーブ上から対応した絞り開口値を取得して、この絞り開口値を絞り可変制御部２２に送り、この後、絞り可変制御部２２から絞り可変駆動部２１にタイマー７０の時間経過に対応した絞り制御信号を送出することで、照明系の絞り２０がタイマー７０の時間経過に対応して自動的に調整されている。
【００６３】
従って、この第３実施例において、照明系の絞り２０の開口面積を可変するための絞り可変手段は、絞り可変駆動部２１と、絞り可変制御部２２と、タイマー７０と、メモリーテーブル７１とから構成されている。
【００６４】
より具体的に説明すると、図９に示した如く、放電ランプ１１のランプ寿命カーブは予め統計的に図示のような特性を持っており、例えば１０００時間程度で放電ランプ１１の初期時の光量の５０％以下になると共に、一般的に放電ランプ１１の初期時の光量に対して略５０％程度まで光量が低下した時にランプ寿命に達したものとしている。
【００６５】
これに対して、本発明の第３実施例では、放電ランプ１１の初期時の光量の略５０％を投射型表示装置１０Ｃの定格時の光量に設定することで、放電ランプ１１の光量が略５０％程度まで低下しても依然として使用可能範囲であるので、等価的にランプ寿命を延命させることになる。
【００６６】
そこで、照明系の絞り２０の開口カーブは、放電ランプ１１の初期時に照明系の絞り２０を半開させることで投射型表示装置１０Ｃの定格時の光量を得ると共に、放電ランプ１１の時間経過により放電ランプ１１の光量が略５０％以下に落ちた時に照明系の絞り２０を全開させることで投射型表示装置１０Ｃの定格時の光量を得られるように設定されている。従って、メモリーテーブル７１内にタイマー７０の時間経過に対応した照明系の絞り２０の開口カーブを予め記憶しておくことで、タイマー７０の時間経過に対応して、スクリーン４２上の画像の明るさが常に定格時の明るさを保つように照明系の絞り２０を自動的に調整することができ、且つ、放電ランプ１１のランプ寿命改善効果も得られる。
【００６７】
＜第４実施例＞
図１０は本発明に係る第４実施例の投射型表示装置を示した構成図である。
【００６８】
図１０に示した第４実施例の投射型表示装置１０Ｄは、先に説明した第３実施例の投射型表示装置１０Ｃの構成と一部を除いて同様の構成であり、ここでは説明の便宜上、先に示した構成部材に対しては同一の符号を付し、第３実施例と異なる構成部材に新たな符号を付して説明する。
【００６９】
図１０に示した如く、第４実施例の投射型表示装置１０Ｄでは、第３実施例と同様に、タイマー７０の時間経過に対応してメモリテーブル７１を参照して照明系の絞り２０の開口面積を可変している。
【００７０】
ここで、第３実施例と異なる点を説明すると、第４実施例では、スクリーン４２の近傍にＥＥ（ＥｌｅｃｔｒｉｃＥｙｅ）機能を備えた外光検出器７２を設置し、この外光検出器７２でスクリーン４２の近傍の周囲の明るさを検出して、外光検出器７２からの外光検出信号レベルを絞り可変制御部２２に入力している。
【００７１】
従って、この第４実施例において、照明系の絞り２０の開口面積を可変するための絞り可変手段は、絞り可変駆動部２１と、絞り可変制御部２２と、タイマー７０と、メモリーテーブル７１と、外光検出器７２とから構成されている。
【００７２】
ここで、絞り可変制御部２２は、タイマー７０の時間経過に対応して照明系の絞り２０を概略調整すると共に、外光検出器７２からの外光検出信号レベルを考慮して、スクリーン４２の近傍が暗ければ照明系の絞り２０を多少明るくなる方に補正をかけ、逆にスクリーン４２の近傍が明るければ多少暗くなる方に補正をかけることで、スクリーン４２上の画像の明るさが周囲の明るさに対して最適になるように照明系の絞り２０を自動的に調整しているので、放電ランプ１１のランプ寿命改善効果が得られる共に、スクリーン４２の近傍の明るさに対応してスクリーン４２上に画像を良好に表示できる。この場合、スクリーン４２上の画像のコントラスト比、階調性などは損なわれない。
【００７３】
尚、外光検出器７２は、図１０ではスクリーン４２の近傍に１か所設置して説明したが、これに限ることなく、例えばスクリーン４２が大型の場合にはこの大型のスクリーン４２の近傍の上下及び／又は左右に外光検出器７２を複数個設置して、複数個の外光検出器７２からの各外光検出信号レベルを平均化した値を用いることで、大型のスクリーン４２の場合に外光が不均一の時に効果的である。
【００７４】
＜第５実施例＞
図１１は本発明に係る第５実施例の投射型表示装置を示した構成図である。
【００７５】
図１１に示した第５実施例の投射型表示装置１０Ｅは、先に説明した第１実施例の投射型表示装置１０Ａ１の構成と一部を除いて同様の構成であり、ここでは説明の便宜上、先に示した構成部材に対しては同一の符号を付し、第１実施例と異なる構成部材に新たな符号を付して説明する。
【００７６】
図５に示した如く、第５実施例の投射型表示装置１０Ｅでは、表示素子４０に表示された画像を投射レンズ４１により投射する画像光のうちでスクリーン４２の非画像領域４２ｂを投射する光束中に例えば全白色信号からなる一定レベルの絞り制御用輝度信号を予め含ませると共に、投射レンズ４１と対向するスクリーン４２の非画像領域４２ｂに対応して輝度信号レベル検出器７３を設置して、輝度信号レベル検出器７３で検出した絞り制御用輝度信号レベルを絞り可変制御部２２に入力している。この第５実施例では、輝度信号レベル検出器７３をスクリーン４２の非画像領域４２ｂ上に設置しているが、これに限ることなく、輝度信号レベル検出器７３は、スクリーン４２の非画像領域４２ｂに対応して上記した一定レベルの絞り制御用輝度信号を受光できる領域内ならばいかなる場所でも良い。
【００７７】
従って、この第５実施例において、照明系の絞り２０の開口面積を可変するための絞り可変手段は、絞り可変駆動部２１と、絞り可変制御部２２と、輝度信号レベル検出器７３とから構成されている。
【００７８】
ここで、放電ランプ１１の初期時には、第３実施例で述べたように、放電ランプ１１の光量が略５０％になるように照明系の絞り２０を予め調整して投射型表示装置１０Ｅの定格時の光量を得ておく。この後、放電ランプ１１の使用時間が経過すると、放電ランプ１１の光量が低下しても、輝度信号レベル検出器７３で検出した絞り制御用輝度信号レベルが略一定になるように絞り可変制御部２２から絞り可変駆動部２１に絞り制御信号を送出することで、照明系の絞り２０を初期時の半開状態から徐々に開いて自動的に調整しているので、タイマーを用いなくても第３実施例と同様に、放電ランプ１１のランプ寿命改善効果が得られる。
【００７９】
＜第６実施例＞
図１２は本発明に係る第６実施例の投射型表示装置を示した構成図である。
【００８０】
図１２に示した第６実施例の投射型表示装置１０Ｆは、先に説明した第５実施例の投射型表示装置１０Ｅの構成と一部を除いて同様の構成であり、ここでは説明の便宜上、先に示した構成部材に対しては同一の符号を付し、第５実施例と異なる構成部材に新たな符号を付して説明する。
【００８１】
図１２に示した如く、第６実施例の投射型表示装置１０Ｆでは、スクリーン４２の近傍に外光検出器７２を設置し、この外光検出器７２でスクリーン４２の近傍の周囲の明るさを検出して、外光検出器７２からの外光検出信号レベルを絞り可変制御部２２に入力している。
【００８２】
また、表示素子４０に表示された画像を投射レンズ４１により投射する画像光のうちでスクリーン４２の非画像領域４２ｂを投射する光束中に例えば全白色信号からなる一定レベルの絞り制御用輝度信号を予め含ませると共に、投射レンズ４１と対向するスクリーン４２の非画像領域４２ｂに対応して輝度信号レベル検出器７３を設置して、輝度信号レベル検出器７３で検出した絞り制御用輝度信号レベルを絞り可変制御部２２に入力している。
【００８３】
従って、この第６実施例において、照明系の絞り２０の開口面積を可変するための絞り可変手段は、絞り可変駆動部２１と、絞り可変制御部２２と、外光検出器７２と、輝度信号レベル検出器７３とから構成されている。
【００８４】
ここで、絞り可変制御部２２は、第５実施例の投射型表示装置１０Ｅの動作に対して、外光検出器７２で検出した外光検出信号レベルを考慮した分だけ補正している。即ち、スクリーン４２の近傍が暗ければ照明系の絞り２０を多少明るくなる方に補正をかけ、逆にスクリーン４２の近傍が明るければ多少暗くなる方に補正をかけることで、スクリーン４２上の画像の明るさが周囲の明るさに対して最適になるように照明系の絞り２０を自動的に調整しているので、ここでも放電ランプ１１のランプ寿命改善効果が得られる共に、スクリーン４２の近傍の明るさに対応してスクリーン４２上に画像を良好に表示できる。
【００８５】
＜第７実施例＞
図１３は本発明に係る第７実施例の投射型表示装置を示した構成図である。
【００８６】
図１３に示した第７実施例の投射型表示装置１０Ｇも、先に説明した第５実施例の投射型表示装置１０Ｅの構成と一部を除いて同様の構成であり、ここでは説明の便宜上、先に示した構成部材に対しては同一の符号を付し、第５実施例と異なる構成部材に新たな符号を付して説明する。
【００８７】
図１３に示した如く、第７実施例の投射型表示装置１０Ｇでは、表示素子４０に表示された画像を投射レンズ４１により投射する画像光のうちでスクリーン４２の非画像領域４２ｂを投射する光束中に例えば全白色信号からなる一定レベルの絞り制御用輝度信号を予め含ませると共に、投射レンズ４１と対向するスクリーン４２の非画像領域４２ｂに対応して輝度信号レベル検出器７３を設置して、輝度信号レベル検出器７３で検出した絞り制御用輝度信号レベルを絞り可変制御部２２に入力しているので、絞り可変制御部２２は図１１を用いて説明した第５実施例と同様に、輝度信号レベル検出器７３で検出した絞り制御用輝度信号レベルが略一定となるように照明系の絞り２０を自動的に調整している。
【００８８】
従って、この第７実施例において、照明系の絞り２０の開口面積を可変するための絞り可変手段は、絞り可変駆動部２１と、絞り可変制御部２２と、輝度信号検出器７３とから構成されている。
【００８９】
更に、スクリーン４２の近傍に外光検出器７４を設置し、この外光検出器７４でスクリーン４２の近傍の周囲の明るさを検出して、外光検出器７４からの外光検出信号レベルを表示素子の画像非表示領域の輝度信号レベル制御部７５に入力している。
【００９０】
ここで、外光検出器７４でスクリーン４２の近傍が明るいレベルであると検出した時には、表示素子の画像非表示領域の輝度信号レベル制御部７５を介して表示素子４１中でスクリーン４２の非表示領域４２ｂに対応して設けた輝度信号レベル検出器７３と少なくとも対応した領域に書き込む輝度信号レベルを下げるので、輝度信号レベル検出器７３のレベルが下がり、これを補正するように絞り可変制御部２２，絞り可変駆動部２１を介して照明系の絞り２０を開けている。
【００９１】
逆に外光検出器７４でスクリーン４２の近傍が暗いレベルであると検出した時には、表示素子の画像非表示領域の輝度信号レベル制御部７５を介して表示素子４１中でスクリーン４２の非表示領域４２ｂに対応して設けた輝度信号レベル検出器７３と少なくとも対応した領域に書き込む輝度信号レベルを上げるので、輝度信号レベル検出器７３のレベルが上がり、これを補正するように絞り可変制御部２２，絞り可変駆動部２１を介して照明系の絞り２０を絞っている。
【００９２】
従って、第７実施例では、絞り制御用輝度信号レベルが略一定となるように照明系の絞り２０を自動的に調整することで放電ランプ１１のランプ寿命効果が得られ、且つ、外光レベルに応じて表示素子４１の輝度信号レベルを調整することで、スクリーン４２上の画像の明るさがより最適となる。
【００９３】
＜第８実施例＞
図１４は本発明に係る第８実施例の投射型表示装置を示した構成図である。
【００９４】
図１４に示した如く、第８実施例の投射型表示装置１０Ｈ１では、放電ランプ１１の出射光が楕円面鏡１２で反射された後、楕円面鏡１２の第２焦点付近の光軸Ｋ上に集光されてそのままインテグレータ照明系３０に入射している。
【００９５】
上記したインテグレータ照明系３０は、放電ランプ１１からの光束を集光させた付近に設けられており、放電ランプ１１側から順に光軸Ｋ上に配置したライトパイプ３１と、リレーレンズ３２と、コリメータレンズ３３とから構成されている。
【００９６】
また、この第８実施例では第１〜第７実施例で説明した照明系の絞り２０を設けずに、この照明系の絞り２０に代えて、コリメータレンズ３３と、表示素子４０との間の光軸Ｋ上に、光軸Ｋを中心に回動自在な可動偏光部材（以下、可動偏光板と記す）８０と、固定偏光部材（以下、固定偏光板と記す）８１とが互いに対向して設けられている。この際、可動偏光板８０を固定偏光板８１に対して回動させることで、可動偏光板８０の回動角度位置と、固定偏光板８１との組み合わせにより、インテグレータ照明系３０を通過した光束に対して調光している。
【００９７】
とくに、放電ランプ１１中でアークの輝点移動に伴ってフリッカが生じる場合、照明系の絞りでフリッカを低減するよりも、可動偏光板８０の回動角度位置と、固定偏光板８１との組み合わせによる調光の方がフリッカをより低減でき、スクリーン４２上にフリッカがない画像を表示できる。
【００９８】
従って、この第８実施例において、可動偏光部材（可動偏光板）８０を固定偏光部材（固定偏光板）８１に対して回動させるための可動偏光部材回動手段は、可動偏光板駆動部８２と、可動偏光板制御部８３と、輝度信号レベル検出器８４とから構成されている。
【００９９】
更に、表示素子４０に表示された画像を投射レンズ４１により投射する画像光のうちでスクリーン４２の非画像領域４２ｂを投射する光束中に例えば全白色信号からなる一定レベルの可動偏光板制御用輝度信号を予め含ませると共に、投射レンズ４１と対向するスクリーン４２の非画像領域４２ｂに対応して輝度信号レベル検出器８４を設置して、輝度信号レベル検出器８４で検出した可動偏光板制御用輝度信号レベルを可動偏光板制御部８３に入力している。
【０１００】
ここでは、放電ランプ１１の使用時間が経過して放電ランプ１１の光量が低下しても、輝度信号レベル検出器８３で検出した可動偏光板制御用輝度信号レベルが略一定になるように可動偏光板制御部８３から可動偏光板駆動部８２に可動偏光板制御信号を送出して可動偏光板８１を回動させることで、第５〜第７実施例と同様に、放電ランプ１１のランプ寿命改善効果が得られる。また、この実施例８でも投射レンズ系に絞りがないために、投射レンズ系のＦナンバーが常に一定であるので、投射レンズ系に起因する画像の明るさは変化しない。また、第３実施例と同様に、タイマー，メモリーテーブルを用いれば、放電ランプ１１のランプ寿命をより改善することも可能である。
【０１０１】
尚、透過型、反射型液晶プロジェクタの場合、表示素子４０の前後は偏光になっているので固定偏光部材（固定偏光板）８１を省略することができる。
【０１０２】
次に、第８実施例の投射型表示装置を一部変形した変形例の投射型表示装置について図１５を用いて簡略に説明する。
【０１０３】
図１５は第８実施例の投射型表示装置を一部変形した変形例の投射型表示装置を示した構成図である。
【０１０４】
図１５に示した如く、第８実施例の投射型表示装置１０Ｈ１を一部変形した変形例の投射型表示装置１０Ｈ２では、固定偏光板８１と可動偏光板８０との取り付け位置が第８実施例の投射型表示装置１０Ｈ１と異なっているだけであり、表示素子４０と投射レンズ４１との間の光軸Ｋ上に固定偏光板８１と可動偏光板８０とを設置したものであり、固定偏光板８１と可動偏光板８０の回動角度位置との組み合わせにより、表示素子４０からの光束に対して調光しているので、第８実施例と同様に、放電ランプ１１のランプ寿命改善効果が得られる。
【０１０５】
尚、表示素子４０の前面に偏光板が設けられている場合には、固定偏光板８１を設けずに、表示素子４０の前面に設けた偏光板と、固定偏光板８１との組み合わせで構成すれば良い。
【０１０６】
更に、上記した第８実施例及び第８実施例の変形例に対して、スクリーン４２の近傍に外光検出器を設け、外光に応じてスクリーン４２上の画面の明るさを制御させるＥＥ機能を搭載したりすることも可能である。
【０１０７】
尚更に、上記した第３〜第８実施例では、インテグレータ照明系３０を用いて説明したが、このインテグレータ照明系３０に代えて図６を用いて説明したインテグレータ照明系６０を用いても良い。また、上記した第３〜第８実施例では、投射型表示装置を透過型で図示しているが、第１実施例の変形例と同様に反射型に構成することも可能である。
【０１０８】
【発明の効果】
以上詳述した本発明に係る投射型表示装置において、請求項１記載によると、投射レンズによりスクリーン上に拡大投射された画像の明るさを照明系の絞りで調整でき、且つ、画面の輝度を変化させた場合に、インテグレータ照明系によりコントラスト比，階調性の確保、照度ムラの改善などを図ることができ、更に、照明系の絞りをタイマーの時間経過に応じて自動的に調整できるので、放電ランプの寿命の改善に寄与できる。
【０１０９】
また、請求項２記載によると、投射レンズによりスクリーン上に拡大投射された画像の明るさを照明系の絞りで調整でき、且つ、インテグレータ照明系により画面の輝度を変化させた場合に、インテグレータ照明系によりコントラスト比，階調性の確保、照度ムラの改善などを図ることができ、更に、照明系の絞りをタイマーの時間経過に応じて自動的に調整でき、且つ、外光検出器で検出した外光検出信号レベルに応じて照明系の絞りの開口を補正しているので、放電ランプの寿命の改善に寄与できると共に、スクリーンの近傍の明るさに対応してスクリーン上に画像を良好に表示できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施例の投射型表示装置を示した構成図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は図１に示した照明系の絞り及びこの絞りの開口面積を可変する絞り可変駆動部の具体例をそれぞれ示した図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は図１に示したインテグレータ照明系のライトパイプを説明するための斜視図，動作図である。
【図４】図１に示した楕円面鏡に代えて放物面鏡を用いた場合を示した図である。
【図５】第１実施例の投射型表示装置を一部変形した変形例の投射型表示装置を示した構成図である。
【図６】本発明に係る第２実施例の投射型表示装置を示した構成図である。
【図７】図６に示したインテグレータ照明系のフライアイを示した斜視図である。
【図８】本発明に係る第３実施例の投射型表示装置を示した構成図である。
【図９】本発明に係る第３実施例の投射型表示装置において、ランプ寿命カーブと、照明系の絞り開口カーブを説明するための図である。
【図１０】本発明に係る第４実施例の投射型表示装置を示した構成図である。
【図１１】本発明に係る第５実施例の投射型表示装置を示した構成図である。
【図１２】本発明に係る第６実施例の投射型表示装置を示した構成図である。
【図１３】本発明に係る第７実施例の投射型表示装置を示した構成図である。
【図１４】本発明に係る第８実施例の投射型表示装置を示した構成図である。
【図１５】第８実施例の投射型表示装置を一部変形した変形例の投射型表示装置を示した構成図である。
【図１６】従来の投射型表示装置の一例を示した構成図である。
【符号の説明】
１０Ａ１…第１実施例の投射型表示装置、
１０Ａ２…第１実施例を一部変形した変形例の投射型表示装置、
１０Ｂ…第２実施例の投射型表示装置、
１０Ｃ…第３実施例の投射型表示装置、
１０Ｄ…第４実施例の投射型表示装置、
１０Ｅ…第５実施例の投射型表示装置、
１０Ｆ…第６実施例の投射型表示装置、
１０Ｇ…第７実施例の投射型表示装置、
１０Ｈ１…第８実施例の投射型表示装置、
１０Ｈ２…第８実施例を一部変形した変形例の投射型表示装置、
１１…放電ランプ、１２…楕円面鏡、１３…方物面鏡、
２０…照明系の絞り、２１…絞り可変駆動部、
２２…絞り可変制御部、２３…絞り可変釦、
３０…インテグレータ照明系、
３１…ライトパイプ、３２…リレーレンズ、３３…コリメータレンズ、
４０…表示素子、４１…投射レンズ、
４２…スクリーン、４２ａ…有効表示領域、４２ｂ…非表示領域、
５０…表示素子、５１…ビームスプリッタ、
６０…インテグレータ照明系、６１…コリメータレンズ、
６２…フライアイ、６２Ａ，６２Ｂ…第１，第２のレンズアレイ、
６３…重ね合わせレンズ、６４…フィールドレンズ、
７０…タイマー、７１…メモリーテーブル、７２…外光検出器、
７３…輝度信号レベル検出器、
７４…外光検出器、７５…表示素子の画像非表示領域の輝度信号レベル制御部、
８０…可動偏光部材（可動偏光板）、８１…固定偏光部材（固定偏光板）、
８２…可動偏光板駆動部、８３…可動偏光板制御部、
８４…輝度信号レベル検出器。

Claims

放電ランプからの光束を集光させた付近に設けられ、前記放電ランプからの光束を制御するための照明系の絞りと、
前記照明系の絞りに接近して設けられ、前記照明系の絞りを通過した光束を均一な明るさで表示素子に照射するためのインテグレータ照明系と、
前記表示素子に表示された画像を拡大投射するための投射レンズと、
前記照明系の絞りの開口面積を可変するための絞り可変手段とを備えた投射型表示装置において、
前記絞り可変手段は、前記放電ランプの累積使用時間を計測するタイマーと、前記タイマーの時間経過に対応して前記放電ランプのランプ寿命カーブに対して略逆補正するように前記照明系の絞りの開口カーブを予め記憶したメモリテーブルとを備え、前記タイマーの時間経過に対応して前記メモリーテーブルを参照して前記照明系の絞りの開口面積を可変制御することを特徴とする投射型表示装置。
放電ランプからの光束を集光させた付近に設けられ、前記放電ランプからの光束を制御するための照明系の絞りと、
前記照明系の絞りに接近して設けられ、前記照明系の絞りを通過した光束を均一な明るさで表示素子に照射するためのインテグレータ照明系と、
前記表示素子に表示された画像を拡大投射するための投射レンズと、
前記投射レンズにより拡大投射された画像を表示するためのスクリーンと、
前記照明系の絞りの開口面積を可変するための絞り可変手段とを備えた投射型表示装置において、
前記絞り可変手段は、前記放電ランプの累積使用時間を計測するタイマーと、前記タイマーの時間経過に対応して前記放電ランプのランプ寿命カーブに対して略逆補正するように前記照明系の絞りの開口カーブを予め記憶したメモリテーブルと、前記スクリーンの近傍に設置されて外光を検出する外光検出器とを備え、前記タイマーの時間経過に対応して前記メモリーテーブルを参照して前記照明系の絞りの開口面積を可変制御すると共に、前記外光検出器で検出した外光検出信号レベルに応じて前記照明系の絞りの開口を補正することを特徴とする投射型表示装置。