JP4238640B2 - 照明装置、投射型表示装置及びその駆動方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置と、これを備えた投射型表示装置及びその駆動方法に関し、特に映像表現力に優れた投射型表示装置とそれに用いる照明装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報機器の発達はめざましく、解像度が高く、低消費電力でかつ薄型の表示装置の要求が高まり、研究開発が進められている。中でも液晶表示装置は液晶分子の配列を電気的に制御して光学的特性を変化させることができ、上記のニーズに対応できる表示装置として期待されている。このような液晶表示装置の一形態として、液晶ライトバルブを用いた光学系から射出される映像を投射レンズを通してスクリーンに拡大投射する投射型表示装置（液晶プロジェクタ）が知られている。
投射型表示装置は光変調手段として液晶ライトバルブを用いたものであるが、投射型表示装置には、液晶ライトバルブの他、デジタルミラーデバイス（Digital Mirror Device,以下、ＤＭＤと略記する）を光変調手段としたものも実用化されている。ところが、この種の従来の投射型表示装置は以下のような問題点を有している。
【０００３】
（１）光学系を構成する様々な光学要素で生じる光漏れや迷光のため、充分なコントラストが得られない。そのため、表示できる階調範囲（ダイナミックレンジ）が狭く、陰極線管（Cathode Ray Tube, 以下、ＣＲＴと略記する）を用いた既存のテレビ受像機に比較すると、映像の品質や迫力の点で劣ってしまう。
（２）各種の映像信号処理により映像の品質向上を図ろうとしても、ダイナミックレンジが固定されているために、充分な効果を発揮することができない。
【０００４】
このような投射型表示装置の問題点に対する解決策、つまりダイナミックレンジを拡張する方法としては、映像信号に応じて光変調手段（ライトバルブ）に入射させる光の量を変化させることが考えられる。その手段として、従来、光源の前面に光量調節用の液晶装置を設ける構造が提案されている（例えば特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−２５７１２４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の構成では光の吸収や散乱によって液晶装置が過熱されるため、調光状態が長時間続くと液晶装置の偏光板や配向膜等が著しく劣化したり、誤動作が生じたりする。このため、上述の投射型表示装置では、その映像安定性や装置寿命の点で課題があった。
本発明は、上記の課題に鑑みて創案されたものであり、ダイナミックレンジが広く映像表現力に優れた投射映像を安定して得られるようにした投射型表示装置及びその駆動方法とこれに用いる照明装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の照明装置は、光源と、上記光源から射出される光の光軸上に設置され、上記光源からの射出光の光量を調節する調光装置と、上記調光装置を冷却する冷却装置とを備えたことを特徴とする。
本構成によれば、冷却装置によって調光装置の過熱が防止されるため、熱による誤動作が少なくなり、上記光量の調節（調光）を安定して行なうことができる。また、調光装置の過熱が防止されることで、装置寿命も長くなる。
【０００８】
特に、冷却装置の冷却能力を調光装置の過熱状態に基づいて変化させることで、この調光動作を一層安定させることができる。すなわち、冷却装置を弱冷状態に維持すると、調光量の大きな状態が長時間続いた場合に誤動作等が生じやすくなる。逆に冷却装置を強冷状態に維持すると、調光量の小さい状態において過冷却となる。また、強冷した場合、その冷却音によって映像雰囲気が損なわれる虞もある。このため、本構成のように調光量が大きいときに冷却能力を高め、逆に調光量の小さいときに冷却能力を小さくすることで、常に安定した調光特性が得られ、調光制御が容易になる。
【０００９】
このような照明装置の具体的な形態としては、上記照明装置が、上記光量の調節量（調光量）により上記調光装置の過熱状態を検出する調光量検出手段を備え、上記冷却装置が上記光量の調節量に基づいて冷却能力を変化させる構成のものを用いることができる。
【００１０】
この際、上記冷却能力を上記調光量の変化に応じてリアルタイムに変化させてもよいが、駆動を簡略化するために、上記冷却能力を所定時間内における調光量の累積値に基づいて変化させてもよい。映像信号に基づいて調光を行なう場合、その調光量は例えば１フレーム期間毎に演算されるが、温度はこのような短時間に急激には変化されないため、冷却能力をリアルタイムに変化させても、実際にはその時間平均としての温度変化しか現れない。このため、冷却能力を、温度変動が可能な所定時間内における調光量の累積値又はその時間平均値に基づいて変化させることで、無駄のない効率的な制御が可能となる。
【００１１】
ところで、調光量の大きな状態が連続して長時間続いた場合には、冷却を行なったとしても調光装置への熱及び光の影響を完全には抑えることができない。このため、調光量の累積値が所定値を超えた場合には、調光を停止して遮光量を制御可能な最小な値に設定することが好ましい。具体的には、調光装置による遮光量をゼロとする、或いは、調光装置を光源から射出される光の光路外に配置して調光に寄与させない等の方法をとることができる。
【００１２】
また、照明装置の別の形態として、上記照明装置が、上記調光装置又は調光装置近傍の温度により上記調光装置の過熱状態を検出する温度検出手段を備え、上記冷却装置が検出温度に基づいて冷却能力を変化させる構成のものを用いることができる。本構成では、調光装置の過熱状態を温度検出手段によって直接検知するため、映像信号等を用いて過熱状態を間接的に検知する前記構成に比べて、より実態に即した制御が可能となる。この構成では、調光装置の劣化を防止するために、検出温度が所定温度を超えた場合に、調光を停止して遮光量を制御可能な最小の値に設定することが好ましい。
【００１３】
なお、上述の調光装置では、調光量は外部からの情報に基づいて制御される。ここで、外部からの情報の例としては、例えば映像信号に基づく情報、投射拡大率に基づく情報、使用環境下における明るさの状況に基づく情報、使用者の好みに基づく情報等が挙げられる。例えば、外部からの情報が映像信号に基づく情報の場合には、光源からの射出光の光量は調光装置により、その時の映像シーンが明るい場面であれば光量が多くなるように、暗い場面であれば光量が少なくなるように調節される。同様に、投射拡大率、使用環境下における明るさの状況、もしくは使用者の好み等に応じた明るさの光を得ることができる。
【００１４】
この際、調光装置に不用意に熱が蓄積されないようにするために、調光量が不確定の場合、即ち、装置の起動時や終了時、或いは、エラーが生じたとき等、外部からの情報が入力されないときには、遮光量を制御可能な最小の値に設定し、調光が行なわれないようにすることが好ましい。
【００１５】
以上説明した照明装置では、調光装置を冷却することで調光装置の過熱を防止したが、この代わりに、調光の実施と停止とを切り替えることで調光装置の過熱を防止することもできる。
すなわち、本発明の照明装置は、光源と、上記光源から射出される光の光軸上に設置され、上記光源からの射出光の光量を調節する調光装置と、上記光量の調節量を検出する調光量検出手段とを備え、上記調光装置は、上記調節量の累積値が所定値を超えた場合に、上記光量の調節量を最小とすることを特徴とする。或いは、本発明の照明装置は、光源と、上記光源から射出される光の光軸上に設置され、上記光源からの射出光の光量を調節する調光装置と、上記調光装置又は調光装置近傍の温度を検出する温度検出手段を備え、上記調光装置は、上記検出温度が所定温度を超えた場合に上記光量の調節量を最小とすることを特徴とする。
【００１６】
これらの構成では、調光量が一定以上の場合に調光が停止されるため、調光装置の温度が一定温度以上に上昇することはない。このため、調光の実施される範囲を適当に選択することで、調光装置の温度を正常動作が可能な一定の温度範囲内に制御することができる。この構成では、冷却装置を備えた前記構成のものに比べて調光装置の温度変動は大きくなるものの、従来の構成を略そのまま流用しながら駆動のみで調光装置の過熱の問題を解決できるため、コスト的に有利となる。
【００１７】
また、調光量が不確定な場合に調光を行なわないようにすることで、調光装置への不用意な蓄熱を防止することもできる。すなわち、本発明の照明装置は、光源と、上記光源から射出される光の光軸上に設置され、上記光源からの射出光の光量を調節する調光装置とを備え、上記調光装置は、外部からの情報に基づいて上記光量の調節量が制御され、外部からの情報がないときには上記射出光の遮光量を最小とすることを特徴とする。この構成では、装置の起動時や終了時、或いはエラーが生じたとき等、外部からの情報が入力されないときには調光が行なわれない。この構成でも、従来の構成を略そのまま流用しながら、調光装置への蓄熱の問題を駆動のみで解決することができる。
【００１８】
ところで、上述の調光装置の具体的な形態としては、例えば上記調光装置が、その主面と平行な方向に延在する回動軸を中心として回動可能に構成された遮光板からなり、上記遮光板の回動角度により上記光量が調節可能とされたものを例示することができる。
この構成によれば、例えば回動軸にステッピングモータを接続するなどして、遮光板を回動させることで、遮光板の設置箇所を透過する光の量を容易に応答性良く調節することができる。この構成では、初期状態（調光を行なわない状態）において例えば遮光板の主面を光軸に平行に配置することで、遮光量を略ゼロとすることができる。また、遮光板の主面を光軸に対して所定の角度になるまで回動させることで、設定した範囲内で最小の透過率に減光することができる。
【００１９】
この場合、遮光板の数は、一つだけ設けてもよいし、光軸に垂直な面に沿って複数配置してもよい。
複数の遮光板を配置した場合、一つ一つの遮光板の寸法を小さくすることができるので、被照明領域における照度分布に、より影響を与えることなく調光を行うことができる。また、小さい遮光板であれば、例えば光源と被照明領域との間に照明光を均一化するための一対のフライアイレンズを配置した場合に、レンズの配置を変えることなく遮光板をこれらの間に挿入することができ、照明装置が大型化することもない。
【００２０】
この際、複数の遮光板を光軸に対して線対称に配置することが好ましい。この場合、光軸を挟んで線対称な位置に配置された２つの遮光板が、光軸を境にして互いに逆向きに等しい回動量で回動されることで、被照明領域における照度の偏りの少ない均一な照明が可能となる。つまり、調光装置を用いて光量を調節する場合、むやみに調光を行なうと照度分布の均一化の作用が阻害されてしまう。例えば、光源光の光束に対して片側から調光すると、被照明領域の片側のみが明るく、残りの片側が暗いというように照度分布が偏りを持つ場合がある。これに対して、上述のように光軸に対して線対称に調光を行なうと、被照明領域における照度分布も被照明領域の中心を通る軸に対して線対称となる。このため、この照明装置を例えば投射型表示装置に適用した場合に、その映像の見栄えをよくすることができる。
【００２１】
なお、上記遮光板は、これに回動力を付与するモータ等の駆動源に対して歯車やベルト等の駆動伝達部を介して接続されることが望ましい。この場合、駆動伝達部が熱的緩衝材となって、遮光板に蓄積された熱が駆動源に直接伝わらない。このため、駆動源を比較的低温に維持でき、過熱による誤動作を防止することができる。
【００２２】
また、遮光板の熱を外部に逃がすために、遮光板が回動により接触可能な位置に受熱部材を設けてもよい。この構成では、遮光板が所定の回動状態をとると遮光板が受熱部材に接触し、それまでの調光によって遮光板に蓄積された熱が放熱される。このように本構成では、遮光板の放熱が該遮光板の調光動作自身によって行なわれるため、遮光板の蓄熱をより効果的に抑制することができる。なお、受熱部材の位置としては、例えば初期状態（調光を行なわない状態）において遮光板と接触可能な位置、或いは、調光量が最大となる状態において遮光板と接触可能な位置等とすることができる。また、受熱部材自身によって光が遮光されないように、受熱部材は光源から射出される光の光路外に配置されることが好ましい。
【００２３】
なお、この構成では別途冷却を行なわなくても一定の過熱防止効果が得られるため、冷却装置を省略することも可能である。すなわち、本発明の照明装置は、光源と、上記光源から射出される光の光軸上に設置され、上記光源からの射出光の光量を調節する調光装置とを備え、上記調光装置は、その主面と平行な方向に延在する回動軸を中心として回動可能に構成された遮光板からなり、上記遮光板が回動により接触可能な位置に受熱部材が設けられたことを特徴とする。この構成では、冷却装置を備えた前記構成に比べて冷却効率は小さいものの、従来の構成を略そのまま流用でき駆動方法も変える必要がないため、コスト的に有利となる。
【００２４】
本発明の調光装置には、上述の遮光板以外に、例えば光透過率を調節可能な液晶装置を用いることも可能である。この構成によれば、調光用液晶装置への印加電圧を制御することで、光源光の光透過量を応答性よく任意の大きさに設定できる。また、上述の遮光板とは違って機械的な可動部がないため摩耗等による劣化がない。
【００２５】
また、本発明の投射型表示装置は上述の照明装置と、上記照明装置から射出される光を変調して映像光を形成する光変調装置と、上記映像光を投射する投射手段とを備えたことを特徴とする。この投射型表示装置では、例えば単位時間（例えば１フレーム期間）当たりの映像信号に基づいて調光装置を制御する制御信号が決定され、この制御信号に基づいて上記調光装置が制御されることで光変調手段を照明する光の光量が調節されるとともに、上記映像信号が上記制御信号に基づいて伸長され、更に、上記制御信号に基づいて冷却装置の冷却能力を調節しながら上記調光装置が冷却される。
【００２６】
このような構成によれば、調光量に応じて調光装置を効率的に冷却でき、調光動作を安定させることができる。このため、ダイナミックレンジが広く映像表現力に優れた投射映像が安定して得られる。また、調光装置の過熱が防止されることで、装置寿命も長くなる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
まず、図４〜図７を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る投射型表示装置について説明する。
本実施形態の投射型表示装置は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の異なる色毎に透過型液晶ライトバルブを備えた３板式の投射型カラー液晶表示装置である。図４はこの投射型表示装置を示す概略構成図であって、図中、符号１は照明装置、１０は光源、２１，２２はフライアイレンズ（均一照明手段）、３１，３２は遮光板（調光装置３０）、４１，４２はダイクロイックミラー、４３，４４，４５は反射ミラー、５１，５２，５３は液晶ライトバルブ（光変調装置）、６０はクロスダイクロイックプリズム、７０は投射レンズ（投射手段）を示している。
【００２８】
本実施形態における照明装置１は、光源１０とフライアイレンズ２１，２２と遮光板３１，３２とから構成されている。光源１０は高圧水銀ランプ等のランプ１１とランプ１１の光を反射するリフレクタ１２とから構成されている。また、光源光の照度分布を被照明領域である液晶ライトバルブ５１，５２，５３において均一化させるための均一照明手段として、光源１０側から第１のフライアイレンズ２１、第２のフライアイレンズ２２が順次設置されている。ここで、第１のフライアイレンズ２１は複数の２次光源像を形成し、第２のフライアイレンズ２２はライトバルブ位置においてそれらを重畳する重畳レンズとしての機能を有する。場合によっては２次光源像を重畳するためのコンデンサーレンズを第２のフライアイレンズ２２の位置、もしくはその後段に配しても良い。以下では重畳レンズとして第２のフライアイレンズが用いられた場合について説明を行なう。
【００２９】
本実施形態の場合、光源２から射出された光の光量を調節する調光装置３０として、遮光板３１，３２が第１のフライアイレンズ２１と第２のフライアイレンズ２２との間に回動可能に設置されており、更にこの調光装置３０の近傍にはこれを冷却するための冷却ファン（図示略）が設けられている。なお、照明装置１の構成については後で詳しく説明する。
【００３０】
照明装置１の後段の構成を以下、各構成要素の作用とともに説明する。
青色光・緑色光反射のダイクロイックミラー４１は、光源１０からの光束のうちの赤色光Ｌ_Ｒを透過させるとともに、青色光Ｌ_Ｂと緑色光Ｌ_Ｇとを反射させるものである。ダイクロイックミラー４１を透過した赤色光Ｌ_Ｒは反射ミラー４５で反射されて赤色光用液晶ライトバルブ５１に入射される。一方、ダイクロイックミラー４１で反射した色光のうち、緑色光Ｌ_Ｇは緑色光反射用のダイクロイックミラー４２によって反射され、緑色光用液晶ライトバルブ５２に入射される。一方、青色光Ｌ_Ｂはダイクロイックミラー４２も透過し、リレーレンズ４６、反射ミラー４３、リレーレンズ４７、反射ミラー４４、リレーレンズ４８からなるリレー系４９を経て青色光用液晶ライトバルブ５３に入射される。
【００３１】
各液晶ライトバルブ５１，５２，５３によって変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム６０に入射される。このプリズムは４つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されてカラー画像を表す光が形成される。合成された光は投射光学系である投射レンズ７０によりスクリーン７１上に投射され、拡大された画像が表示される。
【００３２】
次に、本実施形態の投射型表示装置の駆動方法について説明する。
図５は本実施形態の投射型表示装置の制御装置８０の構成を示すブロック図である。調光機能を持たない従来の投射型表示装置の場合、入力された映像信号は適当な補正処理を経て、そのまま液晶パネルドライバに供給されるが、調光機能を有し、かつそれを映像信号に基づいて制御する本実施形態の場合、基本的な構成として、以下に説明するようにデジタル信号処理ブロックである画像解析部８１や画像処理部８３などの回路が必要となる。
【００３３】
本実施形態では、図５に示すように、信号入力部１０１から入力された映像信号が画像解析部８１に入力されると、画像解析部８１が、この映像信号に基づいて調光制御信号を決定する。また、画像解析部８１は、調光制御信号に基づいて調光装置ドライバ８２を制御し、最終的には調光装置ドライバ８２が調光装置３０（本実施形態の場合は遮光板３１，３２）を実際に駆動する。また、これと並行して、画像解析部８１は調光制御信号に基づいて冷却ファンドライバ８５を制御する。そして、冷却ファンドライバ８５が調光制御信号に基づいて冷却ファン３９を駆動することで、調光装置３０が調光量に応じて冷却される。
【００３４】
また、画像解析部８１では調光制御信号に基づいて映像信号の伸長係数となる画像制御信号が決定され、この画像制御信号は映像信号とともに画像処理部８３に入力される。画像処理部８３は画像制御信号に基づいて映像信号を適当な階調範囲に伸長する。伸長処理後の映像信号はパネルドライバ８４に入力され、パネルドライバ８４から赤色光用液晶ライトバルブ５１（図５中のＲパネル）、緑色光用液晶ライトバルブ５２（同、Ｇパネル）、青色光用液晶ライトバルブ５３（同、Ｂパネル）のそれぞれに供給される。
【００３５】
ここで、照明装置１の制御方法に関しては、[１]表示映像適応型の制御、の他に、[２]投射拡大率による制御、[３]外部からの制御、などが考えられる。以下にそれぞれの方法について説明する。
[１]表示映像適応型の制御
まず、表示映像適応型の制御、すなわち明るい映像シーンでは光量が多くなり、暗いシーンでは光量が少なくなるような、表示映像に適応した明るさ制御を行なう場合について考える。上記で説明したように、画像解析部８１では映像信号に基づいて調光制御信号が決定されるが、その方法には例えば次の３通りが考えられる。
【００３６】
（ａ）注目しているフレームに含まれている画素データのうち、明るさが最大の階調数を調光制御信号とする方法。
例えば０〜２５５の２５６ステップの階調数を含む映像信号を想定する。連続した映像を構成する任意の１フレームに着目した場合、そのフレームに含まれる画素データの階調数毎の出現数分布（ヒストグラム）が、図６（ａ）のようになったとする。この図の場合、ヒストグラムに含まれる最も明るい階調数が１９０であるので、この階調数１９０を調光制御信号とする。この方法は、入力される映像信号に対し、最も忠実に明るさを表現できる方法である。
【００３７】
（ｂ）注目しているフレームに含まれている階調数毎の出現数分布（ヒストグラム）より、最大の明るさから出現数について一定の割合（例えば１０％）となる階調数を調光制御信号とする方法。
例えば映像信号の出現数分布が図７のようであった場合、ヒストグラムより明るい側から１０％の領域をとる。１０％に相当するところの階調数が２３０であったとすると、この階調数２３０を調光制御信号とする。図７に示したヒストグラムのように、階調数２５５の近傍に突発的なピークがあった場合、上記（ａ）の方法を採用すれば、階調数２５５が調光制御信号となる。しかしながら、この突発的なピーク部分は画面全体における情報としてはあまり意味をなしていない。これに対して、階調数２３０を調光制御信号とする本方法は、画面全体の中で情報として意味を持つ領域によって判定する方法と言うことができる。なお、上記の割合は２〜５０％程度の範囲で変化させてもよい。
【００３８】
（ｃ）画面を複数のブロックに分割して、ブロック毎、含まれている画素の階調数の平均値を求め、最大のものを明るさ制御信号とする方法。
例えば図８に示すように、画面をｍ×ｎ個のブロックに分割し、それぞれのブロックＡ_１１，…，Ａ_ｍｎ毎の明るさ（階調数）の平均値を算出し、そのうちで最大のものを明るさ制御信号とする。なお、画面の分割数は６〜２００程度とすることが望ましい。この方法は、画面全体の雰囲気を損なうことなく、明るさを制御できる方法である。
【００３９】
上記（ａ）〜（ｃ）の方法について、調光制御信号の判定を、表示領域全体に対して行なう他に、例えば表示領域の中央部分など、特定の部分だけに上記方法を適用することもできる。この場合、視聴者が注目している部分から明るさを決定するような制御の仕方が可能となる。
【００４０】
次に画像解析部８１は、上記の方法で決定した調光制御信号に基づいて調光装置ドライバ８２を制御するが、この方法にも例えば次の３通りおよびその組み合わせが考えられる。
【００４１】
（ａ）出力された調光制御信号に応じてリアルタイムで制御する方法。
この場合は画像解析部８１から出力された調光制御信号をそのまま調光装置ドライバ８２に供給すればよいため、その他の信号処理は不要となる。この方法は映像の明るさに完全に追従する点で理想的ではあるが、映像の内容により画面の明暗が短い周期で変化することもあり、鑑賞時に余計なストレスを感じるなどの問題が発生する恐れがある。
【００４２】
（ｂ）出力された調光制御信号にＬＰＦ（ローパスフィルター）をかけ、その出力で制御する方法。
例えばＬＰＦによって１〜３０秒以下の調光制御信号の変化分をカットし、その出力によって制御する。この方法によれば、細かい時間の変化分はカットされるため、上記のような短い周期での明暗の変化を避けることができる。
【００４３】
（ｃ）調光制御信号の切り替わりエッジを検出する方法。
調光制御信号に所定の大きさ以上（例えば６０階調以上）の変化があった場合にのみ調光装置３０を制御する。この方法によれば、シーンの切り替わりなどのみに応じた制御を行なうことができる。
【００４４】
このようにして、例えば階調数１９０が調光制御信号に決定された場合、最大明るさ（階調数２５５）の光量を１００％とすると、１９０／２５５＝７５％の光量が得られるように調光装置３０を駆動する。本実施形態の場合、調光装置３０は具体的には遮光板３１，３２であるから、透過率が７５％（遮光率が２５％）となるように遮光板３１，３２を回動させる。同様に、階調数２３０が調光制御信号である場合、２３０／２５５＝９０％の光量が得られるように調光装置３０を駆動する。
【００４５】
一方、画像処理部８３では、画像解析部８１で決定された画像制御信号と映像信号に基づいてこの映像信号を適当な階調範囲まで伸長する。例えば最大階調範囲にまで伸長する場合、上記の例では表示可能な最大階調数が２５５であるから、図６（ａ）の例で調光制御信号が階調数１９０の場合、階調数０〜１９０までの映像信号を図６（ｂ）に示すように階調数０〜２５５まで伸長する。このような照明光量の制御と映像信号の伸長処理によって、映像のダイナミックレンジを拡張しつつ、滑らかな階調表現を実現することができる。
【００４６】
[２]投射拡大率による制御
投射レンズ７０のズーミングに対応させて制御する。通常は液晶ライトバルブ（被照明領域）における単位面積あたりの光量が一定であるから、拡大側では画面が暗くなり、縮小側で明るくなる傾向にある。したがって、これを補正するように、拡大側に変化させた場合には光量が増えるように、縮小側に変化させた場合には光量が減るように調光装置３０を制御する。
【００４７】
[３]外部からの制御
使用者が好みに応じて調光装置３０を制御できるようにする。例えば暗い鑑賞環境においては光量が少なく、明るい鑑賞環境においては光量が多くなるように調光装置３０を制御する。この場合、使用者がコントローラを用いて、もしくは調光装置を直接操作するなどして調節する構成としてもよいし、明るさセンサなどを設けて自動的に制御される構成としてもよい。ただし、これら[２]、[３]の制御を行なうためには、図５で画像解析部８１，画像処理部８３のような回路は不要であるが、それ以外の回路構成が必要になる。
【００４８】
次に、図１〜図３を参照しながら、本実施形態の照明装置について説明する。本実施形態では、均一照明手段を構成する２枚のフライアイレンズの間に遮光板を装入した照明装置の例を示す。図１は本実施形態の照明装置の概略構成を示す側面図及び平面図、図２はその斜視図、図３は照明装置の遮光板側から第１のフライアイレンズを見た状態を示す正面図である。
【００４９】
本実施形態の照明装置１は、図１に示すように、光源１０とフライアイレンズ２１，２２と遮光板３１，３２とから構成されている。光源１０は、高圧水銀ランプ等のランプ１１とランプ１１の光を反射するリフレクタ１２とから構成されている。また、光源１０側から第１のフライアイレンズ２１、第２のフライアイレンズ２２が順次設置されている。各フライアイレンズ２１，２２は、複数（本実施形態では例えば６×８個）のマイクロレンズ２３，２４から構成されており、光源１０から射出された光の照度分布を被照明領域である液晶ライトバルブにおいて均一化させるための均一照明手段として機能する。
【００５０】
第１のフライアイレンズ２１と第２のフライアイレンズ２２との間には、光源１０から射出された光の光量を調節する調光装置３０が設置されている。調光装置３０は、光源１０から第１のフライアイレンズ２１を通過した光束の一部を遮光可能な２つの遮光板３１，３２と、これらの遮光板３１，３２をそれぞれ回動可能な回動装置３３とを備えている。
【００５１】
遮光板３１，３２は、平面部３１ａ，３２ａと、この平面部３１ａ，３２ａの両端部に取り付けられた腕部３１ｂ，３２ｂとからなる。腕部３１ｂ，３２ｂには、平面部３１ａ，３２ａの主面に平行な方向に延在する回動軸３１ｃ，３２ｃが設けられ、平面部３１ａ，３２ａはそれぞれ回動軸３１ｃ，３２ｃを中心として回動可能に構成されている。
【００５２】
具体的には、回動軸３１ｃ，３２ｃは第１のフライアイレンズ２１を構成する複数のマイクロレンズ２３の横の配列方向（Ｚ方向）に対して平行であり、各軸３１ｃ，３２ｃは、光軸Ｙに対して線対称となる位置に、それぞれ第１のフライアイレンズ２１の上下の端辺（Ｚ方向に延在する端辺）に沿うように配置されている。また、回動軸３１ｃ，３２ｃは第１のフライアイレンズ２１側に配置されており、回動に伴って、平面部３１ａ，３２ａの第２のフライアイレンズ２２側の端部が第２のフライアイレンズ２２の表面に沿って移動されるようになっている。なお、腕部３１ｂ，３２ｂは、図１（ｂ）に示すように、光を遮蔽しないように、第１のフライアイレンズ２１からの射出光の光路外に配置されている。
【００５３】
これらの回動軸３１ｃ，３２ｃの回動装置３３は、図２に示すように、各回動軸３１ｃ，３２ｃに取り付けられた歯車３３ｂ，３３ｃと、この一方の歯車３１ｃを回動させる１台のステッピングモータ（駆動源）３３ａとを備えている。歯車３３ｂ，３３ｃは、互いに噛合して回動されることで回動軸３１ｃ，３２ｃを互いに反対方向に等しい回動量で回動し、これにより、調光が光軸Ｙに対して線対称に行なわれるようになっている。また、歯車３３ｂは歯車３３ｄを介してステッピングモータ３３ａに連結されており、歯車３３ｂ〜３３ｄによって本発明の駆動伝達部が構成される。これらの歯車３３ｂ〜３３ｄは樹脂等の熱伝導率の小さい材料から構成されており、調光時に遮光板３１，３２に蓄積された熱がステッピングモータ３３ａに伝わりにくい構造となっている。
【００５４】
また、遮光板３１，３２はアルミニウム，スチール，ステンレス等の材料から構成されており、平板部３１ａ，３２ａの外表面（第２のフライアイレンズ２２に対向する側の面）には、互いに平行に形成された複数の凹凸状の溝からなるヒートシンクが設けられている。また、平板部３１ａ，３２ａの内表面（光源１０と対向する側の面）には黒色塗料等が塗布されており、第１のフライアイレンズから射出された光を吸収して乱反射を防止するようになっている。
【００５５】
調光装置３０では、調光の行なわれない場合には、遮光板３１，３２の平面部３１ａ，３２ａは、第１のフライアイレンズ２１から射出される光の光路外に光軸Ｙと平行に配置されている（初期状態）。具体的には、装置の起動時や終了時、或いはエラーが生じたとき等、或いは外部からの情報が入力されないとき等、外部からの情報が入力されないときには調光が行なわれず、遮光板３１，３２は上述のような初期状態をとる。また、後述の警告信号が検出された場合にも調光が停止され、遮光板３１，３２は一旦初期状態の位置に退避される。
【００５６】
一方、調光を行なう場合には、各平面部３１ａ，３２ａは、これと離れた位置に設けられた回動軸３１ｃ，３２ｃを中心として０°〜９０°の範囲内で回動される。そして、この回動量θを回動装置３３によって制御することで光源１０からの射出光の光量が調節されるようになっている。図３（ａ）は、遮光板３１，３２が初期状態をとり、各遮光板の平面部３１ａ，３２ａによる遮光量がゼロとなる状態（即ち、調光量が最小となる状態）、図３（ｂ）は、遮光板３１，３２が初期状態から例えば３０°ずつ回動され、光源１０からの射出光が例えば５０％だけ透過された状態（即ち、調光量が５０％の状態）を示している。
【００５７】
また、図１（ａ）に示すように、光源１０から射出される光の光路外となるフライアイレンズ２１，２２の外側の位置には、受熱部材３８，３８が設置されている。これらの受熱部材３８，３８は、回動量θがゼロとなる状態（初期状態）においてそれぞれ遮光板３１，３２の平面部３１ａ，３２ａ（ヒートシンク）に接触され、調光によって遮光板３１，３２に蓄積された熱が放熱されるようになっている。このような受熱部材３８には、アルミニウム，スチール，ステンレス等の熱伝導率の高い金属材料を好適に用いることができる。
【００５８】
また、図１（ｂ）に示すように、回動装置３３の近傍には、回動装置３３及び遮光板３１，３２を冷却するための冷却ファン（冷却装置）３９が設置されている。冷却ファン３９は、例えば投射型表示装置の外部から空気を吸い込み調光装置３０へ向けて空気を吹き出すシロッコファンであり、ファン３９から吹き出された冷却空気はステッピングモータ３３を冷却した後、遮光板３１，３２に供給され、その後排気用ファン（図示略）によって装置外部に排出される。
【００５９】
この冷却ファン３９を駆動する冷却ファンドライバ８５は、図９に示すように、平均化フィルター８５１と平均調光量検出部８５２とＬＵＴ（ルックアップテーブル）８５３とを備えている。平均化フィルター８５１は、画像解析部８１から入力される単位時間（例えば１フレーム期間）毎の調光制御信号の内、例えば所定時間（例えば１〜３０秒）以下の調光制御信号の変化分をカットし、その出力を平均調光量検出部８５２に出力する。なお、画像解析部８１からこのような変化分が予めカットされた信号が入力された場合には、このような平均化フィルター８５１は省略できる。
【００６０】
平均調光量検出部８５２では、平均化フィルター８５１で平均化された信号に基づいて所定時間内における平均的な調光量が検出される。具体的には、得られた信号の最頻値，最大値等を平均的な調光量として検出する。そして、冷却ファンドライバ８５は、ＬＵＴ８５３を参照しながら上記平均的な調光量に基づいて冷却ファン３９の冷却能力を決定する。ここで、ＬＵＴ８５３は調光量とファン回転数との関係を規定した制御テーブルであり、図１０に示すように、調光量が小さいときには回転数が小さく（即ち、冷却能力が低く）、調光量が大きいときには回転数が大きく（即ち、冷却能力が高く）規定されている。
【００６１】
また、平均調光量検出部８５２では検出された調光量に基づいて調光装置３０の過熱状態が判定される。具体的には、平均調光量検出部８５２は、一定時間内の調光量の累積値を算出し、この累積値が所定値を超えた場合には調光装置３０が過熱状態であると判断し、画像解析部８１に警告信号を出力するようになっている。この場合、画像解析部８１は調光装置ドライバ８２を制御して、遮光板３１，３２を一旦調光量が最小となる位置（即ち、初期状態の位置）に退避させる。
【００６２】
なお、遮光板３１，３２を退避させる時間は初期状態における遮光板３１，３２の放熱速度に依存し、遮光板３１，３２が放熱により十分冷却されるまでの時間とされる。具体的には、受熱部材３８の熱伝導率や、初期状態における冷却ファン３９の回転数等に応じて決められる。また、警告信号を出力する際の累積値の値は調光装置３０の具体的な形態及び構成部材の耐熱特性等に応じて設定される。
【００６３】
そして、放熱により遮光板３１，３２が十分に冷却されると、上記累積値はゼロに設定され、調光装置３０は映像信号に基づいた通常の動作を再開する。
このように本実施形態では、冷却ファン３９によってステッピングモータ３３ａの過熱による誤動作が未然に防止されため、調光動作が安定する。このため、ダイナミックレンジが広く映像表現力に優れた投射映像を安定して得ることができる。また、調光装置３０の過熱が防止されることで、装置寿命も長くなる。
【００６４】
特に本実施形態では、冷却ファン３９の冷却能力が調光量に応じて調節されるため、調光動作を一層安定させることができる。すなわち、冷却装置を弱冷状態に維持すると、調光量の大きな状態が長時間続いた場合に誤動作等が生じやすくなる。逆に冷却装置を強冷状態に維持すると、調光量の小さい状態において過冷却となる。また、強冷した場合、その冷却音によって映像雰囲気が損なわれる虞もある。このため、本構成のように調光量が大きいときに冷却能力を高め、逆に調光量の小さいときに冷却能力を小さくすることで、常に安定した調光特性が得られ、調光制御が容易になる。
【００６５】
なお、本実施形態では冷却能力を決定するために平均的な調光量を検出したが、この代わりに、画像解析部８１から入力された調光制御信号をそのまま平均調光量検出部に出力し、冷却能力を調光量の変化に応じてリアルタイムに変化させてもよい。しかし、温度はこのような短時間に急激には変化されないため、冷却能力をリアルタイムに変化させても、実際にはその時間平均としての温度変化しか現れない。このため、本実施形態のように冷却能力を、温度変動が可能な所定時間内における調光量の累積値又はその時間平均値に基づいて変化させることで、無駄のない効率的な制御が可能となる。
【００６６】
また、本実施形態では、調光量の累積値が一定以上の場合に調光が停止されるため、調光装置３０の温度が一定温度以上に上昇することはない。このように調光の実施と停止とを切り替えることで、駆動の面からも調光装置３０の過熱が防止されるため、上記効果を一層確実にすることができる。
【００６７】
また、本実施形態では、装置の起動時や終了時、或いはエラーが生じたとき等、外部からの情報が入力されず調光量が不確定の場合に調光量を最小としているため、調光装置３０に不用意に熱が蓄積されることを防止できる。
【００６８】
また、遮光板３１，３２が回動により接触可能な位置に受熱部材３８を設置したことで、遮光板３１，３２の放熱がその調光動作自身によっても行なわれるため、遮光板３１，３２の蓄熱をより効果的に抑制することができる。特に、この受熱部材３８が初期状態において遮光板と接触される構成としているため、警告信号が出力されて調光が停止された際の遮光板の放熱速度を早めることができ、遮光板３１，３２を短時間で調光動作に復帰させることが可能となる。
【００６９】
さらに、本実施形態では、２枚の遮光板３１，３２の回動量を等しくし、調光を光軸Ｙに対して線対称に行なっているため、被照明領域であるライトバルブ上での照度の偏りの少ない均一な照明を実現できる。つまり、調光手段を用いて光源光を遮光する場合、むやみに調光を行なうと照度分布の均一化の作用が阻害されてしまう。例えば、光軸Ｙに対して片側から調光すると、被照明領域の片側のみが明るく、残りの片側が暗いというように照度分布が偏りを持つ場合がある。これに対して、上述のように光軸Ｙに対して線対称に調光を行なうと、第１のフライアイレンズ２１で形成される１つ１つの２次光源像については、遮光により明るさの偏りが生じるが、第２のフライアイレンズ２２によってそれらを重畳した照度分布は、被照明領域の中心を通る軸に対して線対称な分布となり、光軸Ｙに対して非対称な調光を行なった場合に比べて、投射映像の見栄えをよくすることができる。
【００７０】
特に、図４に示したような青色に対応する画像のみ，画像の上下方向若しくは左右方向が他の２色の画像と逆転することになる投射型表示装置に本実施形態の照明装置１を用いた場合、スクリーン７１の両側で色バランスが均一な画像を再現することができる。
【００７１】
（第２実施形態）
次に、図１１〜図１３を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る投射型表示装置について説明する。なお、本実施形態において、上記第１実施形態と同様の部材については同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００７２】
図１１は本実施形態の投射型表示装置の制御装置の構成を示すブロック図である。本実施形態は、調光装置の過熱状態をセンサによって直接検知し、この検出温度に基づいて調光装置を冷却するようにしたものである。すなわち、本実施形態では、信号入力部１０１から入力された映像信号が画像解析部８１に入力されると、画像解析部８１では、この映像信号に基づいて調光制御信号を決定する。また、画像解析部８１が、調光制御信号に基づいて調光装置ドライバ８２を制御し、最終的には調光装置ドライバ８２が調光装置３０を実際に駆動する。一方、照明装置に設けられた温度センサ（温度検出手段）１０２によって調光装置３０又は調光装置近傍の温度が検出され、検出された温度情報が冷却ファンドライバ８６に入力される。そして、冷却ファンドライバ８６がこの温度情報に基づいて冷却ファン３９を駆動することで、調光装置３０がその過熱状態に応じて冷却される。なお、調光制御信号の決定方法や映像信号の伸長処理等に関しては上記第１実施形態と同様である。
【００７３】
冷却ファンドライバ８６は、図１２に示すように、温度検出部８６１とＬＵＴ（ルックアップテーブル）８６２とを備えている。温度検出部８６１は、温度センサ１０２から入力された温度情報に基づいて調光装置３０又はその近傍の温度を検出しする。そして、冷却ファンドライバ８６は、ＬＵＴ８６２を参照しながら上記検出温度に基づいて冷却ファン３９の冷却能力を決定する。ここで、ＬＵＴ８６２は検出温度とファン回転数との関係を規定した制御テーブルであり、図１３に示すように、検出温度が低いときには回転数が小さく（即ち、冷却能力が低く）、検出温度が高い時には回転数が大きく（即ち、冷却能力が高く）規定されている。
【００７４】
また、温度検出部８６１では検出された温度に基づいて調光装置３０の過熱状態が判定される。具体的には、温度検出部８６１は上記温度が所定温度を超えた場合には調光装置３０が過熱状態であると判断し、画像解析部８１に警告信号を出力するようになっている。この場合、画像解析部８１は調光装置ドライバ８２を制御して、遮光板３１，３２を一旦調光量が最小となる位置（即ち、初期状態の位置）に退避させる。
【００７５】
なお、遮光板３１，３２を退避させる時間は初期状態における遮光板３１，３２の放熱速度に依存し、遮光板３１，３２が放熱により十分冷却されるまでの時間とされる。具体的には、受熱部材３８の熱伝導率や、初期状態における冷却ファン３９の回転数等に応じて決められる。また、警告信号を出力する際の温度は調光装置３０の具体的な形態及び構成部材の耐熱特性等に応じて設定される。
そして、放熱により遮光板３１，３２が十分に冷却されると、調光装置３０は映像信号に基づいた通常の動作を再開する。
投射型表示装置の他の構成については、図４に示した上記第１実施形態のものと同様である。
【００７６】
したがって、本実施形態でも調光動作を安定させることができ、ダイナミックレンジが広く映像表現力に優れた投射映像が安定して得られる。特に本構成では、調光装置の過熱状態を温度によって直接検知するため、映像信号を用いて過熱状態を間接的に検知する上記第１実施形態の構成に比べて、より実態に即した制御が可能となる。
【００７７】
（第３実施形態）
次に、図１４を参照しながら本発明の第３実施形態に係る照明装置について説明する。図１４は本実施形態の照明装置の概略構成を示す側面図である。なお、本実施形態において、上記第１実施形態と同様の部材については同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００７８】
本実施形態は、調光装置に液晶装置３０’を用い、この液晶装置３０’の光透過率を制御することで光源１０からの射出光を調節するようにしたものである。すなわち、本実施形態の照明装置では、第１のフライアイレンズ２１と第２のフライアイレンズ２２との間には調光用液晶装置３０’が設けられ、この液晶装置３０’の近傍に、これを冷却するための冷却ファン３９が設置されている。
【００７９】
液晶装置３０’は、例えばドットマトリクス型或いは単純マトリクス型の透過型液晶装置であり、各画素毎に光透過率を独立に調節可能とされている。本実施形態では、各画素は初期状態（電圧オフ状態：調光を行なわない状態）において光透過率を略１００％に維持され、調光を行なう場合には、各画素に対応した映像毎に透過光量の調節が行なわれる。或いは、マトリクス状に配列形成された複数の画素をいくつかのブロック領域に分類し、各ブロック領域に対応した映像毎に透過光量の調節を行なってもよい。そして、この液晶装置３０’の調光量に応じて冷却ファン３９の冷却能力が調節される。
【００８０】
なお、調光制御信号の決定方法や映像信号の伸長処理、及び冷却能力の調節方法等に関しては上記第１実施形態と同様である。また、投射型表示装置の他の構成についても、図４に示した上記第１実施形態のものと同様である。
【００８１】
したがって、本実施形態でも調光動作を安定させることができ、ダイナミックレンジが広く映像表現力に優れた投射映像が安定して得られる。また、本実施形態では、調光装置として液晶装置を用いているため、機械的な可動部を有する遮光板と違って摩耗等による劣化がない。
【００８２】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば遮光板の形状や数、配置等に関しては上記実施の形態に限ることなく、適宜変更が可能である。また、上記実施の形態では遮光板が光反射性を有するものを用いたが、光吸収性を有する遮光板を用いることもできる。その場合、遮光板の材料としては、黒色アルマイト処理を施したアルミニウムなどを例示することができる。上記実施の形態では光変調手段として液晶ライトバルブを用いた投射型表示装置の例を挙げたが、光変調手段としてＤＭＤを用いた投射型表示装置に本発明を適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態の照明装置の概略構成を示す側面図及び平面図。
【図２】 同、照明装置の概略構成を示す斜視図。
【図３】 同、照明装置の遮光板側から第１のフライアイレンズを見た状態を示す正面図。
【図４】 本発明の第１実施形態の投射型表示装置の概略構成を示す図。
【図５】 同、投射型表示装置の制御装置の構成を示すブロック図。
【図６】 同、投射型表示装置において、映像信号から調光制御信号を決定する第１の方法を説明するための図。
【図７】 同、第２の方法を説明するための図。
【図８】 同、第３の方法を説明するための図。
【図９】 同、制御装置の要部構成を示すブロック図。
【図１０】 同、投射型表示装置の冷却装置の冷却能力を決定するための制御テーブルを示す図。
【図１１】 本発明の第２実施形態の投射型表示装置の制御装置の構成を示すブロック図。
【図１２】 同、制御装置の要部構成を示すブロック図。
【図１３】 同、投射型表示装置の冷却装置の冷却能力を決定するための制御テーブルを示す図。
【図１４】 本発明の第３実施形態の照明装置の概略構成を示す側面図。
【符号の説明】
１…照明装置、１０…光源、３０，３０’…調光装置、３１，３２…遮光板、３１ｃ，３２ｃ…回動軸、３３…回動装置、３３ａ…ステッピングモータ（駆動源）、３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ…歯車（駆動伝達部）、３８…受熱部材、３９…冷却ファン（冷却装置）、５１，５２，５３…液晶ライトバルブ（光変調装置）、７０…投射レンズ（投射手段）、８５２…平均調光量検出部（調光量検出手段）、８６１…温度検出部（温度検出手段）、Ｙ…光軸、θ…回動量

Claims (15)

1. 光源と、
   上記光源から射出される光の光軸上に設置され、上記光源からの射出光の光量を調節する調光装置と、
   上記調光装置を冷却する冷却装置と、を備え、
   上記冷却装置は、上記調光装置が遮光する光量である調光量が大きいときに冷却能力を高め、調光量が小さいときに冷却能力を小さくすることを特徴とする、照明装置。
2. 上記光量の調節量により上記調光装置の過熱状態を検出する調光量検出手段を備え、
   上記冷却装置は、上記光量の調節量に基づいて冷却能力を変化させることを特徴とする、請求項１記載の照明装置。
3. 上記冷却装置は、上記調節量の累積値に基づいて冷却能力を変化させることを特徴とする、請求項２記載の照明装置。
4. 上記調光装置は、上記調節量の累積値が所定値を超えた場合に上記射出光の遮光量を最小とすることを特徴とする、請求項３記載の照明装置。
5. 上記調光装置又は調光装置近傍の温度により上記調光装置の過熱状態を検出する温度検出手段を備え、
   上記冷却装置は検出温度に基づいて冷却能力を変化させることを特徴とする、請求項１記載の照明装置。
6. 上記調光装置は、上記検出温度が所定温度を超えた場合に上記光量の調節量を最小とすることを特徴とする、請求項５記載の照明装置。
7. 上記調光装置は、外部から情報が入力されないときに上記光量の調節量を最小とすることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の照明装置。
8. 上記調光装置は、外部から情報が入力されないときに上記光源から射出される光の光路外に配置されることを特徴とする、請求項７記載の照明装置。
9. 光源と、
   上記光源から射出される光の光軸上に設置され、上記光源からの射出光の光量を調節する調光装置とを備え、
   上記調光装置は、その主面と平行な方向に延在する回動軸を中心として回動可能に構成された遮光板からなり、上記遮光板が回動により接触可能な位置に受熱部材が設けられたことを特徴とする、照明装置。
10. 上記調光装置を冷却する冷却装置を備えたことを特徴とする、請求項９記載の照明装置。
11. 上記冷却装置は、上記調光装置が遮光する光量である調光量が大きいときに冷却能力を高め、調光量が小さいときに冷却能力を小さくすることを特徴とする請求項１０に記載の照明装置。
12. 上記光量の調節量により上記調光装置の過熱状態を検出する調光量検出手段を備え、
    上記冷却装置は、上記光量の調節量に基づいて冷却能力を変化させることを特徴とする、請求項１１に記載の照明装置。
13. 上記調光装置又は調光装置近傍の温度により上記調光装置の過熱状態を検出する温度検出手段を備え、
    上記冷却装置は検出温度に基づいて冷却能力を変化させることを特徴とする、請求項１１記載の照明装置。
14. 請求項１〜１３のいずれかの項に記載の照明装置と、
    上記照明装置から射出される光を変調して映像光を形成する光変調装置と、
    上記映像光を投射する投射手段とを備えたことを特徴とする、投射型表示装置。
15. 請求項１４記載の投射型表示装置の駆動方法であって、
    単位時間あたりの映像信号に基づいて上記調光装置を制御する制御信号を決定し、
    この制御信号に基づいて上記調光装置を制御することで上記光変調装置を照明する光の光量を調節するとともに、上記映像信号を上記制御信号に基づいて伸長し、
    更に、上記制御信号に基づいて上記冷却装置の冷却能力を調節しながら上記調光装置を冷却することを特徴とする、投射型表示装置の駆動方法。

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