JP4747431B2 - 光源装置およびプロジェクションテレビジョン - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プロジェクションテレビジョンに関わり、特に、画像表示に関わる光源装置（光学系、駆動系等）およびその構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、陰極線管（以下ＣＲＴ）方式の直視型テレビジョンよりも一層大型の画面サイズの各種方式テレビジョンが利用されるようになっている。
【０００３】
プロジェクションテレビジョン（投写型表示装置）はその中の１方式であり、基本的に、その構成は大きく２つのタイプに分かれる。
【０００４】
すなわち、
▲１▼画像源としてＣＲＴを用い、このＣＲＴより出射する光を拡大投写する投写光学系および投写された光を受けるスクリーンを有するもの
▲２▼白色光を出射する光源（白色光源）からの光（白色光、あるいはこの白色光のカラーフィルタ出力光）を光バルブ等の光変調素子に照射し、この光変調素子によって変調された光を拡大投写する投写光学系および投写された光を受けるスクリーンを有するもの
である。
【０００５】
上記２つのタイプの内、▲２▼において用いられる光変調素子は、例えば、液晶ライトバルブ、ＤＭＤ(Digital Multi-mirror Device)等の各種方式が採用されている（ＤＭＤはテキサス・インスツルメンツ社の商標）。
【０００６】
なかでも、ＤＭＤは多数の微小ミラー（ミラー素子）が２次元的に配列され、それぞれの微小ミラーがそれぞれ独立して駆動される反射型の光変調素子であり、光の利用効率の点で他の光変調素子より有利である。
【０００７】
図１１は、例えば特開平８−２１９７７号公報に示された、投写型表示装置に用いられる光変調素子としてのＤＭＤの動作を説明するための説明図である。以下、図を参照しながら説明する。
【０００８】
図１１には、ＤＭＤを構成するミラー素子について示されており、その動作および光路の関係を概略的に示している。
【０００９】
なお、以下では、”ＯＮ”とはミラー素子からスクリーンに向けて光が投写される状態（または、その際のミラー素子の状態）、”ＯＦＦ”とはミラー素子からスクリーンに向けて光が投写されない状態（または、その際のミラー素子の状態）をそれぞれ示すこととして説明する。
【００１０】
図において、１はミラー素子であり、図１１（ａ）に示す傾きの状態で”ＯＮ”となっている。また、２はミラー素子が”ＯＦＦ”である傾きの状態である。３は入射光が入射する受光面である。
【００１１】
Ｌ１は入射光、Ｌ２はミラー素子１が”ＯＮ”である場合のミラー素子１からの反射光（ＯＮ光）、Ｌ３はミラー素子１が”ＯＦＦ”である場合のミラー素子１からの反射光（ＯＦＦ光）である。
【００１２】
Ｌ４はミラー素子１が中間状態（例えば、電源の投入がなされていない時や駆動信号が入力されていない待機の状態であり、ＤＭＤを構成する全てのミラー素子１が全体で１枚の平面鏡として扱うことが可能である）である場合のミラー素子１からの反射光（不要反射光）である。
【００１３】
ＤＭＤでは２次元的に多数配置されるミラー素子１の内、”ＯＮ”であるミラー素子１から反射される光（ＯＮ光）をスクリーン上に投写することにより画像を表示する（従って、ＯＦＦ光あるいは不要反射光は画像表示に関与しない）。
【００１４】
電源の投入がなされていない時や駆動信号が入力されていない待機の状態において、ミラー素子１は、中間状態にある平面に沿う状態（上述のように、中間状態においては、ＤＭＤを構成する全てのミラー素子１が全体で１枚の平面鏡として扱うことが可能である）となっている。
【００１５】
ミラー素子１が”ＯＮ”となるように制御されると図１１（ａ）に示すミラー素子１の傾き（例えば、時計方向に１０°の傾き）となり、”ＯＦＦ”となるように制御されると傾きの状態２（例えば、反時計方向に１０°の傾き）となる（すなわち、図１１（ａ）におけるθ＝１０°）。
【００１６】
従って、ミラー素子１が”ＯＮ”である場合には、入射光Ｌ１は時計方向に１０°傾いたミラー素子１により図１１（ａ）中のＯＮ光Ｌ２の方向に反射され、図示しない投射光学系によりスクリーンに拡大投写される。
【００１７】
また、ミラー素子１が”ＯＦＦ”である場合には、入射光Ｌ１は反時計方向に１０°傾いたミラー素子１（傾きの状態２）により図１１（ａ）中のＯＦＦ光Ｌ３の方向に反射され、投写光学系には入射せずに、図示しない黒マスク（黒塗装された金属等の光吸収体）により吸収される。
【００１８】
なお、ミラー素子１が中間状態にある場合には、入射光Ｌ１はミラー素子１により図１１（ａ）中の不要反射光Ｌ４の方向に反射され、投写光学系には入射せずに、図示しない黒マスク（黒塗装された金属等の光吸収体）により吸収される。
【００１９】
図１１（ｂ）はＤＭＤをその側方より表わした概略を表わす説明図であり、４はミラー素子１が多数配列されたミラー配列領域（２次元的な広がりを有する）である。実際の投写型表示装置において、入射光Ｌ１、ＯＮ光Ｌ２およびＯＦＦ光Ｌ３はミラー配列領域４の全域に亙って入射および出射するが、図１１（ｂ）においては簡単のため一つの光線について示してある。なお、４００は、ミラー配列領域４にはそれぞれが独立に”ＯＮ”および”ＯＦＦ”の状態を設定可能な多数のミラー素子１が二次元的に配列されて構成される光偏向器である。
【００２０】
光偏向器４００に含まれるミラー配列領域４に、２次元的に配列された多数のミラー素子１は、個々にその”ＯＮ”、”ＯＦＦ”の状態が設定され、ミラー配列領域４の全域に亙って入射する入射光Ｌ１はミラー素子１の”ＯＮ”、”ＯＦＦ”状態に対応してＯＮ光Ｌ２、ＯＦＦ光Ｌ３として反射される。
【００２１】
投写型表示装置によって、例えば動画像を表示する場合、入力される画像信号の１フィールドあるいは１フレーム期間における”ＯＮ”状態である期間の割合によりＯＮ光Ｌ２の平均的な強さが決定される。そして、１フィールドあるいは１フレーム期間における”ＯＮ”状態である期間の割合を変化することにより階調のある動画像が表示される。
【００２２】
なお、１フィールドあるいは１フレーム期間における画面全体の明るさは、ミラー配列領域４に属する全てのミラー素子１の内、”ＯＮ”状態であるミラー素子１の数（面積割合）により示すことができる。
【００２３】
上述のＯＮ光Ｌ２の平均的な強さおよび画面全体の明るさの考え方から、以下に示すような、ミラー素子１の平均ＯＮ率（この平均ＯＮ率は入射光Ｌ１の利用効率を示す）を定義する。
【００２４】
すなわち、フィールドあるいはフレーム期間（１画面期間と称す）におけるミラー素子１の平均ＯＮ率Ｐを次式（１）により表わす。
Ｐ＝（１画面期間においてミラー素子１が”ＯＮ”である時間割合）
×（全てのミラー素子１の内、”ＯＮ”であるミラー素子１の割合）…（１）
【００２５】
例えば、ミラー配列領域４全体（画面全体）の２０％の面積においてミラー素子１が”ＯＮ”状態にあり、フィールドあるいはフレーム期間におけるミラー素子１の”ＯＮ”状態が５０％の時間割合で生じる場合、平均ＯＮ率Ｐは、
Ｐ＝０．５ × ０．２ ＝ ０．１
となる。
【００２６】
このことは、ミラー素子１全数の１０％が平均的にＯＮしていることと等価であると考えることができ、ミラー素子１の反射率および開口率が１００％（ミラー素子１における入射、反射において光の損失がない）と仮定し、入射光Ｌ１の光パワーを１００％とすると、その内の１０％が反射光Ｌ２としてスクリーンに投写され、残りの９０％はＯＦＦ光Ｌ３となる。従って、この場合の入射光Ｌ１の利用効率は１０％である。
【００２７】
コントラストの高い画像の最も明るい部分（ハイライト部。この部分では輝度が最大である（このときの輝度をピーク輝度という））ではミラー素子１が１００％ＯＮ状態であり、理想的には、入射光Ｌ１とＯＮ光Ｌ２とは同じ光強度となる。すなわち、ＯＮ光Ｌ２の最大値はハイライト部の面積割合には関係なく、画像に係わらず一定である。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の画像表示装置としてのプロジェクションテレビジョンでは、例えば、２００インチといった、大型の画面サイズの画像をより明るく表示しようとする場合、光源であるランプの大電力のものを使用する必要があり、装置が大型化し高価となってしまい、電力消費量も多くなる。
【００２９】
実際の映像表示の態様から考えた場合、通常の画像においては、平均的な明るさ（輝度レベル）が常時高いことはむしろまれである。また、映画などにおいては、暗いシーンが多いため平均的な輝度レベルは低いものが多い。従って、ランプの発生する光の大半がスクリーンに投写されることがないＯＦＦ光Ｌ３となってしまい、光の利用効率が悪かった。
【００３０】
この発明は、上述のような課題を解消するためになされたもので、光の利用効率を改善することにより、ランプの電力を増すことなしに、投写画像のスクリーン上でのピーク輝度を格段に高くするとともに、平均的な明るさの映像表示においても輝度を大幅に向上した光源装置およびプロジェクションテレビジョンを得ることが目的である。
【００３１】
さらに、この発明は輝度を高くしても色のバランスが安定なものを得ることも目的とする。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る光源装置は、ランプと、受光した前記ランプの出射光の進行方向に垂直な面内における光強度分布を均一化する光均一化素子を含むビーム整形光学系と、受光した前記ビーム整形光学系の出射光をスクリーンに向けて光が投射される方向であるＯＮ光の方向、またはＯＦＦ光の方向に切替可能に反射する光偏向器と、前記ＯＦＦ光の方向の反射光を該ＯＦＦ光の方向に沿って反射する光反射器とを有することを特徴とする。
【００３３】
また、光反射器は、該光反射器に入射する光の偏光方向を揃える偏光変換素子と、該偏光変換素子の透過光を受光する液晶シャッター素子と、該液晶シャッター素子の透過光を反射するミラーとを有することを特徴とする。
【００３４】
また、光反射器は、該光反射器の入射光を２つの方向に切替可能に反射するように構成され、前記２つの方向のいずれか１の方向の反射光が前記入射光の方向に反射することを特徴とする。
【００３５】
また、２次元的な光のＯＮ、ＯＦＦにより構成される表示画面が時間順次に表示される際の、所定期間における前記表示画面の平均的な前記光のＯＮの割合を算出する平均ＯＮ率算出手段と、該平均ＯＮ率算出手段から出力される前記光のＯＮの割合に基づいて、ランプ、光偏向器および光反射器の駆動状態をそれぞれ制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【００３６】
また、光センサをさらに備えて該光センサの出力信号を制御手段に入力するように構成したことを特徴とする。
【００３７】
また、制御手段は、所定値と算出された平均ＯＮ率とを比較し、その比較結果に応じて光反射器からの反射光量を制御することを特徴とする。
【００３８】
また、表示画面の輝度値に基づいて求められる当該表示画面の特徴量に対応して制御手段に予め設定された所定値を変更することを特徴とする。
【００３９】
この発明に係る光源装置は、白色光を発光するランプと、受光した前記ランプの出射光の進行方向に垂直な面内における光強度分布を均一化する光均一化素子を含むビーム整形光学系と、該ビーム整形光学系の出射光を複数色に分解する色分解素子と、受光した前記色分解素子の出射光をスクリーンに向けて光が投射される方向であるＯＮ光の方向、またはＯＦＦ光の方向に切替可能に反射する前記複数色の各色毎に設けられた光偏向器と、該光偏向器に対応して設けられた前記ＯＦＦ光の方向の反射光を該ＯＦＦ光の方向に沿って反射する光反射器とを有することを特徴とする。
【００４０】
また、複数色毎に対応する２次元的な光のＯＮ、ＯＦＦにより構成される表示画面が時間順次に表示される際の、所定期間における前記表示画面の平均的な前記光のＯＮの割合を前記複数色毎に算出する平均ＯＮ率算出手段と、該平均ＯＮ率算出手段から出力される前記複数色毎の前記光のＯＮの割合に基づいて、ランプ、光偏向器および光反射器の駆動状態をそれぞれ制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【００４１】
また、複数色の各色毎に光センサをさらに備えて該光センサの各出力信号を制御手段に入力するように構成したことを特徴とする。
【００４２】
また、制御手段は、複数色に対応して増大率を算出し、算出された各色毎の前記増大率と予め設定された所定値とを比較して、前記各色毎の前記増大率が前記所定値未満である場合には光反射器の増大率が前記各色毎の前記増大率の最小値となるように光反射器の反射光量を制御し、前記各色毎の前記増大率が前記所定値以上である場合には光反射器の増大率が前記所定値となるように光反射器の反射光量を制御するように構成されたことを特徴とする。
【００４３】
また、表示画面の輝度値に基づいて求められる当該表示画面の特徴量に対応して制御手段に予め設定された所定値を変更することを特徴とする。
【００４４】
また、複数色の各色毎に光反射器の反射光量を制御するように構成したことを特徴とする。
【００４５】
この発明に係るプロジェクションテレビジョンは、上記のいずれかの光源装置を含むことを特徴とする。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１であるプロジェクションテレビジョンのミラー素子およびＯＦＦ光反射器を説明するための説明図である。なお、ここでは簡単のため、単色光の光学系について説明する。なお、従来のものと同一のものはその説明を省略する。
【００４７】
図において、５は偏光変換素子、６は液晶シャッター素子、７はミラー、Ｌ１０は入射光、Ｌ２０はＯＮ光、Ｌ３０はＯＦＦ光である。
【００４８】
ここにおける偏光変換素子５は、例えば特開平７−２９４９０６号公報や特開平１１−１８３８４８号公報に記載された偏光変換素子が用いられる。この偏光変換素子とは、ランダムな偏光方向を有する光（非偏光光）を、一方向の偏光方向を有する光に変換するものである。
【００４９】
偏光変換素子について簡単に説明する。
偏光変換素子は、偏光分離膜を有する偏光ビームスプリッタとプリズムとが交互に配列された偏光ビームスプリッタアレイによって構成される。偏光ビームスプリッタの光入射面にはレンズアレイ、光出射面にはλ／２位相差板が付加されている。
【００５０】
ランダムな偏光方向を有する入射光には、いわゆる、ｓ偏光光とｐ偏光光が含まれている。レンズアレイに入射した入射光は、個々のレンズ部分に対応して配置される偏光ビームスプリッタに入射する。
【００５１】
この入射光は、偏光分離膜によって、この偏光分離膜により反射されるｓ偏光光と、この偏光分離膜を透過するｐ偏光光とに分離される。反射されたｓ偏光光は、隣接するプリズムにより光出射方向に屈曲され出射する。
【００５２】
また、透過したｐ偏光光は偏光ビームスプリッタの光出射面に設けられたλ／２位相差板を通過することにより、ｐ偏光光からｓ偏光光への変換が行われ、光出射方向に出射する。
【００５３】
従って、偏光変換素子を通過したランダムな偏光方向を有する入射光は、そのほとんどがｓ偏光光である出射光に変換される（第１および第２の方向の偏光成分を有する光の入射により、第１または第２のいずれかの方向の偏光成分に変換される）。
【００５４】
また、Ｌ３０１は偏光変換素子５を通過した光（以下、通過光Ｌ３０１と称す）、Ｌ３０２は光Ｌ３０１が液晶シャッター６を通過した光（以下、通過光Ｌ３０２と称す）、Ｌ３０３はミラー７によって反射した光（以下、反射光Ｌ３０３と称す）である。
【００５５】
Ｌ３０４は光Ｌ３０３が液晶シャッター６を通過した光（以下、通過光Ｌ３０４と称す）、Ｌ３０５は光Ｌ３０４が偏光変換素子５を通過した光（以下、通過光Ｌ３０５と称す）、Ｌ３０６は光Ｌ３０５が受光面３から反射して入射光Ｌ１０の方向に逆行する光である（すなわち、各ミラー素子はＯＦＦ光Ｌ３０の方向に光が反射する向きに向いている。以下、反射光Ｌ３０６と称す）。
【００５６】
なお、これらの通過光Ｌ３０１およびＬ３０２、反射光Ｌ３０３、通過光Ｌ３０４およびＬ３０５、反射光Ｌ３０６は、ＯＦＦ光Ｌ３０が生じた場合に生じるものであり、ＯＮ光Ｌ２０が生じている場合には、これらの通過光Ｌ３０１およびＬ３０２、反射光Ｌ３０３、通過光Ｌ３０４およびＬ３０５、反射光Ｌ３０６は生じない。
【００５７】
以下、動作について説明する。
図示しないランプ（単色光を発光する単色光源あるいは３原色を含む白色光を発光する白色光源（カラー表示の場合））から出射した光は、入射光Ｌ１０として受光平面３に入射する。この入射光Ｌ１０は、ミラー配列領域４に二次元的に配列された個々のミラー素子の傾斜によって、ＯＮ光Ｌ２０とＯＦＦ光Ｌ３０とに分けられる。
【００５８】
ＯＮ光Ｌ２０を生じる場合、入射光Ｌ１０は、受光平面３の近傍において図中ＯＮ光Ｌ２０の方向に反射偏向され、投写光学系を経て図示しないスクリーン上の光点となる。
【００５９】
また、ＯＦＦ光Ｌ３０を生じる場合、入射光Ｌ１０は、受光平面３の近傍において図中ＯＦＦ光Ｌ３０の方向に反射偏向され、偏光変換素子５に入射する。ここではミラー配列領域４に配列されたミラー素子は中間状態に無く、”ＯＮ”または”ＯＦＦ”のいずれかの状態をとる。
【００６０】
ＯＦＦ光Ｌ３０においては、その偏光方向は一定ではなく、基本的に、第１の方向と、これに垂直な第２の方向の２種類の直線偏光成分（以下、単に、第１の偏光成分、第２の偏光成分と称す）を含んでいる。
【００６１】
そこで、偏光変換素子５では、例えば、ＯＦＦ光Ｌ３０の２種類の偏光の内、第１の偏光成分をそのまま通過させる。ならびに、偏光変換素子５では、第２の偏光成分を第１の偏光成分に変換する。
【００６２】
従って、偏光変換素子５を経た後の通過光としては、偏光変換素子５をそのまま通過する第１の偏光成分と第２の偏光成分が第１の偏光成分に変換された光とが合わさった通過光Ｌ３０１となる（偏光変換素子５は、偏光方向を揃える機能を有する）。
【００６３】
液晶シャッター素子６は、その両面に第１の偏光成分を通過する偏光通過フィルタを有して構成する。液晶シャッター素子６に含まれる液晶は、既知の制御（例えば、電圧制御）手法により、その偏光回転角を変化することができる。
【００６４】
従って、両面に第１の偏光成分を通過する偏光通過フィルタを有して構成された液晶シャッター素子６は、外部より液晶シャッター素子６に制御信号を与えることによって、その通過する通過光Ｌ３０２の光強度を可変とすることができる。
【００６５】
すなわち、液晶シャッター素子６が第１の偏光成分を損失無く通過することができる状態である場合には、当該液晶シャッター素子６に入射する通過光Ｌ３０１は減衰することなく通過光Ｌ３０２として出射する。
【００６６】
ミラー７は当該ミラー７に入射する通過光Ｌ３０２を反射する（この光が反射光Ｌ３０３である）。反射光Ｌ３０３は、第１の偏光成分であるので、液晶シャッター素子６を通過する（この光が通過光Ｌ３０４である）。
【００６７】
さらに、偏光変換素子５は、第１の偏光成分を通過するので通過光Ｌ３０４は当該偏光変換素子５を通過する（この光が通過光Ｌ３０５である）。
【００６８】
通過光Ｌ３０５は受光平面３に入射して反射される（この光が反射光Ｌ３０６である）。この反射光Ｌ３０６は入射光Ｌ１０の進行方向とは逆方向の、図示しないランプの方向に伝播する。
【００６９】
図２は、この発明の実施の形態１におけるプロジェクションテレビジョンの光学系全体を表す構成図である。
【００７０】
図において、８はランプ、９はランプの光源、１０はランプ８に設けられ光源９から発生する光を図中の右方向に反射する反射板、１２はランプ８から出射される出射光束、１１はランプ８から出射する出射光束１２が入射され、当該出射光束１２の径（ランプ８からの出射光束１２が、円形の光束である場合、その直径）を変化させるビーム整形光学系である。
【００７１】
１３はビーム整形光学系１１から出射される出射光束、１４は光源９の発光を制御する駆動信号である。
【００７２】
１５は光偏向器４００に含まれる個々のミラー素子を駆動、制御するための駆動信号、１６は液晶シャッター６を駆動、制御するための駆動信号である。なお、１００は光学ユニットであり、ランプ８、ビーム整形光学系１１、光偏向器４００、偏向変換素子５、液晶シャッター素子６およびミラー７を含んで構成される。光偏向器４００は、先にも説明したように、その出射光を２つの方向に切替可能に反射する。ここでは、偏向変換素子５、液晶シャッター素子６およびミラー７により光反射器が構成される。この光反射器により、光偏向器４００より出射する２つの方向のいずれか１の方向の反射光（ＯＦＦ光）を、この１の方向に反射する（従って、光源方向に向かって反射光が戻るように構成される）。
【００７３】
なお、ＯＮ光Ｌ２０が伝播される先にある投射レンズ等の光学系および映像が投写されるスクリーンは図示していない。
【００７４】
通常の投写型表示装置においては、光源に強い光を発生することが可能な、メタルハライドランプやアークランプ等が用いられる。図示の構成においては、ランプ８に含まれる光源９に例えばアークランプを用いている。
【００７５】
この光源９にアークランプを採用した場合には、放電アークにより空間の微小点（発光点）から光が発生する。反射板１０は、光源９が発生した光を所定の方向に反射するように構成されている。
【００７６】
この反射板１０には、例えば方物面鏡等が用いられ、方物面鏡が用いられる場合、方物面鏡の焦点位置に光源９の発光点を配置することにより、反射板１０から出射する光はほぼ平行な出射光束１２となる。
【００７７】
この反射板１０から出射された出射光束１２は、ランプ８からの出射光としてビーム整形光学系１１に入射する。この場合の出射光束１２は、いわゆるコリメート光束となっている。
【００７８】
ビーム整形光学系１１は、ランプ８からの出射光束１２を光偏向器４００の受光面３を照射するのに適切な径の出射光束１３に整形する。このビーム整形光学系１１としては、出射光束１２の径を所定倍率に変倍する、一般的なビーム拡大／縮小器と同様の光学系により構成される。
【００７９】
ビーム整形器１１からの出射光束１３は光偏向器４００に入射する入射光Ｌ１０として光偏向器４００の受光面３を照射する。受光面３を照射する入射光Ｌ１０は、先に説明したようにＯＮ光Ｌ２０またはＯＦＦ光Ｌ３０とされる。
【００８０】
ＯＦＦ光Ｌ３０が生ずるような場合、図１を参照して説明したように、偏向変換素子５、液晶シャッター素子６およびミラー７の作用により、偏向変換素子５に入射するＯＦＦ光Ｌ３０の戻り光として通過光Ｌ３０５が生じ、この通過光Ｌ３０５は光偏向器４００の受光面３に入射する（これにより反射光Ｌ３０６が生じる）。
【００８１】
偏向変換素子５へのＯＦＦ光Ｌ３０の入射から反射光Ｌ３０６を生じるまでの過程は光の速度により行われるので、その期間における、光偏向器４００に含まれるミラー素子の傾きは、殆どＯＦＦ光Ｌ３０を生じる傾きとなっている。
【００８２】
従って、反射光Ｌ３０６はビーム整形光学系１１および反射板１０により、光源９の発光点近傍に戻る光となる。この、光源９の発光点近傍に戻った光は反射板１０、ビーム整形光学系１１、光偏向器４００、偏向変換素子５、液晶シャッター素子６、ミラー７…のように、これまで説明した光の伝播経路を往復する。
【００８３】
なお、図２に示された構成のランプ８から光偏向器４００に至る間の光路中（実際の構成からは、ビーム整形光学系１１内に配置される）に、出射光束１２あるいは１３の、光軸とは垂直な面内における光強度の均一化のために、柱状の、あるいは中空内面に反射壁を有する光学素子（これらについては、例えば、米国特許第５６２５７３８、５６３４７０４、５０７６１３号等に詳細が記載されている）を含む（光均一化素子。当該光均一化素子は、ランプ８の出射光の進行方向に垂直な面内における光強度分布を均一化するのに用いられる）。
【００８４】
上記米国特許公報に示されているように、例えば柱状の光学素子においては、入射された光が、柱状の光学素子の外表面における全反射条件を満足し、当該素子内において複数回の反射を繰り返す。
【００８５】
これにより、光学素子の出射側の端面からの出射光は、光学素子に入射する多数の光の強度が入り交じった状態で出射し、光軸に垂直な面内における光の強度分布が均一化されたものとなる。
【００８６】
また、中空内面に反射壁を有する光学素子においては、当該反射壁により中空内の空間において複数回の反射を繰り返す。これらの作用により、その光学素子内に入射した光の出射光の光強度の光軸に垂直な面内における分布が均一化される。
【００８７】
この光強度均一化手段により、光源９の発光点近傍に戻る光は均一化され、従ってＯＦＦ光を生じる光偏向器４００に含まれるミラー素子以外にも、ＯＮ光を生じるミラー素子にも光が照射される（戻ってきたＯＦＦ光がＯＮ光として利用される）。
【００８８】
このように構成することによって、光源９の発光点近傍に戻る光は再度光学ユニット１００において再利用される光となる。従って、光源９の発光点近傍に戻らないように構成されているものより、光源９の発光点近傍より出射する光（これは光源９により新たに発光する光と戻ってくる光との和となる）の方が光強度が大きくなる。
【００８９】
以上に述べたような構成を用い、この構成により達成することができる作用を利用すると、所要となる光を光源９から新たに発光する光を増やすことなく得ることが可能となる。また、所要となる光の強度を光源９から新たに発光する光を従来の構成のものよりも少なくすることで得ることが可能となる。
【００９０】
図３はこの発明の実施の形態１におけるプロジェクションテレビジョンの信号処理を行う信号処理装置をあらわす機能ブロック図である。
【００９１】
図において、２０はテレビジョン画像信号、２１は画像信号の１フレーム／フィールド（１画面分）の画像情報を記憶する画像メモリ（記憶手段）、２２は入力されたテレビジョン画像信号２０における輝度レベルの最大値、最小値、平均値等の画像の特徴を検出する特徴検出手段、２３は光偏向器４００における平均ＯＮ率Ｐの算出手段である。この場合の平均ＯＮ率Ｐとは、表示画面が時間順次に表示される際の、所定期間における表示画面の平均的な光のＯＮの割合である。
【００９２】
２４は画質を調整するための画質調整手段、２５は光偏向器４００におけるミラー素子を駆動する際のＯＮ／ＯＦＦタイミングを発生するタイミング発生手段、２６はＣＲＴのビーム電流特性を補正する逆ガンマ補正テーブルである。
【００９３】
２７は光偏向器４００におけるミラー素子ごとにＯＮ／ＯＦＦタイミングを相違させるためのタイミングランダム化手段、２８は光偏向器４００におけるミラー素子を駆動するためのミラー駆動手段である。
【００９４】
２９は特徴検出手段２２および平均ＯＮ率算出手段２３からの出力に基づいて画質調整、シャッター駆動およびランプ駆動のための制御信号を出力する制御手段である。
【００９５】
３０はシャッター駆動手段、３１はランプ駆動手段、３２は画像の特徴を表す特徴信号、３３は光偏向器４００におけるＯＮ率Ｐを表すＯＮ率Ｐ信号、３４は画質調整手段２４に与えられる画質調整制御信号である。
【００９６】
以下、動作について説明する。
画像メモリ２１は、入力されるテレビジョン画像信号２０を１フレーム／フィールド（１画面分）単位のディジタル信号（画像データ）として記憶する。
【００９７】
画像メモリ２１に記憶された画像データは特徴検出手段２２および平均ＯＮ率算出手段２３に出力される。特徴検出手段２２では、入力された画像データにおける輝度レベルの最大値、最小値、平均値などの画像の特徴を検出する。
【００９８】
平均ＯＮ率算出手段２３では、入力された画像データにおける各画素の輝度レベルに対応する逆ガンマ補正のための係数を逆ガンマ補正テーブル２６より読み出して逆ガンマ補正を行い、その補正された画像データに基づいて光偏向器４００における平均ＯＮ率Ｐを算出する。
【００９９】
画質調整手段２４は、画像メモリ２１に記憶された画像データを読み出し、所望の画質になるように画像データの調整（補正）を行なう。その後、タイミング発生手段２５に画質調整後の画像データを出力する。
【０１００】
タイミング発生手段２５は、入力された画像データにおける各画素の輝度レベルに対応する逆ガンマ補正のための係数を逆ガンマ補正テーブル２６より読み出して逆ガンマ補正を行う。併せて、タイミング発生手段２５は、逆ガンマ補正された画像データに基づいて光偏向器４００に含まれる個々のミラー素子を”ＯＮ”状態とするタイミング信号を発生して出力する。
【０１０１】
タイミング発生手段２５から出力されたタイミング信号はタイミングランダム化手段２７に入力され、入力されたタイミング信号は画素間で異なるタイミングとなるように、時間軸上のシフト動作が施された新たなタイミング信号とされ、出力される。
【０１０２】
タイミングランダム化手段２７から出力された新たなタイミング信号は、ミラー駆動手段２８に入力される。ミラー駆動手段２８は、新たなタイミング信号に基づいて光偏向器４００に含まれるミラー素子を駆動するための駆動信号を光偏向器４００に出力し、ミラー素子が駆動される。
【０１０３】
制御手段２９には特徴信号３２および平均ＯＮ率Ｐ信号３３が入力され、制御手段２９は、これらの入力に基づいてシャッター駆動手段３０およびランプ駆動手段３１にそれぞれ制御信号を出力する。また、併せて、画質調整手段２４に画質調整制御信号３４を出力する。
【０１０４】
以上に説明したように、光学ユニット１００に含まれる光偏向器４００、光シャッター６およびランプ８がそれぞれ駆動される。
【０１０５】
以下、タイミングランダム化手段２７の動作について、図４を参照して、さらに詳細な説明を行う。
【０１０６】
図４は投写型表示装置の画面表示の一例とミラー素子との関係を示す説明図であり、図４（ａ）において、４０は表示画面、４１は表示画面４０の表示の一例として、表示画面４０の中央付近に表示された矩形の明るい部分である。４２は明るい部分４１の外側に表示されている、明るい部分４１よりも暗い部分である。
【０１０７】
また、図４（ｂ）に示すｍ１およびｍ２は、明るい部分４１と暗い部分４２との境界付近にあって、明るい部分４１に含まれる明るい画素である。ｍ３およびｍ４は、明るい部分４１と暗い部分４２との境界付近にあって、暗い部分４２に含まれる暗い画素である（明るい画素ｍ１およびｍ２は同じ明るさ、暗い画素ｍ３およびｍ４は同じ明るさをそれぞれ有するものとして説明する）。
【０１０８】
なお、ここにいう、明るいあるいは暗いとは、表示される画素の明るさを相互に比較した場合に、相対的に明るいものを明るい画素、暗いものを暗い画素と表現する。
【０１０９】
なお、ここでは、簡単のため、暗い画素ｍ３およびｍ４に対応するミラー素子１が”ＯＦＦ”の状態であり、明るい画素ｍ１およびｍ２に対応するミラー素子１が１画面期間においてミラー素子１が”ＯＮ”の状態である時間割合が５０％であるものと仮定する。
【０１１０】
図４（ｃ）および（ｄ）は、それぞれ明るい画素ｍ１およびｍ２に対応するミラー素子１に与える駆動状態の一例である（同図（ｃ）および（ｄ）においては、縦軸にそれぞれの画素を表示する投写光強度（相対値）、横軸に時間をとって表わしている）。
【０１１１】
Ｔ１およびＴ２は１画面期間の開始および終了時刻である。４３は１画面期間を表わし、もし、ミラー素子１がこの期間において”ＯＮ”状態にあれば、１画面期間においてミラー素子１が”ＯＮ”の状態である時間割合は１００％である。
【０１１２】
４４および４５、４６および４７はそれぞれ画素ｍ１、ｍ２に対応するミラー素子１の”ＯＮ”の状態である期間を表わす。
【０１１３】
この、図４（ｃ）および（ｄ）に示されたものは、上記仮定のように、それぞれ、ミラー素子１の”ＯＮ”の状態である期間（すなわち、期間４４と４５とを加算した期間、期間４６と４７とを加算した期間のそれぞれ）が１画面期間の５０％であるとする。
【０１１４】
ここにおける期間４４および４５、期間４６および４７は、図に示されるように与えられるタイミングが異なる。このような異なるタイミングを与えることは任意の２画素について同様に行われる。
【０１１５】
なお、ここでは図示するように、期間４４および４５、期間４６および４７のように１画面期間における２つの期間に分けられたもので与えられているが、必ずしもこれに限定されない（３つ以上の期間に分けられていても良い）。
【０１１６】
タイミングランダム化手段２７は、ミラー素子ごとにＯＮタイミングを変化させるものであるが、通常、１画面期間における画面は数十万個の画素（光偏向器４００のようなミラー素子１が２次元に配列される場合、画面を構成する画素は、このミラー素子１の総数に対応する）により表示される。
【０１１７】
従って、１画面期間内における平均ＯＮ率Ｐの時間変動が小さくできるものであれば、どのような期間あるいはタイミングの与え方でもよい。
【０１１８】
先に、ランプ８より出射した光を当該ランプ８に戻すように構成することにより入射光Ｌ１０の光強度を実質的に増加させることができることについて説明したが、以下では、更に定量的な側面から説明する。
【０１１９】
図５は、図２に示した光学ユニット１００の構成を光の伝達について表わした説明図である。図において、ａは反射板１０の反射率、ｎはビーム整形光学系１１の光伝達率、Ｐは光偏向器４００における平均ＯＮ率である。
【０１２０】
Ｋは、光偏向器４００のミラー素子１から出射したＯＦＦ光が、偏光変換素子５、液晶シャッター素子６およびミラー７を経由して、再度、光偏向器４００のミラー素子１に戻る割合である。このような液晶シャッター素子６を用いる場合、割合Ｋは液晶シャッター素子６による偏光角の変化を行うことで制御できる。
【０１２１】
Ｉ0は図２に示した出射光束１２の内、ランプ８の光源９が発光して出射する光強度（光源９に戻る光の強度が含まれない光源９から発生する光の強度）、Ｉ1は図２に示した出射光束１３の内、ランプ８の光源９が発光して出射する光束がビーム整形光学系１１を経由した光強度（光源９に戻る光の強度が含まれない光源９から発生した光のビーム整形光学系１１を経由した光の強度）である。
【０１２２】
光学ユニット１００の全体について考えると、光強度Ｉ1の内、平均ＯＮ率Ｐの割合に相当する光はＯＮ光Ｌ２０となり、光偏向器４００の後段の投写光学系によりスクリーンに投写される。
【０１２３】
平均ＯＮ率がＰであるとき、ＯＦＦ光Ｌ３０の割合は、１−Ｐで与えられ、先に説明した動作により、偏光変換素子５、液晶シャッター６およびミラー７により割合Ｋによって光偏向器４００のミラー素子１に戻る。
【０１２４】
なお、この場合、光偏向器４００のＯＦＦ状態にあるミラー素子１には、それ自身のＯＦＦ光が戻るように光学的な位置および配置が調整されるようにする。
【０１２５】
このように配置されることにより、先に説明した動作により、ＯＦＦ光は、ビーム整形光学系１１を介してランプ８の光源９の発光点近傍に戻ることになる。
【０１２６】
光強度Ｉ１である出射光束１３が光源９に戻る割合をｍとすると、平均ＯＮ率Ｐおよび割合Ｋを用いて次式によって表わされる。すなわち、
ｍ＝（１−Ｐ） × Ｋ
【０１２７】
図５（ｂ）は、ＯＦＦ光についての光の伝播を単純化した説明図である。光源９〜ミラー７に至る光学系をより単純化して捉えると、反射板１０およびミラー７をなにがしかの光の伝達係数が付加された２枚の対向ミラーを含む光学系として捉えることができ、それを図示したものである。
【０１２８】
図５（ｂ）において、５０は反射板１０に対応する反射率ａであるミラー、５１はミラー７に対応する反射率ｍ（先に述べた割合ｍと等価）であるミラーである。
【０１２９】
図５（ａ）に示した光学系における光は、図５（ｂ）に単純化して示した構成のように、ミラー５０および５１の間に挟まれたビーム整形光学系１１を介して、ミラー５０および５１の間で往復することになる。
【０１３０】
図５（ｂ）において、Iｒはミラー５０および５１の間をｒ回往復した光強度である。この光強度Iｒはミラー５０および５１の間におけるｒ回の光の伝播を考察することにより導出される。この際の光強度Iｒは以下の式（１）により表わされる（初項がI０・ｎ、公比がａ・ｍ・ｎ２である等比数列で表わされる）。
【０１３１】
【数１】
【０１３２】
また、この光の往復による光強度Iは、光の往復回数ｒが無限回生じるものとして考察でき、上記式（１）の無限級数和を考察することにより式（２）のように得ることができる（初項がI０・ｎ、公比がａ・ｍ・ｎ２である無限級数和で表わされる）。
【０１３３】
【数２】
【０１３４】
式（２）の両辺を光強度Ｉ１で割ることにより光強度Ｉの光強度Ｉ１に対する光の強度の増大率を式（３）のように求めることができる（なお、ｍ＝（１−Ｐ）・Ｋとした）。
【０１３５】
【数３】
【０１３６】
式（３）において平均ＯＮ率Ｐを変数とし、割合Ｋを助変数（パラメータ）として考察した結果が図６である。
【０１３７】
図６において、横軸は平均ＯＮ率Ｐ、縦軸は光強度Ｉである。図において、曲線６０〜６３はミラー５０の反射率ａを０．９５、ビーム整形光学系１１の光伝達率を０．９として、割合Ｋをそれぞれ１．０、０．８、０．５、０．２と変化させた場合における光強度Ｉの変化を示したものである。また、６４はＯＦＦ光を光源９に戻さない場合の光強度Ｉを示している。
【０１３８】
６５は平均ＯＮ率Ｐが１００％である（すなわち、ＯＦＦ光がない場合）ときの光強度Ｉの点を示している。６６〜６８は割合Ｋを１として、平均ＯＮ率Ｐがそれぞれ約０．７５、０．３７５、０．０７５である場合の光強度Ｉの点を示している。
【０１３９】
６９は、点６８における光強度を液晶シャッター素子６を調整（光透過率を低下）して、割合Ｋを約０．６５まで低下させた場合の光強度Ｉの点を示している（光強度Ｉは平均ＯＮ率Ｐが１００％（平均ＯＮ率Ｐ＝１）のとき光強度Ｉ＝１となる相対強度で表わしてある）。
【０１４０】
曲線６０を参照すると理解できるように、光強度Ｉは平均ＯＮ率Ｐの増加と共に漸減する。そして、平均ＯＮ率Ｐが１００％である場合に光強度＝１となる（図６中の点６５）。
【０１４１】
平均ＯＮ率Ｐが１００％である場合に光強度＝１となる状況は、光偏向器４００への入射光の反射光の全てがＯＮ光となっている状態であり、この場合にはＯＦＦ光が存在しない（すなわち、光源９の発光点近傍に戻る光はない）。
【０１４２】
平均ＯＮ率Ｐが約０．３７５程度の場合、光強度Ｉは２となる（図６中の点６７）。この状況は、光源９の発光点近傍に戻るＯＦＦ光が再び光偏向器４００に入射する際の入射光の強度が、平均ＯＮ率Ｐが１００％である場合の２倍である状態である。
【０１４３】
さらに平均ＯＮ率Ｐが小さく、約０．０７５程度の場合、光強度Ｉは３．５となる（図６中の点６８）。この状況は、光源９の発光点近傍に戻るＯＦＦ光が再び光偏向器４００に入射する際の入射光の強度が、平均ＯＮ率Ｐが１００％である場合の３．５倍である状態である。
【０１４４】
忠実な画像表示を行うためには、理想的に、画面の明るさが決して変動しないことが望ましい。このような観点から、例えば、ＣＲＴ方式テレビジョンでは、通常の輝度レベルを超える高い平均輝度の画像については、ＣＲＴのビーム電流を制限して輝度を制限することが広く行われている。
【０１４５】
従って、プロジェクションテレビジョンのような投写型表示装置においても、通常の平均輝度レベルの画像を安定に表示することができれば、十分な性能を有すると考えることができる。
【０１４６】
このことは、図６において、平均ＯＮ率Ｐの所定値Ｑを境界とし、平均ＯＮ率Ｐが所定値Ｑ以下の場合には、概ね平均的な輝度の画像であるとし、割合Ｋを制御することにより光強度Ｉを２に安定化することができる。
【０１４７】
反対に、平均ＯＮ率Ｐが所定値Ｑより大きい場合には、割合Ｋを最大にすることにより、平均ＯＮ率Ｐに対する光強度Ｉの変化が図６に示された曲線６０に沿って緩やかに変化（制限）されるようにする。
【０１４８】
これにより、ＣＲＴ方式に類似した輝度の制限特性を得ることができる。なお、この場合の所定値Ｑの設定は、表示する画像の性質や、光強度Ｉを増大させたい程度に基づいて定めることができる。
【０１４９】
図３における制御手段２９には、平均ＯＮ率算出手段２３が出力する平均ＯＮ率Ｐ信号３３と、画像の特徴検出手段２２が出力する画像の特徴を示す各画素の輝度レベルの最大値Ｖｍａｘ、最小値Ｖｍｉｎ、平均値Ｖａｖｅを含む特徴信号３２とが入力される。
【０１５０】
制御手段２９は、予めその内部に保有する所定値Ｑの初期値Ｑ０と入力される各平均ＯＮ率Ｐ信号３３とを比較し、画像の特性に応じて各種の制御信号を出力する。
【０１５１】
平均ＯＮ率Ｐ信号３３に示された値が平均ＯＮ率Ｐの初期値よりも低い場合、液晶シャッター素子６を駆動するシャッター駆動手段３０を光強度Ｉが一定となるように割合Ｋを制御するための制御信号を出力する。
【０１５２】
併せて、特徴信号３２に含まれる各画素の輝度レベルの最大値Ｖｍａｘと最小値Ｖｍｉｎとの差の値が画像の最大輝度と最小輝度との幅の値に近い場合は、コントラストの大きな画像と判断し、先の所定値の初期値Ｑ０をこれよりも小さな所定値Ｑ１に変更する。
【０１５３】
この所定値Ｑ１への変更により、光強度Ｉの増大の程度を大きくするように画質調整手段２４に画像のコントラストを増加する制御信号を与える。
【０１５４】
なお、制御手段２９は各画素の輝度レベルの平均輝度レベルＶａｖｅを少なくとも数フィールドないし数フレーム期間に亙って保持するように構成する。そして、数フィールドないし数フレーム期間に亙って平均値輝度レベルＶａｖｅが小さいと判断される場合にはＯＦＦ光の発生が多いと判断し、割合Ｋを最大値近くの値に設定すると共に、ランプ駆動手段３１にランプ８の明るさを低下させるような制御信号を与える。
【０１５５】
平均輝度レベルＶａｖｅの値が非常に小さい場合は、図６に示した平均ＯＮ率Ｐが殆ど０である場合に相当する。従って、割合Ｋを最大に設定することにより、光強度Ｉを約４倍に増加することができる。
【０１５６】
この状態で、ランプ８から発生する光強度Ｉを半分に制御すると、光強度Ｉを２倍となるように制御することと等価となる。
【０１５７】
なお、これまでに説明した反射板１０の反射率ａ、ビーム整形光学系１１の光伝達率ｎ、光偏向器４００における平均ＯＮ率Ｐ、および割合Ｋのそれぞれの値は、光学系を構成する光学部品によってその数値が異なることは言うまでもない。
【０１５８】
光学系に用いる光学部品は種々の選択が可能であるが、例えば、割合Ｋの変化範囲については必ずしも１から０まで変化可能である必要はない。すなわち、図６に示す例では、割合Ｋの値がおおよそ０．６よりも大きければ光強度Ｉの増大率を２とすることが可能である。
【０１５９】
また、割合Ｋを大きくすることができないような場合には、一部のＯＦＦ光を液晶シャッター素子６に入射させ、他の一部のＯＦＦ光を高反射率のミラーによって反射させるようにすれば、割合Ｋを実質的に大きくとることができる。
【０１６０】
なお、液晶シャッター素子６の応答速度に関しては、数ｍ秒以内で動作可能なものが実用化されており、ビデオフィールド／フレーム時間（約１６／３２ｍｓｅｃ程度）ごとの割合Ｋの制御は可能である。
【０１６１】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２は上記実施の形態１に比して下記の特徴がある。なお、実施の形態１と同様の構成および動作についてはその説明を省略する。
【０１６２】
図７はこの発明の実施の形態２におけるプロジェクションテレビジョンのミラー素子およびＯＦＦ光反射器を説明するための説明図である。なお、ここでは簡単のため、単色光の光学系について説明する。なお、従来、あるいは実施の形態１のものと同一のものはその説明を省略する。
【０１６３】
図において、４１０は第２の光偏向器、３１は第２の光偏向器４１０の入射面、Ｌ１１は入射光、Ｌ２１はＯＮ光、Ｌ３１はＯＦＦ光である。Ｌ３１１は第２の光偏向器４１０から反射して、ＯＦＦ光Ｌ３１の方向に逆行する反射光である。
【０１６４】
Ｌ３１２は第２の光偏向器４１０から反射してＯＦＦ光Ｌ３１の方向に逆行しない反射光である（第２の光偏向器４１０からのＯＦＦ光）。第２の光偏向器４１０の構成および動作については、先に、図１１（ａ）を参照して説明したものと同様である。
【０１６５】
図示するように、入射光Ｌ３１は第２の光偏向器４１０の入射面に垂直な方向からθ傾斜して入射する。第２の光偏向器４１０のミラー素子が図中反時計周りにθ傾斜している場合（第２の光偏向器４１０のミラー素子がＯＮ状態）、入射光Ｌ３１に対する反射として反射光Ｌ３１１を生じる。
【０１６６】
第２の光偏向器４１０のミラー素子が図中時計周りにθ傾斜している場合には第２の光偏向器４１０の入射面に垂直な方向から時計周りに３θ傾斜した反射光Ｌ３１２を出射する（第２の光偏向器４１０のミラー素子がＯＦＦ状態）。
【０１６７】
従って、第２の光偏向器４１０のミラー素子のＯＮ状態にあるミラー素子の割合を制御することにより、入射光Ｌ３１に対する反射光Ｌ３１１の割合（すなわち、光源９に戻る光の割合）が制御できる。なお、第２の光偏向器４１０における反射光Ｌ３１２は黒マスク等で吸収される。
【０１６８】
ここで、第２の光偏向器４１０は光偏向器４００と同じ形状のものである必要はなく、例えば、入射光Ｌ３１の伝播する経路中に集光レンズ等の集光手段を設けることもできる。
【０１６９】
このようにすれば、第２の光偏向器４１０に含まれるミラー素子の数が少ない小型で安価なものを用いることができる。
【０１７０】
仮に、第２の光偏向器４１０に光偏向器４００と同様の形状のものを用いる場合を想定した場合、第２の光偏向器４１０に１％程度の欠陥素子が存在していても実用上の問題はない。
【０１７１】
第２の光偏向器４１０は、図３を参照して説明した光偏向器４００を駆動するタイミング発生手段２５、タイミングランダム化手段２７およびミラー駆動手段２８と同様な構成（図示しない）によって光偏向器４００と同様に駆動される。
【０１７２】
また、第２の光偏向器４１０は、スクリーンに投写される画像そのものに係わるものではないので、１フィールドあるいは１フレームの時間間隔毎にミラー素子のＯＮ状態、ＯＦＦ状態の切換りが行われれば良く、画素の表示に要求されるような高速な状態の切替は必要ない。
【０１７３】
本実施の形態２によれば、光偏向器４００からのＯＦＦ光が、偏光変換素子５および液晶シャッター素子６を往復する経路を辿らないので、光の損失が少ないため、光源９に戻る光の割合を実施の形態１のものよりも大きくすることが可能である。ここでは、実施の形態１における光反射器を第２の光偏向器４１０により構成したものである。すなわち、ここにおける光反射器は、光反射器の入射光を２つの方向に切替可能に反射するように構成され、光偏向器４００からの２つの方向のいずれか１の方向の反射光（ＯＦＦ光）が、入射光の方向に反射するように構成されている。
【０１７４】
また、第２の光偏向器４１０の光偏向器４００に対する相対的な配置精度に高精度を要求されない等の効果を奏することができる。
【０１７５】
実施の形態３．
図８は、この発明の実施の形態３における、カラー方式プロジェクションテレビジョンの光学系全体を表す構成図である。なお、本実施の形態３の説明においては、これまでの説明と同様の構成、動作についてはその説明を省略する。
【０１７６】
図において、２００は光学ユニット、８２は全反射プリズム、８３は全反射プリズム８２の反射面、８４は色分離プリズム（Dichroic Prism。色分解素子。白色光を複数色の光に分解する）、８５は色分離プリズム８４の赤色反射面、８６は色分離プリズム８４の青色反射面である。
【０１７７】
２１０Ｇ、２１０Ｒおよび２１０Ｂは、それぞれ、緑色、赤色および青色の光変調ユニットである。
【０１７８】
光変調ユニット２１０Ｇにおいて、４００Ｇは光偏向器、５Ｇは偏光変換素子、６Ｇは液晶シャッター素子、７Ｇはミラー、８１Ｇは光センサーである。
【０１７９】
１５Ｇは光偏向器４００Ｇの駆動信号、１６Ｇは液晶シャッター６Ｇの駆動信号、９０Ｇは光センサー８１Ｇの出力信号である。
【０１８０】
Ｌ１０Ｇは光変調ユニット２１０Ｇに入射する入射光（緑色）、Ｌ２０Ｇは光変調ユニット２１０Ｇから出射する出射光（緑色）である。
【０１８１】
同様に、光変調ユニット２１０Ｒにおいて、４００Ｒは光偏向器、５Ｒは偏光変換素子、６Ｒは液晶シャッター素子、７Ｒはミラー、８１Ｒは光センサーである。
【０１８２】
１５Ｒは光偏向器４００Ｒの駆動信号、１６Ｒは液晶シャッター６Ｒの駆動信号、９０Ｒは光センサー８１Ｒの出力信号である。
【０１８３】
Ｌ１０Ｒは光変調ユニット２１０Ｒに入射する入射光（赤色）、Ｌ２０Ｒは光変調ユニット２１０Ｒから出射する出射光（赤色）である。
【０１８４】
同様に、光変調ユニット２１０Ｂにおいて、４００Ｂは光偏向器、５Ｂは偏光変換素子、６Ｂは液晶シャッター素子、７Ｂはミラー、８１Ｂは光センサーである。
【０１８５】
１５Ｂは光偏向器４００Ｂの駆動信号、１６Ｂは液晶シャッター６Ｂの駆動信号、９０Ｂは光センサー８１Ｂの出力信号である。
【０１８６】
Ｌ１０Ｂは光変調ユニット２１０Ｂに入射する入射光（青色）、Ｌ２０Ｂは光変調ユニット２１０Ｂから出射する出射光（青色）である。
【０１８７】
Ｌ２０Ｃは緑、赤および青の各色の光変調ユニット２１０Ｇ、２１０Ｒおよび２１０Ｂの出射光Ｌ２０Ｇ、Ｌ２０ＲおよびＬ２０Ｂが合成された合成光である。なお、図８においては、合成光Ｌ２０Ｃの伝播方向の後段にある投写レンズおよびスクリーンは図示していない。
【０１８８】
Ｌ１０Ｃはビーム整形光学系１１の出射光であり、緑、赤および青の各色の光を含む出射光束である（白色光束）。
【０１８９】
出射光束Ｌ１０Ｃは全反射プリズム８２に入射し、図示するように、反射面８３において全反射することにより色分離プリズム８４に入射する。
【０１９０】
色分離プリズム８４の内部には、赤色および青色をそれぞれ反射する誘電体膜等により形成された、赤色反射面８５および青色反射面８６が設けられている。色分離プリズム８４に入射した出射光束Ｌ１０Ｃは、各光変調ユニット２１０Ｇ、２１０Ｒおよび２１０Ｂに入射する入射光Ｌ１０Ｇ、Ｌ１０ＲおよびＬ１０Ｂに分解される。
【０１９１】
ビーム整形光学系１１より出射する出射光束Ｌ１０Ｃは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の、いわゆる３原色の光成分を含んでいる。この出射光束Ｌ１０Ｃは全反射プリズム８２に入射し、この全反射プリズム８２内に設けられた反射面８３において全反射し、図中下方に屈曲される。
【０１９２】
屈曲された出射光束Ｌ１０Ｃは、色分離プリズム８４に入射する。色分離プリズム８４の内部には赤色の光を反射する赤色反射面８５および青色の光を反射する青色反射面８６が設けられている。
【０１９３】
従って、色分離プリズム８４に入射した出射光束Ｌ１０Ｃに含まれる赤色の光は赤色反射面８５において反射し、図中の左方向に反射され、赤色の光変調ユニット２１０Ｒに入射する（入射光Ｌ１０Ｒ）。
【０１９４】
また、同様に、色分離プリズム８４に入射した出射光束Ｌ１０Ｃに含まれる青色の光は青色反射面８６において反射し、図中の右方向に反射され、青色の光変調ユニット２１０Ｂに入射する（入射光Ｌ１０Ｂ）。
【０１９５】
出射光束Ｌ１０Ｃに含まれる緑色の光は、赤色反射面８５および青色反射面８６のいずれでも反射されることはないので、図中の下方に伝播し、緑色の光変調ユニット２１０Ｇに入射する（入射光Ｌ１０Ｇ）。
【０１９６】
光変調ユニット２１０Ｒに入射した入射光Ｌ１０Ｒは光偏向器４００Ｒに入射し、これまでに説明した光偏向器４００と同様の動作によって、ＯＮ光（出射光Ｌ２０Ｒに相当）およびＯＦＦ光Ｌ３０Ｒを生じる。
【０１９７】
出射光Ｌ２０Ｒは光変調ユニット２１０Ｒの出射光として色分離プリズム８４に入射し、色分離プリズム８４内部に設けられた赤色反射面８５により、図中の上方に反射される（合成光Ｌ２０Ｃの赤色の光成分となる）。
【０１９８】
ＯＦＦ光Ｌ３０Ｒは偏向変換素子５Ｒ、液晶シャッター素子６Ｒおよびミラー７Ｒにより、これまでに説明した偏向変換素子５、液晶シャッター素子６およびミラー７と同様の動作によって、入射光Ｌ１０Ｒが入射してきた経路と逆の経路を辿って光源９の発光点まで戻る。
【０１９９】
光源９に戻った光は、反射板１０により反射され、再び、光変調ユニット２１０Ｒに入射し、同様の経過を繰り返す。
【０２００】
光変調ユニット２１０Ｂに入射した入射光Ｌ１０Ｂは光偏向器４００Ｂに入射し、これまでに説明した光偏向器４００と同様の動作によって、ＯＮ光（出射光Ｌ２０Ｂに相当）およびＯＦＦ光Ｌ３０Ｂを生じる。
【０２０１】
出射光Ｌ２０Ｂは光変調ユニット２１０Ｂの出射光として色分離プリズム８４に入射し、色分離プリズム８４内部に設けられた青色反射面８６により、図中の上方に反射される（合成光Ｌ２０Ｃの青色の光成分となる）。
【０２０２】
ＯＦＦ光Ｌ３０Ｂは偏向変換素子５Ｂ、液晶シャッター素子６Ｂおよびミラー７Ｂにより、これまでに説明した偏向変換素子５、液晶シャッター素子６およびミラー７と同様の動作によって、入射光Ｌ１０Ｂが入射してきた経路と逆の経路を辿って光源９の発光点まで戻る。
【０２０３】
光源９に戻った光は、反射板１０により反射され、再び、光変調ユニット２１０Ｂに入射し、同様の経過を繰り返す。
【０２０４】
光変調ユニット２１０Ｇに入射した入射光Ｌ１０Ｇは光偏向器４００Ｇに入射し、これまでに説明した光偏向器４００と同様の動作によって、ＯＮ光（出射光Ｌ２０Ｇに相当）およびＯＦＦ光Ｌ３０Ｇを生じる。
【０２０５】
出射光Ｌ２０Ｇは光変調ユニット２１０Ｇの出射光として色分離プリズム８４に入射するが、赤色反射面８５および青色反射面８６によっては反射されずに直進し、図中の上方に透過する（合成光Ｌ２０Ｃの緑色の光成分となる）。
【０２０６】
ＯＦＦ光Ｌ３０Ｇは偏向変換素子５Ｇ、液晶シャッター素子６Ｇおよびミラー７Ｇにより、これまでに説明した偏向変換素子５、液晶シャッター素子６およびミラー７と同様の動作によって、入射光Ｌ１０Ｇが入射してきた経路と逆の経路を辿って光源９の発光点まで戻る。
【０２０７】
光源９に戻った光は、反射板１０により反射され、再び、光変調ユニット２１０Ｇに入射し、同様の経過を繰り返す。
【０２０８】
以上より、出射光Ｌ２０Ｒ、Ｌ２０ＢおよびＬ２０Ｇは、全反射プリズム８２に入射する。これらの出射光Ｌ２０Ｒ、Ｌ２０ＢおよびＬ２０Ｇは反射面８３における全反射条件を満足しないため、当該反射面８３において反射されずに透過し、合成光Ｌ２０Ｃとして全反射プリズム８２より出射する。
【０２０９】
この出射した合成光Ｌ２０Ｃは、図示しない、後段の投写光学系を介してスクリーンに投写される。
【０２１０】
なお、光変調ユニット２１０Ｒ、２１０Ｂおよび２１０Ｇのそれぞれに光センサ８１Ｒ、８１Ｂおよび８１Ｇを設けて、ＯＦＦ光Ｌ３０Ｒ、Ｌ３０ＢおよびＬ３０Ｇの一部の光を受光させそれぞれの光センサの出力である出力信号９０Ｒ、９０Ｂおよび９０Ｇから各ＯＦＦ光の強度のモニターを行うように構成してもよい。
【０２１１】
このように構成することで、光源９の発光点近傍に戻るＯＦＦ光の各色の割合を検知することができる。すなわち、それぞれ出力信号９０Ｒ、９０Ｂおよび９０Ｇに基づいて、液晶シャッター素子６Ｒ、６Ｂおよび６Ｇを用いて光源９の近傍に戻る各色の光の割合を変化させ、基本的に白色光が戻るように構成することが可能である。
【０２１２】
図９はこの発明の実施の形態３におけるプロジェクションテレビジョンの信号処理を行う信号処理装置をあらわす機能ブロック図である。
【０２１３】
図において、２０Ｃはカラーテレビジョン画像信号、２１Ｃは画像メモリ、２２Ｃは画像の特徴検出手段、２３Ｃは各色光のミラー素子の平均ＯＮ率Ｐの算出手段である。
【０２１４】
２４Ｃは画質調整手段、２９Ｃは制御手段、３００Ｇ、３００Ｒおよび３００Ｂは各々緑色、赤色および青色の信号処理手段である。
【０２１５】
信号処理手段３００Ｇの構成において、２５Ｇは光偏向器４００Ｇのミラー素子に与えるＯＮ／ＯＦＦタイミングを発生するタイミング発生手段、２６ＧはＣＲＴのビーム電流特性を表す逆ガンマ補正テーブルである。
【０２１６】
２７Ｇはミラー素子ごとにＯＮ／ＯＦＦタイミングを相違させるタイミングランダム化手段、２８Ｇはミラー素子を駆動する駆動信号を出力する駆動手段、３０Ｇは液晶シャーター６Ｇを駆動する駆動信号を出力する駆動手段である。
【０２１７】
以下、信号処理手段３００Ｇの動作について説明する。なお、信号処理手段３００Ｒおよび３００Ｂの構成および動作は基本的に信号処理手段３００Ｇと同様であるので、以下、説明を省略する。
【０２１８】
画像メモリ２１Ｃは、入力されるカラーテレビジョン信号２０Ｃを１フレーム／フィールド（１画面分）単位のディジタル信号（画像データ）として記憶する。
【０２１９】
画像メモリ２１Ｃに記憶された画像データは特徴検出手段２２Ｃおよび平均ＯＮ率算出手段２３Ｃに出力される。特徴検出手段２２Ｃでは、入力された画像データにおける輝度レベルの最大値、最小値、平均値などの画像の特徴を検出する。
【０２２０】
平均ＯＮ率検出手段２３Ｃでは、入力された画像データにおける各がその輝度レベルに対応する逆ガンマ補正のための係数を逆ガンマ補正テーブル２６Ｇより読み出して逆ガンマ補正を行い、その補正された画像データに基づいて光偏向器４００Ｇにおける平均ＯＮ率Ｐｇを算出する（信号処理手段３００Ｒおよび３００Ｂにおいては、それぞれ平均ＯＮ率ＰｒおよびＰｂが算出される）。
【０２２１】
画質調整手段２４Ｃは、画像メモリ２１Ｃに記憶された画像データを読み出し、所望の画質になるように画像データの調整（補正）を行なう。その後、タイミング発生手段２５Ｇに画質調整後の画像データを出力する。
【０２２２】
タイミング発生手段２５は、入力された画像データにおける各がその輝度レベルに対応する逆ガンマ補正のための係数を逆ガンマ補正テーブル２６Ｇより読み出して逆ガンマ補正を行う（信号処理手段３００Ｒおよび３００Ｂにおいては、それぞれ逆ガンマ補正テーブル２６Ｒおよび２６Ｂより係数を読み出し逆ガンマ補正を行う）。
【０２２３】
併せて、タイミング発生手段２５Ｇは、逆ガンマ補正された画像データに基づいて光偏向器４００Ｇに含まれる個々のミラー素子を”ＯＮ”状態とするタイミング信号を発生して出力する（信号処理手段３００Ｒおよび３００Ｂにおいては、それぞれタイミング発生手段２５Ｒおよび２５Ｂよりタイミング信号が出力される）。
【０２２４】
タイミング発生手段２５Ｇから出力されたタイミング信号はタイミングランダム化手段２７Ｇに入力され、入力されたタイミング信号は画素間で異なるタイミングとなるように、時間軸上のシフト動作が施された新たなタイミング信号とされ、出力される（信号処理手段３００Ｒおよび３００Ｂにおいては、それぞれタイミングランダム化手段２７Ｒおよび２７Ｂにより新たなタイミング信号が出力される）。
【０２２５】
タイミングランダム化手段２７Ｇから出力された新たなタイミング信号は、ミラー駆動手段２８Ｇに入力される。ミラー駆動手段２８Ｇは、新たなタイミング信号に基づいて光偏向器４００Ｇに含まれるミラー素子を駆動するための駆動信号を光偏向器４００Ｇに出力し、ミラー素子が駆動される（信号処理手段３００Ｒおよび３００Ｂにおいては、新たなタイミング信号が、それぞれミラー駆動手段２８Ｒおよび２８Ｂに入力され、光偏向器４００Ｒおよび４００Ｂのミラー素子が駆動される）。
【０２２６】
制御手段２９Ｃには特徴信号３２Ｃおよび平均ＯＮ率Ｐｇ信号３３Ｃが入力され、制御手段２９Ｃは、これらの入力に基づいてシャッター駆動手段３０Ｇおよびランプ駆動手段３１Ｇにそれぞれ制御信号を出力する。また、併せて、画質調整手段２４Ｃに画質調整制御信号３４Ｃを出力する（信号処理手段３００Ｒおよび３００Ｂにおいては、制御手段２９Ｃから、シャッター駆動手段３０Ｒおよび３０Ｂ、ランプ駆動手段３１Ｒおよび３１Ｂにそれぞれ制御信号が出力される）。
【０２２７】
以上に説明したように、光学ユニット２００に含まれる光偏向器４００Ｇ、４００Ｒおよび４００Ｂ、光シャッター６Ｇ、６Ｒおよび６Ｂおよびランプ８がそれぞれ駆動される。
【０２２８】
また、光変調ユニット２１０Ｇ、２１０Ｒおよび２１０Ｂのそれぞれに光センサ８１Ｇ、８１Ｒおよび８１Ｂを設ける場合には、これら光センサ８１Ｇ、８１Ｒおよび８１Ｂより出力される出力信号９０Ｇ、９０Ｒおよび９０Ｂに基づき、先に説明したように液晶シャッター素子６Ｇ、６Ｒおよび６Ｂを用いて光源９の近傍に戻る各色の光の割合を変化させる。
【０２２９】
このように構成することで、光源９の発光点近傍に戻るＯＦＦ光の各色の割合を検出し、基本的に白色光が戻るように構成することが可能である。
【０２３０】
ＯＦＦ光の再利用による光束の増加割合は各色について本発明実施の形態１の説明における式（３）を適用することで予測できる。
【０２３１】
図１０は、式（３）により各色の光束を算出した結果を図示したもので、横軸は平均ＯＮ率Ｐｇ、ＰｒおよびＰｂ（それぞれ、Ｐｇは緑色光に対応、Ｐｒは赤色光に対応およびＰｂは青色光に対応する平均ＯＮ率）、縦軸は光強度Iｇ、ＩｒおよびＩｂ（それぞれ、Ｉｇは緑色光に対応、Ｉｒは赤色光に対応およびＩｂは青色光に対応する光強度）である。
【０２３２】
曲線６０から曲線６３は、簡単化のために各色一律で反射板１０の反射率ａが０．９５、ビーム整形光学系１１の光伝達率ｎが０．９０の条件下における、割合Ｋの値を各々１．０、０．８、０．５、０．２に変化させた場合の光強度Ｉｇ、ＩｒおよびＩｂの変化特性を示す曲線である。また、６４はＯＦＦ光を光源９に戻さない場合の光強度を示している。
【０２３３】
６５は平均ＯＮ率Ｐｇ、ＰｒおよびＰｂが１００％である。（すなわち、ＯＦＦ光がない場合）ときの光強度Ｉｇ、ＩｒおよびＩｂの点を示している。また、軸９２および９３は、２種の異なる画像信号の例について各色の平均ＯＮ率を検出した結果を表示したものである。
【０２３４】
軸９２に示す例においては、どの色も平均ＯＮ率は小さく緑色の平均ＯＮ率Ｐｇについて見れば、割合Ｋが１．０の場合は、それぞれ点９４が示すレベルの光強度まで増加できるので、割合Ｋを制御することにより全ての色について、光強度の増加率を２に合わせることができる。
【０２３５】
一方、軸９３に示す例においては、緑色の平均ＯＮ率Ｐｇが大きいので光強度は点９５に示すレベルまでしか増加できない。すなわち、他の色（赤、青）である、例えば青色の平均ＯＮ率Ｐｂについても、単独では点９７に示すレベルまで光強度を増大できるのであるが、緑色と同じレベルの点９８に示すレベルに一致させるように調整する。これにより、表示画像の色合いを正しく表示することができる。
【０２３６】
図９における制御手段２９Ｃは、平均ＯＮ率算出手段２３Ｃが出力する各色の平均ＯＮ率信号３３Ｃと、特徴検出手段２２Ｃが画像の特徴として出力する輝度の最大値Ｖｍａｘ（画像の輝度の最大値）、最小値Ｖｍｉｎ（画像の輝度の最小値）および平均値Ｖａｖｅ（画像の輝度の平均値）と、各光センサー８１Ｇ、８１Ｂおよび８１Ｒに対応して出力される出力信号９０Ｇ、９０Ｂ，９０Ｒとを入力し、これらの組み合わせおよび時間変化により以下に述べる制御を行う。
【０２３７】
すなわち、制御手段２９Ｃは、入力された各色の平均ＯＮ率Ｐｇ、ＰｒおよびＰｂ、光学部品から定まる、反射板１０の反射率ａ、ビーム整形光学系１１の光伝達率ｎ、平均ＯＮ率Ｐおよび割合Ｋの具体値を基に、式（３）により最大の光強度の増大率Ｇｇ、ＧｒおよびＧｂを算出する。ここで、増大率Ｇｇ、ＧｒおよびＧｂの内、最小のものをＧｍｉｎとする。
【０２３８】
例えば、制御手段２９Ｃは増大率の初期値（上限値）をＧｌｉｍとして、値２が設定されているものとして、増大率の最小値Ｇｍｉｎが増大率の初期値Ｇｌｉｍ未満である場合は全ての色の光の増大率がＧｍｉｎとなるように光シャッター素子６Ｇ、６Ｂおよび６Ｒを駆動して割合Ｋを制御する。
【０２３９】
増大率の最小値Ｇｍｉｎが増大率の初期値Ｇｌｉｍを超える場合は全ての色の光の増大率がＧｌｉｍとなるように光シャッター素子６Ｇ、６Ｂおよび６Ｒを駆動して割合Ｋを制御する。
【０２４０】
なお、増大率の最小値Ｇｍｉｎが増大率の初期値Ｇｌｉｍを超える場合において、輝度の最大値Ｖｍａｘと輝度の最小値Ｖｍｉｎとの差が画像の最大変化幅近傍まで大きい場合は高いコントラストを有する画像と判断して、増大率の初期値Ｇｌｉｍを増大率の最小値Ｇｍｉｎより大きい値に変更する。
【０２４１】
これにより増大率の上限を大きくすると共に、画質調整手段２４Ｃを制御して画像のコントラストが大きくなるように画質調整を行う。
【０２４２】
さらに、制御手段２９Ｃは輝度の平均値Ｖａｖｅを少なくとも数フィールド（あるいは数フレーム）の期間分保持し、フィールド（あるいはフレーム）に亙って連続して平均の輝度が小さい場合にはＯＦＦ光が多いものと判断する。
【０２４３】
そして、各色の割合Ｋを最大値付近まで大きく設定するとともに、ランプ駆動手段３１を制御してランプ８の明るさを低下させる。
【０２４４】
また、輝度の平均値Ｖａｖｅが小さい場合には、平均ＯＮ率Ｐｇ、ＰｒおよびＰｂのいずれもが０付近まで小さい場合に相当する。従って、各色の光に対応する割合Ｋを最大にすることにより、光の増大率をおよそ４倍とすることができる。
【０２４５】
なお、この条件の場合において、例えば、ランプ８が発生する光の強度を半分にすることにより、光の増大率を２倍とすることもできる。
【０２４６】
一般的に、カラー映像を表示する場合の色バランスが崩れていると、本来白色で表示されるべきものが着色して表示される問題がある。ところで、本実施の形態による制御手段２９Ｃにおいては、平均ＯＮ率Ｐｇ、ＰｒおよびＰｂに対応して光強度Ｉｇ、ＩｒおよびＩｂをそれぞれ独立して設定することもできる。
【０２４７】
従って、例えば、光学部品の光学特性のバラツキがある場合や経時変化により光学特性にバラツキが生じた場合などの、色バランスが崩れてしまった場合に、本来の色バランスとなるように調整することもできる。
【０２４８】
例えば、まず、テレビジョンの起動時のミュート状態である黒画面を表示している期間において各色に対応する割合Ｋ（ＯＦＦ光反射率）を最大にしておき、光センサー８１Ｇ、８１Ｒおよび８１Ｂからの出力信号９０Ｇ、９０Ｒおよび９０Ｂを制御手段２９Ｃに与える。
【０２４９】
制御手段２９Ｃでは、出力信号９０Ｇ、９０Ｒおよび９０Ｂに基づいて色バランスを判断し、本来の色バランスとなるように各色の光強度が所定の比率となるように液晶シャッター素子６Ｇ、６Ｒおよび６Ｂに与える制御信号を調整する。これにより、各色の光強度の割合を変化することができ、従って色バランスを調整することができる。
【０２５０】
なお、ＯＦＦ光を光源９に戻すための構成として、偏光変換素子、液晶シャッター素子およびミラーの組合せによる構成は、実施の形態２において説明したような光偏向器４１０を用いてもよく、このようにすることによって装置の構成が簡略化される。
【０２５１】
さらに、各色に対応する平均ＯＮ率Ｐｇ、ＰｒおよびＰｂに対する光強度Ｉｇ、ＩｒおよびＩｂをルックアップテーブルや所定の関数式により求め、フィールドあるいはフレームに亙って光強度Ｉｇ、ＩｒおよびＩｂを予測するように構成してもよい。
【０２５２】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【０２５３】
この発明に係る光源装置は、ランプと、受光した前記ランプの出射光の進行方向に垂直な面内における光強度分布を均一化する光均一化素子を含むビーム整形光学系と、受光した前記ビーム整形光学系の出射光をスクリーンに向けて光が投射される方向であるＯＮ光の方向、またはＯＦＦ光の方向に反射する光偏向器と、前記ＯＦＦ光の方向の反射光を該ＯＦＦ光の方向に沿って反射する光反射器とを有することを特徴とするので、光偏向器で生じるＯＦＦ光の方向の反射光をランプに戻すことができ、光の利用効率を高めることができる。
【０２５４】
また、光反射器は、該光反射器に入射する光の偏光方向を揃える偏光変換素子と、該偏光変換素子の透過光を受光する液晶シャッター素子と、該液晶シャッター素子の透過光を反射するミラーとを有することを特徴とするので、光反射器からの反射光量の制御が可能となる。
【０２５５】
また、光反射器は、該光反射器の入射光を２つの方向に切替可能に反射するように構成され、前記２つの方向のいずれか１の方向の反射光が前記入射光の方向に反射することを特徴とするので、光反射器からの反射光量の制御が簡単な構成で可能となる。
【０２５６】
また、２次元的な光のＯＮ、ＯＦＦにより構成される表示画面が時間順次に表示される際の、所定期間における前記表示画面の平均的な前記光のＯＮの割合を算出する平均ＯＮ率算出手段と、該平均ＯＮ率算出手段から出力される前記光のＯＮの割合に基づいて、ランプ、光偏向器および光反射器の駆動状態をそれぞれ制御する制御手段とを有することを特徴とするので、通常の平均輝度レベルの画像を安定に表示することができる。
【０２５７】
また、光センサをさらに備えて該光センサの出力信号を制御手段に入力するように構成したことを特徴とするので、光出力の安定性を確保することが可能である。
【０２５８】
また、制御手段は、所定値と算出された平均ＯＮ率とを比較し、その比較結果に応じて光反射器からの反射光量を制御することを特徴とするので、表示画像に応じて当該表示画像の明るさを安定に制御することができる。
【０２５９】
また、表示画面の輝度値に基づいて求められる当該表示画面の特徴量に対応して制御手段に予め設定された所定値を変更することを特徴とするので、表示画像の特徴として例えばコントラストの高い表示画像を得ることができる。
【０２６０】
この発明に係る光源装置は、白色光を発光するランプと、受光した前記ランプの出射光の進行方向に垂直な面内における光強度分布を均一化する光均一化素子を含むビーム整形光学系と、該ビーム整形光学系の出射光を複数色に分解する色分解素子と、受光した前記色分解素子の出射光をスクリーンに向けて光が投射される方向であるＯＮ光の方向、またはＯＦＦ光の方向に切替可能に反射する前記複数色の各色毎に設けられた光偏向器と、該光偏向器に対応して設けられた前記ＯＦＦ光の方向の反射光を該ＯＦＦ光の方向に沿って反射する光反射器とを有することを特徴とするので、カラーの表示画像を得るに際し、例えばランプの光強度を増加させずに表示画像の明るさを確保することができる。
【０２６１】
また、複数色毎に対応する２次元的な光のＯＮ、ＯＦＦにより構成される表示画面が時間順次に表示される際の、所定期間における前記表示画面の平均的な前記光のＯＮの割合を前記複数色毎に算出する平均ＯＮ率算出手段と、該平均ＯＮ率算出手段から出力される前記複数色毎の前記光のＯＮの割合に基づいて、ランプ、光偏向器および光反射器の駆動状態をそれぞれ制御する制御手段とを有することを特徴とするので、表示画像の明るさを安定にすることができる。
【０２６２】
また、複数色の各色毎に光センサをさらに備えて該光センサの各出力信号を制御手段に入力するように構成したことを特徴とするので、光出力の安定性を確保することが可能である。
【０２６３】
また、制御手段は、複数色に対応して増大率を算出し、算出された各色毎の前記増大率と予め設定された所定値とを比較して、前記各色毎の前記増大率が前記所定値未満である場合には光反射器の増大率が前記各色毎の前記増大率の最小値となるように光反射器の反射光量を制御し、前記各色毎の前記増大率が前記所定値以上である場合には光反射器の増大率が前記所定値となるように光反射器の反射光量を制御するように構成されたことを特徴とするので、表示画像に応じて当該表示画像の明るさを安定に制御することができる。
【０２６４】
また、表示画面の輝度値に基づいて求められる当該表示画面の特徴量に対応して制御手段に予め設定された所定値を変更することを特徴とするので、表示画像の特徴として例えばコントラストの高い表示画像を得ることができる。
【０２６５】
また、複数色の各色毎に光反射器の反射光量を制御するように構成したことを特徴とするので、表示画像の色合いを正しく保つことができる。
【０２６６】
この発明に係るプロジェクションテレビジョンは、上記のいずれかの光源装置を含むことを特徴とするので、表示画像の明るさが安定な表示画像を得ることや表示画像の色合いを正しく保つことができるプロジェクションテレビジョンを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１におけるプロジェクションテレビジョンのミラー素子の光路および、近傍の光学要素を示す図である。
【図２】 この発明の実施の形態１におけるプロジェクションテレビジョンの光学要素をあらわす構成図である。
【図３】 この発明の実施の形態１におけるプロジェクションテレビジョンの信号処理をあらわす機能ブロック図である。
【図４】 この発明の実施の形態１におけるプロジェクションテレビジョンの画面表示の例、および表示画素の拡大図である。
【図５】 この発明の実施の形態１におけるプロジェクションテレビジョンの光学要素の各要素について光伝達率を示す図である。
【図６】 この発明の実施の形態１におけるプロジェクションテレビジョンの制御手段が反射型光変調素子の入射光束量Ｉを制御する動作を示す図である。
【図７】 この発明の実施の形態２におけるプロジェクションテレビジョンのミラー素子の光路および、近傍の光学要素を示す図である。
【図８】 この発明の実施の形態３におけるプロジェクションテレビジョンの光学要素をあらわす機能ブロック図である。
【図９】 この発明の実施の形態３におけるプロジェクションテレビジョンの信号処理をあらわす機能ブロック図である。
【図１０】 この発明の実施の形態３におけるプロジェクションテレビジョンの制御手段が反射型光変調素子の入射光束量Ｉを制御する動作を示す図である。
【図１１】 反射型光変調素子を構成する単位ミラー素子の光路を示す図である。
【符号の説明】
１ 反射型光変調素子、５ 偏光変換手段、６，６Ｇ，６Ｒおよび６Ｂ 光シャッター、７，７Ｇ，７Ｒおよび７Ｂ ＯＦＦ光反射手段、８ ランプ、９ 光源、１０ 反射板、１１ 光学要素、２２および２２Ｃ 特徴検出手段、２３および２３Ｃ ＯＮ率算出手段、２７ 駆動タイミングランダム化手段、２９および２９Ｃ 制御手段、３０，３０Ｇ，３０Ｒおよび３０Ｂ 光シャッター駆動手段、３１ ランプ駆動手段、８１Ｇ，８１Ｒおよび８１Ｂ 光センサー、８４ 色分離手段、４Ｇ，４Ｒおよび４Ｂ 原色光の反射型光変調素子。
【発明の属する技術分野】
この発明は、プロジェクションテレビジョンに関わり、特に、画像表示に関わる光源装置（光学系、駆動系等）およびその構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、陰極線管（以下ＣＲＴ）方式の直視型テレビジョンよりも一層大型の画面サイズの各種方式テレビジョンが利用されるようになっている。
【０００３】
プロジェクションテレビジョン（投写型表示装置）はその中の１方式であり、基本的に、その構成は大きく２つのタイプに分かれる。
【０００４】
すなわち、
▲１▼画像源としてＣＲＴを用い、このＣＲＴより出射する光を拡大投写する投写光学系および投写された光を受けるスクリーンを有するもの
▲２▼白色光を出射する光源（白色光源）からの光（白色光、あるいはこの白色光のカラーフィルタ出力光）を光バルブ等の光変調素子に照射し、この光変調素子によって変調された光を拡大投写する投写光学系および投写された光を受けるスクリーンを有するもの
である。
【０００５】
上記２つのタイプの内、▲２▼において用いられる光変調素子は、例えば、液晶ライトバルブ、ＤＭＤ(Digital Multi-mirror Device)等の各種方式が採用されている（ＤＭＤはテキサス・インスツルメンツ社の商標）。
【０００６】
なかでも、ＤＭＤは多数の微小ミラー（ミラー素子）が２次元的に配列され、それぞれの微小ミラーがそれぞれ独立して駆動される反射型の光変調素子であり、光の利用効率の点で他の光変調素子より有利である。
【０００７】
図１１は、例えば特開平８−２１９７７号公報に示された、投写型表示装置に用いられる光変調素子としてのＤＭＤの動作を説明するための説明図である。以下、図を参照しながら説明する。
【０００８】
図１１には、ＤＭＤを構成するミラー素子について示されており、その動作および光路の関係を概略的に示している。
【０００９】
なお、以下では、”ＯＮ”とはミラー素子からスクリーンに向けて光が投写される状態（または、その際のミラー素子の状態）、”ＯＦＦ”とはミラー素子からスクリーンに向けて光が投写されない状態（または、その際のミラー素子の状態）をそれぞれ示すこととして説明する。
【００１０】
図において、１はミラー素子であり、図１１（ａ）に示す傾きの状態で”ＯＮ”となっている。また、２はミラー素子が”ＯＦＦ”である傾きの状態である。３は入射光が入射する受光面である。
【００１１】
Ｌ１は入射光、Ｌ２はミラー素子１が”ＯＮ”である場合のミラー素子１からの反射光（ＯＮ光）、Ｌ３はミラー素子１が”ＯＦＦ”である場合のミラー素子１からの反射光（ＯＦＦ光）である。
【００１２】
Ｌ４はミラー素子１が中間状態（例えば、電源の投入がなされていない時や駆動信号が入力されていない待機の状態であり、ＤＭＤを構成する全てのミラー素子１が全体で１枚の平面鏡として扱うことが可能である）である場合のミラー素子１からの反射光（不要反射光）である。
【００１３】
ＤＭＤでは２次元的に多数配置されるミラー素子１の内、”ＯＮ”であるミラー素子１から反射される光（ＯＮ光）をスクリーン上に投写することにより画像を表示する（従って、ＯＦＦ光あるいは不要反射光は画像表示に関与しない）。
【００１４】
電源の投入がなされていない時や駆動信号が入力されていない待機の状態において、ミラー素子１は、中間状態にある平面に沿う状態（上述のように、中間状態においては、ＤＭＤを構成する全てのミラー素子１が全体で１枚の平面鏡として扱うことが可能である）となっている。
【００１５】
ミラー素子１が”ＯＮ”となるように制御されると図１１（ａ）に示すミラー素子１の傾き（例えば、時計方向に１０°の傾き）となり、”ＯＦＦ”となるように制御されると傾きの状態２（例えば、反時計方向に１０°の傾き）となる（すなわち、図１１（ａ）におけるθ＝１０°）。
【００１６】
従って、ミラー素子１が”ＯＮ”である場合には、入射光Ｌ１は時計方向に１０°傾いたミラー素子１により図１１（ａ）中のＯＮ光Ｌ２の方向に反射され、図示しない投射光学系によりスクリーンに拡大投写される。
【００１７】
また、ミラー素子１が”ＯＦＦ”である場合には、入射光Ｌ１は反時計方向に１０°傾いたミラー素子１（傾きの状態２）により図１１（ａ）中のＯＦＦ光Ｌ３の方向に反射され、投写光学系には入射せずに、図示しない黒マスク（黒塗装された金属等の光吸収体）により吸収される。
【００１８】
なお、ミラー素子１が中間状態にある場合には、入射光Ｌ１はミラー素子１により図１１（ａ）中の不要反射光Ｌ４の方向に反射され、投写光学系には入射せずに、図示しない黒マスク（黒塗装された金属等の光吸収体）により吸収される。
【００１９】
図１１（ｂ）はＤＭＤをその側方より表わした概略を表わす説明図であり、４はミラー素子１が多数配列されたミラー配列領域（２次元的な広がりを有する）である。実際の投写型表示装置において、入射光Ｌ１、ＯＮ光Ｌ２およびＯＦＦ光Ｌ３はミラー配列領域４の全域に亙って入射および出射するが、図１１（ｂ）においては簡単のため一つの光線について示してある。なお、４００は、ミラー配列領域４にはそれぞれが独立に”ＯＮ”および”ＯＦＦ”の状態を設定可能な多数のミラー素子１が二次元的に配列されて構成される光偏向器である。
【００２０】
光偏向器４００に含まれるミラー配列領域４に、２次元的に配列された多数のミラー素子１は、個々にその”ＯＮ”、”ＯＦＦ”の状態が設定され、ミラー配列領域４の全域に亙って入射する入射光Ｌ１はミラー素子１の”ＯＮ”、”ＯＦＦ”状態に対応してＯＮ光Ｌ２、ＯＦＦ光Ｌ３として反射される。
【００２１】
投写型表示装置によって、例えば動画像を表示する場合、入力される画像信号の１フィールドあるいは１フレーム期間における”ＯＮ”状態である期間の割合によりＯＮ光Ｌ２の平均的な強さが決定される。そして、１フィールドあるいは１フレーム期間における”ＯＮ”状態である期間の割合を変化することにより階調のある動画像が表示される。
【００２２】
なお、１フィールドあるいは１フレーム期間における画面全体の明るさは、ミラー配列領域４に属する全てのミラー素子１の内、”ＯＮ”状態であるミラー素子１の数（面積割合）により示すことができる。
【００２３】
上述のＯＮ光Ｌ２の平均的な強さおよび画面全体の明るさの考え方から、以下に示すような、ミラー素子１の平均ＯＮ率（この平均ＯＮ率は入射光Ｌ１の利用効率を示す）を定義する。
【００２４】
すなわち、フィールドあるいはフレーム期間（１画面期間と称す）におけるミラー素子１の平均ＯＮ率Ｐを次式（１）により表わす。
Ｐ＝（１画面期間においてミラー素子１が”ＯＮ”である時間割合）
×（全てのミラー素子１の内、”ＯＮ”であるミラー素子１の割合）…（１）
【００２５】
例えば、ミラー配列領域４全体（画面全体）の２０％の面積においてミラー素子１が”ＯＮ”状態にあり、フィールドあるいはフレーム期間におけるミラー素子１の”ＯＮ”状態が５０％の時間割合で生じる場合、平均ＯＮ率Ｐは、
Ｐ＝０．５ × ０．２ ＝ ０．１
となる。
【００２６】
このことは、ミラー素子１全数の１０％が平均的にＯＮしていることと等価であると考えることができ、ミラー素子１の反射率および開口率が１００％（ミラー素子１における入射、反射において光の損失がない）と仮定し、入射光Ｌ１の光パワーを１００％とすると、その内の１０％が反射光Ｌ２としてスクリーンに投写され、残りの９０％はＯＦＦ光Ｌ３となる。従って、この場合の入射光Ｌ１の利用効率は１０％である。
【００２７】
コントラストの高い画像の最も明るい部分（ハイライト部。この部分では輝度が最大である（このときの輝度をピーク輝度という））ではミラー素子１が１００％ＯＮ状態であり、理想的には、入射光Ｌ１とＯＮ光Ｌ２とは同じ光強度となる。すなわち、ＯＮ光Ｌ２の最大値はハイライト部の面積割合には関係なく、画像に係わらず一定である。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の画像表示装置としてのプロジェクションテレビジョンでは、例えば、２００インチといった、大型の画面サイズの画像をより明るく表示しようとする場合、光源であるランプの大電力のものを使用する必要があり、装置が大型化し高価となってしまい、電力消費量も多くなる。
【００２９】
実際の映像表示の態様から考えた場合、通常の画像においては、平均的な明るさ（輝度レベル）が常時高いことはむしろまれである。また、映画などにおいては、暗いシーンが多いため平均的な輝度レベルは低いものが多い。従って、ランプの発生する光の大半がスクリーンに投写されることがないＯＦＦ光Ｌ３となってしまい、光の利用効率が悪かった。
【００３０】
この発明は、上述のような課題を解消するためになされたもので、光の利用効率を改善することにより、ランプの電力を増すことなしに、投写画像のスクリーン上でのピーク輝度を格段に高くするとともに、平均的な明るさの映像表示においても輝度を大幅に向上した光源装置およびプロジェクションテレビジョンを得ることが目的である。
【００３１】
さらに、この発明は輝度を高くしても色のバランスが安定なものを得ることも目的とする。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る光源装置は、ランプと、受光した前記ランプの出射光の進行方向に垂直な面内における光強度分布を均一化する光均一化素子を含むビーム整形光学系と、受光した前記ビーム整形光学系の出射光をスクリーンに向けて光が投射される方向であるＯＮ光の方向、またはＯＦＦ光の方向に切替可能に反射する光偏向器と、前記ＯＦＦ光の方向の反射光を該ＯＦＦ光の方向に沿って反射する光反射器とを有することを特徴とする。
【００３３】
また、光反射器は、該光反射器に入射する光の偏光方向を揃える偏光変換素子と、該偏光変換素子の透過光を受光する液晶シャッター素子と、該液晶シャッター素子の透過光を反射するミラーとを有することを特徴とする。
【００３４】
また、光反射器は、該光反射器の入射光を２つの方向に切替可能に反射するように構成され、前記２つの方向のいずれか１の方向の反射光が前記入射光の方向に反射することを特徴とする。
【００３５】
また、２次元的な光のＯＮ、ＯＦＦにより構成される表示画面が時間順次に表示される際の、所定期間における前記表示画面の平均的な前記光のＯＮの割合を算出する平均ＯＮ率算出手段と、該平均ＯＮ率算出手段から出力される前記光のＯＮの割合に基づいて、ランプ、光偏向器および光反射器の駆動状態をそれぞれ制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【００３６】
また、光センサをさらに備えて該光センサの出力信号を制御手段に入力するように構成したことを特徴とする。
【００３７】
また、制御手段は、所定値と算出された平均ＯＮ率とを比較し、その比較結果に応じて光反射器からの反射光量を制御することを特徴とする。
【００３８】
また、表示画面の輝度値に基づいて求められる当該表示画面の特徴量に対応して制御手段に予め設定された所定値を変更することを特徴とする。
【００３９】
この発明に係る光源装置は、白色光を発光するランプと、受光した前記ランプの出射光の進行方向に垂直な面内における光強度分布を均一化する光均一化素子を含むビーム整形光学系と、該ビーム整形光学系の出射光を複数色に分解する色分解素子と、受光した前記色分解素子の出射光をスクリーンに向けて光が投射される方向であるＯＮ光の方向、またはＯＦＦ光の方向に切替可能に反射する前記複数色の各色毎に設けられた光偏向器と、該光偏向器に対応して設けられた前記ＯＦＦ光の方向の反射光を該ＯＦＦ光の方向に沿って反射する光反射器とを有することを特徴とする。
【００４０】
また、複数色毎に対応する２次元的な光のＯＮ、ＯＦＦにより構成される表示画面が時間順次に表示される際の、所定期間における前記表示画面の平均的な前記光のＯＮの割合を前記複数色毎に算出する平均ＯＮ率算出手段と、該平均ＯＮ率算出手段から出力される前記複数色毎の前記光のＯＮの割合に基づいて、ランプ、光偏向器および光反射器の駆動状態をそれぞれ制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【００４１】
また、複数色の各色毎に光センサをさらに備えて該光センサの各出力信号を制御手段に入力するように構成したことを特徴とする。
【００４２】
また、制御手段は、複数色に対応して増大率を算出し、算出された各色毎の前記増大率と予め設定された所定値とを比較して、前記各色毎の前記増大率が前記所定値未満である場合には光反射器の増大率が前記各色毎の前記増大率の最小値となるように光反射器の反射光量を制御し、前記各色毎の前記増大率が前記所定値以上である場合には光反射器の増大率が前記所定値となるように光反射器の反射光量を制御するように構成されたことを特徴とする。
【００４３】
また、表示画面の輝度値に基づいて求められる当該表示画面の特徴量に対応して制御手段に予め設定された所定値を変更することを特徴とする。
【００４４】
また、複数色の各色毎に光反射器の反射光量を制御するように構成したことを特徴とする。
【００４５】
この発明に係るプロジェクションテレビジョンは、上記のいずれかの光源装置を含むことを特徴とする。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１であるプロジェクションテレビジョンのミラー素子およびＯＦＦ光反射器を説明するための説明図である。なお、ここでは簡単のため、単色光の光学系について説明する。なお、従来のものと同一のものはその説明を省略する。
【００４７】
図において、５は偏光変換素子、６は液晶シャッター素子、７はミラー、Ｌ１０は入射光、Ｌ２０はＯＮ光、Ｌ３０はＯＦＦ光である。
【００４８】
ここにおける偏光変換素子５は、例えば特開平７−２９４９０６号公報や特開平１１−１８３８４８号公報に記載された偏光変換素子が用いられる。この偏光変換素子とは、ランダムな偏光方向を有する光（非偏光光）を、一方向の偏光方向を有する光に変換するものである。
【００４９】
偏光変換素子について簡単に説明する。
偏光変換素子は、偏光分離膜を有する偏光ビームスプリッタとプリズムとが交互に配列された偏光ビームスプリッタアレイによって構成される。偏光ビームスプリッタの光入射面にはレンズアレイ、光出射面にはλ／２位相差板が付加されている。
【００５０】
ランダムな偏光方向を有する入射光には、いわゆる、ｓ偏光光とｐ偏光光が含まれている。レンズアレイに入射した入射光は、個々のレンズ部分に対応して配置される偏光ビームスプリッタに入射する。
【００５１】
この入射光は、偏光分離膜によって、この偏光分離膜により反射されるｓ偏光光と、この偏光分離膜を透過するｐ偏光光とに分離される。反射されたｓ偏光光は、隣接するプリズムにより光出射方向に屈曲され出射する。
【００５２】
また、透過したｐ偏光光は偏光ビームスプリッタの光出射面に設けられたλ／２位相差板を通過することにより、ｐ偏光光からｓ偏光光への変換が行われ、光出射方向に出射する。
【００５３】
従って、偏光変換素子を通過したランダムな偏光方向を有する入射光は、そのほとんどがｓ偏光光である出射光に変換される（第１および第２の方向の偏光成分を有する光の入射により、第１または第２のいずれかの方向の偏光成分に変換される）。
【００５４】
また、Ｌ３０１は偏光変換素子５を通過した光（以下、通過光Ｌ３０１と称す）、Ｌ３０２は光Ｌ３０１が液晶シャッター６を通過した光（以下、通過光Ｌ３０２と称す）、Ｌ３０３はミラー７によって反射した光（以下、反射光Ｌ３０３と称す）である。
【００５５】
Ｌ３０４は光Ｌ３０３が液晶シャッター６を通過した光（以下、通過光Ｌ３０４と称す）、Ｌ３０５は光Ｌ３０４が偏光変換素子５を通過した光（以下、通過光Ｌ３０５と称す）、Ｌ３０６は光Ｌ３０５が受光面３から反射して入射光Ｌ１０の方向に逆行する光である（すなわち、各ミラー素子はＯＦＦ光Ｌ３０の方向に光が反射する向きに向いている。以下、反射光Ｌ３０６と称す）。
【００５６】
なお、これらの通過光Ｌ３０１およびＬ３０２、反射光Ｌ３０３、通過光Ｌ３０４およびＬ３０５、反射光Ｌ３０６は、ＯＦＦ光Ｌ３０が生じた場合に生じるものであり、ＯＮ光Ｌ２０が生じている場合には、これらの通過光Ｌ３０１およびＬ３０２、反射光Ｌ３０３、通過光Ｌ３０４およびＬ３０５、反射光Ｌ３０６は生じない。
【００５７】
以下、動作について説明する。
図示しないランプ（単色光を発光する単色光源あるいは３原色を含む白色光を発光する白色光源（カラー表示の場合））から出射した光は、入射光Ｌ１０として受光平面３に入射する。この入射光Ｌ１０は、ミラー配列領域４に二次元的に配列された個々のミラー素子の傾斜によって、ＯＮ光Ｌ２０とＯＦＦ光Ｌ３０とに分けられる。
【００５８】
ＯＮ光Ｌ２０を生じる場合、入射光Ｌ１０は、受光平面３の近傍において図中ＯＮ光Ｌ２０の方向に反射偏向され、投写光学系を経て図示しないスクリーン上の光点となる。
【００５９】
また、ＯＦＦ光Ｌ３０を生じる場合、入射光Ｌ１０は、受光平面３の近傍において図中ＯＦＦ光Ｌ３０の方向に反射偏向され、偏光変換素子５に入射する。ここではミラー配列領域４に配列されたミラー素子は中間状態に無く、”ＯＮ”または”ＯＦＦ”のいずれかの状態をとる。
【００６０】
ＯＦＦ光Ｌ３０においては、その偏光方向は一定ではなく、基本的に、第１の方向と、これに垂直な第２の方向の２種類の直線偏光成分（以下、単に、第１の偏光成分、第２の偏光成分と称す）を含んでいる。
【００６１】
そこで、偏光変換素子５では、例えば、ＯＦＦ光Ｌ３０の２種類の偏光の内、第１の偏光成分をそのまま通過させる。ならびに、偏光変換素子５では、第２の偏光成分を第１の偏光成分に変換する。
【００６２】
従って、偏光変換素子５を経た後の通過光としては、偏光変換素子５をそのまま通過する第１の偏光成分と第２の偏光成分が第１の偏光成分に変換された光とが合わさった通過光Ｌ３０１となる（偏光変換素子５は、偏光方向を揃える機能を有する）。
【００６３】
液晶シャッター素子６は、その両面に第１の偏光成分を通過する偏光通過フィルタを有して構成する。液晶シャッター素子６に含まれる液晶は、既知の制御（例えば、電圧制御）手法により、その偏光回転角を変化することができる。
【００６４】
従って、両面に第１の偏光成分を通過する偏光通過フィルタを有して構成された液晶シャッター素子６は、外部より液晶シャッター素子６に制御信号を与えることによって、その通過する通過光Ｌ３０２の光強度を可変とすることができる。
【００６５】
すなわち、液晶シャッター素子６が第１の偏光成分を損失無く通過することができる状態である場合には、当該液晶シャッター素子６に入射する通過光Ｌ３０１は減衰することなく通過光Ｌ３０２として出射する。
【００６６】
ミラー７は当該ミラー７に入射する通過光Ｌ３０２を反射する（この光が反射光Ｌ３０３である）。反射光Ｌ３０３は、第１の偏光成分であるので、液晶シャッター素子６を通過する（この光が通過光Ｌ３０４である）。
【００６７】
さらに、偏光変換素子５は、第１の偏光成分を通過するので通過光Ｌ３０４は当該偏光変換素子５を通過する（この光が通過光Ｌ３０５である）。
【００６８】
通過光Ｌ３０５は受光平面３に入射して反射される（この光が反射光Ｌ３０６である）。この反射光Ｌ３０６は入射光Ｌ１０の進行方向とは逆方向の、図示しないランプの方向に伝播する。
【００６９】
図２は、この発明の実施の形態１におけるプロジェクションテレビジョンの光学系全体を表す構成図である。
【００７０】
図において、８はランプ、９はランプの光源、１０はランプ８に設けられ光源９から発生する光を図中の右方向に反射する反射板、１２はランプ８から出射される出射光束、１１はランプ８から出射する出射光束１２が入射され、当該出射光束１２の径（ランプ８からの出射光束１２が、円形の光束である場合、その直径）を変化させるビーム整形光学系である。
【００７１】
１３はビーム整形光学系１１から出射される出射光束、１４は光源９の発光を制御する駆動信号である。
【００７２】
１５は光偏向器４００に含まれる個々のミラー素子を駆動、制御するための駆動信号、１６は液晶シャッター６を駆動、制御するための駆動信号である。なお、１００は光学ユニットであり、ランプ８、ビーム整形光学系１１、光偏向器４００、偏向変換素子５、液晶シャッター素子６およびミラー７を含んで構成される。光偏向器４００は、先にも説明したように、その出射光を２つの方向に切替可能に反射する。ここでは、偏向変換素子５、液晶シャッター素子６およびミラー７により光反射器が構成される。この光反射器により、光偏向器４００より出射する２つの方向のいずれか１の方向の反射光（ＯＦＦ光）を、この１の方向に反射する（従って、光源方向に向かって反射光が戻るように構成される）。
【００７３】
なお、ＯＮ光Ｌ２０が伝播される先にある投射レンズ等の光学系および映像が投写されるスクリーンは図示していない。
【００７４】
通常の投写型表示装置においては、光源に強い光を発生することが可能な、メタルハライドランプやアークランプ等が用いられる。図示の構成においては、ランプ８に含まれる光源９に例えばアークランプを用いている。
【００７５】
この光源９にアークランプを採用した場合には、放電アークにより空間の微小点（発光点）から光が発生する。反射板１０は、光源９が発生した光を所定の方向に反射するように構成されている。
【００７６】
この反射板１０には、例えば方物面鏡等が用いられ、方物面鏡が用いられる場合、方物面鏡の焦点位置に光源９の発光点を配置することにより、反射板１０から出射する光はほぼ平行な出射光束１２となる。
【００７７】
この反射板１０から出射された出射光束１２は、ランプ８からの出射光としてビーム整形光学系１１に入射する。この場合の出射光束１２は、いわゆるコリメート光束となっている。
【００７８】
ビーム整形光学系１１は、ランプ８からの出射光束１２を光偏向器４００の受光面３を照射するのに適切な径の出射光束１３に整形する。このビーム整形光学系１１としては、出射光束１２の径を所定倍率に変倍する、一般的なビーム拡大／縮小器と同様の光学系により構成される。
【００７９】
ビーム整形器１１からの出射光束１３は光偏向器４００に入射する入射光Ｌ１０として光偏向器４００の受光面３を照射する。受光面３を照射する入射光Ｌ１０は、先に説明したようにＯＮ光Ｌ２０またはＯＦＦ光Ｌ３０とされる。
【００８０】
ＯＦＦ光Ｌ３０が生ずるような場合、図１を参照して説明したように、偏向変換素子５、液晶シャッター素子６およびミラー７の作用により、偏向変換素子５に入射するＯＦＦ光Ｌ３０の戻り光として通過光Ｌ３０５が生じ、この通過光Ｌ３０５は光偏向器４００の受光面３に入射する（これにより反射光Ｌ３０６が生じる）。
【００８１】
偏向変換素子５へのＯＦＦ光Ｌ３０の入射から反射光Ｌ３０６を生じるまでの過程は光の速度により行われるので、その期間における、光偏向器４００に含まれるミラー素子の傾きは、殆どＯＦＦ光Ｌ３０を生じる傾きとなっている。
【００８２】
従って、反射光Ｌ３０６はビーム整形光学系１１および反射板１０により、光源９の発光点近傍に戻る光となる。この、光源９の発光点近傍に戻った光は反射板１０、ビーム整形光学系１１、光偏向器４００、偏向変換素子５、液晶シャッター素子６、ミラー７…のように、これまで説明した光の伝播経路を往復する。
【００８３】
なお、図２に示された構成のランプ８から光偏向器４００に至る間の光路中（実際の構成からは、ビーム整形光学系１１内に配置される）に、出射光束１２あるいは１３の、光軸とは垂直な面内における光強度の均一化のために、柱状の、あるいは中空内面に反射壁を有する光学素子（これらについては、例えば、米国特許第５６２５７３８、５６３４７０４、５０７６１３号等に詳細が記載されている）を含む（光均一化素子。当該光均一化素子は、ランプ８の出射光の進行方向に垂直な面内における光強度分布を均一化するのに用いられる）。
【００８４】
上記米国特許公報に示されているように、例えば柱状の光学素子においては、入射された光が、柱状の光学素子の外表面における全反射条件を満足し、当該素子内において複数回の反射を繰り返す。
【００８５】
これにより、光学素子の出射側の端面からの出射光は、光学素子に入射する多数の光の強度が入り交じった状態で出射し、光軸に垂直な面内における光の強度分布が均一化されたものとなる。
【００８６】
また、中空内面に反射壁を有する光学素子においては、当該反射壁により中空内の空間において複数回の反射を繰り返す。これらの作用により、その光学素子内に入射した光の出射光の光強度の光軸に垂直な面内における分布が均一化される。
【００８７】
この光強度均一化手段により、光源９の発光点近傍に戻る光は均一化され、従ってＯＦＦ光を生じる光偏向器４００に含まれるミラー素子以外にも、ＯＮ光を生じるミラー素子にも光が照射される（戻ってきたＯＦＦ光がＯＮ光として利用される）。
【００８８】
このように構成することによって、光源９の発光点近傍に戻る光は再度光学ユニット１００において再利用される光となる。従って、光源９の発光点近傍に戻らないように構成されているものより、光源９の発光点近傍より出射する光（これは光源９により新たに発光する光と戻ってくる光との和となる）の方が光強度が大きくなる。
【００８９】
以上に述べたような構成を用い、この構成により達成することができる作用を利用すると、所要となる光を光源９から新たに発光する光を増やすことなく得ることが可能となる。また、所要となる光の強度を光源９から新たに発光する光を従来の構成のものよりも少なくすることで得ることが可能となる。
【００９０】
図３はこの発明の実施の形態１におけるプロジェクションテレビジョンの信号処理を行う信号処理装置をあらわす機能ブロック図である。
【００９１】
図において、２０はテレビジョン画像信号、２１は画像信号の１フレーム／フィールド（１画面分）の画像情報を記憶する画像メモリ（記憶手段）、２２は入力されたテレビジョン画像信号２０における輝度レベルの最大値、最小値、平均値等の画像の特徴を検出する特徴検出手段、２３は光偏向器４００における平均ＯＮ率Ｐの算出手段である。この場合の平均ＯＮ率Ｐとは、表示画面が時間順次に表示される際の、所定期間における表示画面の平均的な光のＯＮの割合である。
【００９２】
２４は画質を調整するための画質調整手段、２５は光偏向器４００におけるミラー素子を駆動する際のＯＮ／ＯＦＦタイミングを発生するタイミング発生手段、２６はＣＲＴのビーム電流特性を補正する逆ガンマ補正テーブルである。
【００９３】
２７は光偏向器４００におけるミラー素子ごとにＯＮ／ＯＦＦタイミングを相違させるためのタイミングランダム化手段、２８は光偏向器４００におけるミラー素子を駆動するためのミラー駆動手段である。
【００９４】
２９は特徴検出手段２２および平均ＯＮ率算出手段２３からの出力に基づいて画質調整、シャッター駆動およびランプ駆動のための制御信号を出力する制御手段である。
【００９５】
３０はシャッター駆動手段、３１はランプ駆動手段、３２は画像の特徴を表す特徴信号、３３は光偏向器４００におけるＯＮ率Ｐを表すＯＮ率Ｐ信号、３４は画質調整手段２４に与えられる画質調整制御信号である。
【００９６】
以下、動作について説明する。
画像メモリ２１は、入力されるテレビジョン画像信号２０を１フレーム／フィールド（１画面分）単位のディジタル信号（画像データ）として記憶する。
【００９７】
画像メモリ２１に記憶された画像データは特徴検出手段２２および平均ＯＮ率算出手段２３に出力される。特徴検出手段２２では、入力された画像データにおける輝度レベルの最大値、最小値、平均値などの画像の特徴を検出する。
【００９８】
平均ＯＮ率算出手段２３では、入力された画像データにおける各画素の輝度レベルに対応する逆ガンマ補正のための係数を逆ガンマ補正テーブル２６より読み出して逆ガンマ補正を行い、その補正された画像データに基づいて光偏向器４００における平均ＯＮ率Ｐを算出する。
【００９９】
画質調整手段２４は、画像メモリ２１に記憶された画像データを読み出し、所望の画質になるように画像データの調整（補正）を行なう。その後、タイミング発生手段２５に画質調整後の画像データを出力する。
【０１００】
タイミング発生手段２５は、入力された画像データにおける各画素の輝度レベルに対応する逆ガンマ補正のための係数を逆ガンマ補正テーブル２６より読み出して逆ガンマ補正を行う。併せて、タイミング発生手段２５は、逆ガンマ補正された画像データに基づいて光偏向器４００に含まれる個々のミラー素子を”ＯＮ”状態とするタイミング信号を発生して出力する。
【０１０１】
タイミング発生手段２５から出力されたタイミング信号はタイミングランダム化手段２７に入力され、入力されたタイミング信号は画素間で異なるタイミングとなるように、時間軸上のシフト動作が施された新たなタイミング信号とされ、出力される。
【０１０２】
タイミングランダム化手段２７から出力された新たなタイミング信号は、ミラー駆動手段２８に入力される。ミラー駆動手段２８は、新たなタイミング信号に基づいて光偏向器４００に含まれるミラー素子を駆動するための駆動信号を光偏向器４００に出力し、ミラー素子が駆動される。
【０１０３】
制御手段２９には特徴信号３２および平均ＯＮ率Ｐ信号３３が入力され、制御手段２９は、これらの入力に基づいてシャッター駆動手段３０およびランプ駆動手段３１にそれぞれ制御信号を出力する。また、併せて、画質調整手段２４に画質調整制御信号３４を出力する。
【０１０４】
以上に説明したように、光学ユニット１００に含まれる光偏向器４００、光シャッター６およびランプ８がそれぞれ駆動される。
【０１０５】
以下、タイミングランダム化手段２７の動作について、図４を参照して、さらに詳細な説明を行う。
【０１０６】
図４は投写型表示装置の画面表示の一例とミラー素子との関係を示す説明図であり、図４（ａ）において、４０は表示画面、４１は表示画面４０の表示の一例として、表示画面４０の中央付近に表示された矩形の明るい部分である。４２は明るい部分４１の外側に表示されている、明るい部分４１よりも暗い部分である。
【０１０７】
また、図４（ｂ）に示すｍ１およびｍ２は、明るい部分４１と暗い部分４２との境界付近にあって、明るい部分４１に含まれる明るい画素である。ｍ３およびｍ４は、明るい部分４１と暗い部分４２との境界付近にあって、暗い部分４２に含まれる暗い画素である（明るい画素ｍ１およびｍ２は同じ明るさ、暗い画素ｍ３およびｍ４は同じ明るさをそれぞれ有するものとして説明する）。
【０１０８】
なお、ここにいう、明るいあるいは暗いとは、表示される画素の明るさを相互に比較した場合に、相対的に明るいものを明るい画素、暗いものを暗い画素と表現する。
【０１０９】
なお、ここでは、簡単のため、暗い画素ｍ３およびｍ４に対応するミラー素子１が”ＯＦＦ”の状態であり、明るい画素ｍ１およびｍ２に対応するミラー素子１が１画面期間においてミラー素子１が”ＯＮ”の状態である時間割合が５０％であるものと仮定する。
【０１１０】
図４（ｃ）および（ｄ）は、それぞれ明るい画素ｍ１およびｍ２に対応するミラー素子１に与える駆動状態の一例である（同図（ｃ）および（ｄ）においては、縦軸にそれぞれの画素を表示する投写光強度（相対値）、横軸に時間をとって表わしている）。
【０１１１】
Ｔ１およびＴ２は１画面期間の開始および終了時刻である。４３は１画面期間を表わし、もし、ミラー素子１がこの期間において”ＯＮ”状態にあれば、１画面期間においてミラー素子１が”ＯＮ”の状態である時間割合は１００％である。
【０１１２】
４４および４５、４６および４７はそれぞれ画素ｍ１、ｍ２に対応するミラー素子１の”ＯＮ”の状態である期間を表わす。
【０１１３】
この、図４（ｃ）および（ｄ）に示されたものは、上記仮定のように、それぞれ、ミラー素子１の”ＯＮ”の状態である期間（すなわち、期間４４と４５とを加算した期間、期間４６と４７とを加算した期間のそれぞれ）が１画面期間の５０％であるとする。
【０１１４】
ここにおける期間４４および４５、期間４６および４７は、図に示されるように与えられるタイミングが異なる。このような異なるタイミングを与えることは任意の２画素について同様に行われる。
【０１１５】
なお、ここでは図示するように、期間４４および４５、期間４６および４７のように１画面期間における２つの期間に分けられたもので与えられているが、必ずしもこれに限定されない（３つ以上の期間に分けられていても良い）。
【０１１６】
タイミングランダム化手段２７は、ミラー素子ごとにＯＮタイミングを変化させるものであるが、通常、１画面期間における画面は数十万個の画素（光偏向器４００のようなミラー素子１が２次元に配列される場合、画面を構成する画素は、このミラー素子１の総数に対応する）により表示される。
【０１１７】
従って、１画面期間内における平均ＯＮ率Ｐの時間変動が小さくできるものであれば、どのような期間あるいはタイミングの与え方でもよい。
【０１１８】
先に、ランプ８より出射した光を当該ランプ８に戻すように構成することにより入射光Ｌ１０の光強度を実質的に増加させることができることについて説明したが、以下では、更に定量的な側面から説明する。
【０１１９】
図５は、図２に示した光学ユニット１００の構成を光の伝達について表わした説明図である。図において、ａは反射板１０の反射率、ｎはビーム整形光学系１１の光伝達率、Ｐは光偏向器４００における平均ＯＮ率である。
【０１２０】
Ｋは、光偏向器４００のミラー素子１から出射したＯＦＦ光が、偏光変換素子５、液晶シャッター素子６およびミラー７を経由して、再度、光偏向器４００のミラー素子１に戻る割合である。このような液晶シャッター素子６を用いる場合、割合Ｋは液晶シャッター素子６による偏光角の変化を行うことで制御できる。
【０１２１】
Ｉ0は図２に示した出射光束１２の内、ランプ８の光源９が発光して出射する光強度（光源９に戻る光の強度が含まれない光源９から発生する光の強度）、Ｉ1は図２に示した出射光束１３の内、ランプ８の光源９が発光して出射する光束がビーム整形光学系１１を経由した光強度（光源９に戻る光の強度が含まれない光源９から発生した光のビーム整形光学系１１を経由した光の強度）である。
【０１２２】
光学ユニット１００の全体について考えると、光強度Ｉ1の内、平均ＯＮ率Ｐの割合に相当する光はＯＮ光Ｌ２０となり、光偏向器４００の後段の投写光学系によりスクリーンに投写される。
【０１２３】
平均ＯＮ率がＰであるとき、ＯＦＦ光Ｌ３０の割合は、１−Ｐで与えられ、先に説明した動作により、偏光変換素子５、液晶シャッター６およびミラー７により割合Ｋによって光偏向器４００のミラー素子１に戻る。
【０１２４】
なお、この場合、光偏向器４００のＯＦＦ状態にあるミラー素子１には、それ自身のＯＦＦ光が戻るように光学的な位置および配置が調整されるようにする。
【０１２５】
このように配置されることにより、先に説明した動作により、ＯＦＦ光は、ビーム整形光学系１１を介してランプ８の光源９の発光点近傍に戻ることになる。
【０１２６】
光強度Ｉ１である出射光束１３が光源９に戻る割合をｍとすると、平均ＯＮ率Ｐおよび割合Ｋを用いて次式によって表わされる。すなわち、
ｍ＝（１−Ｐ） × Ｋ
【０１２７】
図５（ｂ）は、ＯＦＦ光についての光の伝播を単純化した説明図である。光源９〜ミラー７に至る光学系をより単純化して捉えると、反射板１０およびミラー７をなにがしかの光の伝達係数が付加された２枚の対向ミラーを含む光学系として捉えることができ、それを図示したものである。
【０１２８】
図５（ｂ）において、５０は反射板１０に対応する反射率ａであるミラー、５１はミラー７に対応する反射率ｍ（先に述べた割合ｍと等価）であるミラーである。
【０１２９】
図５（ａ）に示した光学系における光は、図５（ｂ）に単純化して示した構成のように、ミラー５０および５１の間に挟まれたビーム整形光学系１１を介して、ミラー５０および５１の間で往復することになる。
【０１３０】
図５（ｂ）において、Iｒはミラー５０および５１の間をｒ回往復した光強度である。この光強度Iｒはミラー５０および５１の間におけるｒ回の光の伝播を考察することにより導出される。この際の光強度Iｒは以下の式（１）により表わされる（初項がI０・ｎ、公比がａ・ｍ・ｎ２である等比数列で表わされる）。
【０１３１】
【数１】
また、この光の往復による光強度Iは、光の往復回数ｒが無限回生じるものとして考察でき、上記式（１）の無限級数和を考察することにより式（２）のように得ることができる（初項がI０・ｎ、公比がａ・ｍ・ｎ２である無限級数和で表わされる）。
【０１３３】
【数２】
式（２）の両辺を光強度Ｉ１で割ることにより光強度Ｉの光強度Ｉ１に対する光の強度の増大率を式（３）のように求めることができる（なお、ｍ＝（１−Ｐ）・Ｋとした）。
【０１３５】
【数３】
式（３）において平均ＯＮ率Ｐを変数とし、割合Ｋを助変数（パラメータ）として考察した結果が図６である。
【０１３７】
図６において、横軸は平均ＯＮ率Ｐ、縦軸は光強度Ｉである。図において、曲線６０〜６３はミラー５０の反射率ａを０．９５、ビーム整形光学系１１の光伝達率を０．９として、割合Ｋをそれぞれ１．０、０．８、０．５、０．２と変化させた場合における光強度Ｉの変化を示したものである。また、６４はＯＦＦ光を光源９に戻さない場合の光強度Ｉを示している。
【０１３８】
６５は平均ＯＮ率Ｐが１００％である（すなわち、ＯＦＦ光がない場合）ときの光強度Ｉの点を示している。６６〜６８は割合Ｋを１として、平均ＯＮ率Ｐがそれぞれ約０．７５、０．３７５、０．０７５である場合の光強度Ｉの点を示している。
【０１３９】
６９は、点６８における光強度を液晶シャッター素子６を調整（光透過率を低下）して、割合Ｋを約０．６５まで低下させた場合の光強度Ｉの点を示している（光強度Ｉは平均ＯＮ率Ｐが１００％（平均ＯＮ率Ｐ＝１）のとき光強度Ｉ＝１となる相対強度で表わしてある）。
【０１４０】
曲線６０を参照すると理解できるように、光強度Ｉは平均ＯＮ率Ｐの増加と共に漸減する。そして、平均ＯＮ率Ｐが１００％である場合に光強度＝１となる（図６中の点６５）。
【０１４１】
平均ＯＮ率Ｐが１００％である場合に光強度＝１となる状況は、光偏向器４００への入射光の反射光の全てがＯＮ光となっている状態であり、この場合にはＯＦＦ光が存在しない（すなわち、光源９の発光点近傍に戻る光はない）。
【０１４２】
平均ＯＮ率Ｐが約０．３７５程度の場合、光強度Ｉは２となる（図６中の点６７）。この状況は、光源９の発光点近傍に戻るＯＦＦ光が再び光偏向器４００に入射する際の入射光の強度が、平均ＯＮ率Ｐが１００％である場合の２倍である状態である。
【０１４３】
さらに平均ＯＮ率Ｐが小さく、約０．０７５程度の場合、光強度Ｉは３．５となる（図６中の点６８）。この状況は、光源９の発光点近傍に戻るＯＦＦ光が再び光偏向器４００に入射する際の入射光の強度が、平均ＯＮ率Ｐが１００％である場合の３．５倍である状態である。
【０１４４】
忠実な画像表示を行うためには、理想的に、画面の明るさが決して変動しないことが望ましい。このような観点から、例えば、ＣＲＴ方式テレビジョンでは、通常の輝度レベルを超える高い平均輝度の画像については、ＣＲＴのビーム電流を制限して輝度を制限することが広く行われている。
【０１４５】
従って、プロジェクションテレビジョンのような投写型表示装置においても、通常の平均輝度レベルの画像を安定に表示することができれば、十分な性能を有すると考えることができる。
【０１４６】
このことは、図６において、平均ＯＮ率Ｐの所定値Ｑを境界とし、平均ＯＮ率Ｐが所定値Ｑ以下の場合には、概ね平均的な輝度の画像であるとし、割合Ｋを制御することにより光強度Ｉを２に安定化することができる。
【０１４７】
反対に、平均ＯＮ率Ｐが所定値Ｑより大きい場合には、割合Ｋを最大にすることにより、平均ＯＮ率Ｐに対する光強度Ｉの変化が図６に示された曲線６０に沿って緩やかに変化（制限）されるようにする。
【０１４８】
これにより、ＣＲＴ方式に類似した輝度の制限特性を得ることができる。なお、この場合の所定値Ｑの設定は、表示する画像の性質や、光強度Ｉを増大させたい程度に基づいて定めることができる。
【０１４９】
図３における制御手段２９には、平均ＯＮ率算出手段２３が出力する平均ＯＮ率Ｐ信号３３と、画像の特徴検出手段２２が出力する画像の特徴を示す各画素の輝度レベルの最大値Ｖｍａｘ、最小値Ｖｍｉｎ、平均値Ｖａｖｅを含む特徴信号３２とが入力される。
【０１５０】
制御手段２９は、予めその内部に保有する所定値Ｑの初期値Ｑ０と入力される各平均ＯＮ率Ｐ信号３３とを比較し、画像の特性に応じて各種の制御信号を出力する。
【０１５１】
平均ＯＮ率Ｐ信号３３に示された値が平均ＯＮ率Ｐの初期値よりも低い場合、液晶シャッター素子６を駆動するシャッター駆動手段３０を光強度Ｉが一定となるように割合Ｋを制御するための制御信号を出力する。
【０１５２】
併せて、特徴信号３２に含まれる各画素の輝度レベルの最大値Ｖｍａｘと最小値Ｖｍｉｎとの差の値が画像の最大輝度と最小輝度との幅の値に近い場合は、コントラストの大きな画像と判断し、先の所定値の初期値Ｑ０をこれよりも小さな所定値Ｑ１に変更する。
【０１５３】
この所定値Ｑ１への変更により、光強度Ｉの増大の程度を大きくするように画質調整手段２４に画像のコントラストを増加する制御信号を与える。
【０１５４】
なお、制御手段２９は各画素の輝度レベルの平均輝度レベルＶａｖｅを少なくとも数フィールドないし数フレーム期間に亙って保持するように構成する。そして、数フィールドないし数フレーム期間に亙って平均値輝度レベルＶａｖｅが小さいと判断される場合にはＯＦＦ光の発生が多いと判断し、割合Ｋを最大値近くの値に設定すると共に、ランプ駆動手段３１にランプ８の明るさを低下させるような制御信号を与える。
【０１５５】
平均輝度レベルＶａｖｅの値が非常に小さい場合は、図６に示した平均ＯＮ率Ｐが殆ど０である場合に相当する。従って、割合Ｋを最大に設定することにより、光強度Ｉを約４倍に増加することができる。
【０１５６】
この状態で、ランプ８から発生する光強度Ｉを半分に制御すると、光強度Ｉを２倍となるように制御することと等価となる。
【０１５７】
なお、これまでに説明した反射板１０の反射率ａ、ビーム整形光学系１１の光伝達率ｎ、光偏向器４００における平均ＯＮ率Ｐ、および割合Ｋのそれぞれの値は、光学系を構成する光学部品によってその数値が異なることは言うまでもない。
【０１５８】
光学系に用いる光学部品は種々の選択が可能であるが、例えば、割合Ｋの変化範囲については必ずしも１から０まで変化可能である必要はない。すなわち、図６に示す例では、割合Ｋの値がおおよそ０．６よりも大きければ光強度Ｉの増大率を２とすることが可能である。
【０１５９】
また、割合Ｋを大きくすることができないような場合には、一部のＯＦＦ光を液晶シャッター素子６に入射させ、他の一部のＯＦＦ光を高反射率のミラーによって反射させるようにすれば、割合Ｋを実質的に大きくとることができる。
【０１６０】
なお、液晶シャッター素子６の応答速度に関しては、数ｍ秒以内で動作可能なものが実用化されており、ビデオフィールド／フレーム時間（約１６／３２ｍｓｅｃ程度）ごとの割合Ｋの制御は可能である。
【０１６１】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２は上記実施の形態１に比して下記の特徴がある。なお、実施の形態１と同様の構成および動作についてはその説明を省略する。
【０１６２】
図７はこの発明の実施の形態２におけるプロジェクションテレビジョンのミラー素子およびＯＦＦ光反射器を説明するための説明図である。なお、ここでは簡単のため、単色光の光学系について説明する。なお、従来、あるいは実施の形態１のものと同一のものはその説明を省略する。
【０１６３】
図において、４１０は第２の光偏向器、３１は第２の光偏向器４１０の入射面、Ｌ１１は入射光、Ｌ２１はＯＮ光、Ｌ３１はＯＦＦ光である。Ｌ３１１は第２の光偏向器４１０から反射して、ＯＦＦ光Ｌ３１の方向に逆行する反射光である。
【０１６４】
Ｌ３１２は第２の光偏向器４１０から反射してＯＦＦ光Ｌ３１の方向に逆行しない反射光である（第２の光偏向器４１０からのＯＦＦ光）。第２の光偏向器４１０の構成および動作については、先に、図１１（ａ）を参照して説明したものと同様である。
【０１６５】
図示するように、入射光Ｌ３１は第２の光偏向器４１０の入射面に垂直な方向からθ傾斜して入射する。第２の光偏向器４１０のミラー素子が図中反時計周りにθ傾斜している場合（第２の光偏向器４１０のミラー素子がＯＮ状態）、入射光Ｌ３１に対する反射として反射光Ｌ３１１を生じる。
【０１６６】
第２の光偏向器４１０のミラー素子が図中時計周りにθ傾斜している場合には第２の光偏向器４１０の入射面に垂直な方向から時計周りに３θ傾斜した反射光Ｌ３１２を出射する（第２の光偏向器４１０のミラー素子がＯＦＦ状態）。
【０１６７】
従って、第２の光偏向器４１０のミラー素子のＯＮ状態にあるミラー素子の割合を制御することにより、入射光Ｌ３１に対する反射光Ｌ３１１の割合（すなわち、光源９に戻る光の割合）が制御できる。なお、第２の光偏向器４１０における反射光Ｌ３１２は黒マスク等で吸収される。
【０１６８】
ここで、第２の光偏向器４１０は光偏向器４００と同じ形状のものである必要はなく、例えば、入射光Ｌ３１の伝播する経路中に集光レンズ等の集光手段を設けることもできる。
【０１６９】
このようにすれば、第２の光偏向器４１０に含まれるミラー素子の数が少ない小型で安価なものを用いることができる。
【０１７０】
仮に、第２の光偏向器４１０に光偏向器４００と同様の形状のものを用いる場合を想定した場合、第２の光偏向器４１０に１％程度の欠陥素子が存在していても実用上の問題はない。
【０１７１】
第２の光偏向器４１０は、図３を参照して説明した光偏向器４００を駆動するタイミング発生手段２５、タイミングランダム化手段２７およびミラー駆動手段２８と同様な構成（図示しない）によって光偏向器４００と同様に駆動される。
【０１７２】
また、第２の光偏向器４１０は、スクリーンに投写される画像そのものに係わるものではないので、１フィールドあるいは１フレームの時間間隔毎にミラー素子のＯＮ状態、ＯＦＦ状態の切換りが行われれば良く、画素の表示に要求されるような高速な状態の切替は必要ない。
【０１７３】
本実施の形態２によれば、光偏向器４００からのＯＦＦ光が、偏光変換素子５および液晶シャッター素子６を往復する経路を辿らないので、光の損失が少ないため、光源９に戻る光の割合を実施の形態１のものよりも大きくすることが可能である。ここでは、実施の形態１における光反射器を第２の光偏向器４１０により構成したものである。すなわち、ここにおける光反射器は、光反射器の入射光を２つの方向に切替可能に反射するように構成され、光偏向器４００からの２つの方向のいずれか１の方向の反射光（ＯＦＦ光）が、入射光の方向に反射するように構成されている。
【０１７４】
また、第２の光偏向器４１０の光偏向器４００に対する相対的な配置精度に高精度を要求されない等の効果を奏することができる。
【０１７５】
実施の形態３．
図８は、この発明の実施の形態３における、カラー方式プロジェクションテレビジョンの光学系全体を表す構成図である。なお、本実施の形態３の説明においては、これまでの説明と同様の構成、動作についてはその説明を省略する。
【０１７６】
図において、２００は光学ユニット、８２は全反射プリズム、８３は全反射プリズム８２の反射面、８４は色分離プリズム（Dichroic Prism。色分解素子。白色光を複数色の光に分解する）、８５は色分離プリズム８４の赤色反射面、８６は色分離プリズム８４の青色反射面である。
【０１７７】
２１０Ｇ、２１０Ｒおよび２１０Ｂは、それぞれ、緑色、赤色および青色の光変調ユニットである。
【０１７８】
光変調ユニット２１０Ｇにおいて、４００Ｇは光偏向器、５Ｇは偏光変換素子、６Ｇは液晶シャッター素子、７Ｇはミラー、８１Ｇは光センサーである。
【０１７９】
１５Ｇは光偏向器４００Ｇの駆動信号、１６Ｇは液晶シャッター６Ｇの駆動信号、９０Ｇは光センサー８１Ｇの出力信号である。
【０１８０】
Ｌ１０Ｇは光変調ユニット２１０Ｇに入射する入射光（緑色）、Ｌ２０Ｇは光変調ユニット２１０Ｇから出射する出射光（緑色）である。
【０１８１】
同様に、光変調ユニット２１０Ｒにおいて、４００Ｒは光偏向器、５Ｒは偏光変換素子、６Ｒは液晶シャッター素子、７Ｒはミラー、８１Ｒは光センサーである。
【０１８２】
１５Ｒは光偏向器４００Ｒの駆動信号、１６Ｒは液晶シャッター６Ｒの駆動信号、９０Ｒは光センサー８１Ｒの出力信号である。
【０１８３】
Ｌ１０Ｒは光変調ユニット２１０Ｒに入射する入射光（赤色）、Ｌ２０Ｒは光変調ユニット２１０Ｒから出射する出射光（赤色）である。
【０１８４】
同様に、光変調ユニット２１０Ｂにおいて、４００Ｂは光偏向器、５Ｂは偏光変換素子、６Ｂは液晶シャッター素子、７Ｂはミラー、８１Ｂは光センサーである。
【０１８５】
１５Ｂは光偏向器４００Ｂの駆動信号、１６Ｂは液晶シャッター６Ｂの駆動信号、９０Ｂは光センサー８１Ｂの出力信号である。
【０１８６】
Ｌ１０Ｂは光変調ユニット２１０Ｂに入射する入射光（青色）、Ｌ２０Ｂは光変調ユニット２１０Ｂから出射する出射光（青色）である。
【０１８７】
Ｌ２０Ｃは緑、赤および青の各色の光変調ユニット２１０Ｇ、２１０Ｒおよび２１０Ｂの出射光Ｌ２０Ｇ、Ｌ２０ＲおよびＬ２０Ｂが合成された合成光である。なお、図８においては、合成光Ｌ２０Ｃの伝播方向の後段にある投写レンズおよびスクリーンは図示していない。
【０１８８】
Ｌ１０Ｃはビーム整形光学系１１の出射光であり、緑、赤および青の各色の光を含む出射光束である（白色光束）。
【０１８９】
出射光束Ｌ１０Ｃは全反射プリズム８２に入射し、図示するように、反射面８３において全反射することにより色分離プリズム８４に入射する。
【０１９０】
色分離プリズム８４の内部には、赤色および青色をそれぞれ反射する誘電体膜等により形成された、赤色反射面８５および青色反射面８６が設けられている。色分離プリズム８４に入射した出射光束Ｌ１０Ｃは、各光変調ユニット２１０Ｇ、２１０Ｒおよび２１０Ｂに入射する入射光Ｌ１０Ｇ、Ｌ１０ＲおよびＬ１０Ｂに分解される。
【０１９１】
ビーム整形光学系１１より出射する出射光束Ｌ１０Ｃは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の、いわゆる３原色の光成分を含んでいる。この出射光束Ｌ１０Ｃは全反射プリズム８２に入射し、この全反射プリズム８２内に設けられた反射面８３において全反射し、図中下方に屈曲される。
【０１９２】
屈曲された出射光束Ｌ１０Ｃは、色分離プリズム８４に入射する。色分離プリズム８４の内部には赤色の光を反射する赤色反射面８５および青色の光を反射する青色反射面８６が設けられている。
【０１９３】
従って、色分離プリズム８４に入射した出射光束Ｌ１０Ｃに含まれる赤色の光は赤色反射面８５において反射し、図中の左方向に反射され、赤色の光変調ユニット２１０Ｒに入射する（入射光Ｌ１０Ｒ）。
【０１９４】
また、同様に、色分離プリズム８４に入射した出射光束Ｌ１０Ｃに含まれる青色の光は青色反射面８６において反射し、図中の右方向に反射され、青色の光変調ユニット２１０Ｂに入射する（入射光Ｌ１０Ｂ）。
【０１９５】
出射光束Ｌ１０Ｃに含まれる緑色の光は、赤色反射面８５および青色反射面８６のいずれでも反射されることはないので、図中の下方に伝播し、緑色の光変調ユニット２１０Ｇに入射する（入射光Ｌ１０Ｇ）。
【０１９６】
光変調ユニット２１０Ｒに入射した入射光Ｌ１０Ｒは光偏向器４００Ｒに入射し、これまでに説明した光偏向器４００と同様の動作によって、ＯＮ光（出射光Ｌ２０Ｒに相当）およびＯＦＦ光Ｌ３０Ｒを生じる。
【０１９７】
出射光Ｌ２０Ｒは光変調ユニット２１０Ｒの出射光として色分離プリズム８４に入射し、色分離プリズム８４内部に設けられた赤色反射面８５により、図中の上方に反射される（合成光Ｌ２０Ｃの赤色の光成分となる）。
【０１９８】
ＯＦＦ光Ｌ３０Ｒは偏向変換素子５Ｒ、液晶シャッター素子６Ｒおよびミラー７Ｒにより、これまでに説明した偏向変換素子５、液晶シャッター素子６およびミラー７と同様の動作によって、入射光Ｌ１０Ｒが入射してきた経路と逆の経路を辿って光源９の発光点まで戻る。
【０１９９】
光源９に戻った光は、反射板１０により反射され、再び、光変調ユニット２１０Ｒに入射し、同様の経過を繰り返す。
【０２００】
光変調ユニット２１０Ｂに入射した入射光Ｌ１０Ｂは光偏向器４００Ｂに入射し、これまでに説明した光偏向器４００と同様の動作によって、ＯＮ光（出射光Ｌ２０Ｂに相当）およびＯＦＦ光Ｌ３０Ｂを生じる。
【０２０１】
出射光Ｌ２０Ｂは光変調ユニット２１０Ｂの出射光として色分離プリズム８４に入射し、色分離プリズム８４内部に設けられた青色反射面８６により、図中の上方に反射される（合成光Ｌ２０Ｃの青色の光成分となる）。
【０２０２】
ＯＦＦ光Ｌ３０Ｂは偏向変換素子５Ｂ、液晶シャッター素子６Ｂおよびミラー７Ｂにより、これまでに説明した偏向変換素子５、液晶シャッター素子６およびミラー７と同様の動作によって、入射光Ｌ１０Ｂが入射してきた経路と逆の経路を辿って光源９の発光点まで戻る。
【０２０３】
光源９に戻った光は、反射板１０により反射され、再び、光変調ユニット２１０Ｂに入射し、同様の経過を繰り返す。
【０２０４】
光変調ユニット２１０Ｇに入射した入射光Ｌ１０Ｇは光偏向器４００Ｇに入射し、これまでに説明した光偏向器４００と同様の動作によって、ＯＮ光（出射光Ｌ２０Ｇに相当）およびＯＦＦ光Ｌ３０Ｇを生じる。
【０２０５】
出射光Ｌ２０Ｇは光変調ユニット２１０Ｇの出射光として色分離プリズム８４に入射するが、赤色反射面８５および青色反射面８６によっては反射されずに直進し、図中の上方に透過する（合成光Ｌ２０Ｃの緑色の光成分となる）。
【０２０６】
ＯＦＦ光Ｌ３０Ｇは偏向変換素子５Ｇ、液晶シャッター素子６Ｇおよびミラー７Ｇにより、これまでに説明した偏向変換素子５、液晶シャッター素子６およびミラー７と同様の動作によって、入射光Ｌ１０Ｇが入射してきた経路と逆の経路を辿って光源９の発光点まで戻る。
【０２０７】
光源９に戻った光は、反射板１０により反射され、再び、光変調ユニット２１０Ｇに入射し、同様の経過を繰り返す。
【０２０８】
以上より、出射光Ｌ２０Ｒ、Ｌ２０ＢおよびＬ２０Ｇは、全反射プリズム８２に入射する。これらの出射光Ｌ２０Ｒ、Ｌ２０ＢおよびＬ２０Ｇは反射面８３における全反射条件を満足しないため、当該反射面８３において反射されずに透過し、合成光Ｌ２０Ｃとして全反射プリズム８２より出射する。
【０２０９】
この出射した合成光Ｌ２０Ｃは、図示しない、後段の投写光学系を介してスクリーンに投写される。
【０２１０】
なお、光変調ユニット２１０Ｒ、２１０Ｂおよび２１０Ｇのそれぞれに光センサ８１Ｒ、８１Ｂおよび８１Ｇを設けて、ＯＦＦ光Ｌ３０Ｒ、Ｌ３０ＢおよびＬ３０Ｇの一部の光を受光させそれぞれの光センサの出力である出力信号９０Ｒ、９０Ｂおよび９０Ｇから各ＯＦＦ光の強度のモニターを行うように構成してもよい。
【０２１１】
このように構成することで、光源９の発光点近傍に戻るＯＦＦ光の各色の割合を検知することができる。すなわち、それぞれ出力信号９０Ｒ、９０Ｂおよび９０Ｇに基づいて、液晶シャッター素子６Ｒ、６Ｂおよび６Ｇを用いて光源９の近傍に戻る各色の光の割合を変化させ、基本的に白色光が戻るように構成することが可能である。
【０２１２】
図９はこの発明の実施の形態３におけるプロジェクションテレビジョンの信号処理を行う信号処理装置をあらわす機能ブロック図である。
【０２１３】
図において、２０Ｃはカラーテレビジョン画像信号、２１Ｃは画像メモリ、２２Ｃは画像の特徴検出手段、２３Ｃは各色光のミラー素子の平均ＯＮ率Ｐの算出手段である。
【０２１４】
２４Ｃは画質調整手段、２９Ｃは制御手段、３００Ｇ、３００Ｒおよび３００Ｂは各々緑色、赤色および青色の信号処理手段である。
【０２１５】
信号処理手段３００Ｇの構成において、２５Ｇは光偏向器４００Ｇのミラー素子に与えるＯＮ／ＯＦＦタイミングを発生するタイミング発生手段、２６ＧはＣＲＴのビーム電流特性を表す逆ガンマ補正テーブルである。
【０２１６】
２７Ｇはミラー素子ごとにＯＮ／ＯＦＦタイミングを相違させるタイミングランダム化手段、２８Ｇはミラー素子を駆動する駆動信号を出力する駆動手段、３０Ｇは液晶シャーター６Ｇを駆動する駆動信号を出力する駆動手段である。
【０２１７】
以下、信号処理手段３００Ｇの動作について説明する。なお、信号処理手段３００Ｒおよび３００Ｂの構成および動作は基本的に信号処理手段３００Ｇと同様であるので、以下、説明を省略する。
【０２１８】
画像メモリ２１Ｃは、入力されるカラーテレビジョン信号２０Ｃを１フレーム／フィールド（１画面分）単位のディジタル信号（画像データ）として記憶する。
【０２１９】
画像メモリ２１Ｃに記憶された画像データは特徴検出手段２２Ｃおよび平均ＯＮ率算出手段２３Ｃに出力される。特徴検出手段２２Ｃでは、入力された画像データにおける輝度レベルの最大値、最小値、平均値などの画像の特徴を検出する。
【０２２０】
平均ＯＮ率検出手段２３Ｃでは、入力された画像データにおける各がその輝度レベルに対応する逆ガンマ補正のための係数を逆ガンマ補正テーブル２６Ｇより読み出して逆ガンマ補正を行い、その補正された画像データに基づいて光偏向器４００Ｇにおける平均ＯＮ率Ｐｇを算出する（信号処理手段３００Ｒおよび３００Ｂにおいては、それぞれ平均ＯＮ率ＰｒおよびＰｂが算出される）。
【０２２１】
画質調整手段２４Ｃは、画像メモリ２１Ｃに記憶された画像データを読み出し、所望の画質になるように画像データの調整（補正）を行なう。その後、タイミング発生手段２５Ｇに画質調整後の画像データを出力する。
【０２２２】
タイミング発生手段２５は、入力された画像データにおける各がその輝度レベルに対応する逆ガンマ補正のための係数を逆ガンマ補正テーブル２６Ｇより読み出して逆ガンマ補正を行う（信号処理手段３００Ｒおよび３００Ｂにおいては、それぞれ逆ガンマ補正テーブル２６Ｒおよび２６Ｂより係数を読み出し逆ガンマ補正を行う）。
【０２２３】
併せて、タイミング発生手段２５Ｇは、逆ガンマ補正された画像データに基づいて光偏向器４００Ｇに含まれる個々のミラー素子を”ＯＮ”状態とするタイミング信号を発生して出力する（信号処理手段３００Ｒおよび３００Ｂにおいては、それぞれタイミング発生手段２５Ｒおよび２５Ｂよりタイミング信号が出力される）。
【０２２４】
タイミング発生手段２５Ｇから出力されたタイミング信号はタイミングランダム化手段２７Ｇに入力され、入力されたタイミング信号は画素間で異なるタイミングとなるように、時間軸上のシフト動作が施された新たなタイミング信号とされ、出力される（信号処理手段３００Ｒおよび３００Ｂにおいては、それぞれタイミングランダム化手段２７Ｒおよび２７Ｂにより新たなタイミング信号が出力される）。
【０２２５】
タイミングランダム化手段２７Ｇから出力された新たなタイミング信号は、ミラー駆動手段２８Ｇに入力される。ミラー駆動手段２８Ｇは、新たなタイミング信号に基づいて光偏向器４００Ｇに含まれるミラー素子を駆動するための駆動信号を光偏向器４００Ｇに出力し、ミラー素子が駆動される（信号処理手段３００Ｒおよび３００Ｂにおいては、新たなタイミング信号が、それぞれミラー駆動手段２８Ｒおよび２８Ｂに入力され、光偏向器４００Ｒおよび４００Ｂのミラー素子が駆動される）。
【０２２６】
制御手段２９Ｃには特徴信号３２Ｃおよび平均ＯＮ率Ｐｇ信号３３Ｃが入力され、制御手段２９Ｃは、これらの入力に基づいてシャッター駆動手段３０Ｇおよびランプ駆動手段３１Ｇにそれぞれ制御信号を出力する。また、併せて、画質調整手段２４Ｃに画質調整制御信号３４Ｃを出力する（信号処理手段３００Ｒおよび３００Ｂにおいては、制御手段２９Ｃから、シャッター駆動手段３０Ｒおよび３０Ｂ、ランプ駆動手段３１Ｒおよび３１Ｂにそれぞれ制御信号が出力される）。
【０２２７】
以上に説明したように、光学ユニット２００に含まれる光偏向器４００Ｇ、４００Ｒおよび４００Ｂ、光シャッター６Ｇ、６Ｒおよび６Ｂおよびランプ８がそれぞれ駆動される。
【０２２８】
また、光変調ユニット２１０Ｇ、２１０Ｒおよび２１０Ｂのそれぞれに光センサ８１Ｇ、８１Ｒおよび８１Ｂを設ける場合には、これら光センサ８１Ｇ、８１Ｒおよび８１Ｂより出力される出力信号９０Ｇ、９０Ｒおよび９０Ｂに基づき、先に説明したように液晶シャッター素子６Ｇ、６Ｒおよび６Ｂを用いて光源９の近傍に戻る各色の光の割合を変化させる。
【０２２９】
このように構成することで、光源９の発光点近傍に戻るＯＦＦ光の各色の割合を検出し、基本的に白色光が戻るように構成することが可能である。
【０２３０】
ＯＦＦ光の再利用による光束の増加割合は各色について本発明実施の形態１の説明における式（３）を適用することで予測できる。
【０２３１】
図１０は、式（３）により各色の光束を算出した結果を図示したもので、横軸は平均ＯＮ率Ｐｇ、ＰｒおよびＰｂ（それぞれ、Ｐｇは緑色光に対応、Ｐｒは赤色光に対応およびＰｂは青色光に対応する平均ＯＮ率）、縦軸は光強度Iｇ、ＩｒおよびＩｂ（それぞれ、Ｉｇは緑色光に対応、Ｉｒは赤色光に対応およびＩｂは青色光に対応する光強度）である。
【０２３２】
曲線６０から曲線６３は、簡単化のために各色一律で反射板１０の反射率ａが０．９５、ビーム整形光学系１１の光伝達率ｎが０．９０の条件下における、割合Ｋの値を各々１．０、０．８、０．５、０．２に変化させた場合の光強度Ｉｇ、ＩｒおよびＩｂの変化特性を示す曲線である。また、６４はＯＦＦ光を光源９に戻さない場合の光強度を示している。
【０２３３】
６５は平均ＯＮ率Ｐｇ、ＰｒおよびＰｂが１００％である。（すなわち、ＯＦＦ光がない場合）ときの光強度Ｉｇ、ＩｒおよびＩｂの点を示している。また、軸９２および９３は、２種の異なる画像信号の例について各色の平均ＯＮ率を検出した結果を表示したものである。
【０２３４】
軸９２に示す例においては、どの色も平均ＯＮ率は小さく緑色の平均ＯＮ率Ｐｇについて見れば、割合Ｋが１．０の場合は、それぞれ点９４が示すレベルの光強度まで増加できるので、割合Ｋを制御することにより全ての色について、光強度の増加率を２に合わせることができる。
【０２３５】
一方、軸９３に示す例においては、緑色の平均ＯＮ率Ｐｇが大きいので光強度は点９５に示すレベルまでしか増加できない。すなわち、他の色（赤、青）である、例えば青色の平均ＯＮ率Ｐｂについても、単独では点９７に示すレベルまで光強度を増大できるのであるが、緑色と同じレベルの点９８に示すレベルに一致させるように調整する。これにより、表示画像の色合いを正しく表示することができる。
【０２３６】
図９における制御手段２９Ｃは、平均ＯＮ率算出手段２３Ｃが出力する各色の平均ＯＮ率信号３３Ｃと、特徴検出手段２２Ｃが画像の特徴として出力する輝度の最大値Ｖｍａｘ（画像の輝度の最大値）、最小値Ｖｍｉｎ（画像の輝度の最小値）および平均値Ｖａｖｅ（画像の輝度の平均値）と、各光センサー８１Ｇ、８１Ｂおよび８１Ｒに対応して出力される出力信号９０Ｇ、９０Ｂ，９０Ｒとを入力し、これらの組み合わせおよび時間変化により以下に述べる制御を行う。
【０２３７】
すなわち、制御手段２９Ｃは、入力された各色の平均ＯＮ率Ｐｇ、ＰｒおよびＰｂ、光学部品から定まる、反射板１０の反射率ａ、ビーム整形光学系１１の光伝達率ｎ、平均ＯＮ率Ｐおよび割合Ｋの具体値を基に、式（３）により最大の光強度の増大率Ｇｇ、ＧｒおよびＧｂを算出する。ここで、増大率Ｇｇ、ＧｒおよびＧｂの内、最小のものをＧｍｉｎとする。
【０２３８】
例えば、制御手段２９Ｃは増大率の初期値（上限値）をＧｌｉｍとして、値２が設定されているものとして、増大率の最小値Ｇｍｉｎが増大率の初期値Ｇｌｉｍ未満である場合は全ての色の光の増大率がＧｍｉｎとなるように光シャッター素子６Ｇ、６Ｂおよび６Ｒを駆動して割合Ｋを制御する。
【０２３９】
増大率の最小値Ｇｍｉｎが増大率の初期値Ｇｌｉｍを超える場合は全ての色の光の増大率がＧｌｉｍとなるように光シャッター素子６Ｇ、６Ｂおよび６Ｒを駆動して割合Ｋを制御する。
【０２４０】
なお、増大率の最小値Ｇｍｉｎが増大率の初期値Ｇｌｉｍを超える場合において、輝度の最大値Ｖｍａｘと輝度の最小値Ｖｍｉｎとの差が画像の最大変化幅近傍まで大きい場合は高いコントラストを有する画像と判断して、増大率の初期値Ｇｌｉｍを増大率の最小値Ｇｍｉｎより大きい値に変更する。
【０２４１】
これにより増大率の上限を大きくすると共に、画質調整手段２４Ｃを制御して画像のコントラストが大きくなるように画質調整を行う。
【０２４２】
さらに、制御手段２９Ｃは輝度の平均値Ｖａｖｅを少なくとも数フィールド（あるいは数フレーム）の期間分保持し、フィールド（あるいはフレーム）に亙って連続して平均の輝度が小さい場合にはＯＦＦ光が多いものと判断する。
【０２４３】
そして、各色の割合Ｋを最大値付近まで大きく設定するとともに、ランプ駆動手段３１を制御してランプ８の明るさを低下させる。
【０２４４】
また、輝度の平均値Ｖａｖｅが小さい場合には、平均ＯＮ率Ｐｇ、ＰｒおよびＰｂのいずれもが０付近まで小さい場合に相当する。従って、各色の光に対応する割合Ｋを最大にすることにより、光の増大率をおよそ４倍とすることができる。
【０２４５】
なお、この条件の場合において、例えば、ランプ８が発生する光の強度を半分にすることにより、光の増大率を２倍とすることもできる。
【０２４６】
一般的に、カラー映像を表示する場合の色バランスが崩れていると、本来白色で表示されるべきものが着色して表示される問題がある。ところで、本実施の形態による制御手段２９Ｃにおいては、平均ＯＮ率Ｐｇ、ＰｒおよびＰｂに対応して光強度Ｉｇ、ＩｒおよびＩｂをそれぞれ独立して設定することもできる。
【０２４７】
従って、例えば、光学部品の光学特性のバラツキがある場合や経時変化により光学特性にバラツキが生じた場合などの、色バランスが崩れてしまった場合に、本来の色バランスとなるように調整することもできる。
【０２４８】
例えば、まず、テレビジョンの起動時のミュート状態である黒画面を表示している期間において各色に対応する割合Ｋ（ＯＦＦ光反射率）を最大にしておき、光センサー８１Ｇ、８１Ｒおよび８１Ｂからの出力信号９０Ｇ、９０Ｒおよび９０Ｂを制御手段２９Ｃに与える。
【０２４９】
制御手段２９Ｃでは、出力信号９０Ｇ、９０Ｒおよび９０Ｂに基づいて色バランスを判断し、本来の色バランスとなるように各色の光強度が所定の比率となるように液晶シャッター素子６Ｇ、６Ｒおよび６Ｂに与える制御信号を調整する。これにより、各色の光強度の割合を変化することができ、従って色バランスを調整することができる。
【０２５０】
なお、ＯＦＦ光を光源９に戻すための構成として、偏光変換素子、液晶シャッター素子およびミラーの組合せによる構成は、実施の形態２において説明したような光偏向器４１０を用いてもよく、このようにすることによって装置の構成が簡略化される。
【０２５１】
さらに、各色に対応する平均ＯＮ率Ｐｇ、ＰｒおよびＰｂに対する光強度Ｉｇ、ＩｒおよびＩｂをルックアップテーブルや所定の関数式により求め、フィールドあるいはフレームに亙って光強度Ｉｇ、ＩｒおよびＩｂを予測するように構成してもよい。
【０２５２】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【０２５３】
この発明に係る光源装置は、ランプと、受光した前記ランプの出射光の進行方向に垂直な面内における光強度分布を均一化する光均一化素子を含むビーム整形光学系と、受光した前記ビーム整形光学系の出射光をスクリーンに向けて光が投射される方向であるＯＮ光の方向、またはＯＦＦ光の方向に反射する光偏向器と、前記ＯＦＦ光の方向の反射光を該ＯＦＦ光の方向に沿って反射する光反射器とを有することを特徴とするので、光偏向器で生じるＯＦＦ光の方向の反射光をランプに戻すことができ、光の利用効率を高めることができる。
【０２５４】
また、光反射器は、該光反射器に入射する光の偏光方向を揃える偏光変換素子と、該偏光変換素子の透過光を受光する液晶シャッター素子と、該液晶シャッター素子の透過光を反射するミラーとを有することを特徴とするので、光反射器からの反射光量の制御が可能となる。
【０２５５】
また、光反射器は、該光反射器の入射光を２つの方向に切替可能に反射するように構成され、前記２つの方向のいずれか１の方向の反射光が前記入射光の方向に反射することを特徴とするので、光反射器からの反射光量の制御が簡単な構成で可能となる。
【０２５６】
また、２次元的な光のＯＮ、ＯＦＦにより構成される表示画面が時間順次に表示される際の、所定期間における前記表示画面の平均的な前記光のＯＮの割合を算出する平均ＯＮ率算出手段と、該平均ＯＮ率算出手段から出力される前記光のＯＮの割合に基づいて、ランプ、光偏向器および光反射器の駆動状態をそれぞれ制御する制御手段とを有することを特徴とするので、通常の平均輝度レベルの画像を安定に表示することができる。
【０２５７】
また、光センサをさらに備えて該光センサの出力信号を制御手段に入力するように構成したことを特徴とするので、光出力の安定性を確保することが可能である。
【０２５８】
また、制御手段は、所定値と算出された平均ＯＮ率とを比較し、その比較結果に応じて光反射器からの反射光量を制御することを特徴とするので、表示画像に応じて当該表示画像の明るさを安定に制御することができる。
【０２５９】
また、表示画面の輝度値に基づいて求められる当該表示画面の特徴量に対応して制御手段に予め設定された所定値を変更することを特徴とするので、表示画像の特徴として例えばコントラストの高い表示画像を得ることができる。
【０２６０】
この発明に係る光源装置は、白色光を発光するランプと、受光した前記ランプの出射光の進行方向に垂直な面内における光強度分布を均一化する光均一化素子を含むビーム整形光学系と、該ビーム整形光学系の出射光を複数色に分解する色分解素子と、受光した前記色分解素子の出射光をスクリーンに向けて光が投射される方向であるＯＮ光の方向、またはＯＦＦ光の方向に切替可能に反射する前記複数色の各色毎に設けられた光偏向器と、該光偏向器に対応して設けられた前記ＯＦＦ光の方向の反射光を該ＯＦＦ光の方向に沿って反射する光反射器とを有することを特徴とするので、カラーの表示画像を得るに際し、例えばランプの光強度を増加させずに表示画像の明るさを確保することができる。
【０２６１】
また、複数色毎に対応する２次元的な光のＯＮ、ＯＦＦにより構成される表示画面が時間順次に表示される際の、所定期間における前記表示画面の平均的な前記光のＯＮの割合を前記複数色毎に算出する平均ＯＮ率算出手段と、該平均ＯＮ率算出手段から出力される前記複数色毎の前記光のＯＮの割合に基づいて、ランプ、光偏向器および光反射器の駆動状態をそれぞれ制御する制御手段とを有することを特徴とするので、表示画像の明るさを安定にすることができる。
【０２６２】
また、複数色の各色毎に光センサをさらに備えて該光センサの各出力信号を制御手段に入力するように構成したことを特徴とするので、光出力の安定性を確保することが可能である。
【０２６３】
また、制御手段は、複数色に対応して増大率を算出し、算出された各色毎の前記増大率と予め設定された所定値とを比較して、前記各色毎の前記増大率が前記所定値未満である場合には光反射器の増大率が前記各色毎の前記増大率の最小値となるように光反射器の反射光量を制御し、前記各色毎の前記増大率が前記所定値以上である場合には光反射器の増大率が前記所定値となるように光反射器の反射光量を制御するように構成されたことを特徴とするので、表示画像に応じて当該表示画像の明るさを安定に制御することができる。
【０２６４】
また、表示画面の輝度値に基づいて求められる当該表示画面の特徴量に対応して制御手段に予め設定された所定値を変更することを特徴とするので、表示画像の特徴として例えばコントラストの高い表示画像を得ることができる。
【０２６５】
また、複数色の各色毎に光反射器の反射光量を制御するように構成したことを特徴とするので、表示画像の色合いを正しく保つことができる。
【０２６６】
この発明に係るプロジェクションテレビジョンは、上記のいずれかの光源装置を含むことを特徴とするので、表示画像の明るさが安定な表示画像を得ることや表示画像の色合いを正しく保つことができるプロジェクションテレビジョンを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１におけるプロジェクションテレビジョンのミラー素子の光路および、近傍の光学要素を示す図である。
【図２】 この発明の実施の形態１におけるプロジェクションテレビジョンの光学要素をあらわす構成図である。
【図３】 この発明の実施の形態１におけるプロジェクションテレビジョンの信号処理をあらわす機能ブロック図である。
【図４】 この発明の実施の形態１におけるプロジェクションテレビジョンの画面表示の例、および表示画素の拡大図である。
【図５】 この発明の実施の形態１におけるプロジェクションテレビジョンの光学要素の各要素について光伝達率を示す図である。
【図６】 この発明の実施の形態１におけるプロジェクションテレビジョンの制御手段が反射型光変調素子の入射光束量Ｉを制御する動作を示す図である。
【図７】 この発明の実施の形態２におけるプロジェクションテレビジョンのミラー素子の光路および、近傍の光学要素を示す図である。
【図８】 この発明の実施の形態３におけるプロジェクションテレビジョンの光学要素をあらわす機能ブロック図である。
【図９】 この発明の実施の形態３におけるプロジェクションテレビジョンの信号処理をあらわす機能ブロック図である。
【図１０】 この発明の実施の形態３におけるプロジェクションテレビジョンの制御手段が反射型光変調素子の入射光束量Ｉを制御する動作を示す図である。
【図１１】 反射型光変調素子を構成する単位ミラー素子の光路を示す図である。
【符号の説明】
１ 反射型光変調素子、５ 偏光変換手段、６，６Ｇ，６Ｒおよび６Ｂ 光シャッター、７，７Ｇ，７Ｒおよび７Ｂ ＯＦＦ光反射手段、８ ランプ、９ 光源、１０ 反射板、１１ 光学要素、２２および２２Ｃ 特徴検出手段、２３および２３Ｃ ＯＮ率算出手段、２７ 駆動タイミングランダム化手段、２９および２９Ｃ 制御手段、３０，３０Ｇ，３０Ｒおよび３０Ｂ 光シャッター駆動手段、３１ ランプ駆動手段、８１Ｇ，８１Ｒおよび８１Ｂ 光センサー、８４ 色分離手段、４Ｇ，４Ｒおよび４Ｂ 原色光の反射型光変調素子。
Claims (14)
- ランプと、
受光した前記ランプの出射光の進行方向に垂直な面内における光強度分布を均一化する光均一化素子を含むビーム整形光学系と、
受光した前記ビーム整形光学系の出射光をスクリーンに向けて光が投射される方向であるＯＮ光の方向、またはＯＦＦ光の方向に切替可能に反射する光偏向器と、
前記ＯＦＦ光の方向の反射光を該ＯＦＦ光の方向に沿って反射する光反射器とを有することを特徴とする光源装置。 - 光反射器は、
該光反射器に入射する光の偏光方向を揃える偏光変換素子と、
該偏光変換素子の透過光を受光する液晶シャッター素子と、
該液晶シャッター素子の透過光を反射するミラーとを有することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。 - 光反射器は、
該光反射器の入射光を２つの方向に切替可能に反射するように構成され、前記２つの方向のいずれか１の方向の反射光が前記入射光の方向に反射することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。 - ２次元的な光のＯＮ、ＯＦＦにより構成される表示画面が時間順次に表示される際の、所定期間における前記表示画面の平均的な前記光のＯＮの割合を算出する平均ＯＮ率算出手段と、
該平均ＯＮ率算出手段から出力される前記光のＯＮの割合に基づいて、ランプ、光偏向器および光反射器の駆動状態をそれぞれ制御する制御手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。 - 光センサをさらに備えて該光センサの出力信号を制御手段に入力するように構成したことを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
- 制御手段は、所定値と算出された平均ＯＮ率とを比較し、その比較結果に応じて光反射器からの反射光量を制御することを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
- 表示画面の輝度値に基づいて求められる当該表示画面の特徴量に対応して制御手段に予め設定された所定値を変更することを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
- 白色光を発光するランプと、
受光した前記ランプの出射光の進行方向に垂直な面内における光強度分布を均一化する光均一化素子を含むビーム整形光学系と、
該ビーム整形光学系の出射光を複数色に分解する色分解素子と、
受光した前記色分解素子の出射光をスクリーンに向けて光が投射される方向であるＯＮ光の方向、またはＯＦＦ光の方向に切替可能に反射する前記複数色の各色毎に設けられた光偏向器と、
該光偏向器に対応して設けられた前記ＯＦＦ光の方向の反射光を該ＯＦＦ光の方向に沿って反射する光反射器とを有する光源装置。 - 複数色毎に対応する２次元的な光のＯＮ、ＯＦＦにより構成される表示画面が時間順次に表示される際の、所定期間における前記表示画面の平均的な前記光のＯＮの割合を前記複数色毎に算出する平均ＯＮ率算出手段と、
該平均ＯＮ率算出手段から出力される前記複数色毎の前記光のＯＮの割合に基づいて、ランプ、光偏向器および光反射器の駆動状態をそれぞれ制御する制御手段とを有することを特徴とする請求項８に記載の光源装置。 - 複数色の各色毎に光センサをさらに備えて該光センサの各出力信号を制御手段に入力するように構成したことを特徴とする請求項８に記載の光源装置。
- 制御手段は、複数色に対応して増大率を算出し、算出された各色毎の前記増大率と予め設定された所定値とを比較して、
前記各色毎の前記増大率が前記所定値未満である場合には光反射器の増大率が前記各色毎の前記増大率の最小値となるように光反射器の反射光量を制御し、
前記各色毎の前記増大率が前記所定値以上である場合には光反射器の増大率が前記所定値となるように光反射器の反射光量を制御するように構成されたことを特徴とする請求項１０に記載の光源装置。 - 表示画面の輝度値に基づいて求められる当該表示画面の特徴量に対応して制御手段に予め設定された所定値を変更することを特徴とする請求項１１に記載の光源装置。
- 複数色の各色毎に光反射器の反射光量を制御するように構成したことを特徴とする請求項１１に記載の光源装置。
- 請求項１乃至１３に記載のいずれかの光源装置を含むことを特徴とするプロジェクションテレビジョン。
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