JP5191741B2 - 投写型画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、プロジェクタ等の投写型画像表示装置に関し、特に、表示デバイスに入射する光量を絞りにより制御することにより、高コントラストの表示画像を得るように構成された投写型画像表示装置に関する。

投写型表示装置や直視型液晶表示装置として、光源(以下ランプと称する)より射出された光を、透過型または反射型の光変調作用を有する表示デバイスで空間的に変調して映像を表示する画像表示装置が知られている。このような光変調作用を有する表示デバイスを用いた画像表示装置においては、ＣＲＴなどの自発光型表示素子を用いた画像表示装置と比較した場合、暗部のいわゆる黒浮きが問題であった。黒浮きとは、照明を消した真っ暗な環境で、黒表示の画素が明るい状態に映る現象である。

そこで、この黒浮きを抑制し、表示画像のコントラストを改善する方法の一つとして、入力映像のシーンに応じて、ランプの発光輝度や、ランプから表示デバイスへの光路上に配置した絞りを動的に変化させ、表示デバイスへ入射する光量を制御する方法が提案されている。例えば特許文献１に、その方法が開示されている。

特許文献１には、入力映像信号の特徴を検出し、それに応じてランプ電力を制御することで、コントラストを改善することが開示されている。また、入力映像信号に対応してランプ電力を変化させるのに伴い、ランプの温度を信頼性が確保できる範囲に保つために、冷却ファンの回転数を制御している。
特開平１１−３３７８９７号公報

近年、民生用機器についてコントラスト改善の要望は高まり、投写型画像表示装置のコントラストを改善するため、ランプから表示デバイスまでの光路に絞りを挿入した構造が採用されている。暗い映像信号が入力された場合に、入力信号レベルに応じて絞りの開閉角を制御して表示デバイスへの入射光を調整し、コントラストを改善することができる。

加えて、液晶プロジェクタの民生市場普及とともに、大画面テレビとしての役割が求められ、表示映像の明るさアップの要望に応じて、光源の電力を増やし光量を増加させることが望まれている。またコントラストアップの要望に合わせて、さらに絞りの制御範囲を拡大し、光量調整範囲を広げることが望まれている。

従来例のように、映像信号に応じてランプの電力を変えることでコントラストを改善する場合、コントラストの改善率は、ランプの電力可変範囲の制約で最大１．４倍程度に留まる。これに対し、映像信号に応じて絞りを制御する場合、最大５倍程度まで改善が可能である。

一方、絞りを挿入する場合、現状では画質上、コスト上の制約から、絞りをランプのすぐ前に配置する構成が主流になっている。

しかしながら、上記のような要望に応じて、ランプの光量を増やした場合、あるいは絞りを十分閉じた場合、絞りから反射された戻り光が多くなり、ランプおよび固定金具等の周辺部品に対して光による熱ダメージを与えることが課題となっている。特に、絞り角度を拡大した場合、絞りからの戻り光は入射光量の２０%以上に達し、それに応じた冷却能力が必要となる。

このため、戻り光が最大になると考えられる場合には、冷却ファンの回転数を大幅に上げる必要があった。

また、従来の方法では、ランプ近傍の温度を測定しているため、高温となるランプのバルブ（管球）自体の温度は正確には測定できなかった。

従って、ランプの信頼性を確保するためには冷却能力の余裕を考慮して、さらに冷却ファンの回転数を上げる必要があり、騒音も大きくなるという問題があった。

本発明は、冷却ファンの回転数の上昇による騒音を抑止し、温度の影響を回避してランプの信頼性を確保しながら、表示画像の高コントラスト化を可能とした投写型画像表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の第１の構成の投写型画像表示装置は、光源であるランプと、前記ランプから照射される光の光量を調整する絞りと、前記絞りを通過した光を空間的に変調して映像光を生成するディスプレイデバイスと、前記ディスプレイデバイスから出力される光を拡大投影する投写レンズと、前記ランプの電力を制御するランプ駆動部と、前記ランプを冷却する冷却ファンと、前記ランプの周囲温度を検出する温度センサーと、映像信号が入力される映像信号入力端子と、前記映像信号入力端子から入力される入力映像信号のレベルに応じて前記絞りを制御する角度を算出し、制御角度情報として出力する絞り制御角度算出部と、前記制御角度情報に応じて前記絞りの角度を制御する絞り駆動部と、前記制御角度情報及び前記温度センサーによる検出温度に応じて、前記ランプを冷却する冷却ファンの回転数を制御するファン制御信号発生部と、前記入力映像信号を前記ディスプレイデバイスに表示を行わせるための信号に変換するディスプレイデバイス駆動部とを備える。

本発明の第２の構成の投写型画像表示装置は、光源であるランプと、前記ランプから照射される光の光量を調整する絞りと、前記絞りを通過した光を空間的に変調して映像光を生成するディスプレイデバイスと、前記ディスプレイデバイスから出力される光を拡大投影する投写レンズと、前記ランプの電力を制御するランプ駆動部と、前記ランプを冷却する冷却ファンと、前記ランプの周囲温度を検出する温度センサーと、映像信号が入力される映像信号入力端子と、前記映像信号入力端子から入力される入力映像信号のレベルに応じて前記絞りを制御する角度を算出し、制御角度情報として出力する絞り制御角度算出部と、前記制御角度情報に応じて前記絞りの角度を制御する絞り駆動部と、前記入力映像信号のレベルに応じて、前記絞りから前記ランプへの戻り光に対応する信号を生成してファン制御データとして出力する映像信号連動ファン制御データ算出部と、前記ファン制御データと前記温度センサーによる検出温度に応じて、前記ランプを冷却する冷却ファンの回転数を制御するファン制御信号発生部と、前記入力映像信号を前記ディスプレイデバイスに表示を行わせるための信号に変換するディスプレイデバイス駆動部とを備える。

本発明の投写型画像表示装置では、入力される映像信号のレベルに応じた絞りの制御角度情報からランプへの戻り光を推測し、ランプ近傍の温度情報と併せてファンの回転数を制御することで、ランプのバルブ自体の正確な温度制御が可能となり、ランプの高い温度信頼性の確保が可能となる。また、ファン回転数の上げ過ぎも抑制でき、ファン回転音による騒音も低減できる。

本発明の投写型画像表示装置は、上記構成を基本として、以下のような態様をとることができる。

すなわち、第１の構成の投写型画像表示装置において、前記絞り制御角度算出部は、入力映像信号の最大値、最小値、平均値、またはヒストグラム等の分布情報に応じて、前記絞りを制御する角度を算出する構成とすることができる。

また、第２の構成の投写型画像表示装置において、前記映像信号連動ファン制御データ算出部は、入力映像信号の最大値、最小値、平均値、またはヒストグラム等の分布情報に応じて、前記絞りからの戻り光量を算出する構成とすることができる。

以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における投写型画像表示装置の構成を示すブロック図である。

図１において、映像信号入力端子１から入力された映像信号は、絞り制御角度算出部２及びディスプレイデバイス駆動部１１に供給される。絞り制御角度算出部２は、映像信号の特徴に応じた絞りに対する制御角度情報を算出する機能を有する。絞り制御角度算出部２が出力する制御角度情報は、ファン制御信号発生部３及び絞り駆動部８に供給される。ファン制御信号発生部３は、温度センサー７からの周囲温度情報、及び制御角度情報に基き、冷却ファン４の回転数を制御する。

ランプ６は、ランプ駆動部５により電力を制御され、ランプ６からの出射光は、絞り９を通過して液晶表示素子などのディスプレイデバイス１０に照射される。絞り９の絞り角度は、絞り駆動部８により、絞り制御角度算出部２から供給される制御角度情報に基いて制御される。

ディスプレイデバイス駆動部１１は、入力映像信号をディスプレイデバイス１０を駆動できる形態の信号に変換して、ディスプレイデバイス１０を駆動する。ランプ６からの照射光は、ディスプレイデバイス１０上に表示された映像に応じて、反射あるいは透過の形態で空間的に変調されて映像光となる。ディスプレイデバイス１０からの映像光は、投写レンズ１２によりスクリーン１３に拡大投影される。

以上のように構成された本実施の形態の投写型画像表示装置の動作について、詳細に説明する。まず、絞り制御角度算出部２では、映像信号入力端子１から入力された入力映像信号について、その最大値、最小値、平均値、ヒストグラム等の分布情報を検出し、それらの分布情報のいずれか、またはそれらの組み合わせに応じてディスプレイデバイス１０に入射させる光量、つまり絞り９の制御角度を算出し、制御角度情報としてファン制御信号発生部３および絞り駆動部８に入力する。絞り駆動部８では、入力された制御角度情報に基づき、例えば０〜２５５で表される制御角度情報に対して、０では絞りを最大に開く、２５５では絞りを最大に閉じると言うように、絞り９の角度を制御する。絞り９に入射されるランプ６の光は、絞り９の角度に応じた光量に調整されてディスプレイデバイス１０に入射される。

ディスプレイデバイス１０は透過型の液晶タイプ、反射型の液晶タイプ、ＤＭＤタイプのような、どのような空間光変調デバイスでもよい。ＤＭＤタイプの空間光変調デバイスとは、画素に対応するミラーをその画素の映像レベルに応じて反射角度を変えて有効光の量を制御するデバイスである。

前述の０〜２５５の制御角度情報に応じて、絞り角が最大（制御角度情報＝０）の時には絞り９からランプ６への戻り光が最大となる。従って、ランプ６のバルブ周辺温度は増加するため、ファン制御信号発生部３は、ランプ６周辺を冷却する冷却ファン４の回転数を増加させる。また、絞り角が最小（制御角度情報＝２５５）の時には絞り９からランプへの戻り光は最小となる。従って、ランプ６のバルブ周辺温度は減少するため、ファン制御信号発生部３は、ランプ６周辺を冷却する冷却ファン４の回転数を減少させる。絞り角が最大と最小の間（０〜２５５）では、ファン制御信号発生部３は、戻り光が最大時と最小時の間を補完して冷却ファン４の回転数を制御する。

ランプ６周辺の温度は、絞り９からの戻り光に加え、セットが置かれている外気（温度、気圧等）の影響もある。従って、冷却ファン４近傍の温度を計測する温度センサー７の出力を、制御角度情報と併せて、ファン制御信号発生部３に入力する。ファン制御信号発生部３では、冷却ファン４の回転数に対して、上述の制御角度情報に基づく制御とともに、温度センサー７の出力に基づく制御を組み合わせた制御を行う。このようにして、ファン制御信号発生部３の出力により冷却ファン４は制御される。

制御角度情報に基づく制御と、温度センサー７の出力に基づく制御を組み合わせるには、例えば次のような方法をとることができる。すなわち、ファン制御信号発生部３において、制御角度情報から例えば過去１分間の絞り角度平均値を算出する。この絞り角度平均値の情報に基づき、絞り９からランプ６への戻り光の１分毎の積算値を予測する。この戻り光予測値を、温度センサー７からの温度情報（ランプ周辺の温度）に加味してファン４の回転数を制御する。

例えば、図２に示すように、温度情報に対するファン回転数の関係は、制御特性Ａ１、Ａ２等で表される。制御特性Ａ１、Ａ２等は、戻り光予測値に応じて選択される。すなわち、同じ温度情報の値に対して、戻り光予測値が小さい場合は制御特性Ａ１に基づきファン回転数を低く、戻り光予測値が大きい場合は制御特性Ａ２に基づきファン回転数をより高く制御する。このように、戻り光予測値に応じて、図２において上下にシフトする制御特性に基づく制御が行われる。

なお、温度情報とファン回転数の関係は、図２に示すようにリニアであってもよいし、４段等の階段状でもよい。投写型画像表示装置の構成、使用環境等に応じて、適切な制御特性を設定することができる。また、制御角度情報に基づく制御と、温度センサー７の出力に基づく制御を組み合わせる上記の方法は一例であり、状況に即した種々の方法を採ることができる。

本発明における冷却ファン４に対する制御の要点は、ランプのバルブの温度情報を常に正確に把握し、ランプを適切に冷却することにある。温度センサー７をランプ６のバルブ近傍に配置し、ランプバルブ自身の温度を測定することが可能であれば、常にランプの冷却条件を満たす冷却は可能である。しかし、ランプのバルブ自身に熱電対等の温度測定手段を直接接続すると、光が遮られることとなるため、ランプバルブ自身の温度を直接測定することは事実上不可能である。また、ある程度の距離を取って配置した温度センサーのみで温度測定した場合、測定結果に誤差が生じたり、温度の追従が遅くなる。

これに対し本実施の形態では、絞り制御角度算出部２と温度センサー７を併用することにより、ランプのバルブの温度情報の精度を向上させることを可能とした。すなわち、温度センサー７により検出されるセット外気環境の変化によるランプ６近傍の温度変化条件と、入力映像信号に対応して変化する絞り９の角度に応じて変化するランプ６への戻り光量による、ランプバルブのリアルタイムの温度変化条件の両方に応じて、冷却ファン４の回転数が制御される。つまり、絞り９からランプ６への戻り光量を、絞り９の角度から算出し、戻り光量によるランプバルブの温度上昇を、ランプ６の周囲温度に加味することで、ランプバルブ自身の温度を高精度で推測でき、ランプの冷却条件を適切に決定した冷却ファン４の回転数制御が可能となる。

このように、ランプのバルブ自身に熱電対等の温度測定手段を直接接続することなく、ランプのバルブの温度を常に精度良く推測することが可能となり、常にランプが必要とする冷却条件に合った冷却を可能とする。

これにより、ランプの信頼性が確保され、ランプの破裂、光量低下までのランプの寿命を延ばすことが可能となる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における投写型画像表示装置の構成を示すブロック図である。図３において、図１に示した実施の形態１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

実施の形態１において、ファン制御信号発生部３への入力信号としては、絞り制御角度算出部２から出力される制御角度情報を用いた。これに対し、本実施の形態では、ファン制御信号発生部３への入力信号として、映像信号入力端子１から入力される映像信号を映像信号連動ファン制御データ算出部１４で処理した信号を用いる。

映像信号連動ファン制御データ算出部１４では、映像信号入力端子１から入力される映像信号の最大値、最小値、平均値、ヒストグラム等の分布情報に応じて、絞り９からの戻り光を算出し、制御角度情報とは別のファン制御データを作成する。

絞り制御角度算出部２の出力である制御角度情報とは別のファン制御データを作成することで、絞り９の羽の形状あるいは角度制御の方法で、絞り９の制御角度とランプ６への戻り光が線形関係にない場合にも対応することができる。つまり、絞り制御角度算出部２とは別に、映像信号に応じて絞り９からの戻り光を算出する映像信号連動ファン制御算出部１４を設け、絞り９からの戻り光量に対応する出力をファン制御データとしてファン制御信号発生部３に出力する。それにより、映像信号に連動する絞り９からの戻り光量に応じた冷却ファン４の制御を可能とする。

以上のように、本実施の形態では、映像信号連動ファン制御算出部１４と温度センサー７を併用することにより、ランプのバルブの温度情報の精度を向上させることを可能とした。すなわち、入力映像信号に対応して絞り９の角度を変化させることにより、ランプ６への戻り光量が変化するため、入力映像信号に基づき、絞り９の角度に応じて変化するランプ６への戻り光量を算出してファン制御データを生成する。温度センサー７により検出されるセット外気環境の変化によるランプ６近傍の温度変化条件に対して、戻り光量によるランプバルブの温度上昇の算出による推定値を、ファン制御データとして加味することで、ランプバルブのリアルタイムの温度変化条件に基き、冷却ファン４の回転数を制御することができる。

ファン制御データに基づく制御と、温度センサー７の出力に基づく制御を組み合わせるには、実施の形態１において説明した、制御角度情報に基づく制御と、温度センサー７の出力に基づく制御を組み合わせる方法と同様の方法を用いることができる。但し、実施の形態１で説明した方法における絞り角度平均値及び戻り光予測値は、映像信号連動ファン制御データ算出部１４で算出され、本実施の形態におけるファン制御信号発生部３には、戻り光予測値に対応するデータとして、ファン制御データが供給される。

従って、図２に示した温度情報に対するファン回転数の関係は、本実施の形態においては、図４に示すような制御特性Ｂ１、Ｂ２等で表される。制御特性Ｂ１、Ｂ２は、図２における制御特性Ａ１、Ａ２と同様の特性を示すものであるが、制御特性Ｂ１、Ｂ２の選択は、戻り光予測積算値ではなく、ファン制御データに応じて行われる。もっとも、ファン制御データは、本質的には戻り光予測積算値と同様のデータである。

このように、本実施の形態によれば、ランプのバルブ自身に熱電対等の温度測定手段を直接接続することなく、ランプのバルブの温度を常に精度良く推測することが可能となり、常にランプが必要とする冷却条件に合った冷却が可能となる。

これにより、ランプの信頼性が確保され、ランプの破裂、光量低下までのランプの寿命を延ばすことが可能となる。

本発明にかかる投写型画像表示装置は、精度の高い温度制御によりランプの信頼性を確保しながら、表示画像の高コントラスト化を可能とするので、プロジェクタ等の投写型画像表示装置として有用である。

図１は、本発明の実施の形態１の投写型画像表示装置を示すブロック図 図２は、同投写型画像表示装置におけるファン回転数の制御特性を示す図 図３は、本発明の実施の形態２の投写型画像表示装置を示すブロック図 図４は、同投写型画像表示装置におけるファン回転数の制御特性を示す図

符号の説明

１ 映像信号入力端子
２ 絞り制御角度算出部
３ ファン制御信号発生部
４ 冷却ファン
５ ランプ駆動部
６ ランプ
７ 温度センサー
８ 絞り駆動部
９ 絞り
１０ ディスプレイデバイス
１１ ディスプレイデバイス駆動部
１２ 投写レンズ
１３ スクリーン
１４ 映像信号連動ファン制御データ算出部

Claims (4)

1. 光源であるランプと、
   前記ランプから照射される光の光量を調整する絞りと、
   前記絞りを通過した光を空間的に変調して映像光を生成するディスプレイデバイスと、
   前記ディスプレイデバイスから出力される光を拡大投影する投写レンズと、
   前記ランプの電力を制御するランプ駆動部と、
   前記ランプを冷却する冷却ファンと、
   前記ランプの周囲温度を検出する温度センサーと、
   映像信号が入力される映像信号入力端子と、
   前記映像信号入力端子から入力される入力映像信号のレベルに応じて前記絞りを制御する角度を算出し、制御角度情報として出力する絞り制御角度算出部と、
   前記制御角度情報に応じて前記絞りの角度を制御する絞り駆動部と、
   前記制御角度情報及び前記温度センサーによる検出温度に応じて、前記ランプを冷却する冷却ファンの回転数を制御するファン制御信号発生部と、
   前記入力映像信号を前記ディスプレイデバイスに表示を行わせるための信号に変換するディスプレイデバイス駆動部とを備えた投写型画像表示装置。
2. 前記絞り制御角度算出部は、入力映像信号の最大値、最小値、平均値、またはヒストグラム等の分布情報に応じて、前記絞りを制御する角度を算出する請求項１記載の投写型画像表示装置。
3. 光源であるランプと、
   前記ランプから照射される光の光量を調整する絞りと、
   前記絞りを通過した光を空間的に変調して映像光を生成するディスプレイデバイスと、
   前記ディスプレイデバイスから出力される光を拡大投影する投写レンズと、
   前記ランプの電力を制御するランプ駆動部と、
   前記ランプを冷却する冷却ファンと、
   前記ランプの周囲温度を検出する温度センサーと、
   映像信号が入力される映像信号入力端子と、
   前記映像信号入力端子から入力される入力映像信号のレベルに応じて前記絞りを制御す
   る角度を算出し、制御角度情報として出力する絞り制御角度算出部と、
   前記制御角度情報に応じて前記絞りの角度を制御する絞り駆動部と、
   前記入力映像信号のレベルに応じて、前記絞りから前記ランプへの戻り光に対応する信号を生成してファン制御データとして出力する映像信号連動ファン制御データ算出部と、
   前記ファン制御データと前記温度センサーによる検出温度に応じて、前記ランプを冷却する冷却ファンの回転数を制御するファン制御信号発生部と、
   前記入力映像信号を前記ディスプレイデバイスに表示を行わせるための信号に変換するディスプレイデバイス駆動部とを備えた投写型画像表示装置。
4. 前記映像信号連動ファン制御データ算出部は、入力映像信号の最大値、最小値、平均値、またはヒストグラム等の分布情報に応じて、前記絞りからの戻り光量を算出する請求項３記載の投写型画像表示装置。

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