JP5298698B2 - 投写型表示装置 - Google Patents

Description

本発明はプロジェクタ等の投写型表示装置に関する。

従来、液晶パネルなどのライトバルブ上の映像を、ランプなどの光源からの光により投射表示する、プロジェクタ等の投写型表示装置は、ホームシアター用途などとして普及が拡大している。

このような投写型表示装置では、投射映像のコントラストを向上させるため、映像の明るさに応じて光源からの光を調光する絞り機構が考案されている（例えば、特許文献１参照）。

図５は、このような従来の絞り機構を配置した投写型表示装置の光学系の一部を示す概略構成図、図６は、絞り機構を示す斜視図である。

図において、ランプ５０からの光束は、反射鏡５１により反射され、レンズ５２を透過後、第１のレンズアレイ５３に入射する。

絞り機構６０は、第１のレンズアレイ５３と第２のレンズアレイ５４の間に配置され、第１のレンズアレイ５３から第２のレンズアレイ５４へ入射する光束を、絞り羽６１ａ、６１ｂにより形成する開口を通過する。

絞り機構６０は、平板状の絞り羽６１ａ、６１ｂとギア６２ａ、６２ｂから構成されており、モーターなどの駆動手段（図示せず）によって連続的に開口面積を変化させてランプ５０からの光量を調節する。

絞り羽６１ａ、６１ｂは、端辺を中心に回動して開口面積を変化させる。明るい映像信号の時は、絞り角θを開放し開口面積を大きくなるように、また、暗い映像の時は絞り角度を大きく（絞り角θを小さく）して開口面積が小さくなるように、映像信号に同期させてモーターが駆動される。これにより、高いコントラストの投射映像が実現される。
特許第４０１３９７９号公報

上記従来の投写型表示装置では、絞り羽の絞り角を大きくして、開口面積を大幅に小さくした場合、絞り羽６１ａ、６１ｂで反射した光がランプ５０へ戻り、ランプ温度の上昇を招く。

図５に示すように、絞り羽６１ａ、６１ｂが平板である場合、絞り角度θが７０度以上となると、絞り羽６１ａ、６１ｂからの反射光が、破線で示す光線のようにランプ５０の先端部５０ａへ集光し、先端部５０ａが温度上昇する。例えば、１６５Ｗランプの場合、ランプ先端部温度が約５０℃上昇する。

ランプの冷却を強化すればランプ先端部温度は低減できるが、バルブ温度が低くなり、ランプ各部の温度を所望温度へ制御することが困難である。

ランプの温度上昇はランプの信頼性を低下させるため、絞り角度を大きくしコントラスト比を向上するには、絞り時のランプへの反射光を低減する必要があった。

また、絞り羽からの反射光を低減するために、遮光した光を吸収する材質の絞り羽を用いた場合、絞り羽自体の温度が上昇し、絞り羽の変形、回動ギアやモーターの温度上昇を招き、回動動作の信頼性が低下するという問題があった。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、高いコントラストの投射映像を向上させながら、絞り時のランプへの反射光を低減し、ランプの信頼性を損なうことのない投写型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投写型表示装置は、光源と、前記光源からの光を集光し被照明領域に照明する照明光学手段と、前記照明光学手段からの光が照明され、画像を形成する画像表示手段と、前記画像表示手段上の画像をスクリーン上に投写する投写レンズとを備える投写型表示装置であって、前記照明光学手段は、前記光源からの放射光を集光する反射鏡と、一対の絞り羽が回動することにより、前記光源からの光量を調整する絞り機構と、を備え、前記絞り羽は、折部を中心に回動方向に折り曲げられた形状を有し、前記折部から前記光源の光軸側の端部までの距離は、前記折部から回動の中心側の端部までの距離よりも短いことを特徴としている。

また、絞り羽は、絞り角度が７０度以上であることを特徴としている。

また、絞り羽は、光の反射を低減する拡散面を有することを特徴としている。

また、絞り羽は、高反射率の素材であることを特徴としている。

また、絞り機構は、前記反射鏡からの光が入射する第１のレンズアレイ板と、前記第１のレンズアレイ板からの光が入射する第２のレンズアレイ板間に配置されることを特徴としている。

本発明においては、１組の楔形状や曲面形状の絞り羽で構成された絞り機構を用いることで、ランプの信頼性を損なうことなく、高いコントラスト比の投写型表示装置を実現できるという非常に大きな効果を有する。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。

（実施の形態１）
図１に、本発明の実施の形態１における投写型表示装置の光学構成図を示す。

光源であるランプ１０から発せられた光は、反射鏡１１により集光され、レンズ１２を透過後、複数のレンズ素子からなる第１のレンズアレイ１３に入射する。

第１のレンズアレイ１３に入射した光は複数の部分光束に分割され、絞り機構を透過した後、複数のレンズ素子からなる第２のレンズアレイ１４を介して偏光変換素子１５に入射する。

偏光変換素子１５によって、各部分光束は偏光方向を揃えられて直線偏光となり、重畳レンズ１６に入射する。重畳レンズ１６からの光は、青反射のダイクロイックミラー１７で青色の光が反射されて分離される。

青反射のダイクロイックミラー１７を透過した光は、緑反射のダイクロイックミラー１８で緑色の光が反射され、赤色の光は透過する。青色の光は全反射ミラー１９で反射した後、フィールドレンズ２２Ｂ、偏光板２５Ｂを透過して、液晶パネル２６Ｂに入射する。

緑色の光はフィールドレンズ２２Ｇ、偏光板２５Ｇを透過して液晶パネル２６Ｇに入射する。赤色の光はリレーレンズ２３、２４および全反射ミラー２０、２１でそれぞれ透過または反射され、フィールドレンズ２２Ｒ、偏光板２５Ｒを透過後、液晶パネル２６Ｒに入射する。ここで、液晶パネル２６Ｂ、２６Ｇ、２６Ｒは映像信号に応じて光学像を形成する。

液晶パネル２６Ｂ、２６Ｇ、２６Ｒで変調された３原色光は、それぞれの偏光板２７Ｂ、２７Ｇ、２７Ｒを透過後、青反射のダイクロイックミラー、赤反射のダイクロイックミラー２８、２９で構成されたダイクロイックプリズム３０で色合成され、投写レンズ３１により拡大投写される。

絞り機構４０は、第１のレンズアレイ１３と第２のレンズアレイ１４との間に配置される。ランプ１０から発せられた光の進行方向をＺ軸、絞り機構の左右方向をＸ軸、上下方向をＹ軸とする。図２は絞り機構４０周辺の概略側面図（ギア部図示せず）である。図３は絞り機構４０の斜視図を示すものである。

図２、図３において、絞り羽４１ａ、４１ｂはギア４２ａ、４２ｂによって連結されており、モーター（図示せず）によって連動して揺動する。ギア４２ａ、４２ｂのギア比は１：１に設定されている。

絞り羽４１ａ、４１ｂは、端辺を中心に、ｙ軸方向に沿って、それぞれ矢印４６、４７に示すように上下対照に回動する。絞り羽が開閉動作を行うことで開口面積が変化し、ランプ１０から発せられた光束を遮光する。

明るさ検出は入力映像信号からフレームの輝度情報を検出し、そのフレームの輝度の平均値を演算して、モーターを駆動し、絞り羽を所定の位置へ移動する。

明るい映像を投写する場合は、遮光面積を小さく、暗い映像を投写するときは、遮光面積が大きくなるように、絞り羽４１ａ、４１ｂはモーターで駆動される。

これにより、非常に高いコントラスト比の投写画像を実現できる。

絞り羽４１ａ、４１ｂの形状は、色むらを解消するために第２のレンズアレイ１４の各セルの遮光面積が異なるように階段状の形状（図示せず）としている。

図２は、絞り羽を閉じた場合の状態を示している。図からわかるように、絞りの形状は平板ではなく、ｚ軸の方向で光の進行方向に曲げられた楔形である。

楔形状の絞り羽により、絞り角θを大きくした場合であっても、絞り羽での反射光が拡散し、ランプ１０への戻り光が低減される。

前述したように、絞り羽が平板である場合、絞り角度θが７０度以上となると、図５の破線で示す光線のようにランプ先端部へ反射光が集光し、先端部５０ａが温度上昇するが、絞り形状をｚ軸方向で光の進行方向に曲げた楔型とすることにより、ランプ１０への戻り光が低減され、ランプ先端部１０ａの温度上昇が約２０℃以下となり、ランプ各部の温度が所望温度で制御できる。

このように、ランプへの戻り光を低減することで、ランプの温度上昇を抑制でき、ランプ寿命の長期化が実現できる。

絞り機構４０の絞り羽４１ａ、４１ｂは、高反射率の素材（たとえば光輝アルミ）であって、表面を荒らした拡散面であればさらに好ましい。この場合、絞り羽４１ａ、４１ｂは、ランプ１０からの光を反射しつつ、絞り羽自身の温度上昇も少なくできる。

絞り羽４１ａ、４１ｂは高反射率素材であるため、絞り機構４０の駆動部４２への熱伝達も防がれ、絞り機構と駆動部の温度上昇が抑制される。

絞り羽が光を吸収する材質の場合、ランプへの戻り光は低減されるが、絞り自体の温度が上昇し、絞り羽の変形を招いたり、回動ギアやモーターの温度上昇を招き回動動作の信頼性が低下するためである。

絞り機構４０を駆動するモーターにはボイスコイルモーターを用いるのが好ましい。ボイスコイルモーターは１／３０ｍｓｅｃの応答速度が十分に得られ、動画の輝度変動に追従することができる。また、ボイスコイルモーターは、絞り羽の停止位置を無段階で調節できる。

（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２における投写型表示装置の絞り機構周辺の概略側面図を示す。

図において、実施の形態１の図２と異なるところは、絞り羽４５ａ、４５ｂの形状を曲面形状とした点である。絞り羽４５ａ、４５ｂは、Ｚ方向で光の進行方向に曲げられた曲率半径ｒの絞り羽である。

実施の形態１の図２の絞り羽と同様に、絞り角θが大きくなった場合であっても、絞り羽での反射光が拡散されるため、ランプ１０への戻り光が低減され、ランプ１０先端部１０ａの温度上昇を抑制できる。

本実施の形態の絞り羽４５ａ、４５ｂも、高反射率の素材であって、表面を荒らした拡散面であればさらに好ましい。

これらの実施の形態において、絞り羽形状を光の進行方向に曲げられた楔形あるいは曲面形状としたが、これらの形状に限るものではなく、要するに、反射光がランプ方向へ戻らないように光の進行方向に曲げられた形状であれば、どのような形状であってもよい。

また、本発明の各実施の形態においては、透過型液晶をライトバルブとして用いた投写型表示装置について説明した。しかし、レンズアレイを用いてランプ光束を均一化する方式を採用した投写型表示装置であれば、マイクロミラーや反射型液晶をライトバルブとして使用した投写型表示装置であっても同様な効果を得ることができる。

本発明においては、楔形あるいは曲面形状の１組の絞り羽で構成された絞り機構を用いることで、ランプ信頼性を確保しつつ、高いコントラスト比の投射映像を実現でき、プロジェクタ等の投射型表示装置に有用である。

本発明の実施の形態１における投写型表示装置の光学構成図 本発明の実施の形態１における投写型表示装置の絞り機構周辺の概略側面図 本発明の実施の形態１における投写型表示装置の絞り機構の斜視図 本発明の実施の形態２における投写型表示装置の絞り機構周辺の概略側面図 従来の絞り機構を配置した投写型表示装置の光学系の一部を示す概略構成図 従来の絞り機構の斜視図

符号の説明

１０ ランプ
１０ａ 先端部
１１ 反射鏡
１２ レンズ
１３ 第１のレンズアレイ
１４ 第２のレンズアレイ
１５ 偏光変換素子
１６ 重畳レンズ
１７ 青反射のダイクロイックミラー
１８ 緑反射のダイクロイックミラー
１９、２０、２１ 全反射ミラー
２２Ｂ、２２Ｇ、２２Ｒ フィールドレンズ
２３、２４ リレーレンズ
２５Ｂ、２５Ｇ、２５Ｒ、２７Ｂ、２７Ｇ、２７Ｒ 偏光板
２６Ｂ、２６Ｇ、２６Ｒ 液晶パネル
２８、２９ 赤反射のダイクロイックミラー
３０ ダイクロイックプリズム
３１ 投写レンズ
４０ 絞り機構
４１ａ、４１ｂ、４５ａ、４５ｂ 絞り羽
４２ａ、４２ｂ ギア

Claims (5)

1. 光源と、前記光源からの光を集光し被照明領域に照明する照明光学手段と、前記照明光学手段からの光が照明され、画像を形成する画像表示手段と、前記画像表示手段上の画像をスクリーン上に投写する投写レンズとを備える投写型表示装置であって、
   前記照明光学手段は、
   前記光源からの放射光を集光する反射鏡と、
   一対の絞り羽が回動することにより、前記光源からの光量を調整する絞り機構と、を備え、
   前記絞り羽は、折部を中心に回動方向に折り曲げられた形状を有すると共に、光の反射を低減する拡散面を有し、
   前記折部から前記光源の光軸側の端部までの距離は、前記折部から回動の中心側の端部までの距離よりも短いことを特徴とする投写型表示装置。
2. 前記絞り羽は、楔形状を有することを特徴とする請求項１記載の投写型表示装置。
3. 前記絞り羽は、絞り角度が７０度以上である請求項１乃至請求項２のいずれかに記載の投写型表示装置。
4. 前記絞り羽は、高反射率の素材であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の投写型表示装置。
5. 複数のレンズ素子から構成され、前記反射鏡からの光が入射する第１のレンズアレイ板と、複数のレンズ素子から構成され、前記第１のレンズアレイ板からの光が入射する第２のレンズアレイ板とを備え、
   前記絞り機構が前記第１のレンズアレイ板と前記第２のレンズアレイ板間に配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の投写型表示装置。
   

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