JPH09127467A - 投影型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＳＬＭ投影型表示装置において、点灯直後の
光強度を安定化させる方法を提供する。 【構成】 複数の光源を用いて、うち、１つを主光源、
他の少なくとも１つを補助光源とし、点灯直後において
は、主光源での光強度の不足を補助光源によって保管す
る構成を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は投影形表示装置に関す
る。特に、投影型表示装置の中でも、液晶表示素子等の
空間光変調素子（Spatial Light Modulator 、ＳＬＭと
もいう）に光を透過させ、もしくは、反射させ、それを
投影させることによって画像を表示する装置（以下、Ｓ
ＬＭ投影形表示装置）に関する。なお、ＳＬＭ投影形表
示装置とは異なる投影形表示装置としては、ブラウン管
（ＣＲＴ）から放射される画像を投影する方式が知られ
ている。これは光源と画像情報がＣＲＴによって同時に
得られるものである。これに対し、本発明の対象とする
ＳＬＭ投影形表示装置では、光源と画像情報を与える手
段が独立している。特に本発明は、このような画像表示
装置において用いられる光源の構成に改良を加えたもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来一般的に知られている投影殻表示装
置について概略説明する。ＳＬＭとしては、従来、液晶
表示素子を用いることが一般であった。液晶表示素子自
体は発光しないので、別に光源から光を液晶表示素子に
透過させるという構成を用いる。その結果、液晶表示素
子での画像の濃淡に応じて、スクリーン上にも濃淡が表
示できるという、原理を有する。モノクロ表示の場合に
は、白色光源と液晶表示素子が１つあれば、ことたりた
が、カラー表示をおこなう場合には、より複雑な構成が
必要であった。

【０００３】第１の方法は、カラーフィルターを液晶表
示素子に近接させた、いわゆる通常のカラー液晶表示素
子に白色光を透過させる方法である。この方法の基本構
成は図２（Ｂ）に示される。すなわち、光源２２１より
放射された白色光２２５はカラーフィルター２２４と液
晶表示素子２２３を透過することにより、画像情報を含
んだ光２２６となる。この方式では、液晶表示素子が１
枚で済むので、構造が簡単であるという特徴を有する
も、液晶表示素子に照射された光の少なくとも２／３は
反射・吸収されるため、画面の明るさは、光源からの光
強度の約１／３に低下してしまうという欠点を有する。

【０００４】第２の方法は、光の三原色に対応して、３
枚の液晶表示素子を用い、白色光をカラーフィルター、
ダイクロイックミラー等の手段により三原色、すなわ
ち、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に分離し、これを各
液晶表示素子に透過させた後、各光を統合するというも
のである。ダイクロイックミラーとは、ガラス等の透明
基板上に、ある波長域の光だけを選択的に反射し、他の
波長域の光を透過するように、周知の薄膜形成技術によ
り誘電体多層薄膜を形成したもの、あるいは、カラーＴ
Ｖ用の撮像機に用いられるダイクロイックプリズムのよ
うに、プリズムの表面に同様の波長選択用誘電体多層薄
膜を形成したものを組み合わせたものである。基本的な
構成は図２（Ａ）に示される。

【０００５】すなわち、光源２０１より放射された白色
光は第１のダイクロイックミラー２０３により赤色光の
みが反射され、他は透過される。反射された赤色光は、
赤色用液晶表示素子２０９に照射される。一方、第１の
ダイクロイックミラーを透過した光は、主として青色と
緑色の成分を有するのであるが、第２のダイクロイック
ミラー２０４によって、緑色成分のみが反射され、これ
は、緑色用液晶表示素子２１０に照射される。

【０００６】さらに、第２のダイクロイックミラーを透
過した光は、主として青色の成分を有するのであるが、
全反射ミラー２０５によって、青色用液晶表示素子２１
１に照射される。ただし、青色用液晶表示素子２１１に
赤や緑の微弱な光成分が進入するのを防止するために、
全反射ミラー２０５の代わりに、青色のみを反射し、他
は透過するダイクロイックミラーを用いてもよい。

【０００７】赤色用液晶表示素子２０９を透過した（画
像情報を含有した）光は全反射ミラー２０６によって反
射される。そして、これは、赤より長い波長を透過する
第３のダイクロイックミラー２０７を透過する。一方、
緑色用液晶表示素子２１０を透過した（画像情報を含有
した）光は赤より長い波長を透過する第３のダイクロイ
ックミラー２０７によって反射され、赤色光と合成され
る。この赤と緑を主成分とする光は緑より長い波長の光
を透過する第４のダイクロイックミラー２０８を透過す
る。

【０００８】さらに、青色用液晶表示素子２１１を透過
した（画像情報を含有した）光は緑より長い波長を透過
する第４のダイクロイックミラー２０８によって反射さ
れ、赤色光および緑色光と合成され、自然色光２１２と
なる。ダイクロイックミラー２０８、２０８の代わりに
ハーフミラーを用いてもよい。

【０００９】この方式は、特開昭６０−１６９８２７に
開示されており、白色光を三原色に分離した後、再び、
１つの光に統合するもので、光の損失がなく、第１の方
法に比較して、明るい画像が得られる。さらに、第２の
方法を改良して、液晶表示素子を１枚に、各原色の光軸
を微妙にずらした光を照射する方法も、特開平４−６０
５３８に開示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方式では、白色光源の安定性に関してはほとんど注意が
払われていなかった。すなわち、使用時においては、図
２に示すように、白色光源２０１もしくは２２１と電源
２０２もしくは２２２を接続するだけで十分とされてい
た。従来、白色光源としては、ハロゲンランプ、キセノ
ンランプ、メタルハライドランプ等が用いられていた
が、特に大電力用の光源では、点灯から十分な明るさが
得られるまで１０分程度の時間を要することもあり、家
庭用、事業用を問わず、問題であった。

【００１１】また、これらの白色光源の寿命が５０００
時間程度と短いことも問題であった。１日８時間の使用
では、１年と８ヵ月でランプを交換せねばならなかず、
特に過程で使用する場合の最大の問題であった。本発明
は、このような問題に鑑みてなされたものであり、点灯
直後から十分な明るさを確保する構成を提供する。ま
た、本発明は光源の長寿命化を図るための構成をも提供
する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明では以下のような構成を採用する。すなわち、少
なくとも２つの独立に制御できる光源と、前記光源から
放射された光を同一軸上に集光するための光学装置と、
前記集光された光の強度を検出するための光検出装置
と、を有する投射型表示装置であり、前記光源の１が点
灯されるとともに、前記光検出装置の出力をもとに、他
の光源の少なくとも１も点灯、制御される構成。

【００１３】もしくは、少なくとも２つの独立に制御で
きる光源と、前記光源から放射された光を同一軸上に集
光するための光学装置と、前記集光された光の強度を検
出するための光検出装置と、前記光源の各々にその主稼
働総時間もしくは実稼働総時間を測定するための装置
と、を有する投射型表示装置であり、前記光源のそれぞ
れの光強度が、前記光検出装置の出力をもとに制御され
るとともに、各光源の主稼働総時間もしくは実稼働総時
間が概略等しくなるように、各光源が制御される構成。

【００１４】上記構成をいずれをも具備した例を図１に
示す。図１（Ａ）と同図（Ｂ）は同じ構成を有する装置
である。この場合には、光源は第１のランプ１０１と第
２のランプ１０２の２つである。これらのランプより放
射された光は、ミラー１０３、１０４を介して同一軸上
に集光（合成）されるような構造を有している。それ以
外に、本発明の特徴として、集光された光の強度を測定
するために、ミラー１０５によって、光の一部を取り出
し、光強度測定装置１０９に照射させる構造を有する。

【００１５】さらに、各光源に電力を供給する回路に
は、電流計（もしくは電力計）のごとき、光源の実稼働
（総）時間を測定するための装置１１５、１１６と、切
替えスイッチ１１１、１１２、および光源に流れる電流
を調整するための可変抵抗器１１３、１１４もしくはそ
れと同等な制御装置が具備されている。なお、実稼働
（総）時間を測定する代わりに主稼働（総）時間を測定
するには、単に各光源の主たる点灯時間を記録する装置
でよい。また、可変抵抗器は光強度測定装置１０９によ
って制御される。もちろん、光源に電力を供給するため
の電源１１０も具備されている。

【００１６】

【作用】このような装置を用いて、どのような駆動がな
されるかを以下に説明する。スイッチ１１１と１１２に
は、各２つの端子が設けられており、一方の端子（ｂと
ｄ）は、そのまま光源に、他方の端子（ａとｃ）は可変
抵抗器に接続されている。そして、スイッチ１１１と１
１２は連動して作動する。すなわち、スイッチ１１１が
ａを選択したときには、スイッチ１１２はｄ以外を選択
できず、スイッチ１１１がｂを選択したときには、スイ
ッチ１１２はｃ以外を選択できない。

【００１７】図１（Ａ）は前者の場合であり、図１
（Ｂ）は後者の場合である。図１（Ａ）の場合について
説明する。スイッチの配置から、図１（Ａ）において
は、第１の光源１０１が主として光１０６を放射する。
しかしながら、点灯直後は光強度が十分でない。このこ
とは光強度検出装置１０９によってただちに検出され、
可変抵抗器１１３の抵抗を下げ、第２の光源１０２から
も光１０７が放射できるようにする。光１０６と光１０
７はミラー１０４によって重ね合わされ、十分な強度の
光１０８となる。

【００１８】やがて、第１の光源１０１の放射量が十分
になるが、それは、絶えず光強度測定装置１０９によっ
て検出され、可変抵抗器１１３の抵抗が、それに応じて
高くなるように制御され、第２の光源１０２の放射量は
減少する。その様子は図３（Ａ）に示される。すなわ
ち、第１の光源より放射される光強度は漸増し、これに
対し、第２の光源より放射される光強度は漸減し、最終
的には０となり、第１の光源のみが点灯することとな
る。

【００１９】このようにして得られた白色光源が図２に
示される公知の各種ＳＬＭ投影型表示装置に用いられ
る。もちろん，光源１０１、１０２は互いに置換可能な
光源である限り、白色でなくとも構わない。以上の駆動
においては、第１の光源が主たる光源（主光源）として
機能し、第２の光源が補助光源として機能する。

【００２０】なお、図１においては、光強度測定装置１
０９からの信号は、２つの可変抵抗器１１３、１１４に
同じように伝達されることが示されている。これは、い
かなる場合も一方のみしか可変抵抗器として機能してい
ない（すなわち、他方は光源と電源が直結されているの
で、可変抵抗器で制御できない）からである。もちろ
ん、２つの可変抵抗器１１３、１１４に別々の信号を送
ることも可能である。また、実施例に示すように、光強
度測定装置１０９と、可変抵抗器の間に他の情報処理装
置を入れてもよい。

【００２１】次の点灯動作においては、前回の点灯の際
に第１の光源が主たる光源（主光源）となったので、最
も単純には、第２の光源を主光源とするとよい。なぜな
ら、これによって２つの光源をほぼ均等に使用すること
ができ、よって、光源全体の寿命を長くすることが可能
だからである。その場合には、図１（Ｂ）に示すような
スイッチ構成とする。点灯直後は、主光源である第２の
光源も十分な光を放射できないので、図１（Ａ）の場合
と同様に、他方の光源（第１の光源）によって補完され
て、必要とする光強度を達成する。第２の光源（主光
源）の光１１８と第１の光源（補助光源）の光１１７は
ミラー１０４によって重ね合わされ、十分な強度の光１
１９となる。第２の光源の光強度が十分になるにしたが
って、第１の光源の放射光強度は低下し、ついには、０
となる。

【００２２】このように、単に点灯の毎に主光源を入れ
替える方式は簡便であるが、この方式が確実に有効であ
るのは、各点灯（使用）時間がほぼ同じ場合のみであ
る。実際には、使用時間は１０分であったり、１時間で
あったり、８時間であったりする。もちろん、交互に点
灯するという規則性を採用した場合でも、使用時間が全
くランダムである限りは、確率論の見地から、各光源の
主稼働時間もしくは実稼働総時間はほぼ均等な値に収束
することが期待される。

【００２３】しかしながら、何らかの習慣・規則等の要
請から確率論が適用できない場合も十分にあり得る。例
えば、１０分の使用の後、必ず、４時間の使用がある、
ということも日常的にあり得る。典型的な例を挙げる
と、１日２回使用することがあり、朝は１時間しかＴＶ
を見ないが、夜には５時間ＴＶを見るという場合があ
る。この場合には、朝は一方の光源が主光源であり、夜
は他方の光源が主光源である。すると、１年経過後で
は、一方の光源は主稼働時間は３６５時間であるのに、
他方は１８２５時間であり、大きな格差が生じる。当
然、「夜専用の」光源が先に劣化してしまい、交換が必
要となる。

【００２４】このような困難を避けるためには、各々の
光源の主稼働総時間を記録し、その格差が決められた値
以上になると、主光源が他方に切替えられるようなプロ
グラムを設定すると良い。一般的な表現をすれば、 ｉｆ 〔第１の光源の主稼働総時間〕−〔第２の光源の
主稼働総時間〕≧ Ｘ（時間）、ｔｈｅｎ 主光源は第
２の光源 ｉｆ 〔第１の光源の主稼働総時間〕−〔第２の光源の
主稼働総時間〕＜ Ｘ（時間）、ｔｈｅｎ 主光源は第
１の光源 となる。

【００２５】主稼働総時間とは、各光源が主光源となっ
ている点灯時間（主稼働時間）の総和のことである。主
（稼働）という概念が生じたのは、本発明では、主光源
以外に、それを補完する光源を設けたためである。例え
ば、点灯時において、第１の光源の主稼働総時間から第
２の光源の主稼働総時間を引いた差が １） ４時間以上では、主光源は第２の光源 ２） ４時間以下では、主光源は第１の光源 というプログラムを設定する。

【００２６】例えば、第１の光源の主稼働総時間が５６
１時間、第２の光源のものが５５９時間であったとす
る。この状態で点灯すると差が２時間であるので、上記
２）が選択され、主光源は第１の光源である。この状態
で５時間使用したとすると、第１の光源の主稼働総時間
は５６６時間、第２の光源は５５９時間である。次の点
灯の際には、差が７時間であるので、上記１）が選択さ
れ、第２の光源が主光源である。この使用においては１
時間点灯されたものとする。すなわち、この段階で、第
１の光源の主稼働総時間は５６６時間、第２の光源は５
６０時間である。その後、各使用時間が、１時間、５時
間、１時間、３時間であった場合には、主光源は、第２
の光源、第２の光源、第１の光源、第１の光源と推移す
る。

【００２７】なお、１回の使用時間が異様に長い場合に
は、使用の途中であっても、光源を入れ替えることが有
効な場合もある。すなわち、使用中に上記の条件の１）
もしくは２）（あるいはそれと同様だけれども、時間を
４時間ではなく、８時間とか、１６時間とか長くした条
件）に抵触するようになった場合には、自動的に切り換
えられるようにすることである。このような例を図３
（Ｂ）に示す。この場合にも、切替え直後は主光源の光
強度が十分でないので、他方の光源によって補完され
る。

【００２８】以上は主稼働総時間によって、光源の劣化
を均等にする方法を示したものであるが、主稼働総時間
の代わりに実稼働総時間を用いると、より詳細に均等化
を図れる。実稼働総時間とは、主光源として機能した時
間以外にも補完的な光源（例えば、図１（Ａ）における
第２の光源１０２）として機能した時間も考慮に入れた
もので、特に本発明のごとき、光源に与えられる電力が
加減される場合には、その測定は単純でない。一般的に
は、光源に投入された電気量（すなわち、電流×時間）
を測定すればよい。また、長期にわたる使用において
は、電源電圧の変動も考えられるので、電力量を測定す
ることによって、より詳細な値が測定できる。上記の主
稼働総時間の議論は、そのまま実稼働総時間においても
適用できる。

【００２９】さらに、上記の議論は光源が３つ以上の場
合においても拡張できる。その際には、それぞれの点灯
時において、光源のうちの２つのみを用いて、これを主
光源と副光源として用いる方法と、光源のうちの１つを
主光源とし、他のものの少なくとも２つを副光源として
用いる方法の２通りが考えられるが、いずれも、全ての
光源の主稼働総時間もしくは実稼働総時間が概略等しく
なるように点灯時間をプログラムすることが要求され
る。特に光源を多く用いれば、光源の劣化が抑制できる
ので、その分、メンテナンスの手間を省くことができ
る。

【００３０】

【実施例】図４には、光強度検出装置と、記憶装置（メ
モリー）を有する演算装置とを組み合わせて、より安定
的に補助光源の出力を制御する装置の例を示す。本発明
では補助光源に投入する電流もしくは電力を、光源より
放射される光強度をフィードバックさせて安定化する構
成を用いる。しかし、補助光源は投入電流・投入電力に
対して、ゆるやかな応答しかしない（すなわち、時定数
が大きい）ので、補助光源の投入電流・投入電力は数秒
〜数分の周期で変動し、すなわち、光源強度もそのよう
な周期で変動し、安定するまで時間がかかることがあ
る。

【００３１】本実施例ではその点に関して、記憶装置を
用いることにより、もっとも効果的な投入電流・投入電
力を規定し、振幅を抑えることに有効である。すなわ
ち、演算装置４７の内部に可変抵抗器を制御するために
標準的な制御信号（基準信号）を記憶させておき、この
基準信号の上下に、上限（最大信号）、下限（最小信
号）を設定し、その範囲を越えて信号を送らないように
するものである。以下では、これら信号が増加する場合
は、補助光源への投入電流・投入電力を増大せしめ、す
なわち、補助光源の光強度を増加させるものとする。

【００３２】もちろん、基準信号、最大信号、最小信号
は時間の関数であって、時間の経過とともに、主光源の
強度が大きくなるので、これらの信号は減少する。この
ような上限の幅は、基準信号の上下５〜５０％、好まし
くは、１０〜３０％とするとよい。本実施例では２０％
とした。すなわち、基準信号の１２０％が最大信号、８
０％が最小信号である。（図５（Ａ））

【００３３】実際に点灯動作に移ると、図５（Ｂ）のよ
うに、演算装置４７より可変抵抗器４３、４４に送られ
る信号は、光検出装置３９からの信号によって、上下動
を繰り返しながらも、最大信号と最小信号の間にあり、
よって、より短時間で安定した光強度を得ることができ
る。本実施例における他の装置は、図１に示したものと
同等で、すなわち、第１の光源３１、第２の光源３２、
光学ミラー３３〜３５、光３６〜３８、電源４０、スイ
ッチ４１、４２、電流計４５、４６である。

【００３４】なお、補助光源は光強度がある値以上とな
ると消灯するように設計するとよい。例えば、必要光強
度の９５％で補助光源は完全に消灯するようにし、以後
は、主光源のみが点灯するようにするとよい。その際、
必要光強度は、光検出装置で検出されるが、その値は出
荷時のものよりも、過去のある期間の平均光強度である
方が好ましい。というのも、光源は使用に伴って劣化す
るからである。例えば、過去２００時間の平均光強度の
９５％の光を光検出装置が検出すると、補助光源への電
力の供給が完全に遮断され、主光源のみが点灯する。

【００３５】もし、ある一定の時間が経過しても光強度
が９５％に達しない場合は、光源に何らかのトラブルが
生じたためと考えられるので、ただちに異常信号を発
し、メンテナンスを必要とするようにすれば、光源の劣
化を予め知ることができ、十分な時間的余裕を持って、
事態に対処できる。

【００３６】

【本発明の効果】以上のように、本発明は複数の光源を
用いて、主光源以外に補助光源を設け、これによって、
点灯直後の光強度を安定化させ、また、主光源を入れ換
えて使工業上、有益である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の基本構成を示す図。

【図２】 一般的なカラーＳＬＭ投影型表示装置の基本
構成を示す図。

【図３】 本発明の光源の点灯例を示す図。

【図４】 実施例の回路・光学構成を示す図。

【図５】 実施例の演算装置４７から可変抵抗器４３、
４４に送られる信号の変化を示す図。

【符号の説明】

１０１ 第１の光源 １０２ 第２の光源 １０３〜１０５ ミラー １０６〜１０８ 光 １０９ 光検出装置 １１０ 電源 １１１、１１２ スイッチ １１３、１１４ 可変抵抗器 １１５、１１６ 電流計 １１７〜１１９ 光 ２０１ 白色光源 ２０２ 電源 ２０３〜２０８ ミラーもしくはダイクロイックミラ
ー ２０９〜２１１ 液晶表示素子 ２１２ 自然色光 ２２１ 白色光源 ２２２ 電源 ２２３ 液晶表示素子 ２２４ カラーフィルター ２２５ 白色光 ２２６ 自然色光 ３１ 第１の光源 ３２ 第２の光源 ３３〜３５ ミラー ３６〜３８ 光 ３９ 光検出装置 ４０ 電源 ４１、４２ スイッチ ４３、４４ 可変抵抗器 ４５、４６ 電流計 ４７ 演算装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも２つの独立に制御できる光源
   と、 前記光源から放射された光を同一軸上に集光するための
   光学装置と、 前記集光された光の強度を検出するための光検出装置
   と、を有する投射型表示装置であり、 前記光源の１が点灯されるとともに、前記光検出装置の
   出力をもとに、他の光源の少なくとも１も点灯、制御さ
   れる構成を有する投影形表示装置。
2. 【請求項２】少なくとも２つの独立に制御できる光源
   と、 前記光源から放射された光を同一軸上に集光するための
   光学装置と、 前記集光された光の強度を検出するための光検出装置
   と、 前記光源の各々にその主稼働総時間もしくは実稼働総時
   間を測定するための装置と、を有する投射型表示装置で
   あり、 前記光源のそれぞれの光強度が、前記光検出装置の出力
   をもとに制御されるとともに、各光源の主稼働総時間も
   しくは実稼働総時間が概略等しくなるように、各光源が
   制御される構成を有する投影形表示装置。