(57)【要約】【課題】テレセントリック性とコントラストの高さとを両立し、液晶パネルを用いたプロジェクタ装置の性能を容易に向上する。【解決手段】液晶パネル３を透過した光線を投射レンズ装置６でスクリーンに投射する。投射レンズ装置６は、絞り装置１４を備える。絞り装置１４と液晶パネル３との間には、テレセントリックな表示デバイス側光学系Ｉを備える。液晶パネル３から光軸Ｂと平行に出射した主光線Ａが光軸Ｂと交差する位置に、絞り装置１４の開口部１６を配置する。液晶パネル３は、入射角度及び入射方向によりコントラストの特性が異なる。このコントラストの特性の形状に合わせて、絞り装置１４に略三角形状の開口部１６を形成する。【選択図】        図１
2004157348.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示デバイスで変調されて出射する光を投射するプロジェクタ装置の投射レンズ装置であって、
前記表示デバイスから出射された光に対しテレセントリックに構成され、
前記表示デバイスから出射された光の主光線が光軸と交差する位置に開口部を合わせて配置された絞り装置を備えた
ことを特徴とする投射レンズ装置。
【請求項２】
絞り装置の開口部の形状は、表示デバイスの入射方向と入射角に対するコントラストの特性に応じ、コントラストが高くなる位置に対応して設けられた
ことを特徴とする請求項１記載の投射レンズ装置。
【請求項３】
絞り装置は、開口部の面積を調整可能に設けられた
ことを特徴とする請求項１または２記載の投射レンズ装置。
【請求項４】
光源と、
この光源から照射された光を変調する表示デバイスと、
前記光源の光を前記表示デバイスを介して投射する請求項１ないし３いずれか一記載の投射レンズ装置と
を具備したことを特徴とするプロジェクタ装置。
【請求項５】
光源と、
この光源から照射された光を変調する表示デバイスと、
前記表示デバイスを介した前記光源の光を投射するとともに絞り装置を備えた投射レンズ装置と、
前記表示デバイスへ入力される画像信号を検出し、この画像信号の強度レベルを判断する画像信号強度検出手段と、
この画像信号強度検出手段により、前記画像信号が所定の強度レベルより低いと判断された場合に、前記絞り装置の開口部の面積を小さくするようにこの絞り装置を駆動する絞り装置駆動制御手段と、
前記画像信号強度検出手段により、前記画像信号が所定の強度レベルより低いと判断された場合に、前記画像信号のレベルを高くする画像信号制御手段と
を具備したことを特徴とするプロジェクタ装置。
【請求項６】
光源と、
この光源から照射された光を変調する表示デバイスと、
前記表示デバイスを介した前記光源の光をスクリーンに投射するとともに絞り装置を備えた投射レンズ装置と、
これら投射レンズ装置とスクリーンとの間の物体の存在を検出する物体検出センサと、
この物体検出センサにより投射レンズ装置とスクリーンとの間に物体が存在することが検出された場合に、前記絞り装置の開口部の面積を小さくするように前記絞り装置を駆動する絞り装置駆動制御手段と
を具備したことを特徴とするプロジェクタ装置。
【請求項７】
光源と、
この光源から照射された光を変調する表示デバイスと、
前記表示デバイスを介した前記光源の光をスクリーンに投射するとともに絞り装置を備えた投射レンズ装置と、
周囲の照度を検出する周囲照度検出手段と、
前記スクリーン上の投射像の照度を検出する投射像照度検出手段と、
前記周囲照度検出手段が検出した照度と前記投射像照度検出手段が検出した照度とを比較する照度比較手段と、
この照度比較手段による比較結果に基づき、前記絞り装置の開口部の面積と前記表示デバイスに入力される画像信号の強度とを制御する絞り装置画像信号制御手段と
を具備したことを特徴とするプロジェクタ装置。
【請求項８】
投射レンズ装置は、表示デバイスから出射された光に対しテレセントリックに構成され、前記表示デバイスから出射された光の主光線が光軸と交差する位置に開口部を合わせて配置された絞り装置を備えた
ことを特徴とする請求項５ないし７いずれか一記載のプロジェクタ装置。
【請求項９】
絞り装置の開口部の形状は、表示デバイスの入射方向と入射角に対するコントラストの特性に応じ、コントラストが高くなる位置に対応して設けられた
ことを特徴とする請求項８記載のプロジェクタ装置。
【請求項１０】
表示デバイスは、液晶パネルである
ことを特徴とする請求項４ないし９いずれか一記載のプロジェクタ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示デバイスで変調された光を投射するプロジェクタ装置の投射レンズ装置及びプロジェクタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光源から照射された光を照明光学系を介して液晶パネルなどの表示デバイスに導き、この表示デバイスで変調した光を投射レンズ装置を介してスクリーンに投射するプロジェクタ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。ここで、このプロジェクタ装置の投射レンズ装置について、コントラストの向上を図るため、レンズ群の間に位置して、円形状の開口を有する絞り装置を設ける構成が考えられている。
【０００３】
一方、液晶パネルなどの表示デバイスを用いる構成では、この表示デバイスと投射レンズ装置との間のテレセントリック性の確保が求められるため、投射レンズ装置の全体で、各レンズを保持するレンズ枠の開口径を調整し、テレセントリック性の低下を抑えつつ、コントラストの向上を図っている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−４３７２９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のように、投射レンズ装置の全体で各レンズを保持するレンズ枠の開口径を調整する設定は煩雑で、製造コストの低減が困難である問題を有している。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、画質を容易に向上できる投射レンズ装置及びプロジェクタ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】
請求項１記載の投射レンズ装置は、表示デバイスで変調されて出射する光を投射するプロジェクタ装置の投射レンズ装置であって、前記表示デバイスから出射された光に対しテレセントリックに構成され、前記表示デバイスから出射された光の主光線が光軸と交差する位置に開口部を合わせて配置された絞り装置を備えたものである。
【０００８】
そして、この構成では、絞り装置を設けることにより、Ｆ値を大きくし、すなわち画角を小さくして、レンズ収差の影響を大きく受けるレンズ周囲を通過する光を遮光し、レンズ収差の影響の少ないレンズ中心側の光により投射像を形成することにより、投射像のコントラストが向上する。また、投射レンズ装置は、表示デバイスから出射された光に対しテレセントリックに構成されているため、表示デバイスの各位置から出射された投射光の主光線は、一点に集光して光軸と交差する。そこで、絞り装置は、これら主光線が光軸と交差する位置に合わせて開口部を設けることにより、表示デバイスの各位置からの光を光軸に対して対称に遮光可能なため、テレセントリック性の低下が抑制される。このようにして、テレセントリック性の確保とコントラストの向上とが容易に両立する。
【０００９】
請求項２記載の投射レンズ装置は、請求項１記載の投射レンズ装置において、絞り装置の開口部の形状は、表示デバイスの入射方向と入射角に対するコントラストの特性に応じ、コントラストが高くなる位置に対応して設けられたものである。
【００１０】
そして、この構成では、開口部の形状を円形状とする構成に較べ、投射する画像の照度の低下を抑制しつつコントラストが容易に向上する。
【００１１】
請求項３記載の投射レンズ装置は、請求項１または２記載の投射レンズ装置において、絞り装置は、開口部の面積を調整可能に設けられたものである。
【００１２】
そして、この構成では、投射像のコントラストと明るさとが容易に調整される。
【００１３】
請求項４記載のプロジェクタ装置は、光源と、この光源から照射された光を変調する表示デバイスと、前記光源の光を前記表示デバイスを介して投射する請求項１ないし３いずれか一記載の投射レンズ装置とを具備したものである。
【００１４】
そして、この構成では、請求項１ないし３いずれか一記載の投射レンズ装置を備えたため、テレセントリック性の確保とコントラストの向上とが容易に両立する。
【００１５】
請求項５記載のプロジェクタ装置は、光源と、この光源から照射された光を変調する表示デバイスと、前記表示デバイスを介した前記光源の光を投射するとともに絞り装置を備えた投射レンズ装置と、前記表示デバイスへ入力される画像信号を検出し、この画像信号の強度レベルを判断する画像信号強度検出手段と、この画像信号強度検出手段により、前記画像信号が所定の強度レベルより低いと判断された場合に、前記絞り装置の開口部の面積を小さくするようにこの絞り装置を駆動する絞り装置駆動制御手段と、前記画像信号強度検出手段により、前記画像信号が所定の強度レベルより低いと判断された場合に、前記画像信号のレベルを高くする画像信号制御手段とを具備したものである。
【００１６】
そして、この構成では、表示デバイスに入力される画像信号の強度レベルが低い場合に、絞り装置の開口部の開口量を小さくするとともに、画像信号の強度レベルを高くすることにより、投射像の照度を維持しながら、コントラストを高くすることが可能になる。
【００１７】
請求項６記載のプロジェクタ装置は、光源と、この光源から照射された光を変調する表示デバイスと、前記表示デバイスを介した前記光源の光をスクリーンに投射するとともに絞り装置を備えた投射レンズ装置と、これら投射レンズ装置とスクリーンとの間の物体の存在を検出する物体検出センサと、この物体検出センサにより投射レンズ装置とスクリーンとの間に物体が存在することが検出された場合に、前記絞り装置の開口部の面積を小さくするように前記絞り装置を駆動する絞り装置駆動制御手段とを具備したものである。
【００１８】
そして、この構成では、投射レンズ装置とスクリーンとの間に物体が存在する場合には、絞り装置の開口部を小さくすることにより、物体に対する光の影響が抑制される。
【００１９】
請求項７記載のプロジェクタ装置は、光源と、この光源から照射された光を変調する表示デバイスと、前記表示デバイスを介した前記光源の光をスクリーンに投射するとともに絞り装置を備えた投射レンズ装置と、周囲の照度を検出する周囲照度検出手段と、前記スクリーン上の投射像の照度を検出する投射像照度検出手段と、前記周囲照度検出手段が検出した照度と前記投射像照度検出手段が検出した照度とを比較する照度比較手段と、この照度比較手段による比較結果に基づき、前記絞り装置の開口部の面積と前記表示デバイスに入力される画像信号の強度とを制御する絞り装置画像信号制御手段とを具備したものである。
【００２０】
そして、この構成では、スクリーン上の投射像の照度が、室内の照度に対して十分に明るくない場合は、絞り装置の開口量を小さくして、投射像のコントラストの向上が図られるとともに、画像信号の強度レベルを高く設定することにより、投射像の照度の低下が抑制される。
【００２１】
請求項８記載のプロジェクタ装置は、請求項５ないし７いずれか一記載のプロジェクタ装置において、投射レンズ装置は、表示デバイスから出射された光に対しテレセントリックに構成され、前記表示デバイスから出射された光の主光線が光軸と交差する位置に開口部を合わせて配置された絞り装置を備えたものである。
【００２２】
そして、この構成では、投射レンズ装置は、表示デバイスから出射された光に対しテレセントリックに構成されているため、表示デバイスの各位置から出射された投射光の主光線は、一点に集光して光軸と交差する。そこで、絞り装置は、これら主光線が光軸と交差する位置に合わせて開口部を設けることにより、表示デバイスの各位置からの光を光軸に対して対称に遮光可能なため、テレセントリック性の低下が抑制される。このようにして、テレセントリック性の確保とコントラストの向上とが容易に両立する。
【００２３】
請求項９記載のプロジェクタ装置は、請求項８記載のプロジェクタ装置において、絞り装置の開口部の形状は、表示デバイスの入射方向と入射角に対するコントラストの特性に応じ、コントラストが高くなる位置に対応して設けられたものである。
【００２４】
そして、この構成では、開口部の形状を円形状とする構成に較べ、投射する画像の照度の低下を抑制しつつコントラストが容易に向上する。
【００２５】
請求項１０記載のプロジェクタ装置は、請求項４ないし９いずれか一記載のプロジェクタ装置において、表示デバイスは、液晶パネルであるものである。
【００２６】
そして、この構成では、コントラストの特性が入射方向と入射角に対して偏っている液晶パネルに対し、テレセントリック性を確保しつつコントラストを向上することにより、容易に画質が向上する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の投射レンズ装置及びプロジェクタ装置の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２８】
図１において、１はプロジェクタ装置で、このプロジェクタ装置１は、図示しない光源と、この光源から照射された光を変調する変調手段である表示デバイスとしての３枚の液晶パネル（ＬＣＤ）３と、光源の照射した光を液晶パネル３を介してスクリーンＳに投射する光学系とを備えている。そして、この光学系は、光源の照射した光を各液晶パネル３に導くダイクロイックミラーなどを備えた照明光学系と、液晶パネル３から出射された光線をスクリーンＳに投射する投射光学系である投射レンズ装置６とを備えている。そして、この投射レンズ装置６は、複数の液晶パネル３から出射されたＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の色光を合成するダイクロイックプリズム８と、このダイクロイックプリズム８から出射された光を拡大して投射する投射レンズ１０とを備えている。
【００２９】
そして、この投射レンズ１０は、鏡筒１１を備え、光軸Ｂに沿って、この鏡筒１１のスクリーンＳ側から順に、第１ないし第５のレンズＬ１〜Ｌ５と、絞り装置１４と、第６ないし第１１のレンズＬ６〜Ｌ１１が配置されている。
【００３０】
そして、これらレンズＬ１〜Ｌ１１は、液晶パネル３から出射された光に対しテレセントリックに構成され、すなわち、液晶パネル３の各位置すなわち各画素を透過した光のうち、液晶パネル３の面方向に垂直な光すなわち光軸Ｂに平行に出射した光である主光線Ａは、光軸Ｂ上の１点Ｇに収束し、すなわち、光軸Ｂと１点Ｇで交差する。
【００３１】
そして、この投射レンズ１０の絞り装置１４は、図１及び図２に示すように、光を透過しない遮蔽部１５、光を透過する開口部１６、及び操作手段１８などを備えている。そして、この開口部１６は、光軸Ｂを通り、さらに、主光線Ａが収束する点Ｇに位置合わせして配置されている。また、この開口部１６の形状は、円形ではなく、液晶パネル３の視野角特性、すなわち入射方向と入射角に対するコントラストの特性に応じて設定され、本実施の形態では、正三角形に形成されている。さらに、操作手段１８を手動あるいは自動により操作することにより、遮蔽部１５及び開口部１６が変化し、例えば、開口部１６の大きさが相似状に変化して、開口量を調整可能になっている。
【００３２】
このように、本実施の形態によれば、投射レンズ１０に絞り装置１４を設けたため、投射レンズ１０のＦ値を大きくし、すなわち、画角を小さくすることにより、鏡筒１１内の迷光すなわち照明光が鏡筒１１の内面で反射した光が多く入射し、また、レンズ収差の影響を大きく受けるレンズ周囲を通過する光を遮光し、迷光の入射やレンズ収差の影響の少ないレンズ中心側の光により投射像を形成して、コントラストを向上することができる。なお、絞り装置１４により光量を制限することにより、投射像は暗化する。
【００３３】
そして、このコントラストを調整する絞り装置１４は、主光線Ａが光学系の光軸Ｂと交わる位置に配置したため、テレセントリック性を崩すことなく、絞り装置１４を配置できる。すなわち、投写型表示装置、特に、表示デバイスとして液晶パネル３を用いたプロジェクタ装置１では、表示デバイスと投射レンズ１０との間の光のテレセントリック性の確保が重要であり、液晶パネル３の各画素から出射される出射光は、各出射光の主光線Ａが光軸Ｂと平行（テレセントリック）となるように投射レンズ１０が形成されているが、絞り装置１４を主光線Ａが光学系の光軸Ｂと交わる位置に配置したため、各画素からの光を光軸Ｂに対して比較的対称に遮光でき、例えば、各画素からの光の上光線と下光線とを光軸Ｂに対して対称に遮光できるため、テレセントリック性の低下を抑制しつつ、投射像のコントラストを向上できる。
【００３４】
また、このように１個の絞り装置１４でＦ値を大きくできるため、レンズ装置全体でレンズ枠ごとの開口径を調整する必要がなく、Ｆ値の設定すなわちコントラストの設定とテレセントリック性の確保とを容易に両立でき、製造コストを低減できる。
【００３５】
さらに、絞り装置１４に、開口部１６の開口量を調整可能な操作手段１８を設けたため、使用状態において、あるいは製造時などの調整時などにおいて、コントラストと像の明るさのバランスを容易に調整し、容易に所望の画質を得ることができる。なお、この操作手段１８は、例えば、鏡筒１１の周方向に沿って回動操作するレバーとして設けることができる。
【００３６】
また、絞り装置１４の開口部１６の形状を、液晶パネル３の視野角特性、すなわち入射方向と入射角に対するコントラストの特性に応じて設定し、本実施の形態では、正三角形に形成したため、投射像の照度低下を抑制しつつ、コントラストを向上することができる。
【００３７】
なお、絞り装置１４は、モータなどの駆動手段を備え、この駆動手段の駆動力により、開口部１６の開口量を調整することもできる。以下、このような絞り装置１４を駆動する駆動手段を備えた第２ないし第５の構成について説明する。
【００３８】
そして、第２の実施の形態は、図示しないが、プロジェクタ装置１の操作者が、スクリーンＳに投射された投射像を視認しながら、この投射像が所望の明るさとコントラストとなるように、図示しない駆動手段としてのモータの駆動スイッチを操作して、このモータの駆動を行い、画質の向上を図るものである。
【００３９】
また、第３の実施の形態は、画像信号の強度レベルとスクリーンＳ上の投射像の明るさとに応じて、自動的に絞り装置１４の開口部１６の面積及び画像信号の強度レベルを調整し、画質の向上を図るものである。
【００４０】
そして、第３の実施の形態では、図３に示すように、プロジェクタ装置１は、表示デバイスである液晶パネル３へ入力される画像信号を制御する画像信号制御手段としての画像信号制御回路２１、絞り装置１４を制御して開口部１６の面積を変化させる絞り装置駆動制御手段としての絞り装置駆動制御回路２２、液晶パネル３へ入力される画像信号を検出し、この画像信号の強度レベルを判断する画像信号強度検出手段としての画像信号強度検出回路２３、及び、スクリーンＳ上の投射像の明るさを受光部としての受光素子２４を介して検出する投射像照度検出手段としての投射像照度検出回路２５などを備えている。そして、この投射像照度検出回路２５で検出された画像信号の強度レベルに応じて、画像信号制御回路２１が液晶パネル３へ入力する画像信号を強弱制御可能であるとともに、絞り装置駆動制御回路２２が絞り装置１４に備えられたモータを駆動させ、開口部１６の開口量を調整可能に構成されている。
【００４１】
そして、この構成では、液晶パネル３へ入力される画像信号について、スクリーンＳの全部黒以外の部分である投射像を形成する画像信号の強度レベルが一定のレベルより低い場合には、絞り装置１４の開口部１６の開口量が小さくなるようにモータを駆動するとともに、開口部１６の開口量が小さくなって低下した投射像の照度を、開口量を小さくする前の照度になるように、液晶パネル３へ入力される画像信号の強度レベルを高くするように制御する。
【００４２】
なお、ここで、全黒部とは、液晶パネル３において、液晶セルを透過した光が検光子を透過できず、いわゆる黒表示となっている部分に対応しているスクリーンＳ上の部分を言う。そして、この全黒部は、液晶パネルの黒表示部において、完全に光源からの光を遮断できる場合には、例えば室内光など、スクリーンＳの周辺の明るさに依存した照度となる。但し、実際には、液晶パネル３は、黒表示の状態であっても、完全には光を遮断できず、漏れ光がスクリーンＳに投射される。そこで、全黒部は、薄ぼんやりと投射光により照明されているような状態となっている。
【００４３】
例えば、画像信号制御回路２１により、画像信号の概ね９５％以上、つまり画像信号により駆動されている液晶セルの９５％以上が、最大レベルの７０％以下の強度レベルの画像信号により駆動されていると判断されたときには、画像信号制御回路２１が、この時点すなわち開口部１６を狭める前の投射像の照度を記憶するとともに、絞り装置駆動制御回路２２が、開口部１６の開口量を全開状態のときの７０％になるようにモータを駆動する。そして、開口部１６の開口量が全開状態のときの７０％になった後、画像信号制御回路２１は、投射像照度検出回路２５により検出される投射像の照度が、開口部１６の開口量を小さくする前の照度と同じ照度になるように画像信号の強度レベルを高める。
【００４４】
また、投射像の照度によらず、画像信号のレベルを全体的に、画像信号の平均強度レベルの１０％分だけ高めるようにしてもよい。
【００４５】
また、画像信号レベルを高めたときに、最大レベルを超える部分が画像信号の５％以下に納まるようにしてもよい。画像信号の強度レベルを全体的に高くすると、元々強度レベルが高かった部分は、最高レベルになる。そのため、その部分に対応する液晶セルを透過した光による投射像は、色調のない白色となるいわゆる白飛の状態となり投射像が劣化する。そこで、白飛の状態を少なくして投射像の劣化を抑えるために、画像信号の強度レベルが最大レベルを超える部分が少くなるように（上述のように例えば投射像の５％以内に）する。
【００４６】
このように、液晶パネル３へ入力される画像信号の強度レベルが低い場合に、絞り装置１４の開口部１６の開口量を小さくするとともに、画像信号の強度レベルを高くすることにより、投射像の照度を開口量を小さくする前と同等に維持しながら、コントラストを高くし、画質の向上を図ることができる。
【００４７】
すなわち、開口部１６の開口量を狭めると、液晶パネル３を介してスクリーンＳに到達する光の光量が低くなり、投射像の照度とともに全黒部の黒さ度合いも増す。そこで、この開口量のまま、液晶パネル３に入力される画像信号のレベルを高くすると、結果的に、全黒部以外の部分である投射像の照度が高くなり、コントラストの高い投射像を得ることができる。
【００４８】
なお、コントラストなどを含む総合的な画質を向上するために、画像信号の強度レベルが最大レベルに対してどれだけ低い時に、開口部１６の面積をどれだけ小さくして、画像信号の強度レベルをどれだけ上げることが適切かは、例えば、画像信号の強度レベルの分布や光源であるランプの明るさなどの要因により影響されるものであり、例えば官能試験により決定され、上記の構成に限られるものではない。
【００４９】
次に、第４の実施の形態を図４を参照して説明する。
【００５０】
この構成は、投射レンズ１０とスクリーンＳとの間の物体を検出し、この物体の存在に応じて、絞り装置１４の開口部１６を開閉制御するものである。
【００５１】
そして、この構成では、絞り装置１４を制御して開口部１６の面積を変化させる絞り装置駆動制御回路２２に、物体検出センサ２７が接続され、この物体検出センサ２７からの信号を、絞り装置駆動制御回路２２が受けるようになっている。この物体検出センサ２７としては、例えば、赤外線の投光部と受光部とを備えて構成されるいわゆる赤外線三角測距装置を使用する。そして、物体検出センサ２７からの信号が、例えば投射レンズ１０の前方５０ｃｍ以内に物体があるという信号であれば、絞り装置駆動制御回路２２は、絞り装置１４の開口部１６を小さくし、さらには閉じるようにモータを駆動する。
【００５２】
このように、投射レンズ１０とスクリーンＳとの間に物体が存在する場合には、絞り装置１４の開口部１６を閉じることにより、物体に対する光の影響を抑制でき、例えば、投射状態にある投射レンズ１０を人が覗いてしまったような場合にも、絞り装置１４が開口部１６を閉じるため、投射光が人の目に直接入ることを抑制し、人の目などに対する光の影響を抑制することができる。
【００５３】
次に、第５の実施の形態を図５を参照して説明する。
【００５４】
この構成は、プロジェクタ装置１の周囲の照度、例えば室内の照度と、スクリーンＳ上の投射像の照度とを比較し、この照度差に応じて、絞り装置１４の開口部１６の開口量と、液晶パネル３に入力する画像信号の強度レベルとを決定し、画質の向上を図るものである。
【００５５】
そして、この構成は、周囲すなわち投射が行われる室内の照度を測定する周囲照度検出手段としての第１の受光素子３１と、スクリーンＳ上の投射像の照度を測定する投射像照度検出手段としての第２の受光素子３２と、第１の受光素子３１が検出した照度と第２の受光素子３２が検出した照度とを比較する照度比較手段としての照度比較回路３３と、この照度比較回路３３による比較結果に基づき、絞り装置１４の開口部１６の面積と液晶パネル３に入力される画像信号の強度とを制御する絞り装置画像信号制御手段としてのモータ画像信号制御回路３５とを備えている。そして、このモータ画像信号制御回路３５は、画像信号制御手段としての画像信号制御回路２１と絞り装置駆動制御手段としての絞り装置駆動制御回路２２とを兼ねるとともに、比較結果である照度差に対する絞り装置１４の開口部１６の開口量と画像信号の強度レベルとの照度差に応じて絞り装置１４及び液晶パネル３の制御を予め記憶した対応テーブルを備えている。
【００５６】
そして、２個の受光素子３１，３２からの信号に基づき、照度比較回路３３において室内の照度とスクリーンＳ上の投射像の照度とを比較した照度差に応じ、モータ画像信号制御回路３５が対応テーブルに基づいて絞り装置１４の開口部１６の開口量と画像信号の強度レベルとを決定し、絞り装置１４のモータの駆動と画像信号の強度レベルの変更とを行う。ここで、対応テーブルの内容は、例えば、投射像のスクリーンＳ上での照度が室内光の照度に対して十分な明るさを有していない場合には、画像信号の強度レベルを高くするとともに、絞り装置１４の開口量を小さくする方向にモータを駆動するように設定されている。
【００５７】
すなわち、スクリーンＳ上の投射像の照度が、室内の照度に対して十分に明るくない場合は、投射像と全黒部との照度差が小さくなるため、投射像のコントラストが低くなる。そこで、この状態では、絞り装置１４の開口量を小さくして、投射像のコントラストの向上を図るとともに、絞り装置１４の開口面積が小さくなっても投射像の照度が低下しないように、画像信号の強度レベルを高く設定することにより、画質を向上できる。
【００５８】
なお、投射像のコントラストは、鏡筒１１の内部の迷光やレンズの収差などの複数の要因の他、室内の照度とスクリーンＳ上の投射像の照度に対する観察者の視覚の明暗反応などの官能面にも依存する。従って、絞り装置１４の開口面積及び画像信号のレベルとの関係を定める対応テーブルの具体的な内容は、官能試験などの結果も加えて決定する。
【００５９】
また、上記の実施の形態では、室内の照度とスクリーンＳの投射像の照度との両方を検出しているが、スクリーンＳの投射像の照度に較べて室内の照度の方が投射像のコントラストに大きな影響を与える要因であるため、室内の照度のみを検出し、この室内光の照度に合わせて、絞り装置１４の開口面積と画像信号の強度レベルとの設定を行うことによっても、投射像のコントラストの向上と照度の維持を図ることができる。
【００６０】
さらに、投射像のコントラストは、室内の照度が高くなり、この室内の照度と投射像の照度との差が小さくなるほど低下する。そこで、室内の照度が予め定めた照度より高い場合は、あるいは、室内の照度と投射像の照度との差が予め定めた値より小さい場合は、絞り装置１４の開口面積を大きくし、投射像の照度を上げることにより、投射像のコントラストの向上を図ることもできる。ここで、絞り装置１４の開口面積を大きくすると、投射像のコントラストは低下する傾向となるが、絞り装置１４の開口部１６の形状を液晶パネル３の視野角特性に応じて設定することにより、コントラストの低下の度合いを抑制することができる。
【００６１】
すなわち、これら第２及び第５の実施の形態においても、投射レンズ１０は、液晶パネル３から出射された光に対しテレセントリックに構成し、主光線Ａが光軸Ｂと交差する位置に合わせて絞り装置１４の開口部１６を設けることにより、液晶パネル３の各位置からの光を光軸Ｂに対して対称に遮光し、テレセントリック性の低下を抑制して、テレセントリック性の確保とコントラストの向上とを容易に両立できる。さらに、絞り装置１４の開口部１６の形状を、液晶パネル３の入射方向と入射角に対するコントラストの特性に応じ、コントラストが高くなる位置に対応して設けることにより、開口部の形状を円形状とする構成に較べ、投射する画像の照度の低下を抑制しつつコントラストを容易に向上できる。
【００６２】
次に、液晶パネル３の視野角特性について説明する。なお、図６ないし図９は測定方法を示し、図１０は測定結果を示している。
【００６３】
基本的測定条件は、駆動電圧について、ＨＶＤＤ＝１５．５Ｖ、ＶＶＤＤ＝１５．５Ｖ、ＶＶＣ＝７．０Ｖ、Ｖｃｏｍ＝６．６Ｖに設定されている。また、測定温度は２５℃、測定点は画面中央部１点、測定計は以下の測定系Ｉ及び測定系ＩＩ、ビデオ入力信号電圧Ｖｓｉｇは、信号振幅ＶＡＣに対し、Ｖｓｉｇ＝７．０±ＶＡＣ〔Ｖ〕となっている。
【００６４】
図６は測定系Ｉを示し、プロジェクタ装置１からＡ＝２０００ｍｍの位置に配置されたスクリーンＳに投影された画像を、輝度計４１を介して測定装置４２で測定するものである。そして、スクリーンＳは、ゲイン２．８のガラスビーズタイプである。また、プロジェクタ装置１の投射レンズ１０は焦点距離８０ｍｍ、Ｆ１．９であり、光源は１５５Ｗで色温度７５００Ｋ±５００のメタルハライドランプであり、拡大率は２４倍、測定径は７ｍｍφとなっている。また、偏光板は、商品名ＥＧ−１２２４ＤＵ（日東製）あるいは商品名ＳＫＮ−１８２４２Ｔ（株式会社ポラテクノ製）あるいは相当品である。
【００６５】
また、図７及び図８は測定系ＩＩを示し、液晶パネル３を駆動回路４４で駆動するとともに、移動可能に設けられた光源Ｗから照射した光線を液晶パネル３を透過させ、液晶パネル３の中央部を中心として光源Ｗに対向して移動可能に設けられた受光レンズ４６で受光する。そして、この受光レンズ４６は、光ファイバー４７を介して光検知装置４８に接続され、さらに、この光検知装置４８は、測定装置４９に接続されている。
【００６６】
なお、図８中、３ａは液晶パネルの本体部、３ｂは本体部を囲む枠部、３ｃはフレキシブル配線、３ｄはマークである。
【００６７】
また、図９は、液晶パネル３に入射する光角度〔度〕と、相対的光強度との関係を示すグラフである。
【００６８】
また、図１０中、ＣＲは、コントラスト（比）を示し、このＣＲは、測定系Ｉにおいて、入力信号振幅（ＶＡＣ）を０．５Ｖとしたときの、スクリーンＳの中央部における表面輝度Ｌ（Ｗｈｉｔｅ）と、入力信号振幅（ＶＡＣ）を４．５Ｖとしたときの表面輝度Ｌ（Ｂｌａｃｋ）とを測定し、ＣＲ＝Ｌ（Ｗｈｉｔｅ）／Ｌ（Ｂｌａｃｋ）との式で算出したものである。
【００６９】
そして、液晶分子の配列を制御し、この配列の変化を偏光板との組み合わせにより視認させる光シャッタである液晶パネル３は、光の入射角度により特性が異なり、特に、液晶パネル３を透過した光のコントラストについては、入射角度のみならず、入射方向により特性が異なっている。すなわち、全体的な傾向として、液晶パネルに入射する光の入射角が高い、すなわち直交に近い（Ｚ軸に対するθが小さい）ほど、コントラストが高くなる。このため、一般には、円形状の開口部を小径化することにより、入射角が低くコントラストが低くなる光を遮光し、コントラストの向上を図っている。しかしながら、液晶パネル３は、入射方向（Ｙ軸に対するφ）によっても特性が異なり、測定結果である図１０に示すように、コントラストの比較的高い部分においては、コントラストが等しい部分を結ぶ線は略三角形状をなし、コントラストの比較的低い部分においては、コントラストが等しい部分を結ぶ線は各辺が湾曲した四角形状をなしている。
【００７０】
そこで、図２に示す第１の実施の形態では、コントラストの比較的高い部分の形状に注目し、略三角形状の開口部１６を形成した。そして、このように、絞り装置１４の開口部１６の形状を、視野角特性に対応させた形状とし、すなわち、開口部１６の形状を、コントラストが高い光線の通過する位置に対応して開口させた形状とし、すなわち、この開口部１６を通過する光線を、コントラストが高い光線だけが通過する割合が高くなる形状にすることにより、投射する画像のコントラストの高さと照度の高さとを両立できる。すなわち、コントラストの高い光だけを通過させようとすると絞りの小径化を余儀なくされて照度が低下する円形の絞りに較べ、絞り装置１４の光の通過面積である開口径を大きく保ちながら、コントラストの高い光線を多く通過させることができ、コントラストの高さと照度の高さとを両立させ、プロジェクタ装置の性能を容易に向上させることができる。
【００７１】
言い換えれば、従来利用されている円形状の中央部分から、コントラストの高い部分に沿って突出部Ｃを設けたため、コントラストの低下を抑制しつつ、照度を向上し、コントラストの高さと照度の高さとを両立させ、プロジェクタ装置の性能を容易に向上させることができる。
【００７２】
なお、上記の図２に示す第１の実施の形態では、コントラストの比較的高い部分の形状に注目し、かつ、照度をできるだけ向上するとともに、形状も簡単で製造コストの低減を図れるように、３方向に突出部Ｃが突出する略三角形状の開口部１６を形成したがこの構成に限られず、開口部１６を他の形状とすることもできる。
【００７３】
すなわち、図１１に示す第６の実施の形態のように、コントラストの比較的高い部分の形状に注目し、かつ、照度の向上よりもコントラストの向上を優先するとともに、形状も簡単で製造コストの低減を図れるように、３方向に突出部Ｃが突出する略三角形状の開口部５１を形成することもできる。
【００７４】
また、図１２に示す第７の実施の形態のように、コントラストの比較的低い部分の形状まで注目し、かつ、照度をできるだけ向上するために、４方向に突出部Ｃが突出する略台形状の開口部５３を形成することもできる。
【００７５】
また、図１３に示す第８の実施の形態のように、コントラストの比較的低い部分の形状まで注目し、かつ、コントラストと照度とをできるだけ向上するために、コントラストが等しい部分を結ぶ線にほぼ沿って、４方向に突出部Ｃが突出する各辺を内側に湾曲する曲線状とした略台形状の開口部５５を形成することもできる。
【００７６】
さらに、図１４に示す第９の実施の形態のように、コントラストの比較的低い部分の形状まで注目し、かつ、コントラストと照度とをできるだけ向上するとともに、投射する画像の光量の平均化を図り、コントラストが等しい部分を結ぶ線にほぼ沿って、４方向に突出部Ｃが突出する各辺を内側に湾曲する曲線状とした略正方形状の開口部５７を形成することもできる。
【００７７】
なお、絞り装置１４の開口部１６の形状は、表示デバイスとしての液晶パネル３の視野角特性が異なれば、それぞれの特性に応じて変えることができる。
【００７８】
また、表示デバイスとしては、透過型の液晶パネル３について説明したが、この構成に限られず、複数の画素を用いる種々の表示デバイスに適用することができる。
【００７９】
【発明の効果】
請求項１記載の投射レンズ装置によれば、絞り装置を設けることにより、Ｆ値を大きくし、すなわち画角を小さくして、レンズ収差の影響を大きく受けるレンズ周囲を通過する光を遮光し、レンズ収差の影響の少ないレンズ中心側の光により投射像を形成することにより、投射像のコントラストを向上できる。また、投射レンズ装置は、表示デバイスから出射された光に対しテレセントリックに構成されているため、表示デバイスの各位置から出射された投射光の主光線は、一点に集光して光軸と交差する。そこで、絞り装置は、これら主光線が光軸と交差する位置に合わせて開口部を設けることにより、表示デバイスの各位置からの光を光軸に対して対称に遮光可能なため、テレセントリック性の低下を抑制できる。このようにして、テレセントリック性の確保とコントラストの向上とを容易に両立できる。
【００８０】
請求項２記載の投射レンズ装置によれば、請求項１記載の効果に加え、絞り装置の開口部の形状は、表示デバイスの入射方向と入射角に対するコントラストの特性に応じ、コントラストが高くなる位置に対応して設けたため、開口部の形状を円形状とする構成に較べ、投射する画像の照度の低下を抑制しつつコントラストを容易に向上できる。
【００８１】
請求項３記載の投射レンズ装置によれば、請求項１または２記載の効果に加え、絞り装置は、開口部の面積を調整可能に設けたため、投射像のコントラストと明るさとを容易に調整できる。
【００８２】
請求項４記載のプロジェクタ装置によれば、請求項１ないし３いずれか一記載の投射レンズ装置を備えたため、テレセントリック性の確保とコントラストの向上とを容易に両立できる。
【００８３】
請求項５記載のプロジェクタ装置によれば、表示デバイスに入力される画像信号の強度レベルが低い場合に、絞り装置の開口部の開口量を小さくするとともに、画像信号の強度レベルを高くすることにより、投射像の照度を維持しながら、コントラストを高くすることができる。
【００８４】
請求項６記載のプロジェクタ装置によれば、投射レンズ装置とスクリーンとの間に物体が存在する場合には、絞り装置の開口部を小さくすることにより、物体に対する光の影響を抑制できる。
【００８５】
請求項７記載のプロジェクタ装置によれば、スクリーン上の投射像の照度が、室内の照度に対して十分に明るくない場合は、絞り装置の開口量を小さくして、投射像のコントラストを向上できるとともに、画像信号の強度レベルを高く設定することにより、投射像の照度の低下を抑制できる。
【００８６】
請求項８記載のプロジェクタ装置によれば、請求項５ないし７いずれか一記載の効果に加え、投射レンズ装置は、表示デバイスから出射された光に対しテレセントリックに構成されているため、表示デバイスの各位置から出射された投射光の主光線は、一点に集光して光軸と交差する。そこで、絞り装置は、これら主光線が光軸と交差する位置に合わせて開口部を設けることにより、表示デバイスの各位置からの光を光軸に対して対称に遮光でき、テレセントリック性の低下を抑制でき、テレセントリック性の確保とコントラストの向上とが容易に両立する。
【００８７】
請求項９記載のプロジェクタ装置によれば、請求項８記載の効果に加え、絞り装置の開口部の形状は、表示デバイスの入射方向と入射角に対するコントラストの特性に応じ、コントラストが高くなる位置に対応して設けたため、開口部の形状を円形状とする構成に較べ、投射する画像の照度の低下を抑制しつつコントラストを容易に向上できる。
【００８８】
請求項１０記載のプロジェクタ装置によれば、請求項４ないし９いずれか一記載の効果に加え、コントラストの特性が入射方向と入射角に対して偏っている液晶パネルに対し、テレセントリック性を確保しつつコントラストを向上することにより、容易に画質を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の投射レンズ装置及びプロジェクタ装置の一実施の形態を示す一部の断面図である。
【図２】同上投射レンズ装置の絞り装置の第１の実施の形態を示す説明図である。
【図３】本発明のプロジェクタ装置の第３の実施の形態を示す説明図である。
【図４】本発明のプロジェクタ装置の第４の実施の形態を示す説明図である。
【図５】本発明のプロジェクタ装置の第５の実施の形態を示す説明図である。
【図６】同上プロジェクタ装置に備える液晶パネルの視野角特性を測定する測定系である。
【図７】同上液晶パネルの視野角特性を測定する測定系である。
【図８】同上液晶パネルの視野角特性を測定する測定系である。
【図９】同上液晶パネルに入射する光角度と相対的光強度との関係を示すグラフである。
【図１０】同上液晶パネルの視野角特性の測定結果を示すグラフである。
【図１１】本発明のプロジェクタ装置の第６の実施の形態を示す絞り装置の説明図である。
【図１２】本発明のプロジェクタ装置の第７の実施の形態を示す絞り装置の説明図である。
【図１３】本発明のプロジェクタ装置の第８の実施の形態を示す絞り装置の説明図である。
【図１４】本発明のプロジェクタ装置の第９の実施の形態を示す絞り装置の説明図である。
【符号の説明】
１    プロジェクタ装置
３    表示デバイスとしての液晶パネル
６    投射レンズ装置
１４    絞り装置
１６，５１，５３，５５，５７    開口部
２１    画像信号制御手段としての画像信号制御回路
２２    絞り装置駆動制御手段としての絞り装置駆動制御回路
２３    画像信号強度検出手段としての画像信号強度検出回路
２７    物体検出センサ
３１    周囲照度検出手段としての第１の受光素子
３２    投射像照度検出手段としての第２の受光素子
３３    照度比較手段としての照度比較回路
３５    絞り装置画像信号制御手段としてのモータ画像信号制御回路
Ａ    主光線
Ｂ    光軸
Ｓ    スクリーン
【図１】
2004157348.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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