(57)【要約】【課題】従来の投写型表示装置の照明光学系の光路中に設けられ、開口形状を非円形にする絞りは、固定式、可動式のものが存在するが、高輝度化が困難だったり、高速での応答が不可能という課題と、可動式のものはドライブ回路の故障で光路中に絞り板が挿入されたままになるなどの課題があった。【解決手段】照明光路中で、そこでの光束の一部を遮光可能で、ボイスコイルモータで駆動される絞り板と、動作中は駆動機構に無関係の位置に電磁石で保持され、ドライブ回路の故障等が発生した場合、電磁石への通電が遮断され、絞り板が光路中から退避した状態に保持される一方向に付勢されたアームを備える。【選択図】  図１
2005017810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力情報に応じ画素ごとに変調可能なライトバルブと、
前記ライトバルブに照射する光を発する光源と、
前記光源から出射した光を集光し前記ライトバルブに照射する複数の光学素子からなる照明光学系と、
前記ライトバルブの反射、若しくは透過光を投写する投写レンズと、
前記照明光学系内に位置し、前記照明光学系内の光束の一部を遮る第１の位置と、前記光束を遮らない第２の位置に移動可能な絞り板と、
前記絞り板を前記第１の位置と前記第２の位置の間を移動させるボイスコイルモータと、
前記絞り板の位置を検出する検出手段とを備えたことを特徴とする投写型表示装置。
【請求項２】
入力情報に応じ画素ごとに変調可能なライトバルブと、
前記ライトバルブに照射する光を発する光源と、
前記光源から出射した光を前記ライトバルブに照射する複数の光学素子からなる照明光学系と、
前記ライトバルブの反射、若しくは透過光を投写する投写レンズと、
前記照明光学系内に位置し、前記照明光学系内の光束の一部を遮る第１の位置と、前記光束を遮らない第２の位置の間を移動可能な絞り板と、
前記絞り板を前記第１の位置と前記第２の位置の間を移動させる駆動手段と、
前記絞り板を第１の位置から第２の位置に移動させるように付勢する付勢手段とを備え、
正常動作時には前記付勢手段が前記絞り板に作用しないように保持する保持手段とを備えたことを特徴とする投写型表示装置。
【請求項３】
前記保持手段は、電磁作用を利用したものであって、
通電状態では前記付勢手段が前記絞り板に作用しないように保持し、
通電が停止した状態では前記絞り板を保持しないことを特徴とする請求項２記載の投写型表示装置。
【請求項４】
前記駆動手段は前記絞り板を前記保持手段の保持可能な位置まで移動させることを特徴とする請求項２または３記載の投写型表示装置。
【請求項５】
前記駆動手段はボイスコイルモータであることを特徴とする請求項２、３または４のいずれかに記載の投写型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画素ごとに変調可能なミラーアレイ素子や、液晶パネルを反射、若しくは、透過型のライトバルブとして使用し、そのライトバルブに光を照射する光源と、ライトバルブで反射、若しくは、透過し画素ごとに変調された光束をスクリーンに拡大投写する投写レンズを備え、光源からの光束を一部若しくは全てを遮る可動式の絞り板が設けられた投写型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この手の投写型表示装置において、輝度を出来るだけ低下させずに高コントラスト比を実現する方法として、特許文献１に記載されたものが知られている。
【０００３】
図６に従来のこの手の投写型表示装置において、コントラスト比を悪化させずに高輝度化可能になる非対称開口の例が説明してある。図中ミラーアレイ素子１０１は画素数分の微小ミラー１０２を持ち、その微小ミラー１０２は回動軸１０３に対し所定角度任意に回動可能である。このミラーアレイ素子１０１を照明する照明光は開口形状１０４に示す非対称開口形状としている。具体的な実施方法としてはミラーアレイに光を照射する照明光学系の光路中に所定形状の絞りを設置したり、構成するレンズに歪像レンズを用いる方法等が開示されている。さらに、照明光路中にその光束の一部を遮光する可動式の絞り板を設け、映像の種類（例えばパソコンからのプレゼンテーション画像や映画等の映像など）や、外光強度の応じ駆動モータを用い絞り板の挿入量を調整し、高輝度と高コントラスト比を両立させる技術が知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特表平９−５００７３８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記の従来の方法の固定式の非対称開口の例では、コントラスト比を向上できるものの円形の開口形状に比較して輝度の低下は避けられない。また、駆動モータを用いるものについては、使用者が好みに応じて選択、調整するなどの比較的低速の切り替えでは問題無いものの、映像の急激な変化等に対応することは応答速度の点から困難であるという問題点を有していた。また、絞り板が光路中に挿入された状態で駆動装置の故障や、駆動回路の故障が発生した場合そのままの状態で停止してしまい、輝度が出ない状態になってしまい、絞り板を光路から退避させるには、サービスマン等が分解して対応する必要がある等という問題点をさらに有していた。
【０００６】
本発明は上記問題点を解決するもので、入力情報を基に、照明光の光束を遮る量を決定し、それに応じて照明光の光束を遮る絞り板の高速駆動を可能にする絞り板の駆動機構を備え、絞り板が光路中に挿入された状態で駆動装置の故障や、駆動回路の故障が発生した場合絞り板を光路中から退避させる手段を有し、引き続き使用しても高輝度状態を維持できる投写型表示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】
この課題を解決するために、本発明の投写型表示装置には、入力情報に応じ画素ごとに変調可能なライトバルブと、そのライトバルブに照射する光を発する光源と、その光源から出た光を集光しライトバルブに照射するための複数の光学素子からなる照明光学系と、ライトバルブからの反射、若しくは透過光を投写する投写レンズと、前記照明光学系内に位置し、光束の一部を遮る位置と遮らない位置に移動可能な絞り板と、その絞り板を光束の一部を遮る位置と遮らない位置の間を移動させるボイスコイルモータと、その絞り板の位置を検出できる検出手段とを備えている。さらに、前記絞り板を光束を遮らない位置に移動させうる付勢手段と、前記付勢手段が前記絞り板に作用しない位置で保持できる保持手段を備えている。これらにより入力情報を基に、照明光の光束を遮る量を決定し、それに応じて絞り板を高速に駆動し、絞り板が光路中に挿入された状態で駆動装置の故障や、駆動回路の故障が発生した場合絞り板を光路中から退避させる手段を有することで引き続き使用しても高輝度状態を維持できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図５を用いて説明する。
【０００９】
（実施の形態１）
図１は本発明の投写型表示装置の一実施の形態の主要部である絞り板駆動機構１を示す正面図で、図２はその絞り板駆動機構１を含む投写型表示装置全体を示す平面図である。光源としてのランプ２と、その光を集光する楕円面鏡３と、赤、緑、青の光を選択的に透過するフィルタで構成され、駆動モータにより回転駆動されるカラーホィール装置４と、カラーホィール装置４を透過した所定の広がり角を持つ光束を平行光にし、かつ、ライトバルブに集光、照射する照明光学系５としてのコンデンサーレンズ６、第１レンズアレイ７、第２レンズアレイ８、折り返しミラー９、フィールドレンズ１０と、照明光学系５からの光束をライトバルブ側に反射させ、ライトバルブからの反射光を真直ぐ透過させるＴＩＲプリズム１１と、ライトバルブとしてのミラーアレイ素子１２と、そのミラーアレイ素子で所定方向に反射された光を装置外のスクリーン等に拡大投写する投写レンズ１３とから構成される。ミラーアレイ素子１２は図３に示すように微小ミラー１４とその回動軸１５が規則正しく配列されており、斜め方向から光束のうちＯＮさせたい画素のみの微小ミラーを光の入射方向に回動させその反射光が投写レンズ１３で投写できる方向に反射させる、ＯＦＦさせたい画素に対応した微小ミラーはその反対方向に回動させその反射光が投写レンズ１３でけられる方向に反射させる、このことによりミラーアレイ素子はライトバルブとして作用する。また、第２レンズアレイ（投写レンズ１２の絞り位置と共役な位置）のランプ側近傍に照明光を一方向から任意の位置まで遮る絞り板１６を有する絞り板駆動機構１が設けられている。駆動方式はボイスコイルモータ（以降ＶＣＭと称す）の形式で、その詳細は図１に示す、可動側は絞り板１６とその絞り板１６が取り付けられ、回動可能なアクチュエータハブ１７と、そのアクチュエータハブ１７にはコイル１８と、そのアクチュエータハブ１７の回動角度を検出するためのセンサープレート１９が一体となって取り付けられている。固定側には高温マグネット２０と、そのマグネット２０が取り付けられたヨーク２１と、コイル１８を挟んで反対側に設けられたヨーク２２と、アクチュエータハブ１７の回動支軸２３と、センサープレート１９の反射光を基にアクチュエータハブ１７の回動角度を検出可能な反射式センサ２４から構成されている。また、回動支軸２３には、アクチュエータハブ１７の係合部２５と係合し、所定位置に鉄心２６が固定されたアーム２７が回動自在に取り付けられるとともに、固定側のヨーク２１との間に引っ張りばね２８が張架され、常に矢印Ａ方向に付勢されている。さらに固定側には通電により、アーム２７の鉄心２６が接触若しくはごく近傍まで来たとき引っ張りばね２８の付勢力に抗し、吸着することが可能な電磁石２９を備えている。詳細を図５に示す。
【００１０】
以上説明した絞り板駆動機構１はその絞り板１６で照明光を直接的に遮るため１００℃以上の高温になることが知られており、使用するＶＣＭの部品も高温環境下での使用に耐える必要がある。例えばマグネット２０に関しても、サマリュームコバルト磁石やアルニコ磁石などを使用している、また、コイル１８に関しても高温使用に耐えられる巻線を例えばポリイミドイミド銅線等を使用している。
【００１１】
以上のように構成された投写型表示装置について、以下、その動作を述べる。光学的な基本動作としてはランプ２からの白色光を楕円面鏡３で集光しスポット状にして、カラーホィール装置４に照射する。カラーホィール装置４は回転するフィルターを備え、赤、緑、青の光を時分割で透過させる。この光束をコンデンサレンズ６の作用で平行光にし、第１レンズアレイ７、第２レンズアレイ８の作用で、ミラーアレイ素子１２の面が均一に照明される。このミラーアレイ素子１２では微小ミラーを入力情報に応じ回動させることで、それぞれの色の画像を所定タイミングで投写レンズ１３を通し、外部のスクリーンに投写することでフルカラーの画像を投写させることが出来る。
【００１２】
次に照明光学系の途中に配置された絞り板駆動機構１の動作を図４を用いて説明する。この絞り板駆動機構１の基本構成はＶＭＣでありマグネット２０と、ヨーク２１、２２で形成される磁界中のコイル１８に図示しないドライブ回路から通電することでアクチュエータハブ１７に回動支軸２３回りのモーメントを発生させることで、高速動作が可能である。実際の使用時は図４（ｄ）の状態で使用し、この状態で映像信号から投写画像の明るさの成分を取り出し、明るいシーンでは絞り板１６が照明光路から退避した位置に、また、暗いシーンでは照明光路を遮る位置に制御される。これはＶＣＭに取り付けられた反射式センサ２４とセンサプレート１９により、アクチュエータハブ１７の角度検出し、サーボ回路で高速に位置制御することで実現している。
【００１３】
次に電源ＯＮ、ＯＦＦ時、回路が故障を起こした場合について述べる。電源ＯＦＦ時に図４（ａ）状態（絞り板１６が照明光束３０から退避した状態）で引っ張りばね２８の付勢力により矢印Ａ方向に付勢されて固定されている。動作開始後、ＶＭＣによりアーム２７はアクチュエータハブ１７の係合部２５により矢印Ｂ方向に回動し、図４の（ｂ）を経て、（ｃ）の状態になる。このとき電磁石２９に通電することで、アーム２７の鉄心２６が吸着される。その後、図４（ｄ）の状態でアクチュエータハブ１７には引っ張りばね２８の付勢力は作用せず高速に回動可能になる。使用中何らかの原因でドライブ回路が故障を起こした場合、電磁石２９への導通が遮断される回路としておくことで、電磁石２９の吸引力が無くなりアーム２７の鉄心２６が開放され結果引っ張りばね２８によりアーム２７が矢印Ａ方向に回動し、途中アクチュエータハブ１７の係合部２５を引っ掛けた状態で移動し、再び図４（ａ）の状態になる。なお、特許請求の範囲に記載した第１の位置とは例えば図４（ｃ）の位置のような光束の一部を遮るような位置をいう。
【００１４】
第２の位置とは例えば図４（ａ）の位置のような光束を遮らないような位置をいう。
【００１５】
このように、絞り板を高速に回動可能に構成することで、入力情報を基にコントラストと輝度が最適になるよう照明光束３０を遮る量を決定し、かつ、それに応じ絞り板１６を駆動することが可能になる。また、絞り板１６が照明光束３０に挿入された状態でドライブ回路が故障を起こしても、速やかに絞り板１６を照明光束３０を遮らないよう退避させることが可能になる。また、輸送中においても絞り板１６が一方向に固定され、大変有用である。
【００１６】
なお、以上の説明では、ミラーアレイ素子を１個使った方式について説明したが、ミラーアレイ素子を複数使用する方式にも同様に実施可能である。
【００１７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、投写型表示装置の照明光路中の所定位置で光束の一部を遮ることが可能で、かつ、その遮る量を高速に変化させることが可能になる。結果、入力情報、または、ユーザーの好みにより輝度重視や、コントラスト比重視に画質を高速に変化させることが可能になるという顕著な効果が得られる。また、使用中に駆動回路の故障等が発生した場合は、絞り板が光路を遮らない位置に速やかに退避することが可能で、継続して使用しても高輝度の映像を引き続き投写出来るという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の絞り板駆動機構の正面図
【図２】投写型表示装置全体の構成を示す平面図
【図３】ミラーアレイ素子の構造を示す図
【図４】絞り板駆動機構の動作を示す図
【図５】アクチュエータハブの係合部の詳細を示す斜視図
【図６】従来技術のミラーアレイ素子に対する固定開口形状の図
【符号の説明】
１  絞り板駆動機構
２  ランプ
３  楕円面鏡
４  カラーホィール装置
５  照明光学系
６  コンデンサーレンズ
７  第１レンズアレイ
８  第２レンズアレイ
９  折り返しミラー
１０  フィールドレンズ
１１  ＴＩＲプリズム
１２  ミラーアレイ素子
１３  投写レンズ
１４  微小ミラー
１５  回動軸
１６  絞り板
１７  アクチュエータハブ
１８  コイル
１９  センサープレート
２０  マグネット
２１、２２  ヨーク
２３  回動支軸
２４  反射式センサ
２５  係合部
２６  鉄心
２７  アーム
２８  引っ張りばね
２９  電磁石
３０  照明光束
１０１  ミラーアレイ素子
１０２  微小ミラー
１０３  回動軸
１０４  開口形状
【図１】
2005017810.tif 000003
【図２】
2005017810.tif 000004
【図３】
2005017810.tif 000005
【図４】
2005017810.tif 000006
【図５】
2005017810.tif 000007
【図６】
2005017810.tif 000008