(57)【要約】【課題】光源から発せられる光を遮らずに透過させて光量を減少させる手段によって表示画像の明度を低下させる構成とすることにより、表示画像の明度分布の均一化機能を充分に利用して減光による表示画像の明度分布の均一性を改善し、且つコントラスト比を向上することができる光学装置及び該光学装置を備える投射型表示装置を提供する。【解決手段】第１レンズアレイ３１及び第２レンズアレイ３２の略中間にＮＤフィルターである減光フィルター４を鉛直方向と平行に設置して、光源１からの光を透過させて減少させる。更に減光フィルター４は、ステッピングモータによって光軸に対する傾きを変更することができる。ステッピングモータでの傾きは、受信部２１を介して入力された画像情報の輝度値に基づいて制御部２０で算出した減光量に応じて、駆動部２３によって制御される。【選択図】図１
2007322923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、該光源から発せられる光の空間的密度を均一化する均一化手段とを備える光学装置において、
前記光源から発せられる光を透過して光量を減少させる減光手段を備えること
を特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記均一化手段は、
前記光源からの光の光軸上に離隔配置された第１レンズアレイ及び第２レンズアレイからなるインテグレータレンズであり、
前記減光手段は、
第１レンズアレイと第２レンズアレイとの間に備えること
を特徴とする光学装置。
【請求項３】
前記減光手段は、
前記光源から発せられる光の光量を減少させる平板状のフィルターを備えること
を特徴とする請求項１又は２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記フィルターは、
前記均一化手段を通過する光束を全て受光することができる最小面積以下の面積を有し、
前記減光手段は、
前記フィルターの前記光源から発せられる光の光軸に対する傾きを変更する手段
を備えることを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一つに記載の光学装置と、該光学装置から照射される光を入力された画像情報に基づいて変調する手段と、変調された光を投射する手段とを備えること
を特徴とする投射型表示装置。
【請求項６】
光源と、該光源から発せられる光の空間的密度を均一化する均一化手段と、入力された画像情報に基づいて前記光源からの光を変調する手段と、変調された光を投射する手段とを備える投射型表示装置において、
前記光源から発せられる光を透過させて光量を減少させる減光手段を備え、
該減光手段は、
前記光源から発せられる光が前記均一化手段を通過する光束を全て受光することができる最小面積以下の面積を有する略平板の形状であって、前記光源からの光量を減少させるフィルターと、
該フィルターの光軸に対する傾きを変更する手段とを備え、
入力される画像の輝度に基づいて前記フィルターの傾きを制御するようにしてあること
を特徴とする投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
光源と該光源から発せられる光の空間的密度を均一化する手段とを備える光学装置に関し、特に、前記光源から発せられる光の光量を減少させる光学装置及び該光学装置を備えた投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
投射型表示装置では、画像品質向上のためコントラスト比を向上させる開発が種々行われている。コントラスト比を向上させるには、明るい画像を投射表示する場合には光量を増加させ、暗い画像を投射表示する場合には光量を減少させる。
【０００３】
そのため、供給される電流量に応じて発生する光量が変化する光源に対し、入力された画像の輝度に応じて光源への供給電流量を変化させて光源の発光量を制御する光源装置がある。しかし、この場合に用いられるハロゲンランプ、メタルハライドランプ、又は超高圧水銀ランプ等の直流ランプの発光量は、３０％ほど減光できる程度にとどまる。また、このような直流ランプの発光量の変化量及び変化周期が著しく変化する場合は直流ランプの劣化を引き起こし、光源の寿命が短くなるという問題がある。
【０００４】
そこで、光源から画像を形成する表示素子に照射する光を減光するために、絞り装置を設け、表示する画像情報、例えば平均輝度レベルに基づいて絞りを制御する技術が開示されている（特許文献１）。表示する画像の平均輝度レベルに基づいて遮光すべき遮光量を算出し、該遮光量によって絞りを制御することで、表示画像に応じて光量を調整しコントラスト比を向上させることができる。
【０００５】
ところが、特許文献１で開示されている技術では、表示素子へ照射する光源からの光を絞り装置によって単に絞る構成であるために絞り装置の影が生まれ、表示素子に照射された光の明度が不均一となり、明度に斑のある表示画像となる虞がある。そのため、光源から発せられる光を、画像を形成する表示素子に均一に照射させるための手段として一対のマルチレンズアレイで構成されるインテグレータレンズアレイを設け、第１レンズアレイと第２レンズアレイとの間に絞り装置又は遮光装置を設けることで、表示画像の明度の斑を抑えつつ光量を調整してコントラスト比を向上させる光学装置が開示されている（特許文献２、３、４）。この際、照射された光を変調する画像デバイスに入力される画像情報によって、絞り装置又は遮光装置の動作を制御して画像デバイスに照射させる光量を調整し、表示する画像に適したコントラストを再現することができる。
【特許文献１】特開２００３−３６０６３号公報
【特許文献２】特開２００４−６９９６６号公報
【特許文献３】特開２００５−１７８１０号公報
【特許文献４】特開２００６−４７７９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２、３、４で開示されている技術では、画像デバイスに照射される光の明度分布を均一化するための手段としてインテグレータレンズアレイを設けているにも関わらず、第１レンズアレイを通過して第２レンズアレイの各レンズに集光する光の一部を遮断してしまう。従って、第１レンズアレイの機能を充分に生かすことができない。
【０００７】
また、第１レンズアレイと第２レンズアレイとの間に絞り装置又は遮光装置を備えることで光源からの光を減光する場合は、光源からの光を遮って減光するため、第２レンズアレイを構成するレンズのうち、光源からの光が通過するレンズは一部である。該一部のレンズのみによって光源からの光が重なり合い多重結像されるため、重ね合いの効果が薄れて照射光の画像デバイスでの明度分布が不均一となり、表示画像に斑が生まれる弊害が起こる場合がある。
【０００８】
さらに、光源からの光が通過する第１レンズアレイ及び第２レンズアレイに傷又は泡等の欠陥が存在した場合、欠陥による結像画像への影の発生又は結像のずれ等の表示画像に対する影響が大きくなる。従って、絞り装置又は遮光装置によって遮断されない光が通るレンズの欠陥を防ぐためにレンズアレイの製作に精度が要求され、コストが上昇する。
【０００９】
本発明は斯かる事情を鑑みてなされたものであり、光源から発せられる光を透過させて光量を減少させる手段によって表示画像の明度を低下させる構成とすることにより、表示画像の明度分布の均一化機能を充分に利用して減光による表示画像の明度分布の均一性を改善し、且つコントラスト比を向上することができる光学装置及び該光学装置を備える投射型表示装置を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、光源から発せられる光の量を減少させるフィルターを設ける構成とすることにより、簡易な構造によってコントラスト比を向上することができ、コスト面及び保守性が優れた光学装置及び該光学装置を備える投射型表示装置を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、光源から発せられる光の量を減少させるフィルターを光軸に対して回転駆動により傾斜させ、傾斜角度を調整する構成とすることにより、光源から発せられる光の量を減少させる量を調整し、コントラスト比を向上することができる光学装置及び該光学装置を備える投射型表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る光学装置は、光源と、該光源から発せられる光の空間的密度を均一化する均一化手段とを備える光学装置において、前記光源から発せられる光を透過して光量を減少させる減光手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る光学装置は、前記均一化手段は、前記光源からの光の光軸上に離隔配置された第１レンズアレイ及び第２レンズアレイからなるインテグレータレンズであり、前記減光手段は、第１レンズアレイと第２レンズアレイとの間に備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る光学装置は、前記減光手段は、前記光源から発せられる光の光量を減少させる平板状のフィルターを備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る光学装置は、前記フィルターは、前記均一化手段を通過する光束を全て受光することができる最小面積以下の面積を有し、前記減光手段は、前記フィルターの前記光源から発せられる光の光軸に対する傾きを変更する手段を備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る投射型表示装置は、前述の本発明の何れか一つの光学装置と、該光学装置から照射される光を入力された画像情報に基づいて変調する手段と、変調された光を投射する手段とを備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る投射型表示装置は、光源と、該光源から発せられる光の空間的密度を均一化する均一化手段と、入力された画像情報に基づいて前記光源からの光を変調する手段と、変調された光を投射する手段とを備える投射型表示装置において、前記光源から発せられる光を透過させて光量を減少させる減光手段を備え、該減光手段は、前記光源から発せられる光が前記均一化手段を通過する光束を全て受光することができる最小面積以下の面積を有する略平板の形状であって、前記光源からの光量を減少させるフィルターと、該フィルターの光軸に対する傾きを変更する手段とを備え、入力される画像の輝度に基づいて前記フィルターの傾きを制御するようにしてあることを特徴とする。
【００１８】
本発明にあっては、光源から発せられた光が透過される際に光量が減少するため、減光の際に光が遮られて、光の空間的密度を均一化する均一化手段を通過する光の有効面積が減少することはない。
【００１９】
本発明にあっては、第１レンズアレイを通過する光が透過される際に光量が減少され、減光によって光が遮られることがないため、第２レンズアレイを構成する微小レンズほぼ全てに照射される。従って、光源から発せられる光が第１レンズアレイ及び第２レンズアレイを構成する微小レンズほぼ全てを通過することで、光源からの光の空間的密度が均一化される。
【００２０】
本発明にあっては、光源から発せられ、フィルターに照射された光はフィルターを一部透過して減光される。
【００２１】
本発明にあっては、光源から発せられる光は、フィルターに透過されることによって減光されるが、フィルターは、光束の空間的密度の均一化機構を通過する全光束を全て受光することができる最小面積以下の面積を有するので、該フィルターの光軸への傾きを変更した場合は、光軸に直交する面へのフィルターの投影面積が増減し、フィルターを通過する光束数が増減するため、光量の減少量が増減される。
【００２２】
本発明にあっては、表示する画像の輝度に基づいて、フィルターの光軸に対する傾きを調整するため、表示する画像毎に光量が調整される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明による場合は、光源から発せられる光を遮らずに透過させて減少させるため、光源からの光が均一化手段を通過する有効面積が減少することがなく、表示画像の明度を均一化させる効果が低下することを防いで、コントラスト比を向上することができる。
【００２４】
本発明による場合は、光源から発せられる光を減少させるフィルターを設ける簡易な構造によって実現し、インテグレータレンズを構成するマルチレンズアレイの各レンズをほぼ全て利用して表示画像の明度が不均一となることを防ぎ、コントラスト比を向上することができる。フィルターを設ける簡易な構造であるため、該フィルターの交換が容易であり、価格又は保守等の面でも優れた効果を発揮する。
【００２５】
本発明による場合は、光源から発せられる光を減光させる量の調整を、フィルターの傾きを変更することによって調整するため、フィルターを回転させる簡易な構造によって光量の調整を実現することができ、さらに、駆動音を低下させ、光量の調整量の信頼性を向上させることができる。
【００２６】
本発明による場合は、表示する画像の輝度に適するように光源から発せられる光を減光させる量を調整するため、コントラスト比を向上させ画像の再現性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
（実施の形態１）
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
【００２８】
実施の形態１では、本発明を液晶パネルを用いたＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）式の投射型表示装置に適用した場合について説明する。図１は、実施の形態１における投射型表示装置の構成を示す構成図である。本発明に係る投射型表示装置は少なくとも、白色光を発光する光源１と、該光源１からの光を集光するコリメータレンズ２と、複数の光束に分離する第１レンズアレイ３１と、照射された光の一部を吸収する減光フィルター４と、分離された光束を重ね合わせる第２レンズアレイ３２と、偏光方向を一方向にそろえる偏光変換素子５と、液晶パネルへ結像する第１集光レンズ６と、赤色及び緑色の波長領域の光を夫々反射して他の色の光を透過させるダイクロイックミラー７Ｒ，７Ｇと、赤色の波長領域の光を増反射する反射ミラー８Ｒと、青色の波長領域の光を夫々増反射する反射ミラー８１Ｂ，８２Ｂと、光を液晶パネルへ伝搬させるリレーレンズ９１，９２と、液晶パネルへ光を集める第２集光レンズ１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂと、各色成分の画像を形成する液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂと、液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ夫々の検光子である偏光板１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂと、夫々の偏光子である偏光板１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂと、各色の光を合成するダイクロイックプリズム１２と、外部へ光を投射する投射レンズ等を有する投射光学系１３とを備える。
【００２９】
光源１から発せられた光はコリメータレンズ２を介して第１レンズアレイ３１に照射される。第１レンズアレイ３１を通過した光の一部は減光フィルター４によって吸収され、残りの光は減光フィルター４を通過し、更に第２レンズアレイ３２を通過する。第２レンズアレイ３２を通過した光は、偏光変換素子５で一方向に偏光されて第１集光レンズ６を通過し重ね合わされる。第１集光レンズ６を通過した白色光のうち、赤色の波長領域の光はダイクロイックミラー７Ｒ及び反射ミラー８Ｒにより反射され、第２集光レンズ１０Ｒに集光され偏光板１１０Ｒを通過し、赤色成分の画像を形成する液晶パネル１１Ｒに照射する。ダイクロイックミラー７Ｒを通過する光のうち、緑色の波長領域の光は、ダイクロイックミラー７Ｇにより反射されて第２集光レンズ１０Ｇによって集光され、偏光板１１０Ｇを通過し、緑色成分の画像を形成する液晶パネル１１Ｇに照射する。更に、ダイクロイックミラー７Ｇを通過した青色の波長領域の光はリレーレンズ９１，９２及び反射ミラー８１Ｂ，８２Ｂによって伝播されて第２集光レンズ１０Ｂにより集光され、偏光板１１０Ｂを通過し、青色成分の画像を形成する液晶パネル１１Ｂに照射される。液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂを通過する各光は夫々偏光板１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂを通過し、ダイクロイックプリズム１２で合成されて、投射光学系１３により外部へ投射される。図１で表されている矢印は、光源１から発せられた光のうち、赤色の波長領域の光が進む光路の例を示す。
【００３０】
また、実施の形態１における投射型表示装置は更に、該投射型表示装置全体を制御する制御部２０と、投射型表示装置へ入力される画像データを受信する受信部２１と、光源１へ直流電流を供給するランプ電源回路２２と、減光フィルター４の回転駆動を制御する駆動部２３と、液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂを制御する液晶パネル制御部２４とを備える。
【００３１】
ランプ電源回路２２、駆動部２３、及び液晶パネル制御部２４は、夫々制御部２０に接続され、本発明に係る投射型表示装置に入力される画像データ信号に基づいて制御される。駆動部２３は減光フィルター４を回転駆動させるステッピングモータ４１（図２参照）に接続され、制御部２０からの指示に基づいて減光フィルター４の回転駆動を制御する。また、液晶パネル制御部２４は、各色成分の画像を形成する液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂに接続され、各色成分の画像を受信部２１を介して入力される画像データ信号に基づいて形成するように各色の液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂを動作させる。
【００３２】
光源１は、直流ランプを用いた超高圧水銀ランプであり、白色光を略水平方向に放射するように配置されている。他に光源１として、ハロゲンランプ又はメタルハライドランプ等を適用してもよい。光源１が有する発光管から出射した光は、硝子基材からなる楕円面又は双曲面により形成されたリフレクタによって反射され、コリメータレンズ２に照射される。このとき、発光管及びリフレクタの形状によって、光源１から出射される光の光軸に直交する面での明度分布はリング状に分布し不均一である。
【００３３】
コリメータレンズ２は、光軸に直交するように配されており、光源１から発せられた光を第１レンズアレイ３１に平行に入射させる。
【００３４】
第１レンズアレイ３１及び第２レンズアレイ３２は夫々、複数の微小レンズをアレイ状に備える光学レンズである。第１レンズアレイ３１及び第２レンズアレイ３２は光軸方向に直交するように、互いに所定の距離を置いて配置されてインテグレータレンズ３を構成し、光源１から観てコリメータレンズの背後に配置されている。光源１から発せられ、コリメータレンズ２によって第１レンズアレイ３１に照射された光は、第１レンズアレイ３１の各微小レンズを通過することにより微小レンズ数分の光束に分離され、第２レンズアレイ３２の各微小レンズに集光する。第２レンズアレイ３２の各微小レンズで集光された光は、第２レンズアレイ３２を構成する微小レンズ群によって互いに重ね合わせられ、光源１からの光の明度分布の均一化を実現する。
【００３５】
偏光変換素子５は、光軸に直交するように配され、照射される光をＰ波及びＳ波に分離する図示しないＰＢＳ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）とＰ波をＳ波に変換する図示しない１／４波長板とで構成される。画像を形成する液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの検光子である偏光板１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０ＢはＳ波のみ透過するため、光源１から発せられる白色光のうちＰ波を偏光変換素子５によってＳ波に変換し利用する。偏光変換素子５では、ＰＢＳにより入射された光のうちＳ波のみが通過され、Ｐ波は反射されて１／４波長板に入射される。ＰＢＳを通過したＳ波の光と、１／４波長板によってＰ波からＳ波に変換された光とが偏光変換素子５から出射される。偏光変換素子５によってＳ波に偏光をそろえられた光は第１集光レンズ６によって各色成分の液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂへ結像される。
【００３６】
ダイクロイックミラー７Ｒは、光軸に対し４５°傾斜して配されており、照射された白色光のうち赤色の波長領域の光のみ反射ミラー８Ｒに向かって反射し、他の波長領域の光は通過させる。反射ミラー８Ｒは赤色の波長領域の光を高効率で反射する光学ミラーである。反射ミラー８Ｒは、ダイクロイックミラー７Ｒと平行となるように配されており、赤色光を増反射し赤色成分の画像を形成する液晶パネル１１Ｒに照射する。
【００３７】
一方ダイクロイックミラー７Ｇは、光源１から観てダイクロイックミラー７Ｒの後方に、光軸方向に距離を置いてダイクロイックミラー７Ｒと平行に設置されており、緑色の波長領域の光のみ反射し、他の波長領域の光は通過させる。ダイクロイックミラー７Ｇによって反射された光は、緑色成分の画像を形成する液晶パネル１１Ｇに照射される。
【００３８】
反射ミラー８１Ｂは、光源１から観てダイクロイックミラー７Ｇより更に後方に光軸方向に距離を置いてダイクロイックミラー７Ｇと平行に設置されており、青色の波長領域の光を高効率に反射する。反射ミラー８２Ｂは、反射ミラー８１Ｂと９０°の角度をなすように設置されており、照射された青色の波長領域の光は反射ミラー８２Ｂに増反射されて液晶パネル１１Ｂに照射される。リレーレンズ９１，９２は、青色光の波長領域の光の光路が他の色の光路よりも距離が長いために、ダイクロイックミラー７Ｇ，反射ミラー８１Ｂ間及び反射ミラー８１Ｂ，８２Ｂ間に設置され、青色の波長領域の光を液晶パネル１１Ｂに結像する。
【００３９】
液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂは透過型の画像デバイスであり、入力される画像情報に基づいて照射される各ＲＧＢ色の光の強度を画素毎に変調する。緑色成分の画像を形成する液晶パネル１１Ｇは投射光学系１３と対向する向きに配置され、赤色及び青色の画像を形成する液晶パネル１１Ｒ，１１Ｂは、液晶パネル１１Ｇの両隣にコの字型をなすように対向して配置されている。液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの入射側に平行に配される偏光板１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂと、出射側に平行に配される偏光板１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂとは夫々偏光方向を９０°ずらして設置されており、偏光板１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂを夫々通過して液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ内の液晶によって９０°変調された光のみが偏光板１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂを通過する。
【００４０】
ダイクロイックプリズム１２は、複数のガラスプリズムを接合することによって構成される光学素子であり、液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂに囲まれるように配置されている。ダイクロイックプリズム１２のガラスプリズムの接合面は光軸に対して４５°の傾斜を有し、赤色の波長領域の光を反射し他の波長領域の光を透過する干渉フィルターが、赤色の波長領域の光を投射型表示装置外部へ投射する向きとなるように接合面に形成されている。同様に青色の波長領域の光を反射し他の波長領域の光を透過する干渉フィルターが、赤色の波長領域の光を反射する干渉フィルターが形成された面と９０°をなす接合面に、青色の波長領域の光を投射型表示装置外部へ反射する向きとなるように形成されている。ダイクロイックプリズム１２により、赤色及び青色の波長領域の光が夫々反射されて外部へ投射され、緑色の波長領域の光は透過されて外部へ投射される。
【００４１】
次に、実施の形態１における減光手段としての減光フィルター４について説明する。図２は、実施の形態１における減光フィルター４を模式的に示す斜視図である。実施の形態１における投射型表示装置には更に、減光フィルター４を回転させるためのステッピングモータ４１と、ステッピングモータ４１の回転を減光フィルター４に伝動する回転軸４２とが設けられている。
【００４２】
減光フィルター４は、光を吸収する物質を溶解した光学ガラスからなる略長方形のＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ  Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルターであり、溶解する光吸収物質量により減光フィルター４の光の透過率が調整される。減光フィルター４は、照射される光の波長領域に対してほぼ均一に吸収する。つまり、特定の波長領域のみ他の波長領域より多く吸収すること又は他の波長領域より少なく吸収することはない。なお、減光フィルター４は入射される光の一部を反射するＮＤフィルターを適用してもよい。
【００４３】
減光フィルター４は、第１レンズアレイ３１及び第２レンズアレイ３２の略中間の位置に、鉛直方向と平行となるように設置されている。減光フィルター４の面積及び光の透過率は、第１レンズアレイ３１及び第２レンズアレイ３２の対向距離又は投射表示装置のコントラスト比の設計値等により設定されている。実施の形態１においては、減光フィルター４の面積は第１レンズアレイ３１及び第２レンズアレイ３２の面積とほぼ等しい。ステッピングモータ４１は上部に回転軸４２を設け、該回転軸４２が光軸の中心線上で鉛直方向を軸に回転するように設置されている。回転軸４２は減光フィルター４の面積を鉛直方向に二分する中心線上に沿って減光フィルター４を狭持する。
【００４４】
光源１からの光が吸収されて減光される量は、減光フィルター４の光軸に対する傾きにより変化する。減光フィルター４が光軸に平行である場合（光軸に対する傾きが０°）は、第１レンズアレイ３１を通過した光は、減光フィルター４に吸収されることなく第２レンズアレイ３２に照射される。減光フィルター４が光軸に直交する場合（光軸に対する傾きが９０°）は、第１レンズアレイ３１を通過する光の一部は減光フィルター４によって吸収され、残りの光が第２レンズアレイ３２に照射される。光源１からの光の吸収量は、減光フィルター４を通過する光の量により変化するため、減光フィルター４の傾きの変化によって増減する。
【００４５】
制御部２０は、演算を行うプロセッサ並びに演算に必要なプログラム等の情報を記憶するＲＯＭ、及び演算により一時的に発生する情報を記憶するＲＡＭ等を備え、投射型表示装置全体を制御する。制御部２０は受信部２１を介して外部から入力される画像データ信号を液晶パネル制御部２４へ送信する。制御部２０は入力された画像データ信号に基づいて、フレーム毎に該フレームを構成する画素値の輝度から平均輝度値を算出する。制御部２０は、所定の基準値を設定しておき、算出した平均輝度値が何れの基準値の間であるか否かを判断する。例えば、輝度値が０から２５５までの値をとる場合、基準値を０、３１、９５、１５９、２２３、２５５と設定し、０〜３１、３２〜９５、９６〜１５９、１６０〜２２３、２２４〜２５５の５段階に分ける。制御部２０は、液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂで形成する画像の平均輝度値が５段階の何れに属するかを判断し、結果を駆動部２３へ送出する。
【００４６】
駆動部２３は、制御部２０から表示するフレームを構成する画素値の平均輝度値が５段階のうちの何れであるかの判断結果に基づいてステッピングモータ４１を回転させる角度を判断し、角度を示す角度信号をステッピングモータ４１へ入力することで、減光フィルター４の光軸への傾きを制御する。ステッピングモータ４１は、減光フィルター４が光軸と平行になる位置を０°とし、駆動部２３から入力された角度信号に基づいて回転し、角度信号で示された角度で停止する。
【００４７】
表示するフレームの平均輝度値が０〜３１の値であると制御部２０で判断された場合は、駆動部２３は減光フィルター４が光軸へ直交するように角度９０°を示す角度信号をステッピングモータ４１に入力する。ステッピングモータ４１は、減光フィルター４の光軸に対する角度が９０°となるように回転し停止する。このとき、減光フィルター４の光軸に直交する面への投影面積が最大となり、光源１からの光が減光フィルター４を通過する量は最大である。従って、このとき投射型表示装置から投射される光量は暗くなる。
【００４８】
表示するフレームの平均輝度値が３２〜９５の値であると制御部２０で判断された場合は、駆動部２３は減光フィルター４が光軸へ直交するときに吸収する光量の３／４となるように、減光フィルター４の傾きを約４９°（＝ａｒｃｓｉｎ（０．７５））に制御する。駆動部２３は、約４９°を示す角度信号をステッピングモータ４１に入力し、ステッピングモータ４１は、減光フィルター４の光軸に対する角度が約４９°となるように回転し停止する。このとき、減光フィルター４の光軸に直交する面への投影面積は、減光フィルター４の面積の３／４であり、光源１からの光が減光フィルター４を通過する量は、減光フィルター４が光軸に直交する場合の３／４である。従って、このとき投射型表示装置から投射される光量は、減光フィルター４が光軸に直交する場合より少し明るい。
【００４９】
表示するフレームの平均輝度値が９６〜１５９の値であると制御部２０で判断された場合は、駆動部２３は、減光フィルター４が光軸へ直交する時に吸収する光量の１／２となるように、減光フィルター４の傾きを３０°（＝ａｒｃｓｉｎ（０．５））に制御する。駆動部２３は、３０°を示す角度信号をステッピングモータ４１に入力し、ステッピングモータ４１は、減光フィルター４の光軸に対する角度が３０°となるように回転し停止する。このとき、減光フィルター４の光軸に直交する面への投影面積は、減光フィルター４の面積の半分であり、光源１からの光が減光フィルター４を通過する量は、減光フィルター４が光軸に直交する場合の半分である。従って、このとき投射型表示装置から投射される光量は、減光フィルター４が光軸に直交であるときと、減光フィルター４が光軸に平行であるときとの中間の量となる。
【００５０】
表示するフレームの平均輝度値が１６０〜２２３の値であると制御部２０で判断された場合は、駆動部２３は、減光フィルター４が光軸へ直交する時に吸収する光量の１／４となるように、減光フィルター４の傾きを約１５°（＝ａｒｃｓｉｎ（０．２５））に制御する。駆動部２３は、約１５°を示す角度信号をステッピングモータ４１に入力し、ステッピングモータ４１は、減光フィルター４の光軸に対する角度が約１５°となるように回転し停止する。このとき、減光フィルター４の光軸に直交する面への投影面積は、減光フィルター４の面積の１／４であり、光源１からの光が減光フィルター４を通過する量は、減光フィルター４が光軸に直交する場合の１／４である。従って、このとき、投射型表示装置から投射される光量は、減光フィルター４が光軸に平行である場合より少し暗い。
【００５１】
表示するフレームの平均輝度値が２２３〜２５５の値であると制御部２０で判断された場合は、駆動部２３は、減光フィルター４が光軸と平行となるようにステッピングモータ４１を制御する。駆動部２３は、０°を示す角度信号をステッピングモータ４１に入力し、ステッピングモータ４１は、減光フィルター４が光軸に平行となるように回転し停止する。このとき、光源１からの光は減光フィルター４によって減光されない。従って、このとき、投射型表示装置から投射される光量は最大であり明るい。
【００５２】
上記のように駆動部２３でステッピングモータ４１を、フレームを表示する都度に制御することにより、光源１からの光を吸収する量を変更することができる。制御部２０は、表示するフレームを構成する画素値の平均輝度値に基づいて、ステッピングモータ４１の回転角度を駆動部２３に制御させ、フレーム毎に適した光量とすることができる。図３は、実施の形態１における投射型表示装置の減光フィルター４の光軸への傾きとコントラスト改善率の関係を示すグラフ図である。尚、夫々の値は、シミュレーションによって得られた値である。横軸は、減光フィルター４の光軸への傾きを示し、縦軸は減光フィルター４を使用しない場合のコントラスト比と比較したコントラスト比の改善率である。改善率は、減光フィルター４を使用しない場合のコントラスト比１５００：１を基準とする。
【００５３】
図３（ａ）の曲線は、光の透過率が５０％であるＮＤフィルターを減光フィルター４として用いた場合のシミュレーション結果を示す。最も光量を減少させるために減光フィルター４の傾きを光軸と直交する傾きとしたとき、光量は５０％減少し、最も暗い部分の明るさが５０％となる。従って、減光フィルター４を使用しない場合にコントラスト比が１５００：１である投射型表示装置で光の透過率が５０％であるＮＤフィルターを用いた場合は、減光フィルター４を光軸に平行にした場合の一番明るい部分と、減光フィルター４を光軸に直交させた場合の一番暗い部分との明度の比であるコントラスト比が約１５００：０．５＝３０００：１となり、減光フィルター４を使用しない場合の２．００倍に改善される。
【００５４】
また、シミュレーションによると、傾きを夫々約１４°、３０°、約４９°としたときは、明度が２％、１１％、２８％と光量が夫々減少し、減光フィルター４を使用しない場合の最も暗い部分と比較して、明度が更に９８％、８９％、７２％と抑えられる。従って、減光フィルター４を光軸に平行にした場合の一番明るい部分と、減光フィルター４を光軸に対して約１４°傾けた場合の一番暗い部分との明度の比は、減光フィルター４を使用しない場合の明度の比より約１．０２倍となり、同様に光軸に対して３０°、約４９°傾けた場合は、夫々１．１２倍、１．３８倍となる。
【００５５】
図３（ｂ）の曲線は、光の透過率が３０％であるＮＤフィルターを減光フィルター４として用いた場合のシミュレーション結果を示す。最も光量を減少させるために減光フィルター４の傾きを光軸と直交する傾きとしたときは、光量は７０％減少し、最も暗い部分の明るさが３０％となる。従って、減光フィルター４を使用しない場合にコントラスト比が１５００：１である投射型表示装置で光の透過率が３０％であるＮＤフィルターを用いた場合は、減光フィルター４を光軸と平行となるようにした場合の一番明るい部分と、原稿フィルター４を光軸に直交させた場合の一番暗い部分との明度の比であるコントラスト比が約１５００：０．３＝５０００：１となり、減光フィルター４を使用しない場合の約３．３３倍に改善される。
【００５６】
また、シミュレーションによると、傾きを夫々約１４°、３０°、約４９°としたときは、明度が３％、１５％、３９％と光量が夫々減少し、減光フィルター４を使用しない場合の最も暗い部分と比較して、明度が更に９７％、８５％、６１％と抑えられる。従って、減光フィルター４を光軸に平行にした場合の一番明るい部分と、減光フィルター４を光軸に対して約１４°傾けた場合の一番暗い部分との明度の比は、減光フィルター４を使用しない場合の明度の比より約１．０３倍となり、同様に光軸に対して３０°、約４９°傾けた場合は、夫々１．１７倍、１．６３倍となる。
【００５７】
以上のように、本発明では、減光フィルター４をインテグレータレンズ３を構成する第１レンズアレイ３１及び第２レンズアレイ３２の中間に設置してステッピングモータ４１で回転駆動する簡易な構成によって、表示する画像に適した光量で画像を投射することができ、コントラスト比を向上させることができる。また、ステッピングモータ４１の回転は一定方向にすることがモータ音の低減に効果的である。
【００５８】
減光フィルター４を第１レンズアレイ３１及び第２レンズアレイ３２の中間に設置する場合、第２レンズアレイ３２に照射される光は、減光フィルター４によって明度分布が不均一になる。しかし、光の明度分布のムラは、第２レンズアレイ３２の全ての微小レンズ群による光の重ね合わせ効果で解消することができる。絞り装置又は遮光装置によって光を遮断して第２レンズアレイ３２を構成するレンズの一部のみで光を重ね合わせる場合と異なり、何れの微小レンズにも光が通過するため、第１レンズアレイ３１の光の分離機能及び第２レンズアレイ３２を構成する微小レンズ群の重ね合わせの効果を充分に利用することができ、光量を大量に減少させる場合でも、明度分布の不均一性を改善することができる。
【００５９】
また、第１レンズアレイ３１及び第２レンズアレイ３２を構成する微小レンズの一部に傷又は泡等の欠陥がある場合であっても、該欠陥を有する微小レンズのみで光の分離及び重ね合わせがされるのではなく、他の微小レンズによっても光の分離及び重ね合わせがされるため、レンズアレイの欠陥が投射画像で強調されることを防ぐことができる。
【００６０】
なお、実施の形態１では平均輝度値を５段階に分けて減光フィルターの傾きを設定したが、更に細分して傾きを設定してもよいことは勿論である。
【００６１】
（実施の形態２）
実施の形態２では、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ：ＴＩ社の登録商標）を用いる投射型表示装置に本発明を適用した例について説明する。図４は、実施の形態２における投射型表示装置の構成を示す構成図である。投射型表示装置を構成する減光フィルター及び駆動部等は、実施の形態１と同様であるため説明を省き、同一の符号を用いて以下に説明する。
【００６２】
実施の形態２における投射型表示装置は少なくとも、白色光を発光する光源１と、該光源１から発せられる白色光をＲＧＢ各色に時分割するカラーホイール１４と、カラーホイール１４によって時分割された光の明度分布を均一化するロッドレンズ３３と、光の一部を吸収する減光フィルター４と、光源１からの光を後述するＤＭＤ１８へ伝搬するためのレンズ１５，１６と、光源１からの光をＤＭＤ１８へ照射する反射ミラー１７と、時分割された光に同期して画像を形成するＤＭＤ１８と、画像を装置外部へ投射する投射光学系１３とで構成される。
【００６３】
光源１から発せられた白色光は、カラーホイール１４で集光されてＲＧＢ各色に時分割され、ロッドレンズ３３を通過することにより明度分布が均一となる。均一となった光の一部は減光フィルター４によって吸収されてレンズ１５，１６及び反射ミラー１７によってＤＭＤ１８に照射される。ＤＭＤ１８に照射された光はＤＭＤ１８で形成される画像に基づいて空間変調して反射され、投射光学系１３によって装置外部へ投射される。
【００６４】
また、実施の形態２における投射型表示装置は更に、該投射型表示装置全体を制御する制御部２０と、投射型表示装置へ入力される画像データを受信する受信部２１と、光源１へ直流電流を供給するランプ電源回路２２と、減光フィルター４の回転駆動を制御する駆動部２３と、カラーホイール１４の回転を制御するカラーホイール制御回路２５と、ＤＭＤ１８を制御するＤＭＤ制御部２６とを備える。
【００６５】
ランプ電源回路２２、駆動部２３、カラーホイール制御回路２５、及びＤＭＤ制御部２６は夫々制御部２０に接続され、本発明に係る投射型表示装置に入力される画像データ信号に基づいて制御される。駆動部２３は減光フィルター４を回転駆動させるステッピングモータ４１（図２参照）に接続され、制御部２０からの指示に基づいて減光フィルター４の回転駆動を制御する。カラーホイール制御回路２５は、カラーホイール１４の回転開始・停止及び回転速度を制御し、更に、光源１からの光が通過するカラーホイール１４の位置を検知した位置検知信号を生成して制御部２０へ送出する。制御部２０は、入力された画像データ信号及び位置検知信号をＤＭＤ制御部２６に入力する。ＤＭＤ制御部２６は、ＤＭＤ１８に接続され、各色成分の画像を制御部２０から入力される画像データ信号及びカラーホイール１４の位置検知信号に基づいて画像を形成するようにＤＭＤ１８を動作させる。
【００６６】
カラーホイール１４は、円盤状の形状であってＲＧＢ色の各フィルターを有している。ＲＧＢの各フィルターはカラーホイール１４を周方向に所定の割合で３つに分割するように配置されている。カラーホイール１４は、回転軸４２が光源１からの光の光軸と平行となるように、且つ回転軸４２が光軸から偏倚するように設置されている。光源１で発せられる白色光はリフレクタによって光軸とカラーホイール１４が交差する点に集光され、カラーホイール１４が回転することによって、ＲＧＢ各色の光が各フィルターの配置順に生成される。
【００６７】
ＤＭＤ１８は、可動ミラーアレイが制御されて画像を生成する画像デバイスである。ＤＭＤ１８は、カラーホイール１４を通過して時分割されたＲＧＢ各色の光がレンズ１５，１６及び反射ミラー１７によって照射されて到達する色の光と同期して、ＲＧＢ各色用の画像を時分割で形成する。ＲＧＢ各色の画像形成は、ＤＭＤ制御部２６に入力されるカラーホイール１４の位置検知信号に同期してＤＭＤ制御部２６が制御して行う。ＲＧＢ各色用の画像が投射光学系１３を介して投射されることでカラー画像がスクリーン又は壁等に投影される。
【００６８】
ロッドレンズ３３は、主にガラス基材で略円柱形に形成された入射された光を均一化及び光線方向を平行化する光学素子である。ロッドレンズ３３の一端の端面から入射された光線群は、ガラス基材と周囲の空気との屈折率の差によりガラス基材の内側界面で全反射を繰り返してガラス基材内部を効率良く伝播し、他方の端面からは光源１の多重反射像が生じ、明度分布が均一化される。
【００６９】
実施の形態２においては、減光フィルター４は、ロッドレンズ３３の出射側に鉛直方向と平行となるように設置されている。減光フィルター４の横幅は、ロッドレンズ３３から出射される光の横幅と略等しく設定されており、光の透過率は投射表示装置のコントラスト比の設計値により設定されている。
【００７０】
減光フィルター４の光軸に対する傾きにより、光源１からの光が吸収されて減光される量が変化する。減光フィルター４の傾きは、実施の形態１同様、制御部から入力されるフレーム毎にフレームを構成する画素値の平均輝度値に基づいて駆動部２３によってステッピングモータ４１が制御されることで調整される。
【００７１】
以上の構成により、ＤＭＤを用いた投射型表示装置であっても光源１からの光の一部を吸収することにより、投射画像の明度を調整することができる。なお、実施の形態２における投射型表示装置では、光源として超高圧水銀ランプを用いる構成としたが、光源はＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を用いる構成としてもよい。
【００７２】
また、実施の形態１及び２では、減光フィルターの傾きは制御部から入力されるフレーム毎にフレームを構成する画素値の平均輝度値に基づいて制御されたが、これに限らず、最大輝度値又は最小輝度値等に基づいて制御するのでもよい。
【００７３】
なお、実施の形態１及び２では、光源から発せられる光量自体は制御しない構成であったが、液晶パネル又はＤＭＤ等の画像デバイスで形成する画像の輝度値に基づいて光源へ供給する電流量を変動させて投射画像の光量を更に制御する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】実施の形態１における投射型表示装置の構成を示す構成図である。
【図２】実施の形態１における減光フィルターを模式的に示す斜視図である。
【図３】実施の形態１における投射型表示装置の減光フィルターの光軸への傾きとコントラスト改善率の関係を示すグラフ図である。
【図４】実施の形態２における投射型表示装置の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
【００７５】
１  光源
２０  制御部
２３  駆動部
３  インテグレータレンズ
３１  第１レンズアレイ
３２  第２レンズアレイ
３３  ロッドレンズ
４  減光フィルター
４１  ステッピングモータ
４２  回転軸
【図１】
2007322923.tif 000003
【図２】
2007322923.tif 000004
【図３】
2007322923.tif 000005
【図４】
2007322923.tif 000006