JP3550202B2 - 表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は映像信号に基づいて画像表示を行なう表示装置に関し、特に、光源光を変調素子を通してスクリーン上に投射する投射型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、プラズマ発光パネルや変調素子が、ＣＲＴ表示装置に代わる小型で軽量な平面表示装置として注目されている。この平面表示装置は、表示動作において自ら光を放つ自発光型のものと、表示動作において独立した光源から入射する光の透過率を制御する透過率制御型のものとにほぼ分類できる。例えば、プラズマ発光パネルは自発光型に属し、変調素子は透過率制御型に属する。特に、この変調素子は次世代の表示装置の本命と考えられ、その技術開発が様々な実用分野で進められている。
【０００３】
一般的な変調素子は、液晶デバイスハンドブックで紹介されているツイステッドネマティック型に代表されるように、偏光板を使用して線偏光された光を複屈折性または旋光性を示す液晶層に入射させることを特徴とする。しかし、こうした変調素子は、光源から得られる光量が偏光板を通過する際に約１／２に低下するという欠点を有する。
【０００４】
最近では、上述した偏光板を必要としない変調素子が開発されている。この変調素子は、液晶材料が高分子樹脂中に含有される高分子分散型、あるいは微粒子が液晶材料中に含有される微粒子分散型の液晶層を、１対の透明な電極基板間、又は一方が透明で他方が反射特性を有する電極基板間に有し、この液晶層に入射した光線の空間的な伝搬方向を変調させる散乱型変調素子として機能する。この場合、光源光の利用効率は偏光板を用いた装置よりも向上される。
【０００５】
高分子分散型液晶層を有する変調素子は、例えば電圧が印加されない電極間の画素領域において入射光線を散乱させる乳白色の光散乱状態に設定され、電圧が印加される電極間の画素領域において入射光線が散乱しにくい透明な光透過状態に設定される。このため、各画素領域の散乱性がその透過光および反射光の強度を映像信号に応じて変化するよう制御され、これら透過光および反射光のいずれか一方が投射光学系によりスクリーンに導かれる。
【０００６】
微粒子分散型液晶層を有する変調素子の機能は、高分子型液晶層を有する変調素子のそれと基本的に同様である。
【０００７】
また、この他の表示装置として、例えばＳＩＤ９３ダイジェスト１０１２ページ以降にマイクロ・ミラー・デバイス（ＤＭＤ）が紹介されている。マイクロ・ミラー・デバイスは、２次元マトリクス状に配置されたマイクロミラーの角度を個々に変化させることにより、反射光線の方向を制御し、所望の方向に反射された反射光が投射光学系によりスクリーンに導かれるものである。マイクロ・ミラー・デバイスも、入射光線の空間的な伝搬方向を変調させるという点で微粒子分散型液晶層や高分子分散型液晶層を有する変調素子と同様に機能する。
【０００８】
図１は、従来の投射型表示装置の構成を概略的に示す。図１において、光源部１１は、光源であるランプ１２およびこのランプ１２からの光を集束させて平行光線にするコリメータ光学系１３から構成される。散乱型変調素子１４は、コリメータ光学系１３から入射する平行光線の空間的な伝搬方向を２次元的に変調する機能を有し、例えば高分子分散型変調素子である。駆動回路２０は、映像信号に応じて変調素子１４を駆動する。投射光学系１６は、変調素子１４の透過光のうち、ある一定の角度範囲のものを取り出すための絞りユニット１５を具備し、取り出された透過光をスクリーン１７に投射する。このようにして、画像が映像信号に対応する光強度分布でスクリーン１７上に表示される。
【０００９】
ところで、表示画像のコントラストおよび明るさは、変調素子１４から出射される光のうちで表示に使用される光線の角度分布に依存する。コントラストはこの角度分布が小さいほど向上し、明るさはこの角度分布が大きいほど向上する。すなわち、表示画像のコントラストと明るさとは互いに相反する関係にある。
【００１０】
このため、特開平５−２１６００４号、特開平５−１８８３４５号等は、変調素子１４から出射される出射光線を絞る絞りユニット１５の絞りサイズを可変とする構成とし、使用環境の明るさに応じて表示画像のコントラストと明るさとの関係を最適化する技術を開示する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、単に使用環境の明るさに応じて絞りサイズを可変としただけでは、コントラストと明るさの両方を満足のいく程度に向上させることは困難である。
【００１２】
本発明の目的は、スクリーンが置かれた環境に応じてより見易い表示画像を得ることができる表示装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、画像の階調を正確に再現できる表示装置を提供することにある。
【００１４】
本発明の更に他の目的は、環境温度条件によることなく優れた表示画像を得ることができる表示装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光源と、この光源から出射された光を光変調する変調素子と、この変調素子を駆動する変調素子駆動手段と、前記光源と前記変調素子との間に配置され、前記光源から変調素子に入射する光束を制限する、そのサイズが可変の開口を有する第１の絞り手段と、前記変調素子から出射された光が投影される表示スクリーンと、前記変調素子から出射された光を表示スクリーンに投影する投射光学系と、前記変調素子と前記投射光学系との間に配置され、前記変調素子から前記投射光学系に入射する光束を制限する、そのサイズが可変の開口を有する第２の絞り手段と、前記第１及び第２の絞り手段の少なくとも一方の開口のサイズを制御する絞り制御手段と、少なくとも２つの光強度Ｉを設定する光強度設定手段と、これら光強度Ｉに対応する前記スクリーン上の表示輝度Ｌを検出する光センサーと、前記光強度Ｉ及び検出する表示輝度Ｌを式Ｌ＝ｑＩ＋Ｌ０（Ｌ０は表示装置が置かれた環境からの光に基づく前記表示スクリーン上の環境輝度）に代入することにより投射係数ｑ及び環境輝度Ｌ０を求める環境解析手段と、前記求められた投射係数ｑ及び環境輝度Ｌ０についての前記式から、表示スクリーン上のコントラストを求め、このコントラストが最大となる前記第１及び第２の絞り手段の少なくとも一方の開口のサイズを示すデータを格納する手段と、前記データ格納手段における前記コントラストを最大とする前記第１及び第２の絞り手段の少なくとも一方の開口のサイズを特定し、このサイズを最適値として決定する処理手段とを具備する表示装置を提供する。
【００１６】
上記表示装置において、以下の態様が可能である。
【００７５】
前記光強度設定手段は、前記変調素子駆動手段が変調素子に白画像信号を送ることによりスクリーンに白画像が表示された場合の変調光の光強度と、前記変調素子駆動手段が変調素子に黒画像信号を送ることによりスクリーンに黒画像が表示された場合の変調光の光強度を設定することを特徴とする表示装置。
【００７６】
前記環境解析手段は、前記スクリーンに白画像が表示された状態で前記第１及び第２の絞り手段の少なくとも一方の開口のサイズを一定の割合で変化させ、変化した開口のサイズごとに測定された前記スクリ−ン上の表示輝度ＬＯＮと、前記スクリーンに黒画像が表示された状態で前記第１及び第２の絞り手段の少なくとも一方の開口のサイズを一定の割合で変化させ、変化した開口のサイズごとに測定された前記スクリ−ン上の表示輝度ＬＯＦＦ とから、種々の開口のサイズについて得られたＬＯＮとＬＯＦＦ の比をコントラストとして求め、このコントラストが最大となる開口のサイズを最適値として決定する処理手段を含むことを特徴とする表示装置。
【００７７】
前記変調素子は、複数の色に対応する個数配置されていることを特徴とする表示装置。
【００７８】
前記絞り制御手段は、前記第１及び第２の絞り手段の集光角を制御することを特徴とする表示装置。
【００７９】
前記絞り制御手段は、前記第１及び第２の絞り手段の集光角がほぼ等しくなるように前記第１及び第２の絞り手段の少なくとも一方の開口のサイズを制御することを特徴とする表示装置。
【００８０】
前記光源の近傍に配置され、前記光源の位置に焦点を有する回転楕円型ミラ−と、この回転楕円型ミラ−により反射された光を前記変調素子に入射させるコリメ−タ光学系とを更に具備することを特徴とする表示装置。
【００８１】
前記変調素子は、分散型液晶素子、ディジタルミラ−素子、又は斜め電界による液晶回析素子であることを特徴とする表示装置。
【００８２】
前記分散型液晶素子は、高分子分散型液晶素子又は微粒子分散型液晶素子であることを特徴とする記載の表示装置。
【００８５】
【作用】
以下、本発明の種々の態様について、図面を参照して説明する。
【００８６】
本発明の第１の態様に係る表示装置では、制御手段は絞り調整モードにおいて変調素子に所定条件で変調光を生成させ、この変調光がスクリーンに投射された状態におけるスクリーン上の明るさを検出し、この検出された明るさに応じて、表示画像のコントラスト及び明るさが最適値となるように、第１および第２絞り手段のうちの少なくとも一方の集光角、すなわち開口寸法を調整する。このような開口寸法の制御は、表示画像の明るさとコントラストとが、変調素子に入射する光束の角度分布に大きく依存するという本発明者が見い出した知見に基づいている。
【００８７】
このように、変調素子に入射する光束の角度分布を反映したスクリーン上の明るさを、集光角の最適値の決定のための因子として用いることにより、スクリーンが置かれた環境の下でより見やすい表示画像を得ることができる。また、部屋の明るさが変化した場合でも、絞り調整モードにおいて集光角を自動的に最適値に修正できる。
【００８８】
ここで、本発明の理解をより容易にするため、スクリーンに表示される画像の明るさとコントラストとの関係について説明する。
【００８９】
図２は、ランプから平行光線を得るコリメータ光源の一例を示す。このコリメータ光源は、光軸に沿って並べられたランプ５０、集束レンズ系５１、絞り５２、およびコンデンサレンズ５３により構成される。
【００９０】
実在するランプ５０の特徴の一つは、光を一点から放つ点発光体ではないことにある。集束レンズ系５１は、一定の面積を持ったランプ５０の表面から放たれる光を半径Ｒの円形ランプ像６０として絞り５２において集束させる。絞り５２は光軸に垂直な平面においてランプ像６０の光束面積を制限する。従って、ランプ像６０は絞り５２の半径ｒによって決まる面積の面発光体６２と考えられる。この面発光体６２からの光束はコンデンサレンズ５３を介して散乱型変調素子５４に入射する。しかし、発光体６２の平面的な広がりはこの変調素子５４に入射する光線に角度分布をもたらす原因となる。
【００９１】
図３はコンデンサレンズ５３の入射光線を示す。このコンデンサレンズ５３は面発光体６２の中心に焦点を持つ充分収差の小さい凸レンズであり、この面発光体６２から放射される光線を互いに平行にするために用いられる。ここで、面発光体６２の中心をａ点とし、面発光体６２の端部をｂ点とすると、ａ点からコンデンサレンズ５３に向かう同族光線は、コンデンサレンズ５３の透過後いずれも光軸と平行となる。しかし、ｂ点からコンデンサレンズ５３に向かう同族光線は、コンデンサレンズ５３の透過後いずれも光軸と一定の角度θをなす。この角度θはランプ像６２のａ点とｂ点の距離、すなわち半径ｒに比例する。コンデンサレンズ５３は発光体６２全体に対応して±θの角度で分布する光束を変調素子に向けて出射する。θがあまり大きくない範囲にあるとすれば、変調素子に入射した入射光束の角度分布Ωｉ は、立体角として次式（１）のように表すことができる。
【００９２】
【数１】
上述のように、角度θはランプ像の半径ｒに比例するので、入射光束の角度分布Ωｉ とランプ像６２の面積とは比例関係にある。このため、絞り５２を通過して変調素子に入射する光束強度をＩｉ で表すと、角度分布Ωｉ および光束強度Ｉｉ はｒ＜Ｒの範囲において絞り５２の半径ｒの増大に対応して単調増加傾向を示すことが分かる。
【００９３】
次に、強度Ｉｉ の光束が入射する散乱型変調素子の表示特性について説明する。図４は、変調素子への入射光束の角度分布Ωｉ と変調素子からの出射光束の角度分布Ωｏ との関係を示す。単純化するため、入射光束は角度分布Ωｉ の範囲で一様でありこの範囲外に存在しないものとする。また、変調素子は散乱状態において入射光束を一様に散乱させる。この散乱能力は、角度分布を持たない入射光束に対応して得られる出射光束の角度分布Ωｏ をΩｐ として表される。
【００９４】
この角度分布Ωｐ が入射光束の角度分布Ωｉ よりも充分に大きいとすれば、変調素子の表示特性は光源側および投射側絞りと以下のような関係となる。
【００９５】
入射光束の角度分布Ωｉ は光源側絞りの状態を示し、その絞りの集光角ΩＡ１に対して次式（２）のようになる。
【００９６】
【数２】
無散乱状態にある変調素子から得られる出射光束の角度分布Ωｏ をΩｏＯＮ で表すと、この角度分布ΩｏＯＮ は次式（３）に示すように入射光束の角度分布Ωｉ をそのまま反映する。
【００９７】
Ωｏ ＝ΩｏＯＮ ＝Ωｉ ‥‥‥（３）
散乱状態にある変調素子から得られる出射光束の角度分布Ωｏ をΩｏＯＦＦで表すと、この角度分布ΩｏＯＦＦは図４に示されるように変調素子の散乱能力を示す角度分布Ωｐ に入射光束の角度分布Ωｉ を重畳した形になるが、Ωｉ ＜Ωｐ という関係から次式（４）に示すように近似的にΩｐ とすることができる。
【００９８】
【数３】
上述した出射光束は、その角度分布Ωｏ の範囲内で一様であり、投射側の絞りにより決まる一定の集光角ΩＡ２の範囲のみ取り出され表示される。次式（５）および（６）は入射光束強度Ｉｉ に対する出射光束の強度Ｉｏ の関係を示す。
【００９９】
Ｉｏ ＝（ΩＡ２／Ωｏ ）・Ｉｉ （ΩＡ２＜Ωｏ の場合）‥（５）
この場合、出射光束の強度Ｉｏ はΩｏ とΩＡ２の比で決まる。
【０１００】
Ｉｏ ＝Ｉｉ （ΩＡ２≧Ωｏ の場合）‥（６）
コントラストＣＲは、変調素子が散乱状態にある場合の出射光束強度ＩＯＮと無散乱状態にある場合の出射光束強度ＩＯＦＦ の比として得られる。一般的にΩＡ２＜Ωｐ であることから、ΩＡ２とΩＡ１の大小関係について場合分けすると、コントラストＣＲは次式（７）および（８）に示すようになる。
【０１０１】
すなわち、光源側絞りの集光角ΩＡ１および投射側絞りの集光角ΩＡ２のうちの大きい方の集光角をΩＡ で表すと、コントラストＣＲは次式（９）に示すように集光角ΩＡ と散乱能力を示す角度分布Ωｐ の比となる。
【０１０２】
ＣＲ＝Ωｐ ／ΩＡ ‥‥‥（９）
ここで、表示画像のコントラストおよび明るさ、すなわち出射光束強度ＩＯＮを決定する集光角ΩＡ１とΩＡ２の大きさの関係を考える。ΩＡ１≦ΩＡ２の場合、白表示の出射光束強度ＩＯＮは式（６）よりΩＡ２に依存せず一定であり、式（９）よりコントラストが最大になる条件はΩＡ１＝ΩＡ２である。ΩＡ１≧ΩＡ２の場合、式（７）よりコントラストはＣＲ＝Ωｐ ／ΩＡ１であり、式（５）よりＩＯＮ＝Ｉｉ ΩＡ２／ΩＡ１である。従って、ΩＡ２＝ΩＡ１（＝Ωｉ ）の時に出射光束強度ＩＯＮが最大となる。この両者より、任意のコントラストに対して最も出射光束強度が強くなる条件、および任意の明るさにおいて最もコントラストが良くなる条件はΩＡ１＝ΩＡ２である。以上のように、光源側絞りの集光角ΩＡ１と投射側絞りの集光角ΩＡ２が一致することが最も表示特性をよくする条件となる。
【０１０３】
以上の最適条件下で考えた場合でも、表示画像の明るさ、すなわち出射光束強度ＩＯＮ（＝Ｉｉ ）は絞りの半径ｒの増大に伴って向上するが、表示画像のコントラストＣＲはこれに伴って逆に低下することが分かる。すなわち、絞りの大きさを調整することによりＩＯＮおよびＣＲを変化させても、これらを共に向上させ得ないことが分かる。
【０１０４】
以上は定性的な考察であり、より詳細な考察は光学系の方式、ランプの特性等により個々に行なう必要があるが、表示画像の明るさとコントラストがトレードオフしてしまうという基本的な振る舞いは、高分子分散型、微粒子分散型、斜め電界による液晶回析格子（特願平６−２９８４９６号、特願平６−１７２９３５号）、あるいはＤＭＤ等の光の空間的な伝搬方向を変調する変調素子を使用した場合において共通である。
【０１０５】
ここで、高分子分散型液晶を散乱型変調素子として用いた投射型表示装置の動作によりスクリーンに表示される画像のコントラストについて考察する。この表示画像のコントラストはスクリーンを取り巻く環境に影響される。このため、照明された部屋におかれたスクリーン上に画像を表示させ、変調素子からの出射光束の強度および画像のコントラストを絞りの集光角に対応して測定した。図５は集光角に対応して測定された変調素子からの出射光束の強度および画像のコントラストを示す。この関係から最大コントラストをもたらす最適値が集光角の調整範囲内に存在することがわかる。
【０１０６】
表示装置の動作により画像がスクリーンに表示されるとき、このスクリーンの明るさＬは表示画像の明るさＬＯＮ又はＬＯＦＦ とスクリーンが置かれた環境に依存する背景の明るさＬ０ との和になる。従って、実際のコントラストＣＲｒｏｏｍは明るさＬＯＮおよびＬＯＦＦ を用いて次式（１０）のように表される。
【０１０７】
ＣＲｒｏｏｍ＝（ＬＯＮ＋Ｌ０ ）／（ＬＯＦＦ ＋Ｌ０ ） ‥‥‥（１０）
背景の明るさＬ０ は、スクリーンが置かれた部屋の照明光および窓から採光される外光等の強さにこのスクリーンの表示形式（光透過型、光反射型）で決まる光透過率および光反射率の一方を乗じた値である。このＬ０ は、式（９）で得られる本来のコントラストＣＲを著しく低下させる影響力を持つため無視することはできない。
【０１０８】
Ｌ０ の値が充分小さい場合、コントラストは１／ΩＡ という本来の傾きに近い依存性を示し、集光角ΩＡ が小さいほどコントラストが良くなる。逆にＬ０ の値が充分大きい場合には、最大となる明るさがコントトラスト比に関して支配的になり、この集光角ΩＡ が大きいほどコントラストが大きくなる傾向になる。
【０１０９】
そこで、Ｌ０ が中間的な値である場合に絞り集光角ΩＡ に対応して得られるコントラストＣＲｒｏｏｍを考察する。絞りの集光角ΩＡ 、表示装置からの投射光の強度Ｉ、およびスクリーンの明るさＬの関係は、正の比例係数ｋおよびｑを用いることにより次式（１１）のように示すことができる。
【０１１０】
Ｌ＝ｋΩＡ ＝ｑＩ ‥‥‥（１１）
次式（１２）は、背景の明るさＬ０ を考慮した実際のコントラストＣＲｒｏｏｍを示す。
【０１１１】
Ｌ０ ＝０の場合、前述したように集光角ΩＡ が小さいほどコントラストが良くなる。次式（１３）はＬ０ が０より大きい有限値である場合にコントラストを最大にするための必要条件を示す。
【０１１２】
【数４】
コントラストが最大となる点が存在する場合、それは背景の明るさＬ０ および絞りの集光角ΩＡ に依存した形になる。式（１３）において集光角ΩＡ が実現可能な解を持つ場合、この解はコントラストＣＲｒｏｏｍを最大にする最適値となる。しかし、絞りの集光角ΩＡ は、実際の光源の大きさによってその上限が実質的に決まってしまう。すなわち、調整可能範囲の上限値が存在する。従って、Ｌ０ がある一定値を越えてしまった場合には、コントラストが調整範囲内で最大となるように、調整範囲内でΩＡ を最大とする設定が最適値となる。
【０１１３】
また、Ｌ０ がほぼ０の値である場合、集光角ΩＡ が小さいほどコントラストが良くなる。しかし、実際に集光角ΩＡ を小さくしすぎると、表示画像が暗くなって見づらくなる。このような場合、集光角ΩＡ は表示画像が見やすい範囲で最小とされる。
【０１１４】
【実施例】
以下、本発明の種々の態様に係る投射型表示装置について説明するが、その説明の前に、本発明の基本概念について説明する。
【０１１５】
図６は、本発明の基本概念を説明するための投射型表示装置の構成を示す。光学系に関し、投射型表示装置は、回転楕円型のミラー１０１、光源ランプ１０２、コンデンサレンズ１０３、電動絞り１０４、散乱型変調素子１０８、フィールドレンズ１０９、投射レンズ１１０、および電動絞り１１１を有する。ランプ１０２から得られた光は直接およびミラー１０１で反射してコンデンサレンズ１０３に入射する。コンデンサレンズ１０３はこの入射光を平行光線として散乱型変調素子１０８に入射させる。散乱型変調素子１０８は、高分子樹脂中に液晶材料が分散されて成る高分子分散型液晶層を光変調層として一対の透明電極基板間に備え、この光変調層により光の空間的な伝搬方向を映像信号に応じて変調する変調素子として駆動回路１０７により駆動される。散乱型変調素子１０８からの変調光はフィールドレンズ１０９を介して投射レンズ１１０に入射する。投射レンズ１１０は入射光を反射型スクリーンＳＣに投射する。すなわち、この投射型表示装置の基本的な表示原理は従来と同様である。
【０１１６】
この表示装置の特徴は、二つの電動絞り１０４および１１１を持つことにある。絞り１０４はコンデンサレンズ１０３に入射する光線の光束を絞るために設けられ、電動絞り１１１は投射レンズ１１０から投射される光線の光束を絞るために設けられる。各電動絞りは制御回路１２０により制御される内蔵サーボモータを有し、このサーボモータの動作により絞りサイズ、すなわち開口部の形状が調整される。この制御回路１２０は輝度信号平滑回路１４０からの入力信号Ａおよびデコーダ１２１からの入力信号Ｂに基づいて絞り１０４および１１１を動作させ、散乱型変調素子１０８に入射する光束分布および表示に寄与する出射光束角度範囲を制御する。デコーダ１２１は外部の赤外線リモコンから送信される制御信号を受信しこれをデコードすることにより信号Ｂを得る。
【０１１７】
図１３は制御回路１２０の入力信号ＡおよびＢと絞りの集光角との関係を示す。絞りの状態は散乱型変調素子１０８の出射光束の中で絞りを通過する角度、すなわち集光角として示される。絞り１１１の集光角は、８．６×１０−３ｓｒから１．１×１０−３ｓｒの範囲で可変されるように設定される。また、絞り１０４も同じ角度範囲の光束を散乱型変調素子１０８に入射させるように制御される。
【０１１８】
制御回路１２０の入力信号Ａは、映像信号に含まれる輝度信号の時間的平均強度であり、輝度信号平滑回路１４０により発生される。この輝度信号平滑回路１４０は図１に示されるように輝度信号のブランキングレベル（黒レベル）検出回路１４０ＡおよびＲＣ積分回路１４０Ｂにより構成される。積分回路１４０Ｂの時定数ＲＣは、抵抗Ｒを調整することにより変更できる。制御回路１２０の入力信号Ａはブランキングレベル（黒レベル）検出回路１４０Ａの出力（黒レベル）と輝度信号の差をＲＣ積分回路１４０Ｂにより平均化することにより得られる。制御回路１２０の入力信号Ｂは、赤外線リモコンからの制御信号をデコーダ１２１によりデコードすることにより得られる信号であり、この信号は赤外線リモコンにより任意の値に設定することができる。この信号は、図１８に示すように、入力信号Ａの絞りに対する影響の強さを変化させるものであり。入力信号Ｂの値が充分小さくされると、絞りは集光角が最小の状態で入力信号Ａによらず一定となる。逆に、入力信号Ｂの値が充分大きくされると、絞りは集光角が最大の状態で入力信号Ａによらず一定となる。また、集光角を特定の値で固定する場合には、制御回路１２０に設けられる図示しない切り替えスイッチで入力信号Ａが図１８に示す中間の信号固定値で一定となるように設定される。
【０１１９】
また、駆動回路１０７の特徴は、平滑回路１４０Ｂの出力信号を入力の一つとして、散乱型液晶パネルを駆動する電圧に補正をかけることである。この補正では、デコーダ１２１からのデコード信号から制御回路１２０の動作状態が検出され、この制御回路に同期して駆動信号の平均強度の変化が小さくなる方向に補正される。従って、集光角が小さくなることで本来暗い投射映像がさらに暗なる場合に、散乱型液晶パネルの明るさが逆に増大する方向に修正され、最終的に得られる投射映像において明るさの変動が緩和される。
【０１２０】
上述した構成の表示装置を暗室で表示動作させたところ、高分子分散液晶の特性が不十分なためにコントラスト比が集光角１．１×１０−３ｓｒの場合で７０：１、８．６×１０−３ｓｒの場合に１８：１のコントラスト比となった。また、白表示時の光量は、集光角１．１×１０−３ｓｒの場合に１８ｌｍであり、８．６×１０−３ｓｒの場合に７５ｌｍの表示であった。絞りが固定の場合には、充分なコントラスト比を得るために、集光角が最小となる１．１×１０−３ｓｒの状態で絞りを使用する必要がある。これに対して、実施例のように可変である場合には、明るい場面で全体の明るさを上げられるので、表示の印象は劇的に改善された。特に、星座や月世界の映像を収録したビデオソフトを使用して表示動作を行った場合、星座の場面で背景の黒が引き締まり、絞りを固定している場合とはまったく異なる非常に良好な表示となる。また、平均的な明るさの変化と絞りの調整速度の関係に関し、絞り調整の時定数を０．５秒から１秒程度に設定したところ、不自然さをあまり感じさせることなく表示特性を改善できた。
【０１２１】
次に、５００ｌｕｘの室内にて反射ゲイン１３倍のスクリーンを用いて表示を行ったところ、室内光によるスクリーンの明るさがかなり気になる状態であり、集光角をほぼ最大の状態に設定したときに最も良い印象がえられた。この設定は、室内が充分暗い場合にはかえってコントラスト不足が気になってしまい、より集光角を小さくした場合に比べて悪い設定である。この実施例の表示装置を使用した場合、その使用環境の明るさが異なっても、表示特性を最適化して表示動作を行なえることが確認できた。
【０１２２】
人間の感覚は、明るい環境では、その明るさに対して暗い部分を黒として認識するので、明るい場面では黒表示に対する要求はあまり厳しくない。この場合は、コントラスト比よりもむしろ白部分が充分明るいことが重要である。
【０１２３】
逆に、暗い場面では、明るい黒と暗い黒との区別が明確になるよう暗さに対して感覚が敏感になる。白部分については、その周辺の黒部分との対比によりその明るさが強調されて見えるので、白部分の絶対的な明るさはあまり重要でない。この場合、コントラスト比が良く、黒が充分暗く表示されることが要求される。
【０１２４】
この投射型表示装置は、人間の感覚を満足するよう表示特性を変更することが可能であり、かつ従来では得られなかったような表示特性も得ることができる。すなわち、充分なコントラスト比の下で実質的な明るさを向上させることができる。
【０１２５】
この投射型表示装置は時間帯あるいは場所等に依存した様々な環境で実際に使用されることになる。特に外光（室内の照明、窓の採光部）がスクリーンに作用してその明るさを決めるため、黒の映像部分は非常に影響を受け易い。すなわち、スクリーン周辺が明る過ぎると、表示装置からの出力光が良好なコントラスト比であっても、スクリーンに表示された映像のコントラストは低下する。従って、このような状態ではコントラスト比よりも明るさを優先した表示が行われる。また、充分暗い部屋等では、白表示が少々暗くてもしっかりと黒が沈んで見えるように表示が行われる。
【０１２６】
この投射型表示装置は、周囲環境の諸条件により黒表示と白表示とのどちらを優先するかを任意に選択可能である。さらに、この表示装置は上述した良好な表示性能を有するにもかかわらず低消費電力である。
【０１２７】
尚、上述した例では、反射型のスクリーンＳＣがフロント側で表示画像を見るために用いられたが、透過型のスクリーンがリア側で表示画像を見るために用いられてもよい。
【０１２８】
さらに、この例では、表示装置が変調素子として設けられる散乱型液晶パネルの透過光を利用するように構成されたが、散乱型液晶パネルの反射光を利用するように構成されてもよい。この散乱型液晶パネルは高分子分散型液晶層の代わりに例えば微粒子分散型液晶層を光変調層として有するものでもよい。また、散乱型液晶パネルはＤＭＤ、ＴＮ型液晶や斜め電界による液晶回析格子等の変調素子に変更してもよい。
【０１２９】
以下、本発明の第１の態様に係る投射型表示装置について、図７を参照して説明する。
【０１３０】
図７において、投射型表示装置は、回転楕円型のミラー１０１、光源ランプ１０２、電動絞り１０４、コンデンサレンズ１０３、散乱型変調素子１０８、フィールドレンズ１０９、投射レンズ群１１０、および電動絞り１１１が光軸上に配置してなる光学系を具備している。ランプ１０２から得られた光は、直接およびミラー１０１で反射してコンデンサレンズ１０３に入射する。コンデンサレンズ１０３はこの入射光を互いに平行な光線として変調素子１０８に入射させる。この変調素子１０８は入射光の空間的な伝搬方向を２次元領域で変調するもので、変調素子駆動回路１０７により駆動される。この変調素子１０８は液晶材料が高分子樹脂中に分散された液晶層を一対の透明電極基板間に備えた液晶パネルである。フィールドレンズ１０９は変調素子１０８からの変調光を投射レンズ群１１０に導き、投射レンズ群１１０はこの変調光を反射型スクリーンＳＣに投射する。すなわち、この投射型表示装置の基本的な表示原理は従来と同様である。
【０１３１】
この表示装置では、電動絞り１０４が光源ランプ１０２およびコンデンサレンズ１０３間に配置され、電動絞り１１１が投射レンズ群１１０内に配置される。電動絞り１０４は変調素子１０８に入射される光線の角度範囲を制御するため光源ランプ１０２からの光源光の光束を絞り、電動絞り１１１はスクリーンＳＣに投射される光線の角度範囲を制御するため変調素子１０８からの変調光の光束を絞る。
【０１３２】
電動絞り１０４および１１１は、絞り駆動回路１２３により制御される内蔵サーボモータＭを有し、このサーボモータの動作により絞りサイズ、すなわち開口部の形状、サイズが調整される。この開口部の形状は四角形あるいは円形等であってよく、特に好ましくは、図８（ａ）に示すように円形とし、サーボモータによってその半径ｒを変化させる構造であるとよい。また、図８（ｂ）に示すようにサーボモータによって開口部の上下及び／又は左右が遮光される構造でもよい。なお、上下／左右を遮光して四角形の開口とすると、より好ましい。
【０１３３】
特に好ましくは、電動絞り１０４および１１１は、図８（ｃ）〜（ｅ）に示すように、カメラでよく使用されている絞りと同様の構成とするのがよい。図８（ｃ）は、開口径が小の場合、図８（ｄ）は、開口径が中間の場合、図８（ｅ）は、開口径が大の場合をそれぞれ示す。
【０１３４】
図７に示す例では、電動絞り１０４および１１１の各々は耐熱性に優れた５枚のセラミックブレードＣＢにより構成されている。これらセラミックブレードＣＢの組み合わせにより構成される円形の開口の寸法、すなわち半径ｒをサーボモータＭで変化させることにより、電動絞り１０４および１１１は、集光角が変化する円形の可変絞りとして機能する。
【０１３５】
さらに、この表示装置は、表示動作全体を制御する表示制御回路１２１、この表示制御回路１２１によって指定される輝度レベルに設定されたラスター信号を発生するラスター信号発生回路１２２、表示制御回路１２１によって指定される集光角、すなわち開口半径ｒを持つよう電動絞り１０４および１１１絞りの各々を駆動する絞り駆動回路１２３、スクリーンＳＣの明るさを検出しこの明るさに応じたアナログ電圧信号を発生する光センサ１２８、および光センサ１２８からの電圧信号をデジタル信号に変換して表示制御回路１２１に入力するための光センサインターフェース回路１２４を有する。
【０１３６】
表示制御回路１２１は、データバス１２５を介してラスター信号発生回路１２２、絞り駆動回路１２３、および光センサインターフェース回路１２４に接続され、光センサ１２８は光センサインターフェース回路１２４に接続され、絞り駆動回路１２３は電動絞り１０４および１１１絞りに接続され、変調素子駆動回路１０７は変調素子１０８に接続される。
【０１３７】
この表示装置は、ラスター信号発生回路１２２の状態によって制御される切替スイッチＳＷ１およびＳＷ３と、絞り調整を命じるプッシュスイッチＳＷ２とを有する。スイッチＳＷ１は映像信号が供給されるビデオ入力端１３１に接続される第１接点、ラスター信号発生回路１２２のラスター信号出力端に接続される第２接点、変調素子駆動回路１０７に接続される共通接点、およびラスター信号発生回路１２２のステータス出力端子に接続される制御端子を有する。
【０１３８】
スイッチＳＷ２は、表示制御回路１２１の一対のスイッチ接続端子間に接続される。スイッチＳＷ３は、可変抵抗１２７の一端に接続される第１接点、固定抵抗１２６の一端に接続される第２接点、絞り駆動回路１２３の抵抗接続端子の一方に接続される共通接点、およびラスター信号発生回路１２２のステータス出力端子に接続される制御端子を有する。固定抵抗１２６および可変抵抗１２７の他端は絞り駆動回路１２３の抵抗接続端子の他方に接続される。
【０１３９】
表示制御回路１２１は、スイッチＳＷ２が押されたことを検出して絞り調整モードを設定する。ラスター信号発生回路１２２は通常は停止状態に維持されており、この絞り調整モードにおいて作動状態にされる。スイッチＳＷ１は、ラスター信号発生回路１２２が停止状態にあるときに供給されるステータス信号の下で共通接点を第１接点に接続させ、ラスター信号発生回路１２２が作動状態にあるときに供給されるステータス信号の下で共通接点を第２接点に接続させる。
【０１４０】
すなわち、通常、スイッチＳＷ１は映像信号を変調素子駆動回路１０７に供給し、スイッチＳＷ３は可変抵抗１２７を絞り駆動回路１２３に接続する。ラスター信号発生回路１２２が絞り調整モードの設定により作動状態になった場合、スイッチＳＷ１はラスター信号を変調素子駆動回路１０７に供給し、スイッチＳＷ２は固定抵抗１２６を絞り駆動回路１２３に接続する。
【０１４１】
絞り駆動回路１２３は、固定抵抗１２６に接続された状態において電動絞り１０４および１１１を表示制御回路１２１によって指定される電動絞りの集光角、すなわち開口半径に調整する。可変抵抗器１２７はこうして設定された集光角をさらに修正するために設けられたもので、手動で操作される。絞り駆動回路１２３は可変抵抗１２７に接続された状態において可変抵抗１２７が操作されたとき、集光角の値を可変抵抗１２７の抵抗値に応じて正および負の方向に修正する。光センサ１２８は、例えばフォトダイオードと集光レンズで構成され、スクリーンＳＣの明るさは光センサ１２８から光センサインターフェース１２４を介して表示制御回路１２１に供給される信号に基づいて測定される。
【０１４２】
表示制御回路１２１は、様々なデータ処理を行なうマイクロプロセッサＭＰおよびこのマイクロプロセッサＭＰの制御プログラムおよび様々なデータを格納するメモリＳＭを有する。制御プログラムは絞り制御モードで最適な集光角を決定するための処理ルーチンを含む。
【０１４３】
次に、この表示装置の動作を図９および図１０に示すフロ−チャ−トを参照して説明する。
【０１４４】
図９において、表示制御回路１２１は電源投入に伴って制御プログラムを実行することにより表示制御処理を行なう。この表示制御処理が開始されると、ステップＳ２０１でプッシュスイッチＳＷ２が押されたかどうかがチェックされる。プッシュスイッチＳＷ２が押されたことが検出されると、表示制御回路１２１はステップＳ２０２でラスター信号発生装置１２２を作動状態にするため、絞り調整モードを設定し、ラスター信号の輝度レベルを最高にするようラスター信号発生装置１２２に指定する。
【０１４５】
スイッチＳＷ１はラスター信号発生装置１２２から発生されたラスター信号を変調素子駆動回路１０７に供給し、スイッチＳＷ３は固定抵抗１２６を絞り駆動回路１２３に接続する。このとき、変調素子駆動回路１０７はラスター信号に対応して光透過率（変調度）が最大となるよう変調素子１０８を駆動し、スクリーンＳＣ全体に白画像を表示させる最も明るい変調光を出射させる。その後、表示制御回路１２１は、ステップＳ２０３で様々な絞りの集光角に対するスクリーンＳＣの明るさを求める測定処理を行なう。
【０１４６】
図１０はこの測定処理をさらに詳細に示す。表示制御回路１２１は変調素子１０８を実際に駆動するために要する応答時間を考慮して決定される０．５秒程度の所定時間が経過するのをステップＳ２５１で待ち、ステップＳ２５２で各絞りを最も絞った状態に設定するために集光角１．０×１０−３ｓｒａｄを絞り駆動回路１２３に指定する。表示制御回路１２１は各絞りが最も絞られた状態で光センサ１２８により検出されたスクリーンの明るさをステップＳ２５４で測定する。この後、表示制御回路１２１はステップＳ２５３で集光角を０．５×１０−３ｓｒａｄの割合で増加させ、集光角が増大される毎に光センサ１２８により検出されたスクリーンの明るさをステップＳ２５４で測定する。ステップＳ２５５で集光角が９．５×１０−３ｓｒａｄという絞りを最も開いた状態にする値に達したことが検出されると、白画像を表示した場合の測定処理が終了し、図９に示すステップＳ２０４が実行される。
【０１４７】
このステップＳ２０４では、表示制御回路１２１はステップＳ２０２でラスター信号の輝度レベルを最低にするようラスター信号発生装置１２２に指定する。スイッチＳＷ１およびＳＷ２はステップＳ２０２のときと同様に機能する。このとき、変調素子駆動回路１０７はラスター信号に対応して光透過率（変調度）が最小となるよう変調素子１０８を駆動し、スクリーンＳＣ全体に黒画像を表示させる最も暗い変調光を出射させる。この後、表示制御回路１２１は、ステップＳ２０５で再び図１０に示す測定処理を行なう。黒画像を表示した場合の測定処理が終了すると、ステップＳ２０６が実行される。
【０１４８】
このステップＳ２０６では、表示制御回路１２１が集光角とコントラストとの関係を示すデータテーブルを作成する。このデータテーブルは、同一集光角に対してステップＳ２０３で得られた明るさの測定値とステップＳ２０５で得られた明るさの測定値との比をコントラストとして求めることにより作成される。表示制御回路１２１はステップＳ２０７でコントラストが最大となる最適な集光角をこのデータテーブルから探し出し、この最適な集光角を絞り駆動回路１２３に指定する。絞り駆動回路１２３がこの最適な集光角を持つよう電動絞り１０４および１１１の各々を駆動すると、表示制御回路１２１はラスター信号発生装置１２２を停止状態にするため絞り調整モードを解除し、再びステップＳ２０１を実行する。絞り調整モードの解除後、スイッチＳＷ１はビデオ入力端に入力される映像信号を変調素子駆動回路１０７に供給し、スイッチＳＷ３は可変抵抗１２７を絞り駆動回路１２３に接続する。
【０１４９】
上述した実施例では、スイッチＳＷ２を押すことにより、コントラストが最大となる絞りの最適集光角が求められ、絞りがこの最適集光角を持つように自動的に調整される。可変抵抗器１２７はこの調整後利用可能になるので、最適集光角の下で得られる表示画像の明るさをさらに好みに応じて明るくまたは暗くなる方向に変更することができる。
【０１５０】
ここで、高分子分散型液晶を用いた変調素子で得られた表示実験の結果を示す。コントラストは集光角１．０×１０−３ｓｒａｄの場合で７０：１、集光角９．５×１０−３ｓｒａｄの場合で１８：１となった。また、白画像表示時の光量は、集光角１．０×１０−３ｓｒａｄの場合で１８ｌｍで、集光角９．５×１０−３ｓｒａｄの場合で７５ｌｍの表示であった。また、部屋の明るさを変えて表示実験を行ってみたが、その都度スイッチＳＷ２を押すことで電動絞り１０４および１１１の集光角がコントラストを最大とする最適値に速やかに調整されるため、こうした使用環境の変化に対して容易に対処できる。
【０１５１】
次に、本発明の第１の態様に係る他の投射型表示装置の例について図１１を参照して説明する。
【０１５２】
この表示装置は表示制御回路１２１に設けられたメモリＳＭの内容を除いて第７図に示す装置と全く同様のハードウエアで構成される。このため、同様部分を同一参照符号で示し、ハードウエア部分の説明を省略する。この実施例では、電動絞り１０４および１１１に共通な可変範囲にある様々な集光角と、これら集光角の下で白画像および黒画像をそれぞれ表示するために変調素子から出射される変調光強度との標準的な関係を示すデータテーブルが予めメモリＳＭに格納され、制御プログラムがこのテーブルを使用するために修正される。
【０１５３】
すなわち、表示制御回路１２１は、電源投入に伴って制御プログラムを実行することにより、図１１に示す表示制御処理を行なう。この表示制御処理が開始されると、まずステップＳ３０１でプッシュスイッチＳＷ２が押されたかどうかがチェックされる。プッシュスイッチＳＷ２が押されたことが検出されると、表示制御回路１２１はステップＳ３０２でラスター信号発生装置１２２を作動状態にするため絞り調整モードを設定し、２．１×１０−３ｓｒａｄという標準的な絞りの集光角を絞り駆動回路１２３に指定し、さらにステップＳ３０３でラスター信号の輝度レベルを最高にするようラスター信号発生装置１２２に指定する。
【０１５４】
スイッチＳＷ１は、ラスター信号発生装置１２２から発生されたラスター信号を変調素子駆動回路１０７に供給し、スイッチＳＷ３は、固定抵抗１２６を絞り駆動回路１２３に接続する。このとき、変調素子駆動回路１０７はラスター信号に対応して光透過率（変調度）が最大となるよう変調素子１０８を駆動し、スクリーンＳＣ全体に白画像を表示させる最も明るい変調光を出射させる。その後、表示制御回路１２１は、変調素子１０８を実際に駆動するために要する応答時間を考慮して決定される０．５秒程度の所定時間が経過するのをステップＳ３０４で待ち、絞りの集光角が２．１×１０−３ｓｒａｄに設定された状態で光センサ１２８により検出された明るさをステップＳ３０５で測定する。
【０１５５】
さらに、表示制御回路１２１は、ステップＳ３０６でラスター信号の輝度レベルを最低にするようラスター信号発生装置１２２に指定する。スイッチＳＷ１およびＳＷ３はステップＳ３０３のときと同様に機能する。このとき、変調素子駆動回路１０７はラスター信号に対応して光透過率（変調度）が最小となるよう変調素子１０８を駆動し、スクリーンＳＣ全体に黒画像を表示させる最も暗い変調光を出射させる。
【０１５６】
その後、表示制御回路１２１は、変調素子１０８を実際に駆動するために要する応答時間を考慮して決定される０．５秒程度の所定時間が経過するのをステップＳ３０７で待ち、絞りの開口角が２．１×１０−３ｓｒａｄに設定された状態で光センサ１２８により検出された明るさをステップＳ３０８で測定する。
【０１５７】
表示制御回路１２１は、ステップＳ３０９で、白画像をスクリーンに表示した状態において得られる明るさＬＯＮと、変調素子１０８から出射される変調光の強度ＩＯＮと、背景の明るさＬ０ との関係を表す式ＬＯＮ＝ｑＩＯＮ＋Ｌ０ 、並びに黒画像がスクリーンに表示された状態において得られる明るさＬＯＦＦ と、変調素子１０８から出射される変調光の強度ＩＯＦＦ と、背景の明るさＬ０ との関係を表す式ＬＯＦＦ ＝ｑＩＯＦＦ ＋Ｌ０ に含まれる投射係数ｑおよび背景の明るさＬ０ を求める。すなわち、ステップＳ３０５およびＳ３０８で得られたＬＯＮおよびＬＯＦＦ の測定値が変調光の強度ＩＯＮおよびＩＯＦＦ と共にこれらの式に代入される。ここでｑは正の定数であり、ＩＯＮおよびＩＯＦＦ はメモリＳＭに格納されたデータテーブルから得られる値である。
【０１５８】
その後、ステップＳ３１０で、表示制御回路１２１は、ステップＳ３０９で既知となったｑおよびＬ０ をステップＳ３０９で示したＬＯＮ＝ｑＩＯＮ＋Ｌ０ およびＬＯＦＦ ＝ｑＩＯＦＦ ＋Ｌ０ という２つの式に代入し、さらに絞りに共通な可変範囲において集光角を変化させたとしてデータテーブルから得られる変調光の強度ＩＯＮおよびＩＯＦＦ をこられの式に代入することによりコントラストＬＯＮ／ＬＯＦＦ が最大となる集光角を求め、ステップＳ３１１でこの集光角を絞り駆動回路１２３に指定する。
【０１５９】
絞り駆動回路１２３がこの集光角を持つよう電動絞り１０４および１１１の各々を駆動すると、表示制御回路１２１はステップＳ３１２でラスター信号発生装置１２２を停止状態にするため絞り調整モードを解除し、再びステップＳ３０１を実行する。絞り調整モードの解除後、スイッチＳＷ１はビデオ入力端に入力される映像信号を変調素子駆動回路１０７に供給し、スイッチＳＷ３は可変抵抗１２７を絞り駆動回路１２３に接続する。
【０１６０】
この第２の実施例では、第１の実施例と同様にスイッチＳＷ２を押すことにより、コントラストが最大となる絞りの最適な集光角が求められ、絞りがこの最適集光角を持つよう自動的に調整される。可変抵抗器１２７はこの調整後利用可能になるので、最適集光角の下で得られる表示画像の明るさをさらに好みに応じて明るくまたは暗くなる方向に変更することができる。
【０１６１】
さらにこの実施例では、絞りの集光角を短時間で最適化することができる。すなわち、第１の実施例では、白画像および黒画像をスクリーンに表示させた状態で、可変範囲において０．５×１０−３ｓｒａｄの割合で絞りの集光角を変化させ、その度にスクリーンの明るさを測定しなくてはならない。これに対し、第２実施例では、スクリーンの明るさを測定する回数がメモリＳＭに予め用意されたデータテーブルを利用することによりを２回に低減でき、その結果絞りの集光角を最適化するために必要とされる時間を５秒以下にすることが可能になる。
【０１６２】
また、この第２の実施例においては、式Ｌ＝ｑ Ｉ＋Ｌ０ におけるｑ およびＬ０ を推定するために、標準的な集光角において得られる最も明るい光強度ＩＯＮの変調光および最も暗い光強度ＩＯＦＦ の変調光の２つを各々出射光として用いて明るさＬを測定したが、それ以外の変調状態を用いても本発明の主旨を損なうものではない。
【０１６３】
例えば、所定の中間調レベルに設定された変調素子の変調度において集光角を最大としたときに得られる変調光の光強度ＩＡＭＡＸおよび集光角を最小にしたときに得られる変調光の光強度ＩＡＭＩＮと、これら変調光をそれぞれ出射光として用いて測定された明るさＬＡＭＡＸおよびＬＡＭＩＮとを次式に代入することによりｑ およびＬ０ を求めてもよい。
【０１６４】
ＬＡＭＡＸ ＝ ｑＩＡＭＡＸ ＋ Ｌ０
ＬＡＭＩＮ ＝ ｑＩＡＭＩＮ ＋ Ｌ０
要点は、ｑ およびＬ０ を求めるために少なくとも２つの異なる光強度の変調光をスクリーンＳＣに投射し、このときに得られるスクリーンＳＣの明るさを測定することにある。ただし、ｑ およびＬ０ の精度はこれら変調光の強度差が大きいほどが向上することから、一方の変調光の強度を最大に設定し他方の変調光の強度を最小にすることが好ましい。
【０１６５】
また、２つの異なる強度の変調光を投射する代わりに例えば３つ以上ｎ個の異なる変調光を投射こともできる。これら変調光の投射により得られる明るさは、次式によって表される。
【０１６６】
Ｌｉ ＝ ｑ Ｉｉ ＋ Ｌ０ （ｉ ＝ １，２，… ｎ）
この場合、ｑ およびＬ０ を最小自乗法等の手法を用いて求めてもよい。これらｑ およびＬ０ が求められれば、様々な比ｑ ／Ｌ０ に対する最適な絞り状態の関係を示す一次元のデータテーブルから、求めたｑ およびＬ０ の比に対応する最適な絞りの状態を決定することができる。
【０１６７】
尚、上述した各実施例では、反射型のスクリーンＳＣがフロント側で表示画像を見るために用いられたが、透過型のスクリーンがリア側で表示画像を見るために用いられてもよい。
【０１６８】
さらに、各実施例では、表示装置が変調素子の透過光を変調光として利用するように構成されたが、変調素子の反射光を利用するように構成されてもよい。また、変調素子は高分子分散型液晶の代わりに例えば微粒子分散型液晶あるいはＤＭＤ、斜め電界による液晶回析格子等を利用するものでもよい。
【０１６９】
以上説明したように、本発明の第１の態様によれば、変調素子に入射する光束の角度分布を反映するスクリーンの明るさを検出し、この値が表示画像のコントラストを最大とする絞り調整に利用されるため、スクリーンが置かれた環境の下でより見易い表示画像を得ることができる。
【０１７０】
次に、本発明の第２の態様に係る投射型表示装置について説明する。
【０１７１】
図１２はこの投射型表示装置の構成を示す。光学系に関し、投射型表示装置は、回転楕円型のミラー１０１、光源ランプ１０２、コンデンサレンズ１０３、電動絞り１０４、変調素子１０８、フィールドレンズ１０９、投射レンズ１１０、および電動絞り１１１を有する。ランプ１０２から得られた光は直接およびミラー１０１で反射してコンデンサレンズ１０３に入射する。コンデンサレンズ１０３はこの入射光を平行光線として変調素子１０８に入射させる。変調素子１０８は、高分子樹脂中に液晶材料が分散されて成る高分子分散型液晶層を光変調層として一対の透明電極基板間に備え、この光変調層により光の空間的な伝搬方向を映像信号に応じて変調する変調素子として駆動回路１０７により駆動される。変調素子１０８からの変調光はフィールドレンズ１０９を介して投射レンズ１１０に入射する。投射レンズ１１０は入射光を反射型スクリーンＳＣに投射する。すなわち、この投射型表示装置の基本的な構成は、図７に示す投射型表示装置と同様である。
【０１７２】
この表示装置は、図７に示す装置と同様、二つの電動絞り１０４および１１１を具備している。絞り１０４はコンデンサレンズ１０３に入射する光線の光束を絞るために設けられ、電動絞り１１１は投射レンズ１１０から投射される光線の光束を絞るために設けられる。各電動絞りの制御回路１２０は、輝度信号平滑回路１４０からの入力信号Ａ、デコーダ１２９からの入力信号Ｂ、及び光センサインタ−フェ−ス回路１２４からの信号Ｃに基づいて絞り１０４および１１１を動作させ、変調素子１０８に入射する光束分布および表示に寄与する出射光束角度範囲を制御する。デコーダ１２９は、外部の赤外線リモコンから送信される制御信号を受信し、これをデコードすることにより信号Ｂを得る。
【０１７３】
図１３は制御回路１２０の入力信号ＡおよびＢと絞りの集光角との関係を示す。絞りの状態は変調素子１０８の出射光束の中で絞りを通過する角度、すなわち集光角として示される。絞り１１１の集光角は、８．６×１０−３ｓｒから１．１×１０−３ｓｒの範囲で可変されるように設定される。また、絞り１０４も同じ角度範囲の光束を変調素子１０８に入射させるように制御される。
【０１７４】
制御回路１２０の入力信号Ａは、映像信号に含まれる輝度信号の時間的平均強度であり、輝度信号平滑回路１４０により発生される。この輝度信号平滑回路１４０は、図１０に示されるように、輝度信号のブランキングレベル（黒レベル）検出回路１４０ＡおよびＲＣ積分回路１４０Ｂにより構成される。積分回路１４０Ｂの時定数ＲＣは、抵抗Ｒを調整することにより変更できる。制御回路１２０の入力信号Ａはブランキングレベル（黒レベル）検出回路１４０Ａの出力（黒レベル）と輝度信号の差をＲＣ積分回路１４０Ｂにより平均化することにより得られる。
【０１７５】
制御回路１２０の入力信号Ｂは、赤外線リモコンからの制御信号をデコーダ１２９によりデコードすることにより得られる信号であり、この信号は赤外線リモコンにより任意の値に設定することができる。この信号は、図１２に示すように、入力信号Ａの絞りに対する影響の強さを変化させるものであり、入力信号Ｂの値が充分小さくされると、絞りは集光角が最小の状態で入力信号Ａによらず一定となる。逆に、入力信号Ｂの値が充分大きくされると、絞りは集光角が最大の状態で入力信号Ａによらず一定となる。また、集光角を特定の値で固定する場合には、制御回路１２０に設けられる図示しない切り替えスイッチで入力信号Ａが図１２に示す中間の信号固定値で一定となるように設定される。
【０１７６】
また、駆動回路１０７の特徴は、平滑回路１４０Ｂの出力信号を入力の一つとして、散乱型液晶パネルを駆動する電圧に補正をかけることである。この補正では、デコーダ１２９からのデコード信号から制御回路１２０の動作状態が検出され、この制御回路に同期して駆動信号の平均強度の変化が小さくなる方向に補正される。従って、集光角が小さくなることで本来暗い投射映像がさらに暗くなる場合に、散乱型液晶パネルの明るさが逆に増大する方向に修正され、最終的に得られる投射映像において明るさの変動が緩和される。
【０１７７】
以上のようにして、入力信号Ａが図１２に示す中間の信号固定値で一定となるように設定されると、次に、光センサインタ−フェ−ス回路１２４からの信号Ｃに基づいて絞りが制御される。
【０１７８】
次に、図１２に示す表示装置における平均映像レベル（ＡＰＬ）検出回路１４０について、図１４〜図１７を参照して具体的に説明する。
【０１７９】
図１４に示す平均映像レベル（ＡＰＬ）検出回路１４０では、入力端子１５１から正極性の映像信号が入力され、カップリングコンデンサ−１７１を介してトランジスタ１７４のコレクタに加えられる。トランジスタ１７４のコレクタには、電源端子１６１に供給される電源電圧ＶＣＣを抵抗１７２，１７３により分圧した電圧がバイアスされている。
【０１８０】
トランジスタ１７４のベ−スには、端子１６２から抵抗１７５を介してゲ−トパルスが加えられる。このトランジスタ１７４において、ゲ−トパルスの期間、平均映像レベル（ＡＰＬ）が検出される。検出される期間は、例えば映像信号のブランキング期間である。
【０１８１】
次に、検出されたＡＰＬは、バッファトランジスタ１７６を介して、整流ダイオ−ド１７７と抵抗１７８とコンデンサ−１７９とからなる時定数回路でピ−ク整流され、トランジスタｌ８０と抵抗１８１とからなるバッッファアンプと抵抗１８２を介して、以下のような信号が得られる。
【０１８２】
図１５は、ＡＰＬの低い映像信号の場合、及びＡＰＬの高い映像信号の場合の、トランジスタ１７４のコレクタ入力、バッファトランジスタ１７６のエミッタ出力、及びバッファトランジスタｌ８０のエミッタ出力を示す。図１５から、バッファトランジスタｌ８０のエミッタ出力は、ＡＰＬが低いときは低く、ＡＰＬが高いときは高くなることがわかる。この電圧変化は、抵抗１８２を介して得られる。
【０１８３】
図１６は、ＡＰＬ検出回路の他の例を示す回路図である。端子１５１に例えば同期信号の先端がクランプされた映像信号を入力するものとする。ここでトランジスタ１９０は抵抗１９１とコンデンサ１９２とからなる並列回路を介して電源端子１６１に接続されており、トランジスタ１９０のエミッタは、抵抗１９３とツェナダイオ−ド１９４とを介して基準電位点に接続されている。
【０１８４】
トランジスタ１９０のコレクタは、ＰＮＰ型トランジスタ１９５のベ−スに接続されており、ＰＮＰ型トランジスタ１９５のエミッタは、抵抗１９６とコンデンサ１９７とからなる並列回路を介して電源端子１６２に接続され、かつトランジスタｌ８０のベ−スに接続されている。トランジスタｌ８０、抵抗１８２は、図１５に示すものと同様である。
【０１８５】
図１６に示す構成の回路において、トランジスタ１９０のベ−スに、クランプされた映像信号を入力すると、トランジスタ１９０のコレクタからは、ツェナダイオ−ド１９４で設定されたしきい値以上のレベルの信号が反復増幅されて出力される。この信号はトランジスタ１９５のベ−ス・エミッタにより整流され、トランジスタｌ８０を介して取り出される。
【０１８６】
このトランジスタｌ８０のエミッタ出力により、誤差増幅器１５０の入力端（−）の基準電圧が変化する。このようにすることにより、トランジスタ１９０のコレクタ入力、バッファトランジスタ１９５のエミッタ出力は、図１７に示すようになる。なお、図１７において、ハッチングが付された部分は、トランジスタ１９５により増幅された部分であり、このしきい値以下の部分がトランジスタ１８０のベ−ス・エミッタ間を通して整流される。
【０１８７】
上述した図１２に示す構成の表示装置を暗室で表示動作させたところ、高分子分散液晶の特性が不十分なためにコントラストが集光角１．１×１０−３ｓｒの場合で７０：１、８．６×１０−３ｓｒの場合に１８：１のコントラストとなった。また、白表示時の光量は、集光角１．１×１０−３ｓｒの場合に１８ｌｍであり、８．６×１０−３ｓｒの場合に７５ｌｍの表示であった。絞りが固定の場合には、充分なコントラストを得るために、集光角が最小となる１．１×１０−３ｓｒの状態で絞りを使用する必要がある。これに対して、実施例のように可変である場合には、明るい場面で全体の明るさを上げられるので、表示の印象は劇的に改善された。特に、星座や月世界の映像を収録したビデオソフトを使用して表示動作を行った場合、星座の場面で背景の黒が引き締まり、絞りを固定している場合とはまったく異なる非常に良好な表示となる。また、平均的な明るさの変化と絞りの調整速度の関係に関し、絞り調整の時定数を０．５秒から１秒程度に設定したところ、不自然さをあまり感じさせることなく表示特性を改善できた。
【０１８８】
次に、５００ｌｕｘの室内にて反射ゲイン１３倍のスクリーンを用いて表示を行ったところ、室内光によるスクリーンの明るさがかなり気になる状態であり、集光角をほぼ最大の状態に設定したときに最も良い印象がえられた。この設定は、室内が充分暗い場合にはかえってコントラスト不足が気になってしまい、より集光角を小さくした場合に比べて悪い設定である。この実施例の表示装置を使用した場合、その使用環境の明るさが異なっても、表示特性を最適化して表示動作を行なえることが確認できた。
【０１８９】
人間の感覚は、明るい環境では、その明るさに対して暗い部分を黒として認識するので、明るい場面では黒表示に対する要求はあまり厳しくない。この場合は、コントラストよりもむしろ白部分が充分明るいことが重要である。
【０１９０】
逆に、暗い場面では、明るい黒と暗い黒との区別が明確になるよう暗さに対して感覚が敏感になる。白部分については、その周辺の黒部分との対比によりその明るさが強調されて見えるので、白部分の絶対的な明るさはあまり重要でない。この場合、コントラストが良く、黒が充分暗く表示されることが要求される。 この実施例の投射型表示装置は、人間の感覚を満足するよう表示特性を変更することが可能であり、かつ従来では得られなかったような表示特性も得ることができる。すなわち、充分なコントラストの下で実質的な明るさを向上させることができる。
【０１９１】
この投射型表示装置は時間帯あるいは場所等に依存した様々な環境で実際に使用されることになる。特に外光（室内の照明、窓の採光部）がスクリーンに作用してその明るさを決めるため、黒の映像部分は非常に影響を受け易い。すなわち、スクリーン周辺が明る過ぎると、表示装置からの出力光が良好なコントラストであっても、スクリーンに表示された映像のコントラストは低下する。従って、このような状態ではコントラストよりも明るさを優先した表示が行われる。また、充分暗い部屋等では、白表示が少々暗くてもしっかりと黒が沈んで見えるように表示が行われる。
【０１９２】
この実施例の投射型表示装置は、周囲環境の諸条件により黒表示と白表示とのどちらを優先するかを任意に選択可能である。さらに、この表示装置は上述した良好な表示性能を有するにもかかわらず低消費電力である。
【０１９３】
尚、上述した実施例では、反射型のスクリーンＳＣがフロント側で表示画像を見るために用いられたが、透過型のスクリーンがリア側で表示画像を見るために用いられてもよい。
【０１９４】
さらに、この実施例では、表示装置が光変調素子として設けられる散乱型液晶パネルの透過光を利用するように構成されたが、散乱型液晶パネルの反射光を利用するように構成されてもよい。この散乱型液晶パネルは高分子分散型液晶層の代わりに例えば微粒子分散型液晶層を光変調層として有するものでもよい。また、散乱型液晶パネルはＤＭＤ等の光変調素子に変更してもよい。
【０１９５】
本実施例に係る表示装置では、映像を明るい場面ではより明るくし暗い場面ではより暗く表示することが可能であり、実効的なコントラストおよび明るさが向上する。これは、図１８に示すように絞りの状態により表示特性が変化するためである。図１８において、絞りの状態は光変調素子の出射光束の中で絞りを通過する角度、すなわち集光角の形で示される。集光角が小さい場合には、表示が全体的に暗くなるが、特に黒表示の場合に暗くなるためにコントラストは良くなる。これに対して、集光角を大きくすると、白表示だけでなく、黒表示の部分もより明るくなって、コントラストが小さくなってしまう。これに対して、表示の明るさに対応して集光角を変えることで最大輝度と最小輝度を表示に利用できるようになる。
【０１９６】
また、明るい環境では、明るさを重視した表示特性を得るとことができ、暗い環境では黒レベルを重視した高コントラストの表示特性をすることができる。すなわち、図１９に示すように、外部の明るさのために、表示スクリーンの明るさが常に一定以上である場合、黒レベルはそれよりも下がらないので、表示装置の出力光束が小さくなってもあまり意味を持たなくなる。従って、この場合には絞りを開けて明るさを重視した表示を行なうことで、環境も含めた全体の表示特性が良くなる。
【０１９７】
以上説明したように、第２の態様によれば、スクリーン上に表示される映像のコントラストと明るさを適切に制御することができる。
【０１９８】
次に、本発明の第３の実施態様について説明する。
【０１９９】
第１及び第２の態様に係る表示装置において、或いは従来の表示装置において、絞りの集光角が調整されると、所望の透過光強度が、輝度信号電圧に対応して生成される駆動電圧の下で得られなくなってしまう。すなわち、表示画像の階調が正確に再現されなくなる。さらに変調素子が赤、緑、および青の色成分で構成されるカラー画像を表示する場合、これら色成分相互の階調バランスが集光角の変化に伴い変化し、表示画像の色調を変化させる結果となる。
【０２００】
また、上述の投射型表示装置にあっては、種々の環境下で表示状態の最適化を図ることができるものの、明るさ優先の表示を行う際と、コントラスト優先の表示を行う際とで、液晶パネルへ入射される光線の角度分布が異なることに起因したコントラストの低下や表示品位劣化がある。そして、このような表示品位の劣化は、液晶パネルへ入射される光束の変化に起因した液晶パネルの画素スイッチ素子の光リーク電流の変動によって生ずる。
【０２０１】
本発明の第３の態様は、上述した技術課題に鑑みなされたものであって、画像の階調を正確に再現するものであるとともに、各種環境下で良好な表示画像が得られ、特に明るい環境下の使用であっても、表示品位の優れた投射型表示装置を提供する。
【０２０２】
まず、液晶パネルの光リ−クのない場合においての変調素子の駆動電圧−変調光強度特性の集光角制御依存性について、発明者らの考察によれば、変調素子の駆動電圧−変調光強度特性は図２０のようになる。図２０において、特性曲線Ｙ１は、標準的な５度の集光角において得られる変調素子の駆動電圧と透過光（変調光）強度との相対的な関係を表す。この特性曲線Ｙ１は、絞りを開いたときに曲線Ｙ２で示すようにシフトし、絞りを絞ったときに曲線Ｙ３で示すようにシフトする。これは、同一駆動電圧に対する透過光強度を変化させることになる。例えば変調素子の特性曲線Ｙ１が曲線Ｙ２にシフトした場合、変調素子の透過率は、図２１に示すように、０．６Ｖの輝度信号電圧に対して設定されるべき値である０．６よりも高い値に設定される。
【０２０３】
このような駆動電圧−変調光強度特性の絞りに対する依存性は、以下に説明する原因によるものと考えられる。即ち、変調素子に対する入射光束の分布は、図２２に示すように、絞りの集光角によって決まる出射光束の分布に等しい。変調素子は、図２３に示すように、光を散乱させる散乱性を持ち、絞りの集光角が図２２においてＡ，Ｂ，およびＣで示すように変化する場合、出射光束は、これら集光角Ａ，Ｂ，およびＣについてそれぞれ図２４Ａ，図２４Ｂ，および図２４Ｃに示すように分布する。
【０２０４】
しかし、これら出射光束は、例えば出射側の絞りにより、入射光束の分布と同じ一定角度範囲の部分を除いて遮られてしまうため、これらの図においてハッチングで示す部分だけが表示に関与する出射光束として有効なものとなる。この遮光部分に対する有効部分の比率は、これらの図から明らかなように、集光角が広いほど大きくなる。
【０２０５】
変調素子の相対透過率は、入射光束の全てが変調素子で散乱されず出射側の絞りを通過する出射光束の光束量と、変調素子の散乱性により散乱された時に出射側の絞りを透過する出射光束の光束量との比である。変調素子が図２３のような散乱性を示す場合、図２２にＡ，Ｂ，Ｃで示すような入射光束および出射光束となる絞り量について、透過率はそれぞれ図２４（ａ），（ｂ），（ｃ）示す様になる。すなわち、集光角が広いほど、入射光束に対する出射側の絞りを透過する出射光束の割合が大きくなることがわかる。
【０２０６】
本発明の第３の態様に係る表示装置によれば、補償回路が絞り制御部に連動して変調素子の駆動電圧−変調光強度特性の変化を補償する。このため、絞り量を調整して画像の明るさを変化させた場合でも、適切にガンマ補正を行なうことが可能となる。従って、階調の潰れおよび不自然な色調の変化等が防止される。
【０２０７】
以下、本発明の第３の態様に係る投射型表示装置について、図面を参照して説明する。
【０２０８】
図２５は、この投射型表示装置の全体構成を示す。この投射型表示装置は、回転楕円型のミラー１０１、光源ランプ１０２、電動絞り１０４、コンデンサレンズ１０３、散乱型変調素子１０８、フィールドレンズ１０９、投射レンズ群１１０、および電動絞り１１１が光軸上に並べられた光学系を有する。ランプ１０２から得られた光は直接およびミラー１０１で反射してコンデンサレンズ１０３に入射する。コンデンサレンズ１０３はこの入射光を互いに平行な光線として変調素子１０８に入射させる。この変調素子１０８は入射光の空間的な伝搬方向を２次元領域において変調するもので、ガンマ補正回路２１０および極性反転／非反転増幅回路２１１で構成される駆動回路により駆動される。
【０２０９】
変調素子１０８は、液晶材料が高分子樹脂中に分散された液晶層を一対の透明電極基板間に保持する高分子分散型液晶パネルであり、複数のカラー画素グループが液晶パネルにおいてマトリクス状に配置される。各画素グループは赤、緑、および青の画素で構成される。フィールドレンズ１０９は変調素子１０８からの変調光を投射レンズ群１１０に導き、投射レンズ群１１０はこの変調光を反射型スクリーンに投射する。即ち、この投射型表示装置の基本的な表示原理は従来と同様である。
【０２１０】
この表示装置では、電動絞り１０４が光源ランプ１０２およびコンデンサレンズ１０３間に配置され、電動絞り１１１が投射レンズ群１１０内に配置される。電動絞り１０４は変調素子１０８に入射される光線の角度範囲を制御するため光源ランプ１０２からの光源光の光束を絞り、電動絞り１１１はスクリーン１０９に投射される光線の角度範囲を制御するため変調素子１０８からの変調光の光束を絞る。電動絞り１０４および１１１の各々は耐熱性に優れた５枚のセラミックブレードおよびサーボモータを有し、セラミックブレードの組み合わせにより構成される円形の開口の寸法、すなわち半径をサーボモータで変化させることにより集光角が変化する円形の可変絞りとして機能する。
【０２１１】
この表示装置には、カラー映像信号を赤，緑，青の色成分に分解することにより得られる３つの輝度信号Ｒ，Ｇ，およびＢが供給される。各輝度信号は変調素子１０８に設けられた対応色の画素の輝度を１フィールド周期で順次指定する。この表示装置はさらに表示画像のコントラストおよび明るさを最適化するために電動絞り１０４および１１１の集光角、すなわち開口半径を輝度信号Ｒ，Ｇ，およびＢに基づいて共通に調整する絞り制御回路２１２を有する。
【０２１２】
この絞り制御回路２１２は、調整された絞りの集光角を表す集光角データＤをガンマ補正回路２１０に供給する。ガンマ補正回路２１０は集光角データＤに基づいて輝度信号Ｒ，Ｇ，およびＢをガンマ補正し、これを駆動電圧ＲＯ，ＧＯ，およびＢＯとして極性反転／非反転増幅回路２１１に供給する。極性反転／非反転増幅回路２１１は、例えば映像信号の水平走査周期で駆動電圧ＲＯ，ＧＯ，およびＢＯの極性を正極性および負極性の一方から他方に反転し、変調素子１０８に供給する。
【０２１３】
図２６は、ガンマ補正回路２１０の構成をさらに詳細に示す。ガンマ補正回路２１０は輝度信号Ｒ，Ｇ，およびＢについてそれぞれガンマ補正を行なうため互いに同様に構成される処理チャネルＣＨ１−ＣＨ３を有する。これら処理チャネルＣＨ１−ＣＨ３の各々は、対応色の輝度信号を画素毎の輝度を表すデジタル形式の輝度データＩに変換するＡ／Ｄ変換器２０１、このＡ／Ｄ変換器２０１からの輝度データＩに対応する基準駆動電圧データＶＲを発生するガンマ特性変換テーブル２０２、絞り制御回路２１２からの集光角データＤに対応する補正データΔＶを発生する補正テーブル２０３、補正データΔＶを基準電圧データＶＲに加算する加算器２０４、およびこの加算結果をアナログ形式の駆動電圧信号に変換するＤ／Ａ変換器２０５で構成される。
【０２１４】
特性変換テーブル２０２は輝度データＩによって選択される複数の基準駆動電圧データＶＲを格納したＲＯＭであり、各基準駆動電圧データＶＲは輝度データＩによって指定される輝度に対して図２２に示す特性曲線Ｙ１によって決まる基準駆動電圧を表す。補正テーブル２０３は輝度データＩによって選択される複数の補正データΔＶを格納したＲＯＭであり、各補正データΔＶは集光角データＤで指定される集光角に対して得られる曲線Ｙ２およびＹ３のような曲線と特性曲線Ｙ１との差を近似した補正電圧を表す。
【０２１５】
ここで、各処理チャネルの動作を説明する。Ａ／Ｄ変換器２０１は輝度信号を輝度データＩに変換し、これをガンマ特性変換テーブル２０２に供給する。これにより、ガンマ特性変換テーブル２０２に格納された基準駆動電圧データＶＲのうちの１つがこの輝度データＩにより選択され、標準的な５度の集光角で得られる特性曲線Ｙ１に基づくガンマ補正の結果として加算器２０４に供給される。他方、補正テーブル２０３に格納された補正データΔＶのうちの１つが絞り制御回路２１２からの集光角データＤにより選択され、集光角データＤによって指定された集光角に対して得られる特性曲線と特性曲線Ｙ１との差を近似した補正電圧として加算器２０４に供給される。加算器２０４は基準駆動電圧データＶＲと補正データΔＶとを加算する。この加算結果は現在の集光角に適した駆動電圧を表し、Ｄ／Ａ変換器２０５により駆動電圧信号に変換される。
【０２１６】
電動絞り１０４および１１１が例えば５度の標準的な集光角に設定されている場合、補正データΔＶはゼロを表すため、加算器２０４の加算結果は基準駆動電圧データＶＲに等しくなる。集光角データＤが集光角の調整により変化すると、補正データΔＶもゼロから正または負の方向に変化する。補正データΔＶは絞りの集光角が５度よりも大きい場合に負となり、絞りの集光角が５度よりも小さい場合に正となる。高分子分散型液晶を用いた変調素子１０８は電圧印加により光散乱性が低下し変調光強度が増大する素子であるため、駆動電圧は絞りの集光角が増大するほど小さくなり、絞りの集光角が減少するほど大きくなるよう補正される。
【０２１７】
この表示装置では、２つの電動絞り１０４および１１１が設けられ、これらの集光角の調整に伴ってガンマ補正回路２１０の実質的な特性が変化する。この結果、駆動電圧が絞りの集光角に対して適切に補正されるため、輝度信号によって指定された輝度を集光角に依存せずに得ることが可能となる。すなわち、絞りの集光角が変化したとき、階調の潰れおよび不自然な色調の変化等が生じない。
【０２１８】
尚、上述の実施例では電動絞り１０４および１１１の集光角が同様に可変されたが、これらの一方だけが可変されてもよい。また、変調素子１０８は高分子分散型液晶の代わりに例えば微粒子分散型液晶あるいはＤＭＤ、斜め電界による液晶回析格子等を利用するものでもよい。電圧印加により光散乱性が増大し変調光強度が低下するような変調素子を用いた場合、絞りの集光角が増大するほど大きくなり、絞りの集光角が増加するほど小さくなるよう駆動電圧を補正するため補正テーブル２０３の内容が変更される。
【０２１９】
また、補正テーブル２０３は集光角毎に１個の補正データΔＶを保持するが、集光角毎に得られる曲線Ｙ２およびＹ３のような曲線と基準特性曲線Ｙ１との差の電圧を各輝度について表す複数の補正データΔＶを保持してもよい。この場合、各補正データΔＶは輝度データＩおよび集光角データＤの組み合わせにより選択される。このような構成では、補正テーブル２０３の記憶容量を増大させなくてはならないが、よりきめ細かな補正を行なうことが可能となる。
【０２２０】
さらに、上述の実施例のように変調素子１０８の透過光をスクリーン１０９に導く代わりに、変調素子１０８の反射光をスクリーン１０９に導いてもよい。また、スクリーン１０９はフロント側で表示画像を見るために用いられる反射型に限られず、リア側で表示画像を見るために用いられる透過型であってもよい。
【０２２１】
以上説明したように、本発明の第３の態様によれば、周辺の環境や表示画像の状態に基づいて絞りの集光角を最適化する一方で、表示画像の階調を正確に再現することができる。
【０２２２】
上記のように、変調素子１０８のスイッチ素子の光リ−クがない場合においても、絞りによる集光角の変化に伴い、駆動電圧−変調光強度特性を制御する必要があるが、実際の変調素子では、開口率を考慮すると、十分にスイッチ素子を遮光することが困難であることに加え、絞り５２の開口径制御に伴い、変調素子１０８に入射する光束強度も変化するため、スイッチ素子の光リ−クを考慮した駆動電圧−変調光強度特性の制御も必要である。スイッチ素子の光リ−クが生ずると、画素電位保持特性が劣化し、駆動電圧−変調光強度特性は高電圧側にシフトする。この光リ−ク電流はスイッチ素子に入射する光強度に比例するため、絞り５２の開口径に比例して増大する入射光束とともに平行シフト量は増大し、上記と同様な表示品位劣化が生ずる。このため、スイッチ素子の遮光構造の最適化及びスイッチ素子にアモルファスシリコンＴＦＴよりもポリシリコンＴＦＴを用いることが望ましいが、より望ましくは変調素子の光リ−ク特性を補正する映像信号制御手段を設けるとよい。
【０２２３】
更に、変調素子が赤、青及び緑の色成分で構成されるカラ−画像を表示する場合、これらの変調素子に入射する光強度も色により異なること、スイッチ素子の光リ−ク特性にも波長依存性があることから色成分相互の階調バランスが集光角の変化に伴い変化し、表示画像の色調を変化することを抑制することが望ましい。実際には、各絞り径制御に伴う光リ−クも含んだ変調素子の駆動電圧−変調光強度の補正を行うことが望ましい。
【０２２４】
次に、本発明の第４の態様について説明する。
【０２２５】
上記のように、変調素子１０８のスイッチ素子の光リ−クがない場合においても絞りによる集光角の変化に伴い駆動電圧−変調光強度特性を制御する必要があるが、実際の変調素子１０８では十分にスイッチ素子を遮光することが開口率を考慮すると困難であることに加え、絞り５２の開口径制御に伴い、変調素子１０８に入射する光束強度も変化するため、スイッチ素子の光リ−クを考慮した駆動電圧−変調光強度特性の制御も必要である。
【０２２６】
スイッチ素子の光リ−クが生ずると、画素電位保持特性が劣化し、駆動電圧−変調光強度特性は高電圧側に平行シフトする。この光リ−ク電流は、スイッチ素子に入射する光強度に比例するため、絞り５２の開口径に比例して増大する入射光束とともに平行シフト量は増大し、上記と同様な表示品位劣化が生じる。このため、スイッチ素子の遮光構造の最適化及びスイッチ素子にアモルファスＴＦＴよりもポリシリコンＴＦＴを用いることが望ましいが、より望ましくは変調素子の光リ−ク特性を補正する映像信号制御手段を設けるとよい。更に、変調素子が赤、青、及び緑の色成分で構成され、カラ−画像を表示する場合、これらの変調素子に入射する光強度も色により異なること、スイッチ素子の光リ−ク特性にも波長依存性があることから、色成分相互の階調バランスが集光角の変化に伴い変化し、表示画像の色調の変化を抑制することが望ましい。実際には、各絞り径制御に伴う光リ−クも含んだ変調素子の駆動電圧−変調光強度特性の補正を行うことが望ましい。
【０２２７】
高分子分散型液晶や微粒子分散型液晶が用いられる表示装置においては、表示輝度に応じて、また表示初期から時間が経過するにつれて表示状態が変化したり、環境温度により表示品位が変化するという問題がある。これは、高分子分散型液晶や微粒子分散型液晶では、印加電圧（Ｖ）−光透過率（Ｔ）特性、ヒステリシス特性あるいは応答速度等が温度変化に伴い変動するためであって、しかも、その変動量がツイステッド・ネマティク（ＴＮ）型液晶に比べて大きいことがその要因と考えられる。
【０２２８】
また、特に投射型の表示装置にあっては、光源光学系に配置される絞りの開口径の制御に応じて変化する光束に起因する温度差により、表示品位が劣化するという問題もある。
【０２２９】
本発明の第４の態様は、このような技術課題に鑑み成されたものであって、光束を制御する絞りの大きさや光源光の点灯からの経時時間や環境温度条件によることなく、あるいは連続表示している際にも優れた表示画像が得られる表示装置を提供する。
【０２３０】
即ち、液晶材料が高分子樹脂中に含有される高分子分散型あるいは微粒子が液晶材料中に含有される微粒子分散型等の液晶層を備えた変調素子は、上記したように、印加電圧（Ｖ）−光透過率（Ｔ）特性、ヒステリシス特性、応答速度等が温度変化に伴い大きく変動する。
【０２３１】
図２７は、縦軸に光透過率が５０％となる電圧（Ｖ５０）をとり、横軸に温度（Ｔ）をとり、変調素子の温度依存性を示している。この図から解るように、温度（Ｔ）に依存することなく一定な表示画像を得るためには、温度（Ｔ）上昇に伴い液晶層に印加される電圧を大きくする必要がある。
【０２３２】
そこで、本発明の第４の態様では、変調素子の温度変化に応じて映像信号を増減させる映像信号制御手段を具備している。これにより、温度（Ｔ）に依存することなく一定な表示画像が得られる。
【０２３３】
図２８は、本発明の第４の態様に係る投射型液晶表示装置を示す図である。
【０２３４】
図２８に示すように、この投射型液晶表示装置３００は、３板式、即ち赤（Ｒ）用、緑（Ｇ）用および青（Ｂ）用の３枚の変調素子例えば液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂを備えている。
【０２３５】
この表示装置の光源光学系では、メタルハライドランプが光源３１１として配置され、この光源３１１からの光源光を、光源３１１と液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ），３０１−Ｂとの間の光軸上の点Ａに焦点を持つように集光させる回転楕円型のリフレクタ３２１が設けられている。このリフレクタ３２１により点Ａに一度集光された光源光は、コールドミラー３３１を経た後、コリメータレンズ３４１により、平行光として各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂに導かれる。また、リフレクタ３２１の焦点位置である点Ａには、略円形の開口を有し、その開口直径Ｄ１ がサーボモータにより可変可能な第１の絞り手段３５１が配置されている。
【０２３６】
また、この表示装置では、光源３１１は、リフレクタ３２１に対する位置精度の簡素化等から、リフレクタ３２１の中心部分に固定して配置されるため、光源３１１からの光源光の中心部分の光束が小さくなる。このため、この表示装置の光源光学系では、光源３１１と第１の絞り手段３５１との間に、第１の絞り手段３５１側に凸の円錐レンズ３６１が配置されている。この円錐レンズ３６１により、発散され有効活用されない光束を中心部分に導くことで、光源光の中心部分の光束の低下を防止している。尚、凸の円錐レンズ３６１の他にも、発散され有効活用されない光束を中心部分に導くものであれば、凹状の円錐レンズであっても、また特開平６−１７５１２９号公報に開示されるような構造のものであっても良い。
【０２３７】
投射光学系は、液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂにより光変調された変調光を点Ｂに集光させるための集束レンズ５０１、点Ｂにおいて各液晶パネル３０１−Ｒ，２０１−Ｇ，２０１−Ｂからの散乱光を遮断し、透過光を透過させる開口を有し、その開口直径Ｄ２ がサーボモータにより可変可能な第２の絞り手段５０３、第２の絞り手段５０３を経た後の変調光を投影するための投射レンズ５０５とから構成されている。この第２の絞り手段５０３は、上述したように、各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂからの散乱光は遮断し、透過光を透過させるものであるため、第２の絞り手段５０３の開口直径Ｄ２ を大きくすることにより、表示輝度を増大させることができる。
【０２３８】
第１の絞り手段３５１及び第２の絞り手段５０３は、スクリーン上の環境輝度をモニターする光センサ７１１からの環境輝度信号ＥＳに基づいて第１の絞り手段３５１及び第２の絞り手段５０３の開口直径Ｄ１ ，Ｄ２ をそれぞれ制御する絞り制御手段７２１に電気的に接続されている。更に詳しくは、第１の絞り手段３５１の開口直径Ｄ１ 及び第２の絞り手段５０３の開口直径Ｄ２ は、絞り制御手段７２１により、スクリーン上の輝度が高くなるにつれて集光角Ω１ ，Ω２ のそれぞれが大きくなるよう制御されるものであって、この表示装置では、集光角Ω１ ，Ω２ が８．６×１０−３ｓｒから１．１×１０−３ｓｒの範囲で可変されるように第１の絞り手段３５１及び第２の絞り手段５０３の開口直径Ｄ１ ，Ｄ２ が制御される。
【０２３９】
尚、本明細書における第１の絞り手段３５１に基づく集光角Ω１ は、光源光の分布角度を±θとした時、［２πｓｉｎ θ］を０からθまでθについて積分した値で表現され、更に、この集光角Ω１ を、コリメータレンズ３４１の焦点距離をｆ１ として、第１の絞り手段３５１の開口直径Ｄ１ の関数で表すと、Ω１ ＝π（Ｄ１ ／２ｆ２ ）２ で表現される。
【０２４０】
また、本明細書における第２の絞り手段５０３に基づく集光角Ω２ は、フィールドレンズの焦点距離をｆ２ とし、第２の絞り手段５０３の開口直径Ｄ２ の関数で表すと、Ω２ ＝π（Ｄ２ ・ｆ２ ）２ で表現される。
【０２４１】
これら集光角Ω１ ，Ω２ は、光利用効率等を考慮すると、ほぼ一致するように連動させて可変することが望ましい。
【０２４２】
次に、各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂの配置について説明する。光源光学系からの光源光は、第１ダイクロイックミラー４１１−Ｄにより緑（Ｇ）光のみが反射され、第１の全反射ミラー４１１−Ａを介して緑（Ｇ）光が液晶パネル３０１−Ｇに導かれ、液晶パネル３０１−Ｇ、緑（Ｇ）用フィールドレンズ４２１−Ｇを経て出射される。
【０２４３】
第１のダイクロイックミラー４１１−Ｄを透過した光源光は、第２のダイクロイックミラー４１３−Ｄにより赤（Ｒ）光のみが反射されて、液晶パネル３０１−Ｒに導かれる。そして、液晶パネル３０１−Ｒ、赤（Ｒ）用フィールドレンズ４２１−Ｒを経た赤（Ｒ）光は、第１の合成ミラー４１１−Ｍにより液晶パネル３０１−Ｇを経た緑（Ｇ）光と合成される。
【０２４４】
第２のダイクロイックミラー４１３−Ｄを透過した光源光は、液晶パネル３０１−Ｂに導かれ、液晶パネル３０１−Ｂ、青（Ｂ）用フィールドレンズ４２１−Ｂを経た青（Ｂ）光は、第２の全反射ミラー４１３−Ａを介して第２の合成ミラー４１３−Ｍにより液晶パネル３０１−Ｇおよび液晶パネル３０１−Ｒを透過し合成された赤（Ｒ）光および緑（Ｇ）光と合成され、投射光学系に導かれる。
【０２４５】
次に、この液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂについて説明する。尚、液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂの構成は、その駆動系を除いて差異はないので、緑（Ｇ）用の液晶パネル３０１−Ｇを例にとり説明する。この液晶パネル３０１−Ｇは、１００ミクロンピッチの表示画素が横方向に６４０個、縦方向に４８０個配列されて成っている。
【０２４６】
液晶パネル３０１−Ｇは、図２９及び図３０に示すように、アレイ基板５１１と対向基板６１１との間に、高分子樹脂中に正の誘電率異方性を示すネマチック液晶が分散された高分子分散型液晶層４０１が表面処理膜５９１，６９１を介して保持されている。
【０２４７】
アレイ基板５１１は、０．７ｍｍ厚の透明なガラス基板５１０上に、図２９に示す如く信号線５２１と走査線５３１とが略直交するように配置され、信号線５２１と走査線５３１との交点近傍に薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと略称する。）５４１が配置されている。このＴＦＴ５４１は、図３０に示すように、走査線５３１自体をゲート電極とし、走査線５３１上にゲート絶縁膜５４３を介して半導体層として非晶質シリコン薄膜５４５、非晶質シリコン薄膜５４５を保護すると共に寄生容量を抑えるため走査線５３１と自己整合されたシリコンナイトライドから成る半導体保護膜５４６、非晶質シリコン薄膜５４５と信号線５２１とをｎ＋ 型非晶質シリコン薄膜５４８を介して電気的に接続する信号線５２１から延在されたドレイン電極５４７、信号線５２１と走査線５３１とによって囲まれる領域に配置されたＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）から成る画素電極５５１と非晶質シリコン薄膜５４５とをｎ＋ 型非晶質シリコン薄膜５５０を介して電気的に接続するソース電極５４９とを備えて構成される逆スタガ構造である。また、画素電極５５１との間でゲート絶縁膜５４３を介して補助容量（Ｃｓ）を形成するための補助容量線５５３が走査線５３１に略平行して配置されている。更に、これらＴＦＴ５４１や画素電極５５１上には、保護膜５５５が配置されてアレイ基板５１１は構成されている。
【０２４８】
対向基板３１１は、０．７ｍｍ厚の透明ガラス基板３１０上に、アレイ基板５１１のＴＦＴ５４１および画素電極５５１周辺部を遮光するためのクロム（Ｃｒ）から成るマトリクス状の遮光層３１３、遮光層３１３上に配置される保護膜３１７、保護膜３１７上に配置されるＩＴＯから成る対向電極３１９とによって構成されている。尚、以上のようにして構成される液晶パネル３０１−Ｇは、４０％の開口率を達成している。
【０２４９】
また、この表示装置では、図３１に示すように、液晶モジュ−ルの入射面の表示部近傍に温度センサ８００が配置され、このからの温度信号（ＴＳ）に基づいて、駆動電圧供給回路７３１に入力される輝度信号（ＢＳ）が制御され、極性反転／非反転増幅器７４１を介して各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１Ｇ，３０１Ｂに各映像信号ＶＳＲ、ＶＳＧ、ＶＳＢが供給される。
【０２５０】
温度センサ−としては、例えばμＰＣ３９１１（商標、ＮＥＣ社製）を用いることが出来る。このＩＣは、同一チップ内に基準電圧、温度センサ−、位相補正内臓型オペアンプを集積しているため、外部回路部品が少なくてすむ。更に、従来のサ−ミスタなどの温度センサに比較して直線性が非常に優れており、高性能の温度測定が可能である。具体的な回路を図３２に示す。
【０２５１】
図２８に示すように、この温度センサからの温度信号（ＴＳ）に基づいて、駆動電圧供給回路７３１に入力される輝度信号（ＢＳ）が制御され、極性反転／非反転増幅器７５１を介して各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂに各映像信号（ＶＳＲ），（ＶＳＧ），（ＶＳＢ）が供給される。
【０２５２】
駆動電圧供給回路７３１は、図３３に示すように、入力される輝度信号（ＢＳ）をアナログ・ディジタル変換器７３３でディジタル信号化し、ディジタル信号化された輝度信号（ＢＳ）をＲＯＭで構成されるガンマ補正回路７３４によりガンマ補正し、ガンマ補正されたディジタル輝度信号は加算器７３５の一入力端子に供給する。また、温度光センサからの温度信号（ＴＳ）に基づいてＲＯＭで構成される温度補償回路７３６から、液晶パネル３０１−Ｇの光透過率（Ｔ）−電圧（Ｖ）特性の温度依存性を補正する補償データが加算器７３５の他の入力端子に供給される。加算器７３５からはディジタル輝度信号と補償データとの加算出力をディジタル・アナログ変換器７３７に出力される。そして、ディジタル・アナログ変換器７３７からアナログ信号が極性反転／非反転増幅器７３１に出力される。
【０２５３】
極性反転／ 非反転増幅器７３１では、アナログ信号を液晶パネル３０１−Ｇに必要な信号レベルに増幅すると共に、各フィールド期間毎、走査期間毎等の所定周波数で基準電位に対して極性反転する映像信号（ＶＳＧ）と成して液晶パネル３０１−Ｇに供給する。
【０２５４】
また、他の液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｂも同様に、液晶パネル３０１−Ｇに設けられた温度センサからの温度信号（ＴＳ）に基づいて補正された映像信号（ＶＳＲ），（ＶＳＢ）が液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｂに供給される。
【０２５５】
更に詳細には、このガンマ補正回路７３４は、液晶パネル３０１−Ｇ内が４０℃の状態における電圧（Ｖ）−光透過率（Ｔ）特性に基づいて入力される輝度信号（ＢＳ）がガンマ補正されるよう構成されている。例えば、液晶パネル３０１−Ｇ内の温度として４０℃を基準として、４０℃よりも上昇するにつれて温度補償回路７４６からの補償データは正側に大きくなり、４０℃よりも低下するにつれて温度補償回路７４６からの補償データは負側に減少する。
【０２５６】
上記温度センサ−によりモニタ−されたパネル温度に従ってパネル冷却ファンの回転数を制御し、パネルの温度制御を行うと、パネルの温度に対応して映像信号の制御をより精確に行うことが出来る。このため、温度センサ−の出力をもとに冷却ファンを制御することが望ましい。また、例えば光源を点灯した直後からのパネル温度の上昇の際に、冷却ファンの回転をある期間停止するか、もしくは回転数を低く抑えることにより、定常動作時の温度に達するまでの時間を短縮する制御を行うことが望ましい。
【０２５７】
以上のように、この投射型液晶表示装置３００によれば、各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂの温度変化に応じて表示状態が最適化されるので、例えば比較的低い室温で投射型液晶表示装置３００を用い、光源３１１を点灯して、各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂが一定の温度に到達するまでに時間を要する、例えば３〜３０分程度の間、各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂの温度が変化し続けるような場合にも、常に適切な駆動が行われ、色むら等が発生することのない、良好な表示画像が得られる。
【０２５８】
特に、この表示装置によれば、第１の絞り手段３５１及び第２の絞り手段５０３の開口直径Ｄ１ ，Ｄ２ がスクリーン輝度に応じて可変されるため、各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂへ入射する光の強度が第１の絞り手段３５１の開口直径Ｄ１ に依存して種々異なるために各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂの温度上昇の度合いも変わる。
【０２５９】
即ち、スクリーン輝度が小さい場合は、表示輝度よりもコントラスト比が高いことが視覚的に良好な表示画像と認識されるため、第１絞り手段３５１の開口直径Ｄ１ は絞られる。これに対して、スクリーン輝度が大きい場合は、表示輝度が重視されるため、第１の絞り手段３５１の開口直径Ｄ１ は開けられる。従って、スクリーン輝度が大きい方が各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂの温度上昇の度合いは高くなる。例えば、この実施例によれば、実際に液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂに入射する光源光の集光角Ω１ が８．６×１０−３ｓｒから１．１×１０−３ｓｒに変化すると、各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂの温度は３〜５℃変化する。
【０２６０】
しかしながら、この実施例によれば、液晶パネル３０１−Ｇに温度センサを配置して随時モニタし、各映像信号（ＶＳＲ），（ＶＳＧ），（ＶＳＢ）を最適化しているため、第１の絞り手段３５１の開口直径Ｄ１ が可変され、光源光の集光角Ω１ が増減することにより、各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂに温度変化が生じても、良好な表示画像が得られる。
【０２６１】
尚、この表示装置では、第１の絞り手段３５１及び第２の絞り手段５０３の開口直径Ｄ１ ，Ｄ２ が環境輝度信号（ＥＳ）に応じて第１絞り手段７２１により制御されるものとしたが、例えば各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂに供給される映像信号（ＶＳＲ），（ＶＳＧ），（ＶＳＢ）に基づいて第１の絞り手段３５１及び第２の絞り手段５０３の開口直径Ｄ１ ，Ｄ２ が制御されるものであっても良い。即ち、輝度信号（ＢＳ）の時間的平均強度と輝度信号のブランキングレベル（黒レベル）との差に基づいて、差が小さい場合は開口直径Ｄ１ ，Ｄ２ を小さくして集光角Ω１ ，Ω２ を小さく制御し、逆に差が大きい場合は開口直径Ｄ１ ，Ｄ２ を大きくし、集光角Ω１ ，Ω２ を大きく制御することにより、良好な表示画像が確保できる。
【０２６２】
また、第１の絞り手段３５１及び第２の絞り手段５０３は、環境輝度信号（ＥＳ）と輝度信号（ＢＳ）のそれぞれに応じて制御されるものであっても良い。
【０２６３】
この表示装置では、高分子分散型液晶層４０１の温度が直接的にモニタできるよう温度センサを配置したが、高分子分散型液晶層４０１の温度に相関する信号を検出し、これに基づいて制御するものであって良い。
【０２６４】
また、この表示装置によれば、液晶パネル３０１−Ｇの温度を随時モニタし、温度信号（ＴＳ）に基づいて表示状態を最適化したが、温度センサ等を配置するのではなく、予め所定時間毎に各映像信号（ＶＳＲ），（ＶＳＧ），（ＶＳＢ）が徐々に小さくなるような補償データを設定しておいても良い。
【０２６５】
以上の表示装置では、温度センサは入射側の表示部の上部に配置したが、その位置は精度よく温度が測定出来るところであれば、例えば下部若しくは左右であってもよい。また、温度センサは、液晶モジュ−ルと密着させても離間させて配置しても、あるいは液晶モジュ−ルの内部に配置してもよい。更には、光の出射側に配置してもよい。
【０２６６】
既に述べたように、光源側の絞りの集光角と投射側の絞りの集光角とは、一致することが望ましい。一致しない場合には、以下に示すように性能が低下してしまう。即ち、光源側の絞りの集光角が投射側の絞りの集光角のほうが大きい場合には、最大の明るさは一致している場合と同一であるが、黒表示時の明るさが増加するため、コントラストが低下する。また、光源側の絞りの集光角が投射側の絞りの集光角よりも小さい場合もまた、最大の明るさは一致している場合と同一であるが、黒表示時の明るさが増加するため、コントラストが低下する。絞りの面積にほぼ比例して黒表示時の明るさが増加するので、コントラストも絞りの面積にほぼ比例して低下するのである。
【０２６７】
光源側の絞りの集光角と投射側の絞りの集光角とが完全に一致している場合の絞りの面積をＳ０ 、集光角が大きい絞りの面積をＳ０ ＋ΔＳとすると、集光角が不一致の場合のコントラストｒ´は、集光角が一致している場合のコントラストをｒとすると、以下の式で表わされる。
【０２６８】
ｒ´＝ｒ｛Ｓ０ ／（Ｓ０ ＋ΔＳ）｝
本発明者らの実験によると、コントラストの低下が画質の低下として認識される程度は、コントラストが約２／３に低下した場合である。以下、この実験の手順を説明する。
【０２６９】
表示画面のコントラストを一定として１０分間映画フィルムを上映し、その後にコントラスト比を変化させて５分か上映する。その後、コントラストの変化が画質の劣化として認識されたかどうかのアンケ−トをとり、劣化として認識されるしきい値を求める。
【０２７０】
図３４に示すように、コントラストのしきい値の初期値を２００：１、１００：１、５０：１、２０：１として実験したが、１００：１以下の実験結果はすべて初期値の８５％程度から画質の劣化として認識され始め、６５％程度ではほぼ全てのサンプルに対して画質の劣化として認識された。従って、絞りの制御は、同じ明るさの表示に対して、コントラスト比が４割以下の低下に抑える精度で制御する必要がある。
【０２７１】
即ち、立体角を約±３０％の範囲に制御する必要がある。例えば、又は円形の絞りを用いた場合には、円錐状となる光束における円錐の頂角θに対して、約±０．１５θに制御する必要がある。例えば、絞りの集光角がθ＝３〜１０度に変化する場合、絞りの集光角の精度は±０．５〜１．５度以内に制御する必要がある。
【０２７２】
次に、スクリ−ン照度（単位ルックス）に対するしぼり調整マ−ジンについて説明する。
【０２７３】
外光によるスクリ−ン照度（単位ルックス）が高い場合、絞りの角度に対するコントラストの変化は、外光がない場合に比べ、緩慢になる。従って、要求される制御精度は、外光が大きいほど低くてもよい。
【０２７４】
最適化された場合のコントラストの大きさは、図５に示すように、外光の影響がない本来のコントラストのほぼ１／２のコントラストとなっている。例えば、室内の明るさが０ルックスの場合、１００のコントラストとなる絞りの状態に対応して、最適値となるコントラストは５０、同様に３０のコントラスト比の絞りに対応するコントラストは約１５である。
【０２７５】
従って、外光に対して絞りの集光角が最適化された状態では、本来の黒表示によるスクリ−ンの明るさと、外光の影響によるスクリ−ンの明るさは、ほぼ同程度と考えられる。
【０２７６】
この時、集光角の制御に誤差が生じて最適値からずれた場合、コントラストは
、 ｒ´＝ｒ｛（Ｓｅｘｔ ＋Ｓ０ ）／（Ｓｅｘｔ Ｓ０ ＋ΔＳ）
＝ｒ｛Ｓ０ ／（Ｓ０ ＋ΔＳ／２）｝
ただし、Ｓｅｘｔ は、外光の明るさを、投射型表示装置の黒表示の絞りの集光角に変換した値であり、投射型表示装置本来の黒表示と外光の明るさとの影響が同じであるので、Ｓｅｘｔ ＝Ｓ０ である。
【０２７７】
上式からわかるように、マ−ジンとしては２倍となる。ただし、先に示した２つの絞りの一致に関するマ−ジンが存在することを考えると、外部の条件に対して制御すべき絞りの集光角の誤差は、その１／２となる。従って、この場合のマ−ジンも両者の集光角の一致に関するマ−ジンが必要である。
【０２７８】
次に、本発明の第５の態様について図４１を参照して説明する。なお、この第５の態様に係る表示装置の基本的構成は、図２８に示すものと同様である。
【０２７９】
この態様の投射型液晶表示装置１００は、図４１に示すように、各液晶パネル２０１−Ｒ，２０１−Ｇ，２０１−Ｂにそれぞれの映像信号（ＶＳＲ），（ＶＳＧ），（ＶＳＢ）を供給するための駆動電圧供給回路７４１および極性反転／非反転増幅器７５１を備えている。
【０２８０】
駆動電圧供給回路７３１は、図４２に示すように、入力される輝度信号（ＢＳ）をアナログ・ディジタル変換器７４３でディジタル信号化し、ディジタル信号化された輝度信号（ＢＳ）をＲＯＭで構成されるガンマ補正回路７４４によりガンマ補正し、ガンマ補正されたディジタル輝度信号は加算器７４５の一方の入力端子に供給される。また、光センサ７１１からの環境輝度信号（ＥＳ）に基づいて、ＲＯＭで構成される光リーク補償回路７４６から液晶パネル２０１−Ｇを構成するＴＦＴ２４１の光リーク電流（Ｉｏｆｆ ）による電位低下を補正する補償データが加算器７４５の他方の入力端子に供給され、加算器７４５からはディジタル輝度信号と補償データとの加算出力をディジタル・アナログ変換器７４７に出力する。そして、ディジタル・アナログ変換器７４７からアナログ信号が極性反転／非反転増幅器７４１に出力される。
【０２８１】
極性反転／ 非反転増幅器７４１では、アナログ信号を液晶パネル２０１−Ｇに必要な信号レベルに増幅すると共に、各フィールド期間毎、走査期間毎等の所定周期で基準電位に対して極性反転する映像信号（ＶＳＧ）と成して液晶パネル２０１−Ｇに供給する。
【０２８２】
また、他の液晶パネル２０１−Ｒ，２０１−Ｂも同様に、光センサ７１１からの環境輝度信号（ＥＳ）に基づいて補正された映像信号（ＶＳＲ），（ＶＳＢ）が液晶パネル２０１−Ｒ，２０１−Ｂに供給される。即ち、この実施例では、スクリーン上の輝度が高くなるにつれて集光角（Ω１ ），（Ω２ ）が大きくなるよう第１の絞り手段１５１及び第２の絞り手段５０３）の開口直径（Ｄ１ ），（Ｄ２ ）を絞り制御手段７２１によって制御されるが、これに伴い各液晶パネル２０１−Ｒ，２０１−Ｇ，２０１−Ｂに供給される映像信号（ＶＳＲ），（ＶＳＧ），（ＶＳＢ）も大きくなるよう駆動電圧供給回路７３１によって制御される。
【０２８３】
以上のようにして構成される投射型液晶表示装置７００の動作について簡単に説明する。
【０２８４】
まず、スクリーン上の照度（単位：ｃｄ／ｍ２ ）を光センサ７１１により検出し、光センサ７１１からの環境輝度信号（ＥＳ）に基づいて、絞り制御手段７２１により第１の絞り手段１５１及び第２の絞り手段５０３の開口直径（Ｄ１ ），（Ｄ２ ）を決定する。即ち、スクリーン上の輝度が大きくなる程、第１の絞り手段１５１及び第２の絞り手段５０３の開口直径（Ｄ１ ），（Ｄ２ ）を大きくする。
【０２８５】
駆動電圧供給回路７３１によって、映像信号（ＶＳＲ），（ＶＳＧ），（ＶＳＢ）の最適化を行わない場合、例えば、スクリーン上の照度が３０ｌｕｘ といった暗い場合は、集光角（Ω１ ），（Ω２ ）が１．１×１０−３ｓｒに設定され、７０：１のコントラスト比が達成される。逆に、スクリーン上の照度が２００ｌｕｘ といった明るい場合は、集光角（Ω１ ），（Ω２ ）が８．６×１０−３ｓｒに設定され、集光角（Ω１ ），（Ω２ ）が１．１×１０−３ｓｒに設定される場合の白表示時のピ−ク光束が１８ｌｍであるのに対して、７５ｌｍと高いピ−ク光束が達成される。
【０２８６】
更に、この態様では、光センサ７１１からの環境輝度信号（ＥＳ）に基づいて、スクリーン上の照度が２００ｌｕｘ の場合、スクリーン上の照度が３０ｌｕｘ の場合に比べて１０％程度各映像信号（ＶＳＲ），（ＶＳＧ），（ＶＳＢ）が駆動電圧供給回路７４１によって増大される。
【０２８７】
このようにして映像信号（ＶＳＲ），（ＶＳＧ），（ＶＳＢ）が最適化される場合、映像信号（ＶＳＲ），（ＶＳＧ），（ＶＳＢ）の調整を行わない場合に比べて、スクリーン上の照度が２００１ｘにおいて、コントラスト比及び表示輝度ともに、上記した値から更に１０％程度向上させることができた。
【０２８８】
以上のように、この実施例によれば、集光角（Ω１ ）の増大に伴うＴＦＴ２４１の光リーク電流（Ｉｏｆｆ ）に基づくコントラスト比並びに表示輝度の劣化が防止され、より良好な表示品位の確保が可能となる。
【０２８９】
この態様では、第２の絞り手段５０３の開口直径（Ｄ２ ）を第１の絞り手段１５１の開口直径（Ｄ１ ）と同一値となるように完全に連動させて可動させたが、必ずしも一致させなくても良い。
【０２９０】
また、この態様では、各液晶パネル２０１−Ｒ，２０１−Ｇ，２０１−Ｂ毎に光源光の集光角（Ω１ ）を制御する絞り手段を設け、各色毎に個別に光源光の集光角（Ω１ ）を制御するようにしても良い。また、この態様では、絞り制御手段７２１により第１のの絞り手段３５１及び第２の絞り手段５０３の集光角（Ω１ ），（Ω２ ）が環境輝度信号（ＥＳ）に応じて制御される構成としたが、駆動電圧供給回路７４１に入力される輝度信号（ＢＳ）に基づいて第１の絞り手段３５１及び第２の絞り手段５０３が制御されるものであっても、これらを組み合わせて用いるものであっても良い。例えば、入力される輝度信号（ＢＳ）の時間平均強度と輝度信号のブランキングレベル（黒レベル）との差に基づいて、差が小さい場合は集光角（Ω１ ），（Ω２ ）を小さく、差が大きい場合は集光角（Ω１ ），（Ω２ ）を大きく制御することにより、表示画像の表示輝度に依存せず、良好な表示画像を確保することができる。
【０２９１】
この態様では、光センサ７１１はスクリーン上の輝度をモニターするものとしたが、環境照度（単位ｌｕｘ）をモニターするものであっても良い。
【０２９２】
また、この実施例では、３板式の投射型表示装置１００を例にとり説明したが、液晶パネル自体がストライプ状、モザイク状あるいはデルタ配列された少なくとも３原色の色部から成るカラーフィルタを備え、単板式で構成される投射型表示装置であっても良いことは言うまでもない。
【０２９３】
ところで、各液晶パネル２０１−Ｒ，２０１−Ｇ，２０１−Ｂにマイクロレンズアレイ基板４１１を組み合わせて用いることにより、各液晶パネル２０１−Ｒ，２０１−Ｇ，２０１−Ｂの実効開口率を高め、明るい環境での表示の際のスクリーン上の実効のコントラスト比、表示輝度の両方を向上させることができる。以下に、液晶パネル２０１−Ｇを例にとり、図４３を参照して説明する。この液晶パネル２０−Ｇは、液晶パネル２０１−Ｇを構成する対向基板３１１の主表面上にマイクロレンズアレイ基板４１１が接着層４１０を介して貼り付けられて構成されている。このマイクロレンズアレイ基板４１１は、各表示画素に対応する集光レンズ４１３群から成り、集光レンズ４１３の焦点位置はアレイ基板２１１を構成するガラス基板２１０に存在するよう設定されている。
【０２９４】
上記した如く各液晶パネル２０１−Ｒ，２０１−Ｇ，２０１−Ｂを構成すれば、これまで遮光量３１３で遮られて有効に利用されていなかった光も利用できるため、各液晶パネル２０１−Ｒ，２０１−Ｇ，２０１−Ｂの実効開口率を大きくとることができ、集光角（Ω１ ），（Ω２ ）を絞っても十分なピーク光束が得られ、表示輝度の低下が軽減される。
【０２９５】
この態様の如く、液晶パネル２０１−Ｇの光入射側にマイクロレンズアレイ基板４１１を設ける場合は、第２の絞り手段５０３の開口直径（Ｄ２ ）を第１の絞り手段１５１の開口直径（Ｄ１ ）よりも大きい範囲内で制御する方が好ましい。これは、マイクロレンズで一度集光された光が、その後で発散されるためである。
【０２９６】
即ち、上記した実施例の如く、入射側にのみマイクロレンズアレイ基板４１１を配置する場合、マイクロレンズアレイ基板４１１で対向基板３１１の遮光層３１３付近に集束された光は、その後発散するため光利用効率が低下する恐れがある。このため、マイクロレンズアレイ基板４１１の使用にあたっては、マイクロレンズアレイ基板４１１の各集光レンズ４１３の焦点位置の選定が重要である。即ち、各集光レンズ４１３で集束された後に広がる光源光が投射レンズ５０５に十分に収まるよう焦点位置を選定する必要がある。特に、投射レンズ５０５の小型化を達成するのであれば、マイクロレンズアレイ基板４１１の各集光レンズ４１３の焦点位置は長く、開口数の小さいレンズの方が良い。しかし、各集光レンズ４１３の焦点位置が光入射側から遠ざかるにつれてマイクロレンズアレイ基板４１１の効果は低下し、各液晶パネル２０１−Ｒ，２０１−Ｇ，２０１−Ｂの実効開口率の増大の度合いは小さくなる。このようなことから、マイクロレンズアレイ基板４１１の各集光レンズ４１３の焦点位置は高分子分散型液晶層４０１内よりむしろ出射側の基板２１０中もしくは基板２１０よりもやや外に設定すると良い。
【０２９７】
上記した実施例では、図４１に示す第１の絞り手段３５１、第２の絞り手段５０３として、サーボモータを内蔵し、サーボモータによって円形の開口の開口直径（Ｄ１ ），（Ｄ２ ）を変化させる構造としたが、この開口の形状は四角形あるいは楕円形等であっても良い。また、サーボモータによって開口部の上部および下部、又は右及び左を遮光する遮光板が可動する構造であっても良い。
【０２９８】
更に、この態様では、第１の絞り制御手段７２１により第１の絞り手段３５１及び第２の絞り手段５０３の開口直径（Ｄ１ ），（Ｄ２ ）をそれぞれ制御して集光角（Ω１ ），（Ω２ ）を制御したが、第１の絞り手段３５１や第２の絞り手段５０３を光源３１１の光軸に沿って移動させることにより、実効的な開口直径（Ｄ１ ），（Ｄ２ ）を制御して集光角（Ω１ ），（Ω２ ）を制御しても良い。
【０２９９】
また、上述した態様の液晶パネルとしては、各表示画素毎にＴＦＴから成るスイッチ素子が設けられたアクティブマトリクス型液晶パネルを例に取り説明したが、ＴＦＴは多結晶シリコン膜あるいは単結晶シリコン膜を主体として構成しても良い。
【０３００】
次に、本発明の第６の態様について説明する。
【０３０１】
この態様は、簡易型の投射型表示装置に係るものであり、操作を簡単にするために、電源入力後、自動的に周辺照度に対応して絞りの設定を最適化するようになっている。この簡易型の投射型表示装置の一例を図３５に示す。この表示装置では、スクリ−ンの大きさ、及びゲインをあらかじめ仮定することで、投射光のない状態での投射光束を測定することにより、スクリ−ンの輝度を直接測定し、絞りの最適角を迅速に決定できるようにしている。この絞りの集光角の決定は、投射型表示装置の電源が入ると同時に自動的に行われる。
【０３０２】
この表示装置では、投射型表示装置からの投射光のない状態でスクリ−ンの輝度を測定するため、光路遮断装置９０１を備えている。これは、図３５に示すようにパネルの出射側に配置され、光路遮断装置制御回路９００により制御され、光源からの光を投射レンズの入り口で遮断／非遮断を切り替えられるようになっている。
【０３０３】
図３６は、図３５に示す表示装置において、電源の投入の後に自動的に集光角を決定する処理のフロ−チャ−トを示す図である。光源であるメタルハライドランプは、完全に点灯するまでに数分の時間がかかる。図３５に示す表示装置では、光路遮断装置により光路を遮断して、室内の明るさによるスクリ−ンの輝度を測定するので、ランプの輝度が定常状態に落ち着くまで待つ必要がない。そこで、まず始めにランプの点灯処理（高電圧の印加と放電の開始）を行うが、ランプが立ち上がるのを待たずにスクリ−ンの輝度を測定し、絞りの集光角の決定を行う。
【０３０４】
図３７は、簡易型の投射型表示装置の他の例を示す。この表示装置では、操作を簡単化するため、投射レンズの焦点位置を検出するために投射レンズにエンコ−ダ９１０が備えられ、投射距離検出回路９２０によりエンコ−ダ９１０の出力をＣＰＵ側から検出出来るようになっている。従って、投射距離検出回路９２０によりスクリ−ンサイズを検出することが出来る。
【０３０５】
図３７に示す表示装置では、スクリ−ンゲインを１．５と仮定することにより、下記式における投射係数ｑを自動的に算出する。従って、未知であるのはＬ０ のみであり、光路遮断装置によりＩ＝０の状態でスクリ−ン輝度Ｌを測定することにより、室内の明るさＬ０ を求めることが出来る。
【０３０６】
Ｌ＝ｑＩ＋Ｌ０
図３８は、図３７に示す表示装置において、自動的に集光角を決定する処理のフロ−チャ−トを示す図である。この表示装置では、投射レンズの焦点位置によりスクリ−ンサイズを検出するので、投射像の焦点を合わせた後に、絞りの最適化スイッチを押すことで、絞りの最適化が実行される。
以上、反射型スクリ−ンを用いる前面投射型の表示装置について説明したが、本発明は、これに限らず、図３９及び図４０に示すように、背面投射型の表示装置に対しても適用可能である。
【０３０７】
図３９及び図４０に示す背面投射型の表示装置では、光学システム９５０からの投射光は、第１のミラ−９６０及び第２のミラ−９７０により反射され、透過型スクリ−ン９８０に投射される。また、外光によるスクリ−ン輝度を測定する光学センサが配置されている。上述した前面投射型の表示装置では、光学センサは投射レンズの側部に配置され、スクリ−ンの方向に向けてスクリ−ンの反射光の強度を測定するように配置したが、背面投射型の表示装置では、図３９及び図４０に示すように、スクリ−ンの隅の部分にセンサＡ、センサＢのように取り付けて、照度を測定することが出来る。背面投射型の場合には、スクリ−ンの特性があらかじめ決まっている場合が多いので、照度からスクリ−ン輝度を推定することが出来る。
【０３０８】
また、センサＣのように、スクリ−ンの内側に配置し、スクリ−ンを通した外部光の輝度を測定することも出来る。もちろん、これらのセンサは、純粋な外部光の影響のみを測定することが出来るように、投射光学系からの光が入射しないように配置する必要がある。
【０３０９】
また、背面投射型の場合には、上述の式における投射係数ｑがあらかじめきまっているので、外光の影響Ｌ０ を測定することのみで、最適な絞りの集光角を決定することが可能である。
【０３１０】
投射型表示装置の表示品位は、投射する場所或いは時間帯等の種々の環境明るさに依存するスクリ−ンの黒ラベルの明るさにより変化する。環境明るさによる表示品位による補正は、フロント型の投射型表示装置の場合、投射型表示装置とスクリ−ンとの間にかなりの距離があることもあり、投射型表示装置の置かれている環境明るさとスクリ−ン周辺の明るさと異なる。また、実際には、略垂直に立てられたスクリ−ン面とスクリ−ンゲインで決まる照明照度若しくは照明輝度が表示品位に寄与する。
【０３１１】
このため、スクリ−ン周辺の環境照明状況や部屋の窓等からの外光により表示品位は大きく影響を受けるため、投射型表示装置の表示品位の制御は、環境明るさによるスクリン面輝度を直接モニタ−して制御することが重要である。また、会議等での用途では、使用状況に応じて任意に部屋全体の環境明るさ制御を行ったり、部分的な環境明るさの制御を行ったり、または調整段階と最終的な動作段階でスクリ−ン周辺の環境明るさは変化するため、参集段階でのスクリ−ン面輝度に応じて表示品位を調整することが望ましい。
【０３１２】
このため、スクリ−ン面での表示装置の黒表示レベル輝度及びコントラストをモニタ−する光センサ−を投射型表示装置に装備することにより、より高品位の映像表示を行うことが重要である。
【０３１３】
なお、以上、液晶パネルとして、高分子分散型や微粒子分散型の分散型液晶表示素子を用いた例について説明したが、本発明は、分散型液晶表示素子を用いた場合に、特に好適ではあるものの、それ以外にも、ＴＮ型液晶素子、ＳＴＮ型液晶素子、斜め電界による液晶回析格子等、種々の液晶素子にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の投射型表示装置の構成を概略的に示す図。
【図２】ランプから平行光線を得るコリメータ光源の一例を示す図。
【図３】図２に示すコンデンサレンズの入射光線を示す図。
【図４】図２示す変調素子への入射光束の角度分布と変調素子からの出射光束の角度分布との関係を示す図。
【図５】照明された環境下に置かれたスクリ−ン上に画像を表示させた場合に集光角に対応して測定された変調素子からの出射光束の強度と画像のコントラストとの関係を示すグラフ。
【図６】本発明の基本概念を説明するための投射型表示装置の構成を示す図。
【図７】本発明の第１の態様に係る投射型表示装置の構成を示す図。
【図８】絞りの開口の形状、絞りの種々の開口径を示す図。
【図９】図６に示す表示装置の動作を説明するためのフローチャート。
【図１０】図９に示す処理操作をさらに詳細に示すフローチャート。
【図１１】本発明の第１の態様に係る他の例の投射型表示装置の動作を説明するためのフローチャート。
【図１２】本発明の第２の態様に係る投射型表示装置の構成を示す図。
【図１３】図１２に示す制御回路の２つの入力信号と絞りの集光角との関係を示す図。
【図１４】図１２における平均映像レベル（ＡＰＬ）検出回路を具体的に示す回路図。
【図１５】図１４の回路のトランジスタのコレクタ入力。バッファトランジスタのエミッタ出力。及びバッファトランジスタのエミッタ出力を示す図。
【図１６】ＡＰＬ検出回路の他の例を示す回路図。
【図１７】図１６の回路のトランジスタのコレクタ出力、他のトランジスタのエミッタ出力を示す図。
【図１８】集光角と表示特性の関係を示すグラフ。
【図１９】明るい環境での実効的な表示特性を示すグラフ。
【図２０】本発明の第３の態様に係る表示装置における変調素子の駆動電圧−透過光強度特性を示すグラフ。
【図２１】本発明の第３の態様に係る表示装置における変調素子の透過率が絞りの集光角変化により所望値からずれることを説明するためのグラフ。
【図２２】変調素子に対する入射光束の分布と出射光束の分布とを示す図。
【図２３】変調素子の光散乱性を示す図。
【図２４】図２３に示す出射光束のうちで表示に関与する有効部分が集光角に依存して変化する様子を示す図。
【図２５】本発明の第３の態様に係る投射型表示装置の構成を示す図。
【図２６】図２５に示すガンマ補正回路の構成をさらに詳しく示す図。
【図２７】光変調素子の温度依存性を示すグラフ。
【図２８】本発明の第４の態様に係る投射型液晶表示装置の構成を示す図。
【図２９】図２８の表示装置における変調素子の構成を示す平面図。
【図３０】図２８の表示装置における変調素子の構成を示す断面図。
【図３１】図２８に示す表示装置における温度センサの配置を示す図。
【図３２】温度センサの具体的な回路を示す図。
【図３３】図２８に示す表示装置における駆動電圧供給回路を示す図。
【図３４】コントラストの変化率と認知確率との関係を示すグラフ。
【図３５】本発明の第６の態様に係る簡易型の投射型表示装置の構成を示す図。
【図３６】図３５に示す表示装置において。電源の投入の後に自動的に集光角を決定する処理のフロ−チャ−トを示す図。
【図３７】簡易型の投射型表示装置の他の例を示す図。
【図３８】図３６に示す表示装置において、自動的に集光角を決定する処理のフロ−チャ−トを示す図。
【図３９】背面投射型の表示装置を示す透視図。
【図４０】背面投射型の表示装置を示す断面図。
【図４１】本発明の第５の態様に係る投射型液晶表示装置の構成を示す図。
【図４２】図４１に示す表示装置における駆動電圧供給回路を示す図。
【図４３】図４１の表示装置における変調素子の構成を示す断面図。
【符号の説明】
１０１…回転楕円型のミラー、…１０２光源ランプ、１０３…コンデンサレンズ、１０４…電動絞り、１０７…駆動回路、１０８…散乱型変調素子、１０９…フィールドレンズ、１１０…投射レンズ、１１１…電動絞り、１２０…制御回路、１２１…デコーダ、１４０…輝度信号平滑回路、１４０Ｂ…ＲＣ積分回路。
【産業上の利用分野】
本発明は映像信号に基づいて画像表示を行なう表示装置に関し、特に、光源光を変調素子を通してスクリーン上に投射する投射型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、プラズマ発光パネルや変調素子が、ＣＲＴ表示装置に代わる小型で軽量な平面表示装置として注目されている。この平面表示装置は、表示動作において自ら光を放つ自発光型のものと、表示動作において独立した光源から入射する光の透過率を制御する透過率制御型のものとにほぼ分類できる。例えば、プラズマ発光パネルは自発光型に属し、変調素子は透過率制御型に属する。特に、この変調素子は次世代の表示装置の本命と考えられ、その技術開発が様々な実用分野で進められている。
【０００３】
一般的な変調素子は、液晶デバイスハンドブックで紹介されているツイステッドネマティック型に代表されるように、偏光板を使用して線偏光された光を複屈折性または旋光性を示す液晶層に入射させることを特徴とする。しかし、こうした変調素子は、光源から得られる光量が偏光板を通過する際に約１／２に低下するという欠点を有する。
【０００４】
最近では、上述した偏光板を必要としない変調素子が開発されている。この変調素子は、液晶材料が高分子樹脂中に含有される高分子分散型、あるいは微粒子が液晶材料中に含有される微粒子分散型の液晶層を、１対の透明な電極基板間、又は一方が透明で他方が反射特性を有する電極基板間に有し、この液晶層に入射した光線の空間的な伝搬方向を変調させる散乱型変調素子として機能する。この場合、光源光の利用効率は偏光板を用いた装置よりも向上される。
【０００５】
高分子分散型液晶層を有する変調素子は、例えば電圧が印加されない電極間の画素領域において入射光線を散乱させる乳白色の光散乱状態に設定され、電圧が印加される電極間の画素領域において入射光線が散乱しにくい透明な光透過状態に設定される。このため、各画素領域の散乱性がその透過光および反射光の強度を映像信号に応じて変化するよう制御され、これら透過光および反射光のいずれか一方が投射光学系によりスクリーンに導かれる。
【０００６】
微粒子分散型液晶層を有する変調素子の機能は、高分子型液晶層を有する変調素子のそれと基本的に同様である。
【０００７】
また、この他の表示装置として、例えばＳＩＤ９３ダイジェスト１０１２ページ以降にマイクロ・ミラー・デバイス（ＤＭＤ）が紹介されている。マイクロ・ミラー・デバイスは、２次元マトリクス状に配置されたマイクロミラーの角度を個々に変化させることにより、反射光線の方向を制御し、所望の方向に反射された反射光が投射光学系によりスクリーンに導かれるものである。マイクロ・ミラー・デバイスも、入射光線の空間的な伝搬方向を変調させるという点で微粒子分散型液晶層や高分子分散型液晶層を有する変調素子と同様に機能する。
【０００８】
図１は、従来の投射型表示装置の構成を概略的に示す。図１において、光源部１１は、光源であるランプ１２およびこのランプ１２からの光を集束させて平行光線にするコリメータ光学系１３から構成される。散乱型変調素子１４は、コリメータ光学系１３から入射する平行光線の空間的な伝搬方向を２次元的に変調する機能を有し、例えば高分子分散型変調素子である。駆動回路２０は、映像信号に応じて変調素子１４を駆動する。投射光学系１６は、変調素子１４の透過光のうち、ある一定の角度範囲のものを取り出すための絞りユニット１５を具備し、取り出された透過光をスクリーン１７に投射する。このようにして、画像が映像信号に対応する光強度分布でスクリーン１７上に表示される。
【０００９】
ところで、表示画像のコントラストおよび明るさは、変調素子１４から出射される光のうちで表示に使用される光線の角度分布に依存する。コントラストはこの角度分布が小さいほど向上し、明るさはこの角度分布が大きいほど向上する。すなわち、表示画像のコントラストと明るさとは互いに相反する関係にある。
【００１０】
このため、特開平５−２１６００４号、特開平５−１８８３４５号等は、変調素子１４から出射される出射光線を絞る絞りユニット１５の絞りサイズを可変とする構成とし、使用環境の明るさに応じて表示画像のコントラストと明るさとの関係を最適化する技術を開示する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、単に使用環境の明るさに応じて絞りサイズを可変としただけでは、コントラストと明るさの両方を満足のいく程度に向上させることは困難である。
【００１２】
本発明の目的は、スクリーンが置かれた環境に応じてより見易い表示画像を得ることができる表示装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、画像の階調を正確に再現できる表示装置を提供することにある。
【００１４】
本発明の更に他の目的は、環境温度条件によることなく優れた表示画像を得ることができる表示装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光源と、この光源から出射された光を光変調する変調素子と、この変調素子を駆動する変調素子駆動手段と、前記光源と前記変調素子との間に配置され、前記光源から変調素子に入射する光束を制限する、そのサイズが可変の開口を有する第１の絞り手段と、前記変調素子から出射された光が投影される表示スクリーンと、前記変調素子から出射された光を表示スクリーンに投影する投射光学系と、前記変調素子と前記投射光学系との間に配置され、前記変調素子から前記投射光学系に入射する光束を制限する、そのサイズが可変の開口を有する第２の絞り手段と、前記第１及び第２の絞り手段の少なくとも一方の開口のサイズを制御する絞り制御手段と、少なくとも２つの光強度Ｉを設定する光強度設定手段と、これら光強度Ｉに対応する前記スクリーン上の表示輝度Ｌを検出する光センサーと、前記光強度Ｉ及び検出する表示輝度Ｌを式Ｌ＝ｑＩ＋Ｌ０（Ｌ０は表示装置が置かれた環境からの光に基づく前記表示スクリーン上の環境輝度）に代入することにより投射係数ｑ及び環境輝度Ｌ０を求める環境解析手段と、前記求められた投射係数ｑ及び環境輝度Ｌ０についての前記式から、表示スクリーン上のコントラストを求め、このコントラストが最大となる前記第１及び第２の絞り手段の少なくとも一方の開口のサイズを示すデータを格納する手段と、前記データ格納手段における前記コントラストを最大とする前記第１及び第２の絞り手段の少なくとも一方の開口のサイズを特定し、このサイズを最適値として決定する処理手段とを具備する表示装置を提供する。
【００１６】
上記表示装置において、以下の態様が可能である。
【００７５】
前記光強度設定手段は、前記変調素子駆動手段が変調素子に白画像信号を送ることによりスクリーンに白画像が表示された場合の変調光の光強度と、前記変調素子駆動手段が変調素子に黒画像信号を送ることによりスクリーンに黒画像が表示された場合の変調光の光強度を設定することを特徴とする表示装置。
【００７６】
前記環境解析手段は、前記スクリーンに白画像が表示された状態で前記第１及び第２の絞り手段の少なくとも一方の開口のサイズを一定の割合で変化させ、変化した開口のサイズごとに測定された前記スクリ−ン上の表示輝度ＬＯＮと、前記スクリーンに黒画像が表示された状態で前記第１及び第２の絞り手段の少なくとも一方の開口のサイズを一定の割合で変化させ、変化した開口のサイズごとに測定された前記スクリ−ン上の表示輝度ＬＯＦＦ とから、種々の開口のサイズについて得られたＬＯＮとＬＯＦＦ の比をコントラストとして求め、このコントラストが最大となる開口のサイズを最適値として決定する処理手段を含むことを特徴とする表示装置。
【００７７】
前記変調素子は、複数の色に対応する個数配置されていることを特徴とする表示装置。
【００７８】
前記絞り制御手段は、前記第１及び第２の絞り手段の集光角を制御することを特徴とする表示装置。
【００７９】
前記絞り制御手段は、前記第１及び第２の絞り手段の集光角がほぼ等しくなるように前記第１及び第２の絞り手段の少なくとも一方の開口のサイズを制御することを特徴とする表示装置。
【００８０】
前記光源の近傍に配置され、前記光源の位置に焦点を有する回転楕円型ミラ−と、この回転楕円型ミラ−により反射された光を前記変調素子に入射させるコリメ−タ光学系とを更に具備することを特徴とする表示装置。
【００８１】
前記変調素子は、分散型液晶素子、ディジタルミラ−素子、又は斜め電界による液晶回析素子であることを特徴とする表示装置。
【００８２】
前記分散型液晶素子は、高分子分散型液晶素子又は微粒子分散型液晶素子であることを特徴とする記載の表示装置。
【００８５】
【作用】
以下、本発明の種々の態様について、図面を参照して説明する。
【００８６】
本発明の第１の態様に係る表示装置では、制御手段は絞り調整モードにおいて変調素子に所定条件で変調光を生成させ、この変調光がスクリーンに投射された状態におけるスクリーン上の明るさを検出し、この検出された明るさに応じて、表示画像のコントラスト及び明るさが最適値となるように、第１および第２絞り手段のうちの少なくとも一方の集光角、すなわち開口寸法を調整する。このような開口寸法の制御は、表示画像の明るさとコントラストとが、変調素子に入射する光束の角度分布に大きく依存するという本発明者が見い出した知見に基づいている。
【００８７】
このように、変調素子に入射する光束の角度分布を反映したスクリーン上の明るさを、集光角の最適値の決定のための因子として用いることにより、スクリーンが置かれた環境の下でより見やすい表示画像を得ることができる。また、部屋の明るさが変化した場合でも、絞り調整モードにおいて集光角を自動的に最適値に修正できる。
【００８８】
ここで、本発明の理解をより容易にするため、スクリーンに表示される画像の明るさとコントラストとの関係について説明する。
【００８９】
図２は、ランプから平行光線を得るコリメータ光源の一例を示す。このコリメータ光源は、光軸に沿って並べられたランプ５０、集束レンズ系５１、絞り５２、およびコンデンサレンズ５３により構成される。
【００９０】
実在するランプ５０の特徴の一つは、光を一点から放つ点発光体ではないことにある。集束レンズ系５１は、一定の面積を持ったランプ５０の表面から放たれる光を半径Ｒの円形ランプ像６０として絞り５２において集束させる。絞り５２は光軸に垂直な平面においてランプ像６０の光束面積を制限する。従って、ランプ像６０は絞り５２の半径ｒによって決まる面積の面発光体６２と考えられる。この面発光体６２からの光束はコンデンサレンズ５３を介して散乱型変調素子５４に入射する。しかし、発光体６２の平面的な広がりはこの変調素子５４に入射する光線に角度分布をもたらす原因となる。
【００９１】
図３はコンデンサレンズ５３の入射光線を示す。このコンデンサレンズ５３は面発光体６２の中心に焦点を持つ充分収差の小さい凸レンズであり、この面発光体６２から放射される光線を互いに平行にするために用いられる。ここで、面発光体６２の中心をａ点とし、面発光体６２の端部をｂ点とすると、ａ点からコンデンサレンズ５３に向かう同族光線は、コンデンサレンズ５３の透過後いずれも光軸と平行となる。しかし、ｂ点からコンデンサレンズ５３に向かう同族光線は、コンデンサレンズ５３の透過後いずれも光軸と一定の角度θをなす。この角度θはランプ像６２のａ点とｂ点の距離、すなわち半径ｒに比例する。コンデンサレンズ５３は発光体６２全体に対応して±θの角度で分布する光束を変調素子に向けて出射する。θがあまり大きくない範囲にあるとすれば、変調素子に入射した入射光束の角度分布Ωｉ は、立体角として次式（１）のように表すことができる。
【００９２】
【数１】
【００９３】
次に、強度Ｉｉ の光束が入射する散乱型変調素子の表示特性について説明する。図４は、変調素子への入射光束の角度分布Ωｉ と変調素子からの出射光束の角度分布Ωｏ との関係を示す。単純化するため、入射光束は角度分布Ωｉ の範囲で一様でありこの範囲外に存在しないものとする。また、変調素子は散乱状態において入射光束を一様に散乱させる。この散乱能力は、角度分布を持たない入射光束に対応して得られる出射光束の角度分布Ωｏ をΩｐ として表される。
【００９４】
この角度分布Ωｐ が入射光束の角度分布Ωｉ よりも充分に大きいとすれば、変調素子の表示特性は光源側および投射側絞りと以下のような関係となる。
【００９５】
入射光束の角度分布Ωｉ は光源側絞りの状態を示し、その絞りの集光角ΩＡ１に対して次式（２）のようになる。
【００９６】
【数２】
【００９７】
Ωｏ ＝ΩｏＯＮ ＝Ωｉ ‥‥‥（３）
散乱状態にある変調素子から得られる出射光束の角度分布Ωｏ をΩｏＯＦＦで表すと、この角度分布ΩｏＯＦＦは図４に示されるように変調素子の散乱能力を示す角度分布Ωｐ に入射光束の角度分布Ωｉ を重畳した形になるが、Ωｉ ＜Ωｐ という関係から次式（４）に示すように近似的にΩｐ とすることができる。
【００９８】
【数３】
【００９９】
Ｉｏ ＝（ΩＡ２／Ωｏ ）・Ｉｉ （ΩＡ２＜Ωｏ の場合）‥（５）
この場合、出射光束の強度Ｉｏ はΩｏ とΩＡ２の比で決まる。
【０１００】
Ｉｏ ＝Ｉｉ （ΩＡ２≧Ωｏ の場合）‥（６）
コントラストＣＲは、変調素子が散乱状態にある場合の出射光束強度ＩＯＮと無散乱状態にある場合の出射光束強度ＩＯＦＦ の比として得られる。一般的にΩＡ２＜Ωｐ であることから、ΩＡ２とΩＡ１の大小関係について場合分けすると、コントラストＣＲは次式（７）および（８）に示すようになる。
【０１０１】
【０１０２】
ＣＲ＝Ωｐ ／ΩＡ ‥‥‥（９）
ここで、表示画像のコントラストおよび明るさ、すなわち出射光束強度ＩＯＮを決定する集光角ΩＡ１とΩＡ２の大きさの関係を考える。ΩＡ１≦ΩＡ２の場合、白表示の出射光束強度ＩＯＮは式（６）よりΩＡ２に依存せず一定であり、式（９）よりコントラストが最大になる条件はΩＡ１＝ΩＡ２である。ΩＡ１≧ΩＡ２の場合、式（７）よりコントラストはＣＲ＝Ωｐ ／ΩＡ１であり、式（５）よりＩＯＮ＝Ｉｉ ΩＡ２／ΩＡ１である。従って、ΩＡ２＝ΩＡ１（＝Ωｉ ）の時に出射光束強度ＩＯＮが最大となる。この両者より、任意のコントラストに対して最も出射光束強度が強くなる条件、および任意の明るさにおいて最もコントラストが良くなる条件はΩＡ１＝ΩＡ２である。以上のように、光源側絞りの集光角ΩＡ１と投射側絞りの集光角ΩＡ２が一致することが最も表示特性をよくする条件となる。
【０１０３】
以上の最適条件下で考えた場合でも、表示画像の明るさ、すなわち出射光束強度ＩＯＮ（＝Ｉｉ ）は絞りの半径ｒの増大に伴って向上するが、表示画像のコントラストＣＲはこれに伴って逆に低下することが分かる。すなわち、絞りの大きさを調整することによりＩＯＮおよびＣＲを変化させても、これらを共に向上させ得ないことが分かる。
【０１０４】
以上は定性的な考察であり、より詳細な考察は光学系の方式、ランプの特性等により個々に行なう必要があるが、表示画像の明るさとコントラストがトレードオフしてしまうという基本的な振る舞いは、高分子分散型、微粒子分散型、斜め電界による液晶回析格子（特願平６−２９８４９６号、特願平６−１７２９３５号）、あるいはＤＭＤ等の光の空間的な伝搬方向を変調する変調素子を使用した場合において共通である。
【０１０５】
ここで、高分子分散型液晶を散乱型変調素子として用いた投射型表示装置の動作によりスクリーンに表示される画像のコントラストについて考察する。この表示画像のコントラストはスクリーンを取り巻く環境に影響される。このため、照明された部屋におかれたスクリーン上に画像を表示させ、変調素子からの出射光束の強度および画像のコントラストを絞りの集光角に対応して測定した。図５は集光角に対応して測定された変調素子からの出射光束の強度および画像のコントラストを示す。この関係から最大コントラストをもたらす最適値が集光角の調整範囲内に存在することがわかる。
【０１０６】
表示装置の動作により画像がスクリーンに表示されるとき、このスクリーンの明るさＬは表示画像の明るさＬＯＮ又はＬＯＦＦ とスクリーンが置かれた環境に依存する背景の明るさＬ０ との和になる。従って、実際のコントラストＣＲｒｏｏｍは明るさＬＯＮおよびＬＯＦＦ を用いて次式（１０）のように表される。
【０１０７】
ＣＲｒｏｏｍ＝（ＬＯＮ＋Ｌ０ ）／（ＬＯＦＦ ＋Ｌ０ ） ‥‥‥（１０）
背景の明るさＬ０ は、スクリーンが置かれた部屋の照明光および窓から採光される外光等の強さにこのスクリーンの表示形式（光透過型、光反射型）で決まる光透過率および光反射率の一方を乗じた値である。このＬ０ は、式（９）で得られる本来のコントラストＣＲを著しく低下させる影響力を持つため無視することはできない。
【０１０８】
Ｌ０ の値が充分小さい場合、コントラストは１／ΩＡ という本来の傾きに近い依存性を示し、集光角ΩＡ が小さいほどコントラストが良くなる。逆にＬ０ の値が充分大きい場合には、最大となる明るさがコントトラスト比に関して支配的になり、この集光角ΩＡ が大きいほどコントラストが大きくなる傾向になる。
【０１０９】
そこで、Ｌ０ が中間的な値である場合に絞り集光角ΩＡ に対応して得られるコントラストＣＲｒｏｏｍを考察する。絞りの集光角ΩＡ 、表示装置からの投射光の強度Ｉ、およびスクリーンの明るさＬの関係は、正の比例係数ｋおよびｑを用いることにより次式（１１）のように示すことができる。
【０１１０】
Ｌ＝ｋΩＡ ＝ｑＩ ‥‥‥（１１）
次式（１２）は、背景の明るさＬ０ を考慮した実際のコントラストＣＲｒｏｏｍを示す。
【０１１１】
【０１１２】
【数４】
【０１１３】
また、Ｌ０ がほぼ０の値である場合、集光角ΩＡ が小さいほどコントラストが良くなる。しかし、実際に集光角ΩＡ を小さくしすぎると、表示画像が暗くなって見づらくなる。このような場合、集光角ΩＡ は表示画像が見やすい範囲で最小とされる。
【０１１４】
【実施例】
以下、本発明の種々の態様に係る投射型表示装置について説明するが、その説明の前に、本発明の基本概念について説明する。
【０１１５】
図６は、本発明の基本概念を説明するための投射型表示装置の構成を示す。光学系に関し、投射型表示装置は、回転楕円型のミラー１０１、光源ランプ１０２、コンデンサレンズ１０３、電動絞り１０４、散乱型変調素子１０８、フィールドレンズ１０９、投射レンズ１１０、および電動絞り１１１を有する。ランプ１０２から得られた光は直接およびミラー１０１で反射してコンデンサレンズ１０３に入射する。コンデンサレンズ１０３はこの入射光を平行光線として散乱型変調素子１０８に入射させる。散乱型変調素子１０８は、高分子樹脂中に液晶材料が分散されて成る高分子分散型液晶層を光変調層として一対の透明電極基板間に備え、この光変調層により光の空間的な伝搬方向を映像信号に応じて変調する変調素子として駆動回路１０７により駆動される。散乱型変調素子１０８からの変調光はフィールドレンズ１０９を介して投射レンズ１１０に入射する。投射レンズ１１０は入射光を反射型スクリーンＳＣに投射する。すなわち、この投射型表示装置の基本的な表示原理は従来と同様である。
【０１１６】
この表示装置の特徴は、二つの電動絞り１０４および１１１を持つことにある。絞り１０４はコンデンサレンズ１０３に入射する光線の光束を絞るために設けられ、電動絞り１１１は投射レンズ１１０から投射される光線の光束を絞るために設けられる。各電動絞りは制御回路１２０により制御される内蔵サーボモータを有し、このサーボモータの動作により絞りサイズ、すなわち開口部の形状が調整される。この制御回路１２０は輝度信号平滑回路１４０からの入力信号Ａおよびデコーダ１２１からの入力信号Ｂに基づいて絞り１０４および１１１を動作させ、散乱型変調素子１０８に入射する光束分布および表示に寄与する出射光束角度範囲を制御する。デコーダ１２１は外部の赤外線リモコンから送信される制御信号を受信しこれをデコードすることにより信号Ｂを得る。
【０１１７】
図１３は制御回路１２０の入力信号ＡおよびＢと絞りの集光角との関係を示す。絞りの状態は散乱型変調素子１０８の出射光束の中で絞りを通過する角度、すなわち集光角として示される。絞り１１１の集光角は、８．６×１０−３ｓｒから１．１×１０−３ｓｒの範囲で可変されるように設定される。また、絞り１０４も同じ角度範囲の光束を散乱型変調素子１０８に入射させるように制御される。
【０１１８】
制御回路１２０の入力信号Ａは、映像信号に含まれる輝度信号の時間的平均強度であり、輝度信号平滑回路１４０により発生される。この輝度信号平滑回路１４０は図１に示されるように輝度信号のブランキングレベル（黒レベル）検出回路１４０ＡおよびＲＣ積分回路１４０Ｂにより構成される。積分回路１４０Ｂの時定数ＲＣは、抵抗Ｒを調整することにより変更できる。制御回路１２０の入力信号Ａはブランキングレベル（黒レベル）検出回路１４０Ａの出力（黒レベル）と輝度信号の差をＲＣ積分回路１４０Ｂにより平均化することにより得られる。制御回路１２０の入力信号Ｂは、赤外線リモコンからの制御信号をデコーダ１２１によりデコードすることにより得られる信号であり、この信号は赤外線リモコンにより任意の値に設定することができる。この信号は、図１８に示すように、入力信号Ａの絞りに対する影響の強さを変化させるものであり。入力信号Ｂの値が充分小さくされると、絞りは集光角が最小の状態で入力信号Ａによらず一定となる。逆に、入力信号Ｂの値が充分大きくされると、絞りは集光角が最大の状態で入力信号Ａによらず一定となる。また、集光角を特定の値で固定する場合には、制御回路１２０に設けられる図示しない切り替えスイッチで入力信号Ａが図１８に示す中間の信号固定値で一定となるように設定される。
【０１１９】
また、駆動回路１０７の特徴は、平滑回路１４０Ｂの出力信号を入力の一つとして、散乱型液晶パネルを駆動する電圧に補正をかけることである。この補正では、デコーダ１２１からのデコード信号から制御回路１２０の動作状態が検出され、この制御回路に同期して駆動信号の平均強度の変化が小さくなる方向に補正される。従って、集光角が小さくなることで本来暗い投射映像がさらに暗なる場合に、散乱型液晶パネルの明るさが逆に増大する方向に修正され、最終的に得られる投射映像において明るさの変動が緩和される。
【０１２０】
上述した構成の表示装置を暗室で表示動作させたところ、高分子分散液晶の特性が不十分なためにコントラスト比が集光角１．１×１０−３ｓｒの場合で７０：１、８．６×１０−３ｓｒの場合に１８：１のコントラスト比となった。また、白表示時の光量は、集光角１．１×１０−３ｓｒの場合に１８ｌｍであり、８．６×１０−３ｓｒの場合に７５ｌｍの表示であった。絞りが固定の場合には、充分なコントラスト比を得るために、集光角が最小となる１．１×１０−３ｓｒの状態で絞りを使用する必要がある。これに対して、実施例のように可変である場合には、明るい場面で全体の明るさを上げられるので、表示の印象は劇的に改善された。特に、星座や月世界の映像を収録したビデオソフトを使用して表示動作を行った場合、星座の場面で背景の黒が引き締まり、絞りを固定している場合とはまったく異なる非常に良好な表示となる。また、平均的な明るさの変化と絞りの調整速度の関係に関し、絞り調整の時定数を０．５秒から１秒程度に設定したところ、不自然さをあまり感じさせることなく表示特性を改善できた。
【０１２１】
次に、５００ｌｕｘの室内にて反射ゲイン１３倍のスクリーンを用いて表示を行ったところ、室内光によるスクリーンの明るさがかなり気になる状態であり、集光角をほぼ最大の状態に設定したときに最も良い印象がえられた。この設定は、室内が充分暗い場合にはかえってコントラスト不足が気になってしまい、より集光角を小さくした場合に比べて悪い設定である。この実施例の表示装置を使用した場合、その使用環境の明るさが異なっても、表示特性を最適化して表示動作を行なえることが確認できた。
【０１２２】
人間の感覚は、明るい環境では、その明るさに対して暗い部分を黒として認識するので、明るい場面では黒表示に対する要求はあまり厳しくない。この場合は、コントラスト比よりもむしろ白部分が充分明るいことが重要である。
【０１２３】
逆に、暗い場面では、明るい黒と暗い黒との区別が明確になるよう暗さに対して感覚が敏感になる。白部分については、その周辺の黒部分との対比によりその明るさが強調されて見えるので、白部分の絶対的な明るさはあまり重要でない。この場合、コントラスト比が良く、黒が充分暗く表示されることが要求される。
【０１２４】
この投射型表示装置は、人間の感覚を満足するよう表示特性を変更することが可能であり、かつ従来では得られなかったような表示特性も得ることができる。すなわち、充分なコントラスト比の下で実質的な明るさを向上させることができる。
【０１２５】
この投射型表示装置は時間帯あるいは場所等に依存した様々な環境で実際に使用されることになる。特に外光（室内の照明、窓の採光部）がスクリーンに作用してその明るさを決めるため、黒の映像部分は非常に影響を受け易い。すなわち、スクリーン周辺が明る過ぎると、表示装置からの出力光が良好なコントラスト比であっても、スクリーンに表示された映像のコントラストは低下する。従って、このような状態ではコントラスト比よりも明るさを優先した表示が行われる。また、充分暗い部屋等では、白表示が少々暗くてもしっかりと黒が沈んで見えるように表示が行われる。
【０１２６】
この投射型表示装置は、周囲環境の諸条件により黒表示と白表示とのどちらを優先するかを任意に選択可能である。さらに、この表示装置は上述した良好な表示性能を有するにもかかわらず低消費電力である。
【０１２７】
尚、上述した例では、反射型のスクリーンＳＣがフロント側で表示画像を見るために用いられたが、透過型のスクリーンがリア側で表示画像を見るために用いられてもよい。
【０１２８】
さらに、この例では、表示装置が変調素子として設けられる散乱型液晶パネルの透過光を利用するように構成されたが、散乱型液晶パネルの反射光を利用するように構成されてもよい。この散乱型液晶パネルは高分子分散型液晶層の代わりに例えば微粒子分散型液晶層を光変調層として有するものでもよい。また、散乱型液晶パネルはＤＭＤ、ＴＮ型液晶や斜め電界による液晶回析格子等の変調素子に変更してもよい。
【０１２９】
以下、本発明の第１の態様に係る投射型表示装置について、図７を参照して説明する。
【０１３０】
図７において、投射型表示装置は、回転楕円型のミラー１０１、光源ランプ１０２、電動絞り１０４、コンデンサレンズ１０３、散乱型変調素子１０８、フィールドレンズ１０９、投射レンズ群１１０、および電動絞り１１１が光軸上に配置してなる光学系を具備している。ランプ１０２から得られた光は、直接およびミラー１０１で反射してコンデンサレンズ１０３に入射する。コンデンサレンズ１０３はこの入射光を互いに平行な光線として変調素子１０８に入射させる。この変調素子１０８は入射光の空間的な伝搬方向を２次元領域で変調するもので、変調素子駆動回路１０７により駆動される。この変調素子１０８は液晶材料が高分子樹脂中に分散された液晶層を一対の透明電極基板間に備えた液晶パネルである。フィールドレンズ１０９は変調素子１０８からの変調光を投射レンズ群１１０に導き、投射レンズ群１１０はこの変調光を反射型スクリーンＳＣに投射する。すなわち、この投射型表示装置の基本的な表示原理は従来と同様である。
【０１３１】
この表示装置では、電動絞り１０４が光源ランプ１０２およびコンデンサレンズ１０３間に配置され、電動絞り１１１が投射レンズ群１１０内に配置される。電動絞り１０４は変調素子１０８に入射される光線の角度範囲を制御するため光源ランプ１０２からの光源光の光束を絞り、電動絞り１１１はスクリーンＳＣに投射される光線の角度範囲を制御するため変調素子１０８からの変調光の光束を絞る。
【０１３２】
電動絞り１０４および１１１は、絞り駆動回路１２３により制御される内蔵サーボモータＭを有し、このサーボモータの動作により絞りサイズ、すなわち開口部の形状、サイズが調整される。この開口部の形状は四角形あるいは円形等であってよく、特に好ましくは、図８（ａ）に示すように円形とし、サーボモータによってその半径ｒを変化させる構造であるとよい。また、図８（ｂ）に示すようにサーボモータによって開口部の上下及び／又は左右が遮光される構造でもよい。なお、上下／左右を遮光して四角形の開口とすると、より好ましい。
【０１３３】
特に好ましくは、電動絞り１０４および１１１は、図８（ｃ）〜（ｅ）に示すように、カメラでよく使用されている絞りと同様の構成とするのがよい。図８（ｃ）は、開口径が小の場合、図８（ｄ）は、開口径が中間の場合、図８（ｅ）は、開口径が大の場合をそれぞれ示す。
【０１３４】
図７に示す例では、電動絞り１０４および１１１の各々は耐熱性に優れた５枚のセラミックブレードＣＢにより構成されている。これらセラミックブレードＣＢの組み合わせにより構成される円形の開口の寸法、すなわち半径ｒをサーボモータＭで変化させることにより、電動絞り１０４および１１１は、集光角が変化する円形の可変絞りとして機能する。
【０１３５】
さらに、この表示装置は、表示動作全体を制御する表示制御回路１２１、この表示制御回路１２１によって指定される輝度レベルに設定されたラスター信号を発生するラスター信号発生回路１２２、表示制御回路１２１によって指定される集光角、すなわち開口半径ｒを持つよう電動絞り１０４および１１１絞りの各々を駆動する絞り駆動回路１２３、スクリーンＳＣの明るさを検出しこの明るさに応じたアナログ電圧信号を発生する光センサ１２８、および光センサ１２８からの電圧信号をデジタル信号に変換して表示制御回路１２１に入力するための光センサインターフェース回路１２４を有する。
【０１３６】
表示制御回路１２１は、データバス１２５を介してラスター信号発生回路１２２、絞り駆動回路１２３、および光センサインターフェース回路１２４に接続され、光センサ１２８は光センサインターフェース回路１２４に接続され、絞り駆動回路１２３は電動絞り１０４および１１１絞りに接続され、変調素子駆動回路１０７は変調素子１０８に接続される。
【０１３７】
この表示装置は、ラスター信号発生回路１２２の状態によって制御される切替スイッチＳＷ１およびＳＷ３と、絞り調整を命じるプッシュスイッチＳＷ２とを有する。スイッチＳＷ１は映像信号が供給されるビデオ入力端１３１に接続される第１接点、ラスター信号発生回路１２２のラスター信号出力端に接続される第２接点、変調素子駆動回路１０７に接続される共通接点、およびラスター信号発生回路１２２のステータス出力端子に接続される制御端子を有する。
【０１３８】
スイッチＳＷ２は、表示制御回路１２１の一対のスイッチ接続端子間に接続される。スイッチＳＷ３は、可変抵抗１２７の一端に接続される第１接点、固定抵抗１２６の一端に接続される第２接点、絞り駆動回路１２３の抵抗接続端子の一方に接続される共通接点、およびラスター信号発生回路１２２のステータス出力端子に接続される制御端子を有する。固定抵抗１２６および可変抵抗１２７の他端は絞り駆動回路１２３の抵抗接続端子の他方に接続される。
【０１３９】
表示制御回路１２１は、スイッチＳＷ２が押されたことを検出して絞り調整モードを設定する。ラスター信号発生回路１２２は通常は停止状態に維持されており、この絞り調整モードにおいて作動状態にされる。スイッチＳＷ１は、ラスター信号発生回路１２２が停止状態にあるときに供給されるステータス信号の下で共通接点を第１接点に接続させ、ラスター信号発生回路１２２が作動状態にあるときに供給されるステータス信号の下で共通接点を第２接点に接続させる。
【０１４０】
すなわち、通常、スイッチＳＷ１は映像信号を変調素子駆動回路１０７に供給し、スイッチＳＷ３は可変抵抗１２７を絞り駆動回路１２３に接続する。ラスター信号発生回路１２２が絞り調整モードの設定により作動状態になった場合、スイッチＳＷ１はラスター信号を変調素子駆動回路１０７に供給し、スイッチＳＷ２は固定抵抗１２６を絞り駆動回路１２３に接続する。
【０１４１】
絞り駆動回路１２３は、固定抵抗１２６に接続された状態において電動絞り１０４および１１１を表示制御回路１２１によって指定される電動絞りの集光角、すなわち開口半径に調整する。可変抵抗器１２７はこうして設定された集光角をさらに修正するために設けられたもので、手動で操作される。絞り駆動回路１２３は可変抵抗１２７に接続された状態において可変抵抗１２７が操作されたとき、集光角の値を可変抵抗１２７の抵抗値に応じて正および負の方向に修正する。光センサ１２８は、例えばフォトダイオードと集光レンズで構成され、スクリーンＳＣの明るさは光センサ１２８から光センサインターフェース１２４を介して表示制御回路１２１に供給される信号に基づいて測定される。
【０１４２】
表示制御回路１２１は、様々なデータ処理を行なうマイクロプロセッサＭＰおよびこのマイクロプロセッサＭＰの制御プログラムおよび様々なデータを格納するメモリＳＭを有する。制御プログラムは絞り制御モードで最適な集光角を決定するための処理ルーチンを含む。
【０１４３】
次に、この表示装置の動作を図９および図１０に示すフロ−チャ−トを参照して説明する。
【０１４４】
図９において、表示制御回路１２１は電源投入に伴って制御プログラムを実行することにより表示制御処理を行なう。この表示制御処理が開始されると、ステップＳ２０１でプッシュスイッチＳＷ２が押されたかどうかがチェックされる。プッシュスイッチＳＷ２が押されたことが検出されると、表示制御回路１２１はステップＳ２０２でラスター信号発生装置１２２を作動状態にするため、絞り調整モードを設定し、ラスター信号の輝度レベルを最高にするようラスター信号発生装置１２２に指定する。
【０１４５】
スイッチＳＷ１はラスター信号発生装置１２２から発生されたラスター信号を変調素子駆動回路１０７に供給し、スイッチＳＷ３は固定抵抗１２６を絞り駆動回路１２３に接続する。このとき、変調素子駆動回路１０７はラスター信号に対応して光透過率（変調度）が最大となるよう変調素子１０８を駆動し、スクリーンＳＣ全体に白画像を表示させる最も明るい変調光を出射させる。その後、表示制御回路１２１は、ステップＳ２０３で様々な絞りの集光角に対するスクリーンＳＣの明るさを求める測定処理を行なう。
【０１４６】
図１０はこの測定処理をさらに詳細に示す。表示制御回路１２１は変調素子１０８を実際に駆動するために要する応答時間を考慮して決定される０．５秒程度の所定時間が経過するのをステップＳ２５１で待ち、ステップＳ２５２で各絞りを最も絞った状態に設定するために集光角１．０×１０−３ｓｒａｄを絞り駆動回路１２３に指定する。表示制御回路１２１は各絞りが最も絞られた状態で光センサ１２８により検出されたスクリーンの明るさをステップＳ２５４で測定する。この後、表示制御回路１２１はステップＳ２５３で集光角を０．５×１０−３ｓｒａｄの割合で増加させ、集光角が増大される毎に光センサ１２８により検出されたスクリーンの明るさをステップＳ２５４で測定する。ステップＳ２５５で集光角が９．５×１０−３ｓｒａｄという絞りを最も開いた状態にする値に達したことが検出されると、白画像を表示した場合の測定処理が終了し、図９に示すステップＳ２０４が実行される。
【０１４７】
このステップＳ２０４では、表示制御回路１２１はステップＳ２０２でラスター信号の輝度レベルを最低にするようラスター信号発生装置１２２に指定する。スイッチＳＷ１およびＳＷ２はステップＳ２０２のときと同様に機能する。このとき、変調素子駆動回路１０７はラスター信号に対応して光透過率（変調度）が最小となるよう変調素子１０８を駆動し、スクリーンＳＣ全体に黒画像を表示させる最も暗い変調光を出射させる。この後、表示制御回路１２１は、ステップＳ２０５で再び図１０に示す測定処理を行なう。黒画像を表示した場合の測定処理が終了すると、ステップＳ２０６が実行される。
【０１４８】
このステップＳ２０６では、表示制御回路１２１が集光角とコントラストとの関係を示すデータテーブルを作成する。このデータテーブルは、同一集光角に対してステップＳ２０３で得られた明るさの測定値とステップＳ２０５で得られた明るさの測定値との比をコントラストとして求めることにより作成される。表示制御回路１２１はステップＳ２０７でコントラストが最大となる最適な集光角をこのデータテーブルから探し出し、この最適な集光角を絞り駆動回路１２３に指定する。絞り駆動回路１２３がこの最適な集光角を持つよう電動絞り１０４および１１１の各々を駆動すると、表示制御回路１２１はラスター信号発生装置１２２を停止状態にするため絞り調整モードを解除し、再びステップＳ２０１を実行する。絞り調整モードの解除後、スイッチＳＷ１はビデオ入力端に入力される映像信号を変調素子駆動回路１０７に供給し、スイッチＳＷ３は可変抵抗１２７を絞り駆動回路１２３に接続する。
【０１４９】
上述した実施例では、スイッチＳＷ２を押すことにより、コントラストが最大となる絞りの最適集光角が求められ、絞りがこの最適集光角を持つように自動的に調整される。可変抵抗器１２７はこの調整後利用可能になるので、最適集光角の下で得られる表示画像の明るさをさらに好みに応じて明るくまたは暗くなる方向に変更することができる。
【０１５０】
ここで、高分子分散型液晶を用いた変調素子で得られた表示実験の結果を示す。コントラストは集光角１．０×１０−３ｓｒａｄの場合で７０：１、集光角９．５×１０−３ｓｒａｄの場合で１８：１となった。また、白画像表示時の光量は、集光角１．０×１０−３ｓｒａｄの場合で１８ｌｍで、集光角９．５×１０−３ｓｒａｄの場合で７５ｌｍの表示であった。また、部屋の明るさを変えて表示実験を行ってみたが、その都度スイッチＳＷ２を押すことで電動絞り１０４および１１１の集光角がコントラストを最大とする最適値に速やかに調整されるため、こうした使用環境の変化に対して容易に対処できる。
【０１５１】
次に、本発明の第１の態様に係る他の投射型表示装置の例について図１１を参照して説明する。
【０１５２】
この表示装置は表示制御回路１２１に設けられたメモリＳＭの内容を除いて第７図に示す装置と全く同様のハードウエアで構成される。このため、同様部分を同一参照符号で示し、ハードウエア部分の説明を省略する。この実施例では、電動絞り１０４および１１１に共通な可変範囲にある様々な集光角と、これら集光角の下で白画像および黒画像をそれぞれ表示するために変調素子から出射される変調光強度との標準的な関係を示すデータテーブルが予めメモリＳＭに格納され、制御プログラムがこのテーブルを使用するために修正される。
【０１５３】
すなわち、表示制御回路１２１は、電源投入に伴って制御プログラムを実行することにより、図１１に示す表示制御処理を行なう。この表示制御処理が開始されると、まずステップＳ３０１でプッシュスイッチＳＷ２が押されたかどうかがチェックされる。プッシュスイッチＳＷ２が押されたことが検出されると、表示制御回路１２１はステップＳ３０２でラスター信号発生装置１２２を作動状態にするため絞り調整モードを設定し、２．１×１０−３ｓｒａｄという標準的な絞りの集光角を絞り駆動回路１２３に指定し、さらにステップＳ３０３でラスター信号の輝度レベルを最高にするようラスター信号発生装置１２２に指定する。
【０１５４】
スイッチＳＷ１は、ラスター信号発生装置１２２から発生されたラスター信号を変調素子駆動回路１０７に供給し、スイッチＳＷ３は、固定抵抗１２６を絞り駆動回路１２３に接続する。このとき、変調素子駆動回路１０７はラスター信号に対応して光透過率（変調度）が最大となるよう変調素子１０８を駆動し、スクリーンＳＣ全体に白画像を表示させる最も明るい変調光を出射させる。その後、表示制御回路１２１は、変調素子１０８を実際に駆動するために要する応答時間を考慮して決定される０．５秒程度の所定時間が経過するのをステップＳ３０４で待ち、絞りの集光角が２．１×１０−３ｓｒａｄに設定された状態で光センサ１２８により検出された明るさをステップＳ３０５で測定する。
【０１５５】
さらに、表示制御回路１２１は、ステップＳ３０６でラスター信号の輝度レベルを最低にするようラスター信号発生装置１２２に指定する。スイッチＳＷ１およびＳＷ３はステップＳ３０３のときと同様に機能する。このとき、変調素子駆動回路１０７はラスター信号に対応して光透過率（変調度）が最小となるよう変調素子１０８を駆動し、スクリーンＳＣ全体に黒画像を表示させる最も暗い変調光を出射させる。
【０１５６】
その後、表示制御回路１２１は、変調素子１０８を実際に駆動するために要する応答時間を考慮して決定される０．５秒程度の所定時間が経過するのをステップＳ３０７で待ち、絞りの開口角が２．１×１０−３ｓｒａｄに設定された状態で光センサ１２８により検出された明るさをステップＳ３０８で測定する。
【０１５７】
表示制御回路１２１は、ステップＳ３０９で、白画像をスクリーンに表示した状態において得られる明るさＬＯＮと、変調素子１０８から出射される変調光の強度ＩＯＮと、背景の明るさＬ０ との関係を表す式ＬＯＮ＝ｑＩＯＮ＋Ｌ０ 、並びに黒画像がスクリーンに表示された状態において得られる明るさＬＯＦＦ と、変調素子１０８から出射される変調光の強度ＩＯＦＦ と、背景の明るさＬ０ との関係を表す式ＬＯＦＦ ＝ｑＩＯＦＦ ＋Ｌ０ に含まれる投射係数ｑおよび背景の明るさＬ０ を求める。すなわち、ステップＳ３０５およびＳ３０８で得られたＬＯＮおよびＬＯＦＦ の測定値が変調光の強度ＩＯＮおよびＩＯＦＦ と共にこれらの式に代入される。ここでｑは正の定数であり、ＩＯＮおよびＩＯＦＦ はメモリＳＭに格納されたデータテーブルから得られる値である。
【０１５８】
その後、ステップＳ３１０で、表示制御回路１２１は、ステップＳ３０９で既知となったｑおよびＬ０ をステップＳ３０９で示したＬＯＮ＝ｑＩＯＮ＋Ｌ０ およびＬＯＦＦ ＝ｑＩＯＦＦ ＋Ｌ０ という２つの式に代入し、さらに絞りに共通な可変範囲において集光角を変化させたとしてデータテーブルから得られる変調光の強度ＩＯＮおよびＩＯＦＦ をこられの式に代入することによりコントラストＬＯＮ／ＬＯＦＦ が最大となる集光角を求め、ステップＳ３１１でこの集光角を絞り駆動回路１２３に指定する。
【０１５９】
絞り駆動回路１２３がこの集光角を持つよう電動絞り１０４および１１１の各々を駆動すると、表示制御回路１２１はステップＳ３１２でラスター信号発生装置１２２を停止状態にするため絞り調整モードを解除し、再びステップＳ３０１を実行する。絞り調整モードの解除後、スイッチＳＷ１はビデオ入力端に入力される映像信号を変調素子駆動回路１０７に供給し、スイッチＳＷ３は可変抵抗１２７を絞り駆動回路１２３に接続する。
【０１６０】
この第２の実施例では、第１の実施例と同様にスイッチＳＷ２を押すことにより、コントラストが最大となる絞りの最適な集光角が求められ、絞りがこの最適集光角を持つよう自動的に調整される。可変抵抗器１２７はこの調整後利用可能になるので、最適集光角の下で得られる表示画像の明るさをさらに好みに応じて明るくまたは暗くなる方向に変更することができる。
【０１６１】
さらにこの実施例では、絞りの集光角を短時間で最適化することができる。すなわち、第１の実施例では、白画像および黒画像をスクリーンに表示させた状態で、可変範囲において０．５×１０−３ｓｒａｄの割合で絞りの集光角を変化させ、その度にスクリーンの明るさを測定しなくてはならない。これに対し、第２実施例では、スクリーンの明るさを測定する回数がメモリＳＭに予め用意されたデータテーブルを利用することによりを２回に低減でき、その結果絞りの集光角を最適化するために必要とされる時間を５秒以下にすることが可能になる。
【０１６２】
また、この第２の実施例においては、式Ｌ＝ｑ Ｉ＋Ｌ０ におけるｑ およびＬ０ を推定するために、標準的な集光角において得られる最も明るい光強度ＩＯＮの変調光および最も暗い光強度ＩＯＦＦ の変調光の２つを各々出射光として用いて明るさＬを測定したが、それ以外の変調状態を用いても本発明の主旨を損なうものではない。
【０１６３】
例えば、所定の中間調レベルに設定された変調素子の変調度において集光角を最大としたときに得られる変調光の光強度ＩＡＭＡＸおよび集光角を最小にしたときに得られる変調光の光強度ＩＡＭＩＮと、これら変調光をそれぞれ出射光として用いて測定された明るさＬＡＭＡＸおよびＬＡＭＩＮとを次式に代入することによりｑ およびＬ０ を求めてもよい。
【０１６４】
ＬＡＭＡＸ ＝ ｑＩＡＭＡＸ ＋ Ｌ０
ＬＡＭＩＮ ＝ ｑＩＡＭＩＮ ＋ Ｌ０
要点は、ｑ およびＬ０ を求めるために少なくとも２つの異なる光強度の変調光をスクリーンＳＣに投射し、このときに得られるスクリーンＳＣの明るさを測定することにある。ただし、ｑ およびＬ０ の精度はこれら変調光の強度差が大きいほどが向上することから、一方の変調光の強度を最大に設定し他方の変調光の強度を最小にすることが好ましい。
【０１６５】
また、２つの異なる強度の変調光を投射する代わりに例えば３つ以上ｎ個の異なる変調光を投射こともできる。これら変調光の投射により得られる明るさは、次式によって表される。
【０１６６】
Ｌｉ ＝ ｑ Ｉｉ ＋ Ｌ０ （ｉ ＝ １，２，… ｎ）
この場合、ｑ およびＬ０ を最小自乗法等の手法を用いて求めてもよい。これらｑ およびＬ０ が求められれば、様々な比ｑ ／Ｌ０ に対する最適な絞り状態の関係を示す一次元のデータテーブルから、求めたｑ およびＬ０ の比に対応する最適な絞りの状態を決定することができる。
【０１６７】
尚、上述した各実施例では、反射型のスクリーンＳＣがフロント側で表示画像を見るために用いられたが、透過型のスクリーンがリア側で表示画像を見るために用いられてもよい。
【０１６８】
さらに、各実施例では、表示装置が変調素子の透過光を変調光として利用するように構成されたが、変調素子の反射光を利用するように構成されてもよい。また、変調素子は高分子分散型液晶の代わりに例えば微粒子分散型液晶あるいはＤＭＤ、斜め電界による液晶回析格子等を利用するものでもよい。
【０１６９】
以上説明したように、本発明の第１の態様によれば、変調素子に入射する光束の角度分布を反映するスクリーンの明るさを検出し、この値が表示画像のコントラストを最大とする絞り調整に利用されるため、スクリーンが置かれた環境の下でより見易い表示画像を得ることができる。
【０１７０】
次に、本発明の第２の態様に係る投射型表示装置について説明する。
【０１７１】
図１２はこの投射型表示装置の構成を示す。光学系に関し、投射型表示装置は、回転楕円型のミラー１０１、光源ランプ１０２、コンデンサレンズ１０３、電動絞り１０４、変調素子１０８、フィールドレンズ１０９、投射レンズ１１０、および電動絞り１１１を有する。ランプ１０２から得られた光は直接およびミラー１０１で反射してコンデンサレンズ１０３に入射する。コンデンサレンズ１０３はこの入射光を平行光線として変調素子１０８に入射させる。変調素子１０８は、高分子樹脂中に液晶材料が分散されて成る高分子分散型液晶層を光変調層として一対の透明電極基板間に備え、この光変調層により光の空間的な伝搬方向を映像信号に応じて変調する変調素子として駆動回路１０７により駆動される。変調素子１０８からの変調光はフィールドレンズ１０９を介して投射レンズ１１０に入射する。投射レンズ１１０は入射光を反射型スクリーンＳＣに投射する。すなわち、この投射型表示装置の基本的な構成は、図７に示す投射型表示装置と同様である。
【０１７２】
この表示装置は、図７に示す装置と同様、二つの電動絞り１０４および１１１を具備している。絞り１０４はコンデンサレンズ１０３に入射する光線の光束を絞るために設けられ、電動絞り１１１は投射レンズ１１０から投射される光線の光束を絞るために設けられる。各電動絞りの制御回路１２０は、輝度信号平滑回路１４０からの入力信号Ａ、デコーダ１２９からの入力信号Ｂ、及び光センサインタ−フェ−ス回路１２４からの信号Ｃに基づいて絞り１０４および１１１を動作させ、変調素子１０８に入射する光束分布および表示に寄与する出射光束角度範囲を制御する。デコーダ１２９は、外部の赤外線リモコンから送信される制御信号を受信し、これをデコードすることにより信号Ｂを得る。
【０１７３】
図１３は制御回路１２０の入力信号ＡおよびＢと絞りの集光角との関係を示す。絞りの状態は変調素子１０８の出射光束の中で絞りを通過する角度、すなわち集光角として示される。絞り１１１の集光角は、８．６×１０−３ｓｒから１．１×１０−３ｓｒの範囲で可変されるように設定される。また、絞り１０４も同じ角度範囲の光束を変調素子１０８に入射させるように制御される。
【０１７４】
制御回路１２０の入力信号Ａは、映像信号に含まれる輝度信号の時間的平均強度であり、輝度信号平滑回路１４０により発生される。この輝度信号平滑回路１４０は、図１０に示されるように、輝度信号のブランキングレベル（黒レベル）検出回路１４０ＡおよびＲＣ積分回路１４０Ｂにより構成される。積分回路１４０Ｂの時定数ＲＣは、抵抗Ｒを調整することにより変更できる。制御回路１２０の入力信号Ａはブランキングレベル（黒レベル）検出回路１４０Ａの出力（黒レベル）と輝度信号の差をＲＣ積分回路１４０Ｂにより平均化することにより得られる。
【０１７５】
制御回路１２０の入力信号Ｂは、赤外線リモコンからの制御信号をデコーダ１２９によりデコードすることにより得られる信号であり、この信号は赤外線リモコンにより任意の値に設定することができる。この信号は、図１２に示すように、入力信号Ａの絞りに対する影響の強さを変化させるものであり、入力信号Ｂの値が充分小さくされると、絞りは集光角が最小の状態で入力信号Ａによらず一定となる。逆に、入力信号Ｂの値が充分大きくされると、絞りは集光角が最大の状態で入力信号Ａによらず一定となる。また、集光角を特定の値で固定する場合には、制御回路１２０に設けられる図示しない切り替えスイッチで入力信号Ａが図１２に示す中間の信号固定値で一定となるように設定される。
【０１７６】
また、駆動回路１０７の特徴は、平滑回路１４０Ｂの出力信号を入力の一つとして、散乱型液晶パネルを駆動する電圧に補正をかけることである。この補正では、デコーダ１２９からのデコード信号から制御回路１２０の動作状態が検出され、この制御回路に同期して駆動信号の平均強度の変化が小さくなる方向に補正される。従って、集光角が小さくなることで本来暗い投射映像がさらに暗くなる場合に、散乱型液晶パネルの明るさが逆に増大する方向に修正され、最終的に得られる投射映像において明るさの変動が緩和される。
【０１７７】
以上のようにして、入力信号Ａが図１２に示す中間の信号固定値で一定となるように設定されると、次に、光センサインタ−フェ−ス回路１２４からの信号Ｃに基づいて絞りが制御される。
【０１７８】
次に、図１２に示す表示装置における平均映像レベル（ＡＰＬ）検出回路１４０について、図１４〜図１７を参照して具体的に説明する。
【０１７９】
図１４に示す平均映像レベル（ＡＰＬ）検出回路１４０では、入力端子１５１から正極性の映像信号が入力され、カップリングコンデンサ−１７１を介してトランジスタ１７４のコレクタに加えられる。トランジスタ１７４のコレクタには、電源端子１６１に供給される電源電圧ＶＣＣを抵抗１７２，１７３により分圧した電圧がバイアスされている。
【０１８０】
トランジスタ１７４のベ−スには、端子１６２から抵抗１７５を介してゲ−トパルスが加えられる。このトランジスタ１７４において、ゲ−トパルスの期間、平均映像レベル（ＡＰＬ）が検出される。検出される期間は、例えば映像信号のブランキング期間である。
【０１８１】
次に、検出されたＡＰＬは、バッファトランジスタ１７６を介して、整流ダイオ−ド１７７と抵抗１７８とコンデンサ−１７９とからなる時定数回路でピ−ク整流され、トランジスタｌ８０と抵抗１８１とからなるバッッファアンプと抵抗１８２を介して、以下のような信号が得られる。
【０１８２】
図１５は、ＡＰＬの低い映像信号の場合、及びＡＰＬの高い映像信号の場合の、トランジスタ１７４のコレクタ入力、バッファトランジスタ１７６のエミッタ出力、及びバッファトランジスタｌ８０のエミッタ出力を示す。図１５から、バッファトランジスタｌ８０のエミッタ出力は、ＡＰＬが低いときは低く、ＡＰＬが高いときは高くなることがわかる。この電圧変化は、抵抗１８２を介して得られる。
【０１８３】
図１６は、ＡＰＬ検出回路の他の例を示す回路図である。端子１５１に例えば同期信号の先端がクランプされた映像信号を入力するものとする。ここでトランジスタ１９０は抵抗１９１とコンデンサ１９２とからなる並列回路を介して電源端子１６１に接続されており、トランジスタ１９０のエミッタは、抵抗１９３とツェナダイオ−ド１９４とを介して基準電位点に接続されている。
【０１８４】
トランジスタ１９０のコレクタは、ＰＮＰ型トランジスタ１９５のベ−スに接続されており、ＰＮＰ型トランジスタ１９５のエミッタは、抵抗１９６とコンデンサ１９７とからなる並列回路を介して電源端子１６２に接続され、かつトランジスタｌ８０のベ−スに接続されている。トランジスタｌ８０、抵抗１８２は、図１５に示すものと同様である。
【０１８５】
図１６に示す構成の回路において、トランジスタ１９０のベ−スに、クランプされた映像信号を入力すると、トランジスタ１９０のコレクタからは、ツェナダイオ−ド１９４で設定されたしきい値以上のレベルの信号が反復増幅されて出力される。この信号はトランジスタ１９５のベ−ス・エミッタにより整流され、トランジスタｌ８０を介して取り出される。
【０１８６】
このトランジスタｌ８０のエミッタ出力により、誤差増幅器１５０の入力端（−）の基準電圧が変化する。このようにすることにより、トランジスタ１９０のコレクタ入力、バッファトランジスタ１９５のエミッタ出力は、図１７に示すようになる。なお、図１７において、ハッチングが付された部分は、トランジスタ１９５により増幅された部分であり、このしきい値以下の部分がトランジスタ１８０のベ−ス・エミッタ間を通して整流される。
【０１８７】
上述した図１２に示す構成の表示装置を暗室で表示動作させたところ、高分子分散液晶の特性が不十分なためにコントラストが集光角１．１×１０−３ｓｒの場合で７０：１、８．６×１０−３ｓｒの場合に１８：１のコントラストとなった。また、白表示時の光量は、集光角１．１×１０−３ｓｒの場合に１８ｌｍであり、８．６×１０−３ｓｒの場合に７５ｌｍの表示であった。絞りが固定の場合には、充分なコントラストを得るために、集光角が最小となる１．１×１０−３ｓｒの状態で絞りを使用する必要がある。これに対して、実施例のように可変である場合には、明るい場面で全体の明るさを上げられるので、表示の印象は劇的に改善された。特に、星座や月世界の映像を収録したビデオソフトを使用して表示動作を行った場合、星座の場面で背景の黒が引き締まり、絞りを固定している場合とはまったく異なる非常に良好な表示となる。また、平均的な明るさの変化と絞りの調整速度の関係に関し、絞り調整の時定数を０．５秒から１秒程度に設定したところ、不自然さをあまり感じさせることなく表示特性を改善できた。
【０１８８】
次に、５００ｌｕｘの室内にて反射ゲイン１３倍のスクリーンを用いて表示を行ったところ、室内光によるスクリーンの明るさがかなり気になる状態であり、集光角をほぼ最大の状態に設定したときに最も良い印象がえられた。この設定は、室内が充分暗い場合にはかえってコントラスト不足が気になってしまい、より集光角を小さくした場合に比べて悪い設定である。この実施例の表示装置を使用した場合、その使用環境の明るさが異なっても、表示特性を最適化して表示動作を行なえることが確認できた。
【０１８９】
人間の感覚は、明るい環境では、その明るさに対して暗い部分を黒として認識するので、明るい場面では黒表示に対する要求はあまり厳しくない。この場合は、コントラストよりもむしろ白部分が充分明るいことが重要である。
【０１９０】
逆に、暗い場面では、明るい黒と暗い黒との区別が明確になるよう暗さに対して感覚が敏感になる。白部分については、その周辺の黒部分との対比によりその明るさが強調されて見えるので、白部分の絶対的な明るさはあまり重要でない。この場合、コントラストが良く、黒が充分暗く表示されることが要求される。 この実施例の投射型表示装置は、人間の感覚を満足するよう表示特性を変更することが可能であり、かつ従来では得られなかったような表示特性も得ることができる。すなわち、充分なコントラストの下で実質的な明るさを向上させることができる。
【０１９１】
この投射型表示装置は時間帯あるいは場所等に依存した様々な環境で実際に使用されることになる。特に外光（室内の照明、窓の採光部）がスクリーンに作用してその明るさを決めるため、黒の映像部分は非常に影響を受け易い。すなわち、スクリーン周辺が明る過ぎると、表示装置からの出力光が良好なコントラストであっても、スクリーンに表示された映像のコントラストは低下する。従って、このような状態ではコントラストよりも明るさを優先した表示が行われる。また、充分暗い部屋等では、白表示が少々暗くてもしっかりと黒が沈んで見えるように表示が行われる。
【０１９２】
この実施例の投射型表示装置は、周囲環境の諸条件により黒表示と白表示とのどちらを優先するかを任意に選択可能である。さらに、この表示装置は上述した良好な表示性能を有するにもかかわらず低消費電力である。
【０１９３】
尚、上述した実施例では、反射型のスクリーンＳＣがフロント側で表示画像を見るために用いられたが、透過型のスクリーンがリア側で表示画像を見るために用いられてもよい。
【０１９４】
さらに、この実施例では、表示装置が光変調素子として設けられる散乱型液晶パネルの透過光を利用するように構成されたが、散乱型液晶パネルの反射光を利用するように構成されてもよい。この散乱型液晶パネルは高分子分散型液晶層の代わりに例えば微粒子分散型液晶層を光変調層として有するものでもよい。また、散乱型液晶パネルはＤＭＤ等の光変調素子に変更してもよい。
【０１９５】
本実施例に係る表示装置では、映像を明るい場面ではより明るくし暗い場面ではより暗く表示することが可能であり、実効的なコントラストおよび明るさが向上する。これは、図１８に示すように絞りの状態により表示特性が変化するためである。図１８において、絞りの状態は光変調素子の出射光束の中で絞りを通過する角度、すなわち集光角の形で示される。集光角が小さい場合には、表示が全体的に暗くなるが、特に黒表示の場合に暗くなるためにコントラストは良くなる。これに対して、集光角を大きくすると、白表示だけでなく、黒表示の部分もより明るくなって、コントラストが小さくなってしまう。これに対して、表示の明るさに対応して集光角を変えることで最大輝度と最小輝度を表示に利用できるようになる。
【０１９６】
また、明るい環境では、明るさを重視した表示特性を得るとことができ、暗い環境では黒レベルを重視した高コントラストの表示特性をすることができる。すなわち、図１９に示すように、外部の明るさのために、表示スクリーンの明るさが常に一定以上である場合、黒レベルはそれよりも下がらないので、表示装置の出力光束が小さくなってもあまり意味を持たなくなる。従って、この場合には絞りを開けて明るさを重視した表示を行なうことで、環境も含めた全体の表示特性が良くなる。
【０１９７】
以上説明したように、第２の態様によれば、スクリーン上に表示される映像のコントラストと明るさを適切に制御することができる。
【０１９８】
次に、本発明の第３の実施態様について説明する。
【０１９９】
第１及び第２の態様に係る表示装置において、或いは従来の表示装置において、絞りの集光角が調整されると、所望の透過光強度が、輝度信号電圧に対応して生成される駆動電圧の下で得られなくなってしまう。すなわち、表示画像の階調が正確に再現されなくなる。さらに変調素子が赤、緑、および青の色成分で構成されるカラー画像を表示する場合、これら色成分相互の階調バランスが集光角の変化に伴い変化し、表示画像の色調を変化させる結果となる。
【０２００】
また、上述の投射型表示装置にあっては、種々の環境下で表示状態の最適化を図ることができるものの、明るさ優先の表示を行う際と、コントラスト優先の表示を行う際とで、液晶パネルへ入射される光線の角度分布が異なることに起因したコントラストの低下や表示品位劣化がある。そして、このような表示品位の劣化は、液晶パネルへ入射される光束の変化に起因した液晶パネルの画素スイッチ素子の光リーク電流の変動によって生ずる。
【０２０１】
本発明の第３の態様は、上述した技術課題に鑑みなされたものであって、画像の階調を正確に再現するものであるとともに、各種環境下で良好な表示画像が得られ、特に明るい環境下の使用であっても、表示品位の優れた投射型表示装置を提供する。
【０２０２】
まず、液晶パネルの光リ−クのない場合においての変調素子の駆動電圧−変調光強度特性の集光角制御依存性について、発明者らの考察によれば、変調素子の駆動電圧−変調光強度特性は図２０のようになる。図２０において、特性曲線Ｙ１は、標準的な５度の集光角において得られる変調素子の駆動電圧と透過光（変調光）強度との相対的な関係を表す。この特性曲線Ｙ１は、絞りを開いたときに曲線Ｙ２で示すようにシフトし、絞りを絞ったときに曲線Ｙ３で示すようにシフトする。これは、同一駆動電圧に対する透過光強度を変化させることになる。例えば変調素子の特性曲線Ｙ１が曲線Ｙ２にシフトした場合、変調素子の透過率は、図２１に示すように、０．６Ｖの輝度信号電圧に対して設定されるべき値である０．６よりも高い値に設定される。
【０２０３】
このような駆動電圧−変調光強度特性の絞りに対する依存性は、以下に説明する原因によるものと考えられる。即ち、変調素子に対する入射光束の分布は、図２２に示すように、絞りの集光角によって決まる出射光束の分布に等しい。変調素子は、図２３に示すように、光を散乱させる散乱性を持ち、絞りの集光角が図２２においてＡ，Ｂ，およびＣで示すように変化する場合、出射光束は、これら集光角Ａ，Ｂ，およびＣについてそれぞれ図２４Ａ，図２４Ｂ，および図２４Ｃに示すように分布する。
【０２０４】
しかし、これら出射光束は、例えば出射側の絞りにより、入射光束の分布と同じ一定角度範囲の部分を除いて遮られてしまうため、これらの図においてハッチングで示す部分だけが表示に関与する出射光束として有効なものとなる。この遮光部分に対する有効部分の比率は、これらの図から明らかなように、集光角が広いほど大きくなる。
【０２０５】
変調素子の相対透過率は、入射光束の全てが変調素子で散乱されず出射側の絞りを通過する出射光束の光束量と、変調素子の散乱性により散乱された時に出射側の絞りを透過する出射光束の光束量との比である。変調素子が図２３のような散乱性を示す場合、図２２にＡ，Ｂ，Ｃで示すような入射光束および出射光束となる絞り量について、透過率はそれぞれ図２４（ａ），（ｂ），（ｃ）示す様になる。すなわち、集光角が広いほど、入射光束に対する出射側の絞りを透過する出射光束の割合が大きくなることがわかる。
【０２０６】
本発明の第３の態様に係る表示装置によれば、補償回路が絞り制御部に連動して変調素子の駆動電圧−変調光強度特性の変化を補償する。このため、絞り量を調整して画像の明るさを変化させた場合でも、適切にガンマ補正を行なうことが可能となる。従って、階調の潰れおよび不自然な色調の変化等が防止される。
【０２０７】
以下、本発明の第３の態様に係る投射型表示装置について、図面を参照して説明する。
【０２０８】
図２５は、この投射型表示装置の全体構成を示す。この投射型表示装置は、回転楕円型のミラー１０１、光源ランプ１０２、電動絞り１０４、コンデンサレンズ１０３、散乱型変調素子１０８、フィールドレンズ１０９、投射レンズ群１１０、および電動絞り１１１が光軸上に並べられた光学系を有する。ランプ１０２から得られた光は直接およびミラー１０１で反射してコンデンサレンズ１０３に入射する。コンデンサレンズ１０３はこの入射光を互いに平行な光線として変調素子１０８に入射させる。この変調素子１０８は入射光の空間的な伝搬方向を２次元領域において変調するもので、ガンマ補正回路２１０および極性反転／非反転増幅回路２１１で構成される駆動回路により駆動される。
【０２０９】
変調素子１０８は、液晶材料が高分子樹脂中に分散された液晶層を一対の透明電極基板間に保持する高分子分散型液晶パネルであり、複数のカラー画素グループが液晶パネルにおいてマトリクス状に配置される。各画素グループは赤、緑、および青の画素で構成される。フィールドレンズ１０９は変調素子１０８からの変調光を投射レンズ群１１０に導き、投射レンズ群１１０はこの変調光を反射型スクリーンに投射する。即ち、この投射型表示装置の基本的な表示原理は従来と同様である。
【０２１０】
この表示装置では、電動絞り１０４が光源ランプ１０２およびコンデンサレンズ１０３間に配置され、電動絞り１１１が投射レンズ群１１０内に配置される。電動絞り１０４は変調素子１０８に入射される光線の角度範囲を制御するため光源ランプ１０２からの光源光の光束を絞り、電動絞り１１１はスクリーン１０９に投射される光線の角度範囲を制御するため変調素子１０８からの変調光の光束を絞る。電動絞り１０４および１１１の各々は耐熱性に優れた５枚のセラミックブレードおよびサーボモータを有し、セラミックブレードの組み合わせにより構成される円形の開口の寸法、すなわち半径をサーボモータで変化させることにより集光角が変化する円形の可変絞りとして機能する。
【０２１１】
この表示装置には、カラー映像信号を赤，緑，青の色成分に分解することにより得られる３つの輝度信号Ｒ，Ｇ，およびＢが供給される。各輝度信号は変調素子１０８に設けられた対応色の画素の輝度を１フィールド周期で順次指定する。この表示装置はさらに表示画像のコントラストおよび明るさを最適化するために電動絞り１０４および１１１の集光角、すなわち開口半径を輝度信号Ｒ，Ｇ，およびＢに基づいて共通に調整する絞り制御回路２１２を有する。
【０２１２】
この絞り制御回路２１２は、調整された絞りの集光角を表す集光角データＤをガンマ補正回路２１０に供給する。ガンマ補正回路２１０は集光角データＤに基づいて輝度信号Ｒ，Ｇ，およびＢをガンマ補正し、これを駆動電圧ＲＯ，ＧＯ，およびＢＯとして極性反転／非反転増幅回路２１１に供給する。極性反転／非反転増幅回路２１１は、例えば映像信号の水平走査周期で駆動電圧ＲＯ，ＧＯ，およびＢＯの極性を正極性および負極性の一方から他方に反転し、変調素子１０８に供給する。
【０２１３】
図２６は、ガンマ補正回路２１０の構成をさらに詳細に示す。ガンマ補正回路２１０は輝度信号Ｒ，Ｇ，およびＢについてそれぞれガンマ補正を行なうため互いに同様に構成される処理チャネルＣＨ１−ＣＨ３を有する。これら処理チャネルＣＨ１−ＣＨ３の各々は、対応色の輝度信号を画素毎の輝度を表すデジタル形式の輝度データＩに変換するＡ／Ｄ変換器２０１、このＡ／Ｄ変換器２０１からの輝度データＩに対応する基準駆動電圧データＶＲを発生するガンマ特性変換テーブル２０２、絞り制御回路２１２からの集光角データＤに対応する補正データΔＶを発生する補正テーブル２０３、補正データΔＶを基準電圧データＶＲに加算する加算器２０４、およびこの加算結果をアナログ形式の駆動電圧信号に変換するＤ／Ａ変換器２０５で構成される。
【０２１４】
特性変換テーブル２０２は輝度データＩによって選択される複数の基準駆動電圧データＶＲを格納したＲＯＭであり、各基準駆動電圧データＶＲは輝度データＩによって指定される輝度に対して図２２に示す特性曲線Ｙ１によって決まる基準駆動電圧を表す。補正テーブル２０３は輝度データＩによって選択される複数の補正データΔＶを格納したＲＯＭであり、各補正データΔＶは集光角データＤで指定される集光角に対して得られる曲線Ｙ２およびＹ３のような曲線と特性曲線Ｙ１との差を近似した補正電圧を表す。
【０２１５】
ここで、各処理チャネルの動作を説明する。Ａ／Ｄ変換器２０１は輝度信号を輝度データＩに変換し、これをガンマ特性変換テーブル２０２に供給する。これにより、ガンマ特性変換テーブル２０２に格納された基準駆動電圧データＶＲのうちの１つがこの輝度データＩにより選択され、標準的な５度の集光角で得られる特性曲線Ｙ１に基づくガンマ補正の結果として加算器２０４に供給される。他方、補正テーブル２０３に格納された補正データΔＶのうちの１つが絞り制御回路２１２からの集光角データＤにより選択され、集光角データＤによって指定された集光角に対して得られる特性曲線と特性曲線Ｙ１との差を近似した補正電圧として加算器２０４に供給される。加算器２０４は基準駆動電圧データＶＲと補正データΔＶとを加算する。この加算結果は現在の集光角に適した駆動電圧を表し、Ｄ／Ａ変換器２０５により駆動電圧信号に変換される。
【０２１６】
電動絞り１０４および１１１が例えば５度の標準的な集光角に設定されている場合、補正データΔＶはゼロを表すため、加算器２０４の加算結果は基準駆動電圧データＶＲに等しくなる。集光角データＤが集光角の調整により変化すると、補正データΔＶもゼロから正または負の方向に変化する。補正データΔＶは絞りの集光角が５度よりも大きい場合に負となり、絞りの集光角が５度よりも小さい場合に正となる。高分子分散型液晶を用いた変調素子１０８は電圧印加により光散乱性が低下し変調光強度が増大する素子であるため、駆動電圧は絞りの集光角が増大するほど小さくなり、絞りの集光角が減少するほど大きくなるよう補正される。
【０２１７】
この表示装置では、２つの電動絞り１０４および１１１が設けられ、これらの集光角の調整に伴ってガンマ補正回路２１０の実質的な特性が変化する。この結果、駆動電圧が絞りの集光角に対して適切に補正されるため、輝度信号によって指定された輝度を集光角に依存せずに得ることが可能となる。すなわち、絞りの集光角が変化したとき、階調の潰れおよび不自然な色調の変化等が生じない。
【０２１８】
尚、上述の実施例では電動絞り１０４および１１１の集光角が同様に可変されたが、これらの一方だけが可変されてもよい。また、変調素子１０８は高分子分散型液晶の代わりに例えば微粒子分散型液晶あるいはＤＭＤ、斜め電界による液晶回析格子等を利用するものでもよい。電圧印加により光散乱性が増大し変調光強度が低下するような変調素子を用いた場合、絞りの集光角が増大するほど大きくなり、絞りの集光角が増加するほど小さくなるよう駆動電圧を補正するため補正テーブル２０３の内容が変更される。
【０２１９】
また、補正テーブル２０３は集光角毎に１個の補正データΔＶを保持するが、集光角毎に得られる曲線Ｙ２およびＹ３のような曲線と基準特性曲線Ｙ１との差の電圧を各輝度について表す複数の補正データΔＶを保持してもよい。この場合、各補正データΔＶは輝度データＩおよび集光角データＤの組み合わせにより選択される。このような構成では、補正テーブル２０３の記憶容量を増大させなくてはならないが、よりきめ細かな補正を行なうことが可能となる。
【０２２０】
さらに、上述の実施例のように変調素子１０８の透過光をスクリーン１０９に導く代わりに、変調素子１０８の反射光をスクリーン１０９に導いてもよい。また、スクリーン１０９はフロント側で表示画像を見るために用いられる反射型に限られず、リア側で表示画像を見るために用いられる透過型であってもよい。
【０２２１】
以上説明したように、本発明の第３の態様によれば、周辺の環境や表示画像の状態に基づいて絞りの集光角を最適化する一方で、表示画像の階調を正確に再現することができる。
【０２２２】
上記のように、変調素子１０８のスイッチ素子の光リ−クがない場合においても、絞りによる集光角の変化に伴い、駆動電圧−変調光強度特性を制御する必要があるが、実際の変調素子では、開口率を考慮すると、十分にスイッチ素子を遮光することが困難であることに加え、絞り５２の開口径制御に伴い、変調素子１０８に入射する光束強度も変化するため、スイッチ素子の光リ−クを考慮した駆動電圧−変調光強度特性の制御も必要である。スイッチ素子の光リ−クが生ずると、画素電位保持特性が劣化し、駆動電圧−変調光強度特性は高電圧側にシフトする。この光リ−ク電流はスイッチ素子に入射する光強度に比例するため、絞り５２の開口径に比例して増大する入射光束とともに平行シフト量は増大し、上記と同様な表示品位劣化が生ずる。このため、スイッチ素子の遮光構造の最適化及びスイッチ素子にアモルファスシリコンＴＦＴよりもポリシリコンＴＦＴを用いることが望ましいが、より望ましくは変調素子の光リ−ク特性を補正する映像信号制御手段を設けるとよい。
【０２２３】
更に、変調素子が赤、青及び緑の色成分で構成されるカラ−画像を表示する場合、これらの変調素子に入射する光強度も色により異なること、スイッチ素子の光リ−ク特性にも波長依存性があることから色成分相互の階調バランスが集光角の変化に伴い変化し、表示画像の色調を変化することを抑制することが望ましい。実際には、各絞り径制御に伴う光リ−クも含んだ変調素子の駆動電圧−変調光強度の補正を行うことが望ましい。
【０２２４】
次に、本発明の第４の態様について説明する。
【０２２５】
上記のように、変調素子１０８のスイッチ素子の光リ−クがない場合においても絞りによる集光角の変化に伴い駆動電圧−変調光強度特性を制御する必要があるが、実際の変調素子１０８では十分にスイッチ素子を遮光することが開口率を考慮すると困難であることに加え、絞り５２の開口径制御に伴い、変調素子１０８に入射する光束強度も変化するため、スイッチ素子の光リ−クを考慮した駆動電圧−変調光強度特性の制御も必要である。
【０２２６】
スイッチ素子の光リ−クが生ずると、画素電位保持特性が劣化し、駆動電圧−変調光強度特性は高電圧側に平行シフトする。この光リ−ク電流は、スイッチ素子に入射する光強度に比例するため、絞り５２の開口径に比例して増大する入射光束とともに平行シフト量は増大し、上記と同様な表示品位劣化が生じる。このため、スイッチ素子の遮光構造の最適化及びスイッチ素子にアモルファスＴＦＴよりもポリシリコンＴＦＴを用いることが望ましいが、より望ましくは変調素子の光リ−ク特性を補正する映像信号制御手段を設けるとよい。更に、変調素子が赤、青、及び緑の色成分で構成され、カラ−画像を表示する場合、これらの変調素子に入射する光強度も色により異なること、スイッチ素子の光リ−ク特性にも波長依存性があることから、色成分相互の階調バランスが集光角の変化に伴い変化し、表示画像の色調の変化を抑制することが望ましい。実際には、各絞り径制御に伴う光リ−クも含んだ変調素子の駆動電圧−変調光強度特性の補正を行うことが望ましい。
【０２２７】
高分子分散型液晶や微粒子分散型液晶が用いられる表示装置においては、表示輝度に応じて、また表示初期から時間が経過するにつれて表示状態が変化したり、環境温度により表示品位が変化するという問題がある。これは、高分子分散型液晶や微粒子分散型液晶では、印加電圧（Ｖ）−光透過率（Ｔ）特性、ヒステリシス特性あるいは応答速度等が温度変化に伴い変動するためであって、しかも、その変動量がツイステッド・ネマティク（ＴＮ）型液晶に比べて大きいことがその要因と考えられる。
【０２２８】
また、特に投射型の表示装置にあっては、光源光学系に配置される絞りの開口径の制御に応じて変化する光束に起因する温度差により、表示品位が劣化するという問題もある。
【０２２９】
本発明の第４の態様は、このような技術課題に鑑み成されたものであって、光束を制御する絞りの大きさや光源光の点灯からの経時時間や環境温度条件によることなく、あるいは連続表示している際にも優れた表示画像が得られる表示装置を提供する。
【０２３０】
即ち、液晶材料が高分子樹脂中に含有される高分子分散型あるいは微粒子が液晶材料中に含有される微粒子分散型等の液晶層を備えた変調素子は、上記したように、印加電圧（Ｖ）−光透過率（Ｔ）特性、ヒステリシス特性、応答速度等が温度変化に伴い大きく変動する。
【０２３１】
図２７は、縦軸に光透過率が５０％となる電圧（Ｖ５０）をとり、横軸に温度（Ｔ）をとり、変調素子の温度依存性を示している。この図から解るように、温度（Ｔ）に依存することなく一定な表示画像を得るためには、温度（Ｔ）上昇に伴い液晶層に印加される電圧を大きくする必要がある。
【０２３２】
そこで、本発明の第４の態様では、変調素子の温度変化に応じて映像信号を増減させる映像信号制御手段を具備している。これにより、温度（Ｔ）に依存することなく一定な表示画像が得られる。
【０２３３】
図２８は、本発明の第４の態様に係る投射型液晶表示装置を示す図である。
【０２３４】
図２８に示すように、この投射型液晶表示装置３００は、３板式、即ち赤（Ｒ）用、緑（Ｇ）用および青（Ｂ）用の３枚の変調素子例えば液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂを備えている。
【０２３５】
この表示装置の光源光学系では、メタルハライドランプが光源３１１として配置され、この光源３１１からの光源光を、光源３１１と液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ），３０１−Ｂとの間の光軸上の点Ａに焦点を持つように集光させる回転楕円型のリフレクタ３２１が設けられている。このリフレクタ３２１により点Ａに一度集光された光源光は、コールドミラー３３１を経た後、コリメータレンズ３４１により、平行光として各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂに導かれる。また、リフレクタ３２１の焦点位置である点Ａには、略円形の開口を有し、その開口直径Ｄ１ がサーボモータにより可変可能な第１の絞り手段３５１が配置されている。
【０２３６】
また、この表示装置では、光源３１１は、リフレクタ３２１に対する位置精度の簡素化等から、リフレクタ３２１の中心部分に固定して配置されるため、光源３１１からの光源光の中心部分の光束が小さくなる。このため、この表示装置の光源光学系では、光源３１１と第１の絞り手段３５１との間に、第１の絞り手段３５１側に凸の円錐レンズ３６１が配置されている。この円錐レンズ３６１により、発散され有効活用されない光束を中心部分に導くことで、光源光の中心部分の光束の低下を防止している。尚、凸の円錐レンズ３６１の他にも、発散され有効活用されない光束を中心部分に導くものであれば、凹状の円錐レンズであっても、また特開平６−１７５１２９号公報に開示されるような構造のものであっても良い。
【０２３７】
投射光学系は、液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂにより光変調された変調光を点Ｂに集光させるための集束レンズ５０１、点Ｂにおいて各液晶パネル３０１−Ｒ，２０１−Ｇ，２０１−Ｂからの散乱光を遮断し、透過光を透過させる開口を有し、その開口直径Ｄ２ がサーボモータにより可変可能な第２の絞り手段５０３、第２の絞り手段５０３を経た後の変調光を投影するための投射レンズ５０５とから構成されている。この第２の絞り手段５０３は、上述したように、各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂからの散乱光は遮断し、透過光を透過させるものであるため、第２の絞り手段５０３の開口直径Ｄ２ を大きくすることにより、表示輝度を増大させることができる。
【０２３８】
第１の絞り手段３５１及び第２の絞り手段５０３は、スクリーン上の環境輝度をモニターする光センサ７１１からの環境輝度信号ＥＳに基づいて第１の絞り手段３５１及び第２の絞り手段５０３の開口直径Ｄ１ ，Ｄ２ をそれぞれ制御する絞り制御手段７２１に電気的に接続されている。更に詳しくは、第１の絞り手段３５１の開口直径Ｄ１ 及び第２の絞り手段５０３の開口直径Ｄ２ は、絞り制御手段７２１により、スクリーン上の輝度が高くなるにつれて集光角Ω１ ，Ω２ のそれぞれが大きくなるよう制御されるものであって、この表示装置では、集光角Ω１ ，Ω２ が８．６×１０−３ｓｒから１．１×１０−３ｓｒの範囲で可変されるように第１の絞り手段３５１及び第２の絞り手段５０３の開口直径Ｄ１ ，Ｄ２ が制御される。
【０２３９】
尚、本明細書における第１の絞り手段３５１に基づく集光角Ω１ は、光源光の分布角度を±θとした時、［２πｓｉｎ θ］を０からθまでθについて積分した値で表現され、更に、この集光角Ω１ を、コリメータレンズ３４１の焦点距離をｆ１ として、第１の絞り手段３５１の開口直径Ｄ１ の関数で表すと、Ω１ ＝π（Ｄ１ ／２ｆ２ ）２ で表現される。
【０２４０】
また、本明細書における第２の絞り手段５０３に基づく集光角Ω２ は、フィールドレンズの焦点距離をｆ２ とし、第２の絞り手段５０３の開口直径Ｄ２ の関数で表すと、Ω２ ＝π（Ｄ２ ・ｆ２ ）２ で表現される。
【０２４１】
これら集光角Ω１ ，Ω２ は、光利用効率等を考慮すると、ほぼ一致するように連動させて可変することが望ましい。
【０２４２】
次に、各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂの配置について説明する。光源光学系からの光源光は、第１ダイクロイックミラー４１１−Ｄにより緑（Ｇ）光のみが反射され、第１の全反射ミラー４１１−Ａを介して緑（Ｇ）光が液晶パネル３０１−Ｇに導かれ、液晶パネル３０１−Ｇ、緑（Ｇ）用フィールドレンズ４２１−Ｇを経て出射される。
【０２４３】
第１のダイクロイックミラー４１１−Ｄを透過した光源光は、第２のダイクロイックミラー４１３−Ｄにより赤（Ｒ）光のみが反射されて、液晶パネル３０１−Ｒに導かれる。そして、液晶パネル３０１−Ｒ、赤（Ｒ）用フィールドレンズ４２１−Ｒを経た赤（Ｒ）光は、第１の合成ミラー４１１−Ｍにより液晶パネル３０１−Ｇを経た緑（Ｇ）光と合成される。
【０２４４】
第２のダイクロイックミラー４１３−Ｄを透過した光源光は、液晶パネル３０１−Ｂに導かれ、液晶パネル３０１−Ｂ、青（Ｂ）用フィールドレンズ４２１−Ｂを経た青（Ｂ）光は、第２の全反射ミラー４１３−Ａを介して第２の合成ミラー４１３−Ｍにより液晶パネル３０１−Ｇおよび液晶パネル３０１−Ｒを透過し合成された赤（Ｒ）光および緑（Ｇ）光と合成され、投射光学系に導かれる。
【０２４５】
次に、この液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂについて説明する。尚、液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂの構成は、その駆動系を除いて差異はないので、緑（Ｇ）用の液晶パネル３０１−Ｇを例にとり説明する。この液晶パネル３０１−Ｇは、１００ミクロンピッチの表示画素が横方向に６４０個、縦方向に４８０個配列されて成っている。
【０２４６】
液晶パネル３０１−Ｇは、図２９及び図３０に示すように、アレイ基板５１１と対向基板６１１との間に、高分子樹脂中に正の誘電率異方性を示すネマチック液晶が分散された高分子分散型液晶層４０１が表面処理膜５９１，６９１を介して保持されている。
【０２４７】
アレイ基板５１１は、０．７ｍｍ厚の透明なガラス基板５１０上に、図２９に示す如く信号線５２１と走査線５３１とが略直交するように配置され、信号線５２１と走査線５３１との交点近傍に薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと略称する。）５４１が配置されている。このＴＦＴ５４１は、図３０に示すように、走査線５３１自体をゲート電極とし、走査線５３１上にゲート絶縁膜５４３を介して半導体層として非晶質シリコン薄膜５４５、非晶質シリコン薄膜５４５を保護すると共に寄生容量を抑えるため走査線５３１と自己整合されたシリコンナイトライドから成る半導体保護膜５４６、非晶質シリコン薄膜５４５と信号線５２１とをｎ＋ 型非晶質シリコン薄膜５４８を介して電気的に接続する信号線５２１から延在されたドレイン電極５４７、信号線５２１と走査線５３１とによって囲まれる領域に配置されたＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）から成る画素電極５５１と非晶質シリコン薄膜５４５とをｎ＋ 型非晶質シリコン薄膜５５０を介して電気的に接続するソース電極５４９とを備えて構成される逆スタガ構造である。また、画素電極５５１との間でゲート絶縁膜５４３を介して補助容量（Ｃｓ）を形成するための補助容量線５５３が走査線５３１に略平行して配置されている。更に、これらＴＦＴ５４１や画素電極５５１上には、保護膜５５５が配置されてアレイ基板５１１は構成されている。
【０２４８】
対向基板３１１は、０．７ｍｍ厚の透明ガラス基板３１０上に、アレイ基板５１１のＴＦＴ５４１および画素電極５５１周辺部を遮光するためのクロム（Ｃｒ）から成るマトリクス状の遮光層３１３、遮光層３１３上に配置される保護膜３１７、保護膜３１７上に配置されるＩＴＯから成る対向電極３１９とによって構成されている。尚、以上のようにして構成される液晶パネル３０１−Ｇは、４０％の開口率を達成している。
【０２４９】
また、この表示装置では、図３１に示すように、液晶モジュ−ルの入射面の表示部近傍に温度センサ８００が配置され、このからの温度信号（ＴＳ）に基づいて、駆動電圧供給回路７３１に入力される輝度信号（ＢＳ）が制御され、極性反転／非反転増幅器７４１を介して各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１Ｇ，３０１Ｂに各映像信号ＶＳＲ、ＶＳＧ、ＶＳＢが供給される。
【０２５０】
温度センサ−としては、例えばμＰＣ３９１１（商標、ＮＥＣ社製）を用いることが出来る。このＩＣは、同一チップ内に基準電圧、温度センサ−、位相補正内臓型オペアンプを集積しているため、外部回路部品が少なくてすむ。更に、従来のサ−ミスタなどの温度センサに比較して直線性が非常に優れており、高性能の温度測定が可能である。具体的な回路を図３２に示す。
【０２５１】
図２８に示すように、この温度センサからの温度信号（ＴＳ）に基づいて、駆動電圧供給回路７３１に入力される輝度信号（ＢＳ）が制御され、極性反転／非反転増幅器７５１を介して各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂに各映像信号（ＶＳＲ），（ＶＳＧ），（ＶＳＢ）が供給される。
【０２５２】
駆動電圧供給回路７３１は、図３３に示すように、入力される輝度信号（ＢＳ）をアナログ・ディジタル変換器７３３でディジタル信号化し、ディジタル信号化された輝度信号（ＢＳ）をＲＯＭで構成されるガンマ補正回路７３４によりガンマ補正し、ガンマ補正されたディジタル輝度信号は加算器７３５の一入力端子に供給する。また、温度光センサからの温度信号（ＴＳ）に基づいてＲＯＭで構成される温度補償回路７３６から、液晶パネル３０１−Ｇの光透過率（Ｔ）−電圧（Ｖ）特性の温度依存性を補正する補償データが加算器７３５の他の入力端子に供給される。加算器７３５からはディジタル輝度信号と補償データとの加算出力をディジタル・アナログ変換器７３７に出力される。そして、ディジタル・アナログ変換器７３７からアナログ信号が極性反転／非反転増幅器７３１に出力される。
【０２５３】
極性反転／ 非反転増幅器７３１では、アナログ信号を液晶パネル３０１−Ｇに必要な信号レベルに増幅すると共に、各フィールド期間毎、走査期間毎等の所定周波数で基準電位に対して極性反転する映像信号（ＶＳＧ）と成して液晶パネル３０１−Ｇに供給する。
【０２５４】
また、他の液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｂも同様に、液晶パネル３０１−Ｇに設けられた温度センサからの温度信号（ＴＳ）に基づいて補正された映像信号（ＶＳＲ），（ＶＳＢ）が液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｂに供給される。
【０２５５】
更に詳細には、このガンマ補正回路７３４は、液晶パネル３０１−Ｇ内が４０℃の状態における電圧（Ｖ）−光透過率（Ｔ）特性に基づいて入力される輝度信号（ＢＳ）がガンマ補正されるよう構成されている。例えば、液晶パネル３０１−Ｇ内の温度として４０℃を基準として、４０℃よりも上昇するにつれて温度補償回路７４６からの補償データは正側に大きくなり、４０℃よりも低下するにつれて温度補償回路７４６からの補償データは負側に減少する。
【０２５６】
上記温度センサ−によりモニタ−されたパネル温度に従ってパネル冷却ファンの回転数を制御し、パネルの温度制御を行うと、パネルの温度に対応して映像信号の制御をより精確に行うことが出来る。このため、温度センサ−の出力をもとに冷却ファンを制御することが望ましい。また、例えば光源を点灯した直後からのパネル温度の上昇の際に、冷却ファンの回転をある期間停止するか、もしくは回転数を低く抑えることにより、定常動作時の温度に達するまでの時間を短縮する制御を行うことが望ましい。
【０２５７】
以上のように、この投射型液晶表示装置３００によれば、各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂの温度変化に応じて表示状態が最適化されるので、例えば比較的低い室温で投射型液晶表示装置３００を用い、光源３１１を点灯して、各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂが一定の温度に到達するまでに時間を要する、例えば３〜３０分程度の間、各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂの温度が変化し続けるような場合にも、常に適切な駆動が行われ、色むら等が発生することのない、良好な表示画像が得られる。
【０２５８】
特に、この表示装置によれば、第１の絞り手段３５１及び第２の絞り手段５０３の開口直径Ｄ１ ，Ｄ２ がスクリーン輝度に応じて可変されるため、各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂへ入射する光の強度が第１の絞り手段３５１の開口直径Ｄ１ に依存して種々異なるために各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂの温度上昇の度合いも変わる。
【０２５９】
即ち、スクリーン輝度が小さい場合は、表示輝度よりもコントラスト比が高いことが視覚的に良好な表示画像と認識されるため、第１絞り手段３５１の開口直径Ｄ１ は絞られる。これに対して、スクリーン輝度が大きい場合は、表示輝度が重視されるため、第１の絞り手段３５１の開口直径Ｄ１ は開けられる。従って、スクリーン輝度が大きい方が各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂの温度上昇の度合いは高くなる。例えば、この実施例によれば、実際に液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂに入射する光源光の集光角Ω１ が８．６×１０−３ｓｒから１．１×１０−３ｓｒに変化すると、各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂの温度は３〜５℃変化する。
【０２６０】
しかしながら、この実施例によれば、液晶パネル３０１−Ｇに温度センサを配置して随時モニタし、各映像信号（ＶＳＲ），（ＶＳＧ），（ＶＳＢ）を最適化しているため、第１の絞り手段３５１の開口直径Ｄ１ が可変され、光源光の集光角Ω１ が増減することにより、各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂに温度変化が生じても、良好な表示画像が得られる。
【０２６１】
尚、この表示装置では、第１の絞り手段３５１及び第２の絞り手段５０３の開口直径Ｄ１ ，Ｄ２ が環境輝度信号（ＥＳ）に応じて第１絞り手段７２１により制御されるものとしたが、例えば各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂに供給される映像信号（ＶＳＲ），（ＶＳＧ），（ＶＳＢ）に基づいて第１の絞り手段３５１及び第２の絞り手段５０３の開口直径Ｄ１ ，Ｄ２ が制御されるものであっても良い。即ち、輝度信号（ＢＳ）の時間的平均強度と輝度信号のブランキングレベル（黒レベル）との差に基づいて、差が小さい場合は開口直径Ｄ１ ，Ｄ２ を小さくして集光角Ω１ ，Ω２ を小さく制御し、逆に差が大きい場合は開口直径Ｄ１ ，Ｄ２ を大きくし、集光角Ω１ ，Ω２ を大きく制御することにより、良好な表示画像が確保できる。
【０２６２】
また、第１の絞り手段３５１及び第２の絞り手段５０３は、環境輝度信号（ＥＳ）と輝度信号（ＢＳ）のそれぞれに応じて制御されるものであっても良い。
【０２６３】
この表示装置では、高分子分散型液晶層４０１の温度が直接的にモニタできるよう温度センサを配置したが、高分子分散型液晶層４０１の温度に相関する信号を検出し、これに基づいて制御するものであって良い。
【０２６４】
また、この表示装置によれば、液晶パネル３０１−Ｇの温度を随時モニタし、温度信号（ＴＳ）に基づいて表示状態を最適化したが、温度センサ等を配置するのではなく、予め所定時間毎に各映像信号（ＶＳＲ），（ＶＳＧ），（ＶＳＢ）が徐々に小さくなるような補償データを設定しておいても良い。
【０２６５】
以上の表示装置では、温度センサは入射側の表示部の上部に配置したが、その位置は精度よく温度が測定出来るところであれば、例えば下部若しくは左右であってもよい。また、温度センサは、液晶モジュ−ルと密着させても離間させて配置しても、あるいは液晶モジュ−ルの内部に配置してもよい。更には、光の出射側に配置してもよい。
【０２６６】
既に述べたように、光源側の絞りの集光角と投射側の絞りの集光角とは、一致することが望ましい。一致しない場合には、以下に示すように性能が低下してしまう。即ち、光源側の絞りの集光角が投射側の絞りの集光角のほうが大きい場合には、最大の明るさは一致している場合と同一であるが、黒表示時の明るさが増加するため、コントラストが低下する。また、光源側の絞りの集光角が投射側の絞りの集光角よりも小さい場合もまた、最大の明るさは一致している場合と同一であるが、黒表示時の明るさが増加するため、コントラストが低下する。絞りの面積にほぼ比例して黒表示時の明るさが増加するので、コントラストも絞りの面積にほぼ比例して低下するのである。
【０２６７】
光源側の絞りの集光角と投射側の絞りの集光角とが完全に一致している場合の絞りの面積をＳ０ 、集光角が大きい絞りの面積をＳ０ ＋ΔＳとすると、集光角が不一致の場合のコントラストｒ´は、集光角が一致している場合のコントラストをｒとすると、以下の式で表わされる。
【０２６８】
ｒ´＝ｒ｛Ｓ０ ／（Ｓ０ ＋ΔＳ）｝
本発明者らの実験によると、コントラストの低下が画質の低下として認識される程度は、コントラストが約２／３に低下した場合である。以下、この実験の手順を説明する。
【０２６９】
表示画面のコントラストを一定として１０分間映画フィルムを上映し、その後にコントラスト比を変化させて５分か上映する。その後、コントラストの変化が画質の劣化として認識されたかどうかのアンケ−トをとり、劣化として認識されるしきい値を求める。
【０２７０】
図３４に示すように、コントラストのしきい値の初期値を２００：１、１００：１、５０：１、２０：１として実験したが、１００：１以下の実験結果はすべて初期値の８５％程度から画質の劣化として認識され始め、６５％程度ではほぼ全てのサンプルに対して画質の劣化として認識された。従って、絞りの制御は、同じ明るさの表示に対して、コントラスト比が４割以下の低下に抑える精度で制御する必要がある。
【０２７１】
即ち、立体角を約±３０％の範囲に制御する必要がある。例えば、又は円形の絞りを用いた場合には、円錐状となる光束における円錐の頂角θに対して、約±０．１５θに制御する必要がある。例えば、絞りの集光角がθ＝３〜１０度に変化する場合、絞りの集光角の精度は±０．５〜１．５度以内に制御する必要がある。
【０２７２】
次に、スクリ−ン照度（単位ルックス）に対するしぼり調整マ−ジンについて説明する。
【０２７３】
外光によるスクリ−ン照度（単位ルックス）が高い場合、絞りの角度に対するコントラストの変化は、外光がない場合に比べ、緩慢になる。従って、要求される制御精度は、外光が大きいほど低くてもよい。
【０２７４】
最適化された場合のコントラストの大きさは、図５に示すように、外光の影響がない本来のコントラストのほぼ１／２のコントラストとなっている。例えば、室内の明るさが０ルックスの場合、１００のコントラストとなる絞りの状態に対応して、最適値となるコントラストは５０、同様に３０のコントラスト比の絞りに対応するコントラストは約１５である。
【０２７５】
従って、外光に対して絞りの集光角が最適化された状態では、本来の黒表示によるスクリ−ンの明るさと、外光の影響によるスクリ−ンの明るさは、ほぼ同程度と考えられる。
【０２７６】
この時、集光角の制御に誤差が生じて最適値からずれた場合、コントラストは
、 ｒ´＝ｒ｛（Ｓｅｘｔ ＋Ｓ０ ）／（Ｓｅｘｔ Ｓ０ ＋ΔＳ）
＝ｒ｛Ｓ０ ／（Ｓ０ ＋ΔＳ／２）｝
ただし、Ｓｅｘｔ は、外光の明るさを、投射型表示装置の黒表示の絞りの集光角に変換した値であり、投射型表示装置本来の黒表示と外光の明るさとの影響が同じであるので、Ｓｅｘｔ ＝Ｓ０ である。
【０２７７】
上式からわかるように、マ−ジンとしては２倍となる。ただし、先に示した２つの絞りの一致に関するマ−ジンが存在することを考えると、外部の条件に対して制御すべき絞りの集光角の誤差は、その１／２となる。従って、この場合のマ−ジンも両者の集光角の一致に関するマ−ジンが必要である。
【０２７８】
次に、本発明の第５の態様について図４１を参照して説明する。なお、この第５の態様に係る表示装置の基本的構成は、図２８に示すものと同様である。
【０２７９】
この態様の投射型液晶表示装置１００は、図４１に示すように、各液晶パネル２０１−Ｒ，２０１−Ｇ，２０１−Ｂにそれぞれの映像信号（ＶＳＲ），（ＶＳＧ），（ＶＳＢ）を供給するための駆動電圧供給回路７４１および極性反転／非反転増幅器７５１を備えている。
【０２８０】
駆動電圧供給回路７３１は、図４２に示すように、入力される輝度信号（ＢＳ）をアナログ・ディジタル変換器７４３でディジタル信号化し、ディジタル信号化された輝度信号（ＢＳ）をＲＯＭで構成されるガンマ補正回路７４４によりガンマ補正し、ガンマ補正されたディジタル輝度信号は加算器７４５の一方の入力端子に供給される。また、光センサ７１１からの環境輝度信号（ＥＳ）に基づいて、ＲＯＭで構成される光リーク補償回路７４６から液晶パネル２０１−Ｇを構成するＴＦＴ２４１の光リーク電流（Ｉｏｆｆ ）による電位低下を補正する補償データが加算器７４５の他方の入力端子に供給され、加算器７４５からはディジタル輝度信号と補償データとの加算出力をディジタル・アナログ変換器７４７に出力する。そして、ディジタル・アナログ変換器７４７からアナログ信号が極性反転／非反転増幅器７４１に出力される。
【０２８１】
極性反転／ 非反転増幅器７４１では、アナログ信号を液晶パネル２０１−Ｇに必要な信号レベルに増幅すると共に、各フィールド期間毎、走査期間毎等の所定周期で基準電位に対して極性反転する映像信号（ＶＳＧ）と成して液晶パネル２０１−Ｇに供給する。
【０２８２】
また、他の液晶パネル２０１−Ｒ，２０１−Ｂも同様に、光センサ７１１からの環境輝度信号（ＥＳ）に基づいて補正された映像信号（ＶＳＲ），（ＶＳＢ）が液晶パネル２０１−Ｒ，２０１−Ｂに供給される。即ち、この実施例では、スクリーン上の輝度が高くなるにつれて集光角（Ω１ ），（Ω２ ）が大きくなるよう第１の絞り手段１５１及び第２の絞り手段５０３）の開口直径（Ｄ１ ），（Ｄ２ ）を絞り制御手段７２１によって制御されるが、これに伴い各液晶パネル２０１−Ｒ，２０１−Ｇ，２０１−Ｂに供給される映像信号（ＶＳＲ），（ＶＳＧ），（ＶＳＢ）も大きくなるよう駆動電圧供給回路７３１によって制御される。
【０２８３】
以上のようにして構成される投射型液晶表示装置７００の動作について簡単に説明する。
【０２８４】
まず、スクリーン上の照度（単位：ｃｄ／ｍ２ ）を光センサ７１１により検出し、光センサ７１１からの環境輝度信号（ＥＳ）に基づいて、絞り制御手段７２１により第１の絞り手段１５１及び第２の絞り手段５０３の開口直径（Ｄ１ ），（Ｄ２ ）を決定する。即ち、スクリーン上の輝度が大きくなる程、第１の絞り手段１５１及び第２の絞り手段５０３の開口直径（Ｄ１ ），（Ｄ２ ）を大きくする。
【０２８５】
駆動電圧供給回路７３１によって、映像信号（ＶＳＲ），（ＶＳＧ），（ＶＳＢ）の最適化を行わない場合、例えば、スクリーン上の照度が３０ｌｕｘ といった暗い場合は、集光角（Ω１ ），（Ω２ ）が１．１×１０−３ｓｒに設定され、７０：１のコントラスト比が達成される。逆に、スクリーン上の照度が２００ｌｕｘ といった明るい場合は、集光角（Ω１ ），（Ω２ ）が８．６×１０−３ｓｒに設定され、集光角（Ω１ ），（Ω２ ）が１．１×１０−３ｓｒに設定される場合の白表示時のピ−ク光束が１８ｌｍであるのに対して、７５ｌｍと高いピ−ク光束が達成される。
【０２８６】
更に、この態様では、光センサ７１１からの環境輝度信号（ＥＳ）に基づいて、スクリーン上の照度が２００ｌｕｘ の場合、スクリーン上の照度が３０ｌｕｘ の場合に比べて１０％程度各映像信号（ＶＳＲ），（ＶＳＧ），（ＶＳＢ）が駆動電圧供給回路７４１によって増大される。
【０２８７】
このようにして映像信号（ＶＳＲ），（ＶＳＧ），（ＶＳＢ）が最適化される場合、映像信号（ＶＳＲ），（ＶＳＧ），（ＶＳＢ）の調整を行わない場合に比べて、スクリーン上の照度が２００１ｘにおいて、コントラスト比及び表示輝度ともに、上記した値から更に１０％程度向上させることができた。
【０２８８】
以上のように、この実施例によれば、集光角（Ω１ ）の増大に伴うＴＦＴ２４１の光リーク電流（Ｉｏｆｆ ）に基づくコントラスト比並びに表示輝度の劣化が防止され、より良好な表示品位の確保が可能となる。
【０２８９】
この態様では、第２の絞り手段５０３の開口直径（Ｄ２ ）を第１の絞り手段１５１の開口直径（Ｄ１ ）と同一値となるように完全に連動させて可動させたが、必ずしも一致させなくても良い。
【０２９０】
また、この態様では、各液晶パネル２０１−Ｒ，２０１−Ｇ，２０１−Ｂ毎に光源光の集光角（Ω１ ）を制御する絞り手段を設け、各色毎に個別に光源光の集光角（Ω１ ）を制御するようにしても良い。また、この態様では、絞り制御手段７２１により第１のの絞り手段３５１及び第２の絞り手段５０３の集光角（Ω１ ），（Ω２ ）が環境輝度信号（ＥＳ）に応じて制御される構成としたが、駆動電圧供給回路７４１に入力される輝度信号（ＢＳ）に基づいて第１の絞り手段３５１及び第２の絞り手段５０３が制御されるものであっても、これらを組み合わせて用いるものであっても良い。例えば、入力される輝度信号（ＢＳ）の時間平均強度と輝度信号のブランキングレベル（黒レベル）との差に基づいて、差が小さい場合は集光角（Ω１ ），（Ω２ ）を小さく、差が大きい場合は集光角（Ω１ ），（Ω２ ）を大きく制御することにより、表示画像の表示輝度に依存せず、良好な表示画像を確保することができる。
【０２９１】
この態様では、光センサ７１１はスクリーン上の輝度をモニターするものとしたが、環境照度（単位ｌｕｘ）をモニターするものであっても良い。
【０２９２】
また、この実施例では、３板式の投射型表示装置１００を例にとり説明したが、液晶パネル自体がストライプ状、モザイク状あるいはデルタ配列された少なくとも３原色の色部から成るカラーフィルタを備え、単板式で構成される投射型表示装置であっても良いことは言うまでもない。
【０２９３】
ところで、各液晶パネル２０１−Ｒ，２０１−Ｇ，２０１−Ｂにマイクロレンズアレイ基板４１１を組み合わせて用いることにより、各液晶パネル２０１−Ｒ，２０１−Ｇ，２０１−Ｂの実効開口率を高め、明るい環境での表示の際のスクリーン上の実効のコントラスト比、表示輝度の両方を向上させることができる。以下に、液晶パネル２０１−Ｇを例にとり、図４３を参照して説明する。この液晶パネル２０−Ｇは、液晶パネル２０１−Ｇを構成する対向基板３１１の主表面上にマイクロレンズアレイ基板４１１が接着層４１０を介して貼り付けられて構成されている。このマイクロレンズアレイ基板４１１は、各表示画素に対応する集光レンズ４１３群から成り、集光レンズ４１３の焦点位置はアレイ基板２１１を構成するガラス基板２１０に存在するよう設定されている。
【０２９４】
上記した如く各液晶パネル２０１−Ｒ，２０１−Ｇ，２０１−Ｂを構成すれば、これまで遮光量３１３で遮られて有効に利用されていなかった光も利用できるため、各液晶パネル２０１−Ｒ，２０１−Ｇ，２０１−Ｂの実効開口率を大きくとることができ、集光角（Ω１ ），（Ω２ ）を絞っても十分なピーク光束が得られ、表示輝度の低下が軽減される。
【０２９５】
この態様の如く、液晶パネル２０１−Ｇの光入射側にマイクロレンズアレイ基板４１１を設ける場合は、第２の絞り手段５０３の開口直径（Ｄ２ ）を第１の絞り手段１５１の開口直径（Ｄ１ ）よりも大きい範囲内で制御する方が好ましい。これは、マイクロレンズで一度集光された光が、その後で発散されるためである。
【０２９６】
即ち、上記した実施例の如く、入射側にのみマイクロレンズアレイ基板４１１を配置する場合、マイクロレンズアレイ基板４１１で対向基板３１１の遮光層３１３付近に集束された光は、その後発散するため光利用効率が低下する恐れがある。このため、マイクロレンズアレイ基板４１１の使用にあたっては、マイクロレンズアレイ基板４１１の各集光レンズ４１３の焦点位置の選定が重要である。即ち、各集光レンズ４１３で集束された後に広がる光源光が投射レンズ５０５に十分に収まるよう焦点位置を選定する必要がある。特に、投射レンズ５０５の小型化を達成するのであれば、マイクロレンズアレイ基板４１１の各集光レンズ４１３の焦点位置は長く、開口数の小さいレンズの方が良い。しかし、各集光レンズ４１３の焦点位置が光入射側から遠ざかるにつれてマイクロレンズアレイ基板４１１の効果は低下し、各液晶パネル２０１−Ｒ，２０１−Ｇ，２０１−Ｂの実効開口率の増大の度合いは小さくなる。このようなことから、マイクロレンズアレイ基板４１１の各集光レンズ４１３の焦点位置は高分子分散型液晶層４０１内よりむしろ出射側の基板２１０中もしくは基板２１０よりもやや外に設定すると良い。
【０２９７】
上記した実施例では、図４１に示す第１の絞り手段３５１、第２の絞り手段５０３として、サーボモータを内蔵し、サーボモータによって円形の開口の開口直径（Ｄ１ ），（Ｄ２ ）を変化させる構造としたが、この開口の形状は四角形あるいは楕円形等であっても良い。また、サーボモータによって開口部の上部および下部、又は右及び左を遮光する遮光板が可動する構造であっても良い。
【０２９８】
更に、この態様では、第１の絞り制御手段７２１により第１の絞り手段３５１及び第２の絞り手段５０３の開口直径（Ｄ１ ），（Ｄ２ ）をそれぞれ制御して集光角（Ω１ ），（Ω２ ）を制御したが、第１の絞り手段３５１や第２の絞り手段５０３を光源３１１の光軸に沿って移動させることにより、実効的な開口直径（Ｄ１ ），（Ｄ２ ）を制御して集光角（Ω１ ），（Ω２ ）を制御しても良い。
【０２９９】
また、上述した態様の液晶パネルとしては、各表示画素毎にＴＦＴから成るスイッチ素子が設けられたアクティブマトリクス型液晶パネルを例に取り説明したが、ＴＦＴは多結晶シリコン膜あるいは単結晶シリコン膜を主体として構成しても良い。
【０３００】
次に、本発明の第６の態様について説明する。
【０３０１】
この態様は、簡易型の投射型表示装置に係るものであり、操作を簡単にするために、電源入力後、自動的に周辺照度に対応して絞りの設定を最適化するようになっている。この簡易型の投射型表示装置の一例を図３５に示す。この表示装置では、スクリ−ンの大きさ、及びゲインをあらかじめ仮定することで、投射光のない状態での投射光束を測定することにより、スクリ−ンの輝度を直接測定し、絞りの最適角を迅速に決定できるようにしている。この絞りの集光角の決定は、投射型表示装置の電源が入ると同時に自動的に行われる。
【０３０２】
この表示装置では、投射型表示装置からの投射光のない状態でスクリ−ンの輝度を測定するため、光路遮断装置９０１を備えている。これは、図３５に示すようにパネルの出射側に配置され、光路遮断装置制御回路９００により制御され、光源からの光を投射レンズの入り口で遮断／非遮断を切り替えられるようになっている。
【０３０３】
図３６は、図３５に示す表示装置において、電源の投入の後に自動的に集光角を決定する処理のフロ−チャ−トを示す図である。光源であるメタルハライドランプは、完全に点灯するまでに数分の時間がかかる。図３５に示す表示装置では、光路遮断装置により光路を遮断して、室内の明るさによるスクリ−ンの輝度を測定するので、ランプの輝度が定常状態に落ち着くまで待つ必要がない。そこで、まず始めにランプの点灯処理（高電圧の印加と放電の開始）を行うが、ランプが立ち上がるのを待たずにスクリ−ンの輝度を測定し、絞りの集光角の決定を行う。
【０３０４】
図３７は、簡易型の投射型表示装置の他の例を示す。この表示装置では、操作を簡単化するため、投射レンズの焦点位置を検出するために投射レンズにエンコ−ダ９１０が備えられ、投射距離検出回路９２０によりエンコ−ダ９１０の出力をＣＰＵ側から検出出来るようになっている。従って、投射距離検出回路９２０によりスクリ−ンサイズを検出することが出来る。
【０３０５】
図３７に示す表示装置では、スクリ−ンゲインを１．５と仮定することにより、下記式における投射係数ｑを自動的に算出する。従って、未知であるのはＬ０ のみであり、光路遮断装置によりＩ＝０の状態でスクリ−ン輝度Ｌを測定することにより、室内の明るさＬ０ を求めることが出来る。
【０３０６】
Ｌ＝ｑＩ＋Ｌ０
図３８は、図３７に示す表示装置において、自動的に集光角を決定する処理のフロ−チャ−トを示す図である。この表示装置では、投射レンズの焦点位置によりスクリ−ンサイズを検出するので、投射像の焦点を合わせた後に、絞りの最適化スイッチを押すことで、絞りの最適化が実行される。
以上、反射型スクリ−ンを用いる前面投射型の表示装置について説明したが、本発明は、これに限らず、図３９及び図４０に示すように、背面投射型の表示装置に対しても適用可能である。
【０３０７】
図３９及び図４０に示す背面投射型の表示装置では、光学システム９５０からの投射光は、第１のミラ−９６０及び第２のミラ−９７０により反射され、透過型スクリ−ン９８０に投射される。また、外光によるスクリ−ン輝度を測定する光学センサが配置されている。上述した前面投射型の表示装置では、光学センサは投射レンズの側部に配置され、スクリ−ンの方向に向けてスクリ−ンの反射光の強度を測定するように配置したが、背面投射型の表示装置では、図３９及び図４０に示すように、スクリ−ンの隅の部分にセンサＡ、センサＢのように取り付けて、照度を測定することが出来る。背面投射型の場合には、スクリ−ンの特性があらかじめ決まっている場合が多いので、照度からスクリ−ン輝度を推定することが出来る。
【０３０８】
また、センサＣのように、スクリ−ンの内側に配置し、スクリ−ンを通した外部光の輝度を測定することも出来る。もちろん、これらのセンサは、純粋な外部光の影響のみを測定することが出来るように、投射光学系からの光が入射しないように配置する必要がある。
【０３０９】
また、背面投射型の場合には、上述の式における投射係数ｑがあらかじめきまっているので、外光の影響Ｌ０ を測定することのみで、最適な絞りの集光角を決定することが可能である。
【０３１０】
投射型表示装置の表示品位は、投射する場所或いは時間帯等の種々の環境明るさに依存するスクリ−ンの黒ラベルの明るさにより変化する。環境明るさによる表示品位による補正は、フロント型の投射型表示装置の場合、投射型表示装置とスクリ−ンとの間にかなりの距離があることもあり、投射型表示装置の置かれている環境明るさとスクリ−ン周辺の明るさと異なる。また、実際には、略垂直に立てられたスクリ−ン面とスクリ−ンゲインで決まる照明照度若しくは照明輝度が表示品位に寄与する。
【０３１１】
このため、スクリ−ン周辺の環境照明状況や部屋の窓等からの外光により表示品位は大きく影響を受けるため、投射型表示装置の表示品位の制御は、環境明るさによるスクリン面輝度を直接モニタ−して制御することが重要である。また、会議等での用途では、使用状況に応じて任意に部屋全体の環境明るさ制御を行ったり、部分的な環境明るさの制御を行ったり、または調整段階と最終的な動作段階でスクリ−ン周辺の環境明るさは変化するため、参集段階でのスクリ−ン面輝度に応じて表示品位を調整することが望ましい。
【０３１２】
このため、スクリ−ン面での表示装置の黒表示レベル輝度及びコントラストをモニタ−する光センサ−を投射型表示装置に装備することにより、より高品位の映像表示を行うことが重要である。
【０３１３】
なお、以上、液晶パネルとして、高分子分散型や微粒子分散型の分散型液晶表示素子を用いた例について説明したが、本発明は、分散型液晶表示素子を用いた場合に、特に好適ではあるものの、それ以外にも、ＴＮ型液晶素子、ＳＴＮ型液晶素子、斜め電界による液晶回析格子等、種々の液晶素子にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の投射型表示装置の構成を概略的に示す図。
【図２】ランプから平行光線を得るコリメータ光源の一例を示す図。
【図３】図２に示すコンデンサレンズの入射光線を示す図。
【図４】図２示す変調素子への入射光束の角度分布と変調素子からの出射光束の角度分布との関係を示す図。
【図５】照明された環境下に置かれたスクリ−ン上に画像を表示させた場合に集光角に対応して測定された変調素子からの出射光束の強度と画像のコントラストとの関係を示すグラフ。
【図６】本発明の基本概念を説明するための投射型表示装置の構成を示す図。
【図７】本発明の第１の態様に係る投射型表示装置の構成を示す図。
【図８】絞りの開口の形状、絞りの種々の開口径を示す図。
【図９】図６に示す表示装置の動作を説明するためのフローチャート。
【図１０】図９に示す処理操作をさらに詳細に示すフローチャート。
【図１１】本発明の第１の態様に係る他の例の投射型表示装置の動作を説明するためのフローチャート。
【図１２】本発明の第２の態様に係る投射型表示装置の構成を示す図。
【図１３】図１２に示す制御回路の２つの入力信号と絞りの集光角との関係を示す図。
【図１４】図１２における平均映像レベル（ＡＰＬ）検出回路を具体的に示す回路図。
【図１５】図１４の回路のトランジスタのコレクタ入力。バッファトランジスタのエミッタ出力。及びバッファトランジスタのエミッタ出力を示す図。
【図１６】ＡＰＬ検出回路の他の例を示す回路図。
【図１７】図１６の回路のトランジスタのコレクタ出力、他のトランジスタのエミッタ出力を示す図。
【図１８】集光角と表示特性の関係を示すグラフ。
【図１９】明るい環境での実効的な表示特性を示すグラフ。
【図２０】本発明の第３の態様に係る表示装置における変調素子の駆動電圧−透過光強度特性を示すグラフ。
【図２１】本発明の第３の態様に係る表示装置における変調素子の透過率が絞りの集光角変化により所望値からずれることを説明するためのグラフ。
【図２２】変調素子に対する入射光束の分布と出射光束の分布とを示す図。
【図２３】変調素子の光散乱性を示す図。
【図２４】図２３に示す出射光束のうちで表示に関与する有効部分が集光角に依存して変化する様子を示す図。
【図２５】本発明の第３の態様に係る投射型表示装置の構成を示す図。
【図２６】図２５に示すガンマ補正回路の構成をさらに詳しく示す図。
【図２７】光変調素子の温度依存性を示すグラフ。
【図２８】本発明の第４の態様に係る投射型液晶表示装置の構成を示す図。
【図２９】図２８の表示装置における変調素子の構成を示す平面図。
【図３０】図２８の表示装置における変調素子の構成を示す断面図。
【図３１】図２８に示す表示装置における温度センサの配置を示す図。
【図３２】温度センサの具体的な回路を示す図。
【図３３】図２８に示す表示装置における駆動電圧供給回路を示す図。
【図３４】コントラストの変化率と認知確率との関係を示すグラフ。
【図３５】本発明の第６の態様に係る簡易型の投射型表示装置の構成を示す図。
【図３６】図３５に示す表示装置において。電源の投入の後に自動的に集光角を決定する処理のフロ−チャ−トを示す図。
【図３７】簡易型の投射型表示装置の他の例を示す図。
【図３８】図３６に示す表示装置において、自動的に集光角を決定する処理のフロ−チャ−トを示す図。
【図３９】背面投射型の表示装置を示す透視図。
【図４０】背面投射型の表示装置を示す断面図。
【図４１】本発明の第５の態様に係る投射型液晶表示装置の構成を示す図。
【図４２】図４１に示す表示装置における駆動電圧供給回路を示す図。
【図４３】図４１の表示装置における変調素子の構成を示す断面図。
【符号の説明】
１０１…回転楕円型のミラー、…１０２光源ランプ、１０３…コンデンサレンズ、１０４…電動絞り、１０７…駆動回路、１０８…散乱型変調素子、１０９…フィールドレンズ、１１０…投射レンズ、１１１…電動絞り、１２０…制御回路、１２１…デコーダ、１４０…輝度信号平滑回路、１４０Ｂ…ＲＣ積分回路。
Claims (2)
- 光源と、
この光源から出射された光を光変調する変調素子と、
この変調素子を駆動する変調素子駆動手段と、
前記光源と前記変調素子との間に配置され、前記光源から変調素子に入射する光束を制限する、そのサイズが可変の開口を有する第１の絞り手段と、
前記変調素子から出射された光が投影される表示スクリーンと、
前記変調素子から出射された光を表示スクリーンに投影する投射光学系と、
前記変調素子と前記投射光学系との間に配置され、前記変調素子から前記投射光学系に入射する光束を制限する、そのサイズが可変の開口を有する第２の絞り手段と、
前記第１及び第２の絞り手段の少なくとも一方の開口のサイズを制御する絞り制御手段と、
少なくとも２つの光強度Ｉを設定する光強度設定手段と、
これら光強度Ｉに対応する前記スクリーン上の表示輝度Ｌを検出する光センサーと、
前記光強度Ｉ及び検出する表示輝度Ｌを式Ｌ＝ｑＩ＋Ｌ０（Ｌ０は表示装置が置かれた環境からの光に基づく前記表示スクリーン上の環境輝度）に代入することにより投射係数ｑ及び環境輝度Ｌ０を求める環境解析手段と、
前記求められた投射係数ｑ及び環境輝度Ｌ０についての前記式から、表示スクリーン上のコントラストを求め、このコントラストが最大となる前記第１及び第２の絞り手段の少なくとも一方の開口のサイズを示すデータを格納する手段と、
前記データ格納手段における前記コントラストを最大とする前記第１及び第２の絞り手段の少なくとも一方の開口のサイズを特定し、このサイズを最適値として決定する処理手段と
を具備する表示装置。 - 前記変調素子は、高分子分散型液晶、微粒子分散型液晶、及び液晶回折格子からなる群から選ばれた１種であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009265678A (ja) * | 2008-04-28 | 2009-11-12 | Sharp Corp | 周辺状態に合わせた画像補正のための方法およびシステム |
Families Citing this family (33)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07270719A (ja) * | 1994-03-29 | 1995-10-20 | Mitsubishi Electric Corp | 投写型表示装置 |
| KR100408505B1 (ko) * | 1996-09-10 | 2004-01-24 | 삼성전자주식회사 | 레이저영상투사장치 |
| US6631995B2 (en) * | 1999-09-02 | 2003-10-14 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Method of and device for generating an image having a desired brightness |
| JP2001100699A (ja) * | 1999-09-29 | 2001-04-13 | Canon Inc | 投射型表示装置とその応用システム |
| JP2001174910A (ja) * | 1999-12-20 | 2001-06-29 | Fujitsu General Ltd | 液晶プロジェクタ装置 |
| JP5174309B2 (ja) * | 2000-07-03 | 2013-04-03 | アイマックス コーポレイション | 映写装置のダイナミックレンジを増大する装置および技術 |
| JP4665328B2 (ja) * | 2001-03-28 | 2011-04-06 | セイコーエプソン株式会社 | 電気光学装置、電子機器および投射型表示装置 |
| DE60132662T2 (de) * | 2001-07-03 | 2009-02-05 | Barco N.V. | Verfahren und Einrichtung zur Echtzeitkorrektur eines Bildes |
| JP3610931B2 (ja) * | 2001-07-13 | 2005-01-19 | 日本ビクター株式会社 | 投射型表示装置 |
| JP3992268B2 (ja) * | 2001-09-28 | 2007-10-17 | フジノン株式会社 | 投写型画像表示装置 |
| US6947025B2 (en) | 2001-10-09 | 2005-09-20 | Seiko Epson Corporation | Lighting apparatus and projection type display, and driving method therefore |
| KR100490396B1 (ko) * | 2001-12-15 | 2005-05-17 | 삼성전자주식회사 | 화상 표시 소자 구동 전압 제어 장치 및 방법 |
| JP2004258439A (ja) * | 2003-02-27 | 2004-09-16 | Sharp Corp | 投射型表示装置 |
| JP4595961B2 (ja) * | 2003-06-13 | 2010-12-08 | ソニー株式会社 | 投射型表示装置 |
| US7374290B2 (en) | 2003-06-13 | 2008-05-20 | Sony Corporation | Projection type display device |
| JP4683022B2 (ja) * | 2003-06-13 | 2011-05-11 | ソニー株式会社 | 投射型表示装置 |
| JP3963869B2 (ja) | 2003-06-30 | 2007-08-22 | 三洋電機株式会社 | 投写型映像表示装置 |
| JP4089572B2 (ja) | 2003-09-24 | 2008-05-28 | セイコーエプソン株式会社 | 照明装置、画像表示装置及びプロジェクタ |
| JP4591061B2 (ja) * | 2003-12-19 | 2010-12-01 | 日本ビクター株式会社 | 画像表示装置 |
| JP2005301069A (ja) * | 2004-04-14 | 2005-10-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 投写型表示装置 |
| JP4759936B2 (ja) * | 2004-05-31 | 2011-08-31 | セイコーエプソン株式会社 | 表示装置及びプロジェクタ |
| JP2006047531A (ja) | 2004-08-03 | 2006-02-16 | Seiko Epson Corp | マルチプロジェクションディスプレイ及びプロジェクタユニット |
| JP4353151B2 (ja) | 2004-09-08 | 2009-10-28 | セイコーエプソン株式会社 | プロジェクタ |
| JP2006091588A (ja) * | 2004-09-24 | 2006-04-06 | Sanyo Electric Co Ltd | 投写型映像表示装置 |
| KR100852669B1 (ko) * | 2007-03-14 | 2008-08-19 | 엘지전자 주식회사 | 명암비 조절 유닛 및 이를 이용한 프로젝션 장치 |
| JP4582349B2 (ja) * | 2007-07-24 | 2010-11-17 | ソニー株式会社 | 表示装置 |
| JP4552985B2 (ja) | 2007-08-30 | 2010-09-29 | ソニー株式会社 | 画像表示装置 |
| JP2011102880A (ja) * | 2009-11-10 | 2011-05-26 | Sony Ericsson Mobile Communications Ab | 液晶モジュールおよび電子機器 |
| JP2013168836A (ja) * | 2012-02-16 | 2013-08-29 | Jvc Kenwood Corp | 投射型画像表示装置 |
| JP6137299B2 (ja) * | 2015-12-24 | 2017-05-31 | セイコーエプソン株式会社 | プロジェクター、及び、プロジェクターの制御方法 |
| JP7154756B2 (ja) * | 2017-12-27 | 2022-10-18 | キヤノン株式会社 | 画像投射装置 |
| JP6881415B2 (ja) * | 2018-01-30 | 2021-06-02 | セイコーエプソン株式会社 | プロジェクター |
| JP2020060688A (ja) * | 2018-10-10 | 2020-04-16 | ソニー株式会社 | 照明装置、および表示装置 |
-
1994
- 1994-12-27 JP JP33687094A patent/JP3550202B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009265678A (ja) * | 2008-04-28 | 2009-11-12 | Sharp Corp | 周辺状態に合わせた画像補正のための方法およびシステム |
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| JPH08106090A (ja) | 1996-04-23 |
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