JP3992268B2 - 投写型画像表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶素子やデジタル・マイクロミラー・デバイス（以下、「ＤＭＤ」と称する）などの画像表示手段を備えたビデオプロジェクタ等の投写型画像表示装置に関し、詳しくは、投映画像の明るさやコントラストなどの画像モードの切替機能を備えた投写型画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
投写型画像表示装置は、光源からの光に画像情報を担持させる画像表示手段の違いにより、種々のタイプのものが知られている。
【０００３】
例えば、画像信号により駆動される透過型液晶表示パネルを、画像表示手段として用いた透過型液晶プロジェクタが知られている。この透過型液晶プロジェクタは、光源からの光を透過型液晶表示パネルに照射して一部の光を透過せしめる際に、透過光に画像情報を担持せしめ、その透過光を投映レンズによって集束せしめてスクリーン上に映像を投映するように構成されている（特開平１０-２０６８１６等）。
【０００４】
また、画像表示手段として強誘電性液晶素子（ＦＬＣ素子）等の反射型液晶表示パネルを用いた反射型液晶プロジェクタも知られている。反射型液晶表示パネルは、光源から照射された光の一部を反射せしめる際に、反射光に画像情報を担持せしめるように構成されている（特開平１０-４８７６２等）。
【０００５】
あるいは、画像信号に応じて照射光の反射角度を変化させ、信号光のみを投映レンズ系方向に反射させ得る多数の光反射角可変ミラー素子を備えたＤＭＤを、画像表示手段として用いたプロジェクタも知られている。ＤＭＤは、画像信号により約１０度の範囲で傾きを変えることができる高反射率の矩形状の微小な鏡（ミラー素子）を、ＣＭＯＳ半導体技術を用いてシリコンメモリーチップ上に形成してなるものであり、このＤＭＤを用いたビデオプロジェクタは、上記ミラー素子の角度を変えることで光源からの光の反射方向を制御し、所望の反射光のみをスクリーン上に集束させて映像を投映するように構成されている（特開平９-９６８６７等）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、投写型画像表示装置は、用いられる画像表示手段の違いにより種々のタイプに分けることができるが、より観賞しやすい投映画像が得られるようにすることは、全てのタイプに共通した課題となっている。
【０００７】
例えば、屋内照明が点灯されているような明るい周辺環境下で観賞しやすくするため、投映画像の高輝度化が図られてきた。そのために、画像表示手段の改良が試みられ、あるいは照明光学系や投映光学系においても、光源光を有効利用するための種々の工夫がなされてきたが、近年の画像表示手段の進歩、特にＤＭＤの登場により、光源光の利用効率を飛躍的に高めることが可能となって、投映画像の大幅な高輝度化を図れることとなった。
【０００８】
明るさが増すとコントラストはそれ程高くなくても観賞しやすくなるため、明るい部屋での観賞に適した投映画像を得ることは容易となったが、そのままの明るさでは、暗い部屋での観賞には却って観賞しにくくなる。そこで、画像モード設定の切替スイッチを設け、この切替スイッチを操作することにより、明るい部屋での観賞に適した明るい投映画像が得られる画像モードと、暗い部屋での観賞に適した明るさを抑えた投映画像が得られる画像モードとを切り替えられるようにした画像モード切替機能付きの投写型画像表示装置が実用化されている。
【０００９】
しかし、この画像モード切替機能は、光源部から射出される光の光量自体を直接調節することにより、投映画像の明るさを変えて画像モード切替を行なう方式であるため、次のような問題があった。すなわち、投映画像が明るい場合には、コントラストがそれ程高くなくても観賞しやすい画像が得られるが、投映画像が暗い場合には、コントラストが高くないと観賞しにくい画像となってしまう。したがって、投映画像の明るさを低下させる場合は、コントラストを高めることが必要となるが、光源部からの射出光の光量を直接低下させる方式では、コントラストを高めることが困難であった。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、周辺環境の明暗に応じた画像モードの切替え機能を備え、暗い周辺環境下での観賞に適した画像モードに切り替える場合には、投映画像の明るさを低下させつつ、コントラストを高めることが可能な投写型画像表示装置を提供することを目的とする。
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の投射型画像表示装置は、光源部と、該光源部からの光を所定の照明光として出力する照明光学系と、該照明光学系からの前記照明光を、画像情報を担持した画像表示光に変換して出力する画像表示手段と、該画像表示手段からの前記画像表示光を射出して、画像投映面上に画像を投映する投映レンズ系と、画像モード切替の設定に応じ、明るい周辺環境下での投映に適した第１画像モードと暗い周辺環境下での投映に適した第２画像モードとの切替えを行なう画像モード切替手段とを備えた投写型画像表示装置において、
前記照明光学系内または前記投映レンズ系内の光路上の少なくとも一方であって、前記照明光学系内あるいは前記投映レンズ系内の瞳位置またはその近傍の所定位置に設置され、該所定位置における有効光束径の大きさを調節可能な可変絞り機構を備えてなり、
前記画像モード切替手段は、前記可変絞り機構の作動を制御可能に構成され、前記画像モード切替が、前記第１画像モードに設定された場合には前記有効光束径が大きくなるように、前記第２画像モードに設定された場合には前記有効光束径が小さくなるように、前記可変絞り機構を作動せしめて画像モードの切替えを行なうものであり、
前記画像表示手段は、デジタル・マイクロミラー・デバイスからなり、
前記可変絞り機構は、円形の開口部が形成された壁部と、前記開口部の縁部の一部を該開口部の一方の側から覆う位置と該開口部を全開する位置との間を移動可能なように前記壁部に軸支され、かつ前記開口部の縁部の一部を該開口部の一方の側から覆う位置において、前記開口部を通過する光束の縁部を一部遮蔽するように構成された円弧状の絞り羽根と、を備えてなる、ことを特徴とするものである。
【００１２】
なお、前記冷却部は、前記可変絞り機構の基部下面に設けられた冷却フィンからなることが好ましい。
【００１４】
また、前記周辺環境の明るさを検知し、その検知結果に基づき前記画像モード切替の設定を行なう周辺環境検知手段を備えるように構成することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の投写型画像表示装置の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る投写型画像表示装置の概略構成を模式的に示す図である。図１に示すように、本実施形態に係る投写型画像表示装置１は、例えば、ビデオプロジェクタとして使用されるものであり、光源部２と、該光源部２の光軸方向前段部に配置された照明光学系３と、該照明光学系３の光軸方向前段部に配置された画像表示手段４と、該画像表示手段４の光軸方向前段部に配置された投映レンズ系５とを備えている。
【００１７】
照明光学系３は、光源部２からの光束（白色光束）をＲ、Ｇ、Ｂの３色に時分割で分解するカラーホイール３１と、色分解された光束の密度を均一化するロッドインテグレータ３２と、密度均一化された光束を中継するリレーレンズ３３とを備えている。さらに、照明光学系３は、リレーレンズ３３により中継された光束を反射する反射ミラー３４と、反射された光束を中継し画像表示手段４に向けて射出するリレーレンズ３５とを備えており、光源から入射した光束を、照明光に変換して画像表示手段４に向けて射出するように構成されている。
【００１８】
画像表示手段４は、例えば、ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）が用いられる。ＤＭＤは、基板上に極めて多数（約２３０万個）のミラー素子（矩形形状をなすアルミニウムの鏡）が配列されたミラー面を備えており、このミラー面を構成する各ミラー素子の反射方向を各々独立して２方向（挟角約２０゜）に切り替え得るように構成されている。この反射方向の切り替えは、各ミラー素子を画素としてＤＭＤに入力される画像信号（ビデオ信号）のオンオフ制御により行なわれ、この制御により画像表示手段４は、照明光学系３から入射した照明光を画像情報が担持された画像表示光に変換して、投映レンズ系５に向けて射出するように構成されている。
【００１９】
投映レンズ系５は、図示を省略しているが、鏡胴５１内において光軸上に直列的に配置された複数枚のレンズと、これら複数枚のレンズを光軸方向に移動させて焦点距離を変化させ、画像倍率等を変えることができるレンズ移動機構とを備えており、画像表示手段４から入射した画像表示光を画像投映面（スクリーン）に向けて投映するように構成されている。
【００２０】
また、投写型画像表示装置１は、照明光学系３内のリレーレンズ３５の後段位置に配置された第１の可変絞り機構６と、投映レンズ系５の鏡胴５１内の後端側に配置された第２の可変絞り機構７と、これら２つの可変絞り機構６、７の作動を制御して投映画像の画像モードを切り替える画像モード切替手段８とを備えている。
【００２１】
第１の可変絞り機構６の、より詳細な構成を図２に示す。同図（ａ）は正面図、
（ｂ）は側面図である。図２に示すように、第１の可変絞り機構６は、装置本体側に固定される基部６１と、該基部６１の一端から垂直に立ち上がる、該基部と一体に形成された壁部６２と、該壁部６２および基部６１に取り付けられた保持型ソレノイド６３とを備えている。
【００２２】
壁部６２の中央部には照明光が通過する円形の開口部６４が形成されており、該開口部６４の近傍には略円弧状に形成された絞り羽根６５が、その一端部に穿設されたピン孔６５ａが壁部６２に立設されたピン６６に係挿されることによって、回動可能に軸支されている。また、絞り羽根６５の他端部の近傍には、壁部６２に立設されたピン６７に回動可能に軸支されている揺動レバー６８が配置されている。絞り羽根６５の他端部には長孔６５ｂが穿設されており、該長孔６５ｂには、揺動レバー６８の一端部に形成された係合ピン６８ａが、長孔６５ｂ内を摺動可能に係合している。
【００２３】
保持型ソレノイド６３は、基部６１および壁部６２に固定された本体部６３ａと、制御信号に応じて該本体部６３ａに対し移動可能に構成されたロッド部６３ｂとを備えており、該ロッド部６３ｂの先端部には、揺動レバー６８の他端部に形成された保持ピン６８ｂが摺動可能に保持されている。
【００２４】
第１の可変絞り機構６は、照明光学系３において光束径の開口絞りとして機能するのに効果的な位置、例えば、照明光学系３内の入射瞳位置や射出瞳位置もしくはその近傍に設置される。開口部６４は設置位置における照明光の有効光束径と略同じ大きさの径に形成されており、開口部６４の中心が光軸に一致するように設置される。なお、前記基部６１の下面には冷却フィン６９が設けられており、照明光により熱せられ増大する第１の可変絞り機構６自体の熱量を放出するように構成されている。
【００２５】
このように構成された第１の可変絞り機構６は、画像モード切替手段８からの制御信号により保持型ソレノイド６３が駆動され、この保持型ソレノイド６３の駆動に応じて、揺動レバー６８および絞り羽根６５が連動し、絞り羽根６５が開口部６４の縁部の一部を覆う位置と開口部６４を全開する位置との間を移動する。絞り羽根６５が開口部６４の縁部の一部を覆うと、照明光の有効光束の縁部が一部遮蔽され、有効光束径が小さくなる。有効光束径が小さくなると、照明光の光量は低下するが、投映レンズ系５内に入射する光束が絞られて小さくなるので、投映レンズ系５の鏡胴５１の内面で発生する散乱光等が減少し、有害光が低減される。有害光が低減されることによって、投映画像のコントラストは高まることになる。また、第１の可変絞り機構６によって照明系３内で有効光束径を小さくしておけば、投映レンズ系５内の第２の可変絞り機構７にあたる光量が減少するため、投映レンズ系５内の温度上昇を抑制することが可能となる。
【００２６】
第２の可変絞り機構７は、図示は省略するが、第１の可変絞り機構６と略同様の構成を有しており、投映レンズ系５内において光束径の開口絞りとして機能するのに効果的な位置、例えば、投映レンズ系５内の入射瞳位置や射出瞳位置もしくはその近傍に設置される。なお、第２の可変絞り機構７は、投映レンズ系５内ではなく、その外部近傍位置に設置するようにしてもよい。
【００２７】
第２の可変絞り機構７は、第１の可変絞り機構６と同様に、画像モード切替手段８からの制御信号により駆動され、画像表示光の有効光束径の大きさを変化させる。有効光束径を小さくすると、画像表示光の光量は低下するが、有効光束径内の画像表示光には、画像表示手段４等で生じた回折光などの有害光が含まれており、有効光束径を小さくすると、この有害光が低減される。有害光を低減することによって、投映画像のコントラストは高まることになる。また、有効光束径が小さくなると、投映レンズ系５内の光束が絞られて小さくなるので、投映レンズ系５の鏡胴５１の内面で発生する散乱光等が減少し、有害光が低減される。
【００２８】
一方、上述した第１および第２の可変絞り機構６、７の作動を制御する画像モード切替手段８は、図１に示すように、ソレノイド駆動回路８１を備えており、このソレノイド駆動回路８１は、装置筐体１１の外部に設置された画像モード切替スイッチ９に接続されている。
【００２９】
この画像モード切替スイッチ９は、例えば、明るい部屋での観賞に適した第１画像モード（高輝度モード）と、暗い部屋での観賞に適した第２画像モード（シネマモード）との切替を、ユーザが適宜選択して手動操作により行なうように構成される。画像モード切替スイッチ９がオフ状態とされて第１画像モードが選択された場合は、ソレノイド駆動回路８１からの制御信号により、第１および第２の可変絞り機構６、７が駆動され、第１の可変絞り機構６により照明光の有効光束径が大なる状態とされ、同様に第２の可変絞り機構７により画像表示光の有効光束径が大なる状態とされる。一方、画像モード切替スイッチ９がオン状態とされて第２画像モードが選択された場合は、画像モード切替手段８のソレノイド駆動回路８１からの制御信号により、第１および第２の可変絞り機構６、７が駆動され、照明光および画像表示光の有効光束径がそれぞれ小なる状態とされる。
【００３０】
なお、画像モードの切替えを手動操作により行なうのではなく、周辺環境の明るさを検知する光センサを設け、該光センサの検知結果に基づき画像モード切替スイッチ９を自動的に切り替えて行なうように構成してもよい。その場合、例えば、部屋の明るさに関して切替基準となる所定の閾値を設定しておき、部屋の明るさがこの閾値を超える場合は第１画像モードが選択されるように、この閾値以下の場合は第２画像モードが選択されるように、画像モード切替スイッチ９を自動的に切り替え得るよう構成すればよい。
【００３１】
次に、上述した如く構成された投写型画像表示装置１の作用を説明する。
まず、ユーザにより画像モード切替スイッチ９がオフ状態とされ、明るい部屋での観賞に適した第１画像モードが選択された場合、ソレノイド駆動回路８１からの制御信号により、第１および第２の可変絞り機構６、７が駆動され、第１の可変絞り機構６は照明光の有効光束径を大にする状態とされ、同様に第２の可変絞り機構７は画像表示光の有効光束径を大にする状態とされる。
【００３２】
光源部２から照明光学系３に入射した白色光は、カラーホイール３１によって時分割に色分解された後、ロッドインテグレータ３２によって密度を均一化され、さらにリレーレンズ３３、反射ミラー３４を経て第１の可変絞り機構６を通過する。第１の可変絞り機構６はその開口部６４が遮蔽されていない状態にあり、照明光は有効光束径が大なる状態、すなわち光量が大なる状態で第１の可変絞り機構６を通過し、リレーレンズ３５を経て照明光学系３から画像表示手段４に向けて射出される。
【００３３】
照明光学系３から射出され画像表示手段４に入射した照明光は、画像表示手段４において画像情報が担持された画像表示光に変換された後、投映レンズ系５に向けて射出される。画像表示手段４から射出され投映レンズ系５に入射した画像表示光は、第２の可変絞り機構７を通過する。第２の可変絞り機構７はその開口部が遮蔽されていない状態にあり、画像表示光は有効光束径が大なる状態、すなわち光量が大なる状態で第２の可変絞り機構７を通過し、鏡胴５１内のレンズ群を経て投映レンズ系５から画像投映面（スクリーン）に向けて、明るい部屋での観賞に適した高輝度な投映画像（例えば、光量1000ルーメン、コントラスト500：１）として投映される。
【００３４】
一方、ユーザにより画像モード切替スイッチ９がオン状態とされ、暗い部屋での観賞に適した第２画像モードが選択された場合、ソレノイド駆動回路８１からの制御信号により、第１および第２の可変絞り機構６、７が駆動され、第１の可変絞り機構６は照明光の有効光束径を小にする状態とされ、第２の可変絞り機構７は画像表示光の有効光束径を小にする状態とされる。
【００３５】
光源部２から照明光学系３に入射した白色光は、カラーホイール３１によって時分割に色分解された後、ロッドインテグレータ３２に密度を均一化され、さらにリレーレンズ３３、反射ミラー３４を経て第１の可変絞り機構６を通過する。第１の可変絞り機構６はその開口部６４の縁部の一部が遮蔽された状態にあり、照明光は有効光束径が小なる状態、すなわち光量は低下するが投映レンズ系５内に入射する光束が絞られて投映レンズ系５の鏡胴５１の内面で発生する散乱光等を減少させることができる状態で第１の可変絞り機構６を通過し、リレーレンズ３５を経て照明光学系３から画像表示手段４に向けて射出される。
【００３６】
照明光学系３から射出され画像表示手段４に入射した照明光は、画像表示手段４において画像情報が担持された画像表示光に変換された後、投映レンズ系５に向けて射出される。画像表示手段４から射出され投映レンズ系５に入射した画像表示光は、第２の可変絞り機構７を通過する。第２の可変絞り機構７はその開口部の縁部の一部が遮蔽された状態にあり、画像表示光は有効光束径が小なる状態、すなわち光量は低下するが画像表示手段４等で生じた回折光などの有害光が低減された状態で第２の可変絞り機構７を通過し、鏡胴５１内のレンズ群を経て投映レンズ系５から画像投映面（スクリーン）に向けて、暗い部屋での観賞に適した低輝度でコントラストが高い投映画像（例えば、光量600ルーメン、コントラスト1000：１）として投映される。
【００３７】
以上、本発明の一実施形態に係る投写型画像表示装置を説明したが、本発明の投写型画像表示装置は上記実施形態のものに限られるものではなく、種々の態様の変更が可能である。
【００３８】
例えば、上記実施形態装置では、周辺環境の明暗を明るい場合と暗い場合との２段階に分け、その明暗に応じた画像モードの切替えも２段階に設定されているが、周辺環境の明暗の分け方をより多段階に設定することによって、周辺環境の明暗に応じた画像モードをより多段階に設定するようにしてもよい。
【００３９】
また、可変絞り機構は、照明光学系と投映レンズ系とのうちどちらか一方にのみ設置するようにしてもよい。
さらに、上記実施形態装置では、可変絞り機構が絞り羽根を１枚備えた構成とされているが、光学系との関係によっては、２枚あるいはより多くの絞り羽根を備えた構成とすることも考えられる。
【００４０】
また、本発明の投写型画像表示装置で用いられる画像表示手段としては上述したＤＭＤの他、ＦＬＣ素子等の反射型液晶表示パネルや透過型液晶表示パネルを用いることも可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の投写型画像表示装置によれば、照明光学系内から前記投映レンズ系内までの光路の所定位置において有効光束径の大きさを調節可能な可変絞り機構と、この可変絞り機構の作動を制御する画像モード切替手段を備え、有効光束径の大小を切り替えることにより画像モードの切替えを行なうようにしている。
【００４２】
このため、暗い周辺環境下での観賞に適した画像モードに切り替える場合は、可変絞り機構により有効光束径を小さくすることにより、通過する光束の光量を低下させることで投映画像の明るさを低下させつつ、投映光学系内の散乱光等を低減させること、もしくは有効光束径の縁部に含まれた有害光を除去することで投映画像のコントラストを高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る投写型画像表示装置の概略構成を模式的に示す図
【図２】図１に示す第１の可変絞り機構の詳細構成を示す正面図および側面図
【符号の説明】
１ 投写型画像表示装置
２ 光源部
３ 照明光学系
４ 画像表示手段
５ 投映レンズ系
６ 第１の可変絞り機構
７ 第２の可変絞り機構
８ 画像モード切替手段
９ 画像モード切替スイッチ
１１ 装置筐体
３１ カラーホイール
３２ ロッドインテグレータ
３３、３５ リレーレンズ
３４ 反射ミラー
５１ 鏡胴
６１ 基部
６２ 壁部
６３ 保持型ソレノイド
６３ａ 本体部
６３ｂ ロッド部
６４ 開口部
６５ 絞り羽根
６５ａ ピン孔
６５ｂ 長孔
６６、６７ ピン
６８ 揺動レバー
６８ａ 係合ピン
６８ｂ 保持ピン
６９ 冷却フィン

Claims (3)

1. 光源部と、該光源部からの光を所定の照明光として出力する照明光学系と、該照明光学系からの前記照明光を、画像情報を担持した画像表示光に変換して出力する画像表示手段と、該画像表示手段からの前記画像表示光を射出して、画像投映面上に画像を投映する投映レンズ系と、画像モード切替の設定に応じ、明るい周辺環境下での投映に適した第１画像モードと暗い周辺環境下での投映に適した第２画像モードとの切替えを行なう画像モード切替手段とを備えた投写型画像表示装置において、
   前記照明光学系内または前記投映レンズ系内の光路上の少なくとも一方であって、前記照明光学系内あるいは前記投映レンズ系内の瞳位置またはその近傍の所定位置に設置され、該所定位置における有効光束径の大きさを調節可能な可変絞り機構を備えてなり、
   前記可変絞り機構は、該可変絞り機構自体を冷却する冷却部を備えてなり、
   前記画像モード切替手段は、前記可変絞り機構の作動を制御可能に構成され、前記画像モード切替が、前記第１画像モードに設定された場合には前記有効光束径が大きくなるように、前記第２画像モードに設定された場合には前記有効光束径が小さくなるように、前記可変絞り機構を作動せしめて画像モードの切替えを行なうものであり、
   前記画像表示手段は、デジタル・マイクロミラー・デバイスからなり、
   前記可変絞り機構は、円形の開口部が形成された壁部と、前記開口部の縁部の一部を該開口部の一方の側から覆う位置と該開口部を全開する位置との間を移動可能なように前記壁部に軸支され、かつ前記開口部の縁部の一部を該開口部の一方の側から覆う位置において、前記開口部を通過する光束の縁部を一部遮蔽するように構成された円弧状の絞り羽根と、を備えてなる、ことを特徴とする投写型画像表示装置。
2. 前記冷却部は、前記可変絞り機構の基部下面に設けられた冷却フィンからなることを特徴とする請求項１記載の投写型画像表示装置。
3. 前記周辺環境の明るさを検知し、その検知結果に基づき前記画像モード切替の設定を行なう周辺環境検知手段を備えてなることを特徴とする請求項１または２記載の投写型画像表示装置。

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