JP2007212852A

JP2007212852A - 表示装置

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Publication number: JP2007212852A
Application number: JP2006033826A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Harada; 茂樹原田; Taichiro Tamida; 太一郎民田; Akihiko Iwata; 明彦岩田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-02-10
Filing date: 2006-02-10
Publication date: 2007-08-23
Also published as: US7438420B2; US20070200955A1

Abstract

【課題】ＨＩＤランプの光量を変化させてコントラスト比を改善する場合でも、光源であるランプの寿命が短くならない受動型光変調方式の表示装置を得る。
【解決手段】映像データを数値化した輝度データに基づいて、所定の温度範囲に収まるように光源の温度を調整する光源温度調整手段と、光源から放射された光を受光し、光を映像データに応じて変調して映像表示を行う光変調デバイスと、輝度データに応じて光源へ入力する電力を制御して光変調デバイスに入射される光の光量を調整する光源点灯手段とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、光源の光量が可変である受動型光変調方式の表示装置に関する。

従来の受動型光変調方式の表示装置は、ＬＣＤ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）、ＤＭＤ（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）などの光変調デバイスを用いて、光源から放射される光を外部から入力された映像データに応じて変調し、映像表示を行う。受動型光変調方式の表示装置は、光変調デバイスの透過率または反射率を調整することによって、映像データを階調表示する。このような表示装置では、光変調デバイスの光変調の直線性が良くない事、光変調デバイスへの迷光などによって、最大輝度と最小輝度との比であるコントラスト比が悪くなり、映像データ本来の階調が表現できない。

このため、光変調デバイスへ入射される光の強度（光量）を調整してコントラスト比を向上させている。例えば、入力された映像データの特徴に応じて光源の光量を調整する方法がある。映像データの特徴としてピーク輝度を検出し、ピーク輝度が高ければ光源の強度を上げ、ピーク輝度が低ければ光源の強度を下げることによって、コントラスト比を向上させている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。また、映像データの特徴として平均輝度を検出し、平均輝度が高ければ光源の強度を上げ、平均輝度が低ければ光源の強度を下げることによって、コントラスト比を向上させている（例えば、特許文献３および特許文献４参照）。このような方法は、バックライトに冷陰極管型蛍光灯やＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｓｓｉｏｎＤｉｏｄｅ）を用いた直視型液晶ディスプレイで用いられている。

特開昭６２−１９８３５号公報（第４頁、第１図）特開平６−１６０８１１号公報（第２頁、第１図）特開平５−６６５０１号公報（第３頁、第１図）米国特許第５７１７４２２号（第１５頁、第８図）

従来の受動型光変調方式の表示装置では、光源としてメタルハライドランプ、超高圧水銀ランプなどのＨＩＤ（ＨｉｇｈＩｎｔｅｎｓｉｔｙＤｉｓｃｈａｒｇｅ）ランプが用いられている。ＨＩＤランプでは、電極材としてタングステンが用いられている。ランプ点灯時には、アーク放電の熱によるタングステンの消耗を軽減するために、ハロゲンサイクルが利用されている。ハロゲンサイクルを適正に運転するためには、ランプのバルブ内壁の温度を適正な温度範囲に保つ必要がある。しかしながら、映像データの特徴に基づいて光源の光量を調整する場合に、ランプに入力する電力によって光源の光量を調整すると、バルブ内壁の温度も電力に応じて大きく変動する。そして、バルブの内壁の温度が適正な温度範囲から外れた場合には、ハロゲンサイクルが適正に運転されず、ランプの寿命が短くなるという問題点があった。

また、ＨＩＤランプの放射光の分光分布特性は、バルブ内物質の圧力に大きく依存している。バルブ内物質の圧力は、バルブ内温度に依存している。このため、バルブ内温度が適正な温度範囲から外れた場合には、放射光の分光分布が変わり、ランプの色温度、色度などの色特性が変化する問題点があった。さらに、ＨＩＤランプの放電のインピーダンスは、バルブ内圧力およびバルブ内温度に依存している。このため、バルブ内温度が適正な温度範囲から外れた場合には、放電のインピーダンスが変わり、電極への負荷が変わるので、ランプの寿命が短くなるという問題点があった。また、バルブの内壁の温度が適正な温度範囲に収まるようにランプの適正な運転を行う場合には、光源の光量を大きく変化させることはできない。このため、コントラスト比を大きく向上させることができないという問題点があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、入力された映像データの特徴に応じて光源の光量を調整して高コントラスト化を実現する場合でも、ランプの適正な運転を行うことができ、ランプの寿命が長い受動型光変調方式の表示装置を得るものである。また、光変調デバイスへ入射される光の光量を調整して、コントラスト比が向上する受動型光変調方式の表示装置を得るものである。

この発明に係る表示装置は、映像データを入力する映像データ入力手段と、映像データに基づいて数値化された輝度データを出力する輝度情報検出手段と、光源と、所定の温度範囲に収まるように光源の温度を輝度データに応じて調整する光源温度調整手段と、光源から放射された光を受光し、光を映像データに応じて変調して映像表示を行う光変調デバイスと、輝度データに応じて光源へ入力する電力を制御して光変調デバイスに入射される光の光量を調整する光源点灯手段とを備えたものである。

また、この発明に係る表示装置は、映像データを入力する映像データ入力手段と、映像データに基づいて数値化された輝度データを出力する輝度情報検出手段と、光源と、光源の温度を検出する温度検出手段と、所定の温度範囲に収まるように光源の温度を調整する光源温度調整手段と、光源から放射される光を受光し、光を映像データに応じて変調して映像表示を行う光変調デバイスとを備え、輝度データに応じて光源へ入力する電力を制御して光変調デバイスに入射される光の光量を調整する光源点灯手段とを備えたものである。

この発明に係る表示装置は、映像データを入力する映像データ入力手段と、映像データに基づいて数値化された輝度データを出力する輝度情報検出手段と、光源と、所定の温度範囲に収まるように光源の温度を輝度データに応じて調整する光源温度調整手段と、光源から放射された光を受光し、光を映像データに応じて変調して映像表示を行う光変調デバイスと、輝度データに応じて光源へ入力する電力を制御して光変調デバイスに入射される光の光量を調整する光源点灯手段とを備えたので、コントラスト比が向上し、ランプの寿命が長い受動型光変調方式の表示装置を得ることができる。

また、この発明に係る表示装置は、映像データを入力する映像データ入力手段と、映像データに基づいて数値化された輝度データを出力する輝度情報検出手段と、光源と、光源の温度を検出する温度検出手段と、所定の温度範囲に収まるように光源の温度を調整する光源温度調整手段と、光源から放射される光を受光し、光を映像データに応じて変調して映像表示を行う光変調デバイスとを備え、輝度データに応じて光源へ入力する電力を制御して光変調デバイスに入射される光の光量を調整する光源点灯手段とを備えたので、コントラスト比が向上し、ランプの寿命が長い受動型光変調方式の表示装置を得ることができる。

実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１における受動型光変調方式の表示装置のシステム図である。本実施の形態において、受動型光変調方式の表示装置は、光変調デバイスとしてＤＭＤを用いたプロジェクションディスプレイである。図１において、この表示装置のシステムは、主に信号処理部、光源部、光源冷却部および光学構造部に大別される。映像データは映像データ入力手段である映像入力部１から入力される。

信号処理部は、輝度情報検出回路２および映像信号変調回路３によって構成される。輝度情報検出回路２は、入力された映像データ（映像信号）に基づいて輝度情報の特徴を数値化し、輝度データとして出力する。輝度情報検出回路２で数値化された輝度データは、平均輝度でもよいし、ピーク輝度でもよい。また、他のアルゴリズムを用いて得られた輝度情報の特徴を用いてもよい。コントラスト比は、表示される画面の最大輝度と最小輝度との比で示され、明るい映像はより明るく、暗い映像はより暗くすることによって改善することができる。映像信号変調回路３は、輝度情報検出回路２によって数値化された輝度データによって、元の映像信号を変調して駆動電圧を作り、光変調デバイスであるＤＭＤ１０へ出力する。

光源部は、光源点灯手段であるランプ点灯回路４および光源であるランプ５によって構成される。ランプ点灯回路４は、数値化された輝度データを輝度情報検出回路２から入力し、輝度データに基づいてランプ５へ出力する電力を制御する。ランプ５は、ＨＩＤランプの一つである超高圧水銀ランプであり、可視光線１３を放出する。

光源冷却部は、ファン入力コントローラ６およびファン７によって構成される。ファン７からの送風１４によってランプ５を冷却し、ランプ５の温度を安定させることができる。ファン入力コントローラ６は、輝度情報検出回路２で数値化された輝度データに基づいてファン７に入力するＤＣ電圧を制御し、ファン７の回転速度を変化させる。ファン入力コントローラ６には、シリースレギュレータまたはスイッチングレギュレータを用いてもよい。

光学構造部は、カラーホイール８、照明光学系９、光変調デバイスであるＤＭＤ１０、投射光学系１１およびスクリーン１２によって構成される。ランプ５から放射された光は、カラーホイール８によって順次、赤、緑、青の波長の光に時間的に分別される。分別された光は、照明光学系９によってＤＭＤ１０の形状および大きさに合わせて整形され、ＤＭＤ１０へ投射される。ＤＭＤ１０は、半導体基板上に二次元に配列された複数のマイクロミラー素子で構成される。ＤＭＤ１０は、映像信号変調回路３からの映像データに基づく入力信号に応じて、各々のマイクロミラー素子の傾きを変えることによって光の変調を行う。ＤＭＤ１０で光学的に変調された光は、投射光学系１１によってスクリーン１２に投射され、観察者に観察可能な映像として映し出される。つまり、ＤＭＤ１０は、光源であるランプ５から放射された光を受光し、光を映像データに応じて変調して映像表示を行うものである。

輝度情報検出回路２で数値化された輝度データに基づいて、ＤＭＤ１０に入射される光の光量を決めることができる。ランプ５へ入力する電力を大きくすると、ランプ５から放射される光の光量が大きくなり、輝度を高くすることができる。このため、輝度データに応じてランプ５へ入力する電力を変化させることによって、所望の光量をＤＭＤ１０に入射させることができる。つまり、ランプ点灯回路４は、輝度データに応じて光源であるランプ５へ入力する電力を制御して光変調デバイスであるＤＭＤ１０に入射される光の光量を調整する光源点灯手段である。

図２は実施の形態１におけるランプ５（超高圧水銀ランプ）の断面図である。ランプ５は、バルブ２１およびリフレクタ２２によって構成される。バルブ２１はタングステンの電極と、内部に水銀およびハロゲン化金属が封入された放電空間とによって構成される。バルブ２１のうちのバルブトップ２７は、バルブ２１中央の頂部の外壁部のことである。封着剤２３は、バルブ２１とリフレクタ２２とを封止するものである。電極２５ａ，２５ｂは、バルブ２１に電圧を印加するためのものである。バルブ２１内のアーク放電によって放出された可視光線は、リフレクタ２２によって反射され、前面ガラス２４を通して、ランプ５の光軸２６上の一点に集光され、光学構造部を透過して映像となる。

図３は実施の形態１におけるランプ点灯回路の回路図である。ランプ点灯回路４は、ＤＣ電源３１、ＤＣＤＣコンバータ３２、インバータ３３、イグナイタ３４およびコントロールユニット３５によって構成される。ＤＣＤＣコンバータ３２は、チョッパ式降圧コンバータであり、スイッチ３２ａ，ダイオード３２ｂ，コイル３２ｃおよびコンデンサ３２ｄによって構成される。ＤＣＤＣコンバータ３２は、ＤＣ電源３１から印加されたＤＣ電圧Ｖｉｎを所定のＤＣ電圧Ｖｂへ変換する。ＤＣ電圧Ｖｉｎは、商用ＡＣ電圧が全波整流された後に昇圧されたＤＣ電圧である。

インバータ３３は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４によって構成されたフルブリッジインバータである。インバータ３３は、ＤＣＤＣコンバータ３２によって変換されたＤＣ電圧Ｖｂを交流矩形波に変換し、交流矩形波電圧をランプ５の電極２５ａ，２５ｂの両端に印加する。イグナイタ３４は、ランプ５の初期始動を行うために、インバータ３３とランプ５との間に接続されている。イグナイタ３４は、ランプ５の初期始動時にランプ５が絶縁破壊可能な電圧をランプ５の電極２５ａ，２５ｂの両端に印加する。コントロールユニット３５は、ＤＣ電圧Ｖｂと電流Ｉｂとを検出し、検出された電圧Ｖｂと電流Ｉｂとによって、検出時にランプ５で消費されている電力を計算する。また、コントロールユニット３５は、輝度情報検出回路２で数値化された輝度データに基づいてランプ５へ入力する目標電力を決定し、検出時の電力と目標電力との差がなくなるように、ＤＣＤＣコンバータ３２のスイッチ３２ａの周波数およびデューティを制御する。

このような表示装置において、輝度データに基づいてランプ５へ入力する電力（ランプ電力）を変化させる際には、ランプ５のハロゲンサイクルが適正に運転されるように、ランプ５の温度を適正な温度範囲に収めなければならない。このため、バルブ２１の内壁の温度を適切な温度範囲に設定する必要がある。バルブ２１の内壁の温度を容易に測定することができないので、その代わりにバルブトップ２７の温度（バルブトップ温度）を指針とすることがランプメーカから奨励されている。例えば、測定に用いた超高圧水銀ランプの場合では、バルブトップ温度が適正である所定の温度範囲は、定格１５０Ｗにおいて９３０〜９７０℃である。

ランプ電力を変化させながらバルブトップ温度を安定させるために、ファン７によってランプ５を冷却する方法がある。ランプ５の冷却性能は、ファン７のＤＣ電圧（ファン電圧）に依存する。図４はランプ電力に対応したファン電圧とバルブトップ温度との関係の一例を示すグラフである。図４において、ランプ点灯回路４の制御によって、ランプ電力を１５０Ｗから１１０Ｗまで変化させている。図４から、ランプ電力が変わっても、ファン電圧を適切に選ぶことによって、バルブトップ温度を所定の温度範囲に収められることがわかる。

例えば、ランプ電力の変化に対してファン電圧を図４のＡのように変化させることによって、バルブトップ温度を９５０℃に保つことができる。また、ランプ電力の変化に対してファン電圧を図４のＢのように変化させることによって、バルブトップ温度を９３０〜９７０℃の温度範囲に収めることができる。つまり、ファン入力コントローラ６およびファン７は、所定の温度範囲に収まるように光源の温度であるバルブトップ温度を輝度データに応じて調整する光源温度調整手段である。このように、バルブトップ温度を適正な温度範囲に収めながら、ランプ電力を大きく変化させることができるので、ランプ５の寿命を短くすることなく、コントラスト比を高くすることができる。

以上のような構成によって、ＨＩＤランプを用いた受動型光変調方式の表示装置において、ランプ５へ入力する電力を制御してＤＭＤ１０に入射させる光量を変化させた場合でも、ハロゲンサイクルが適正運転できる温度範囲にランプ５の温度であるバルブトップ温度を収めることができるので、コントラスト比が高く、ランプの寿命が長い受動型光変調方式の表示装置を得ることができる。

実施の形態２．
図５は、この発明を実施するための実施の形態２における受動型光変調方式の表示装置のシステム図である。図５において、光源冷却部にモータ１５およびモータ入力コントローラ１６を備えている点で実施の形態１と異なっている。図５において、図１と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することである。また、明細書全文に表れている構成要素の形容は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。

本実施の形態において、光源冷却部は、ファン７、カラーホイール８、モータ１５およびモータ入力コントローラ１６によって構成される。モータ入力コントローラ１６は、輝度情報検出回路２で数値化された輝度データに基づきモータ１５を制御して、動力１７を伝達し、カラーホイール８の回転軸の角度を制御する。モータ１５およびモータ入力コントローラ１６は、光源温度調整手段である。

図６は実施の形態２におけるランプ５およびカラーホイール８の断面図である。モータ１５によってカラーホイール８の回転軸を傾けることで、ランプ５の光軸２６に対するカラーホイールの傾き２８を０°〜１０°の範囲で動的に変えることができる。ランプ５からの光がカラーホイール８によって反射されてバルブ２１に戻り、バルブ２１の温度を上昇させている。このため、カラーホイールの傾き２８を変えて、バルブ２１に戻る光の光量を変えることによって、バルブ２１の温度が調整される。つまり、モータ１５およびモータ入力コントローラ１６は、ランプ５から放射される光をランプ５へ反射するカラーホイール８の傾き２８を制御している。

図７はランプ電力に対応した光軸２６に対するカラーホイール８の回転軸の角度とバルブトップ温度との関係の一例を示すグラフである。ランプ５は実施の形態１と同じもので、バルブトップ温度が適正である所定の温度範囲は、定格１５０Ｗにおいて９３０〜９７０℃である。ランプ点灯回路４の制御によって、ランプ電力を１５０Ｗから１１０Ｗまで変化させている。図７から、ランプ電力が変わっても、カラーホイールの回転軸の角度を適切に選ぶことによって、バルブトップ温度を所定の温度範囲に収められることが示されている。ランプ電力の変化に対してカラーホイールの回転軸の角度を図７のＣのように変化させることによって、バルブトップ温度を９５０℃に保つことができる。また、ランプ電力の変化に対してカラーホイールの回転軸の角度を図７のＤのように変化させることによって、バルブトップ温度を９３０〜９７０℃の温度範囲に収めることができる。

図８は、この発明を実施するための実施の形態２における受動型光変調方式の表示装置の別のシステム図である。ファン７からの送風１４によってバルブトップ温度を調整する方法とカラーホイール８の傾きを制御してバルブトップ温度を調整する方法とを組合せたものである。ファン電圧とカラーホイールの回転軸の角度とは、各々独立して制御することができるので、バルブトップ温度を独立して制御することができる。このため、２つの方法を併用することによって、バルブトップ温度を所定の温度範囲内に保ちながら、ランプ電力を大きく変化させることが可能となり、光量をより広い範囲で変えることができるので、コントラスト比を更に改善することができる。

実施の形態３．
図９は、この発明を実施するための実施の形態３における受動型光変調方式の表示装置のシステム図である。図９において、熱源であるハロゲンヒータ４１およびヒータ入力コントローラ４２を備えている点で実施の形態１と異なっている。加熱部は、ハロゲンヒータ４１およびヒータ入力コントローラ４２によって構成される。輝度データに応じてランプ５へ入力する電力を小さくした場合には、ランプ５の温度であるバルブトップ温度が所定の適正温度範囲を下回る場合がある。そこで、本実施の形態では、ランプ５とは別の発熱源としてハロゲンヒータ４１を設け、ランプ５を加熱する。

輝度情報検出回路２で数値化された輝度データに基づいて決められた設定値をヒータ入力コントローラ４２に入力し、ハロゲンヒータ４１の発熱量を調整する。ハロゲンヒータ４１は、熱を赤外線放射４３で伝達するので、赤外線の焦点をバルブ２１に合わせることによって、バルブトップ温度を上昇させることができる。ハロゲンヒータ４１を用いた場合には、ランプ５のリフレクタ２２内の光路に構造物を置く必要がないので、リフレクタ２２を介してランプ５から取り出される光量が低下しない。

発熱源として抵抗加熱方式のヒータまたはＩＨ（ＩｎｄｕｃｔｉｏｎＨｅａｔｉｎｇ）方式のヒータを用いて、バルブ２１の石英または電極を加熱しても、ハロゲンヒータ４１を用いて加熱する場合と同様な効果が得られる。しかしながら、ランプ５のリフレクタ２２内の光路に構造物を置くことになるので、リフレクタ２２を介してランプ５から取り出される光量が低下する。

なお、熱源によってバルブトップ２７を加熱する方法に、ファン７からの送風１４によってバルブトップ温度を調整する方法またはカラーホイール８の傾きを制御してバルブトップ温度を調整する方法を組合せて、ハロゲンサイクルが適正運転できる温度範囲にバルブトップ温度を収める制御を行ってもよい。

以上のような構成によって、輝度データに応じてランプ５へ入力する電力を小さくした場合でも、ハロゲンヒータ４１によってバルブ２１を加熱できるので、ハロゲンサイクルが適正運転できる温度範囲にバルブトップ温度を収めることができるので、コントラスト比が高く、ランプの寿命が長い受動型光変調方式の表示装置を得ることができる。

実施の形態４．
図１０は、この発明を実施するための実施の形態４における受動型光変調方式の表示装置のシステム図である。図１０において、温度検出手段である温度センサー４４を備えている点で実施の形態１と異なっている。実施の形態１〜３では、輝度情報検出回路２で数値化された輝度データに基づいてランプ電力を制御する際に、ランプ５のバルブトップ２７の冷却、加熱の制御を行っており、オープンループ制御になっている。このため、実際にバルブトップ温度が適正な温度範囲に収まっているかどうかを正確に判断していない。そこで、本実施の形態では、バルブトップ温度を測定し、バルブトップ温度が適正な温度範囲内に収まっているかどうかを確認して、バルブトップ温度の制御を行う。

図１０において、ランプ５のバルブトップ温度を測定する温度センサー４４を設置しており、バルブトップ２７の温度情報４５を冷却部、加熱部（図示せず）へ直接フィードバックする。このため、温度センサー４４で得られた温度情報４５に基づいてバルブトップ温度が所定の温度範囲に収まるように、光源温度調整手段であるファン７よってランプ５の温度であるバルブトップ温度を調整する。ランプ電力を制御する際に、温度センサー４４で得られた温度情報４５に基づいてランプ５のバルブトップ２７の冷却、加熱の制御を行っており、クローズドループ制御になっている。

温度センサー４４として、非接触の放射温度計を用いることによって、ランプ５のリフレクタ２２内の光路に構造物を置く必要がないので、リフレクタ２２を介してランプ５から取り出される光量が低下しない。また、温度センサー４４によって、バルブトップ温度を推定できるリフレクタ２２の外部または電極端子１９ａ，１９ｂなどランプ５の他の場所の温度を測定してもよい。直接バルブトップ温度を測定する場合に比べて、温度検出の精度が劣るもののクローズドループ制御を用いることによって、精度よく温度調整を行うことができる。温度センサー４４として、接触型のクロメル・アルメル熱電対を用いてもよい。しかしながら、ランプ５のリフレクタ２２内の光路に構造物を置くことになるので、リフレクタ２２を介してランプ５から取り出される光量が低下する。

なお、温度センサー４４で得られた温度情報に基づいて、熱源によってバルブトップ２７を加熱する方法、ファン７からの送風１４によってバルブトップ２７を冷却する方法、およびカラーホイール８の傾きを制御してバルブトップ２７を冷却する方法を組合せて、ハロゲンサイクルが適正運転できる温度範囲にバルブトップ温度を収める制御を行ってもよい。

以上のような構成によって、温度センサー４４で得られた温度情報４５に基づいてバルブトップ２７の冷却、加熱を行い、ハロゲンサイクルが適正運転できる温度範囲にバルブトップ温度を収めることができるので、コントラスト比が高く、ランプの寿命が長い受動型光変調方式の表示装置を得ることができる。

実施の形態５．
図１１は、この発明を実施するための実施の形態５における受動型光変調方式の表示装置のシステム図である。図１１において、光量絞り手段であるアイリス絞り４６を備えている点で実施の形態１と異なっている。ランプ電力の制御によって光量を調整する場合には、ランプ寿命が短くなるのでランプ電力を広範囲に変化させることができない。また、ランプ電力を下げすぎると放電を持続することができないこともある。このため、光量絞り手段を用いて光量を広範囲に変化させることが有効である。

ＤＭＤ１０へ入力する光量を調整するために、ランプ５自体から放射される光の光量を調整する方法の他に、ランプ５とＤＭＤ１０との間に光量を調整する光量絞り手段を設ける方法がある。光量絞り手段としては、アイリス絞り４６のようにアパーチャの大きさを機械的に変える手段、液晶のように電気的に透過量を変えるデバイスを用いる手段、透過率の異なるＮＤ（ＮｅｕｔｒａｌＤｅｎｓｉｔｙ）フィルタを機械的に取替えて透過量を変える手段などがある。光量絞り手段は、光量の透過量を０％から１００％まで調整可能であり、調光範囲が広い。

本実施の形態では、光量絞り手段としてアイリス絞り４６を設けているが、ランプ５の制御から独立して、光量を広範囲の調整をできるので、ランプの寿命を短くすることなく、高コントラスト化を実現できる。アイリス絞り４６は、光源であるランプ５と光変調デバイスであるＤＭＤ１０との間に設けられ、ランプ５から放射された光の透過量を変化させて光量を調整する光量制御手段である。一方、光量絞り手段を用いて光量を減少させた場合には、光量絞り手段を透過しない光は映像に利用いられないため、表示装置としての発光効率は低下する。また、光量絞り手段を透過しない光は装置内で熱に変わるため、装置の温度が上昇する。

図１２は、実施の形態５における光変調デバイスへの光量とランプ電力およびアイリス絞り４６の開口率との関係を示すグラフである。光量を広範囲に調整して高コントラスト化するためには、アイリス絞り４６のような光量絞り手段を用いる。ランプ電力を小さくして表示装置の発光効率を高くするためには、ランプ５自体から放射される光の光量を調整する。そこで、これらの方法を組合せることで、高コントラスト比と高発光効率とが同時に得られる。図１２において、横軸は光変調デバイスへの光量の相対値であり、縦軸左はランプ電力、縦軸右はアイリス絞り４６の開口率である。また、実線はランプ電力に依存した光量の変化を示し、破線はアイリス絞り４６の開口率に依存した光量の変化を示している。光量は、ランプ電力またはアイリス絞り４６の開口率にほぼ比例して調整できる。ランプ電力およびアイリス絞り４６の開口率は、それぞれ独立して制御できる。

図１２に示すように、光変調デバイスへ大きな光量を入射させる場合には、ランプ電力の制御によって光量を調整する。例えば、ランプ電力を１３０Ｗ〜１５０Ｗの範囲で調整することによって、光量を０．８７〜１の範囲で変化させることができ、高コントラスト化を実現できる。輝度データに応じてランプ電力を１３０Ｗ〜１５０Ｗの範囲で制御し、ファン７からの送風１４によってバルブトップ２７を冷却することによって、ハロゲンサイクルを適正運転できる温度範囲にバルブトップ温度を収めることができる。光量を０．８７以下に調整する場合には、アイリス絞り４６の開口率を制御することによって対応でき、光量を０〜０．８７の範囲で変化させることができる。この際、ランプ電力を１３０Ｗに設定する。これによって、コントラスト比を大幅に向上させることができる。図１２における、ランプ電力に依存した実線とアイリス絞り４６の開口率に依存した破線とを組合せた直線が示すように、光量を広範囲に変化させることができる。

以上のように、光量の調整を行うために、ハロゲンサイクルが適正運転できる温度範囲にバルブトップ温度を収めるように電力を制御する方法とアイリス絞り４６によって光の透過量を制御する方法とを組合せるので、コントラスト比が高く、ランプの寿命が長い受動型光変調方式の表示装置を得ることができる。

実施の形態６．
図１３は、この発明を実施するための実施の形態６における受動型光変調方式の表示装置のシステム図である。図１３において、光源冷却部にモータ１５およびモータ入力コントローラ１６を備えている点で実施の形態５と異なっている。モータ入力コントローラ１６は、輝度情報検出回路２で数値化された輝度データに基づきモータ１５を制御して、カラーホイール８の回転軸の角度を制御する。

実施の形態５と同じように、光変調デバイスへ大きな光量を入射させる場合には、ランプ電力の制御によって光量を調整する。例えば、ランプ電力を１３０Ｗ〜１５０Ｗの範囲で調整することによって、光量を０．８７〜１の範囲で変化させることができ、高コントラスト化を実現できる。輝度データに応じてランプ電力を１３０Ｗ〜１５０Ｗの範囲で制御する際に、ファン７からの送風１４によってバルブトップ２７を冷却することに加えて、カラーホイール８の傾きを制御してバルブトップ２７を冷却することによって、ハロゲンサイクルを適正運転できる温度範囲にバルブトップ温度を収めることができる。光量を０．８７以下に調整する場合には、アイリス絞り４６の開口率を制御することによって対応でき、光量を０〜０．８７の範囲で変化させることができる。これによって、コントラスト比を大幅に向上させることができる。なお、輝度データに応じてランプ電力を制御する際に、カラーホイール８の傾きの制御だけでバルブトップ２７を冷却してもよい。

実施の形態７．
図１４は、この発明を実施するための実施の形態６における受動型光変調方式の表示装置のシステム図である。図１４において、熱源であるハロゲンヒータ４１およびヒータ入力コントローラ４２を備えている点で実施の形態６と異なっている。輝度データに応じてランプ５へ入力する電力を小さくした場合には、バルブトップ温度が所定の適正温度範囲を下回る場合がある。そこで、本実施の形態では、ランプ５とは別の発熱源としてハロゲンヒータ４１を設け、ランプ５を加熱する。

実施の形態５と同じように、光変調デバイスへ大きな光量を入射させる場合には、ランプ電力の制御によって光量を調整する。例えば、ランプ電力を１３０Ｗ〜１５０Ｗの範囲で調整することによって、光量を０．８７〜１の範囲で変化させることができ、高コントラスト化を実現できる。輝度データに応じてランプ電力を１３０Ｗ〜１５０Ｗの範囲で制御する際に、ファン７からの送風１４によってバルブトップ２７を冷却する方法およびカラーホイール８の傾きを制御してバルブトップ２７を冷却する方法に加えて、熱源であるハロゲンヒータ４１でバルブトップ２７を加熱する方法によって、ハロゲンサイクルを適正運転できる温度範囲にバルブトップ温度を収めることができる。光量を０．８７以下に調整する場合には、アイリス絞り４６の開口率を制御することによって対応でき、光量を０〜０．８７の範囲で変化させることができる。これによって、コントラスト比を大幅に向上させることができる。

なお、輝度データに応じてランプ電力を制御する際に、熱源であるハロゲンヒータ４１でバルブトップ２７を加熱する方法に、ファン７からの送風１４によってバルブトップ２７を冷却する方法またはカラーホイール８の傾きを制御してバルブトップ２７を冷却する方法を組合せて、ハロゲンサイクルが適正運転できる温度範囲にバルブトップ温度を収める制御を行ってもよい。

この発明の実施の形態１を示す受動型光変調方式の表示装置のシステム図である。この発明の実施の形態１における超高圧水銀ランプの断面図である。この発明の実施の形態１におけるランプ点灯回路の回路図である。この発明の実施の形態１におけるランプ電力に対応したファン電圧とバルブトップ温度との関係の一例を示すグラフである。この発明の実施の形態２を示す受動型光変調方式の表示装置のシステム図である。この発明の実施の形態２におけるランプおよびカラーホイールの断面図である。この発明の実施の形態２におけるランプ電力に対応した光軸に対するカラーホイールの回転軸の角度とバルブトップ温度との関係の一例を示すグラフである。この発明の実施の形態２を示す受動型光変調方式の表示装置の別のシステム図である。この発明の実施の形態３を示す受動型光変調方式の表示装置のシステム図である。この発明の実施の形態４を示す受動型光変調方式の表示装置のシステム図である。この発明の実施の形態５を示す受動型光変調方式の表示装置のシステム図である。この発明の実施の形態５における光変調デバイスへの光量とランプ電力およびアイリス絞りの開口率との関係を示すグラフである。この発明の実施の形態６を示す受動型光変調方式の表示装置のシステム図である。この発明の実施の形態７を示す受動型光変調方式の表示装置のシステム図である。

符号の説明

１映像入力部、２輝度情報検出回路、３映像信号変調回路、４ランプ点灯回路、５ランプ、６ファン入力コントローラ、７ファン、８カラーホイール、９照明光学系、１０ＤＭＤ、１１投射光学系、１２スクリーン、１３可視光線、１４送風、１５モータ、１６モータ入力コントローラ、１７動力、２１バルブ、２２リフレクタ、２３封着剤、２４前面ガラス、２５ａ，２５ｂ電極、２６光軸、２７バルブトップ、２８カラーホイールの傾き、３１ＤＣ電源、３２ＤＣＤＣコンバータ、３３インバータ、３４イグナイタ、３５コントロールユニット、４１ハロゲンヒータ、４２ヒータ入力コントローラ、４３赤外線放射、４４温度センサー、４５温度情報、４６アイリス絞り、ＳＷ１〜ＳＷ４スイッチ。

Claims

映像データを入力する映像データ入力手段と、
前記映像データに基づいて数値化された輝度データを出力する輝度情報検出手段と、
光源と、
所定の温度範囲に収まるように前記光源の温度を前記輝度データに応じて調整する光源温度調整手段と、
前記光源から放射された光を受光し、前記光を前記映像データに応じて変調して映像表示を行う光変調デバイスと、
前記輝度データに応じて前記光源へ入力する電力を制御して前記光変調デバイスに入射される前記光の光量を調整する光源点灯手段とを備えたことを特徴とする表示装置。
映像データを入力する映像データ入力手段と、
前記映像データに基づいて数値化された輝度データを出力する輝度情報検出手段と、
光源と、
前記光源の温度を検出する温度検出手段と、
所定の温度範囲に収まるように前記光源の温度を調整する光源温度調整手段と、
前記光源から放射される光を受光し、前記光を前記映像データに応じて変調して映像表示を行う光変調デバイスとを備え、
前記輝度データに応じて前記光源へ入力する電力を制御して前記光変調デバイスに入射される前記光の光量を調整する光源点灯手段とを備えたことを特徴とする表示装置。
光源と光変調デバイスとの間に設けられ光の透過量を変化させて光量を調整する光量制御手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
光源温度調整手段は、光源を冷却するファンの風量を調整したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の表示装置。
光源温度調整手段は、光源から放射される光を前記光源へ反射するカラーホイールの傾きを制御したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の表示装置。
光源温度調整手段は、光源を加熱する熱源を用いたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の表示装置。
光源は、ＨＩＤランプを用いたこと特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の表示装置。