JP2007065012A - 投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数色の発光素子における各色の光量が発光素子の劣化や故障によって変化しても、表示画像の最適なホワイトバランスを保つことができて、高品位な画質が得られる投写型表示装置を提供する。
【解決手段】赤または緑または青の色光を発する発光素子からなる光源１０と、液晶デバイスを用いた光変調素子１４と、投写光学系１６と、光変調素子１４と投写光学系１６の間に配置された検出部１０２と、制御部１００とを有し、検出部１０２にてそれらの発光素子から発せられた光量を測定し、制御部１００によって赤、緑、青各色の発光素子の光量を比較・調整することにより各色のホワイトバランスを保つので、発光素子が長期間の使用によって劣化し光量が低下しても、最適なホワイトバランスの表示画像を維持することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、投写型表示装置に関し、特に発光素子を用いて光量が所望のホワイトバランスとなる光量比に調整される投写型表示装置に関する。

映像や画像を大画面で楽しめる表示装置として、投写型表示装置が知られている。従来の投写型表示装置は、光源からの白色光をダイクロイックミラーなどの色分離手段にて赤色光、緑色光、青色光に分離し、分離した単色光を液晶デバイスやＤＭＤなどの光変調素子にて変調し、クロスダイクロイックプリズムなどの色合成手段にて色合成を行ってカラー映像を作り、その映像を投写レンズなどの投写光学系を用いてスクリーン等に拡大表示を行うものが主流であった。

従来、光源としては高圧水銀ランプやメタルハライドランプなどの放電ランプが用いられていたが、近年ＬＥＤや半導体レーザなどの半導体発光素子を光源として利用することが提案され実用化されつつある。

これらの発光素子は、放電ランプと比べて熱線や紫外線の成分を含まず、点灯制御が簡単で、応答速度が速く、破裂の不安がなく、長寿命であるといった利点を有する。また、発光素子は赤色、緑色、青色のカラー映像をつくる３原色の単色発光が可能であるので、色分離をする必要がないことも含めて投写型表示装置の光源としては好適な光源である。

発光素子は、銀ペーストやボンディングワイヤー、スタッドバンプなどによって基板やリードフレームに機械的、電気的に接続・実装され、エポキシ樹脂やシリコンジェルなどの封止材で封止保護される。また、この封止材は、屈折率を１．５前後有するので、封止材中に発光素子を入れることにより、発光素子界面にて発光層から発せられた光の全反射が低減され、光の取り出し効率を高める効果もある。

しかし、発光素子は、経時変化による光量の低下度合いが発光色によって異なるという問題を有している。紫外領域や青色などの短波長を発する発光素子においては、赤色などの長波長を発する発光素子と比較すると封止材が黄変しやすく、黄変によって透過率が低下するので、封止材を通して出てくる光量が低下する。また、発光素子は発光色によって用いられている発光材料が異なり、一般に紫外〜緑色の波長領域ではＧａＮ系の化合物半導体が多く用いられ、黄色〜赤色の波長領域では４元材料と呼ばれるＡｌＧａＩｎＰ系や、ＧａＡｓ系の化合物半導体が多く用いられる。発光素子は光と共に多くの熱を発し、発光量を増やすためにより多くの電流を流すとより高温となってしまう。発光色により発光材料が異なるので、高温下での長期使用による劣化の進行が発光色によって異なる。従って、発光色によって長期使用による光量の低下度合いが異なるので、投写型表示装置に必要な白色をつくるための所望のホワイトバランスの投写映像を長期間維持することが困難であった。

図１４は従来の投写型表示装置の光学系の構成を示す模式的構成図である。図１４では、本発明の実施の形態と同じ構成要素については実施の形態と同じ符号を用いて説明する。図１４において投写型表示装置５の光学系５５は、Ｒ（赤）色光源１０Ｒ、Ｇ（緑）色光源１０Ｇ、Ｂ（青）色光源１０Ｂ、色合成手段１１、偏光板１３、光変調素子１４、検光子４０、投写光学系１６を有する。各光源１０と光変調素子１４とは制御部１００により制御される。発光素子を用いたＲ色光源１０Ｒ、Ｇ色光源１０Ｇ、Ｂ色光源１０Ｂから出射した単色光は、色合成手段１１によって同一の光路に合成され、偏光板１３へ入射する。図示されていないが、偏光板１３の手前に偏光ビームスプリッタアレイとλ／２位相差板による偏光統一手段が挿入されてもよい。偏光板１３を一方向の直線偏光光のみが透過して光変調素子１４へ入射する。この例では、単板の光変調素子を使用した光学系であるので、赤、緑、青の３原色を順次点灯し、光変調素子１４にて変調された各色の光を時間的に合成することでフルカラー画像を得るＦＳＣ（Ｆｉｅｌｄ Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ Ｃｏｌｏｒ）表示方式を採用している。光変調素子１４において、入射した直線偏光光の偏光方向が表示する画像に対応して制御され、検光子４０と投写光学系１６とを通して図示していないスクリーンなどへ画像が投影される。検光子４０は、偏光板と同じように一方向の直線偏光光のみを透過する機能を有するので、投影画像の光は、検光子４０の偏光方向にあわせて光変調素子１４にて偏光方向が回転される。

この時、従来の投写型表示装置においては、工場出荷時には投写映像のホワイトバランスが各色で最適なバランスに調整されていても、長期の使用によって各光源の光量が劣化してしまう。この時、発光光量が劣化する度合いは、発光色によって異なるので、所望のホワイトバランスを維持することが困難であるといった問題を有しており、この問題を解決するための方法が開示されている（特許文献１〜３参照）。

しかし、特許文献１の表示装置、光源装置、および照明装置では、発光素子直後または光学系の途中の光量を測定しているために、測定箇所以降の光学部品や光変調素子などの劣化による光量の低下を検出できず、また、実際の光学系の光路上における光量の検出が行なわれていないため、正確な光量変化の検出ができないといった問題を有している。

特許文献２には、偏光ビームスプリッタによりレーザ光よりＳ波を分波し、その光路中に受光素子を設けて光量を検出して電圧に変換し、基準電圧と比較して寿命を検出するレーザ測長機が開示されているが、レーザ光の出力制御は行なわれておらず、ホワイトバランスの制御には使用できない。

特許文献３には、発光素子の複数配列からなる発光素子群を用いた表示装置において、運用時間を記憶して、記憶されている発光素子ごとの輝度劣化カーブと対照して補正係数を求め、発光素子群への電流値を加減して一定の色度や輝度で映像を表示する方法が開示されているが、実際の光量は測定されていない。
特開２００４−１８４８５２号公報 特開平９−７２７１９号公報 特開２００３−２０２８３８号公報

赤色、緑色、青色の３原色のＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、発光ダイオード）や半導体レーザを用いて色合成を行い、単一の光変調素子を用いた投写型表示装置の光源は、上述のように発光色によって長時間使用による光量の低下度合いが異なる。その理由は、発光素子を封止保護している封止材が、長期使用していると特に青や紫外領域の短波長の光によって変色して透過率が低下するので、封止材を通して出射する光量が低下するためである。また、発光波長に対応して異なる化合物半導体の発光材料が用いられているので、長期使用による、特に高温下での発光量の劣化度合いが発光色によって異なるためである。

以上の理由によって、経時変化における発光素子の明るさの変化の割合が発光色によって異なるので、表示画像の３原色によるホワイトバランスが変わってしまい、最適なホワイトバランスの画像を維持することができないという課題があった。また、複数の発光素子を用いた光源では、同じ発光色でも発光素子の個体によって明るさの変化の割合が異なるので、前述の理由と同様に表示画像のホワイトバランスが変わってしまうという課題があった。これらによって時間の経過とともに高品位な画像が得られないという課題が生じたが、従来の技術では表示面に投射される実際の各色ごとの光量に基づいて個々の発光素子を制御する方法はなかった。

本発明の目的は、複数色の発光素子における各色の光量が発光素子の劣化や故障によって変化しても、表示画像の最適なホワイトバランスを保つことができて、高品位な画質が得られる投写型表示装置を提供することにある。

本発明の投写型表示装置は、
光源部と、その光源部からの光を直線偏光光に変換する直線偏光化手段と、その直線偏光化手段からの光を変調する光変調素子と、その光変調素子からの光を偏光方向が互いに直交する第１の直線偏光光と第２の直線偏光光とに分離してそれぞれを異なった光路に出射する偏光分離手段と、その偏光分離手段から出射した第１の直線偏光光を投写する投写光学系と、偏光分離手段から出射した第２の直線偏光光の受光量を検出する受光素子と、光源部および光変調素子を駆動し、受光素子における受光量検出状態に応じて光源部の発光状態を制御する制御手段とを有する。

光源部は、赤色光を発する赤色光源と、緑色光を発する緑色光源と、青色光を発する青色光源と、各色光源からの光を合成する色合成手段とを有してもよく、各色光源は、それぞれ少なくとも一つの発光素子を有してもよく、発光素子は、発光ダイオードであっても半導体レーザであってもよい。

光変調素子は、液晶デバイスであってもよい。偏光分離手段は、第１の直線偏光光を透過し、第２の直線偏光光を反射するダイクロイック膜からなる偏光分離面を有してもよい。受光素子は、フォトダイオードであっても、フォトトランジスタであってもよく、赤、緑、青各色のそれぞれに対応して設けられていてもよい。

制御手段は、受光素子が検出した第２の直線偏光光の受光量から赤、緑、青各色の発光素子の光量を比較して、各色のホワイトバランスを保つように光源の駆動条件を制御してもよい。偏光分離手段と投写光学系との間に偏光板が配置されていてもよい。

赤色光、緑色光、青色光各色の光量を検出部にて測定し、制御部にて発光素子の駆動条件を変更して各色の光量が所望のホワイトバランスとなる光量比に調整されるので、発光素子が長期間使用によって劣化し光量が低下しても、最適なホワイトバランスの表示画像を維持することが可能となる。

本発明は、各色において、個々の発光素子の明るさが温度や経時変化によって変化しても、それらの発光素子から出射した光の強度をモニタすることが可能な構成としているので、制御部によって赤色光、緑色光、青色光の駆動条件を最適なホワイトバランスとなるように変更することができるため、次のような効果がある。即ち、
１）個体差や経時変化や駆動条件によって各色光源の明るさが変化しても、ホワイトバランスや色再現範囲を維持することができる。
２）白色の色度座標や三原色の色度座標を所定の映像規格に合わせることができる。
３）映像信号に応じて、白色の色度座標や三原色の色度座標を変えることができる。
４）白色を任意の色味に調整しても、白色の色度座標を知ることができる。
５）ホワイトバランスや色再現範囲を保ったまま、表示画像を明るくしたり、節電のために暗くしたりできる。
６）光変調素子を交換した場合、フィールドで液晶パネルの電圧（Ｖ）−透過率（Ｔ）の特性であるＶ−Ｔ特性を測定することができ、階調再現性を補正することができる。
７）発光素子の故障や寿命をモニタすることができる。

本発明による投写型表示装置は、赤、緑または青の色光を発する発光素子からなる光源と、液晶デバイスを用いた光変調素子と、投写光学系と、光変調素子と投写光学系の間に配置された検出部と、制御部とを有し、検出部にてそれらの発光素子から発せられた光量を測定し、制御部によって赤、緑、青各色の発光素子の光量を比較して調整することにより各色のホワイトバランスを保つので、発光素子が長期間の使用によって劣化し光量が低下しても、最適なホワイトバランスの表示画像を維持することが可能となることを特徴とする。なおここでホワイトバランスとは、白色を表示するための赤、緑、青各色の発光素子の光量の比率（バランス）を意味する。

次に、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態の投写型表示装置の模式的構成図である。ここでは本発明と直接関係のない投写型表示装置の構成の記載を省略している。本発明の投写型表示装置１は、光学系５１と制御部１００とを有し、光学系５１はＲ色（赤色）光源１０ＲとＧ色（緑色）光源１０ＧとＢ色（青色）光源１０Ｂと色合成手段１１とからなる光源部１０１、照明光学系１２、偏光板１３、光変調素子１４、検出部１０２、投写光学系１６からなり、検出部１０２は偏光分離手段１５と受光素子１７とから構成される。また、投写画像のコントラスト向上のために偏光分離手段１５の出射面２１にＰ偏光光のみを透過させる偏光板が配置されてもよい。

Ｒ色光源１０Ｒ、Ｇ色光源１０Ｇ、Ｂ色光源１０Ｂには、単色光を発する発光素子が用いられ、図１においては、各色に発光素子１個のみ使用しているが、光学系の構成によっては何個用いてもよい。各色の光源１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂの後段には、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色の各光路を１つに合成する色合成手段１１と照明光学系１２とが配置される。光変調素子１４の入射側には偏光板１３、出射側には偏光分離手段１５が配置され、光変調素子１４には単一の液晶デバイスが用いられる。偏光分離手段１５には偏光ビームスプリッタなどが用いられ、入射光に対して４５°傾いたダイクロイック膜からなる偏光分離面３０を有し、一方の偏光方向の直線偏光光を透過させ、偏光方向が直交する他方の直線偏光光を反射する機能を有する。図１においては、紙面に平行な偏光方向の直線偏光光（以下、Ｐ偏光光とする）を透過し、紙面に垂直な偏光方向の直線偏光光（以下、Ｓ偏光光とする）を反射する構成となっている。破線の矢印で示されるように、偏光分離手段１５を透過した透過光２０ＡであるＰ偏光光の光路上には投写光学系１６が配置され、光変調素子１４によって変調された光を図示していないスクリーン等へ投影する。また、実線の矢印で示されているように、偏光分離手段１５の偏光分離面３０で反射された反射光２０ＢであるＳ偏光光は受光素子１７へ入射する構成となっている。受光素子１７には、光の強度を電気的な量に変換するフォトダイオードやフォトトランジスタなどを用いることができ、これらの偏光分離手段１５と受光素子１７とは検出部１０２としての機能を有する。制御部１００は、Ｒ色光源１０Ｒ、Ｇ色光源１０Ｇ、Ｂ色光源１０Ｂを駆動する機能と、光変調素子１４と受光素子１７とを制御する機能を有する。

カラー表示方法として、ＦＳＣ（Ｆｉｅｌｄ Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ Ｃｏｌｏｒ）表示方式が用いられる。Ｒ色光源１０Ｒ、Ｇ色光源１０Ｇ、Ｂ色光源１０Ｂを順次点灯し、光変調素子１４はそれらの光をそれぞれＲ色映像信号、Ｇ色映像信号、Ｂ色映像信号に従って変調する。それによって、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色の画像が順次表示され、人間の眼にはそれらが合成されてカラー画像として認識される。

次に、本発明の第１実施の形態の投写型表示装置１の動作について、図１を参照して説明する。図１において、発光素子を用いた単色光を発するＲ色光源１０Ｒ、Ｇ色光源１０Ｇ、Ｂ色光源１０Ｂから出射したそれぞれの光は、色合成手段１１により１つの光路に合成される。各光源１０と色合成手段１１との間または色合成手段１１と偏光板１３との間に、照明光を制御する球面レンズやロッドレンズが配置されてもよい。発光素子にはＬＥＤや半導体レーザなどが使用でき、色合成手段１１にはクロスダイクロイックプリズムやクロスダイクロイックミラーなどが用いられる。

色合成手段１１を通過した光は、照明光学系１２と偏光板１３を通過して光変調素子１４を照明する。照明光学系１２は偏光ビームスプリッタアレイとλ／２波長板とからなる偏光統一手段を有し、自然偏光光を偏光方向が直交する２つの偏光方向に分離し、λ／２波長板にて１方向の直線偏光光に統一する機能を持つ。この例では、自然偏光光をＳ偏光光とＰ偏光光に分離し、Ｐ偏光光のみλ／２波長板を通過させてＳ偏光光へ統一する。光変調素子１４には透過型の液晶デバイスを用いており、偏光板１３によってＳ偏光光のみを入射させる。

光変調素子１４の液晶デバイスがカラー映像を表示する場合、光変調素子１４に入射したＳ偏光光が、光変調素子１４によって偏光方向を９０°回転させられＰ偏光光となって光変調素子１４を出射する。この場合Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色の光の光量の比率がホワイトバランスを保ち、かつ最大の光量である場合を白表示とする。また、光変調素子１４に入射したＳ偏光光が、光変調素子１４によって偏光方向が回転せずにＳ偏光光のまま光変調素子１４を出射し、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色の光の光量の比率がホワイトバランスを保ち、かつ最大の光量である場合を黒表示と称する。白表示、黒表示においても出射するＲ色、Ｇ色、Ｂ色の光の光量は各色光源１０、および光変調素子１４により制御される。

白表示を行う場合には、図１に破線の矢印の透過光２０Ａとして示すように、光変調素子１４に入射したＳ偏光光は、光変調素子１４によって偏光方向を９０°回転させられＰ偏光光となって光変調素子１４を出射し、偏光分離手段１５の偏光分離面３０を透過して、投写光学系１６により、図示していないスクリーン等へ投影される。また、黒表示を行う場合には、実線の矢印の反射光２０Ｂとして示すように、光変調素子１４に入射したＳ偏光光は、偏光方向を回転させられずにＳ偏光光のまま光変調素子１４を出射し、偏光分離手段１５の偏光分離面３０で反射されて受光素子１７へ入射する。

図２、図３は、図１における検出部１０２の動作を説明するための図であり、図２は白表示を行った場合のＰ偏光光の動作を、図３は黒表示を行った場合のＳ偏光光の動作を示す。図２および図３には、自然偏光光３１、照明光学系１２、偏光板１３、Ｓ偏光光３１Ｓ、光変調素子１４を出射したＰ偏光光３２ＰとＳ偏光光３２Ｓ、偏光分離手段１５を出射したＰ偏光光３３Ｐと反射されたＳ偏光光３３Ｓ、偏光分離面３０が示されている。

図２は白表示を行った場合の動作説明図であるが、自然偏光光３１は照明光学系１２によってＳ偏光光３１Ｓに統一され、Ｓ偏光光３１Ｓのみを透過させる偏光板１３を通過して、光変調素子１４へ入射する。この時、光変調素子１４においては白表示が選択されているために、Ｓ偏光光３１Ｓは偏光方向を９０°回転させられてＰ偏光光３２Ｐとなって光変調素子１４を出射し、偏光分離手段１５へ入射する。偏光分離手段１５の偏光分離面３０は、偏光方向が紙面に平行な方向の偏光光を透過させ、偏光方向が紙面に垂直な方向の偏光光を反射させる機能を有するため、Ｐ偏光光３２Ｐは偏光分離面３０を透過してＰ偏光光３３Ｐとして偏光分離手段１５の出射面２１から出射する。

図３は黒表示を行った場合の動作説明図であるが、図２と同様に、偏光板１３を通過したＳ偏光光３１Ｓは、光変調素子１４へ入射する。この時、光変調素子においては黒表示が選択されているために、偏光方向は回転せずにＳ偏光のままＳ偏光光３２Ｓとなって光変調素子１４を出射し、偏光分離手段１５へ入射する。偏光分離面３０は、偏光方向が紙面に垂直な方向の偏光光を反射させる機能を有するため、Ｓ偏光光３２Ｓは偏光分離面３０で反射され光路を９０°曲げられてＳ偏光光３３Ｓとして受光素子１７へ入射し、照度が検出される。このとき照度を検出したい発光素子のみを点灯させればその発光素子単独の照度が検出でき、点灯する発光素子が逐次交代する場合でも発光素子の駆動タイミングと同期をとれば各色の照度、即ち光量が検出できる。受光素子１７で検出された照度のレベルによって、制御部１００へ出力される電流量が変化するので、その変化量を制御部１００にてモニタすることにより各色の光量と光量比が算出される。このように、各色ごとに光路上の光量を測定することが可能な構成となっているため、発光素子の劣化により各色の光量が変化しても、制御部１００が光量比を算出して最適な駆動条件で光源を制御することができ、最適なホワイトバランスを維持することが可能である。

図４は、本発明の第１の実施の形態の投写型表示装置の変形例の模式的構成図である。図４において、投写型表示装置２は、複数の発光素子を有するＲ色光源２００ＲとＧ色光源２００ＧとＢ色光源２００Ｂと色合成手段１１とからなる光源部１０１、照明光学系１２、偏光板１３、光変調素子１４、検出部１０２、投写光学系１６を有する光学系５２と、制御部１００とからなり、検出部１０２は偏光分離手段１５と受光素子１７とから構成される。各光源からの光を制御するレンズが、それぞれの発光素子と対になるように配置されてもよい。

図４に示す変形例では、図１に示した第１実施の形態の投写型表示装置１と、各色光源２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂを構成する発光素子の数が異なるだけであり、その他の構成は第１の実施の形態と同じなので同じ構成には同じ符号を付して説明を省略する。図４に示す投写型表示装置２の動作においても、第１の実施の形態の投写型表示装置１の動作と同様なので説明を省略する。本変形例においては、Ｒ色光源２００Ｒ、Ｇ色光源２００Ｇ、Ｂ色光源２００Ｂにてそれぞれ複数の発光素子を使用しているが、この時、同色の光源で発光素子個体の劣化度合いが異なることにより各色の光量が変化しても、検出部１０２にて各色の光量を測定し、制御部１００が光量比を算出して最適な駆動条件で光源を制御するので、最適なホワイトバランスを維持することが可能である。

次に、各色の光量の調整方法について説明する。Ｒ、Ｇ、Ｂ各色光源の発光色の各色度座標が分かっている場合、混色光の色度座標を決めると、制御すべき各色光源の光量比が決まる。また、各色光源の光量比を測定すると、混色光の色度座標が算出できる。なお、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色光源の発光色の色度座標は、光源の仕様によって固定としてもよい。光源個体差を考慮したければ、光源毎に色度座標を測定して計算に反映させればよい。温度や駆動電流などの光源駆動条件による発光色の色度座標のずれを考慮したければ、予めデータを記憶して駆動条件に応じて計算に反映させればよい。

以降、説明を簡単にするために、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色光源の発光色の色度座標は固定とする。光変調素子１４からの白表示を形成する直線偏光光は偏光分離手段１５から投写光学系１６を通して図示していないスクリーンへ投影される。また光変調素子１４からの黒表示を形成する直線偏光光は偏光分離手段１５の偏光分離面３０で反射されて受光素子１７の方へ向かう。従って、光変調素子１４の全面を黒表示にすると、光変調素子の全面を白表示にした場合に投写光学系１６へ向かうはずの光が受光素子１７へ向かう。

ホワイトバランスを調整する場合は、光変調素子１４の全面を黒表示にし、その時の各色に対応した受光素子１７の出力を制御部１００にてモニタして、各色光源の光量を調整する。光源光量の調整としては、発光素子への供給電流を制御して発光光束を調整したり、発光時間のデューティ比を調整したり、発光素子の点灯個数を制御するなどの方法がある。

本発明によると、各色光源を用いた白色色度座標の自動算出、ホワイトバランスの自動調整、色再現範囲の自動調整、ホワイトバランスを維持しながらの明るさ自動調整、光変調素子のＶ−Ｔ特性補正データ自動算出などを行うことができる。Ｖ−Ｔ特性は光変調素子１４の液晶パネルの電圧Ｖと透過率Ｔとの関係を示す特性である。液晶パネルの駆動には電圧を印加して電圧のレベルに対応させて光を透過する量を制御するが、例えば、透過率と電圧との関係は必ずしもリニアではないので透過率をリニアにするためには電圧レベルを補正する必要がある。あるいは、透過率と電圧との関係を非線型にして、いわゆるガンマ補正を行うこともある。

上述の作業は、次のようなトリガを受けて実行させることができる。
１）操作ボタンや通信ポートなどのユーザインタフェースを介しての手動トリガ
２）電源起動時に発生させる自動トリガ
３）映像信号入力切り替え時に発生させる自動トリガ
４）使用時間モニタ機能や時計によって定期的に発生させる自動トリガ
５）映像信号に同期させて周期的に発生させる自動トリガ
次に、本発明の第１の実施の形態の光量の調整方法について説明をする。図５は本発明の第１の実施の形態の光量調整方法を説明するための制御部を中心とする模式的ブロック構成図である。制御部１００は制御回路５００を中心として、受光素子１７の情報が入力されるサンプルホールド回路５０１、制御回路５００により制御される光変調素子駆動回路５０２、Ｖ−Ｔ特性補正回路５０３、映像信号が入力する映像信号処理回路５０４、全体の処理を制御するＣＰＵ５０５、一時記憶メモリ５０６、不揮発性メモリ５０７、ユーザインタフェース５０８、Ｒ色光源１０Ｒを駆動するＲ色光源駆動回路５０９Ｒ、Ｇ色光源１０Ｇを駆動するＧ色光源駆動回路５０９Ｇ、Ｂ色光源１０Ｂを駆動するＢ色光源駆動回路５０９Ｂを備え、各色光源１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂから出射された色光は光変換素子１４を経由して受光素子１７に入力する。

制御回路５００は制御タイミングを同期させながら、各ブロックを制御する。不揮発性メモリ５０７には、必要な各設定条件を記憶させる。例えば、色毎（波長帯域毎）の受光素子の感度特性（照度−出力レベル特性）、白色色度情報−ＲＧＢ光量比特性、色再現範囲情報−Ｒ原色のＲＧＢ光量比特性、色再現範囲情報−Ｇ原色のＲＧＢ光量比特性、色再現範囲情報−Ｂ原色のＲＧＢ光量比特性、光変調素子の色毎（波長帯域毎）のＶ−Ｔ特性補正情報などである。

次に、制御の各モードについて個別に説明する。
［白色色度座標自動算出モード］
図６は白色色度座標自動算出モード動作時のフローチャートである。白色色度座標自動算出モードが開始されると（Ｓ１０１）、光変調素子駆動回路５０２により光変調素子１４を黒表示に設定し（Ｓ１０２）、各色光源駆動回路５０９によりＧ色光源１０Ｇを点灯し、Ｒ色光源１０ＲとＢ色光源１０Ｂとを消灯して（Ｓ１０３）、受光素子１７の出力をサンプルホールド回路５０１に入力して予め記憶されているデータからＧ色の照度を求める（Ｓ１０４）。次に、Ｒ色光源１０Ｒを点灯し、Ｇ色光源１０ＧとＢ色光源１０Ｂとを消灯して（Ｓ１０５）、受光素子１７の出力をサンプルホールド回路５０１に入力してＲ色の照度を求める（Ｓ１０６）。次に、Ｂ色光源１０Ｂを点灯し、Ｒ色光源１０ＲとＧ色光源１０Ｇとを消灯して（Ｓ１０７）、受光素子１７の出力をサンプルホールド回路５０１に入力してＢ色の照度を求める（Ｓ１０８）。求めたＲ、Ｇ、Ｂ各色の照度比から白色の色度座標を算出して（Ｓ１０９）、算出した白色の色度座標を通知して（Ｓ１１０）、終了する（Ｓ１１１）。算出した白色の色度座標情報を通知する先は、ユーザインタフェース５０８を介して操作パネル（不図示）に表示するようにしてもよいし、通信ポート（不図示）へ出力するようにしてもよい。また、投写光学系１６を介して投写画像に表示させるようにしてもよい。
［ホワイトバランス自動調整モード］
図７はホワイトバランス自動調整モード動作時のフローチャートである。ホワイトバランス自動調整モードは所定の白色色度情報に対応して実行される。ホワイトバランス自動調整モードを開始すると（Ｓ２０１）、不揮発性メモリ５０７に記憶された所定の白色色度情報から基準Ｒ／Ｇ光量比、基準Ｂ／Ｇ光量比を求め（Ｓ２０２）、光変調素子駆動回路５０２により光変調素子１４を黒表示に設定し（Ｓ２０３）、各色光源駆動回路５０９によりＧ色光源１０Ｇを点灯し、Ｒ色光源１０ＲとＢ色光源１０Ｂとを消灯して（Ｓ２０４）、受光素子１７の出力をサンプルホールド回路５０１に入力してＧ色の照度を求める（Ｓ２０５）。次に、Ｒ色光源１０Ｒを点灯し、Ｇ色光源１０ＧとＢ色光源１０Ｂとを消灯して（Ｓ２０６）、受光素子１７の出力をサンプルホールド回路５０１に入力してＲ色の照度を求める（Ｓ２０７）。ここで、制御回路５００はＲ色照度／Ｇ色照度と基準Ｒ／Ｇ光量比とを比較し（Ｓ２０８）、Ｒ色照度／Ｇ色照度が基準Ｒ／Ｇ光量比よりも少なければＲ色光源駆動回路５０９ＲによりＲ色光源１０Ｒの光量を増加させてステップＳ２０７に戻ってＲ色の照度を求めてステップ２０８で再度比較を行い（Ｓ２０９）、Ｒ色照度／Ｇ色照度が基準Ｒ／Ｇ光量比よりも大きければＲ色光源駆動回路５０９ＲによりＲ色光源１０Ｒの光量を減少させてステップＳ２０７に戻ってＲ色の照度を求めてステップ２０８で再度比較を行う（Ｓ２１０）。Ｒ色照度／Ｇ色照度が基準Ｒ／Ｇ光量比と同じとなれば、Ｂ色光源１０Ｂを点灯し、Ｒ色光源１０ＲとＧ色光源１０Ｇとを消灯して（Ｓ２１１）、受光素子１７の出力をサンプルホールド回路５０１に入力してＢ色の照度を求める（Ｓ２１２）。ここで、Ｂ色照度／Ｇ色照度と基準Ｂ／Ｇ光量比とを比較し（Ｓ２１３）、Ｂ色照度／Ｇ色照度が基準Ｂ／Ｇ光量比よりも少なければＢ色光源１０Ｂの光量を増加させてステップＳ２１２に戻ってＢ色の照度を求めてステップ２１３で再度比較を行い（Ｓ２１４）、Ｂ色照度／Ｇ色照度が基準Ｂ／Ｇ光量比よりも大きければＢ色光源１０Ｂの光量を減少させてステップＳ２１２に戻ってＢ色の照度を求めてステップ２１３で再度比較を行う（Ｓ２１５）。Ｂ色照度／Ｇ色照度が基準Ｂ／Ｇ光量比と同じとなれば、ホワイトバランスが調整されたのでホワイトバランス自動調整モードを終了する（Ｓ２１６）。

白色色度情報を固定とし、経時変化や温度などによるホワイトバランスのずれを自動補正するようにしてもよい。補正した駆動条件を不揮発性メモリ５０７に保存するようにしてもよい。白色色度情報はユーザインタフェース５０８を介してユーザーが選択できるようにしてもよい。また、複数の映像入力端子を有する投写型表示装置の場合、どの映像入力端子が選択されているかによって選択できるようにしてもよい。例えば、ビデオ端子を選択する場合はＮＴＳＣ規格に合わせ、ＲＧＢ端子を選択する場合はｓＲＧＢ規格に合わせるようにしてもよい。
［色再現範囲自動調整モード］
図８は色再現範囲自動調整モード動作時のフローチャートであり、図９-Aは図８におけるＧ原色調整サブルーチン動作時のフローチャートであり、図９-Bは図８におけるＲ原色調整サブルーチン動作時のフローチャートであり、図９-Cは図８におけるＢ原色調整サブルーチン動作時のフローチャートである。

色再現範囲を決める三原色それぞれの色度座標を決めると、各原色の色度座標に応じてＲ、Ｇ、Ｂ各色光の光量比が決まる。例えば、三原色のＧ色の色度座標をＧ色光源の色度座標と異ならせたい場合は、所定の光量比で混色したＲ、Ｇ、Ｂ各光源からの光を改めて三原色のＧ色光とすればよい。

色再現範囲自動調整モードを開始すると（Ｓ３０１）、不揮発性メモリ５０７に記憶された所定の色再現範囲情報から、Ｇ原色の基準Ｒ／Ｇ光量比および基準Ｂ／Ｇ光量比、Ｒ原色の基準Ｇ／Ｒ光量比および基準Ｂ／Ｒ光量比、Ｂ原色の基準Ｇ／Ｂ光量比および基準Ｒ／Ｂ光量比を求め（Ｓ３０２）、光変調素子駆動回路５０２により光変調素子１４を黒表示に設定し（Ｓ３０３）、Ｇ原色調整サブルーチン（Ｓ３０４）、Ｒ原色調整サブルーチン（Ｓ３０５）、Ｂ原色調整サブルーチン（Ｓ３０６）に入り、各サブルーチンが終了したら各原色の調整が終了して色再現範囲が調整されたので色再現範囲自動調整モードを終了する（Ｓ３０７）。

Ｇ原色調整サブルーチン（Ｓ３０４）では、Ｇ原色調整サブルーチンを開始すると（Ｓ４０１）、各色光源駆動回路５０９によりＧ色光源１０Ｇを点灯し、Ｒ色光源１０ＲとＢ色光源１０Ｂとを消灯して（Ｓ４０２）、受光素子１７の出力をサンプルホールド回路５０１に入力してＧ色の照度を求める（Ｓ４０３）。次に、Ｒ色光源１０Ｒを点灯し、Ｇ色光源１０ＧとＢ色光源１０Ｂとを消灯して（Ｓ４０４）、受光素子１７の出力をサンプルホールド回路５０１に入力してＲ色の照度を求める（Ｓ４０５）。ここで、制御回路５００はＲ色照度／Ｇ色照度と基準Ｒ／Ｇ光量比とを比較し（Ｓ４０６）、Ｒ色照度／Ｇ色照度が基準Ｒ／Ｇ光量比よりも少なければＲ色光源駆動回路５０９ＲによりＲ色光源１０Ｒの光量を増加させてステップＳ４０５に戻ってＲ色の照度を求めてステップＳ４０６で再度比較を行い（４０７）、Ｒ色照度／Ｇ色照度が基準Ｒ／Ｇ光量比よりも大きければＲ色光源駆動回路５０９ＲによりＲ色光源１０Ｒの光量を減少させてステップＳ４０５に戻ってＲ色の照度を求めてステップＳ４０６で再度比較を行う（Ｓ４０８）。Ｒ色照度／Ｇ色照度が基準Ｒ／Ｇ光量比と同じとなれば、Ｂ色光源１０Ｂを点灯し、Ｒ色光源１０ＲとＧ色光源１０Ｇとを消灯して（Ｓ４０９）、受光素子１７の出力をサンプルホールド回路５０１に入力してＢ色の照度を求める（Ｓ４１０）。ここで、Ｂ色照度／Ｇ色照度と基準Ｂ／Ｇ光量比とを比較し（Ｓ４１１）、Ｂ色照度／Ｇ色照度が基準Ｂ／Ｇ光量比よりも少なければＢ色光源１０Ｂの光量を増加させてステップＳ４１０に戻ってＢ色の照度を求めてステップＳ４１１で再度比較を行い（Ｓ４１２）、Ｂ色照度／Ｇ色照度が基準Ｂ／Ｇ光量比よりも大きければＢ色光源１０Ｂの光量を減少させてステップ４１０に戻ってＢ色の照度を求めてステップＳ４１１で再度比較を行う（Ｓ４１３）。Ｂ色照度／Ｇ色照度が基準Ｂ／Ｇ光量比と同じとなれば、Ｇ原色調整が終わったのでＧ原色調整サブルーチンを終了する（Ｓ４１４）。

Ｒ原色調整サブルーチン（Ｓ３０５）、Ｂ原色調整サブルーチン（Ｓ３０６）は、各ステップで選択される色が異なるだけでフローはＧ原色調整サブルーチンと同じなので説明を省略する。

色再現範囲は固定とし、経時変化や温度などによるＲＧＢ光量バランスのずれを自動補正するようにしてもよい。補正した駆動条件を不揮発性メモリ５０７に保存するようにしてもよい。ユーザインタフェース５０８を介してユーザーが選択できるようにしてもよい。また、複数の映像入力端子を有する投写型表示装置の場合、どの映像入力端子が選択されているかによって選択できるようにしてもよい。例えば、ビデオ端子を選択する場合はＮＴＳＣ規格に合わせ、ＲＧＢ端子を選択する場合はｓＲＧＢ規格に合わせるようにしてもよい。
［ホワイトバランスを維持しながらの明るさ自動調整モード］
Ｒ色光源１０Ｒ、Ｇ色光源１０Ｇ、Ｂ色光源１０Ｂを用いている場合、Ｇ色光源１０Ｇの光量を所定の明るさに調整し、Ｇ色光量の変化倍率と同じ倍率でＲ色光源光量、Ｂ色光源光量のそれぞれを変化させるようにすると、ホワイトバランスを維持しながら明るさを変更することができる。

また、ホワイトバランス自動調整モードを実行した後にこの明るさ自動調整モードを実行することによって、経時変化や温度などによる明るさのずれを自動補正するようにしてもよい。補正した駆動条件を不揮発性メモリに保存するようにしてもよい。なお、明るさ自動調整モードは白色光源を用いる場合にも適用できる。
［光変調素子のＶ−Ｔ特性補正データ自動算出モード］
図１０はＶ−Ｔ特性補正データ自動算出モード動作時のフローチャートであり、図１１-Aは図１０におけるＧ色Ｖ−Ｔ特性測定サブルーチン動作時のフローチャートであり、図１１-Bは図１０におけるＲ色Ｖ−Ｔ特性測定サブルーチン動作時のフローチャートであり、図１１-Cは図１０におけるＢ色Ｖ−Ｔ特性測定サブルーチン動作時のフローチャートである。

Ｖ−Ｔ特性補正データ自動算出モードを開始すると（Ｓ７０１）、制御回路５００はＶ−Ｔ特性補正回路５０３における補正を行わないようにする（Ｓ７０２）。次に、Ｇ色Ｖ−Ｔ特性測定サブルーチン（Ｓ７０３）、Ｒ色Ｖ−Ｔ特性測定サブルーチン（Ｓ７０４）、Ｂ色Ｖ−Ｔ特性測定サブルーチン（Ｓ７０５）に入り、各サブルーチンが終了したら、制御回路５００はＶ−Ｔ特性補正回路５０３における補正を実行するようにして（Ｓ７０６）、Ｖ−Ｔ特性補正データ自動算出モードを終了する（Ｓ７０７）。

Ｇ色Ｖ−Ｔ特性測定サブルーチン（Ｓ７０３）では、Ｇ色Ｖ−Ｔ特性測定サブルーチンを開始すると（Ｓ８０１）、各色光源駆動回路５０９によりＧ色光源１０Ｇを点灯し、Ｒ色光源１０ＲとＢ色光源１０Ｂとを消灯して（Ｓ８０２）、映像信号処理回路５０４で映像信号を不揮発性メモリ５０７に記憶された所定のレベルにする（ループ回数に応じてレベルを変更）（Ｓ８０３）。受光素子１７の出力をサンプルホールド回路５０１に入力してＧ色の照度を求めて、一時記憶メモリ５０６に記憶させる（Ｓ８０４）。所定の映像信号レベルについて全て測定したかを調べ（Ｓ８０５）、未測定の映像信号レベルがあれば（Ｓ８０５Ｎｏ）、ステップＳ８０３に戻ってレベルを変更して受光素子１７の出力をサンプルホールド回路５０１に入力してＧ色の照度を求めて、一時記憶メモリ５０６に記憶させて（Ｓ８０４）。所定の映像信号レベルについて全て測定したかを調べる（Ｓ８０５）。

ステップＳ８０５で、全ての測定が終了していれば（Ｓ８０５Ｙｅｓ）、一時記憶メモリ５０６に記憶させたＧ色照度情報を読み出してＧ色Ｖ−Ｔ特性補正データを算出し（Ｓ８０６）、算出したＧ色Ｖ−Ｔ特性補正データを不揮発性メモリ５０７に記憶させ（Ｓ８０７）、Ｇ色Ｖ−Ｔ特性測定サブルーチンを終了する（Ｓ８０８）。

Ｒ色Ｖ−Ｔ特性測定サブルーチン（Ｓ７０４）、Ｂ色Ｖ−Ｔ特性測定サブルーチン（Ｓ７０５）は、各ステップで選択される色が異なるだけでフローはＧ色Ｖ−Ｔ特性測定サブルーチンと同じなので説明を省略する。

次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。図１２は本発明の第２の実施の形態の投写型表示装置の模式的構成図であり、図１３は、本発明の投写型表示装置の第２の実施の形態の投写型表示装置の変形例の模式的構成図である。第２の実施の形態では第１の実施の形態の検出部１０２の受光素子１７の構成が異なっているだけでその他の構成や動作は同じなので、同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。

第１の実施の形態の検出部１０２の受光素子１７はＲ、Ｇ、Ｂ各色光に対して感度を有する素子を１つ使用していたが、第２の実施の形態の検出部１０３ではＲ色受光素子１７Ｒ、Ｇ色受光素子１７Ｇ、およびＢ色受光素子１７Ｂの３個の受光素子から構成されており、偏光分離手段１５からの反射光２０Ｂは全ての受光素子に入光して選択され、第２の実施の形態の変形例では偏光分離手段１５からの反射光２０ＢをＲ、Ｇ、Ｂ各色毎に光路を分ける色分離光学系１８が設けられ、分離されたＲ、Ｇ、Ｂ各色に対応するＲ色受光素子１７Ｒ、Ｇ色受光素子１７Ｇ、およびＢ色受光素子１７Ｂの３個の受光素子がそれぞれの分離された色光の光路に設けられている。第１の実施の形態ではＲ、Ｇ、Ｂ各色光源を１個ずつ点灯させる必要があったが、第２の実施の形態ではＲ、Ｇ、Ｂ各色光源を同時点灯させても、各色光の光量比を検出することができる。

次に、本発明の第３の実施の形態について第１の実施の形態とその図面を参照して説明する。上述の第１及び第２の実施の形態では、映像を表示しないで各調整モードを実行する例について述べたが、第３の実施の形態では映像を表示しながら各調整モードを実行することが可能である。第３の実施の形態では、映像を表示中にフィールド周期毎に一瞬だけ光変調素子１４に黒を表示させ、その一瞬における受光素子１７の出力レベルを制御部１００のサンプルホールド回路５０１に記憶させて解析を行う。

次に、本発明の第４の実施の形態について第１の実施の形態とその図面を参照して説明する。上述の第１及び第２の実施の形態では、各調整モード実行時には光変調素子に黒表示させるようにした例について述べた。第４の実施の形態では調整のために光変調素子に黒表示させるようなことはしないで、各調整モードを実行することが可能である。第４の実施の形態では、光変調素子１４が表示している画像のネガ画像の明るさを動的に光センサーで検出し、入力映像信号をレベル反転した信号のＡＰＬ（Ａｖｅｒａｇｅ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｌｅｖｅｌ、映像入力信号の平均輝度レベル）と比較することによって各調整モードを実行する。

これまでの実施の形態では、光変調素子が１個の投写型表示装置について述べたが、光変調素子を複数有する投写型表示装置についても本発明が適用可能であることは明らかである。

本発明の第１の実施の形態の投写型表示装置の模式的構成図である。 図１における検出部の動作を説明するための図であり、白表示を行った場合のＰ偏光光の動作を示す。 図１における検出部の動作を説明するための図であり、黒表示を行った場合のＳ偏光光の動作を示す。 本発明の第１実施の形態の投写型表示装置の変形例の模式的構成図である。 本発明の第１の実施の形態の光量調整方法を説明するための制御部を中心とする模式的ブロック構成図である。 白色色度座標自動算出モード動作時のフローチャートである。 ホワイトバランス自動調整モード動作時のフローチャートである。 色再現範囲自動調整モード動作時のフローチャートである。 図８におけるＧ原色調整サブルーチン動作時のフローチャートである。 図８におけるＲ原色調整サブルーチン動作時のフローチャートである。 図８におけるＢ原色調整サブルーチン動作時のフローチャートである。 Ｖ−Ｔ特性補正データ自動算出モード動作時のフローチャートである。 図１０におけるＧ色Ｖ−Ｔ特性測定サブルーチン動作時のフローチャートである。 図１０におけるＲ色Ｖ−Ｔ特性測定サブルーチン動作時のフローチャートである。 図１０におけるＢ色Ｖ−Ｔ特性測定サブルーチン動作時のフローチャートを示す図である。 本発明の第２の実施の形態の投写型表示装置の模式的構成図である。 本発明の投写型表示装置の第２の実施の形態の投写型表示装置の変形例の模式的構成図である。 従来の投写型表示装置の光学系の構成を示す模式的構成図である。

符号の説明

１、２、３、４、５ 投写型表示装置
１０Ｒ、２００Ｒ Ｒ色光源
１０Ｇ、２００Ｇ Ｇ色光源
１０Ｂ、２００Ｂ Ｂ色光源
１１ 色合成手段
１２ 照明光学系
１３ 偏光板
１４ 光変調素子
１５ 偏光分離手段
１６ 投写光学系
１７、１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂ 受光素子
１８ 色分離光学系
２０Ａ 偏光分離面３０の透過光
２０Ｂ 偏光分離面３０の反射光
２１ 偏光分離手段１５の出射面
３０ 偏光分離面
３１ 自然偏光光
３１Ｓ 偏光板１３を透過したＳ偏光光
３２Ｓ 光変調素子１４を透過したＳ偏光光
３２Ｐ 光変調素子１４を透過したＰ偏光光
３３Ｓ 偏光分離面３０を反射したＳ偏光光
３３Ｐ 偏光分離面３０を透過したＰ偏光光
４０ 検光子
５１、５２、５３、５４、５５ 光学系
１００ 制御部
１０１ 光源部
１０２、１０３、１０４ 検出部
５００ 制御回路
５０１ サンプルホールド回路
５０２ 光変調素子駆動回路
５０３ Ｖ−Ｔ特性補正回路
５０４ 映像信号処理回路
５０５ ＣＰＵ
５０６ 一時記憶メモリ
５０７ 不揮発性メモリ
５０８ ユーザインタフェース
５０９Ｒ Ｒ色光源駆動回路
５０９Ｇ Ｇ色光源駆動回路
５０９Ｂ Ｂ色光源駆動回路
Ｓ１０１〜Ｓ１１１、Ｓ２０１〜Ｓ２１６、Ｓ３０１〜Ｓ３０７、Ｓ４０１〜Ｓ４１４、Ｓ５０１〜Ｓ５１４、Ｓ６０１〜Ｓ６１４、Ｓ７０１〜Ｓ７０７、Ｓ８０１〜Ｓ８０８、Ｓ９０１〜Ｓ９０８、Ｓ１００１〜Ｓ１００８ ステップ

Claims (12)

1. 光源部と、
   該光源部からの光を直線偏光光に変換する直線偏光化手段と、
   該直線偏光化手段からの光を変調する光変調素子と、
   該光変調素子からの光を偏光方向が互いに直交する第１の直線偏光光と第２の直線偏光光とに分離してそれぞれを異なった光路に出射する偏光分離手段と、
   該偏光分離手段から出射した前記第１の直線偏光光を投写する投写光学系と、
   前記偏光分離手段から出射した前記第２の直線偏光光の受光量を検出する受光素子と、
   前記光源部および前記光変調素子を駆動し、前記受光素子における受光量検出状態に応じて前記光源部の発光状態を制御する制御手段と、を有する投写型表示装置。
2. 前記光源部は、赤色光を発する赤色光源と、緑色光を発する緑色光源と、青色光を発する青色光源と、前記各色光源からの光を合成する色合成手段とを有する、請求項１に記載の投写型表示装置。
3. 前記各色光源は、それぞれ少なくとも一つの発光素子を有する、請求項２に記載の投写型表示装置。
4. 前記発光素子は、発光ダイオードである、請求項３に記載の投写型表示装置。
5. 前記発光素子は、半導体レーザである、請求項３に記載の投写型表示装置。
6. 前記光変調素子は、液晶デバイスである、請求項１に記載の投写型表示装置。
7. 前記偏光分離手段は、前記第１の直線偏光光を透過し、前記第２の直線偏光光を反射するダイクロイック膜からなる偏光分離面を有する、請求項１に記載の投写型表示装置。
8. 前記受光素子は、フォトダイオードである、請求項１に記載の投写型表示装置。
9. 前記受光素子は、フォトトランジスタである、請求項１に記載の投写型表示装置。
10. 前記受光素子は、赤、緑、青各色のそれぞれに対応して設けられている、請求項１に記載の投写型表示装置。
11. 前記制御手段は、前記受光素子が検出した前記第２の直線偏光光の受光量から赤、緑、青各色の前記発光素子の光量を比較して、各色のホワイトバランスを保つように前記光源の駆動条件を制御する、請求項１に記載の投写型表示装置。
12. 前記偏光分離手段と前記投写光学系との間に偏光板が配置されている、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の投写型表示装置。

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