JP4259147B2 - 光源装置及びそれを用いた投影型表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、光源装置及びそれを用いた投影型表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、入射光を反射または透過させて出射する複数の画素が行方向及び列方向に配列した表示エリアを有し、前記複数の画素の光の出射を制御して画像を表示する表示素子を用いた投影型表示装置は、光源装置からの出射光を光源側光学系により前記表示素子に入射させ、前記表示素子の複数の画素からの出射光を投影光学系によりスクリーン等の投影面の投影する構成となっている。
【0003】
この種の投影型表示装置には、カラーフィルタを備えた液晶素子を表示素子としたものと、カラーフィルタを備えない液晶素子や、一般にDMDと略称されるマイクロミラー素子(Digital Micromirror Device)を表示素子としたものとがあり、カラーフィルタを備えない液晶素子やマイクロミラー素子を表示素子とした投影型表示装置では、前記光源装置から複数の色、例えば赤、緑、青の3色の着色光を順次出射させ、それに同期させて前記表示素子の複数の画素に赤、緑、青の各色成分の単色画像を順次表示させることにより、投影面に、前記赤、緑、青の各色成分の単色画像を合成したカラー画像を表示させるようにしている。
【0004】
前記複数の色の着色光を順次出射する光源装置としては、光を出射する光源部の出射側に、扇形状の複数の色のカラーフィルタを周方向に並べて設けた回転板からなるカラーホイールを、前記複数の色のカラーフィルタが並ぶ円周の一部を前記光源部からの出射光の光路と交差させて配置したものがある(特許文献1、2参照)。
【0005】
また、投影型表示装置に用いられるものではないが、複数の色の着色光を順次出射する光源装置としては、光を出射する光源部の出射側に、周方向に間隔をおいて複数の開口が設けられたアルミニウム等からなる回転板の各開口にそれぞれ異なる色のカラーフィルタを取付けたカラーホイールを、前記複数の色のカラーフィルタを通る円周の一部を前記光源部からの出射光の光路と交差させて配置したものもある(特許文献3参照)。
【0006】
【特許文献1】
特開2000―78602号公報
【0007】
【特許文献2】
特開2002―277820号公報
【0008】
【特許文献3】
特開平9―120033号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
投影型表示装置は、その使用状況によっては、投影するカラー画像の色再現性にも増して、投影画像の明るさを第1に要求されることがある。
【0010】
しかし、複数の色のカラーフィルタを周方向に並べて設けた回転板からなるカラーホイールを備えた従来の光源装置は、常に、光源部からの出射光を前記カラーホイールの複数の色のカラーフィルタのいずれかにより着色して出射するため、その出射光は、前記光源部からの出射光よりも輝度が低くなった光である。
【0011】
そのため、この光源装置を用いた投影型表示装置は、充分な明るさのカラー画像を投影することができず、また、光源装置の光源部からの出射光の輝度を無理に高くして投影画像を明るくしたのでは、それに伴なう光源部の発熱や消費電力の増大が問題となる。
【0012】
また、周方向に間隔をおいて複数の開口が設けられたアルミニウム等からなる回転板の各開口にカラーフィルタを取付けたカラーホイールを備えた従来の光源装置は、前記カラーホイールのカラーフィルタが無い部分が前記光源部からの出射光の光路を通過するときに前記光源部からの光が前記回転枠により遮られ、前記カラーホイールのカラーフィルタ部分が光源部からの出射光の光路を通過するときに前記カラーフィルタを透過して着色された光が出射するため、カラーホイールが1回転する間の出射光の平均輝度が極端に低く、投影型表示装置には利用できない。
【0013】
この発明は、光源部からの出射光をカラーホイールにより複数の色に着色して出射するとともに、前記カラーホイールが1回転する間の出射光の平均輝度を充分に高くすることができる光源装置を提供することを目的としたものである。
【0014】
また、この発明は、光源装置の光源部からの出射光の輝度を無理に高くすることなく充分な明るさのカラー画像を投影することができ、しかもその投影画像の明るさを任意に調整することができる投影型表示装置を提供することを目的としたものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
この発明の光源装置は、光を出射する光源部と、回転駆動される中心部材の周囲にその周方向に並べて複数の色のカラーフィルタと前記カラーフィルタの無い少なくとも1つの空間部が設けられてなり、前記複数の色のカラーフィルタ及び空間部が並ぶ円周の一部を前記光源部からの出射光の光路と交差させて配置されたカラーホイールとを備えたことを特徴とする。
【0016】
この光源装置は、前記カラーホイールのカラーフィルタが光源部からの出射光の光路を通過するときに、前記光源部からの出射光を前記カラーフィルタにより着色して出射し、前記カラーホイールの空間部が前記光源部からの出射光の光路を通過するときに、前記光源部からの出射光を前記空間部を全く減衰させること無く通過させて非着色光のまま出射する。
【0017】
すなわち、この光源装置は、前記カラーホイールが1回転する間に、前記カラーホイールの複数の色のカラーフィルタにより着色された複数の色の着色光と、前記カラーホイールの空間部を減衰すること無く通過した非着色光とを順次出射するものであり、この光源装置によれば、光源部からの出射光を前記カラーホイールの複数の色のカラーフィルタにより複数の色に着色して出射するとともに、前記カラーホイールのカラーフィルタの無い空間部が前記光源部からの出射光の光路を通過するときに、前記光源部からの出射光を前記空間部を全く減衰させること無く通過させて出射し、前記カラーホイールが1回転する間の出射光の平均輝度を充分に高くすることができる。
【0018】
この発明の光源装置において、前記カラーホイールは、前記中心部材の周囲の1箇所にカラーフィルタの無い空間部を設けたものでもよく、その場合は、前記中心部材の前記空間部に対応する部分に、カラーホイール全周の重量バランスを均一にするためのバランスウエイトを設けるのが望ましい。
【0019】
前記カラーホイールは、前記中心部材の周囲の複数個所にカラーフィルタの無い空間部を設け、これらの空間部の周方向長さの比を、カラーホイール全周の重量バランスが均一になるように設定した構成のものが望ましい。
【0020】
さらに、前記カラーホイールの複数の色のカラーフィルタの周方向長さはそれぞれ、前記カラーホイールが1回転する間に前記カラーフィルタにより着色されて出射する複数の色の着色光の合成色が白色に近くなるように互いに異なる値に設定するのが望ましい。
【0021】
その場合、例えば前記光源部に超高圧水銀ランプを備えさせ、前記カラーホイールに赤、緑、青の3色のカラーフィルタを備えさせるときは、前記赤、緑、青の3色のカラーフィルタのうち、赤色フィルタの周方向長さを緑色フィルタ及び青色フィルタの周方向長さよりも大きく、前記緑色フィルタの周方向長さを前記青色フィルタの周方向長さよりも大きく設定すればよい。
【0022】
さらにまた、前記カラーホイールに周方向長さが互いに異なる例えば3色のカラーフィルタを備えさせ、これらのカラーフィルタの間にそれぞれ前記空間部を設ける場合は、前記3色のカラーフィルタのうちの最も周方向長さが大きい第1の色のフィルタと次に周方向長さが大きい第2の色のフィルタとの間の空間部の周方向長さを、前記第1の色のフィルタと最も周方向長さが小さい第3の色のフィルタとの間の空間部及び前記第2の色のフィルタと前記第3の色のフィルタとの間の空間部の周方向長さよりも大きく、前記第1の色のフィルタと前記第3の色のフィルタとの間の空間部の周方向長さが、前記第2の色のフィルタと前記第3の色のフィルタとの間の空間部の周方向長さよりも大きく設定するのが好ましい。
【0023】
また、前記カラーホイールを前記中心部材の周囲の複数個所に空間部を設けた構成とする場合は、前記中心部材の周囲に、複数の色のカラーフィルタが周方向に連続して並んだ周方向長さが互いに等しい複数のフィルタ群を設け、前記複数のフィルタ群の間にそれぞれ空間部を設けるとともに、これらの空間部の周方向長さを互いに等しくしてもよい。
【0024】
この発明の投影型表示装置は、前記発明の光源装置と、入射光を反射または透過させて出射する複数の画素が行方向及び列方向に配列した表示エリアを有し、前記複数の画素からの光の出射を制御して画像を表示する表示素子と、前記光源装置からの出射光を前記表示素子に入射させる光源側光学系と、前記表示素子の複数の画素からの出射光を投影する投影光学系と、前記光源装置のカラーホイールの回転に同期して、前記カラーホイールのカラーフィルタが光源部からの出射光の光路を通過するときにそのカラーフィルタに対応した色成分の単色画像を前記表示素子に表示させ、前記カラーホイールの空間部が前記光源部からの出射光の光路を通過するときに前記表示素子の複数の画素からの光の出射時間を調整する表示制御手段とを備えたことを特徴とする。
【0025】
この投影型表示装置は、カラーホイールが1回転する間に、前記カラーホイールの複数の色のカラーフィルタにより着色された着色光と、前記カラーホイールの空間部を減衰すること無く通過した非着色光とを出射する光源装置を備え、前記カラーホイールのカラーフィルタが光源部からの出射光の光路を通過するときにそのカラーフィルタに対応した色成分の単色画像を前記表示素子に表示させ、前記カラーホイールの空間部が前記光源部からの出射光の光路を通過するときに前記表示素子の複数の画素からの光の出射時間を調整するようにしているため、前記カラーホイールの空間部が光源部からの出射光の光路を通過するときに前記表示素子から出射する非着色光により投影画像の明るさを底上げすることができ、したがって、前記光源装置の光源部からの出射光の輝度を無理に高くすることなく充分な明るさのカラー画像を投影することができる。
【0026】
しかも、この投影型表示装置によれば、前記光源装置のカラーホイールの回転に同期して、前記カラーホイールのカラーフィルタが光源部からの出射光の光路を通過するときにそのカラーフィルタに対応した色成分の単色画像を前記表示素子に表示させ、前記カラーホイールの空間部が前記光源部からの出射光の光路を通過するときに前記表示素子の複数の画素からの光の出射時間を調整するようにしているため、投影するカラー画像の明るさを任意に調整することができる。
【0027】
この発明の投影型表示装置において、前記表示制御手段は、前記光源装置のカラーホイールの空間部が光源部からの出射光の光路を通過するときに画像信号を前記表示素子に供給し、前記表示素子の複数の画素からの光の出射を制御するのが望ましい。
【0028】
その場合、前記光源装置のカラーホイールの空間部が光源部からの出射光の光路を通過するときに前記表示制御手段から表示素子に供給する画像信号は、前記カラーホイールの複数の色のカラーフィルタにそれぞれ対応する複数の色成分の単色画像信号に基いて生成した白黒画像信号が好ましい。
【0029】
【発明の実施の形態】
図1〜図5はこの発明の第1の実施例を示しており、図1は投影型表示装置の構成図である。
【0030】
この投影型表示装置は、複数の色の着色光を順次出射する光源装置1と、入射光を反射または透過させて出射する複数の画素が行方向及び列方向に配列した表示エリアを有し、前記複数の画素からの光の出射を制御して画像を表示する表示素子12と、前記光源装置1からの出射光を前記表示素子12に入射させる光源側光学系13と、前記表示素子12の複数の画素からの出射光を投影する投影光学系15と、前記表示素子12の表示を制御する表示制御手段17とを備えている。
【0031】
まず、前記光源装置1について説明すると、この光源装置1は、光を出射する光源部2と、前記光源部2の出射側に配置されたカラーホイール6とからなっている。
【0032】
この光源装置1の光源部2は、高輝度の光を出射する光源ランプ3と、前記光源ランプ3からの出射光を光源部2の前方において集光する方向に反射するリフレクタ4と、前記リフレクタ4の前方に出射した光の輝度分布を均一にするための導光部材5とにより構成されている。
【0033】
この光源部2の導光部材5は、ガラス等からなる透明な角棒体または角筒体からなっており、その一端が光の入射端とされ、他端が前記入射端から入射した光の出射端とされている。
【0034】
この導光部材5は、その入射端を前記リフレクタ4の出射面に対向させて配置されており、前記リフレクタ4の前方に出射した光を前記入射端から入射させ、その光を内部で反射しながら導いて、均一な輝度分布の光を前記出射端から出射する。
【0035】
また、前記光源部2の出射側に配置されたカラーホイール6は、モータ11により定速回転される中心部材7の周囲にその周方向に並べて複数の色カラーフィルタと前記カラーフィルタの無い少なくとも1つの空間部とを設けたものであり、このカラーホイール6は、そのホィール面を前記光源部2からの出射光(導光部材5の出射端からの出射光)の集光点に合わせて、前記複数の色のカラーフィルタ及び空間部が並ぶ円周の一部を前記光源部2からの出射光の光路と交差させて配置されている。
【0036】
図2及び図3は前記カラーホイール6の斜視図及び正面図であり、この実施例では、前記カラーホイール6を、中心に前記モータ11の回転軸に固定される軸孔が設けられた中心部材7の周囲に、扇形状に形成された赤、緑、青の3色のフィルタ8R,8G,8Bと扇形状の空間部9とを1つずつ周方向に並べて設けた構成としている。
【0037】
このカラーホイール6の赤、緑、青の3色のフィルタ8R,8G,8Bは、例えば図2及び図3のように、図において右回りに緑色フィルタ8G、青色フィルタ8B、赤色フィルタ8Rの順に並べて設けられており、前記空間部9は、前記3色のフィルタ8R,8G,8Bのうちの隣り合う2つのフィルタ、例えば赤色フィルタ8Rと緑色フィルタ8Gとを離間させて設けることにより、前記赤色フィルタ8Rと緑色フィルタ8Gとの間に形成されている。
【0038】
前記赤、緑、青のカラーフィルタ8R,8G,8Bの周方向の長さはそれぞれ、前記カラーホイール6が1回転する間に前記カラーフィルタ8R,8G,8Bにより着色されて出射する赤、緑、青の3色の着色光の合成色が白色に近くなるように互いに異なる値に設定されている。
【0039】
なお、この実施例では、前記光源部2の光源ランプ3に超高圧水銀ランプを用いており、この超高圧水銀ランプ3が出射する光は、可視光帯域のうち、赤の波長帯域の波長光の強度が緑及び青の波長帯域の波長光の強度に比べて弱く、また、青の波長帯域の波長光の強度が緑の波長帯域の波長光の強度よりも高い光、つまり赤味が弱く、青味の強い光である。
【0040】
そのため、この実施例では、図3に示したように、前記カラーホイール6の赤色フィルタ8Rと緑色フィルタ8Gと青色フィルタ8Bとを、それぞれのカラーホイール中心からの広がり角θR,θG,θBがθR>θG>θBの関係にある扇形状に形成することにより、これらのフィルタ8R,8G,8Bのうち、赤色フィルタ8Rの周方向長さを、緑色フィルタ8G及び青色フィルタ8Bの周方向長さよりも大きくするとともに、前記緑色フィルタ8Gの周方向長さを前記青色フィルタ8Bの周方向長さよりも大きくしている。
【0041】
また、前記カラーホイール6の空間部9は、カラーホイール中心からの広がり角θ0が、赤、緑、青のいずれのフィルタ8R,8G,8Bの広がり角θR,θG,θBよりも充分に小さい扇形状に形成されている。すなわち、この空間部9の周方向長さは、前記赤、緑、青のフィルタ8R,8G,8Bのいずれの周方向長さよりも充分に小さく設定されている。
【0042】
そして、この実施例では、前記カラーホイール6の中心部材7の外周に、前記空間部9に対応させて、カラーホイール全周の重量バランスを均一にするためのバランスウエイト10を設けている。
【0043】
なお、前記赤、緑、青のフィルタ8R,8G,8Bの単位面積当たりの重量は実質的に同じであり、したがって、これらのフィルタ8R,8G,8Bが周方向に連続して並んだ部分の周方向の重量バランスは均等であるため、中心部材7の空間部9に対応する部分にバランスウエイト10を設けるだけで、カラーホイール全周の重量バランスを均一にすることができる。
【0044】
前記光源装置1は、前記カラーホイール6のカラーフィルタ8R,8G,8Bが光源部2からの出射光の光路を通過するときに、前記光源部2からの出射光を前記カラーフィルタ8R,8G,8Bにより着色して出射し、前記カラーホイール6の空間部9が光源部2からの出射光の光路を通過するときに、前記光源部2からの出射光を前記空間部9を全く減衰させること無く通過させて非着色光のまま出射する。
【0045】
すなわち、この光源装置1は、前記カラーホイール6が1回転する間に、前記カラーホイール6の赤、緑、青のカラーフィルタ8R,8G,8Bにより着色された赤、緑、青の着色光と、前記カラーホイール6の空間部9を減衰すること無く通過した非着色光とを出射する。
【0046】
なお、この実施例で用いたカラーホイール6は、図2及び図3に示したように、赤、緑、青のフィルタ8R,8G,8Bを、図において右回りに緑色フィルタ8G、青色フィルタ8B、赤色フィルタ8Rの順に並べて設け、前記赤色フィルタ8Rと緑色フィルタ8Gとの間に前記空間部9を形成したものであるため、このカラーホイール6を例えば図において左回り方向に回転させたときの光源装置1からの出射光は、前記カラーホイール6が1回転する間に、緑色光、青色光、赤色光、非着色光の順で変化する。
【0047】
したがって、この光源装置1によれば、光源部2からの出射光を前記カラーホイール6の赤、緑、青のフィルタ8R,8G,8Bにより赤、緑、青の3色に着色して出射するとともに、前記カラーホイール6のカラーフィルタの無い空間部9が光源部2からの出射光の光路を通過するときに、前記光源部2からの出射光を前記空間部9を全く減衰させること無く通過させて出射し、前記カラーホイール6が1回転する間の出射光の平均輝度を充分に高くすることができる。
【0048】
なお、着色光と非着色光とを出射する光源装置としては、光源部の出射側に、複数の色のカラーフィルタと無色フィルタとを周方向に並べて設けたカラーホイールを配置した構成のものも考えられる。
【0049】
しかし、このような構成の光源装置では、前記カラーホイールの無色フィルタが光源部からの出射光の光路を通過するときに出射する非着色光が、前記無色フィルタによりある程度吸収されて減衰した光である。
【0050】
それに対して、上記実施例の光源装置1は、光源部の出射側に、赤、緑、青のカラーフィルタ8R,8G,8Bとカラーフィルタの無い空間部9とを周方向に並べて設けたカラーホイール6を配置したものであるため、前記カラーホイール6の空間部9が光源部2からの出射光の光路を通過するときに出射する非着色光が、減衰の全く無い光であり、したがって、前記カラーホイール6が1回転する間の出射光の平均輝度を充分に高くすることができる。
【0051】
さらに、この実施例では、図2及び図3に示したように、前記カラーホイール6の赤、緑、青のフィルタ8R,8G,8Bのうち、赤色フィルタ8Rの周方向長さを緑色フィルタ8G及び青色フィルタ8Bの周方向長さよりも大きくするとともに、前記緑色フィルタ8Gの周方向長さを前記青色フィルタ8Bの周方向長さよりも大きくしているため、このカラーホイール6が1回転する間の赤、緑、青の各色の着色光の出射時間により前記光源部2からの出射光の色味を補償し、前記カラーフィルタ8R,8G,8Bにより着色されて出射する赤、緑、青の着色光の合成色を白色に近くすることができる。
【0052】
すなわち、前記超高圧水銀ランプ3を備えた光源部2から出射して前記カラーホイール6に入射する光は、上述したように、赤味が弱く、青味の強い光であるが、前記カラーホイール6の赤色フィルタ8Rの周方向長さが緑色フィルタ8G及び青色フィルタ8Bの周方向長さよりも大きく、また前記緑色フィルタ8Gの周方向長さが前記青色フィルタ8Bの周方向長さよりも大きいため、このカラーホイール6が1回転する間に、前記光源部2からの出射光のうち、最も強度の弱い赤色光が、最も長い時間、前記赤色フィルタ8Rを透過して出射し、最も強度の強い青色光が、最も短い時間、前記青色フィルタ8Bを透過して出射し、前記赤色光と青色光の間の強度の緑色光が、前記赤色光の出射時間よりも短く、前記青色光の出射時間よりも長い時間、前記緑色フィルタ8Gを透過して出射する。
【0053】
したがって、この光源装置1によれば、前記光源部2から出射光し、前記カラーホイール6のカラーフィルタ8R,8G,8Bにより着色されて出射する赤、緑、青の着色光の前記カラーホイール6が1回転する間の出射光の合成色を白色に近くし、赤、緑、青の各色の出射光の強度をバランスさせることができる。
【0054】
なお、この光源装置1は、前記カラーホイール6が1回転する間に、緑色光、青色光、赤色光、非着色光を順に出射するが、その光のうち、前記カラーホイール6の空間部9を減衰すること無く通過した非着色光は、前記超高圧水銀ランプ3から出射した赤味が弱く、青味の強い光であるため、この非着色光の色味が前記カラーホイール6が1回転する間の出射光の合成色に影響する。
【0055】
したがって、前記カラーホイール6の赤、緑、青の各色のフィルタ8R,8G,8Bの周方向長さの比は、前記空間部9の周方向長さ(非着色光の出射時間)を考慮して設定するのが望ましい。
【0056】
前記カラーホイール6の赤、緑、青の各色のフィルタ8R,8G,8Bと空間部9の周方向長さ、つまりこれらのカラーホイール中心からの広がり角θR,θG,θB,θ0は、θR=115°、θG=108°、θB=85°、θ0=52°が好ましく、このように、前記赤、緑、青のフィルタ8R,8G,8B及び空間部9の周方向長さの比を、115:108:85:52に設定することにより、前記非着色光の色味の影響も補償し、前記カラーホイール6が1回転する間の出射光の合成色をほとんど白色にすることができる。
【0057】
また、前記カラーホイール6は、中心部材7の周囲の1箇所にカラーフィルタの無い空間部9を設けたものであるが、前記中心部材7の前記空間部9に対応する部分にバランスウエイト10を設け、カラーホイール全周の重量バランスを均一にしているため、回転ぶれを生じさせること無く安定に回転させることができる。
【0058】
次に、図1に示した投影型表示装置の他の部分の構成を説明すると、この実施例の投影型表示装置は、表示素子12として、マイクロミラー素子(DMD)を用いたものである。以下、前記表示素子12をマイクロミラー素子と言う。
【0059】
前記マイクロミラー素子12は、縦横の幅がそれぞれ10μm〜20μmの極薄金属片(例えばアルミニウム片)からなり、CMOSをベースとするミラー駆動素子により一方の方向と他方の方向とに傾動されるマイクロミラーにより形成された複数の画素が行方向及び列方向に配列した表示エリアを有しており、正面方向に対して一方の方向に傾いた入射方向から所定の入射角で入射した光を、前記マイクロミラーの傾き方向の切換えにより表示の観察方向と他の方向のいずれかに反射し、前記複数の画素からの観察方向への光の出射を制御して画像を表示する。
【0060】
また、前記光源装置1からの出射光を前記マイクロミラー素子12に入射させる光源側光学系13は、前記光源装置1からの出射光を平行光に補正して前記マイクロミラー素子12に入射させる光源側レンズ14により構成されており、前記マイクロミラー素子12の複数の画素からの出射光を投影する投影光学系15は、前記マイクロミラー素子12からの観察方向への出射光をその光束を拡大して図示しないスクリーン等の投影面に投影する投影レンズ16により構成されている。
【0061】
なお、図1では、前記光源側レンズ14及び投影レンズ16を1枚のレンズで表現しているが、前記光源側レンズ14及び投影レンズ16はそれぞれ、レンズ収差を小さくするために複数枚のレンズを組合せて構成されている。
【0062】
また、前記マイクロミラー素子12の表示を制御する表示制御手段17は、前記光源装置1のカラーホイール6の回転に同期して、前記カラーホイール6のカラーフィルタ8R,8G,8Bが光源部2からの出射光の光路を通過するときにそのカラーフィルタ8R,8G,8Bの色にそれぞれ対応した色成分の単色画像を前記マイクロミラー素子12に表示させ、前記カラーホイール6の空間部9が前記光源部2からの出射光の光路を通過するときに前記マイクロミラー素子12の複数の画素からの光の出射時間を調整する。
【0063】
この表示制御手段17は、カラーホイール制御部18と、時分割駆動回路19と、カラーシーケンス制御回路20とにより構成されている。
【0064】
前記カラーホイール制御部18は、前記カラーホイール6を回転させるモータ11を、時分割駆動回路19から与えられるタイミング信号に同期して制御するものであり、前記モータ11は、前記カラーホイール制御部18により制御され、カラーホイール6を定速回転させる。
【0065】
前記時分割駆動回路19は、カラーシーケンス制御回路20から送られてくる表示モード信号に従い、上記カラーホイール制御部18にタイミング信号を与えるとともに、図示しない外部回路から与えられる赤,緑,青の各色成分の単色画像信号R,G,Bに基づいてマトリックス演算により白黒画像信号Wを生成し、前記光源装置1のカラーホイール6の回転に同期して、前記赤,緑,青の各色成分の単色画像信号R,G,Bと白黒画像信号Wとを順次マイクロミラー素子12に供給する。
【0066】
すなわち、この時分割駆動回路19は、前記光源装置1のカラーホイール6の回転に同期して、前記カラーホイール6のカラーフィルタ8R,8G,8Bが光源部2からの出射光の光路を通過するときに、そのカラーフィルタ8R,8G,8Bの色に対応した色成分の単色画像信号R,G,Bをマイクロミラー素子12に供給して単色画像を表示させ、前記カラーホイール6の空間部9が光源部2からの出射光の光路を通過するときに、前記白黒画像信号Wをマイクロミラー素子12に供給し、前記マイクロミラー素子12の複数の画素からの光の出射を制御する。
【0067】
さらに、この時分割駆動回路19は、前記カラーシーケンス制御回路20からの表示モード信号に応じてマイクロミラー素子12への白黒画像信号Wの供給時間を調整し、前記画像信号Wの供給時間中、マイクロミラー素子12に前記白黒画像信号Wに対応する白黒画像を表示させる。
【0068】
つまり、前記時分割駆動回路19は、前記光源装置1のカラーホイール6の空間部9が光源部2からの出射光の光路を通過するときに、前記マイクロミラー素子12の複数の画素からの光の出射時間を前記白黒画像信号Wの供給時間により調整する。
【0069】
なお、この実施例では上述したように、光源装置1からの出射光を、カラーホイール6が1回転する間に、緑色光、青色光、赤色光、非着色光の順で変化させるようにしており、したがって前記時分割駆動回路19は、前記マイクロミラー素子12に対して、緑の単色画像信号、青の単色画像信号、赤の単色画像信号、白黒画像信号を順に供給する。
【0070】
また、前記カラーシーケンス制御回路20は、投影型表示装置の使用者により選択される投影画像の明るさを指定するための表示モード信号を前記時分割駆動回路23に送出する。
【0071】
図4は、前記光源装置1からの出射光と、前記時分割駆動回路19により駆動されるマイクロミラー素子12の表示との対応関係を示している。
【0072】
なお、前記マイクロミラー素子12は、その表示を1秒間に5万回程度書換えできる非常に高い応答性を有しているため、図4では便宜上、マイクロミラー素子12の表示の書換えに要する時間を0としている。
【0073】
図4のように、この投影型表示装置は、赤、緑、青の各色の単色画像をそれぞれ表示する3つのフィールドと、白黒画像を表示する1つのフィールドとの計4フィールドにより1フレーム分の画像を表示する。
【0074】
この投影型表示装置では、1フレームを1/30秒とし、前記光源装置1のカラーホイール6を30rpmの回転速度で定速回転させるようにしている。
【0075】
そして、この実施例では、上述した光源装置1からの光の出射順(緑色光、青色光、赤色光、非着色光の順)に合わせて、1フレーム中の第1フィールドを緑色画像の表示フィールド、第2フィールドを青色画像の表示フィールド、第3フィールドを赤色画像の表示フィールド、第4フィールドを白黒画像の表示フィールドとするとともに、これらのフィールドをそれぞれ、光源装置1からのカラーホイール6が1回転する間の緑色光、青色光、赤色光、非着色光の出射時間に合わせて、各フィールドの時間比が115:108:85:52になるように設定している。
【0076】
すなわち、前記第1〜第4フィールドのうち、赤色画像を表示する第3フィールドは最も長く設定されており、以下、緑色画像を表示する第1フィールド、青色画像を表示する第2フィールドの順に短く設定され、さらに白黒画像を表示する第4フィールドは前記第1〜第3の各フィールドよりも短く設定されている。
【0077】
前記投影型表示装置の表示を図4に基いて説明すると、前記時分割駆動回路19は、光源装置1のカラーホイール6の回転に同期して、前記カラーホイール6の緑色フィルタ8Gが光源部2からの出射光の光路を通過するとき、つまり光源装置1から緑色光が出射する第1フィールドに、そのフィールドの全期間にわたってマイクロミラー素子12に緑色画像を表示させ、前記カラーホイール6の青色フィルタ8Bが光源部2からの出射光の光路を通過するとき、つまり光源装置1から青色光が出射する第2フィールドに、そのフィールドの全期間にわたって前記マイクロミラー素子12に青色画像を表示させ、前記カラーホイール6の赤色フィルタ8Rが光源部2からの出射光の光路を通過するとき、つまり光源装置1から赤色光が出射する第3フィールドに、そのフィールドの全期間にわたって前記マイクロミラー素子12に赤色画像を表示させる。
【0078】
さらに、前記時分割駆動回路19は、前記カラーホイール6の空間部9が光源部2からの出射光の光路を通過するとき、つまり光源装置1から非着色光が出射する第4フィールドには、カラーシーケンス制御回路20からの表示モード信号に応じた表示時間t1だけ前記マイクロミラー素子12に白黒画像を表示させ、同フィールド内の残る時間は、マイクロミラー素子12の全ての画素を一括して黒の非表示状態(入射光を投影光学系15とは異なる方向に反射させる状態)にする。
【0079】
なお、図4では、第4フィールドの1/2を白黒画像の表示時間t1としているが、前記第4フィールド中の白黒画像の表示時間t1と非表示時間t2の比は、カラーシーケンス制御回路20からの表示モード信号に応じて調整される。
【0080】
このように、前記投影型表示装置は、1フレーム中に、緑色画像と青色画像と赤色画像と白黒画像とを順次マイクロミラー素子12に表示させるようにしたものであり、前記マイクロミラー素子12の複数の画素からの出射光は、投影光学系15によりスクリーン等の投影面に投影され、前記緑色画像と青色画像と赤色画像と白黒画像とを合成したカラー画像として観察される。
【0081】
この投影型表示装置は、カラーホイール6が1回転する間に、前記カラーホイール6の赤、緑、青のフィルタ8R,8G,8Bにより着色された赤、緑、青の着色光と、前記カラーホイール6の空間部9を減衰すること無く通過した非着色光とを出射する光源装置1を備え、前記カラーホイール6の各色のフィルタ8R,8G,8Bが光源部2からの出射光の光路を通過するときにそのフィルタに対応した色成分の単色画像をマイクロミラー素子12に表示させ、前記カラーホイール6の空間部9が光源部2からの出射光の光路を通過するときに前記マイクロミラー素子12の複数の画素からの光の出射時間を調整するようにしているため、前記カラーホイール6の空間部9が光源部2からの出射光の光路を通過するときに前記マイクロミラー素子12から出射する非着色光により投影画像の明るさを底上げすることができ、したがって、前記光源装置1の光源部2からの出射光の輝度を無理に高くすることなく充分な明るさのカラー画像を投影することができる。
【0082】
しかも、この投影型表示装置によれば、前記光源装置1のカラーホイール6の回転に同期して、前記カラーホイール6の赤、緑、青のフィルタ8R,8G,8Bが光源部2からの出射光の光路を通過するときにそのフィルタに対応した色成分の単色画像を前記マイクロミラー素子12に表示させ、前記カラーホイール6の空間部9が光源部2からの出射光の光路を通過するときに前記マイクロミラー素子12の複数の画素からの光の出射時間を調整するようにしているため、投影するカラー画像の明るさを任意に調整することができる。
【0083】
さらに、この投影型表示装置は、前記光源装置1のカラーホイール6の空間部9が光源部2からの出射光の光路を通過するときに、前記カラーホイール6の赤、緑、青のフィルタ8R,8G,8Bにそれぞれ対応する赤、緑、青の色成分の単色画像信号R,G,Bに基いて生成した白黒画像信号Wを前記マイクロミラー素子12に供給するとともにその供給時間を制御し、前記白黒画像信号の供給時間中、前記マイクロミラー素子12に白黒画像を表示させるようにしているため、投影するカラー画像の明るさと色再現性及びコントラストを任意に調整することができる。
【0084】
すなわち、図4における第4フィールド中の白黒画像の表示時間t1と非表示時間t2の比は、投影型表示装置の使用者により選択され、カラーシーケンス制御回路20から時分割駆動回路23に送出される表示モード信号に応じて調整される。
【0085】
図5は、前記第4フィールド中の白黒画像の表示時間t1を、画像表示を全くしない場合も含めて9段階に調整する例を示している。
【0086】
この各例における投影画像の明るさと色度及びコントラストを説明すると、図5(a)のように、第4フィールドの全期間にわたって白黒画像を表示させたときは、白黒画像による投影画像の明るさの底上げ効果は最も高いが、その反面、前記第4フィールドの全期間が白黒表示であるため、この第4フィールドが前記第1〜第3の各フィールドより短くても、投影されるカラー画像の色純度及びコントラストがある程度低下する。
【0087】
また、図5(i)のように、第4フィールドの全期間にわたって全く白黒画像を表示しない場合は、投影されるカラー画像の色純度及びコントラストが、赤、緑、青の単色画像信号に対して最も忠実になるが、白黒画像による投影画像の明るさの底上げ効果が全く無く、しかもマイクロミラー素子12が第4フィールドの全期間にわたって黒の非表示状態になるため、投影画像が暗くなる。
【0088】
これらの例に対し、図5(b)〜(h)のように、第4フィールド中の一部の期間に白黒画像を表示させたときは、そのいずれの場合も、白黒画像による投影画像の明るさの底上げ効果が得られ、しかも、図5(a)の例に比べて、赤、緑、青の単色画像信号に対する投影画像の色純度及びコントラストの忠実度が高くなる。
【0089】
なお、図5には、第4フィールドの始端において白黒画像の表示を開始させる例を示したが、白黒画像は、第4フィールド中であればどの時期に表示してもよい。
【0090】
したがって、例えば前記投影型表示装置に、使用者により操作される画質選択手段を設け、その操作に応じてカラーシーケンス制御回路20から時分割駆動回路19に送出する表示モード信号を前記9段階に切換えるようにすることにより、使用者が選択した明るさと色再現性及びコントラストのカラー画像を投影することができる。
【0091】
しかも、この実施例の投影型表示装置は、前記光源装置1の光源部2の光源ランプに、赤味が弱く、青味の強い光を出射する超高圧水銀ランプを用いたものであるが、前記カラーホイール6の赤、緑、青のフィルタ8R,8G,8B及び空間部9の周方向長さの比を上述したように設定することにより、前記カラーホイール6が1回転する間に光源装置1から出射する緑、青、赤の着色光及び非着色光の合成色を白色に近くするとともに、1フレーム中の緑、青、赤の単色画像及び白黒画像の表示フィールドを前記光源装置1からの緑、青、赤の着色光及び非着色光の出射時間に合わせて設定しているため、前記マイクロミラー素子12により表示され、投影面に順次投影される緑、青、赤の各単色画像の明るさをバランスさせるとともに、前記白黒画像による投影画像の色純度及びコントラストの低下を少なくし、色再現性及びコントラストがより良好なカラー画像を投影することができる。
【0092】
なお、上記実施例では、1フレーム中の第1フィールドを緑色画像の表示フィールド、第2フィールドを青色画像の表示フィールド、第3フィールドを赤色画像の表示フィールド、最後フィールドである第4フィールドを白黒画像の表示フィールドとしているが、赤、緑、青の単色画像と白黒画像の表示順は他の順にしてもよく、その場合は、マイクロミラー素子12への赤、緑、青の単色画像信号及び白黒画像信号の供給順と、光源装置1のカラーホイール6の赤、緑、青のフィルタ8R,8G,8Bと空間部9の並び順を変更すればよい。
【0093】
また、上記実施例では、光源装置1のカラーホイール6を、中心部材7の周囲の1箇所に空間部9を設け、前記中心部材7の空間部9に対応する部分にバランスウエイト10を設けた構成としたが、前記カラーホイール6は、中心部材7の周囲の複数箇所にカラーフィルタの無い空間部を設け、これらの空間部の周方向長さの比を、カラーホイール全周の重量バランスが均一になるように設定した構成としてもよい。
【0094】
図6及び図7はこの発明の第2の実施例を示すカラーホイールの斜視図及び正面図である。
【0095】
この実施例のカラーホイール6は、中心部材7の周囲に、扇形状に形成された赤、緑、青の3色のフィルタ8R,8G,8Bを1つずつ互いに離間させて設け、これらのフィルタ8R,8G,8Bの間にそれぞれ扇形状の空間部9a,9ab,9cを形成したものであり、この実施例では、前記赤、緑、青のフィルタ8R,8G,8Bのカラーホイール中心からの広がり角θR,θG,θBを上述した第1の実施例と同様にθR>θG>θBの関係に設定するとともに、青と緑のフィルタ8B,8G間の空間部9aと、緑と青のフィルタ8G,8B間の空間部9bと、青と赤のフィルタ8B,8R間の空間部9cとのカラーホイール中心からの広がり角θ1,θ2,θ3をθ2>θ3>θ1の関係に設定している。
【0096】
また、この実施例では、前記各空間部9の広がり角θ1,θ2,θ3の和を、上述した第1の実施例における1つの空間部9の広がり角θと同じ(θ=θ1+θ2+θ3)にし、これらの空間部9の周方向長さの合計値を前記第1の実施例における1つの空間部9の周方向長さと同じにしている。
【0097】
すなわち、このカラーホイール6の赤、緑、青のフィルタ8R,8G,8Bの周方向長さ及び前記各空間部9の周方向長さの合計値の比は、115:108:85:52に設定されている。
【0098】
このカラーホイール6は、赤、緑、青のフィルタ8R,8G,8Bの間にそれぞれカラーフィルタの無い空間部9a,9ab,9cを設けたものであるため、これらの空間部9が上述した光源部2からの出射光の光路を通過するときに出射する非着色光が、減衰の全く無い光であり、したがって、カラーホイール6が1回転する間の出射光の平均輝度を充分に高くすることができる。
【0099】
また、このカラーホイール6は、赤色フィルタ8Rの周方向長さを緑色フィルタ8G及び青色フィルタ8Bの周方向長さよりも大きく、緑色フィルタ8Gの周方向長さを青色フィルタ8Bの周方向長さよりも大きし、さらに赤、緑、青のフィルタ8R,8G,8Bの周方向長さ及び前記各空間部9の周方向長さの合計値の比を上記のように設定しているため、上述した光源部2からの出射光が赤味が弱く、青味の強い光であっても、カラーホイール6が1回転する間に出射する赤、緑、青の各色の着色光の強度をバランスさせるとともに、前記空間部9を通過した非着色光の色味の影響も補償し、前記カラーホイール6が1回転する間の出射光の合成色をほとんど白色にすることができる。
【0100】
しかも、このカラーホイール6は、赤、緑、青のフィルタ8R,8G,8Bの間にそれぞれ設けた空間部9a,9b,9cのうち、最も周方向長さが大きい赤色フィルタ8Rと次に周方向長さが大きい緑色フィルタ8Gとの間の空間部9cの周方向長さを、前記赤色フィルタ8Rと最も周方向長さが小さい青色フィルタ8Bとの間の空間部9b及び前記緑色フィルタ8Gと青色フィルタ8Bとの間の空間部9aの周方向長さよりも大きくし、前記赤色フィルタ8Rと青色フィルタ8Bとの間の空間部9bの周方向長さを、前記緑色フィルタ8Gと青色フィルタ8Bとの間の空間部9aの周方向長さよりも大きくしているため、カラーホイール全周の重量バランスを均一にし、回転ぶれを生じさせること無く安定に回転させることができる。
【0101】
すなわち、上述したように、前記赤、緑、青のフィルタ8R,8G,8Bの単位面積当たりの重量は実質的に同じであるが、それぞれの周方向長さが互いに異なるため、これらのフィルタ8R,8G,8Bの間の空間部9a,9b,9cの周方向長さを同じにすると、カラーホイール全周の重量バランスが崩れる。
【0102】
そのため、この実施例では、前記各空間部9a,9b,9cの周方向長さを上記のような関係にすることにより、各色のフィルタ8R,8G,8Bの周方向長さの違いによる重量バランスの崩れを補償し、バランスウエイトを設けること無くカラーホイール全周の重量バランスを均一にしている。
【0103】
このカラーホイール6は、中心部材7の周囲の3個所にカラーフィルタの無い空間部9a,9b,cを有しているため、1回転中に非着色光を3回出射することができる。
【0104】
なお、この実施例のカラーホイール6は、赤、緑、青の3色のフィルタ8R,8G,8Bと3つの空間部9a,9b,9cとを図において右回りに、緑色フィルタ8G、空間部9a、青色フィルタ8R、空間部9b、赤色フィルタ8R、空間部9cの順に並べて設けたものであり、例えば右回り方向に1回転する間に、緑色光、非着色光、青色光、非着色光、赤色光、非着色光を順次出射する。
【0105】
したがって、このカラーホイール6を上述した投影型表示装置に用いる場合は、1フレーム中のフィールド数を6フィールドとし、マイクロミラー素子12に、各フィールド毎に緑、白黒、青、白黒、赤、白黒の画像を順次表示させるようにすればよく、このようにすることにより、投影面に順次投影する緑、赤、青の各色の単色画像の明るさをそれぞれ前記白黒画像の投影によりバランス良く底上げし、より良好なカラー画像を投影することができる。
【0106】
図8はこの発明の第3の実施例を示すカラーホイールの正面図であり、この実施例のカラーホイール6は、中心部材7の周囲に、扇形状に形成された赤、緑、青の3色のフィルタ8R,8G,8Bを2つずつ交互に並べるとともに隣り合うフィルタ8R,8G,8Bを互いに離間させて設け、これらのフィルタ8R,8G,8Bの間にそれぞれ扇形状の空間部9a,9ab,9cを形成したものである。
【0107】
なお、このカラーホイール6では、赤、緑、青のフィルタ8R,8G,8Bの周方向長さを前記第2の実施例における各色のフィルタ8R,8G,8Bの周方向長さの略1/2にすることにより、カラーホイール6が1回転する間に出射する赤、緑、青の各色の着色光の輝度をバランスさせ、さらに、各空間部9a,9b,9cの周方向長さを第2の実施例における各空間部9a,9b,9cの周方向長さの略1/2にすることにより、カラーホイール全周の重量バランスを均一にしている。
【0108】
このカラーホイール6は、赤、緑、青の3色のフィルタ8R,8G,8Bを2つずつ交互に並べて設け、これらのフィルタ8R,8G,8Bの間にそれぞれ空間部9a,9ab,9cを形成したものであるため、1回転中に、赤、緑、青の3色の着色光を2回ずつ交互に出射するとともに、これらの着色光の出射期間の間にそれぞれ非着色光を出射することができる。
【0109】
なお、この実施例のカラーホイール6は、赤、緑、青のフィルタ8R,8G,8Bを、図において右回りに、緑色フィルタ8G、青色フィルタ8R、赤色フィルタ8R、緑色フィルタ8G、青色フィルタ8R、赤色フィルタ8Rの順に並べて設けたものであり、例えば図において左回り方向に1回転する間に、緑色光、非着色光、青色光、非着色光、赤色光、非着色光、緑色光、非着色光、青色光、非着色光、赤色光、非着色光を順次出射する。
【0110】
したがって、このカラーホイール6を上述した投影型表示装置に用いる場合は、1フレーム中のフィールド数を12フィールドとし、マイクロミラー素子12に、各フィールド毎に緑、白黒、青、白黒、赤、白黒、緑、白黒、青、白黒、赤、白黒の画像を順次表示させるようにすればよく、このようにすることにより、投影面に順次投影する緑、青、赤の各色の単色画像の明るさをそれぞれ前記白黒画像の投影によりバランス良く底上げするとともに、投影面上における緑、青、赤の各色の単色画像の色混ざりを良くし、さらに良好なカラー画像を投影することができる。
【0111】
なお、この実施例のカラーホイール6は、赤、緑、青の3色のフィルタ8R,8G,8Bを2つずつ備えたものであるが、前記3色のフィルタ8R,8G,8Bの数を3つ以上とし、これらのフィルタ8R,8G,8Bの間にそれぞれ空間部9a,9ab,9cを形成してもよい。
【0112】
図9はこの発明の第4の実施例を示すカラーホイールの正面図であり、この実施例のカラーホイール6は、中心部材7の周囲に、扇形状に形成された赤、緑、青の3色のフィルタ8R,8G,8Bを1つずつ交互に並べて設け、これらのフィルタ8R,8G,8Bの間にそれぞれ扇形状の空間部9a,9ab,9cを形成するとともに、前記赤、緑、青のフィルタ8R,8G,8Bをそれぞれ2分割し、これらのフィルタ8R,8G,8Bの分割部にも空間部(以下、分割空間部と言う)9dを形成したものである。
【0113】
なお、この実施例では、2分割された赤、緑、青のフィルタ8R,8G,8Bの周方向長さ(2つの分割フィルタの周方向長さの和)の比を前記第2の実施例における各色のフィルタ8R,8G,8Bの周方向長さの比と同じにすることにより、カラーホイール6が1回転する間に出射する赤、緑、青の各色の着色光の輝度をバランスさせ、さらに、各色のフィルタ8R,8G,8Bの間の空間部9a,9b,9cの周方向長さの比を前記第2の実施例と同じにするとともに、各色のフィルタ8R,8G,8Bの分割空間部9dの周方向長さを互いに等しくすることにより、カラーホイール全周の重量バランスを均一にしている。
【0114】
また、この実施例では、各色のフィルタ8R,8G,8Bの分割空間部9dの周方向長さを、各色のフィルタ8R,8G,8Bの間の空間部9a,9b,9cのうち、最も狭い空間部である緑色フィルタ8Gと赤色フィルタ8Rとの間の空間部9aの周方向長さと同程度にし、前記各色のフィルタ8R,8G,8Bの間の空間部9a,9b,9cの周方向長さを前記第2の実施例よりも前記分割空間部9dの周方向長さ分だけ小さくすることにより、2分割された赤色フィルタ8Rと緑色フィルタ8Gと青色フィルタ8Bの周方向長さと各色のフィルタ8R,8G,8Bの間の空間部9a,9b,9c及び各分割空間部9dの周方向長さの合計値との比を上述した115:108:85:52に設定している。
【0115】
このカラーホイール6は、赤、緑、青のフィルタ8R,8G,8Bの間にそれぞれ空間部9a,9ab,9cを形成するとともに、前記赤、緑、青のフィルタ8R,8G,8Bをそれぞれ2分割してその分割部にも空間部9dを形成したものであるため、赤、緑、青の着色光と非着色光とを交互に出射するとともに、赤、緑、青の各色の着色光の出射期間の途中でも非着色光を出射することができる。
【0116】
なお、この実施例のカラーホイール6は、2分割された赤、緑、青のフィルタ8R,8G,8Bを、図において右回りに、緑色フィルタ8G、青色フィルタ8R、赤色フィルタ8Rの順に並べて設けたものであり、例えば図において左回り方向に1回転する間に、緑色光、非着色光、緑色光、非着色光、青色光、非着色光、青色光、非着色光、赤色光、非着色光、赤色光、非着色光を順次出射する。
【0117】
したがって、このカラーホイール6を上述した投影型表示装置に用いる場合は、1フレーム中のフィールド数を12フィールドとし、マイクロミラー素子12に、各フィールド毎に緑、白黒、緑、白黒、青、白黒、青、白黒、赤、白黒、赤、白黒の画像を順次表示させるようにすればよく、このようにすることにより、投影面に順次投影する緑、青、赤の各色の単色画像の明るさをそれぞれ、これらの単色画像の投影期間の途中に投影する白黒画像と、各色の単色画像の投影期間の間に投影する白黒画像とによりバランス良く底上げし、明るいカラー画像を投影することができる。
【0118】
なお、この実施例のカラーホイール6は、赤、緑、青の3色のフィルタ8R,8G,8Bをそれぞれ2分割したものであるが、前記3色のフィルタ8R,8G,8Bの分割数を3分割以上とし、その分割部の間にそれぞれ空間部9dを形成してもよい。
【0119】
また、この実施例では、各色のフィルタ8R,8G,8Bの分割部間の空間部9dの周方向長さを互いに等しくしているが、これらの空間部9dの周方向長さの比と、各色のフィルタ8R,8G,8Bの間の空間部9a,9b,9cの周方向長さの比との両方を、カラーホイール全周の重量バランスが均一になるように設定してもよい。
【0120】
図10はこの発明の第5の実施例を示すカラーホイールの正面図であり、この実施例のカラーホイール6は、中心部材7の周囲に、扇形状に形成された赤、緑、青の3色のフィルタ8R,8G,8Bが周方向に連続して並んだ3つのフィルタ群を設け、これらのフィルタ群の間にそれぞれ空間部9eを設けたものである。
【0121】
なお、この実施例においても、各フィルタ群の赤、緑、青のフィルタ8R,8G,8Bの周方向長さの比を上述した各実施例と同様に設定するとともに、前記各フィルタ群の赤色フィルタ8Rの周方向長さの合計値と、緑色フィルタ8Gの周方向長さの合計値と、青色フィルタ8Bの周方向長さの合計値と、各フィルタ群の間の3つの空間部9eの周方向長さの合計値との比を上述した115:108:85:52に設定し、上述した光源部2からの出射光が赤味が弱く、青味の強い光であっても、カラーホイール6が1回転する間に出射する赤、緑、青の各色の着色光の強度をバランスさせるとともに、前記空間部9を通過した非着色光の色味の影響も補償し、前記カラーホイール6が1回転する間の出射光の合成色をほとんど白色にすることができるようにしている。
【0122】
また、この実施例では、前記3つのフィルタ群の周方向長さ(赤、緑、青の3色のフィルタ8R,8G,8Bの周方向長さの和)を互いに等しくするとともに、これらのフィルタ群の間の空間部9eの周方向長さを互いに等しく設定することにより、バランスウエイトを設けること無くカラーホイール全周の重量バランスを均一にし、カラーホイール6を回転ぶれを生じさせること無く安定に回転させることができるようにしている。
【0123】
このカラーホイール6は、赤、緑、青の3色のフィルタ8R,8G,8Bが周方向に連続して並んだ3つのフィルタ群を備え、これらのフィルタ群の間にそれぞれ空間部9eを形成したものであるため、1回転中に、赤、緑、青の3色の着色光を連続して計3回出射するとともに、前記3色の着色光の出射期間の間にそれぞれ非着色光(白色光)を出射することができる。
【0124】
なお、この実施例のカラーホイール6は、各フィルタ群の赤、緑、青のフィルタ8R,8G,8Bを、図において右回りに、青色フィルタ8B、緑色フィルタ8G、赤色フィルタ8Rの順に並べて設けたものであり、例えば図において左回り方向に1回転する間に、青色光、緑色光、赤色光、非着色光、青色光、緑色光、赤色光、非着色光、青色光、緑色光、赤色光、非着色光を順次出射する。
【0125】
したがって、このカラーホイール6を上述した投影型表示装置に用いる場合は、1フレーム中のフィールド数を12フィールドとし、その1〜4フィールド、5〜8フィールド、9〜12フィールド毎に、マイクロミラー素子12に青、緑、赤、白黒の画像を順次表示させるようにすればよく、このようにすることにより、1フレーム中に青、緑、赤の単色画像の連続投影によるカラー画像表示を3回行なうとともに、その3回のカラー画像表示の間にそれぞれ投影する白黒画像により前記カラー画像の明るさを底上げし、色混ざりが良く、しかも明るいカラー画像を投影することができる。
【0126】
なお、この実施例のカラーホイール6は、赤、緑、青の3色のフィルタ8R,8G,8Bが周方向に連続して並んだ3つのフィルタ群を備えたものであるが、前記フィルタ群の数は2つまたは4つ以上でもよく、その場合も、各フィルタ群の周方向長さを互いに等しくするとともに、これらのフィルタ群の間の空間部9eの周方向長さを互いに等しく設定することにより、バランスウエイトを設けること無くカラーホイール全周の重量バランスを均一にすることができる。
【0127】
また、上記各実施例のカラーホイール6は、いずれも、赤、緑、青の3色のカラーフィルタ8R,8G,8Bを備えたものであるが、カラーホイールは、2色以上のカラーフィルタを備えたものであれば、マゼンタ、イエロー、シアンの3色の中間色フィルタを備えたもの、赤、緑、青の3色の原色フィルタと少なくとも1色の中間色フィルタとを備えたもの、赤、緑、青のうちの1つの原色フィルタと他の2つの原色の中間色フィルタとの2色のカラーフィルタを備えたもの等でもよく、このようなカラーホイールを用いる場合は、上述した投影型表示装置の1フレーム中のフィールド数を、前記カラーホイールのカラーフィルタと空間部の数に応じて設定すればよい。
【0128】
さらに、上記実施例の光源装置1は、光源部2の光源ランプ3に超高圧水銀ランプを用いたものであるが、前記光源部2の光源ランプは他のランプでもよく、その場合も、カラーホイールの複数の色のカラーフィルタの周方向長さをそれぞれ、前記光源ランプが出射する光の色味に応じて、前記カラーホイールが1回転する間に前記カラーフィルタにより着色されて出射する複数の色の着色光の合成色が白色に近くなるように互いに異なる値に設定することにより、前記複数の色の着色光の合成色を白色に近くすることができる。
【0129】
また、光源ランプが出射する光が白色光である場合、または光源装置1から出射させる各色の着色光の輝度バランス、つまり投影するカラー画像の色バランスを重要視する必要が無い場合は、前記カラーホイールの複数の色のカラーフィルタの周方向長さを互いに等しくしてもよい。
【0130】
その場合、複数の色のカラーフィルタの間にそれぞれ空間部を形成するときは、各色のカラーフィルタを均等なピッチで設けて各空間部の周方向長さを等しくし、カラーホイール全周の重量バランスを均一にすればよい。
【0131】
また、上述した実施例の投影型表示装置は、光源装置1のカラーホイール6の空間部9,9a〜9c,9dが光源部2からの出射光の光路を通過するときに、表示制御手段17から、前記カラーホイール6の複数の色のカラーフィルタ8R,8G,8Bにそれぞれ対応する複数の色成分の単色画像信号に基いて生成した白黒画像信号をマイクロミラー素子12に供給するようにしたものであるが、前記光源装置1のカラーホイール6の空間部9,9a,9b,9c,9d,9eが光源部2からの出射光の光路を通過するときに前記表示制御手段17からマイクロミラー素子12に供給する信号は、例えば前記マイクロミラー素子12の全ての画素を白表示にするための白表示信号でもよく、その場合も、マイクロミラー素子12への前記白表示信号の供給時間を調整し、前記マイクロミラー素子12の複数の画素からの光の出射時間を制御することにより、光源装置1の光源部2からの出射光の輝度を無理に高くすることなく充分な明るさのカラー画像を投影するとともに、そのカラー画像の明るさと色再現性及びコントラストを任意に調整することができる。
【0132】
また、例えば図6及び図7に示した第2の実施例または図8に示した第3の実施例のカラーホイール6を用いる場合は、前記カラーホイール6の緑色フィルタ8G及びその両側の空間部9a,9cのいずれか一方が光源部2からの出射光の光路を通過するときに、前記表示制御手段17からマイクロミラー素子12に緑色画像信号を連続して供給し、青色フィルタ8B及びその両側の空間部9b,9aのいずれか一方が光源部2からの出射光の光路を通過するときに、前記表示制御手段17からマイクロミラー素子12に赤色画像信号を連続して供給し、赤色フィルタ8R及びその両側の空間部9c,9bのいずれか一方が光源部2からの出射光の光路を通過するときに、前記表示制御手段17からマイクロミラー素子12に青色画像信号を連続して供給するようにしてもよい。
【0133】
このようにすることにより、赤、緑、青の各色の単色画像の投影前または投影後にそれぞれ、明暗が前記単色画像と同じで輝度の高い非着色画像を投影し、前記単色画像の明るさを底上げするとともに、1フレームのフィールド数を少なくし、マイクロミラー素子12の駆動を簡易化することができる。
【0134】
これは、図9に示した第3の実施例のカラーホイール6を用いる場合も同様であり、さらに、この第3の実施例のカラーホイール6を用いる場合は、緑色フィルタ8Gの分割部間の空間部9dが光源部2からの出射光の光路を通過するときも前記表示制御手段17からマイクロミラー素子12に緑色画像信号を連続して供給し、青色フィルタ8Bの分割部間の空間部9dが光源部2からの出射光の光路を通過するときも前記表示制御手段17からマイクロミラー素子12に青色画像信号を連続して供給し、赤色フィルタ8Rの分割部間の空間部9dが光源部2からの出射光の光路を通過するときも前記表示制御手段17からマイクロミラー素子12に赤色画像信号を連続して供給するようにしてもよい。
【0135】
さらに、上記実施例の投影型表示装置は、マイクロミラー素子12を表示素子としたものであるが、この発明は、背面側に反射膜を備えた反射型液晶素子を表示素子とする投影型表示装置や、光の透過を制御して画像を表示する透過型液晶素子を表示素子とし、その入射側に光源装置からの光を前記表示素子に入射させるための光源側光学系を配置し、前記表示素子の出射側に投影光学系を配置した投影型表示装置にも適用することができる。
【0136】
また、この発明の光源装置は、光の反射または透過を制御して画像を表示する表示素子を備えた投影型表示装置に限らず、他の光学装置にも利用することができる。
【0137】
【発明の効果】
この発明の光源装置は、光を出射する光源部と、回転駆動される中心部材の周囲にその周方向に並べて複数の色のカラーフィルタと前記カラーフィルタの無い少なくとも1つの空間部が設けられてなり、前記複数の色のカラーフィルタ及び空間部が並ぶ円周の一部を前記光源部からの出射光の光路と交差させて配置されたカラーホイールとを備えたものであるため、前記光源部からの出射光を前記カラーホイールにより複数の色に着色して出射するとともに、前記カラーホイールが1回転する間の出射光の平均輝度を充分に高くすることができる。
【0138】
この発明の光源装置において、前記カラーホイールを、前記中心部材の周囲の1箇所にカラーフィルタの無い空間部を設けた構成とする場合は、前記中心部材の前記空間部に対応する部分に、カラーホイール全周の重量バランスを均一にするためのバランスウエイトを設けるのが好ましく、このようにすることにより、前記カラーホイールを回転ぶれを生じさせること無く安定に回転させることができる。
【0139】
この光源装置において、前記カラーホイールは、前記中心部材の周囲の複数個所にカラーフィルタの無い空間部を設け、これらの空間部の周方向長さの比を、カラーホイール全周の重量バランスが均一になるように設定した構成のものが望ましく、このようにすることにより、カラーホイールの1回転中に非着色光を複数回出射するとともに、バランスウエイトを設けること無く、前記カラーホイールを安定に回転させることができる。
【0140】
さらに、前記カラーホイールの複数の色のカラーフィルタの周方向長さはそれぞれ、前記カラーホイールが1回転する間に前記カラーフィルタにより着色されて出射する複数の色の着色光の合成色が白色に近くなるように互いに異なる値に設定するのが望ましく、このようにすることにより、前記複数の色の着色光の合成色を白色に近くすることができる。
【0141】
その場合、例えば前記光源部に超高圧水銀ランプを備えさせ、前記カラーホイールに赤、緑、青の3色のカラーフィルタを備えさせるときは、前記赤、緑、青の3色のカラーフィルタのうち、赤色フィルタの周方向長さを緑色フィルタ及び青色フィルタの周方向長さよりも大きく、前記緑色フィルタの周方向長さを前記青色フィルタの周方向長さよりも大きく設定すればよく、このようにすることにより、赤、緑、青の着色光の合成色を白色に近くすることができる。
【0142】
さらにまた、前記カラーホイールに周方向長さが互いに異なる例えば3色のカラーフィルタを備えさせ、これらのカラーフィルタの間にそれぞれ前記空間部を設ける場合は、前記3色のカラーフィルタのうちの最も周方向長さが大きい第1の色のフィルタと次に周方向長さが大きい第2の色のフィルタとの間の空間部の周方向長さを、前記第1の色のフィルタと最も周方向長さが小さい第3の色のフィルタとの間の空間部及び前記第2の色のフィルタと前記第3の色のフィルタとの間の空間部の周方向長さよりも大きく、前記第1の色のフィルタと前記第3の色のフィルタとの間の空間部の周方向長さが、前記第2の色のフィルタと前記第3の色のフィルタとの間の空間部の周方向長さよりも大きく設定するのが好ましく、このようにすることにより、カラーホイール全周の重量バランスを均一にし、前記カラーホイールを安定に回転させることができる。
【0143】
また、前記カラーホイールを前記中心部材の周囲の複数個所に空間部を設けた構成とする場合は、前記中心部材の周囲に、複数の色のカラーフィルタが周方向に連続して並んだ周方向長さが互いに等しい複数のフィルタ群を設け、前記複数のフィルタ群の間にそれぞれ空間部を設けるとともに、これらの空間部の周方向長さを互いに等しくしてもよく、このようにすることにより、カラーホイールの1回転中に、複数の色の着色光を連続して複数回出射するとともに、前記複数の色の着色光の出射期間の間にそれぞれ非着色光を出射し、さらに、カラーホイール全周の重量バランスを均一にすることができる。
【0144】
この発明の投影型表示装置は、前記発明の光源装置と、入射光を反射または透過させて出射する複数の画素が行方向及び列方向に配列した表示エリアを有し、前記複数の画素からの光の出射を制御して画像を表示する表示素子と、前記光源装置からの出射光を前記表示素子に入射させる光源側光学系と、前記表示素子の複数の画素からの出射光を投影する投影光学系と、前記光源装置のカラーホイールの回転に同期して、前記カラーホイールのカラーフィルタが光源部からの出射光の光路を通過するときにそのカラーフィルタに対応した色成分の単色画像を前記表示素子に表示させ、前記カラーホイールの空間部が前記光源部からの出射光の光路を通過するときに前記表示素子の複数の画素からの光の出射時間を調整する表示制御手段とを備えたものであるため、前記光源装置の光源部からの出射光の輝度を無理に高くすることなく充分な明るさのカラー画像を投影することができるとともに、投影するカラー画像の明るさを任意に調整することができる。
【0145】
この発明の投影型表示装置において、前記表示制御手段は、前記光源装置のカラーホイールの空間部が光源部からの出射光の光路を通過するときに画像信号を前記表示素子に供給し、前記表示素子の複数の画素からの光の出射を制御するのが望ましく、このようにすることにより、投影するカラー画像の明るさと色再現性及びコントラストを任意に調整することができる。
【0146】
その場合、前記光源装置のカラーホイールの空間部が光源部からの出射光の光路を通過するときに前記表示制御手段から表示素子に供給する画像信号は、前記カラーホイールの複数の色のカラーフィルタにそれぞれ対応する複数の色成分の単色画像信号に基いて生成した白黒画像信号が好ましく、このようにすることにより、色再現性及びコントラストの良いカラー画像を投影することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の第1の実施例を示す投影型表示装置の構成図。
【図2】 第1の実施例におけるカラーホイールの斜視図。
【図3】 第1の実施例におけるカラーホイールの正面図。
【図4】 第1の実施例の投影型表示装置における光源装置からの出射光と表示素子の表示との対応関係を示す図。
【図5】 第1の実施例の投影型表示装置における白黒画像表示フィールド中の白黒画像表示時間の調整例を示す図。
【図6】 この発明の第2の実施例を示すカラーホイールの斜視図。
【図7】 第2の実施例におけるカラーホイールの正面図。
【図8】 この発明の第3の実施例を示すカラーホイールの正面図。
【図9】 この発明の第4の実施例を示すカラーホイールの正面図。
【図10】 この発明の第5の実施例を示すカラーホイールの正面図。
【符号の説明】
1…光源装置、2…光源部、3…光源ランプ、4…リフレクタ、5…導光部材、6…カラーホイール、7…中心部材、8R…赤色フィルタ、8G…緑色フィルタ、8B…青色フィルタ、9,9a,9b,9c,9d,9e…空間部、10…バランスウエイト、12…マイクロミラー素子(表示素子)、13…光源側光学系、15…投影光学系、17…表示制御手段。
Claims (8)
- 光を出射する光源部と、回転駆動される中心部材の周囲にその周方向に並べて複数の色のカラーフィルタと前記カラーフィルタの無い空間部が設けられてなり、前記複数の色のカラーフィルタ及び空間部が並ぶ円周の一部を前記光源部からの出射光の光路と交差させて配置されたカラーホイールとを備え、前記カラーホイールは、前記中心部材の周囲の複数箇所にカラーフィルタの無い空間部を有しており、これらの空間部の周方向の長さの比が、カラーホイール全周の重量バランスが均一になるように設定されていることを特徴とする光源装置。
- カラーホイールの複数の色のカラーフィルタの周方向長さがそれぞれ、前記カラーホイールが1回転する間に前記カラーフィルタにより着色されて出射する複数の色の着色光の合成色が白色に近くなるように互いに異なる値に設定されていることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 光源部は超高圧水銀ランプを備え、カラーホイールは赤、緑、青の3色のカラーフィルタを備えており、これらのカラーフィルタのうち、赤色フィルタの周方向長さが緑色フィルタ及び青色フィルタの周方向長さよりも大きく、前記緑色フィルタの周方向長さが前記青色フィルタの周方向長さよりも大きく設定されていることを特徴とする請求項2に記載の光源装置。
- カラーホイールは、周方向長さが互いに異なる3色のカラーフィルタを備えるとともに、これらのカラーフィルタの間にそれぞれ空間部を有しており、前記3色のカラーフィルタのうちの最も周方向長さが大きい第1の色のフィルタと次に周方向長さが大きい第2の色のフィルタとの間の空間部の周方向長さが、前記第1の色のフィルタと最も周方向長さが小さい第3の色のフィルタとの間の空間部及び前記第2の色のフィルタと前記第3の色のフィルタとの間の空間部の周方向長さよりも大きく、前記第1の色のフィルタと前記第3の色のフィルタとの間の空間部の周方向長さが、前記第2の色のフィルタと前記第3の色のフィルタとの間の空間部の周方向長さよりも大きく設定されていることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- カラーホイールの中心部材の周囲に、複数の色のカラーフィルタが周方向に連続して並んだ周方向長さが互いに等しい複数のフィルタ群が設けられ、前記複数のフィルタ群の間にそれぞれ空間部が設けられるとともに、これらの空間部の周方向長さが互いに等しく設定されていることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 請求項1に記載の光源装置と、入射光を反射または透過させて出射する複数の画素が行方向及び列方向に配列した表示エリアを有し、前記複数の画素からの光の出射を制御して画像を表示する表示素子と、前記光源装置からの出射光を前記表示素子に入射させる光源側光学系と、前記表示素子の複数の画素からの出射光を投影する投影光学系と、前記光源装置のカラーホイールの回転に同期して、前記カラーホイールのカラーフィルタが光源部からの出射光の光路を通過するときにそのカラーフィルタに対応した色成分の単色画像を前記表示素子に表示させ、前記カラーホイールの空間部が前記光源部からの出射光の光路を通過するときに前記表示素子の複数の画素からの光の出射時間を調整する表示制御手段とを備えたことを特徴とする投影型表示装置。
- 表示制御手段は、光源装置のカラーホイールの空間部が光源部からの出射光の光路を通過するときに画像信号を表示素子に供給し、前記表示素子の複数の画素からの光の出射を制御することを特徴とする請求項6に記載の投影型表示装置。
- 光源装置のカラーホイールの空間部が光源部からの出射光の光路を通過するときに表示制御手段から表示素子に供給する画像信号は、前記カラーホイールの複数の色のカラーフィルタにそれぞれ対応する複数の色成分の単色画像信号に基いて生成した白黒画像信号であることを特徴とする請求項7に記載の投影型表示装置。
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