JPWO2018083895A1 - 投射型表示装置および投射型表示装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

本開示の一実施形態の投射型表示装置は、光源部と、光源部からの出射光を出射光の波長域とは異なる波長域の光に変換する波長変換層を含む円板状部材および円板状部材を回転させるモータ部を有する波長変換部と、入力された画像信号に基づいて光源部および波長変換部からの光を変調することにより画像光を生成する空間変調素子とを有する投射部と、空間変調素子によって画像光が生成されている状態において、光源部から射出される出射光の強度および円板状部材の回転数を制御する制御部とを備える。

Description

本開示は、例えば、励起光を蛍光に変換する蛍光体ホイールを備えた投射型表示装置およびその制御方法に関する。

パーソナルコンピュータの画面やビデオ画像等をスクリーンに投射する投射型表示装置（プロジェクタ）には、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）、または、有機ＥＬ等の半導体発光素子を光源として用いた光源装置が搭載されている。

このうち、光源としてＬＥＤやＬＤを光源装置としては、ＬＥＤやＬＤからの光を蛍光体に照射することにより、蛍光としての白色光を取り出す照明装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この照明装置（光源装置）は、蛍光体を励起させる励起光を射出する励起光源と、励起光を蛍光に変換する蛍光体（蛍光体層）が形成された蛍光円板（蛍光体ホイール）とを備えている。このような光源装置では、蛍光体層への励起光の照射の際、モータによって蛍光体ホイールを回転駆動させる。

特開２０１３−９７２２９号公報

ところで、近年、家庭用プロジェクタが普及してきており、投射時における騒音の低減が求められている。

騒音を低減させることが可能な投射型表示装置および投射型表示装置の制御方法を提供することが望ましい。

本開示の一実施形態の投射型表示装置は、光源部と、光源部からの出射光を出射光の波長域とは異なる波長域の光に変換する波長変換層を含む円板状部材および円板状部材を回転させるモータ部を有する波長変換部と、入力された画像信号に基づいて光源部および波長変換部からの光を変調することにより画像光を生成する空間変調素子とを有する投射部と、空間変調素子によって画像光が生成されている状態において、光源部から射出される出射光の強度および円板状部材の回転数を制御する制御部とを備えたものである。

本開示の一実施の形態の投射型表示装置の制御方法は、光源部から射出された出射光を、波長変換層において出射光の波長域とは異なる波長域の光に波長変換し、波長変換した出射光を、入力された画像信号に基づいて空間変調素子において変調することにより、画像光を生成し、波長変換層を含む円板状部材をモータ部によって回転させると共に、空間変調素子において画像光が生成されている状態において、出射光の強度と、円板状部材の回転数とをそれぞれ制御する。

本開示の一実施形態の投射型表示装置および一実施形態の投射型表示装置の制御方法では、空間変調素子によって画像光が生成されている状態において、光源部から射出される出射光の強度および波長変換部を構成する円板状部材の回転数を制御する制御部を備えることにより、光源部から射出される出射光の強度の変化に応じて、円板状部材の回転数を変化させることが可能となる。

本開示の一実施形態の投射型表示装置および一実施形態の投射型表示装置の制御方法によれば、空間変調素子によって画像光が生成されている状態において、光源部から射出される出射光の強度および波長変換部を構成する円板状部材の回転数を制御する制御部を設けるようにしたので、光源部から射出される出射光の強度の変化に応じて、円板状部材の回転数を変化させることができる。よって、騒音を低減することが可能となる。

なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれの効果であってもよい。

本開示の一実施の形態に係る投射型表示装置の表示システムを表すブロック図である。 本開示の一実施の形態に係る投射型表示装置の光学系の構成の一例を表す概略図である。 図２に示した光源光学系の構成例を表す概略図である。 蛍光体ホイールの平面模式図である。 図４Ａに示した蛍光体ホイールの断面模式図である。 反射型蛍光体ホイールを用いる場合の光源光学系の構成を表す模式図である。 透過型蛍光体ホイールを用いる場合の光源光学系の構成を表す模式図である。 励起光源出力値とホイール回転数との関係を表すルックアップテーブルのプロファイルの一例である。 励起光源出力値とホイール回転数との関係を表すルックアップテーブルのプロファイルの他の例である。 励起光源出力値とホイール回転数との関係を表すルックアップテーブルのプロファイルの他の例である。 励起光源出力値とホイール回転数との関係を表すルックアップテーブルのプロファイルの他の例である。 起動から励起光源出力値制御区間適用までの流れを表す図である。 本開示の変形例１に係る投射型表示装置の表示システムを表すブロック図である。 本開示の変形例２に係る投射型表示装置の光学系の構成の一例を表す概略図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明は本開示の一具体例であって、本開示は以下の態様に限定されるものではない。また、本開示は、各図に示す各構成要素の配置や寸法、寸法比などについても、それらに限定されるものではない。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態（複数の制御モードを有する投射型表示装置の例）
１−１．投射型表示装置の構成
１−２．投射型表示装置の制御方法
１−３．作用・効果
２．変形例
２−１．変形例１（励起光ＥＬ１の強度および蛍光体ホイール１１の回転数の調整を自動で行う投射型表示装置の例）
２−２．変形例２（透過型の空間変調素子を用いた投射型表示装置の例）

＜１．実施の形態＞
図１は、本開示の一実施の形態に係る投射型表示装置（投射型表示装置１）の表示システムをブロック図で表わしたものである。図２は、本開示の投射型表示装置１の光学系の構成の一例を表わしたものである。図３は、図２に示した光源光学系１０の構成の一例を表したものである。この投射型表示装置１は、壁面等のスクリーン６００（投射面）に対して画像（画像光）を投射する投射型表示装置であり、光源光学系１０と、画像生成システム２０と、投射光学系３０とを有する投射部４０と、投射部４０の駆動を制御する制御部５０とから構成されている。なお、ここで「画像」とは、静止画および動画を含むものである。

本実施の形態の投射型表示装置１の表示システムは、図１に示したように、上記投射部４０と、制御部５０とを有し、制御部５０は、例えば、信号処理部５１、投射モード選択部５２および記憶部５３を含んで構成されている。投射部４０を構成する光源光学系１０は、光源部１２と、蛍光体ホイール１１とを有し、さらに、光源部１２および蛍光体ホイール１１を駆動させる光源駆動部１２２およびモータ駆動部１１５を有する。本実施の形態の投射型表示装置１では、詳細は後述するが、空間変調素子によって画像光が生成されている状態（画像投射時）において、外部（例えば、ユーザ）から入力される信号を基に、制御部５０が光源部１２から射出される励起光（出射光）の強度および蛍光体ホイール１１（波長変換部）の回転数（具体的には、例えば、モータ部１１４の回転数）を制御可能となっている。具体的には、投射型表示装置１では、画像投射時に制御部５０が、光源部１２から射出される励起光の強度に応じて、蛍光体ホイール１１の回転数（モータ部１１４の回転数）を制御可能となっている。

（１−１．投射型表示装置の構成）
図２では、反射型の液晶パネル（ＬＣＤ、液晶パネル２２２Ａ，２２２Ｂ，２２２Ｃ）により光変調を行う反射型３ＬＣＤ方式のプロジェクタ（投射型表示装置１）を例示している。本実施の形態の投射型表示装置１の投射部４０は、上記のように、光源光学系１０と、照明光学系２１および画像生成部２２を有する画像生成システム２０と、投射光学系３０とを含んで構成されている。なお、本開示の投射型表示装置１は、反射型液晶パネルの代わりに、透過型液晶パネルやデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ：Digital Micro-mirror Device）等を用いたプロジェクタにも適用され得る。透過型液晶パネルを用いたプロジェクタについては、後述する変形例にて説明する。

光源光学系１０は、図３に示したように、蛍光体ホイール１１（波長変換部）と、励起光またはレーザ光を発する光源部１２と、レンズ１３〜１６と、ダイクロイックミラー１７と、反射ミラー１８と、拡散板１９とを有する。蛍光体ホイール１１は、軸Ｊ１１４により回転可能に支持されている。拡散板１９は、軸Ｊ１１９により回転可能に支持されている。光源部１２は、第１のレーザ群１２Ａと第２のレーザ群１２Ｂとを有する。第１のレーザ群１２Ａは励起光（例えば、波長４４５ｎｍまたは４５５ｎｍ）を発振する半導体レーザ素子１２１Ａが、第２のレーザ群１２Ｂは青色レーザ光（例えば、波長４６５ｎｍ）を発振する半導体レーザ素子１２１Ｂが複数配列されたものである。ここでは便宜上、第１のレーザ群１２Ａから発振される励起光をＥＬ１とし、第２のレーザ群１２Ｂから発振される青色レーザ光（以下、単に青色光とする）をＥＬ２とする。

図４Ａは、蛍光体ホイール１１の平面構成を表したものであり、図４Ｂは、図４Ａに示したＩ−Ｉ線における蛍光体ホイール１１の断面構成を表したものである。この蛍光体ホイール１１は、例えば反射型の発光素子であり、例えば円盤形状の板状部材１１１（円板状部材）上に、例えば周方向に沿って、例えば反射層１１３および蛍光体層１１２（波長変換層）がこの順に設けられている。板状部材１１１は、回転軸１１４ａを介してモータ部１１４に接続されており、例えば固定ハブ１１４ｂによって固定されている。板状部材１１１は、モータ部１１４によって、板状部材１１１の中心Ｏを通る軸Ｊ１１４を中心に、例えば矢印Ｃ方向に回転可能となっている。

板状部材１１１は、蛍光体層１１２および反射層１１３を支持する基板として機能すると共に、放熱部材としても機能するものである。板状部材１１１の構成材料としては、例えば、熱伝導率の高く、蛍光体層１１２や反射層１１３との親和性に優れるものが好ましい。具体的には、例えば、金属材料やセラミックス材料等の無機材料が挙げられる。

蛍光体層１１２は、光源部１２（具体的には、第１のレーザ群１２Ａ）から照射される光（励起光ＥＬ１）によって励起されて、その光の波長域とは異なる波長域を有する蛍光（蛍光ＦＬ）を発するものである。蛍光体層１１２は、約４４５ｎｍの中心波長を持つ青色レーザ光によって励起されて蛍光を発する蛍光物質を含んでおり、光源部１２から照射される青色レーザ光を、例えば黄色の蛍光に変換して出射する。蛍光体層１１２に含まれる蛍光物質としては、例えば、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体が用いられる。なお、蛍光物質の種類、励起される光の波長域、および励起により発生される可視光の波長域は限定されない。

反射層１１３は、光源部１２から照射される励起光ＥＬ１や蛍光体層１１２からの蛍光ＦＬを励起光ＥＬ１の入射方向に反射し、蛍光体ホイール１１における発光効率を高めるように機能するものである。反射層１１３は、板状部材１１１上に形成されており、例えば誘電体多層膜のほか、Ａｌ（アルミニウム），Ａｇ（銀）もしくはＴｉ（チタン）等の金属元素を含む金属膜等により形成されている。なお、反射層１１３は、板状部材１１１が光反射性を有する材料によって構成されている場合には省略してもかまわない。

蛍光体ホイール１１は、第１のレーザ群１２Ａからレンズ１３と、ダイクロイックミラー１７と、レンズ１４とを順に透過した励起光ＥＬ１が蛍光体層１１２に入射されるように配置されている。蛍光体層１１２で変換された蛍光ＦＬは、反射層１１３において光源部１２側に反射され、ダイクロイックミラー１７でレンズ１５方向に反射される。ダイクロイックミラー１７で反射された蛍光ＦＬは、レンズ１５を透過して外部、即ち、画像生成システム２０の照明光学系２１へ向かうようになっている。

拡散板１９は、第２のレーザ群１２Ｂから反射ミラー１８を経由したレーザ光ＥＬ２を拡散させるものである。拡散板１９で拡散されたレーザ光ＥＬ２は、レンズ１６およびダイクロイックミラー１７を透過したのち、蛍光ＦＬと共に、レンズ１５を透過して外部、即ち、照明光学系２１へ向かうようになっている。

なお、光源光学系１０を構成する各部材の配置は、図３に示した構成に限定されない。例えば、図５に示したように、蛍光体ホイール１１側から、蛍光体層１１２、レンズ１２１、１／４波長板１２３および偏光ビームスプリッタ１２４が、この順に、蛍光体層１１２から射出される蛍光ＦＬの光路Ａ上に配置された構成としてもよい。この場合、光源部１２は、蛍光ＦＬの光路Ａと直交する方向、且つ、偏光ビームスプリッタ１２４の１つの光入射面に対向する位置に配置される。

更に、図３，図４Ａ，図４Ｂおよび図５では、反射型の蛍光体ホイール１１を例に示したが、これに限らず、透過型の蛍光体ホイール１１を用いてもよい。図６は、透過型の蛍光体ホイールを用いた場合の各部材の配置例を表したものである。透過型の蛍光体ホイール１１を用いる場合には、例えば、光源部１２、蛍光体層１１２、集光レンズ１２５がこの順に、例えば光源部１２から照射される励起光ＥＬの光路Ａ上に配置される。図６では、蛍光体層１１２から射出される蛍光ＦＬは、集光レンズ１２５を透過して、画像生成システム２０の照明光学系２１へ向かうようになっている。

照明光学系２１は、例えば、光源光学系１０に近い位置からフライアイレンズ２１１（２１１Ａ，２１１Ｂ）と、偏光変換素子２１２と、レンズ２１３と、ダイクロイックミラー２１４Ａ，２１４Ｂと、反射ミラー２１５Ａ，２１５Ｂと、レンズ２１６Ａ，２１６Ｂと、ダイクロイックミラー２１７と、偏光板２１８Ａ〜２１８Ｃとを有している。

フライアイレンズ２１１（２１１Ａ，２１１Ｂ）は、光源光学系１０のレンズ１５からの白色光の照度分布の均質化を図るものである。偏光変換素子２１２は、入射光の偏光軸を所定方向に揃えるように機能するものである。例えば、Ｐ偏光以外の光をＰ偏光に変換する。レンズ２１３は、偏光変換素子２１２からの光をダイクロイックミラー２１４Ａ，２１４Ｂへ向けて集光する。ダイクロイックミラー２１４Ａ，２１４Ｂは、所定の波長域の光を選択的に反射し、それ以外の波長域の光を選択的に透過させるものである。例えば、ダイクロイックミラー２１４Ａは、主に赤色光を反射ミラー２１５Ａの方向へ反射させる。また、ダイクロイックミラー２１４Ｂは、主に青色光を反射ミラー２１５Ｂの方向へ反射させる。したがって、主に緑色光がダイクロイックミラー２１４Ａ，２１４Ｂの双方を透過し、画像生成部２２の反射型偏光板２２１Ｃ（後出）へ向かうこととなる。反射ミラー２１５Ａは、ダイクロイックミラー２１４１からの光（主に赤色光）をレンズ２１６Ａに向けて反射し、反射ミラー２１５Ｂは、ダイクロイックミラー２１４からの光（主に青色光）をレンズ２１６Ｂに向けて反射する。レンズ２１６Ａは、反射ミラー２１５Ａからの光（主に赤色光）を透過し、ダイクロイックミラー２１７へ集光させる。レンズ２１６Ｂは、反射ミラー２１５Ｂからの光（主に青色光）を透過し、ダイクロイックミラー２１７へ集光させる。ダイクロイックミラー２１７は、緑色光を選択的に反射すると共にそれ以外の波長域の光を選択的に透過するものである。ここでは、レンズ２１６Ａからの光のうち赤色光成分を透過する。レンズ２１６Ａからの光に緑色光成分が含まれる場合、その緑色光成分を偏光板２１８Ｃへ向けて反射する。偏光板２１８Ａ〜２１８Ｃは、所定方向の偏光軸を有する偏光子を含んでいる。例えば、偏光変換素子２１２においてＰ偏光に変換されている場合、偏光板２１８Ａ〜２１８ＣはＰ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する。

画像生成部２２は、反射型偏光板２２１Ａ〜２２１Ｃと、反射型の液晶パネル２２２Ａ〜２２２Ｃ（空間変調素子）と、ダイクロイックプリズム２２３とを有する。

反射型偏光板２２１Ａ〜２２１Ｃは、それぞれ、偏光板２１８Ａ〜２１８Ｃからの偏光光の偏光軸と同じ偏光軸の光（例えばＰ偏光）を透過し、それ以外の偏光軸の光（Ｓ偏光）を反射するものである。具体的には、反射型偏光板２２１Ａは、偏光板２１８ＡからのＰ偏光の赤色光を反射型の液晶パネル２２２Ａの方向へ透過させる。反射型偏光板２２１Ｂは、偏光板２１８ＢからのＰ偏光の青色光を反射型の液晶パネル２２２Ｂの方向へ透過させる。反射型偏光板２２１Ｃは、偏光板２１８ＣからのＰ偏光の緑色光を反射型の液晶パネル２２２Ｃの方向へ透過させる。また、ダイクロイックミラー２１４Ａ，２１４Ｂの双方を透過して反射型偏光板２２１Ｃに入射したＰ偏光の緑色光は、そのまま反射型偏光板２２１Ｃを透過してダイクロイックプリズム２２３に入射する。更に、反射型偏光板２２１Ａは、反射型の液晶パネル２２２ＡからのＳ偏光の赤色光を反射してダイクロイックプリズム２２３に入射させる。反射型偏光板２２１Ｂは、反射型の液晶パネル２２２ＢからのＳ偏光の青色光を反射してダイクロイックプリズム２２３に入射させる。反射型偏光板２２１Ｃは、反射型の液晶パネル２２２ＣからのＳ偏光の緑色光を反射してダイクロイックプリズム２２３に入射させる。

反射型の液晶パネル２２２Ａ〜２２２Ｃは、それぞれ、赤色光、青色光または緑色光の空間変調を行うものである。

ダイクロイックプリズム２２３は、入射される赤色光、青色光および緑色光を合成し、投射光学系３０へ向けて射出するものである。

投射光学系３０は、レンズＬ３１１〜Ｌ３１５と、ミラーＭ３００とを有する。投射光学系３０は、画像生成部２２からの出射光を拡大してスクリーン６００等へ投射する。

続いて、図１，図２および図３を参照して、投射型表示装置１の動作について説明する。

まず、光源光学系１０において、モータ部１１４，１１９が駆動し、蛍光体ホイール１１および拡散板１９が回転する。そののち、光源部１２における第１のレーザ群１２Ａおよび第２のレーザ群１２Ｂから励起光ＥＬ１およびレーザ光ＥＬ２がそれぞれ発振される。

励起光ＥＬ１は、第１のレーザ群１２Ａから発振され、レンズ１３とダイクロイックミラー１７とレンズ１４とを順に透過したのち、蛍光体ホイール１１の蛍光体層１１２に照射される。蛍光体ホイール１１の蛍光体層１１２は励起光ＥＬ１の一部を吸収し、黄色光である蛍光ＦＬ１に変換し、これをレンズ１４へ向けて発する。蛍光ＦＬ１はダイクロイックミラー１７により反射されたのち、レンズ１５を透過して照明光学系２１へ向かう。

レーザ光ＥＬ２は、第２のレーザ群１２Ｂから発振され、反射ミラー１８を経由したのち、拡散板１９に照射される。拡散板１９は、レーザ光ＥＬ２を拡散して、レンズ１６へ向けて発する。レーザ光ＥＬ２はダイクロイックミラー１７を透過したのち、レンズ１５を透過して照明光学系２１へ向かう。

このようにして、光源光学系１０は、黄色光である蛍光ＦＬ（ＦＬ１）と、青色のレーザ光（ＥＬ２）とを合成した白色光を照明光学系２１へ入射させる。

光源光学系１０からの白色光Ｌｗは、フライアイレンズ２１１（２１１Ａ，２１１Ｂ）と、偏光変換素子２１２と、レンズ２１３とを順次透過したのち、ダイクロイックミラー２１４Ａ，２１４に到達する。

ダイクロイックミラー２１４Ａにより主に赤色光Ｌｒが反射され、この赤色光Ｌｒは反射ミラー２１５Ａ、レンズ２１６Ａ、ダイクロイックミラー２１７、偏光板２１８Ａおよび反射型偏光板２２１Ａを順次透過し、反射型の液晶パネル２２２Ａへ到達する。この赤色光Ｌｒは反射型の液晶パネル２２２Ａにおいて空間変調されたのち、反射型偏光板２２１Ａにおいて反射されてダイクロイックプリズム２２３に入射する。なお、ダイクロイックミラー２１４Ａにより反射ミラー２５０Ａへ反射された光に緑色光成分（Ｌｇ）が含まれる場合には、その緑色光成分（Ｌｇ）はダイクロイックミラー２１７により反射されて偏光板２１８Ｃおよび反射型偏光板２２１Ｃを順次透過し、反射型の液晶パネル２２２Ｃへ到達する。ダイクロイックミラー２１４Ｂでは主に青色光Ｌｂが反射され、同様の過程を経てダイクロイックプリズム２２３に入射する。ダイクロイックミラー２１４Ａ，２１４を透過した緑色光Ｌｇもまたダイクロイックプリズム２２３に入射する。

ダイクロイックプリズム２２３に入射した赤色光Ｌｒ、青色光Ｌｂおよび緑色光Ｌｇは、合成されたのち画像光として投射光学系３０へ向けて射出される。投射光学系３０は、画像生成部２２からの画像光を拡大してスクリーン６００等へ投射する。

制御部５０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）等を含んで構成されている（いずれも図示せず）。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された制御プログラムを読み出してＲＡＭに展開し、このＲＡＭ上のプログラムのステップを実行する。制御部５０は、このＣＰＵによるプログラム実行によって、投射型表示装置１全体の動作を制御する。

制御部５０は、さらに信号処理部５１を有する。信号処理部５１には、例えばコンピュータ、ＤＶＤプレーヤ、ＴＶチューナ等の外部機器からの画像信号が入力される。信号処理部５１は、例えば、画像信号の特性補正、増幅等により、画像のリサイズ、ガンマ調整、色調整等を行うと共に、画像信号をＲ，Ｇ，Ｂの各画像データに分解する。また、信号処理部５１は、各色光用の反射型の液晶パネル２２２Ａ〜２２２Ｃを駆動するための光変調信号を生成し、画像生成部２２の駆動部（図示せず）に送信する。

本実施の形態の信号処理部５１は、光源部１２（特に、第１のレーザ群１２Ａ）の駆動電流を設定するための信号（以下、駆動電流設定信号）を生成し、光源駆動部１２２に供給する。光源駆動部１２２は、駆動電流設定信号に基づいて光源部１２を構成する第１のレーザ群１２Ａおよび第２のレーザ群１２Ｂを駆動し、励起光ＥＬ１およびレーザ光ＥＬ２をそれぞれ射出させる。更に、信号処理部５１は、モータ部１１４の回転数を設定するための信号（以下、回転制御信号）を生成し、モータ駆動部１１５に供給する。

なお、モータ駆動部１１５は、モータ部１１４の回転信号を信号処理部５１に供給するようにしてもよい。これにより、信号処理部５１は、モータ部１１４の回転数（蛍光体ホイール１１の回転数）を検出することができ、検出したモータ部１１４の回転数の回転信号に応じて、光源部１２への投入電力を制御し、光源部１２（特に、第１のレーザ群１２Ａ）の出力を適宜調整することができるようになる。よって、例えば、モータ部１１４が経年劣化によって高速回転が困難となった場合に、自動で光源部１２の出力を低下させ、蛍光体ホイール１１の焼損等を防ぐことが可能となる。

本実施の形態では、制御部５０は、さらに、投射モード選択部５２および記憶部５３を有する。

投射モード選択部５２には、例えばユーザによって後述する複数の投射モード（制御モード）のいずれかを選択する選択信号が入力される。投射モード選択部５２は、投射モードのいずれかを指定する信号（以下、投射モード指定信号）を生成し、信号処理部５１に供給する。

記憶部５３には、例えば、光源部１２から射出される励起光ＥＬ１の輝度（光源部１２の出力値，強度）に対して蛍光体ホイール１１の回転数が対応付けられたルックアップテーブルが格納されている。図７Ａ〜図７Ｄは、そのルックアップテーブルのプロファイルの一例を表したものである。横軸は、光源部１２の出力値（輝度）を表したものであり、縦軸は、蛍光体ホイール１１の回転数を表している。なお、出力値は、例えばＰＷＭ（pulse width modulation）デューティ比や電流値に相当する。ホイール回転数は、図７Ａに示したように、励起光ＥＬ１の強度に応じて段階的に変化するようになっていてもよいし、図７Ｂに示したように、励起光ＥＬ１の強度に比例して連続的に変化するようになっていてもよい。あるいは、図７Ｃに示したように、図７Ａおよび図７Ｂを組み合わせ、ホイール回転数の変化時に、一定期間、励起光ＥＬ１の強度に応じて連続的に変化するようになっていてもよい。また、７Ｄに示したように、励起光ＥＬ１の強度に応じて指数対数的に変化するようになっていてもよい。

あるいは、記憶部５３には、光源部１２から射出される励起光ＥＬ１の強度に対する蛍光体ホイール１１の回転数を算出する関係式（例えば、シグモイド関数、ステップ関数、単調増加関数等を用いた関係式）が格納されていてもよい。

（１−２．投射型表示装置の制御方法）
次に、投射型表示装置１の制御方法について説明する。

本実施の形態の投射型表示装置１は、液晶パネル２２２Ａ〜２２２Ｃによって画像光が生成されている状態、具体的には、投射部４０からスクリーン６００に画像が投射されている状態（画像投射時）において、光源部１２から射出される励起光ＥＬ１の強度および蛍光体ホイール１１の回転数（具体的には、モータ部１１４の回転数）を制御可能となっており、モータ部１１４の回転数は、励起光ＥＬ１の強度に連動して変動するようになっている。

投射型表示装置１は、上記のように、蛍光体ホイール１１および光源部１２を有する投射部４０と、制御部５０とを備えている。制御部５０は、画像投射時において、任意に第１のレーザ群１２Ａから射出される励起光ＥＬ１の強度に応じて、蛍光体ホイール１１を回転させるモータ部１１４の回転数を制御可能となっている。具体的には、制御部５０は、第１のレーザ群１２Ａから射出される励起光ＥＬ１の強度の上昇に応じてモータ部１１４の回転数を増加させ、第１のレーザ群１２Ａから射出される励起光ＥＬ１の強度の低下に応じてモータ部１１４の回転数を減少させる。

本実施の形態では、第１のレーザ群１２Ａから射出される励起光ＥＬ１の強度および蛍光体ホイール１１の回転数（例えば、モータ部１１４の回転数）の変動範囲（例えば、強度１５００〜３０００ルーメン、回転数２５００〜４０００ｒｐｍ）が複数の区画（制御区画）に分けられており、制御部５０は、その制御区画（制御モード）に応じて、第１のレーザ群１２Ａから射出される励起光ＥＬ１の強度およびモータ部１１４の回転数を制御するようになっている。

光源部１２から射出される励起光ＥＬ１の強度および蛍光体ホイール１１の回転数（モータ部１１４の回転数）の制御区画は、例えば、図７Ａに示したように、３つの区画（区画Ａ，区画Ｂおよび区画Ｃ）に分けられる。ここで、区画Ｂは、上記変動範囲内において励起光ＥＬ１の強度およびモータ部の回転数が中程度（例えば、強度２０００〜２５００ルーメン、回転数３０００〜３５００ｒｐｍ）の中間出力区画であり、輝度と静粛性能とを両立した投射モード（バランス優先モード）である。区画Ａは、中間出力区画よりも励起光ＥＬ１の強度が低く且つ、モータ部の回転数が少ない低出力区画（例えば、強度１５００〜２０００ルーメン、回転数２５００〜３０００ｒｐｍ）であり、静粛性能を優先した投射モード（静粛性優先モード）である。区画Ｃは、中間出力区画よりも励起光ＥＬ１の強度が高く且つ、モータ部の回転数が多い高出力区画（例えば、強度２５００〜３０００ルーメン、回転数３５００〜４０００ｒｐｍ）であり、輝度を優先した投射モード（輝度優先モード）である。このように、本実施の形態の投射型表示装置１は、励起光ＥＬ１の強度およびモータ部１１４の回転数が互いに異なる範囲内で変動する複数の投射モードを有する。

各投射モードはユーザが任意に手動で選択できるようになっており、ユーザが選択した投射モードの選択信号（投射モード指定信号）が投射モード選択部５２から信号処理部５１に供給される。信号処理部５１では、その投射モード指定信号に応じた光源部１２から射出される励起光ＥＬ１の強度およびモータ部１１４の回転数を記憶部５３から参照し、光源駆動部１２２およびモータ駆動部１１５に、それぞれ、駆動電流設定信号および回転制御信号を供給する。これにより、本実施の形態の投射型表示装置１は、状況に応じて、蛍光体ホイール１１の振動音やモータ部１１４の駆動音を低減し、静粛性能を向上させることができる。

図８は、本実施の形態における投射型表示装置１の表示システムにおける制御フローの一例を表したものである。

まず、投射型表示装置１の電源をオン状態にする（ステップＳ１０１）。続いて、外部（例えば、ユーザ）から選択信号が入力され、投射モードが選択される（ステップＳ１０２）。これにより、投射モード選択部５２は、投射モード指定信号を生成し、信号処理部５１に供給する。

次に、信号処理部５１は、投射モード指定信号に基づいて記憶部５３に格納されたルックアップテーブルを参照し（ステップＳ１０３）、ルックアップテーブル内の対応する制御区画を選択する（ステップＳ１０４）。最後に、光源駆動部１２２およびモータ駆動部１１５に対応する制御区画の制御信号を供給する（ステップＳ１０５）。これにより、光源駆動部１２２およびモータ駆動部１１５では、所定の投射モードが実行される。

（１−３．作用・効果）
前述したように、投射型表示装置（プロジェクタ）では、励起光を射出する励起用光源（光源部）と、励起光を受けて励起光とは異なる波長光を発する蛍光体層を有する蛍光体ホイール（光変換部）とを備えた光源装置が用いられている。このような光源装置では、蛍光体層への励起光の照射の際、モータによって蛍光体ホイールを回転駆動させている。この蛍光体ホイールの駆動音（振動音）は可聴領域にある。家庭用のプロジェクタでは、この蛍光体ホイールの振動音がユーザに騒音としてとらえられるため、画像投射時における蛍光体ホイールの振動音の低下が求められている。

これに対して、本実施の形態の投射型表示装置１では、投射部４０から画像が投射されている状態において、光源部１２（具体的には、第１のレーザ群１２Ａ）から射出される励起光ＥＬ１の強度および蛍光体ホイール１１の回転数（具体的には、モータ部１１４の回転数）を制御可能とし、励起光ＥＬ１の強度に応じてモータ部１１４の回転数が変動するようした。

具体的には、画像投射時において、第１のレーザ群１２Ａを駆動する光源駆動部１２２と、蛍光体ホイール１１を回転させるモータ部１１４を駆動するモータ駆動部１１５とを制御する制御部５０を設けるようにした。制御部５０は、外部から入力される制御信号に基づく第１のレーザ群１２Ａの駆動電流を設定する駆動電流設定信号およびモータ部１１４の回転数を設定する回転制御信号をそれぞれ生成し、光源駆動部１２２およびモータ駆動部１１５にそれぞれ供給する。外部から入力される制御信号は、第１のレーザ群１２Ａから射出される励起光ＥＬ１の強度および蛍光体ホイール１１を回転させるモータ部１１４の回転数（蛍光体ホイール１１の回転数）が互いに異なる、例えば３つの投射モードを指定する投射モード指定信号である。

以上により、本実施の形態の投射型表示装置１では、状況に応じて、騒音の主な原因である蛍光体ホイール１１の振動音やモータ部１１４の駆動音を低減させることが可能となり、静粛性能を向上させることができる。

＜２．変形例＞
次に、上記実施の形態に係る変形例（変形例１，２）ついて説明する。以下では、上記実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。

（２−１．変形例１）
図９は、本開示の変形例に係る投射型表示装置２の表示システムをブロック図で表したものである。本変形例の投射型表示装置２は、上記実施の形態において示した表示システムに対して、投射モード選択部５２の代わりに、例えば信号処理部５１内に、画像情報解析部５１１を追加したものである。

画像情報解析部５１１は、例えば、外部から入力される画像信号から画像情報、例えば、画像の輝度やヒストグラムを取得し、これを解析して調光値（例えば、光源部１２の出力）を決定する。信号処理部５１は、画像情報解析部５１１で得られた調光値を基に、記憶部５３に格納された、例えばルックアップテーブルを参照し、対応するホイール回転数を決定する。信号処理部５１は、第１のレーザ群１２Ａの駆動電流を設定する駆動電流設定信号およびモータ部１１４の回転数を設定する回転制御信号をそれぞれ生成し、光源駆動部１２２およびモータ駆動部１１５にそれぞれ供給する。

このように、上記実施の形態では、例えばユーザが投射モードを選択することで、画像投射時における光源部１２から射出される励起光ＥＬ１の強度およびモータ部１１４の回転数お制御がおこなわれる場合を説明したがこれに限らず、自動で行うことも可能である。

（２−２．変形例２）
図１０は、本開示の変形例に係る投射型表示装置３の光学系の構成の一例を表わしたものである。この投射型表示装置３は、透過型の液晶パネル（ＬＣＤ、液晶パネル７２４Ｒ，７２４Ｇ，７２４Ｂ）により光変調を行う透過型３ＬＣＤ方式のプロジェクタの構成の一例を表した概略図である。本変形例における投射型表示装置３は、例えば、光源光学系１０と、照明光学系７１および画像生成部７２を有する画像生成システム７０と、投射光学系８０とを含んで構成されている。なお、光源光学系１０は、上記実施の形態と同様の構成を有するものであり、本変形例ではその説明を省略する。

照明光学系７１は、例えば、インテグレータ素子７１３と、偏光変換素子７１４と、集光レンズ７１５とを有する。インテグレータ素子７１３は、二次元に配列された複数のマイクロレンズを有する第１のフライアイレンズ７１１およびその各マイクロレンズに１つずつ対応するように配列された複数のマイクロレンズを有する第２のフライアイレンズ７１２を含んでいる。

光源光学系１０からインテグレータ素子７１３に入射する光（平行光）は、第１のフライアイレンズ７１１のマイクロレンズによって複数の光束に分割され、第２のフライアイレンズ７１２における対応するマイクロレンズにそれぞれ結像される。第２のフライアイレンズ７１２のマイクロレンズのそれぞれが、二次光源として機能し、輝度が揃った複数の平行光を、偏光変換素子７１４に入射光として照射する。

インテグレータ素子７１３は、全体として、光源光学系１０から偏光変換素子７１４に照射される入射光を、均一な輝度分布に整える機能を有する。

偏光変換素子７１４は、インテグレータ素子７１３等を介して入射する入射光の偏光状態を揃える機能を有する。この偏光変換素子７１４は、例えば、光源光学系１０の出射側に配置されたレンズ１５等を介して、青色光Ｌｂ、緑色光Ｌｇおよび赤色光Ｌｒを含む出射光を出射する。

照明光学系７１は、さらに、ダイクロイックミラー７１６およびダイクロイックミラー７１７、ミラー７１８、ミラー７１９およびミラー７２０、リレーレンズ７２１およびリレーレンズ７２２、フィールドレンズ７２３Ｒ、フィールドレンズ７２３Ｇおよびフィールドレンズ７２３Ｂ、画像生成部７２としての液晶パネル７２４Ｒ、７１０Ｇおよび７１０Ｂ、ダイクロイックプリズム７３０を含んでいる。

ダイクロイックミラー７１６およびダイクロイックミラー７１７は、所定の波長域の色光を選択的に反射し、それ以外の波長域の光を透過させる性質を有する。例えば、ダイクロイックミラー７１６は、赤色光Ｌｒを選択的に反射する。ダイクロイックミラー７１７は、ダイクロイックミラー７１６を透過した緑色光Ｌｇおよび青色光Ｌｂのうち、緑色光Ｌｇを選択的に反射する。残る青色光Ｌｂが、ダイクロイックミラー７１７を透過する。これにより、光源光学系１０から出射された光（白色光Ｌｗ）が、異なる色の複数の色光に分離される。

分離された赤色光Ｌｒは、ミラー７１８により反射され、フィールドレンズ７２３Ｒを通ることによって平行化された後、赤色光の変調用の液晶パネル７２４Ｒに入射する。緑色光Ｌｇは、フィールドレンズ７２３Ｇを通ることによって平行化された後、緑色光の変調用の液晶パネル７２４Ｇに入射する。青色光Ｌｂは、リレーレンズ７２１を通ってミラー７１９により反射され、さらにリレーレンズ７２２を通ってミラー７２０により反射される。ミラー７２０により反射された青色光Ｌｂは、フィールドレンズ７２３Ｂを通ることによって平行化された後、青色光Ｌｂの変調用の液晶パネル７２４Ｂに入射する。

液晶パネル７２４Ｒ、７２４Ｇおよび７２４Ｂは、画像情報を含んだ画像信号を供給する図示しない信号源（例えば、ＰＣ等）と電気的に接続されている。液晶パネル７２４Ｒ、７２４Ｇおよび７２４Ｂは、供給される各色の画像信号に基づき、入射光を画素毎に変調し、それぞれ赤色画像、緑色画像および青色画像を生成する。変調された各色の光（形成された画像）は、ダイクロイックプリズム７３０に入射して合成される。ダイクロイックプリズム７３０は、３つの方向から入射した各色の光を重ね合わせて合成し、投射光学系８０に向けて出射する。

投射光学系８０は、複数のレンズ８１０等を有し、ダイクロイックプリズム７３０によって合成された光を図示しないスクリーンに照射する。これにより、フルカラーの画像が表示される。

以上、実施の形態および変形例を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態および変形例１では、光源部１２のうち、第１のレーザ群１２Ａから射出される励起光ＥＬ１の強度を制御する例を示したが、これに限らず、上記実施の形態および変形例１の方法を用いて、第２のレーザ群１２Ｂから発振される青色レーザ光（レーザ光ＥＬ２）の強度も同時に制御するようにしてもよい。

また、変形例１では、投射モード選択部５２に替えて、画像情報解析部５１１を備えた投射型表示装置２について説明したが、投射モード選択部５２と画像情報解析部５１１とを両方備えていてもよい。

更に、上記実施の形態では、各光学系の構成要素を具体的に挙げて説明したが、全ての構成要素を備える必要はなく、また、他の構成要素を更に備えていてもよい。

なお、本開示は以下のような構成を取ることも可能である。
（１）
光源部と、前記光源部からの出射光を前記出射光の波長域とは異なる波長域の光に変換する波長変換層を含む円板状部材および前記円板状部材を回転させるモータ部を有する波長変換部と、入力された画像信号に基づいて前記光源部および前記波長変換部からの光を変調することにより画像光を生成する空間変調素子とを有する投射部と、
前記空間変調素子によって画像光が生成されている状態において、前記光源部から射出される前記出射光の強度および前記円板状部材の回転数を制御する制御部と
を備えた投射型表示装置。
（２）
前記制御部は、前記光源部から射出される前記出射光の強度に応じて、前記円板状部材の回転数を制御する、前記（１）に記載の投射型表示装置。
（３）
前記制御部は、前記光源部から射出される前記出射光の強度に応じて、前記円板状部材の回転数を段階的に制御する、前記（１）または（２）に記載の投射型表示装置。
（４）
前記制御部は、前記光源部から射出される前記出射光の強度の上昇に応じて、前記円板状部材の回転数を増加させ、前記光源部から射出される前記出射光の強度の低下に応じて、前記円板状部材の回転数を減少させる、前記（１）乃至（３）のうちのいずれかに記載の投射型表示装置。
（５）
前記制御部は複数の制御モードを有し、
前記複数の制御モードは、互いに異なる前記光源部から射出される前記出射光の強度と、前記円板状部材の回転数との関係を有する、前記（１）乃至（４）のうちのいずれかに記載の投射型表示装置。
（６）
前記制御部では、前記複数の制御モードのうちの選択された一の制御モードが実行される、前記（５）に記載の投射型表示装置。
（７）
前記制御部は前記複数の制御モードとして、第１の制御モード、第２の制御モードおよび第３の制御モードを有し、
前記第１の制御モードは、前記第２の制御モードよりも前記光源部から射出される前記出射光の強度が低く且つ、前記円板状部材の回転数が少なく、
前記第３の制御モードは、前記第２の制御モードよりも前記光源部から射出される前記出射光の強度が高く且つ、前記円板状部材の回転数が多い、前記（５）または（６）に記載の投射型表示装置。
（８）
前記複数の制御モードは、手動で切り替え可能となっている、前記（５）乃至（７）のうちのいずれかに記載の投射型表示装置。
（９）
前記複数の制御モードのうちの前記一の制御モードは、外部から入力された選択信号に従って選択される、前記（６）または（７）に記載の投射型表示装置。
（１０）
入力された画像信号の画像情報を解析する画像情報解析部を備える、前記（１）乃至（９）のうちのいずれかに記載の投射型表示装置。
（１１）
前記制御部は、前記画像情報解析部で得られた情報に基づいて、前記光源部から射出される前記出射光の強度および前記円板状部材の回転数を制御する、前記（１０）に記載の投射型表示装置。
（１２）
前記画像情報解析部は、前記入力された画像信号から輝度およびヒストグラムの少なくとも一方を取得する、前記（１０）または（１１）に記載の投射型表示装置。
（１３）
前記画像情報解析部は、取得した前記輝度または前記ヒストグラムを解析し、調光値を決定する、前記（１２）に記載の投射型表示装置。
（１４）
前記制御部は、前記光源部から射出される前記出射光の強度と前記円板状部材の回転数との関係を規定する記憶部を備える、前記（１）乃至（１３）のうちのいずれかに記載の投射型表示装置。
（１５）
前記記憶部には、ルックアップテーブルまたは前記光源部から射出される前記出射光の強度および前記円板状部材の回転数を算出する関係式が格納されている、前記（１４）に記載の投射型表示装置。
（１６）
前記投射部は、前記空間変調素子からの光を投射する投射光学系をさらに備える、前記（１）乃至（１５）のうちのいずれかに記載の投射型表示装置。
（１７）
光源部から射出された出射光を、波長変換層において前記出射光の波長域とは異なる波長域の光に波長変換し、
波長変換した前記出射光を、入力された画像信号に基づいて空間変調素子において変調することにより、画像光を生成し、
前記波長変換層を含む円板状部材をモータ部によって回転させると共に、前記空間変調素子において前記画像光が生成されている状態において、前記出射光の強度と、前記円板状部材の回転数とをそれぞれ制御する
投射型表示装置の制御方法。

本出願は、日本国特許庁において２０１６年１１月２日に出願された日本特許出願番号２０１６−２１５３３８号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願の全ての内容を参照によって本出願に援用する。

当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (17)

1. 光源部と、前記光源部からの出射光を前記出射光の波長域とは異なる波長域の光に変換する波長変換層を含む円板状部材および前記円板状部材を回転させるモータ部を有する波長変換部と、入力された画像信号に基づいて前記光源部および前記波長変換部からの光を変調することにより画像光を生成する空間変調素子とを有する投射部と、
   前記空間変調素子によって画像光が生成されている状態において、前記光源部から射出される前記出射光の強度および前記円板状部材の回転数を制御する制御部と
   を備えた投射型表示装置。
2. 前記制御部は、前記光源部から射出される前記出射光の強度に応じて、前記円板状部材の回転数を制御する、請求項１に記載の投射型表示装置。
3. 前記制御部は、前記光源部から射出される前記出射光の強度に応じて、前記円板状部材の回転数を段階的に制御する、請求項１に記載の投射型表示装置。
4. 前記制御部は、前記光源部から射出される前記出射光の強度の上昇に応じて、前記円板状部材の回転数を増加させ、前記光源部から射出される前記出射光の強度の低下に応じて、前記円板状部材の回転数を減少させる、請求項１に記載の投射型表示装置。
5. 前記制御部は複数の制御モードを有し、
   前記複数の制御モードは、互いに異なる前記光源部から射出される前記出射光の強度と、前記円板状部材の回転数との関係を有する、請求項１に記載の投射型表示装置。
6. 前記制御部では、前記複数の制御モードのうちの選択された一の制御モードが実行される、請求項５に記載の投射型表示装置。
7. 前記制御部は前記複数の制御モードとして、第１の制御モード、第２の制御モードおよび第３の制御モードを有し、
   前記第１の制御モードは、前記第２の制御モードよりも前記光源部から射出される前記出射光の強度が低く且つ、前記円板状部材の回転数が少なく、
   前記第３の制御モードは、前記第２の制御モードよりも前記光源部から射出される前記出射光の強度が高く且つ、前記円板状部材の回転数が多い、請求項５に記載の投射型表示装置。
8. 前記複数の制御モードは、手動で切り替え可能となっている、請求項５に記載の投射型表示装置。
9. 前記複数の制御モードのうちの前記一の制御モードは、外部から入力された選択信号に従って選択される、請求項６に記載の投射型表示装置。
10. 前記制御部は、入力された画像信号の画像情報を解析する画像情報解析部を備える、請求項１に記載の投射型表示装置。
11. 前記制御部は、前記画像情報解析部で得られた情報に基づいて、前記光源部から射出される前記出射光の強度および前記円板状部材の回転数を制御する、請求項１０に記載の投射型表示装置。
12. 前記画像情報解析部は、前記入力された画像信号から輝度およびヒストグラムの少なくとも一方を取得する、請求項１０に記載の投射型表示装置。
13. 前記画像情報解析部は、取得した前記輝度または前記ヒストグラムを解析し、調光値を決定する、請求項１２に記載の投射型表示装置。
14. 前記制御部は、前記光源部から射出される前記出射光の強度と前記円板状部材の回転数との関係を規定する記憶部を備える、請求項１に記載の投射型表示装置。
15. 前記記憶部には、ルックアップテーブルまたは前記光源部から射出される前記出射光の強度および前記円板状部材の回転数を算出する関係式が格納されている、請求項１４に記載の投射型表示装置。
16. 前記投射部は、前記空間変調素子からの光を投射する投射光学系をさらに備える、請求項１に記載の投射型表示装置。
17. 光源部から射出された出射光を、波長変換層において前記出射光の波長域とは異なる波長域の光に波長変換し、
    波長変換した前記出射光を、入力された画像信号に基づいて空間変調素子において変調することにより、画像光を生成し、
    前記波長変換層を含む円板状部材をモータ部によって回転させると共に、前記空間変調素子において前記画像光が生成されている状態において、前記出射光の強度と、前記円板状部材の回転数とをそれぞれ制御する
    投射型表示装置の制御方法。

Images