(57)【要約】【課題】色構成を任意に変更でき、明るさと色再現性の両立を可能とする。【解決手段】色構成調整部７３では、映像解析部７２やモード選択部７３からの指示に基づき、カラーホイール６０の各色成分は着色か透明か、あるいはその中間かを選択し、選択信号が電源部６３に出力する。電源部６３は、色構成調整部７３から入力した選択信号に応じて、電圧が適切に調整された交流矩形波信号を生成し給電線６４ａ、６４ｂからカラーホイール６０の回転軸に設けられた給電極６５ａ、６５ｂに給電される。カラーホイール６０は、回転駆動機構により回転軸が回転しており、給電極５６ａ、６５ｂから給電された交流矩形波信号が透明電極６１ｃ、６１ｅに印加される。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転方向に配列された複数の色領域を備え、個々の色領域に光を透過させることにより異なる色成分の光を発生させるカラーホイールであって、
少なくとも１つの前記色領域は、複数の透光層から成り、少なくとも１つの透光層は透過率を変更可能とする透過率変更可能部材であることを特徴とするカラーホイール。
【請求項２】
前記透過率変更可能部材は、
前記透過率変更可能部材を挟む２層に透明電極を備え、
前記透明電極に電圧を印加することにより、前記透過率変更可能部材の透過率を変更することを特徴とする請求項１記載のカラーホイール。
【請求項３】
前記透過率変更可能部材は、
液晶分子の配列が螺旋構造を形成するコレステリック液晶から成ることを特徴とする請求項１又は２記載のカラーホイール。
【請求項４】
前記透過率変更可能部材は、
前記コレステリック液晶の液晶分子の配列により形成される複数の層を積層した構成を備え、
前記各層では、反射光の波長と偏光状態とが異なることを特徴とする請求項３記載のカラーホイール。
【請求項５】
前記色領域は、
前記回転方向に垂直に少なくとも２以上に分割され、分割された各領域にプレーナ状態とフォーカルコニック状態を交互に割り付けることを特徴とする請求項３又は４記載のカラーホイール。
【請求項６】
前記プレーナ状態又はフォーカルコニック状態は、前記電圧を印加しなくてもプレーナ状態又はフォーカルコニック状態を保持することを特徴とする請求項５記載のカラーホイール。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一項記載のカラーホイールと、
映像情報に基づいて、前記２層の透明電極に印加する電圧を制御することにより透過率を変更する制御手段と、を備えることを特徴とする投影装置。
【請求項８】
前記制御手段は、
前記映像情報の色成分が低下してモノクロ成分に近づくほど前記フォーカルコニック状態又は前記ホメオトロピック状態の比率を上昇させる制御を行い、前記映像情報の色成分が上昇するほど前記プレーナ状態の比率を上昇させる制御を行うことを特徴とする請求項７記載の投影装置。
【請求項９】
請求項１乃至６の何れか一項記載のカラーホイールと、
必要なときに、投影映像の輝度調整を優先することを表す輝度優先モード、投影映像の彩度調整を優先することを表す彩度優先モードのうち、一方を表示モードとして選択入力する入力手段と、
前記表示モードに基づいて、前記２層の透明電極に印加する電圧を制御することにより透過率を変更する制御手段と、を備えことを特徴とする投影装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、
前記表示モードが輝度優先の場合に前記フォーカルコニック状態又は前記ホメオトロピック状態の比率を上昇させる制御を行い、前記表示モードが彩度優先の場合には前記プレーナ状態の比率を上昇させる制御を行うことを特徴とする請求項９記載の投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＬＰ方式の投影装置に関し、特に、色成分の透過率を変更可能にした構成を有するカラーホイール、及び投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プロジェクタにおいては、液晶方式、ＤＬＰ方式、さらにＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）方式等が採用されている。
まず、図１３を参照して、従来のＤＬＰ方式のプロジェクタ１００の内部構成について説明する。
光源１０１から出射された白色光１０２は、高速回転するカラーホイール１０３を透過することで着色される。カラーホイール１０３を透過した光１０４は、ＤＭＤ部（Digital Micromirror Device）１０５に入射する。ここで、画素数分の微細なミラーが並んだＤＭＤ部１０５は、ＯＮ／ＯＦＦ制御により反射／非反射が選択され、ＤＭＤ部１０５により反射された光１０６は光学系１０７を経由してスクリーン（図示しない）に投影され、投影画像を形成する。
【０００３】
次に、図１４を参照して、従来のＤＬＰ方式のカラーホイールについて説明する。
カラーホイールの配色には様々な変種があり、図１４（ａ）に示すようにＲＧＢ３原色のみで構成されるカラーホイール１０３Ａや、図１４（ｂ）に示すように投影画像の明るさを上げるためにＲＧＢ３原色に加え、白（Ｗｈｉｔｅ）やシアン色（Ｃｙａｎ）、黄色（Ｙｅｌｌｏｗ）を加えるカラーホイール１０３Ｂもある。
ＤＬＰ方式にあっては、液晶方式と比較すると、黒表示では光源そのものをオフにするため、白黒のコントラストが高いといった長所があった。また、軽量で小型向き、経年劣化が少ない等の長所がある。
しかし、ＤＬＰ方式にあっては、各色の時分割駆動であることにも起因し、液晶方式に比べると明るさが落ちるという短所があった。
【０００４】
ＤＬＰ方式にあっては、投影画像の明るさと色再現範囲の双方を改善するために、特許文献１〜５が開示されており、用途に応じて複数のカラーフィルタを使い分けるという提案がされているが、複数のカラーホイールを用いる場合に、小型化に不利になるという課題があった。
特許文献１には、少なくとも青色光透過領域、赤色光透過領域、および緑色光透過領域を有するカラーフィルタと、このカラーフィルタを回転自在に収納するユニットケースとを有し、ユニットケースは、カラーフィルタに光を入射させるための第１の光透過領域と、カラーフィルタからの光を出射させるための第２の光透過領域を含む、モジュール式カラーホイール装置が開示されている。
特許文献２には、プロジェクタランプと、プロジェクタランプからの光路上に設けられる複数のカラーホイールと、複数のカラーホイールの光路上でのカラーフィルタの組合せを制御する制御部とを有するプロジェクタ装置が開示されている。
【０００５】
特許文献３には、光源と、光源からの光を配色するためのカラーフィルタが円周方向に沿って配列されたカラーホイールを有するカラーホイール部と、カラーホイールにより配色された光を用いて画像を形成する画像形成素子とを備え、画像形成素子で形成された画像を投射して拡大画像を得るプロジェクタ装置において、カラーホイール部は、複数のカラーホイールから構成され、複数のカラーホイールの切替え用のダイヤルスイッチまたは外部スイッチを有し、これらのカラーホイールを交互に切り替えるカラーホイール切替手段をさらに備え、複数のカラーホイールは、それぞれ異なる輝度、色彩を再現可能なカラーフィルタの色配列を有し、ダイヤルスイッチ又は外部スイッチにより、手動又は自動によって複数のカラーホイールを切り替えることを特徴するプロジェクタ装置が開示されている。
【０００６】
特許文献４には、光源装置、光源側光学系、表示素子、投影側光学系、冷却ファン、更に、ランプ電源回路及びファン駆動電源回路やプロジェクタ制御手段を備えたプロジェクタであって、赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタの３原色に透明又は白色のフィルタを加えた４色のカラーホイールを２枚有し、２枚のカラーホイールにおける透明又は白色のフィルタを重ねて光路上に配置したカラーホイールの位置を基準とし、２枚のカラーホイールの何れか一方を回転させるホイールモータを備えたことを特徴とするプロジェクタが開示されている。
【０００７】
特許文献５には、ランプと、赤、緑、青、無色透明のカラーフィルタを有し、該ランプからの出射光を時分割する第１のカラーホイールと、該第１のカラーホイールからの出射光を面状の光にして出射するロッド型のインテグレータと、赤、緑、青、無色透明のカラーフィルタを有し、第１のカラーホイールと同軸上に配置され、該インテグレータからの出射光を時分割する第２のカラーホイールと、第１及び第２のカラーホイールのインテグレータ側に配置され、第１及び第２のカラーホイールをそれぞれ駆動する第１及び第２のモータと、第２のカラーホイールからの出射光を拡大するダブレットレンズと、該ダブレットレンズからの出射光を反射するミラーと、該ミラーからの反射光を拡大するリレーレンズと、複数のミラー素子が縦横に規則的に配列され、各ミラー素子を個別に制御でき、リレーレンズからの出射光を画像光に変調するデジタルミラーデバイスと、該デジタルミラーデバイスからの画像光を投射するプロジェクションレンズとを有する光学エンジンを備えたプロジェクタであって、第１及び第２のカラーホイール上の光スポット径が同じになるように第１及び第２のカラーホイールを配置し、両カラーホイールを、互いに光路上で同色のカラーフィルタ同士が重なるように回転させるプレゼンモードと、両カラーホイールを、互いに光路上で赤、緑、青のカラーフィルタが無色透明のカラーホイールが開示されている。
【０００８】
特許文献６には、所定の偏光状態に揃えられたＲＧＢ各色の光のうち、特定の１色の光を常時射出し、他の２色の光を時分割で切り替えて射出する照明装置と、特定の１色の光の偏光方向と他の２色の光の偏光方向とが互いに異なるように、該いずれかの偏光方向を変換する第１の特定波長偏光変換装置と、互いに偏光方向が異なる特定の１色の光と他の２色の光とを分離する偏光ビームスプリッターと、分離された特定の１色の光を画素毎に変調して反射する第１の反射型液晶ライトバルブと、分離された他の２色の光をそれぞれ画素毎に変調して反射する第２の反射型液晶ライトバルブと、を有し、第１の反射型液晶ライトバルブからの特定の１色の光と、第２の反射型液晶ライトバルブからの他の２色の光とを、偏光ビームスプリッターにより合成して投影する事を特徴とする表示光学装置が開示されている。
【０００９】
特許文献７には、白色光を出射する光源と、光源を制御する光源制御部と、光源から出射された白色光のうち赤色波長帯、緑色波長帯および青色波長帯の光をそれぞれ透過させる赤色フィルタ、緑色フィルタおよび青色フィルタを有するカラーホイールと、カラーホイールを回転させる回転制御部と、カラーホイールを透過した各波長帯域の光を変調する光変調器と、映像信号に基づいて光変調器を制御する変調制御部と、を備え、変調制御部は、各波長帯域の光に対し、対応する光変調が行われるよう、カラーホイールの回転に同期して光変調器を駆動し、光源制御部は、白色光が青色フィルタに入射するときよりも赤色フィルタと緑色フィルタに入射するときの出射強度が高くなるよう、光源を制御することを特徴とする画像投写装置が開示されている。
また、複数のカラーホイールを手動で入れ替えるという煩わしさも残っていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、投影画像の明るさと色再現範囲の双方を改善するために、特許文献１〜５が開示されており、用途に応じて複数のカラーフィルタを使い分けるという提案がされている。しかしながら、複数のカラーホイールを用いる場合に、小型化に不利になるといった問題があった。
また、特許文献６では、液晶方式（非ＤＬＰ方式）のライトバルブにコレステリック液晶を用い、ＧＢ各色の反射率や透過率を時分割で切り替えることで、小型化を図っている。
さらに、特許文献７では、カラーホイールを用いた投影装置において、ホワイトバランスや色再現範囲を好適に調整するため、カラーホイールの各色のタイミングに同期して光源の強度を調整することを図っている。
そこで、色構成を任意に変更でき、投影画像の明るさと色再現性の両立を可能とする単体構成のカラーホイールの提案が切望されている。
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、色構成を任意に変更でき、投影画像の明るさと色再現性の両立を可能とする単体構成のカラーホイール、及び投影装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、回転方向に配列された複数の色領域を備え、個々の色領域に光を透過させることにより異なる色成分の光を発生させるカラーホイールであって、少なくとも１つの前記色領域は、複数の透光層から成り、少なくとも１つの透光層は透過率を変更可能とする透過率変更可能部材であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によって、カラーホイールの少なくとも１つの色領域は、複数の透光層から成り、少なくとも１つの透光層は透過率を変更可能とする透過率変更可能部材であることで、１つのカラーホイールで色構成を任意に変更でき、投影画像の明るさと色再現性の両立を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）（ｂ）は本発明の原理であるコレステリック液晶の光学特性を示す概念図である。
【図２】（ａ）（ｂ）は本発明の原理であるコレステリック液晶のプレーナ状態、フォーカルコニック状態の透過スペクトルの光学特性を示す図である。
【図３】本発明の原理である２つのコレステリック液晶を積層した構成を示す模式図（その１）である。
【図４】本発明の原理である２つのコレステリック液晶を積層した構成を示す模式図（その２）である。
【図５】（ａ）（ｂ）は図３及び図４に示す本発明の原理である２種類のコレステリック液晶のスペクトルの光学特性を示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係るカラーホイールの平面図を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るカラーホイールの平面図を示す図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係るカラーホイールの平面図を示す図である。
【図９】本発明の第４実施形態に係るカラーホイールの平面図を示す図である。
【図１０】本発明の第５実施形態に係るカラーホイールの断面図である。
【図１１】本発明の第５実施形態に係るプロジェクタのブロック図である。
【図１２】本発明の第５実施形態に係るプロジェクタの制御動作を表すフローチャートである。
【図１３】従来のＤＬＰ方式のプロジェクタのブロック図である。
【図１４】（ａ）（ｂ）は従来のＤＬＰ方式のカラーホイールの平面図を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態によれば、ＤＬＰ方式のプロジェクタに用いるカラーホイールにおいて、１つのカラーホイールにおける色成分の透過率を変更可能とし、投影モードや映像情報に適したカラーホイールの色構成とする。透過率を変更可能とする色材には、コレステリック液晶を用い、コレステリック液晶に印加する電圧によって透過率を制御することを特徴とする。
【００１５】
以下、本発明の原理について、図面を参照して説明する。
＜原理説明１＞
本発明は、１つのカラーホイールが構成する色成分の透過率を変更可能とすることで、従来技術のように２つのカラーホイールを用いなくとも、投影画像の明るさと色再現性の両立を可能とする技術である。カラーホイールの透過率を変更可能とするための１つの構成として、コレステリック液晶を用いる。
図１〜図５、及び表１にコレステリック液晶の光学特性を示す。コレステリック液晶には、プレーナ状態とフォーカルコニック状態という２つの安定モードがあり、これらの状態は電圧を印加しなくても保持できることを特徴とする。
【００１６】
図１（ａ）（ｂ）に示す概念図を参照して、本発明の原理であるコレステリック液晶１０の光学特性について説明する。図１（ａ）（ｂ）において、紙面の縦方向をｙ軸、紙面の横方向をｘ軸として扱うこととする。図１（ａ）は、コレステリック液晶が選択反射特性を有するプレーナ状態にあることを示す概念図である。
図１（ａ）において、コレステリック液晶１０ａは、透明材料から成る上層基板１と、透明材料から成る下層基板３と、上層基板１と下層基板３の間に、螺旋構造を有する液晶分子から形成されたコレステリック液晶層５ａとを備えている。
【００１７】
ここで、コレステリック液晶の一般的性質について説明する。
コレステリック液晶は、液晶分子の配列が螺旋構造を形成しており、螺旋ピッチに応じた光を反射する（すなわち、色が変わる）「選択反射」という特性を有する。
コレステリック液晶は、棒状の分子が幾重にも重なる層状の構造を有し、層内ではそれぞれの分子が一定方向に配列しており、互いの層は分子の配列方向が螺旋状になるように集積している。通常、基板に対して垂直方向を螺旋軸（ｙ軸方向）としており、一定周期の螺旋構造を有する。螺旋の周期と波長が等しく、かつ、螺旋の巻きと同じ向きの円偏光を反射する。
なお、コレステリック液晶の材料としては、オリゴマーやポリマー、あるいはそれらの混合物であってもよい。
このコレステリック液晶は、２層の透明電極の間にコレステリック液晶を挟持して形成したものであり、両透明電極間に印加されるパルス電圧の値によってプレーナ状態又はフォーカルコニック状態の安定した状態をとる。高いパルス電圧を印加した後にはプレーナ状態と遷移し、コレステリック液晶の螺旋ピッチに応じた色光を選択反射する。低いパルス電圧の印加後にはフォーカルコニック状態に遷移する。その他、高いパルス電圧を印加中にはホメオトロピック状態になり光の透過度が増す。この状態から急激に電圧を解除するとプレーナ状態に変化する。
【００１８】
コレステリック液晶層５ａでは、液晶分子が螺旋構造を形成しており、螺旋構造の螺旋軸がコレステリック液晶の平面（ｘ軸方向）に垂直（ｙ軸方向）となるときに、すなわち、螺旋軸が上層基板１、下層基板３に垂直（ｙ軸方向）な場合にプレーナ状態となる。プレーナ状態では、入射した白色光７に対して、特定の波長帯域が選択的に反射される。
図１（ａ）では、入射した白色光７に対して、緑色成分の光８が選択反射され、白色光の残りの成分であるマゼンタ色成分の光９が透過している。
選択反射する波長帯域は、螺旋ピッチによって制御でき、螺旋ピッチがこの状態よりも小さいと青色成分が選択反射され、螺旋ピッチがこのときよりも大きいと赤色成分が選択反射される。
【００１９】
一方、図１（ｂ）は、コレステリック液晶が透過特性を有するフォーカルコニック状態にあることを示す概念図である。
図１（ｂ）において、コレステリック液晶１０ｂは、上層基板１と、下層基板３と、コレステリック液晶層５ｂとを備えている。図１（ｂ）に示すように、コレステリック液晶１０ｂは、螺旋構造の螺旋軸がコレステリック液晶の平面（ｘ軸方向）に平行となるときに、すなわち、液晶分子の螺旋軸が上層基板１、下層基板３に水平（ｘ軸方向）な場合にフォーカルコニック状態となり、入射した白色光７がほとんど透過される。
【００２０】
図２に示す透過スペクトルの光学特性を参照して、本発明の原理であるコレステリック液晶のプレーナ状態とフォーカルコニック状態について説明する。図２（ａ）はプレーナ状態（図１（ａ））、図２（ｂ）はフォーカルコニック状態（図１（ｂ））を示している。また、図２（ａ）（ｂ）では、縦軸に透過率、横軸に波長を示している。
図２（ａ）に示すように、プレーナ状態では特定の反射帯域が選択的に反射される。詳しくは、プレーナ状態では、反射される光は右円偏光もしくは左円偏光であるため、反射率の上限は理論上５０％となり、透過される光は残りの円偏光であるため、透過率も理論上５０％となる。
図２（ｂ）に示すように、フォーカルコニック状態では、図１（ｂ）を参照して説明したとおり、全波長帯域に渡って高い透過率を示す。
ここで、右円偏光、及び左円偏光について説明する。
自然光は、右円偏光および左円偏光を含んでおり、入射光を選択して反射するコレステリック液晶層の作用により、右円偏光のみが選択的に反射される場合に、この反射光を右円偏光といい、このときのコレステリック液晶層をＲ体という。一方、左円偏光のみが選択的に反射される場合に、この反射光を左円偏光といい、このときのコレステリック液晶層をＬ体という。
なお、螺旋ピッチや偏光状態は、コレステリック液晶に含有するキラル性材料の添加率によって任意に調整できる。
【００２１】
＜原理説明２＞
図３に示す模式図を参照して、本発明の原理である２つのコレステリック液晶を積層した構成について説明する。図３は、２つのコレステリック液晶を積層した構成を示す模式図（その１）である。
原理説明１では、コレステリック液晶として１層のコレステリック液晶１０ａを用いた構成例を例示したが、本発明は１層のコレステリック液晶１０ａに限定するものではなく、例えば２層のコレステリック液晶１０ａ１、１０ａ２を備えることが可能である。
原理説明２は、円偏光の方向が異なる２層のコレステリック液晶１０ａ１、１０ａ２を備える点において、１層のコレステリック液晶１０ａを有した原理説明１と異なっている。
図３に示すように、原理説明２では、緑色成分を反射する第１層１０ａ１と青色成分を反射する第２層１０ａ２を積層しており、コレステリック液晶層５ａ１の液晶分子の螺旋ピッチと、コレステリック液晶層５ａ２の液晶分子の螺旋ピッチとはピッチが異なることを特徴点とする。
図３において、入射した白色光７に対して、第１層１０ａ１において緑色成分の光８ａ、第２層１０ａ２において青色成分の光８ｂが反射されるので、透過される光９の成分は主に赤色成分となる。
【００２２】
＜原理説明３＞
図４に示す模式図を参照して、本発明の原理である２つのコレステリック液晶を積層した構成について説明する。図４は、２つのコレステリック液晶を積層した構成を示す模式図（その２）である。
原理説明２では、コレステリック液晶層５ａ１の液晶分子の螺旋ピッチと、コレステリック液晶層５ａ２の液晶分子の螺旋ピッチとはピッチが異なることを示す構成例を例示したが、本発明はピッチが異なることに限定するものではなく、例えば、液晶分子のねじれ方向が異なる２層のコレステリック液晶１０ａ１、１０ａ３を備えることが可能である。
図４に示すように、原理説明３では、第１層１０ａ１と第２層１０ａ３を積層しており、コレステリック液晶層５ａ１の液晶分子のねじれ方向と、コレステリック液晶層５ａ３の液晶分子のねじれ方向とは方向が異なることを特徴点とする。
図４に示すように、同じ反射波長ではあるが、右円偏光（Ｒ体）を選択反射する第１層１０ａ１と左円偏光（Ｌ体）を選択反射する第２層１０ａ３を積層したものである。
図４において、入射した白色光に対して、上層である第１層１０ａ１では緑色成分の右円偏光（Ｒ体）が、下層である第２層１０ａ３では緑色成分の左円偏光（Ｌ体）が反射されるため、第１層１０ａ１と第２層１０ａ３を透過されるマゼンタ色成分はより色純度が高くなる（彩度が高い）という特徴点がある。
このように、コレステリック液晶層は、コレステリック液晶により形成される複数の層が積層され、各層では、反射光の波長と偏光の波長とが異なることで、より高彩度に設定することができる。
【００２３】
図５（ａ）（ｂ）に示すスペクトル図を参照して、図３及び図４に示す本発明の原理である２種類のコレステリック液晶の光学特性について説明する。図５（ａ）は図３に示す積層構造により赤色が透過した場合のスペクトル特性、図５（ｂ）は図４に示す積層構造によりマゼンタ色が透過した場合のスペクトル特性を示している。また、図５（ａ）（ｂ）では、縦軸に透過率、横軸に波長を示している。
特に、図５（ｂ）に示す緑色成分の透過率が、図２（ａ）に示すノッチ特性よりも好適にカットされていることが理解できる。
【００２４】
表１は、上述したコレステリック液晶の光学特性についてまとめた表である。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表１に示すように、プレーナ状態においては、反射光と透過光は補色の関係にある。
さらに、プレーナ状態やフォーカルコニック状態の他、ホメオトロピック状態という状態もある。ホメオトロピック状態では、フォーカルコニック状態と同様に、螺旋構造の螺旋軸がコレステリック液晶の平面（ｘ軸方向）に平行となる。
プレーナ状態やフォーカルコニック状態にあっては、電圧を印加しなくても状態を保持できるのに対して、ホメオトロピック状態では高い電圧（ＶＨ）を印加している間のみ状態を保持することができる。
ホメオトロピック状態を形成する高い電圧（ＶＨ）を急激に０Ｖに降下させるとプレーナ状態に移行し、ホメオトロピック状態を形成する高い電圧（ＶＨ）を徐々に降下させるとフォーカルコニック状態に移行する。
また、プレーナ状態とフォーカルコニック状態の中間的な状態において電圧（ＶＣ）を印加することで、プレーナ状態とフォーカルコニック状態を微細に混合させ、光学特性も両者の中間的な特性とすることができる。
従って、コレステリック液晶に平行な２つの透明電極に印加する電圧を、低電圧ＶＬと高電圧ＶＨ（ＶＬ＜ＶＣ＜ＶＨ）を切り替えて供給可能な交流矩形波信号とすれば、ホメオトロピック状態（ＶＨ）、フォーカルコニック状態（ＶＣ）、プレーナ状態（ＶＬ）を切り替えることができる。なお、コレステリック液晶の材質によって印加電圧は異なるが、高電圧ＶＨとしては、例えば、３０Ｖ〜３５Ｖ程度が好ましいが、本発明はこのような電圧範囲に限定するものではない。
なお、コレステリック液晶に印加する電圧をＶＬとＶＣ、ＶＣとＶＨ、ＶＬとＶＨという３つの組に分類することで、ホメオトロピック状態（ＶＨ）、フォーカルコニック状態（ＶＣ）、プレーナ状態（ＶＬ）を切り替えるモードを構成することができる。これにより、色再現性と明るさの重視の比率を印加電圧により細かく設定することができる。
【００２７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
＜第１実施形態＞
図６に示す上面図を参照して、本発明の第１実施形態に係るカラーホイールについて説明する。
図１３（ｂ）に示す従来のカラーホイールにあっては、カラーホイールの色領域は染料や顔料を用いているため、光学特性が固定されていた。
これに対して、図６は本発明の本実施形態に係るカラーホイール２０であり、６つのセグメント２０ｇ、２０ｙ、２０ｒ、２０ｗ、２０ｃ、２０ｒを有している。
カラーホイール２０を形成する色構成のうち、シアン色領域（Ｃ）のセグメント２０ｃと、黄色領域（Ｙ）のセグメント２０ｙをコレステリック液晶（透過率変更可能部材）に置き換えた例を示している。
シアン色領域と黄色領域のセグメントを、コレステリック液晶に置き換えることで、１つのカラーホイールの色領域に複数のバリエーションを設けることができる。
このように、回転方向に配列された複数の色領域を備え、個々の色領域に光を透過させることにより異なる色成分の光を発生させるカラーホイールであって、少なくとも１つの色領域は、複数の透光層から成り、少なくとも１つの透光層は透過率を変更可能とするコレステリック液晶であることで、１つのカラーホイールで色構成を任意に変更できるようになる。
【００２８】
＜第２実施形態＞
図７に示す上面図を参照して、本発明の第２実施形態に係るカラーホイールについて説明する。
第１実施形態では、シアン色領域（Ｃ）のセグメント２０ｃと、黄色領域（Ｙ）のセグメント２０ｙをコレステリック液晶に置き換えた構成例を例示したが、本発明は単にコレステリック液晶に限定するものではなく、例えば、コレステリック液晶がプレーナ状態にあることが可能である。
図７に示すように、第２実施形態では、カラーホイール３０は、６つのセグメント３０ｇ、３０ｙ、３０ｒ、３０ｗ、３０ｃ、３０ｒを有しており、シアン色領域のセグメント３０ｃや黄色領域のセグメント３０ｙがプレーナ状態であることを特徴点とする。
図７に示すように、コレステリック液晶を用いて形成されたシアン色領域のセグメントや黄色領域のセグメントがプレーナ状態の場合には、両領域は着色されるため、アニメーションや映画等、色再現性を重視した映像に好適となる。
【００２９】
＜第３実施形態＞
図８に示す上面図を参照して、本発明の第３実施形態に係るカラーホイールについて説明する。
第１実施形態では、シアン色領域（Ｃ）のセグメント２０ｃと、黄色領域（Ｙ）のセグメント２０ｙをコレステリック液晶に置き換えた構成例を例示したが、本発明は単にコレステリック液晶に限定するものではなく、例えば、コレステリック液晶がフォーカルコニック状態にあることが可能である。
図８に示すように、第３実施形態では、カラーホイール４０は、６つのセグメント４０ｇ、４０ｙ、４０ｒ、４０ｗ、４０ｃ、４０ｒを有しており、シアン色領域のセグメント４０ｃや黄色領域のセグメント４０ｙがフォーカルコニック状態であることを特徴点とする。
コレステリック液晶を用いて形成されたシアン色領域や黄色領域がフォーカルコニック状態の場合には、両領域は光が透過されるため、光源からの白色光の利用効率が高くなり、文書やプレゼンテーション等、明るさを重視した映像に好適となる。
【００３０】
＜第４実施形態＞
図９に示す上面図を参照して、本発明の第４実施形態に係るカラーホイールについて説明する。図９は、本発明の第２実施形態に係るカラーホイールの上面図である。
第１実施形態では、例えば、赤色領域のセグメント２０ｒにおいては均質の色特性を有する一色の領域が占めていた構成例を例示したが、本発明は単に一色の領域に限定するものではなく、例えば、ある一色領域を２又は複数のセグメントに分割し、各セグメントにプレーナ状態とフォーカルコニック状態を交互に割り振る（切り替える）ように構成することが可能である。
図９に示すように、第４実施形態では、カラーホイール５０は、１１個のセグメント５０ｇ１、５０ｇ２、５０ｙ１、５０ｙ２、５０ｒ１、５０ｒ２、５０ｗ、５０ｃ１、５０ｃ２、５０ｒ１、５０ｒ２を有しており、一色領域を２つのセグメントに分割し、各セグメントにプレーナ状態とフォーカルコニック状態を交互に割り振ることを特徴点とする。なお、セグメント５０ｗは白色領域であるため、第１実施形態において採用されたセグメント２０ｗと同様である。
【００３１】
コレステリック液晶を用いて形成された各色領域のセグメントがプレーナ状態の場合には、両領域は着色されるため、アニメーションや映画等、色再現性を重視した映像に好適となる。一方、コレステリック液晶を用いて形成された各色領域のセグメントがフォーカルコニック状態の場合には、両領域は光が透過されるため、光源からの白色光の利用効率が高くなり、文書やプレゼンテーション等、明るさを重視した映像に好適となる。
これにより、コレステリック液晶は、プレーナ状態のときに着色し、フォーカルコニック状態あるいはホメオトロピック状態のときに透明になるので、色再現性と明るさ重視という２種類の使い方ができる。
これにより、色再現性と明るさの重視の比率を印加電圧により細かく設定することができる。
【００３２】
＜他の変形例＞
第１〜第４実施形態において示した構成例とは別に、本発明のカラーホイールとして以下のような構成を採用してもよい。
（１）コレステリック液晶のＲ体とＬ体を回転軸方向に積層するように構成することにより、より高彩度に設定することができる。
（２）マゼンタ色領域のセグメントや、他の中間色領域のセグメントをカラーホイール上に加えて配置することにより、より多原色に設定することができる。
（３）パーソナルコンピュータＰＣやポータブル端末等の情報処理装置からプロジェクタに入力される映像情報に基づいて、カラーホイールの色構成を動的に変更するように構成することにより、映像情報に応じた設定とすることができる。
上述した（１）〜（３）の構成により、１つのカラーホイールでバラエティに富んだ色設計が実現可能となる。
【００３３】
＜第５実施形態＞
図１０に示す断面図を参照して、本発明の第５実施形態に係るカラーホイールについて説明する。図１０は、本発明の第５実施形態に係るカラーホイールの断面図である。
第１乃至第４実施形態では、例えば、カラーホイールの上面図を参照して各色領域のセグメントに関する構成例を例示したが、本発明は各色領域のセグメント構成に限定するものではなく、例えば、コレステリック液晶層に対して電圧を印加することで、各セグメントにプレーナ状態とフォーカルコニック状態を切り替えるように構成することが可能である。
図１０に示すように、第５実施形態では、カラーホイール６０は、ベース基板６１ａ、透明基板６１ｂ、透明電極６１ｃ、コレステリック液晶層６１ｄ、透明電極６１ｅ、透明基板６１ｆ等の複数の透光層が下層から上層に向かって積層されるように構成されていることを特徴点とする。さらに、カラーホイール６０は、カラーホイール６０の中心部には回転軸６２を有していることを特徴点とする。
カラーホイール６０の基板上に形成されたコレステリック液晶層に対して、プレーナ状態とフォーカルコニック状態を切り替えるために、コレステリック液晶層６１ｄの上層に透明電極６１ｅ、コレステリック液晶層６１ｄの下層に透明電極６１ｃを備えている。透明電極６１ｃ、６１ｅには、回転軸６２の端面に設けられた給電極６５ａ、６５ｂから夫々にエナメル線が結線されている。給電極６５ａ、６５ｂの外側表面には、ブラシ６４ａ、６４ｂが摺動自在に接しており、ブラシ６４ａ、６４ｂに電源部６３から夫々に交流矩形波を印加するように構成されている。
このように、カラーホイールは、回転方向に配列された複数の色領域を備え、個々の色領域に光を透過させることにより異なる色成分の光を発生させるカラーホイール２０、３０、４０、５０であって、少なくとも１つの色領域は、複数の透光層から成り、少なくとも１つの透光層は透過率を変更可能とするコレステリック液晶６１ｄであることを特徴とする。
これにより、１つのカラーホイールで色構成を任意に変更できるようになる。
このように、回転体の回転方向に平行な平面のうち、コレステリック液晶層を挟む２層間に電圧を印加することにより、透過率を変更することができる。
【００３４】
次に、図１１に示すブロック図を参照して、本発明の第５実施形態に係るプロジェクタ７０のブロック構成について説明する。図１１は本発明の第５実施形態に係るプロジェクタ７０のブロック図である。
図１１に示す映像メモリ７１では、フレームメモリを有しており、投影する映像のフレームデータが格納され、フレームレートで映像解析部７２に出力される。
映像解析部７２は、映像メモリ７１からフレームデータを読み込み、投影する映像がどのような輝度分布や色成分を有しているのかを解析し、その解析結果に基づいてカラーホイール６０の色構成を決定する。
映像解析部７２では、例えば、フレームデータがモノクロであればＲＧＢ等の原色は必要ないため、コレステリック液晶を全てフォーカルコニック状態（あるいはホメオトロピック状態）に切り替え、光源からの白色光の透過量を増やした明るさ重視の輝度優先モードに変更する。逆に、映像解析部７２では、フレームデータがアニメや映画のように色を多用する場合には、コレステリック液晶をプレーナ状態に切り替え、色再現性を重視させる彩度優先モードにする。
また、モード選択部７４は、プロジェクタの例えばケースに設けられた操作スイッチを有しており、例えば輝度優先モードか彩度優先モードかの選択操作をスイッチ状態として入力し、色構成調整部７３に出力する。モード選択部７４は、ユーザが必要なときに、投影映像の輝度調整を優先することを表す輝度優先モード、投影映像の彩度調整を優先することを表す彩度優先モードのうち、一方を表示モードとして選択入力する。
【００３５】
色構成調整部７３では、映像解析部７２やモード選択部７３からの指示に基づき、カラーホイール６０の各色成分は着色か透明か、あるいはその中間かを選択し、選択信号が電源部６３に出力される。
電源部６３は、色構成調整部７３から入力した選択信号に応じて、電圧が適切に調整された交流矩形波信号を生成し給電線６４ａ、６４ｂからカラーホイール６０の回転軸に設けられた給電極６５ａ、６５ｂに給電される。
なお、電源部６３では、コレステリック液晶に印加する電圧をＶＬとＶＣ、ＶＣとＶＨ、ＶＬとＶＨという３つの組に分類して生成可能であり、ホメオトロピック状態（ＶＨ）、フォーカルコニック状態（ＶＣ）、プレーナ状態（ＶＬ）を切り替えるモードに応じて電圧構成を設定することができる。これにより、色再現性と明るさの重視の比率を印加電圧により細かく設定することができる。
カラーホイール６０は、回転駆動機構（図示しない）により回転軸が回転しており、給電極５６ａ、６５ｂから給電された交流矩形波信号が透明電極６１ｃ、６１ｅに印加される。
一方、光源８１から出射された白色光８２は、高速回転するカラーホイール６０を透過することで着色される。カラーホイール６０を透過した光８４は、ＤＭＤ部８５に入射する。ここで、画素数分の微細なミラーが並んだＤＭＤ部８５は、ＯＮ／ＯＦＦ制御により反射／非反射が選択され、ＤＭＤ部８５により反射された光８６は光学系８７を経由してスクリーン（図示しない）に投影され、投影画像を形成する。
【００３６】
図１２に示すフローチャートを参照して、本発明の第５実施形態に係るプロジェクタ７０の制御動作について説明する。
まず、図１１において、光源８１から出射された白色光８２は、高速回転するカラーホイール６０を透過することで着色される。カラーホイール６０を透過した光８４は、ＤＭＤ部８５に入射する。
ここで、画素数分の微細なミラーが並んだＤＭＤ部８５は、ＯＮ／ＯＦＦ制御により反射／非反射が選択され、ＤＭＤ部８５により反射された光８６は光学系８７を経由してスクリーン（図示しない）に投影され、投影画像を形成する。このようにして、プロジェクタ７０は、画像を投影面に投影する。
ステップＳ５では、色構成調整部７３は、画像を投影面に投影中であるか否かを判断する。投影中である場合は、ステップＳ１０に進む。
【００３７】
ステップＳ１０では、画像解析を行う。すなわち、映像解析部７２は、映像メモリ７１からフレームデータを読み込み、投影する映像がどのような輝度分布や色成分を有しているのかを解析し、その解析結果としてモノクロ表示か、カラー表示かをフレーム毎に決定する。
次いで、ステップＳ２０では、画像解析がモノクロ表示か否かを判断する。画像解析がモノクロ表示である場合はステップＳ３０に進む。一方、画像解析がモノクロ表示ではない場合はステップＳ４０に進む。
【００３８】
ステップＳ３０では、モノクロ表示中であるので、色構成調整部７３は、ＲＧＢ等の原色は必要ないため、コレステリック液晶領域のセグメントを全てフォーカルコニック状態（あるいはホメオトロピック状態）に切り替え、光源８１からの白色光の透過量を増やした明るさ重視のモードに変更する。
ここで、色構成調整部７３は、表示映像の色成分が低下してモノクロ成分に近づくほどフォーカルコニック状態又はホメオトロピック状態の比率を印加電圧を上昇させて制御を行う。また、色構成調整部７３は、表示モードが輝度優先の場合にフォーカルコニック状態又はホメオトロピック状態の比率を印加電圧を上昇させて制御を行う。
すなわち、色構成調整部７３では、映像解析部７２やモード選択部７３からの指示に基づき、カラーホイール６０の各色成分は着色か透明か、あるいはその中間かを選択し、選択信号が電源部６３に出力する。電源部６３は、色構成調整部７３から入力した選択信号に応じて、電圧が適切に調整された交流矩形波信号を生成し給電線６４ａ、６４ｂからカラーホイール６０の回転軸に設けられた給電極６５ａ、６５ｂに給電される。カラーホイール６０は、回転駆動機構（図示しない）により回転軸が回転しており、給電極５６ａ、６５ｂから給電された交流矩形波信号が透明電極６１ｃ、６１ｅに印加される。
上述したように、電源部６３では、コレステリック液晶に印加する電圧をＶＬとＶＣ、ＶＣとＶＨ、ＶＬとＶＨという３つの組に分類して生成可能であり、ホメオトロピック状態（ＶＨ）、フォーカルコニック状態（ＶＣ）、プレーナ状態（ＶＬ）を切り替えるモードに応じて電圧構成を設定することができる。これにより、投影画像の色再現性と明るさの重視の比率を印加電圧により細かく設定することができる。
これにより、透明電極６１ｃ、６１ｅに挟まれたコレステリック液晶層６１ｄがフォーカルコニック状態又はホメオトロピック状態の比率を印加電圧を上昇させて制御することができる。
【００３９】
一方、ステップＳ４０では、カラー表示中であるので、色構成調整部７３は、アニメや映画のように色を多用するため、コレステリック液晶領域のセグメントを全てプレーナ状態に切り替え、色再現性を重視させるモードに変更する。
ここで、色構成調整部７３は、表示映像の色成分が上昇するほどプレーナ状態の比率を上昇させる制御を行う。また、色構成調整部７３は、表示モードが彩度優先の場合にはプレーナ状態の比率を上昇させる制御を行う。
すなわち、色構成調整部７３では、映像解析部７２やモード選択部７３からの指示に基づき、カラーホイール６０の各色成分は着色か透明か、あるいはその中間かを選択し、選択信号が電源部６３に出力する。電源部６３は、色構成調整部７３から入力した選択信号に応じて、電圧が適切に調整された交流矩形波信号を生成し給電線６４ａ、６４ｂからカラーホイール６０の回転軸に設けられた給電極６５ａ、６５ｂに給電される。カラーホイール６０は、回転駆動機構（図示しない）により回転軸が回転しており、給電極５６ａ、６５ｂから給電された交流矩形波信号が透明電極６１ｃ、６１ｅに印加される。
これにより、印加電圧を上昇させ、透明電極６１ｃ、６１ｅに挟まれたコレステリック液晶層６１ｄがプレーナ状態の比率を上昇する。
【００４０】
次いで、ステップＳ５０では画像投影を行う。色構成調整部７３は、ステップＳ５５において投影中であれば、ステップＳ５に戻り処理を継続する。一方、投影中ではない場合は処理を終了する。
このように、映像情報に基づいて、コレステリック液晶の透過率を変更させる制御を行うことで、透過率を変更することができる。
このように、表示モードが輝度優先の場合にフォーカルコニック状態又はホメオトロピック状態の比率を上昇させる制御を行い、表示モードが彩度優先の場合にはプレーナ状態の比率を上昇させる制御を行うことで、表示モードに応じて色再現性と明るさ重視という２種類の使い方ができる。
このように、表示映像の色成分が低下してモノクロ成分に近づくほどフォーカルコニック状態又はホメオトロピック状態の比率が上がるよう印加電圧を調整して制御し、表示映像の色成分が上昇するほどプレーナ状態の比率が上がるよう印加電圧を調整して制御することで、色再現性と明るさ重視という２種類の使い方ができる。
プロジェクタの内部では、周辺部品からの発熱によりカラーホイールも温度が上昇するため、コレステリック液晶には高温耐性の強い材料（例えば高分子系）を用いることが好ましい。
【００４１】
＜本発明の実施態様例と効果＞
＜第１態様＞
本態様のカラーホイールは、回転方向に配列された複数の色領域を備え、個々の色領域に光を透過させることにより異なる色成分の光を発生させるカラーホイール２０、３０、４０、５０であって、少なくとも１つの色領域は、複数の透光層から成り、少なくとも１つの透光層は透過率を変更可能とするコレステリック液晶６１ｄであることを特徴とする。
本態様によれば、カラーホイールの少なくとも１つの色領域は、複数の透光層から成り、少なくとも１つの透光層は透過率を変更可能とするコレステリック液晶であることで、１つのカラーホイールで色構成を任意に変更でき、明るさと色再現性の両立を可能とする。
この結果、より画質や小型化に有利なＤＬＰ方式のプロジェクタが実現可能となる。
＜第２態様＞
本態様のコレステリック液晶６１ｄは、コレステリック液晶を挟む２層に透明電極を備え、透明電極に電圧を印加することにより、コレステリック液晶の透過率を変更することを特徴とする。
本態様によれば、コレステリック液晶を挟む２層に透明電極に電圧を印加することで、透過率を変更することができる。
【００４２】
＜第３態様＞
本態様のコレステリック液晶６１ｄは、液晶分子の配列が螺旋構造を形成する。
本態様によれば、特定の波長帯域が選択的に反射される。
＜第４態様＞
本態様のコレステリック液晶６１ｄは、コレステリック液晶の液晶分子の配列により形成される複数の層を積層した構成を備え、各層では、反射光の波長と偏光の状態とが異なることを特徴とする。
本態様によれば、反射光の波長と偏光の状態とが異なることで、より高彩度に設定することができる。
【００４３】
＜第５態様＞
本態様のカラーホイールの色領域は、回転方向に垂直に少なくとも２以上に分割され、分割された各領域にプレーナ状態とフォーカルコニック状態を交互に割り付けることを特徴とする。
本態様によれば、分割された各領域にプレーナ状態とフォーカルコニック状態を交互に割り付けることで、色再現性と明るさ重視という２種類の使い方ができる。
＜第６態様＞
本態様のカラーホイールは、プレーナ状態又はフォーカルコニック状態は、電圧を印加しなくてもプレーナ状態又はフォーカルコニック状態を保持することを特徴とする。
本態様によれば、プレーナ状態又はフォーカルコニック状態は、電圧を印加しなくてもプレーナ状態又はフォーカルコニック状態を保持することができる。
＜第７態様＞
本態様のプロジェクタは、映像情報に基づいて、２層の透明電極に印加する電圧を制御することにより透過率を変更する色構成調整部７３を備えることを特徴とする。
本態様によれば、色再現性と明るさ重視という２種類の使い方ができる。
【００４４】
＜第８態様＞
本態様のプロジェクタは、色構成調整部７３は、映像情報の色成分が低下してモノクロ成分に近づくほどフォーカルコニック状態又はホメオトロピック状態の比率を上昇させる制御を行い、映像情報の色成分が上昇するほどプレーナ状態の比率を上昇させる制御を行うことを特徴とする。
本態様によれば、映像情報の色成分に応じて色再現性と明るさ重視という２種類の使い方ができる。
＜第９態様＞
本態様のプロジェクタは、必要なときに、投影映像の輝度調整を優先することを表す輝度優先モード、投影映像の彩度調整を優先することを表す彩度優先モードのうち、一方を表示モードとして選択入力するモード選択部７４と、表示モードに基づいて、２層の透明電極に印加する電圧を制御することにより透過率を変更する色構成調整部７３と、を備えことを特徴とする。
本態様によれば、表示モードに応じて色再現性と明るさ重視という２種類の使い方ができる。
＜第１０態様＞
本態様のプロジェクタは、色構成調整部７３は、表示モードが輝度優先の場合にフォーカルコニック状態又はホメオトロピック状態の比率を上昇させる制御を行い、表示モードが彩度優先の場合にはプレーナ状態の比率を上昇させる制御を行うことを特徴とする。
本態様によれば、表示モードに応じて色再現性と明るさ重視という２種類の使い方ができる。
【符号の説明】
【００４５】
１…上層基板、３…下層基板、５…コレステリック液晶層、７…白色光、８…光、１０…コレステリック液晶、１０ａ１…第１層、１０ａ２…第２層、２０…カラーホイール、３０…カラーホイール、４０…カラーホイール、５０…カラーホイール、５０ｇ１…セグメント、６２…回転軸、６３…電源部、７０…プロジェクタ、７１…映像メモリ、７２…映像解析部、７４…モード選択部、７３…色構成調整部、８１…光源、８５…ＤＭＤ部、８７…光学系
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４６】
【特許文献１】特開２００６−１１３２７６公報
【特許文献２】特開２００６−１６２６５８公報
【特許文献３】特開２００６−２１５４３１公報
【特許文献４】特開２００７−４７７００公報
【特許文献５】特開２００８−１８１０３２公報
【特許文献６】特開２００１−３０５６５２公報
【特許文献７】特開２０１０−１６４６４５公報
【図１】
2015172615.tif 000004
【図２】
2015172615.tif 000005
【図３】
2015172615.tif 000006
【図４】
2015172615.tif 000007
【図５】
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【図６】
2015172615.tif 000009
【図７】
2015172615.tif 000010
【図８】
2015172615.tif 000011
【図９】
2015172615.tif 000012
【図１０】
2015172615.tif 000013
【図１１】
2015172615.tif 000014
【図１２】
2015172615.tif 000015
【図１３】
2015172615.tif 000016
【図１４】
2015172615.tif 000017