(57)【要約】【課題】光利用効率の高いカラーホイールを用いた小型で高輝度のカラー表示が可能な色順次表示装置を提供する。【解決手段】カラーホイール１は、異なる色領域の光線を透過および反射するカラーフィルター２ａ、２ｂ、２ｃを光軸に対して傾斜させて円柱側面に配置して成り、光源４から入射する白色光をカラーホイール１でＲＧＢ光に色分解するとともに、カラーホイール１を回転させてＲＧＢを時分割で切り替えて、光変調素子であるＤＭＤ７に入射させて色順次表示を行う。【選択図】  図１
2004317814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の波長領域の光線を透過および反射するカラーフィルタを光軸に対して傾斜させて円柱側面上に複数配置し、隣り合うカラーフィルタで異なる波長領域の光線を透過および反射するとともに、前記カラーフィルタで反射された光線が隣り合うカラーフィルタのいずれか一方へ入射するように構成されたカラーホイール。
【請求項２】
白色光を出射する光源と、前記光源より出射する白色光線を複数の波長帯域の色光に分解して時系列で周期的に変換するカラーホイールと、画像を形成する空間光変調素子と、前記空間光変調素子の表示領域を複数の色光がそれぞれ入射する複数の照明領域に分けて照明する照明光学系と、前記空間光変調素子に形成された画像をスクリーンへ拡大投影する投写光学系とを具備した色順次表示装置であって、
前記カラーホイールは、請求項１記載のカラーホイールであり、複数の異なる光透過性の基材から成るカラーフィルタを光軸に対して傾斜させて配置することで色分解を行い、かつ回転することにより、前記照明領域の各々において各色光の相対位置を周期的に変化させるとともに、各色光に対応した前記空間光変調素子の駆動を行うことを特徴とする色順次表示装置。
【請求項３】
前記カラーホイールは前記光源側へ空気を吐出する方向に回転する請求項２記載の色順次表示装置。
【請求項４】
白色光を出射する光源と、前記光源より出射する白色光線を複数の波長帯域の色光に分解して時系列で周期的に変換する色変換装置と、画像を形成する空間光変調素子と、前記空間光変調素子の表示領域を複数の色光がそれぞれ入射する複数の照明領域に分けて照明する照明光学系と、前記空間光変調素子に形成された画像をスクリーンへ拡大投影する投写光学系とを具備した色順次表示装置であって、
前記色変換装置は、複数の異なる光透過性の基材から成るカラーフィルタを光軸に対して傾斜させてキャタピラ上に配置することで色分解を行い、かつ前記キャタピラを回転することにより、前記照明領域の各々において各色光の相対位置を周期的に変化させるとともに、各色光に対応した空間光変調素子の駆動を行うことを特徴とする色順次表示装置。
【請求項５】
前記キャタピラは、前記光源側へ空気を吐出する方向に回転する請求項４記載の色順次表示装置。
【請求項６】
白色光を出射する光源と、前記光源より出射する白色光線を複数の波長帯域の色光に分解して時系列で周期的に変換する色変換装置と、画像を形成する空間光変調素子と、前記空間光変調素子の表示領域を複数の色光がそれぞれ入射する複数の照明領域に分けて照明する照明光学系と、前記空間光変調素子に形成された画像をスクリーンへ拡大投影する投写光学系とを具備した色順次表示装置であって、
前記色変換装置は、複数の異なる光透過性のプリズムを連結して成り、前記プリズムの光軸に対し傾斜した面に特定の波長帯域の光線を透過および反射するダイクロイックミラーが形成され、前記色変換装置を回転することにより、前記照明領域の各々において各色光の相対位置を周期的に変化させるとともに、各色光に対応した前記空間光変調素子の駆動を行うことを特徴とする色順次表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間光変調（ＳＬＭ：Ｓｐａｔｉａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）素子を用いた表示装置に関し、特に時分割かつ色順次でカラー表示を行うためのカラーホイールおよびかかるカラーホイールを用いた色順次表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホームシアター、プレゼンテーションにおける大画面表示が最近注目を集めており、小型の液晶パネルやＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）などのＳＬＭ素子の表示画像を投写レンズなどにより拡大投影し、大画面の表示画像を得るプロジェクタが商品化されている。
【０００３】
ＤＭＤはＳＬＭ素子の一種であり、主に投写型ディスプレイとして用いられる。ＤＭＤは１画素に相当する極めて微小なミラーを、１個のチップに数十万または百万個以上配置して構成される。このミラーを傾斜させて、ミラーへ入射する光線の出射角度を変えることで、オン／オフを制御する。
【０００４】
プロジェクタの方式として、主にＳＬＭ素子を３枚用いる３板式と１枚用いる単板式とがある。特に単板式プロジェクタの例としては、時分割で周期的に色の切り換えを行い、この切り換えを目で判別できないスピードで行うことにより、それぞれの色が加法混色されて見える現象を利用した色順次方式が挙げられる。ＳＬＭのそれぞれの画素は赤、緑、および青の値を有し、それぞれのフレーム期間中において、そのフレームの諸画素は、該諸画素の赤、青、次に緑のデータにより、順次アドレス指定される。一方でこれらと同じ色のフィルタが円盤状に構成され、少なくとも３つの異なる色領域を有するカラーホイールが、このデータに同期され、それによって、それぞれの色に対するデータがＳＬＭ素子により表示される時、ＳＬＭ素子に入射する光はカラーホイールにより帯域制御される。以上のように、時分割でカラー表示が可能となり、６０画像毎秒の標準ディスプレイ速度以上に時分割レートが速くなれば、目は画像を本来の色を有するものとして知覚する。
【０００５】
以下に、従来の色順次表示装置について一例を挙げて説明する。
【０００６】
図１０は、従来の色順次表示装置の一例を示す概略構成図である（例えば、特許文献１参照）。図１０において、１０１はカラーホイール、１０２はＤＭＤ、１０３はランプ、１０４は投写レンズ、１０５はスクリーン、１０６はフィールドレンズ、１０７は凹面鏡である。ＤＭＤ１０２はＳＬＭ素子の１つであり、マトリクス状の微小ミラーを有し、映像信号によって高速で表示の切り替えが可能である。
【０００７】
次に、このように構成された従来の色順次表示装置の動作について説明する。
【０００８】
ランプ１０３はキセノン、メタルハライドランプ、超高圧水銀灯などの放電タイプの高出力ランプであり、凹面鏡１０７のほぼ焦点位置に配置され、ランプ１０３より出射する白色光が楕円形状の凹面鏡１０７によりカラーホイール１０１のカラーフィルタ上に集光するように配置される。カラーホイール１０１は、赤、青、緑の各色の色フィルタが円盤状に配置されるように構成され、それぞれの色フィルタがランプ１０３より出射する白色光線を遮るのに同期して、ＤＭＤ１０２は光線の色に対応する画像フレームを表示する。単一画像フレーム、通常は１／６０秒に対してカラーホイール１０１を画像フレーム毎に１回転、または毎分３６００回転（ｒ．ｐ．ｍ）で回転している。この様なシステムでは、１フレーム周波数間に６つのカラーサブフレームが存在し、その各々は赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）であって、このように色分離された光線がフィールドレンズ１０６により平行光となってＤＭＤ１０２に照射される。それぞれの色に対してＤＭＤ１０２は非常に高速に表示画像を切り替え、変調された各色光線は投写レンズ１０４を介してスクリーン１０５に拡大投影される。スクリーン１０５上には、１／６０秒の間にＲ、Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の映像が順次表示されるため、目では残像として見え、フルカラーの映像が認識される。
【０００９】
【特許文献１】
特開平８−２１９７７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のカラーホイールを用いた色順次表示装置では、カラーホイールのフィルタで透過しない帯域の光線は損失となる。例えば、光源から出射された白色光線が、カラーホイールの赤色（Ｒ）透過フィルタを透過する際、Ｒ光以外は反射して光源側に戻り、吸収されて熱に変わる。同様に、緑色（Ｇ）透過フィルタを透過する際、Ｇ光以外は反射して光源側に戻り、青色（Ｂ）透過フィルタを透過する際、Ｂ光以外は反射して光源側に戻り、全体で１／３の光利用効率しか得られない。
【００１１】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来損失となっていたカラーフィルタでの反射光を有効利用することにより、光利用効率の高いカラーホイール、およびかかるカラーホイールを用いた小型で高輝度のカラー表示が可能な色順次表示装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係るカラーホイールは、特定の波長領域の光線を透過および反射するカラーフィルタを光軸に対して傾斜させて円柱側面上に複数配置し、隣り合うカラーフィルタで異なる波長領域の光線を透過および反射するとともに、前記カラーフィルタで反射された光線が隣り合うカラーフィルタのいずれか一方へ入射するように構成される。
【００１３】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第１の色順次表示装置は、白色光を出射する光源と、光源より出射する白色光線を複数の波長帯域の色光に分解して時系列で周期的に変換するカラーホイールと、画像を形成する空間光変調素子（ＤＭＤ）と、空間光変調素子の表示領域を複数の色光がそれぞれ入射する複数の照明領域に分けて照明する照明光学系と、空間光変調素子に形成された画像をスクリーンへ拡大投影する投写光学系とを具備した色順次表示装置であって、カラーホイールは、請求項１記載のカラーホイールであり、複数の異なる光透過性の基材から成るカラーフィルタを光軸に対して傾斜させて配置することで色分解を行い、かつ回転することにより、照明領域の各々において各色光の相対位置を周期的に変化させるとともに、各色光に対応した空間光変調素子の駆動を行うものである。
【００１４】
また、前記の目的を達成するため、本発明に係る第２の色順次表示装置は、白色光を出射する光源と、光源より出射する白色光線を複数の波長帯域の色光に分解して時系列で周期的に変換する色変換装置と、画像を形成する空間光変調素子と、空間光変調素子の表示領域を複数の色光がそれぞれ入射する複数の照明領域に分けて照明する照明光学系と、空間光変調素子に形成された画像をスクリーンへ拡大投影する投写光学系とを具備した色順次表示装置であって、色変換装置は、複数の異なる光透過性の基材から成るカラーフィルタを光軸に対して傾斜させてキャタピラ上に配置することで色分解を行い、かつキャタピラを回転することにより、照明領域の各々において各色光の相対位置を周期的に変化させるとともに、各色光に対応した空間光変調素子の駆動を行うものである。
【００１５】
さらに、前記の目的を達成するため、本発明に係る第３の色順次表示装置は、白色光を出射する光源と、光源より出射する白色光線を複数の波長帯域の色光に分解して時系列で周期的に変換する色変換装置と、画像を形成する空間光変調素子と、空間光変調素子の表示領域を複数の色光がそれぞれ入射する複数の照明領域に分けて照明する照明光学系と、空間光変調素子に形成された画像をスクリーンへ拡大投影する投写光学系とを具備した色順次表示装置であって、色変換装置は、複数の異なる光透過性のプリズムを連結して成り、プリズムの光軸に対し傾斜した面に特定の波長帯域の光線を透過および反射するダイクロイックミラーが形成され、色変換装置を回転することにより、照明領域の各々において各色光の相対位置を周期的に変化させるとともに、各色光に対応した空間光変調素子の駆動を行うものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。但し、本発明は、以下で説明および例示する各実施の形態によって限定を受けるものではない。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る色順次表示装置の概略構成図である。図１において、１はカラーホイール、２ａ、２ｂ、２ｃはカラーフィルタ、３はモータ、４は凹面鏡を含むランプ、５はリレーレンズ系、６は反射鏡、７はＤＭＤ、８は投写レンズ、９はスクリーンである。
【００１８】
ＤＭＤ７はＳＬＭ素子の１つであり、１つの微小ミラーが１画素に対応し、これがマトリクス状に配列された構成で、映像信号によって高速でミラーの傾きが変化して表示の切り替えが可能である。ビデオレートの動画を表示するためには、１フィールド内に６０フレームの映像を表示できることが必要であり、例えばＤＭＤは高速応答可能な液晶パネルであっても構わない。そのためには液晶の応答速度としては、少なくとも１／６０＝１６．７ｍ秒以下が要求される。好ましくはさらにこの間にＲＧＢ３色の表示を可能にするために、応答速度として５．６ｍ秒が要求される。このような高速応答の液晶は、例えば強誘電液晶、反強誘電液晶、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｂｅｎｄ）液晶などが挙げられる。前記において、ＯＣＢ液晶とは、ベンド配向セルを用い、液晶の複屈折により視野角方向の変化を自己補償する方式であり、負の光学補償フィルムと組み合わせることで、広視野角にできることに加え、高速応答が可能となる液晶である。
【００１９】
次に、本実施の形態による色順次表示装置の動作について説明する。ランプ４は、キセノン、メタルハライドランプ、超高圧水銀灯などの放電タイプの高出力ランプであり、凹面鏡のほぼ焦点位置に配置され、またランプ４より出射する白色光が楕円形状の凹面鏡によりカラーホイール１のカラーフィルタ２ａ上に集光するように配置される。
【００２０】
図２は、本実施の形態によるカラーホイール１により光線が色分離される状態を説明するための模式図である。図２では、光束を中心光線にて代表して表示している。カラーフィルタ２ａ、２ｂ、２ｃは、ガラスなどの透明基材の表面に誘電体の薄膜が積層された構成であり、略４５°の方向から入射する光線のうち、特定の波長帯域の光線のみを透過させ、他の帯域の光線は反射させる。カラーフィルタ２ａはＲ光を、カラーフィルタ２ｂはＢ光を、カラーフィルタ２ｃはＧ光をそれぞれ透過させ、他の光線は反射させる。
【００２１】
ランプ４より出射した白色光線Ｗがカラーフィルタ２ａを透過する際に、赤色光Ｒはそのまま透過してＤＭＤ７へと照射されるが、他の波長帯域の光線はカラーフィルタ２ａで反射されて、カラーフィルタ２ｂへと入射する。カラーフィルタ２ｂは青色光を透過させるので、緑色光Ｇは反射されてＤＭＤ７へと照射される。カラーフィルタ２ｂを透過した青色光Ｂは、カラーフィルタ２ｃで反射されてＤＭＤ７へと照射される。
【００２２】
図３Ａ、図３Ｂおよび図３Ｃは、ＤＭＤ７の表示領域を示す模式図である。ＤＭＤ７の表示領域は、図３Ａ〜図３Ｃに示すように、上側、中央、下側の３つのカラーバンドに区分されて照明され、図２を参照して説明したカラーホイール１の状態では、図３Ａに示すように、上からＢ、Ｇ、Ｒのカラーバンドが形成される。
【００２３】
次に、カラーホイール１が回転して、ランプ４より出射する白色光がカラーホイール１のカラーフィルタ２ａ上からカラーフィルタ２ｂ上に集光するように、カラーフィルタ１枚分だけ下側に移動した場合を考える。図２において、カラーフィルタが１枚ずつ順次下方に移動し、巡回してさらに一番上方にカラーフィルタ２ａがくると想定する。あるいは、一番上方にカラーフィルタ２ａと同等の特性を有するカラーフィルタがくるように、カラーホイール１のカラーフィルタを配置してもよい。
【００２４】
この時、ランプ４より出射した白色光線Ｗがカラーフィルタ２ｂを透過する際に、Ｂ光はそのまま透過してＤＭＤ７へ照射されるが、他の波長帯域の光線はカラーフィルタ２ｂで反射されて、カラーフィルタ２ｃへと入射する。カラーフィルタ２ｃはＧ光を透過させるので、Ｒ光は反射されてＤＭＤ７へと照射される。カラーフィルタ２ｃを透過したＧ光は、次のカラーフィルタ２ａ、あるいはこれと同等の特性を有するカラーフィルタで反射されてＤＭＤ７へ照射される。この状態におけるＤＭＤ７の表示領域は、図３Ｂに示す通りであり、３つのカラーバンドに区分されて照明される点は図３Ａと同じであるが、上からＧ、Ｒ、Ｂのカラーバンドが形成される。
【００２５】
さらにカラーホイール１が回転して、ランプ４より出射する白色光がカラーホイール１のカラーフィルタ２ｂ上からカラーホイール２ｃ上に集光するように、カラーフィルタ１枚分だけさらに移動した場合を考える。図２において、先に説明した状態からさらにカラーフィルタが１枚ずつ順次下方に移動し、巡回して新たに一番上方にカラーフィルタ２ｂがくると想定する。あるいは、一番上方にカラーフィルタ２ｂと同等の特性を有するカラーフィルタがくるようにカラーホイール１のカラーフィルタを配置してもよい。
【００２６】
この時、ランプ４より出射した白色光線Ｗがカラーフィルタ２ｃを透過する際に、緑色光Ｇはそのまま透過してＤＭＤ７へと照射されるが、他の波長帯域の光線はカラーフィルタ２ｃで反射されて、カラーフィルタ２ａへと入射する。カラーフィルタ２ａはＲ光を透過させるので、Ｂ光は反射されてＤＭＤ７へと照射される。カラーフィルタ２ａを透過したＲ光は、次にくるカラーフィルタ２ｂ、あるいはこれと同等の特性を有するカラーフィルタで反射されてＤＭＤ７へと照射される。この状態におけるＤＭＤ７の表示領域は、図３Ｃに示す通りであり、３つのカラーバンドに区分されて照明される点は図３Ａおよび図３Ｂと同じであるが、この場合は上からＲ、Ｂ、Ｇのカラーバンドが形成される。
【００２７】
このようにカラーホイール１が回転して、カラーフィルタ２ａ、２ｂ、２ｃが時系列で周期的に移動することにより、ＤＭＤ７の表示領域に照射される照明光が、図３Ａ〜図３Ｃに示すように、上下に３分割されたカラーバンド内でＲ、Ｇ、Ｂが周期的に切り換わる。この照明光をリレーレンズ系５で転写させて、反射鏡６で光路を折り曲げて、ＤＭＤ７へ照射する。カラーバンド各領域の各色に対してＤＭＤ７は非常に高速に表示画像を切り替え、変調された各色光線は投写レンズ８を介してスクリーン９に拡大投影される。スクリーン９上には、１／６０秒の間にＲ、Ｇ、Ｂの各色の映像が順次表示されるため、目にはこれらが残像として見え、フルカラーの映像として認識される。このようにカラーホイール１で白色光をＲ、Ｇ、Ｂ光に色分離し、それぞれの色光のカラーバンドとして照明することで、光の利用効率を上げることが可能になる。
【００２８】
このときカラーホイール１で形成されるカラーバンドの色と、ＤＭＤ７の表示する映像とが同調しなければならない。信号インターフェース（不図示）は、様々な種類の入力信号を受けることができ、例えばここでは、水平および垂直同期成分を有する標準ビデオ信号であるものと仮定する。以下に説明するように、垂直同期信号は、カラーホイール１の速度を調節するための基準信号として用いられる。入力信号はＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）などのグラフィックスデータでもよく、基準信号は他の信号源から来るものでもかまわない。
【００２９】
ＤＭＤ７上に入射する光は、回転するカラーホイール１を通して送られる。それぞれの色に対するデータはシーケンス化され、前記データの表示は、ＤＭＤ７へ送られつつある光を通過させているカラーホイール１の部分が、表示されている前記データに対応するように、同期せしめられる。本説明の例においては、それぞれの画素はＲＧＢデータ値によって表され、これは、それぞれの画素が赤値、緑値、および青値を有することを意味する。フレーム内の全画素の、それぞれの色に対する値が表示されつつある時、カラーホイール１は、光が対応する赤、青、または緑のフィルタを通過するように回転する。これら３つの値の組合せが、それぞれの画素に対する所望の色を生じる。
【００３０】
また、カラーホイール１はモータ３で回転駆動され、このモータ３はモータコントローラ（不図示）によって位相と回転数が制御されている。一方、画像を表示するＤＭＤ７は信号インターフェースで入力信号を受け、画像データプロセッサでＤＭＤ７の時分割駆動に応じた信号形式に変換する。さらに、このデータをディスプレイメモリに蓄えて、所定のタイミングでＤＭＤ７へデータを出力する。
【００３１】
図４は、図１に示す色順次表示装置に用いるカラーホイール１の構成を示す概略斜視図である。図４において、カラーホイール１は、ローター４１と、カラーフィルタ４２とから構成される。本実施の形態によるカラーホイール１は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色のカラーフィルタ４２がローター４１の円柱側面に放射状に配置され、カラーフィルタ４２の光入射面が入射光軸に対して傾斜するように構成されている。カラーフィルタ４２は回転方向に対してＲ、Ｇ、Ｂが周期的に並んでいる。カラーフィルタ４２が光線を遮る際に発生する３つのカラーバンドを有する照明光に同期して、ＤＭＤ７は各表示領域における光線の色の画像フレームを表示する。
【００３２】
図４に示すように、カラーホイール１がＲＧＢを１組として、５組１５枚のカラーフィルタ４２を有する場合は、通常は１／６０秒に対してカラーホイール１を画像フレーム毎に１回転、すなわち毎分３６００回転（ｒ．ｐ．ｍ）でモータ３により回転させている。この様なシステムでは、３つのカラーバンドのそれぞれにおいて、１フレーム周波数間に５つのカラーサブフレームが存在し、その各々はＲ、Ｇ、Ｂが５回繰り返し出現する。但し、本発明は、１フレーム間における色切り換えの回数、あるいは色出現の順序に関して、特に限定するものではないし、以下の実施の形態においても同様である。
【００３３】
また、本実施の形態では、図４に示すカラーホイール１を回転させることで、冷却ファンとしての効果が得られる。カラーフィルタ４２がプロペラ羽根の働きをするため、空気の流れを生じ、風を吐出する。ローター４１の回転方向は重要で、図中の矢印の方向へ回転させることで、光線入射方向へ風を吐出し、光源を冷却する。これは、カラーホイール１があたかもファンと同じ作用を起こし、光源を冷却することになる。光源となるランプ４は発光すると同時に、かなり発熱するため、従来は専用の冷却ファンが必要であった。しかし、本実施の形態によれば、カラーホイール１でランプ４を冷却可能であるので、専用の冷却ファンは不要になる。なお、より冷却効果を高めるために、カラーホイール１の外周を覆うケースを追加してもよい。
【００３４】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係る色順次表示装置の概略構成図である。なお、図５において、実施の形態１の説明で参照した図１と同じ構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３５】
本実施の形態が実施の形態１と異なるのは、カラーホイール１に代えて、カラーフィルタ５２ａ、５２ｂ、５２ｃを有する色変換装置５１を設けた点にある。その他の構成および動作については、実施の形態１と基本的に同じであるので、以下では、異なる部分である色変換装置５１についてのみ説明する。
【００３６】
色変換装置５１は、モータ３とこれに連結した歯車（不図示）によって、一定速度で回転する。
【００３７】
図６は、図５の色変換装置５１の構成を示す概略斜視図である。図６において、色変換装置５１は、弾性体からなるキャタピラ６１と、カラーフィルタ６２とから構成される。本実施の形態による色変換装置５１は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色のカラーフィルタ６２がキャタピラ６１のベルト表面に垂直に配置され、カラーフィルタ６２の光入射面が入射光軸に対して傾斜するように構成されている。カラーフィルタ６２は回転方向に対してＲ、Ｇ、Ｂが周期的に並んでいる。このカラーフィルタ６２が光線を遮る際に発生する３つのカラーバンドを有する照明光に同期して、ＤＭＤ７は各表示領域における光線の色の画像フレームを表示する。
【００３８】
図６に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂを１組として、４組１２枚のカラーフィルタ６２を有する場合は、通常は１／６０秒に対してキャタピラ６１を画像フレーム毎に１回転、すなわち毎分３６００回転（ｒ．ｐ．ｍ）でモータ３により回転させている。この様なシステムでは、３つのカラーバンドのそれぞれにおいて、１フレーム周波数間に４つのカラーサブフレームが存在し、その各々はＲ、Ｇ、Ｂが４回繰り返し出現する。
【００３９】
このように色変換装置５１が回転して、カラーフィルタ５２ａ、５２ｂ、５２ｃが時系列で周期的に移動することにより、ランプ４から出射する白色光線が、カラーフィルタ５２ａ、５２ｂ、５２ｃで色分解されると同時に、色切り換えもされ、ＤＭＤ７の表示領域に照射される照明光が、上下に３分割されたカラーバンド内でＲ、Ｇ、Ｂが周期的に切り換わる。この照明光をリレーレンズ系５で転写させて、反射鏡６で光路を折り曲げて、ＤＭＤ７へと照射する。カラーバンド各領域の各色に対して、ＤＭＤ７は非常に高速に表示画像を切り替え、変調された各色光線は投写レンズ８を介してスクリーン９に拡大投影される。スクリーン９上には、１／６０秒の間にＲ、Ｇ、Ｂの各色の映像が順次表示されるため、目にはこれらが残像として見え、フルカラーの映像として認識される。このように、色変換装置５１で白色光をＲ、Ｇ、Ｂ光に色分離し、それぞれの色光のカラーバンドとして照明することで、光の利用効率を上げることが可能になる。
【００４０】
また、本実施の形態では、図６に示す色変換装置５１のキャタピラ６１をモータおよび歯車で回転させることで、冷却ファンとしての効果が得られる。カラーフィルタ６２がプロペラ羽根の働きをするため、空気の流れを生じ、風を吐出する。キャタピラ６１の回転方向は重要で、図中の矢印の方向へ回転させることで、光線入射方向へ風を吐出し、光源を冷却する。これは、色変換装置５１があたかもファンと同じ作用を起こし、光源を冷却することになる。光源となるランプ４は発光すると同時に、かなり発熱するため、従来は専用の冷却ファンが必要であった。しかし、本実施の形態によれば、色変換装置５１でランプ４を冷却可能であるので、専用の冷却ファンは不要になる。なお、より冷却効果を高めるために、色変換装置５１の外周を覆うケースを追加してもよい。
【００４１】
（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３に係る色順次表示装置の概略構成図である。なお、図７において、実施の形態１および２の説明で参照した図１および図５と同じ構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４２】
本実施の形態が実施の形態２と異なるのは、色変換装置７１がプリズム７２ａ、７２ｂ、７２ｃを有する点にある。その他の構成および動作については、実施の形態１と基本的に同じであるので、以下では、異なる部分である色変換装置７１についてのみ説明する。
【００４３】
色変換装置７１は、プリズム７２ａ、７２ｂ、７２ｃが互いに接続され、キャタピラのように連結されたプリズムアレイで構成される。プリズム７２ａ、７２ｂ、７２ｃ（以下、まとめて７２と称する）は、光が透過する表面の１つに赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色のみ透過させるダイクロイックミラーが形成され、このダイクロイックミラーの光入射面が入射光軸に対して傾斜するように構成されている。プリズム７２は回転方向に対してＲ、Ｇ、Ｂが周期的に並んで連結している。このプリズム７２が光線を遮る際に発生する３つのカラーバンドを有する照明光に同期して、ＤＭＤ７は各表示領域における光線の色の画像フレームを表示する。図７に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂを１組として、４組１２個のプリズム７２を有する場合、通常は１／６０秒に対して色変換装置７１を画像フレーム毎に１回転、すなわち毎分３６００回転（ｒ．ｐ．ｍ）でモータ３により回転させている。この様なシステムでは、３つのカラーバンドのそれぞれにおいて、１フレーム周波数間に４つのカラーサブフレームが存在し、その各々はＲ、Ｇ、Ｂが４回繰り返し出現する。
【００４４】
このように色変換装置７１が回転して、プリズム７２ａ、７２ｂ、７２ｃが時系列で周期的に移動することにより、ランプ４から出射する白色光線が、プリズム７２ａ、７２ｂ、７２ｃで色分解されると同時に、色切り換えもされ、ＤＭＤ７の表示領域に照射される照明光が、上下に３分割されたカラーバンド内でＲ、Ｇ、Ｂが周期的に切り換わる。この照明光をいったん反射鏡６で光路を折り曲げて、リレーレンズ系５で転写させて、ＤＭＤ７へ照射する。カラーバンド各領域の各色に対して、ＤＭＤ７は非常に高速に表示画像を切り替え、変調された各色光線は投写レンズ８を用いてスクリーン９に拡大投影される。スクリーン９上には、１／６０秒の間にＲ、Ｇ、Ｂの各色の映像が順次表示されるため、目にはこれらが残像として見え、フルカラーの映像として認識される。このように色変換装置７１で白色光をＲ、Ｇ、Ｂ光に色分離し、それぞれの色光のカラーバンドとして照明することで、光の利用効率を上げることが可能になる。
【００４５】
（実施の形態４）
図８は、本発明の実施の形態４に係る色順次表示装置の概略構成図である。なお、図８において、実施の形態１の説明で参照した図１と同じ構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４６】
本実施の形態が実施の形態１と異なるのは、リレーレンズ系５に代えて、ガラスロッド８５ａ、８５ｂ、８５ｃと集光レンズ８９を設けた点にある。その他の構成および動作については、実施の形態１と基本的に同じであるので、以下では、主にガラスロッド８５と集光レンズ８９の役割について説明する。
【００４７】
カラーフィルタ２ａはＲ光を、カラーフィルタ２ｂはＢ光を、カラーフィルタ２ｃはＧ光をそれぞれ透過させ、他の光線は反射させる。ランプ４より出射した白色光線Ｗがカラーフィルタ２ａを透過する際に、赤色光Ｒはそのまま透過してガラスロッド８５ａへ入射するが、他の波長帯域の光線はカラーフィルタ２ａで反射されて、カラーフィルタ２ｂへ入射する。カラーフィルタ２ｂは青色光Ｂを透過させるので、緑色光Ｇは反射してガラスロッド８５ｂへ入射する。カラーフィルタ２ｂを透過した青色光Ｂは、カラーフィルタ２ｃで反射されてガラスロッド８５ｃへ入射する。色分離された後に、ガラスロッド８５ａ、８５ｂ、８５ｃを通過したＲ光、Ｇ光、Ｂ光は集光レンズ８９で集光される。以降の動作は実施の形態１と同じであるので説明を省略する。
【００４８】
以上のように、本実施の形態によれば、ガラスロッド８５ａ、８５ｂ、８５ｃおよび集光レンズ８９をカラーホイール１の光出射側に配置することで、集光率を高めるとともに、３つのカラーバンドの照明領域において、均一な照明が実現可能となる。なお、カラーホイール１に代えて、実施の形態２および３における色変換装置５１および７１設けてもよいことは言うまでもない。
【００４９】
（実施の形態５）
図９は、本発明の実施の形態５に係る色順次表示装置の概略構成図である。なお、図９において、実施の形態１の説明で参照した図１と同じ構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５０】
本実施の形態が実施の形態１と異なるのは、リレーレンズ系５に代えて、第１レンズアレイ９５と第２レンズアレイ９９を設けた点にある。その他の構成および動作については、実施の形態１と基本的に同じであるので、以下では、主に第１レンズアレイ９５と第２レンズアレイ９９の役割について説明する。
【００５１】
カラーフィルタ２ａはＲ光を、カラーフィルタ２ｂはＢ光を、カラーフィルタ２ｃはＧ光をそれぞれ透過させ、他の光線は反射させる。ランプ４より出射した白色光線Ｗがカラーフィルタ２ａを透過する際に、赤色光Ｒはそのまま透過して第１のレンズアレイ９５へ入射するが、他の波長帯域の光線はカラーフィルタ２ａで反射されて、カラーフィルタ２ｂへ入射する。カラーフィルタ２ｂは青色光Ｂを透過させるので、緑色光Ｇは反射されて第１のレンズアレイ９５へ入射する。カラーフィルタ２ｂを透過した青色光Ｂは、カラーフィルタ２ｃで反射されて第１のレンズアレイ９５へ入射する。色分離された後に、第１のレンズアレイ９５を通過したＲ光、Ｇ光、Ｂ光は第２のレンズアレイ９９で集光されて、反射鏡６で光路を折り曲げられて、ＤＭＤ７に照射される。ＤＭＤ７の表示領域は上側、中央、下側の３つのカラーバンドに区分されて照明される。ここで、第１のレンズアレイ９５および第２のレンズアレイ９９は、図９に示す３分割よりも細かく分割されていてもよい。以降の動作は実施の形態１と同じであるので説明を省略する。
【００５２】
以上のように、本実施の形態によれば、第１レンズアレイ９５および第２レンズアレイ９９をカラーホイール１の光出射側に配置することで、集光率を高めるとともに、３つのカラーバンドの照明領域において、均一な照明が実現可能となる。なお、カラーホイール１に代えて、実施の形態２および３における色変換装置５１および７１設けてもよいことは言うまでもない。
【００５３】
なお、上記の各実施の形態では、投写レンズを用いた投写型ディスプレイを色順次表示装置の例に挙げて説明したが、投写レンズの代わりに接眼レンズを用いた直視型の色順次表示装置であっても構わない。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、白色光をＲ、Ｇ、Ｂ光に色分離し、それぞれの色光のカラーバンドとして照明することで、従来損失となっていたフィルタでの反射光を有効利用することができ、光利用効率の高いカラーホイール、およびかかるカラーホイールを用いた小型で高輝度のカラー表示が可能な色順次表示装置を提供することが可能となる。
【００５５】
また、本発明のカラーホイールを用いれば、色順次表示装置に用いる光源の冷却も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る色順次表示装置の概略構成図
【図２】図１のカラーホイール１における色分離作用を説明するための模式図
【図３Ａ】本発明の各実施の形態に係る色順次表示装置におけるＤＭＤ表示領域の模式図
【図３Ｂ】本発明の各実施の形態に係る色順次表示装置におけるＤＭＤ表示領域の模式図
【図３Ｃ】本発明の各実施の形態に係る色順次表示装置におけるＤＭＤ表示領域の模式図
【図４】図１のカラーホイール１の構成を示す概略斜視図
【図５】本発明の実施の形態２に係る色順次表示装置の概略構成図
【図６】図５の色変換装置５１の構成を示す概略斜視図
【図７】本発明の実施の形態３に係る色順次表示装置の概略構成図
【図８】本発明の実施の形態４に係る色順次表示装置の概略構成図
【図９】本発明の実施の形態５に係る色順次表示装置の概略構成図
【図１０】従来の色順次表示装置の概略構成図
【符号の説明】
１  カラーホイール
２ａ、２ｂ、２ｃ  カラーフィルタ
３  モータ
４  ランプ
５  リレーレンズ系
６  反射鏡
７  ＤＭＤ
８  投写レンズ
９  スクリーン
４１  ローター
４２  カラーフィルタ
５１、７１  色変換装置
６１  キャタピラ
６２  カラーフィルタ
７２ａ、７２ｂ、７２ｃ  プリズム
８５ａ、８５ｂ、８５ｃ  ガラスロッド
８９  集光レンズ
９５  第１レンズアレイ
９９  第２レンズアレイ
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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