(57)【要約】【課題】  カラーフィルターの色比率が異なる低コスト、小型化が可能なカラーフィルターを提供することを目的とする。【解決手段】  カラーホイール１７０は、その周方向にＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗのカラーフィルター２００、２１０、２２０、２３０を配列している。ＲフィルターとＷフィルターの境界２８０は、カラーホイールの中心Ｏからオフセットした位置Ｐ１から外周に向かう直線によって規定され、他のカラーフィルターの境界２５０、２６０、２７０は、カラーホイールの中心Ｏから外周へ向かう半径方向の直線によって規定される。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間変調素子を利用した画像表示装置に用いられるカラーホイールであって、
前記カラーホイールは、回転可能な円盤状であり、その周方向に複数のカラーフィルターを配列し、
複数のカラーフィルターのうち少なくとも選択された２種のカラーフィルターの境界は、カラーホイールの中心からオフセットした位置から外周に向かうオフセットラインによって規定され、
複数のカラーフィルターのうち少なくとも選択された２種のカラーフィルターの境界は、カラーホイールの中心から外周へ向かう半径方向の直線によって規定される、カラーホイール。
【請求項２】
複数のカラーフィルターは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の成分を透過するフィルターを含み、Ｒのカラーフィルターの少なくとも一方の境界が前記オフセットラインによって規定される、請求項１に記載のカラーホイール。
【請求項３】
複数のカラーフィルターは、さらに白色成分の光を透過するフィルターを含み、Ｗのカラーフィルターの少なくとも一方の境界が前記オフセットラインによって規定される、請求項１に記載のカラーホイール。
【請求項４】
前記オフセットラインは、半径方向の直線と一定の角度をもって傾斜する直線である、請求項１ないし３いずれか１つに記載のカラーホイール。
【請求項５】
前記オフセットラインは、曲線を含む、請求項１ないし３いずれか１つに記載のカラーホイール。
【請求項６】
前記カラーホイールの色比率は、中心から外周へ向けて変化する、請求項１ないし５いずれか１つに記載のカラーホイール。
【請求項７】
請求項１ないし６いずれか１つに記載のカラーホイールと、
光源と、
カラーホイールを回転させる回転手段と、
カラーホイールを回転軸と直交する方向に移動させ、光源からの光路上にカラーホイールを位置させる移動手段とを有する、照明光学装置。
【請求項８】
光源とカラーホイールとの間にライトトンネルまたは光インテグレータが配される、請求項７に記載の照明光学装置。
【請求項９】
カラーホイールの出射側にライトトンネルまたは光インテグレータが配される、請求項７に記載の照明光学装置。
【請求項１０】
請求項７ないし９いずれか１つに記載の照明光学装置と、
照明光学系からの光を変調する変調手段と、
変調された光を投射する投射手段と、
を有する画像表示装置。
【請求項１１】
画像表示装置はさらに入力手段を有し、入力手段の入力に応答して移動手段がカラーホイールを移動させる、請求項１０に記載の画像表示装置。
【請求項１２】
前記入力手段は、表示画像の表示モードの指示をを含む、請求項１１に記載の画像表示装置。
【請求項１３】
前記変調手段は、ＤＭＤを含む、請求項１０ないし１２いずれか１つに記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間変調デバイスを用いたプロジェクタに関し、特にＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）を用いたプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
空間変調デバイスとして、ＤＭＤや液晶デバイスを利用し、カラー画像を表示するプロジェクタが実用化されている。ＤＭＤを利用したＤＬＰ（Digital Light Processing）方式のプロジェクタは、半導体素子からなるＤＭＤに光を照射し、その反射光をレンズ等で拡大投影してカラー画像の表示を行うものである。
【０００３】
ＤＬＰ方式のプロジェクタは、本出願人により例えば特許文献１に開示されている。図８に示すように、白色光源５１からの光は楕円ミラー５２によって反射され、その反射光が回転自在なカラーホイール５３に入射される。カラーホイール５３は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルターが周方向に配置した透過型フィルターである。カラーホイールを透過した光は、コンデンサレンズ１と、折り返しミラーとしての球面ミラー２によって反射され、ＤＭＤ５６に高角度で入射される。ＤＭＤに入射された光のうち、オン状態のピクセルで反射された光が投影レンズ５７を介してスクリーン５８上に表示される。カラーホイール５３からはＲ、Ｇ、Ｂの光が順次透過され、これと同期するタイミングでＤＭＤのピクセルが駆動され、時分割的なカラー画像の表示が行われる。
【０００４】
また、特許文献２は、このようなシーケンシャルカラーフィルターを配列したカラーホイールを移動することで、表示画像の輝度を改善するプロジェクタを開示している。カラーホイールの移動により、照明光源からのビームのすべてをカラーホイールに透過させたり、その一部を透過させたりしている。図９（ａ）に示すように、カラーホイールには、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフィルターが配列され、カラーホールは回転軸と直交する方向に移動する。これにより、カラーホイールへの入射ビーム位置がＡ、Ｂ、Ｃと可変され、カラーモードまたは白黒モード（あるいはグレイスケール）の投射画像の表示を可能としている。特に、輝度を優先するような場合には、白黒モードでの表示を実現している。また、図９（ｂ）に示すように、カラーホイールの最外周に、Ｒ’、Ｇ’、Ｂ’の異なるカラーフィルターの配列パターンを追加し、その色比率を異ならせることで、さまざまなカラーバランスや白色ポイントを選択できるようにしている。
【０００５】
さらに特許文献３は、図９（ｂ）に示すような色比率の異なる２つのカラーリングを備えたカラーホイールを用い、使用するカラーリングの切り替えを自動で行うことができるプロジェクタを開示している。すなわち、プロジェクタに入力される画像信号が、ＲＧＢ入力信号かビデオ入力かを判別し、その判別結果に応じて使用するカラーリングの切り替えを行っている。
【０００６】
【特許文献１】特許３１２１８４３号
【特許文献２】特開平９−１６３３９１号
【特許文献３】特開２００３−１６７２９７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来のプロジェクタには次のような課題がある。プロジェクタに使用されるカラーホイールは、図９（ａ）に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフィルターの境界がカラーホイールの半径方向の直線によって規定されている。つまり、ビームの入射位置がカラーホイールの半径内であれば、Ｒ、Ｇ、Ｂの色比率は一定であり、カラーホイール内において色比率を可変することはできない。このため、色比率を変化させるためには、ビームの入射位置をＢまたはＣまでカラーホイールを大きく移動させなければならない。
【０００８】
一方、図９（ｂ）に示すように、カラーホイールに異なる色比率のカラーリングを追加することも可能であるが、このようなカラーホイールを作成することはコスト高の要因となる。一般に、カラーフィルターを形成する場合、ガラス基板上に蒸着やスパッタリングを行うが、フィルターの数に応じたマスク工程を必要とする。例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフィルターの場合にはマスク工程が３回必要となる。このため、一枚のカラーホイール上に、２つの色比率の異なるフィルターを形成する場合には、製造工程が増加し、カラーホイールのコストも高くなってしまう。さらに、半径方向にカラーリングを追加することで、カラーホイールの口径が大きくなり、また、カラーホイールの重量が重くなる。すると、カラーホイールのバランスの調整が難しくなったり、カラーホイールを駆動するモータの小型化も難くなる。
【０００９】
本発明は、上記従来の課題を解決し、カラーフィルターの色比率が異なる低コスト、小型化が可能なカラーフィルターを提供することを目的とする。
さらに本発明は、このようなカラーフィルターを用いることで、カラー表示レベルを可変することが可能な照明光学系および画像表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るカラーホイールは、空間変調素子を利用した画像表示装置に用いられ、以下の構成を有する。カラーホイールは、回転可能な円盤状であり、その周方向に複数のカラーフィルターを配列し、複数のカラーフィルターのうち少なくとも選択された２種のカラーフィルターの境界は、カラーホイールの中心からオフセットした位置から外周に向かうオフセットラインによって規定され、複数のカラーフィルターのうち少なくとも選択された２種のカラーフィルターの境界は、カラーホイールの中心から外周へ向かう半径方向の直線によって規定される。
【００１１】
好ましくは、複数のカラーフィルターは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の成分を透過するフィルターを含み、Ｒのカラーフィルターの少なくとも一方の境界がオフセットラインによって規定される。これにより、Ｒのカラーフィルターの面積が大きくなり、つまり、透過される赤成分の光の割合が高くなり、演色性のある投射画像を表示することができる。また、Ｗのカラーフィルターの少なくとも一方の境界をオフセットラインによって規定することで、Ｗのカラーフィルターの面積を大きくし、結果として輝度の高いまたは明るい画像を表示することができる。このように、オフセットラインによってカラーフィルターの境界を規定することで、簡単にカラーホイールの色比率を外周に向けて可変することができる。
【００１２】
好ましくはオフセットラインは直線、または曲線であってもよい。曲線は、例えばインボリュート曲線とすることができる。また、カラーホイールの中心と同心円を描いたとき、各カラーフィルターの境界の一端が前記同心円上に位置することが望ましい。この場合、中心からオブセットした位置は同心円上に位置する。
【００１３】
本発明に係る照明光学装置（照明光学系）は、上記特徴を備えたカラーホイールと、光源と、カラーホイールを回転させる回転手段と、カラーホイールを回転軸と直交する方向に移動させ、光源からの光路上にカラーホイールを位置させる移動手段とを有する。好ましくは、光源とカラーホイールとの間にライトトンネルまたは光インテグレータが配される。また、カラーホイールの出射側にライトトンネルまたは光インテグレータが配されてもよい。移動手段は、歯車、ベルト機構、モータによる直接駆動などによって構成することができる。
【００１４】
本発明に係る画像表示装置は、上記特徴を備えた照明光学系と、照明光学系からの光を変調する変調手段と、変調された光を投射する投射手段とを有する。好ましくは、画像表示装置は入力手段を有し、入力手段からの入力に応答してカラーホイールの位置を選択できるようにする。例えば、ユーザからの表示モードの選択（高輝度の表示モードや演色性の高い表示モード）があったとき、それに対応するような色比率が選択されるようにカラーホイールを移動させる。画像表示装置は、例えば、前面投写式や背面投射式のプロジェクタである。変調手段は、好ましくはＤＭＤであるが、これに限定されず、液晶デバイスであってもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るカラーホイールによれば、カラーフィルターの境界が半径方向にあるものと、半径方向にないものとを組み合わせ、単にカラーフィルターの境界を調整するだけで、容易に色比率を可変することができ、従来のように製造工程を増加させることもない。従って、低コストのカラーホイールを提供することができ、さらに、カラーホイールの小型化、軽量化を図ることができる。また、このようなカラーホイールを照明光学系およびプロジェクタに利用することで、ユーザの嗜好性に合ったカラー画像の表示が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明に係るカラーホイールは、好ましくはＤＬＰ方式の前面投写型プロジェクタの照明光学系において用いられる。以下、図面を参照して詳細に説明する。
【実施例】
【００１７】
図１は、本発明の実施例に係るプロジェクタの内部構成を示すブロック図である。プロジェクタ１００は、アナログ画像入力信号またはデジタル画像入力信号１０２を処理し、ＤＭＤの画素数に対応するフォーマットプレーンを有するＲＧＢデジタル画像データを生成する前処理部１１０と、前処理部１１０からのデジタル画像データに基づきＤＭＤ１５０の駆動等を制御する制御部１２０と、放電ランプ１６０の駆動を制御するランプ駆動回路１３０と、カラーホイールの回転およびその回転軸と直交する方向の移動を制御するカラーホイール駆動部１４０と、ＤＭＤ１５０と、カラーホイール１７０からの光をＤＭＤ１５０に照射する光学系１８０と、ＤＭＤ１５０からの反射光を拡大しスクリーン上に表示させる投影光学系１８２と、カラーホイール１７０の位置を検出し、検出結果を制御部１２０へ供給するセンサー１９０とを含んで構成される。
【００１８】
ランプ駆動回路１３０は、光源としての放電ランプ１６０の起動及び起動後の放電ランプのＡＣ駆動を制御する。カラーホイール駆動部１４０は、カラーホイール１７０に接続されたステッピングモータの回転を制御し、かつ、カラーホイール１７０とモータとを回転軸と直交する方向へ移動するための移動機構を含む。カラーホイールには、放電ランプ１６０からのビームがほぼ垂直に入射され、カラーホイール１７０の回転に伴い、Ｒ、Ｇ、Ｂ（またはＷ）の光が順次透過して出射される。ＤＭＤ１５０は、ＶＧＡ、ＸＧＡ等のサイズに対応したアレイ状の複数のミラー素子を含み、各ミラー素子はディジタル画像データに応答して角度を可変する。
【００１９】
図２に本実施例のカラーホイールの平面図を示す。カラーホイール１７０は、その円周方向に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、Ｗ（白または透明）のカラーフィルター２００、２１０、２２０、２３０を有する。中央には、モータのロータと接続される軸穴２４０が形成されている。カラーホイールの中心または回転軸をＯとしたとき、各カラーフィルターの領域は、中心Ｏの同心円Ｑ１から外周Ｑ２に至るまでの範囲である。
【００２０】
Ｒフィルター２００とＧフィルター２１０の境界２５０は、中心Ｏから外周に向かう半径方向の直線、すなわち、同心円Ｑ１と外周Ｑ２の交点Ａ１、Ａ２間の線分である。Ｇフィルター２１０とＢフィルター２２０の境界２６０も同様の交点Ｂ１、Ｂ２の直線によって規定され、Ｂフィルター２２０とＷフィルター２３０の境界２７０も同様の交点Ｃ１、Ｃ２の直線によって規定される。しかしながら、Ｒフィルター２００とＷフィルター２３０の境界２８０は、半径方向の直線Ｐ１、Ｐ０から傾斜角θのオフセットラインＰ１、Ｐ２によって規定されている。
【００２１】
Ｇフィルター２１０およびＢフィルター２２０は、中心Ｏに関し内角が９０度の扇形であるが、Ｒフィルタ２００は境界２８０の傾斜により面積が増加し、実質的に９０度より大きい内角を有する扇形に相当する。Ｗフィルタ２３０は、その反対に面積が減少し、実質的に９０度より小さな内角を有する扇形に相当する。このため、カラーホイール１７０を回転したとき、カラーホイール１７０に入射されるビームの位置によって色比率が可変される。例えば、ビームが中心Ｏに近い位置Ｓ１に入射されたとき、カラーホイール１７０からは、ほぼ均等に４分割されたＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗの光が透過されるが、中心Ｏから離れた位置Ｓ２にビームが入射されたとき、カラーホイール１７０からはＲ光の割合が増加し、Ｗ光の割合が減少する。このように、中心から外周に向けてＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗの色比率をリニアに変化させることができる。
【００２２】
図３は、第２の実施例に係るカラーホイールを示す図である。第２の実施例のカラーホイール１７２では、Ｗフィルター２３０とＧフィルター２１０の境界２５２は、半径方向の直線によって規定されているが、Ｇフィルター２１０とＢフィルター２２０の境界２６２、Ｂフィルター２２０とＲフィルター２００の境界２７２、Ｒフィルター２００とＷフィルター２３０の境界２８２は半径方向からずれたオフセットラインによって規定されている。境界２６２が直線Ｂ０、Ｂ１と成す傾斜角をθ１、同様に境界２７２が直線Ｃ０、Ｃ１と成す傾斜角をθ２、境界２８２が直線Ｐ０、Ｐ１と成す傾斜角をθ３とすると、θ１＜θ２＜θ３の関係にある。好ましくは、θ１＝１／３×θ３、θ１＝２／３×θ３とする。
【００２３】
このカラーホイール１７２を用いた場合、Ｒ、Ｇ、Ｂの比率をほぼ一定にしつつ、Ｗ（白）の比率を可変することができる。つまり、中心に近い位置Ｓ１のビームと比べて、中心から遠い位置Ｓ２にビームが入射された場合、Ｗフィルター２３０の面積の増加により投射映像を明るくすることができる。
【００２４】
第１、第２の実施例では、フィルターの境界を傾斜角θによって規定したが、これに代えて、円弧長によって規定しても良い。例えば、Ｗフィルター２３０とＲフィルター２００の境界２８２は、円弧長Ｐ０、Ｐ２（Ｐ０は、Ｐ１を通る半径と外周の交点）、境界２７２は円弧長Ｃ２、Ｃ０、境界２６２は円弧長Ｂ２、Ｂ０によって規定することができる。
【００２５】
図４は、本発明の第３の実施例に係るカラーホイールを示す図である。この実施例のカラーホイール１７４は、第１、第２の実施例が境界を直線で規定したのに対し、境界を曲線で規定している点が異なる。すなわち、Ｇフィルター２１０とＢフィルター２２０の境界２６４、Ｂフィルター２２０とＲフィルター２００の境界２７４、Ｒフィルター２００とＷフィルター２３０の境界２８４が曲線によって規定される。各境界２６４、２７４、２８４は、例えばインボリュート線を用いることができ。各フィルターの円弧長（Ｂ０Ｂ２、Ｃ０Ｃ２、Ｐ０Ｐ２）を調整して所望の色比率の変化を得ることができる。
【００２６】
このように上記各実施例によれば、カラーフィルターの境界の少なくとも１つを、半径方向の直線と異なるようにすることで、色比率を無断階で変化させることができるカラーホイールを提供することができる。また、従来のように、カラーフィルターを外周に追加しあり、フィルターの製造工程を増加させることもなく、コストを低減することができる。
【００２７】
なお、上記各実施例では、カラーフィルターとしてＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗを用いたが、勿論、これ以外の組み合わせであってもよい。例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフィルターであってもよい。さらに、各フィルターによる色比率は、適宜、設計事項に応じて変更することが可能である。また、カラーフィルターは、蒸着やスパッタリングによるガラス基板への薄膜形成によって製造することも可能であるが、これ以外にも、カラーフィルター機能を有するガラスを、色比率に応じたサイズに加工し、各ガラスの側面を互いに接着剤等により接合することにより、カラーホイールを製造することができる。
【００２８】
次に、上記各実施例で説明したカラーホイールを照明光学系に適用した例を図５に示す。図５(ａ)に示すように、ランプ１６０は、放電ランプ１６２およびリフレクター１６４を含み、リフレクター１６４によって集光された光は、ライトトンネル１６６（または光インテグレータ）に入射される。入射した光線束は、ライトトンネル１６６においてほぼ均一な照度の光線束となって出射され、カラーホイール１７０にほぼ垂直に入射される。カラーホイール１７０は、モータ１７８によって回転され、かつ、カラーホイール駆動部１４０（図１参照）によって回転軸と直交する方向Ｙに移動される。カラーホイール１７０の位置を可変することにより、ランプ１６０からのビームの入射位置が可変され、これにより透過する光の色比率を異ならせることができる。仮に、第１の実施例のカラーホイール１７０を用いたとき、カラーホイール１７０へのビームの入射位置を中心ＯからＰ０へ向けてリニアに可変すれば、それに応じて赤色の比率をリニアに増加させることができる。投射画像の演色性を見ながら、カラーホイール１７０を所望の位置に調整するようにしてもよい。
【００２９】
図５（ｂ）の照明光学系は、ランプ１６０からの光線束を直接カラーホイール１７０に入射させ、その透過光をライトトンネル１６６（または光インテグレータ）に入射させる構成である。さらに、カラーホイール１７０を軸方向Ｘに移動するようにしてもよい。
【００３０】
図６は、図５に示す照明光学系を利用したプロジェクタの光学系の構成を示す図である。ランプ１６０の光は、リフレクター１６４によって反射されてライトトンネル１６６に入射される。ライトトンネル１６６からの光は、カラーホイール１７０によってＲ、Ｇ、Ｂ、（またはＷ）に分割される。カラーホイール１７０を透過した光は、集光レンズ１８２、第１のミラー１８４、第２のミラー１８６を介して、ＤＭＤ１５０を照明する。ＤＭＤ１５０の各ピクセルによって変調された光は、投影レンズ１９０によって拡大され、スクリーン上に映し出される。
【００３１】
カラーホイール１７０のＹ方向の移動は、カラーホイール駆動部１４０によって行われるが、その移動方法は公知の技術を用いて実現される。例えば、モータの回転を直線運動に変換するための歯車機構やベルト機構を用いることができる。制御部１２０は、センサー１９０からの検出結果を監視し、予め定められた位置にカラーホイールを停止させるようにしてもよい。例えば、ユーザから表示モードを選択する指示があったとき、その指示に対応するようにカラーホイール駆動部１４０を制御することができる。ユーザが高輝度の表示モードを選択した場合には、Ｗフィルターの比率が高くなるようにカラーホイールを位置決めする。あるいは、演色性のある表示モードを選択した場合には、Ｒフィルターの比率が高くなるようにカラーホイールを位置決めする。
【００３２】
また、図７に示すようなマニュアル操作スイッチによってカラーホイール１７０を移動させてもよい。操作スイッチの摘み３００をプロジェクタのハウジング３０２から突出させ、摘み３００をスライドさせる。このとき、支持部３０４に形成された水平穴３０６がガイドピン３０８によってガイドされ、図７（ａ）の状態から図７（ｂ）の状態へスライドされ、支持部３０４に固定されたカラーホイールアッセンブリ（カラーホイールとモータ）１７０ａを移動させるようにしてもよい。
【００３３】
尚、上記のようにカラーホイールの位置決めがなされると、その位置に対応したカラーフィルターの角度比率に合わせて、あらかじめ制御部１２０内に設置された図示しないメモリに記憶された複数種のマイクロミラー駆動パルスシーケンスから最適なパルスシーケンスが選択されるようになっている。
【００３４】
本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明に係るカラーホイールは、空間変調装置を利用したプロジェクタ等の画像表示装置において利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明のプロジェクタの内部構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係るカラーホイールを示す平面図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係るカラーホイールを示す平面図である。
【図４】本発明の第３の実施例に係るカラーホイールを示す平面図である。
【図５】カラーホイールを照明光学系に適用した図である。
【図６】図５の照明光学系を利用したプロジェクタの光学系を示す図である。
【図７】カラーホイールの移動例を説明する図である。
【図８】従来のプロジェクタの構成を示す図である。
【図９】従来のカラーホイールの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１００：プロジェクタ
１１０：前処理部
１２０：制御部
１３０：ランプ駆動回路
１４０：カラーホイール駆動部
１５０：ＤＭＤ
１６０：ランプ
１７０、１７２、１７４：カラーホイール
【図１】
2005266021.tif 000003
【図２】
2005266021.tif 000004
【図３】
2005266021.tif 000005
【図４】
2005266021.tif 000006
【図５】
2005266021.tif 000007
【図６】
2005266021.tif 000008
【図７】
2005266021.tif 000009
【図８】
2005266021.tif 000010
【図９】
2005266021.tif 000011