(57)【要約】【課題】画像表示プロジェクタにおいて、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のカラーフィルタを用いて、マゼンタ色、イエロー色、又はシアン色を含むカラー画像の光を忠実に再現して投影する。【解決手段】カラーホイール６は、回転軸６１の回転方向に赤色フィルタ６ａ、青色フィルタ６ｂ、及び緑色フィルタ６ｃよりなる３色のカラーフィルタを相互に２組配列した構成となっている。また、これらのカラーフィルタは、カラーホイール６の外縁から中心に向かって段が１つある階段状に形成されている。ライトトンネルの光入射口７１が、各フィルタ（６ａ〜６ｆ）の階段部７３に対向する位置で、かつ、２色の光が均等の割合で光入射口７１に入射する位置Ａに配置された場合、光入射口７１には、赤色及び青色、青色及び緑色、又は緑色及び赤色の２色の光が同時に入射する。これらの光は、ライトトンネル７の導光路にて混合、かつ、均一化されて光出射口７２から出射する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像投影用の光を出射する光源と、
前記光源から出射される光を着色するための複数のカラーフィルタが円周方向に沿って配列されるカラーホイールと、
硝子板を筒状に接合することにより構成された筒状の内面で光を反射して導光する導光路を有し、前記カラーホイールにより着色されて前記導光路の一端側の光入射口から前記導光路に入射した光を、前記導光路の他端側の光出射口から出射するライトトンネルと、
前記ライトトンネルから出射された光を用いて画像を形成する画像形成素子と、
前記光源を冷却するために該光源に空気を送風するファンとを備え、前記画像形成素子で形成した画像を投射して表示する画像表示プロジェクタ装置において、
前記カラーホイールは、R（赤色）、G（緑色）、B（青色）の３色のフィルタを交互に２組配列した６セグメントのカラーホイールであり、
前記各フィルタは、前記カラーホイールの外縁から中心に向かって階段状に形成され、
前記ライトトンネルは、前記３色のフィルタのうち２色のフィルタを透過した各色の光が均等の割合で該ライトトンネルに入射する位置に配置され、
前記ライトトンネルに入射した２色の光は、前記ライトトンネル内の前記導光路において混合されて、マゼンタ色、イエロー色、又はシアン色の光として該導光路の光出射口から出射されることを特徴とする画像表示プロジェクタ。
【請求項２】
画像投影用の光を出射する光源と、
前記光源から出射される光を着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るカラーホイールと、
前記カラーホイールにより着色された光を内面で反射して導光する導光路を有し、前記導光路の一端側の光入射口から前記導光路に入射した光を、前記導光路の他端側の光出射口から出射するライトトンネルと、
前記ライトトンネルから出射された光を用いて画像を形成する画像形成素子と、
前記光源を冷却するファンとを備え、前記画像形成素子で形成した画像を投射して表示する画像表示プロジェクタ装置において、
前記カラーホイールは、R（赤色）、G（緑色）、B（青色）の３色のフィルタから構成され、
前記ライトトンネルは、前記３色フィルタのうち２色のフィルタを透過した各色の光が均等の割合で該ライトトンネルに入射する位置に配置されていることを特徴とする画像表示プロジェクタ。
【請求項３】
前記ライトトンネルに入射した２色の光は、前記ライトトンネル内の前記導光路において混合されて、マゼンタ色、イエロー色、又はシアン色の光として該導光路の光出射口から出射されることを特徴とする請求項２に記載の画像表示プロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクリーン等に画像を投影して表示する画像表示プロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、パーソナルコンピュータやビデオカメラなどから出力される画像データをスクリーンなどに投影して画像を表示させる画像表示プロジェクタが知られている。
【０００３】
このような画像表示プロジェクタは、カラー画像を投射するために、ランプから出射される光を着色する着色装置を備えている。この着色装置として、カラーホイールを用いたものがある。この種の画像表示プロジェクタにおいて、複数の特定色領域に分割された円盤状カラーフィルタより構成されるカラーホイールを持ち、このカラーホイールの回転方向に配列されたカラーフィルタの色シーケンスが、少なくとも外周部と内周部で異なるシーケンスで構成されているものがある（例えば、特許文献１参照）。この画像表示プロジェクタは、カラーホイール上で集光する光の位置を移動させることにより、色純度の濃い／薄いフィルタ及び透過性の高い／低いフィルタを選択することができ、パーソナルコンピュータやビデオカメラなどから出力される画像の色を再現して表示している。しかし、この画像表示プロジェクタは、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の３色のみを用いて色の合成を行い、画像を形成している。そのため、パーソナルコンピュータやビデオカメラなどから出力されるＭ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｃ（シアン）の色を含むカラー画像を忠実に再現することができないという問題がある。
【０００４】
ところで、光源から出射される光を時分割することにより、異なる色成分の光に色分離し、この光をそれぞれ空間光変調してカラー画像を得るディスプレイシステムが知られている（例えば、特許文献２参照）。また、長時間回転させても高い光学特性及び耐久性を維持し、製造コストを低減できるカラーホイールを備えた画像発生装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。しかし、上記特許文献２及び３の発明では上記問題を解決できない。
【特許文献１】特開２００４−３１７５２８号公報
【特許文献２】特開２００３−２０９８５４号公報
【特許文献３】特開平１０−０４８５４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のカラーフィルタを用いて、パーソナルコンピュータやビデオカメラなどから出力されるマゼンタ色、イエロー色、又はシアン色を含むカラー画像の色を忠実に再現して投影することができる画像表示プロジェクタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、画像投影用の光を出射する光源と、前記光源から出射される光を着色するための複数のカラーフィルタが円周方向に沿って配列されるカラーホイールと、硝子板を筒状に接合することにより構成された筒状の内面で光を反射して導光する導光路を有し、前記カラーホイールにより着色されて前記導光路の一端側の光入射口から前記導光路に入射した光を、前記導光路の他端側の光出射口から出射するライトトンネルと、前記ライトトンネルから出射された光を用いて画像を形成する画像形成素子と、前記光源を冷却するために該光源に空気を送風するファンとを備え、前記画像形成素子で形成した画像を投射して表示する画像表示プロジェクタ装置において、前記カラーホイールは、R（赤色）、G（緑色）、B（青色）の３色のフィルタを交互に２組配列した６セグメントのカラーホイールであり、前記各フィルタは、前記カラーホイールの外縁から中心に向かって階段状に形成され、前記ライトトンネルは、前記３色のフィルタのうち２色のフィルタを透過した各色の光が均等の割合で該ライトトンネルに入射する位置に配置され、前記ライトトンネルに入射した２色の光は、前記ライトトンネル内の前記導光路において混合されて、マゼンタ色、イエロー色、又はシアン色の光として該導光路の光出射口から出射されるものである。
【０００７】
請求項２の発明は、画像投影用の光を出射する光源と、前記光源から出射される光を着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るカラーホイールと、前記カラーホイールにより着色された光を内面で反射して導光する導光路を有し、前記導光路の一端側の光入射口から前記導光路に入射した光を、前記導光路の他端側の光出射口から出射するライトトンネルと、前記ライトトンネルから出射された光を用いて画像を形成する画像形成素子と、前記光源を冷却するファンとを備え、前記画像形成素子で形成した画像を投射して表示する画像表示プロジェクタ装置において、前記カラーホイールは、R（赤色）、G（緑色）、B（青色）の３色のフィルタから構成され、前記ライトトンネルは、前記３色フィルタのうち２色のフィルタを透過した各色の光が均等の割合で該ライトトンネルに入射する位置に配置されているものである。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項２に記載の画像表示プロジェクタにおいて、前記ライトトンネルに入射した２色の光は、前記ライトトンネル内の前記導光路において混合されて、マゼンタ色、イエロー色、又はシアン色の光として該導光路の光出射口から出射されるものである。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明によれば、カラーホイールは、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のフィルタを交互に２組配列した６セグメントのカラーホイールであり、また、ライトトンネルは、この３色のフィルタのうち２色のフィルタを透過した光がそれぞれ均等の割合でこのライトトンネルに入射する位置に配置されている。これにより、ライトトンネルに入射した２色の光は、このライトトンネル内の導光路において混合されて、マゼンタ色、イエロー色、又はシアン色となる。従って、これらの色の光を用いて、パーソナルコンピュータやビデオカメラなどから出力されるマゼンタ色、イエロー色、又はシアン色を含むカラー画像の色を忠実に再現して投影することができる。
【００１０】
請求項２の発明によれば、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のフィルタから構成され、ライトトンネルは、この３色のフィルタのうち２色のフィルタを透過した光がそれぞれ均等の割合でこのライトトンネルに入射する位置に配置されている。これにより、ライトトンネルに入射した２色の光が混合されて、マゼンタ色、イエロー色、又はシアン色となる。従って、これらの色の光を用いて、パーソナルコンピュータやビデオカメラなどから出力されるマゼンタ色、イエロー色、又はシアン色を含むカラー画像の色を忠実に再現して投影することができる。
【００１１】
請求項３の発明によれば、上記請求項１と同様の効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態に係る画像表示プロジェクタについて図１及び図２を参照して説明する。図１は、この画像表示プロジェクタの外観を示す。この画像表示プロジェクタ１は、例えばパーソナルコンピュータやビデオカメラなどから入力された画像データを用いて画像を形成し、形成した画像を前方に設けられたスクリーンなどに拡大して投影する装置である。この画像表示プロジェクタ１は、筐体２の前面に画像を投影するための投影レンズ３を備えている。
【００１３】
図２は、画像表示プロジェクタ１の内部構成を示す。この画像表示プロジェクタ１は、投影用の光を出射するランプ４（光源）、マイクロミラー素子で構成されたＤＭＤ９（画像形成素子）、ランプ４を冷却するための空気を送風するファン５、ランプ４から出射された光を着色するカラーホイール６、カラーホイール６により着色された光を均一化して出射するライトトンネル７、ライトトンネル７から出射された光を集光するレンズ８、及びレンズ８を経由した光を反射してＤＭＤ９に導く反射ミラー１０を備えている。
【００１４】
ＤＭＤ９は、多数のマイクロミラーがマトリクス状に配列されて画像形成面が構成されており、各マイクロミラーの角度が制御部（図示なし）からの信号により制御されることで、画像形成面（各マイクロミラー）に照射される光の反射光からなる画像を形成する。
【００１５】
投影レンズ３は、ＤＭＤ９で形成された光が投影レンズ３を通過してスクリーンに投影されることが可能な位置に配置されている。
【００１６】
カラーホイール６は、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の３色のフィルタを交互に２組配列した６セグメントのカラーホイールである。このカラーホイール６の構成の詳細は後述する。
【００１７】
ライトトンネル７は、両端に開口を有する筒状に硝子板を接合することにより構成されており、筒状内部の中空の空間が導光路（図示なし）とされ、その一端側の開口を光入射口７１（図４参照）、他端側の開口を光出射口７２（図４参照）とされている。導光路は、光を均一化して導光するための空間であり、光入射口７１は光を導光路に入射させるための開口であり、光出射口７２は導光路により導光された光を出射するための開口である。
【００１８】
このような構成の画像表示プロジェクタ１では、ランプ４から出射された光が、カラーホイール６により着色され、ライトトンネル７の光入射口７１に入射して導光路にて均一化される。そして、ライトトンネル７の光出射口７２から出射した光は、レンズ８により集光され、反射ミラー１０にて反射してＤＭＤ９に導かれ、ＤＭＤ９にて画像を形成する。そして、ＤＭＤ９からの反射光（すなわちＤＭＤ９にて形成された画像）は、投影レンズ３を介してスクリーンに投射される。
【００１９】
次に、上記カラーホイール６の各フィルタの配色構造について図３を参照して説明する。カラーホイール６は、ランプ４から出射された光を着色するものであり、回転軸６１を中心として回転し、その回転方向に赤色フィルタ６ａ、青色フィルタ６ｂ、緑色フィルタ６ｃ、赤色フィルタ６ｄ、青色フィルタ６ｅ、及び緑色フィルタ６ｆを有し、３色のフィルタが相互に２組配列された構成となっている。また、各フィルタは、カラーホイール６の外縁から中心に向かって段が１つある階段状に形成されている。
【００２０】
図４に示されるライトトンネル７の光入射口７１（例えば、縦の長さが３．７０ｍｍ、横の長さ４．８５ｍｍ）が、各フィルタ（６ａ〜６ｆ）の階段部７３に対向する位置で、かつ、２色のフィルタを通過した光が均等の割合で光入射口７１に入射する位置Ａに配置された場合、光入射口７１には、赤色及び青色→青色→青色及び緑色→緑色→緑色及び赤色→赤色→赤色及び青色→青色→青色及び緑色→緑色→緑色及び赤色の順番に着色された光が入射する。このとき、ライトトンネル７の光入射口７１に入射する２色の光はライトトンネル７の導光路にて混合され、かつ、均一化される。そのため、赤色及び青色はマゼンタ色に、青色及び緑色はシアン色に、緑色及び赤色はイエロー色にそれぞれ混合されて光出射口７２から出射される。従って、この画像表示プロジェクタ１は、赤色、緑色、青色、マゼンタ色、イエロー色、又はシアン色の光を用いてＤＭＤ９により画像を形成して投影することが可能である。
【００２１】
一方、ライトトンネル７の光入射口７１が、各フィルタ６ａ〜６ｆの階段部７３が形成されている箇所よりも軸心に近い位置Ｄに配置されている場合、光入射口７１には、赤色→青色→緑色→赤色→青色→緑色の順番に着色された光が入射する。このとき、ライトトンネル７の光入射口７１に入射する光は、赤色、緑色、及び青色の３色のみであり、これらの光を用いて画像を形成して投影することが可能である。また、ライトトンネル７の光入射口７１を位置Ａに配するか位置Ｄに配するかの位置調整は、出荷段階に行われる。
【００２２】
上述したように、本実施形態に係る画像表示プロジェクタ１は、カラーホイール６に対向するライトトンネル７の光入射口７１の位置を変えることにより、ライトトンネル７の光出射口７２から出射される色数を３色又は６色に変更することができる。このため、同一のカラーホイール６を使用することにより、３色又は６色の光を用いて画像を形成して投影する画像表示プロジェクタを製造することができる。従って、赤色、青色、緑色の３色のみで色合成するタイプの画像表示プロジェクタと、赤色、緑色、青色、マゼンタ色、イエロー色、シアン色の６色で色合成するタイプの画像表示プロジェクタとで、カラーホイールを共通化することができるので、納期短縮及び製造コストの低減を図ることができる。
【００２３】
次に、ライトトンネル７内の光線追跡によるシミュレーションの結果について説明する。ライトトンネル７の導光路の全長をＬとし、Ｌが２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ、及び５０ｍｍの各々の場合について、ライトトンネル７の光入射口７１に光を入射し、光出射口７２から出射する光を追跡するシミュレーションを行った。ここで、以下のすべてのシミュレーションにおいて、ライトトンネル７の光入射口７１及び光出射口７２のサイズは、縦の長さが３．７０ｍｍ、横の長さが４．８５ｍｍである。
【００２４】
まず、図４に示すようにライトトンネル７の光入射口７１の下半分７１ｂが光を透過させないように覆われており、光入射口７１の上半分７１ａのみがライトトンネル７に光を透過させる場合についてシミュレーションを行った。Ｌ＝２０ｍｍの場合の結果を図５（１ａ）（２ａ）に、Ｌ＝３０ｍｍの場合の結果を図５（１ｂ）（２ｂ）に、Ｌ＝４０ｍｍの場合の結果を図５（１ｃ）（２ｃ）に、Ｌ＝５０ｍｍの場合の結果を図５（１ｄ）（２ｄ）にそれぞれ示す。
【００２５】
ここで、図５（１ａ）乃至（１ｄ）は、ライトトンネル７の光出射口７２でのエネルギー分布を示したものである。横軸及び縦軸は、Ｘ方向及びＹ方向（図４参照）の座標位置を示しており、色が薄いほどエネルギーが高く、また、色が濃いほどエネルギーが弱いことを示している。また、図５（２ａ）乃至（２ｄ）は、光出射口７２から出射された光線のもつエネルギーとそのエネルギーを持つ光線の数との関係を示したものである。縦軸は、光線の持つエネルギー（Ｉｒｒａｄｉａｎｃｅ）を示し、横軸は、そのエネルギーをもつ光線の数（ｃｏｕｎｔ）を示している。
【００２６】
上記のシミュレーション結果において、Ｌが２０ｍｍ〜５０ｍｍの場合をそれぞれ比較すると、Ｌ＝４０ｍｍ〜５０ｍｍの場合に、最もエネルギーの和（すなわち光出射口７２から出射される光量）とエネルギー分布とのバランス（すなわち光の均一性）が良くなっていることが分かる。そのため、最も均一化された光がライトトンネル７の光出射口７２から出射されるので、均一化された光を用いて画像を形成することができ、班（まだら）のない鮮明な画像を投影することができる。
【００２７】
次に、図６に示すようにライトトンネル７の光入射口７１について下斜め半分７１ｄが光を透過させないように覆われており、光入射口７１の上斜め半分７１ｃのみがライトトンネル７に光を透過させる場合についてシミュレーションを行った。Ｌ＝２０ｍｍの場合の結果を図７（１ａ）（２ａ）に、Ｌ＝３０ｍｍの場合の結果を図７（１ｂ）（２ｂ）に、Ｌ＝４０ｍｍの場合の結果を図７（１ｃ）（２ｃ）に、Ｌ＝５０ｍｍの場合の結果を図７（１ｄ）（２ｄ）にそれぞれ示す。
【００２８】
ここで、図７（１ａ）乃至（１ｄ）は、図５（１ａ）乃至（１ｄ）と同様に、ライトトンネル７の光出射口７２でのエネルギー分布を示したものである。また、図７（２ａ）乃至（２ｄ）は、図５（２ａ）乃至（２ｄ）と同様に、光出射口７２から出射された光線のもつエネルギーとそのエネルギーを持つ光線の数との関係を示したものである。
【００２９】
上記のシミュレーション結果において、Ｌが２０ｍｍ〜５０ｍｍの場合をそれぞれ比較すると、Ｌ＝５０ｍｍの場合に、最もエネルギー和とエネルギー分布とのバランスが良くなっており、最も均一化された光がライトトンネル７の光出射口７２から出射されることが分かる。そのため、均一化された光を用いて画像を形成することができ、班のない鮮明な画像を投影することができる。
【００３０】
なお、本発明は上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を変更しない範囲で適宜に種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、カラーホイール６のカラーフィルタとして３色のフィルタを交互に２組配列した６セグメントのカラーホイール６を用いたが、これに限られるものではなく、カラーホイールのフィルタとして３色のフィルタを１組とした３セグメントのカラーホイールを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像表示プロジェクタの外観を示す図。
【図２】上記画像表示プロジェクタの内部構成を示すブロック図。
【図３】上記画像表示プロジェクタのカラーホイールを示す図。
【図４】シミュレーションに用いるライトトンネルの構成を示す図。
【図５】上記ライトトンネルにおける光線追跡のシミュレーション結果を示す図。
【図６】シミュレーションに用いるライトトンネルの構成を示す図。
【図７】上記ライトトンネルにおける光線追跡のシミュレーション結果を示す図。
【符号の説明】
【００３２】
１  画像表示プロジェクタ
２  筐体
３  投影レンズ
４  ランプ（光源）
５  ファン
６  カラーホイール
７  ライトトンネル
８  レンズ
９  ＤＭＤ（画像形成素子）
１０  反射ミラー
６１  回転軸
７１  光入射口
７２  光出射口
７３  階段部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図５】
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【図７】
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