JP2004286957A - 透過型カラーホイールと投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】映像にちらつきを発生させることなく、モータの回転数を下げることができる投射型表示装置。
【解決手段】白色光源２から出射された白色光を時間的に異なる波長帯域の有効光に分割する複数のカラーフィルタ４ｄを有し、該複数のカラーフィルタ４ｄは１回転中に、白色光Ｌ１がこれら複数のカラーフィルタ４ｄを外側から内側方向と、内側から外側方向にそれぞれ２回づつ透過されるように構成された透過型カラーホイール４と、その透過型カラーホイール４を用いた投射型表示装置１。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、カラー映像をスクリーン等に投射するプロジェクタ装置等の投射型表示装置に適用するのに最適な透過型カラーホイールと、その透過型カラーホイールを用いた投射型表示装置の技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９に示すように、従来の透過型カラーホイールを用いた投射型表示装置３１は、放電ランプ３２ａと反射鏡（リフレクタ）３２ｂ等によって構成されている白色光源３２から出射された白色光Ｌ１の水平状の光軸Ｐ１上に集光レンズ３３、透過型カラーホイール３４、集光レンズ３５、液晶パネルやＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）等の空間光変調素子３６を直列状に配置している（例えば、特許文献１参照）。なお、空間光変調素子３６としてＤＭＤが使用される時には、そのＤＭＤの反射光軸Ｐ２上に投射レンズ３７が配置され、空間光変調素子３６として液晶パネルが使用される時には、その液晶パネルの透過光軸である光軸Ｐ１の延長上に投射レンズ３７が配置される。
【０００３】
そして、図１０に示すように、従来の透過型カラーホイール３４は、円板型に構成されていて、ガラス基板等からなる透明円板３４ａの外周に１２０°間隔で３分割されたＲ（赤色光）、Ｇ（緑色光）Ｂ（青色光）の３色の扇形のカラーフィルタ３４ｂで円環状に構成された赤色光透過領域ＲＦ（以下、単に「ＲＦ」と記載する）、緑色光透過領域ＧＦ（以下、単に「ＧＦ」と記載する）、青色光透過領域ＢＦ（以下、単に「ＢＦ」と記載する）を形成したものであった。
【０００４】
そして、図９及び図１０に示すように、この透過型カラーホイール３４は、透明円板３４ａの中心に固着された回転軸３４ｃの回転中心線Ｐ３を白色光源３２から出射された白色光Ｌ１の透過方向である光軸Ｐ１に対して平行に配置することにより、透明円板３４ａが光軸Ｐ１に対して直角に配置されている。
【０００５】
そして、カラー映像の投射時には、この透過型カラーホイール３４は回転軸３４ｃを駆動するモータ３４ｄによって例えば矢印ａ方向に高速回転（１秒間に数１０回転〜数１００回転）されるものである。
そして、白色光源３２から出射された白色光Ｌ１を集光レンズ３３によって透過型カラーホイール３４のモータ３４ｄより外側位置で、３色のカラーフィルタ３４ｂのＲＦ、ＧＦ、ＢＦの回転位置に直角状に入射して、これらのＲＦ、ＧＦ、ＢＦを順次透過させる。すると、この透過型カラーホイール３４によって白色光Ｌ１が時間的に異なるＲ、Ｇ、Ｂの３色の有効光Ｌ２に順次分割され、その３色の有効光Ｌ２が集光レンズ３５を通して空間光変調素子３６に時間差を有して入射される。
【０００６】
そこで、空間光変調素子３６で、Ｒ、Ｇ、Ｂの有効光Ｌ２の入射時間に同期してＲ、Ｇ、Ｂの３色の映像信号を印加することによって時間的に異なるＲ、Ｇ、Ｂの３色の映像光Ｌ３に光変調して、その映像光Ｌ３を出射する。この時、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の映像光Ｌ３は人間の目には重なって見えるものであり、この映像光Ｌ３を投射レンズ３７によってスクリーン３８等に投射してフルカラーの映像を映し出すようにしたものである。
【特許文献１】
特開２００１−００４９３０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の円板型に構成されている透過型カラーホイール３４は、モータ３４ｄによって矢印ａ方向に高速回転させた状態で、白色光Ｌ１をＲＦ、ＧＦ、ＢＦの３色のカラーフィルタ３４ｂを順次透過させることによって、人間の網膜への残像効果を利用して、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の映像が同時に発色しているように投射表示するものである。従って、モータ３４ｄを低速回転すれば、映像にちらつきが発生することになる。一方、モータ３４ｄの回転数を上げれば、映像のちらつきは抑えられるものの、モータ３４ｄ自体の負担が大きくなって、モータ３４ｄの寿命が短くなったり、モータ３４ｄの騒音が大きくなると言う問題が発生する。
【０００８】
ここで、従来の円板型に構成されている透過型カラーホイール３４は、透明円板３４ａの１回転中にＲＦ、ＧＦ、ＢＦが切り替わるのはそれぞれ１回のみであるから、透明円板３４ａを１Ｈｚで回転させた時にＲＦ、ＧＦ、ＢＦが切り替わる周波数は、１／３Ｈｚであり、このＲＦ、ＧＦ、ＢＦが切り替わる周波数を上げるためには、モータ３４ｄの回転速度を上げなければならない。
【０００９】
また、ＲＦ、ＧＦ、ＢＦの３色の円環状のカラーフィルタ３４ｂの製作に関して、ＲＦ、ＧＦ、ＢＦの３色のカラーフィルムをそれぞれ扇形にカッティングして透明円板３４ａの外周に円環状に貼り付けるようにして製作されるものでは、例えば、ＲＦ、ＧＦ、ＢＦの３色のカラーフィルムを方形状にカッティングするものと比べて、歩留りが悪く、コストアップを招いている。また、その扇形にカッティングしたＲＦ、ＧＦ、ＢＦのカラーフィルムを透明円板３４ａの外周に円環状に継ぎ目なく位置合わせしながら貼り付けなければならず、作業効率が低く、生産性に問題がある。更に、透明円板３４ａの外周のＲＦ、ＧＦ、ＢＦは中心に配置されるモータ３４ｄより外側に配置させなければならない関係で、その透明円板３４ａの直径が大きくなり、投射型表示装置３１の厚みの増大を招く等の問題があった。
【００１０】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、回転速度を従来の１／２に下げることができ、製造も容易な透過型カラーホイールと、その透過型カラーホイールを用いた投射型表示装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明の透過型カラーホイールは、光源から出射された白色光が回転される複数のカラーフィルタに順次透過されることにより、該白色光が時間的に異なる波長帯域の有効光に分割される透過型カラーホイールにおいて、前記複数のカラーフィルタが前記光源から出射された白色光の透過方向に対して直角な回転中心の周りに回転されることにより、これら複数のカラーフィルタの１回転中に、前記光源から出射された白色光がこれら複数のカラーフィルタを外側から内側方向と、内側から外側方向にそれぞれ２回づつ透過されるように構成されたものである。
【００１２】
上記のように構成された本発明の透過型カラーホイールは、複数のカラーフィルタが光源から出射された白色光の透過方向に対して直角な回転中心の周りに回転されるものであり、その複数のカラーフィルタは１回転中に、光源から出射された白色光が外側から内側方向と、内側から外側方向とにそれぞれ２回づつ透過されるものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した透過型カラーホイールと投射型表示装置の実施の形態について説明する。
【００１４】
［第１の実施形態］
まず、図１〜図３によって、透過型カラーホイールと投射型表示装置の第１の実施の形態について説明する。
投射型表示装置１は、放電ランプ２ａと反射鏡（リフレクタ）２ｂ等によって構成されている光源である白色光源２から出射された白色光Ｌ１の水平状の光軸Ｐ１上に集光レンズ３、透過型カラーホイール４、集光レンズ５、液晶パネルやＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）等の空間光変調素子６を直列状に配置している。なお、空間光変調素子６としてＤＭＤが使用される時には、そのＤＭＤの反射光軸Ｐ２上に投射レンズ７が配置される、空間光変調素子６として液晶パネルが使用される時には、その液晶パネルの透過光軸である光軸Ｐ１の延長上に投射レンズ７が配置される。
【００１５】
そして、透過型カラーホイール４は、正六角形の角筒型に構成されていて、正六角形で平行な上下２枚の回転板４ａ、４ｂ間の外周に沿って透明なガラス板やプラスチック板等からなる方形状で平板形の３枚の透明板４ｃが回転中心Ｐ３と平行な状態の垂直状に固着されている。そして、これら３枚の透明板４ｃは１２０°間隔で３等分された位置に配置されていて、これら３枚の透明板４ｃの外側面又は内側面にカラーフィルムの貼り付けやカラーフィルム素材の蒸着等にて形成された３枚の方形状のカラーフィルタ４ｄによって赤色光透過領域ＲＦ（以下、単に「ＲＦ」と記載する）、緑色光透過領域ＧＦ（以下、単に「ＧＦ」と記載する）、青色光透過領域ＢＦ（以下、単に「ＢＦ」と記載する）が形成されている。
そして、３枚の透明板ｃの各隣接間が１２０°間隔で３等分された開口部である３つの光透過部４Ｒ、４Ｇ、４Ｂに構成されている。
【００１６】
そして、これら３つの光透過部４Ｒ、４Ｇ、４Ｂは、回転中心線Ｐ３を挟んで、３枚のカラーフィルタ４ｄのＲＦ、ＧＦ、ＢＦにそれぞれ対向された光透過部に構成されている。
そして、下部の回転板４ａの下部の中心に固着された回転軸４ｅの回転中心線Ｐ３を白色光源２から出射される白色光Ｌ１の透過方向である水平な光軸Ｐ１に対して直角な垂直状に配置することにより、３枚のカラーフィルタ４ｄがその光軸Ｐ１に対して直角な垂直状に配置されている。なお、回転軸４ｅの下部にモータ４ｆが直結されている。
【００１７】
この投射型表示装置１は以上のように構成されていて、カラー映像の投射時には、透過型カラーホイール４をモータ４ｆによって例えば矢印ａ方向に回転駆動し、白色光源２から出射された白色光Ｌ１を集光レンズ３によってこの透過型カラーホイール４の３枚のカラーフィルタ４ｄのＲＦ、ＧＦ、ＢＦに順次に透過する。すると、ＲＦ、ＧＦ、ＢＦによって白色光Ｌ１が時間的に異なるＲ、Ｇ、Ｂの３色の有効光Ｌ２に分割され、その３色の有効光Ｌ２が集光レンズ５を通して空間光変調素子６に時間差を有して入射される。
【００１８】
そこで、空間光変調素子６で、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の有効光Ｌ２の入射時間に同期してＲ、Ｇ、Ｂの３色の映像信号を印加することによって時間的に異なるＲ、Ｇ、Ｂの３色の映像光Ｌ３に光変調して、その映像光Ｌ３を出射する。この時、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の映像光Ｌ３は人間の目には重なって見えるものであり、この映像光Ｌ３を投射レンズ７によってスクリーン８等に投射してフルカラーの映像を映し出すことができる。
【００１９】
この際、角筒型に構成されている透過型カラーホイール４によれば、図２の（Ａ）に示すように、この透過型カラーホイール４の１回転中に、白色光源２から出射された白色光Ｌ１を集光レンズ３を通して３枚のカラーフィルタ４ｄのＲＦ、ＧＦ、ＢＦにそれぞれ２回づつ透過させることができる。
【００２０】
即ち、図２の（Ａ）に示すように、透過型カラーホイール４のカラーフィルタ４ｄのＲＦが白色光源２（集光レンズ３）側で光軸Ｐ１上の原位置に位置している時には、白色光Ｌ１はそのＲＦを外側から内側方向へ透過して、回転中心線Ｐ３を挟んでＲＦと対向する光透過部４Ｒに抜けて、空間光変調素子（集光レンズ５）６側へ出射される（ＲＦに対する１回目の光透過作用が行われる）。
【００２１】
次に、図２の（Ｂ）に示すように、透過型カラーホイール４がその原位置から１８０°回転すると、カラーフィルタ４ｄのＲＦが空間光変調素子６（集光レンズ５）側で光軸Ｐ１上へ移動し、白色光Ｌ１は光透過部４Ｒから入射してカラーフィルタ４ｄのＲＦを内側から外側方向へ透過して、空間光変調素子６（集光レンズ５）側へ出射されることになる（ＲＦに対する２回目の光透過作用が行われる）。
【００２２】
そして、光透過作用は、カラーフィルタ４ｄのＧＦ、ＢＦについても同様に行われるので、この透過型カラーホイール４の１回転中に、白色光源２から出射された白色光Ｌ１を集光レンズ３を通して３枚のカラーフィルタ４ｄのＲＦ、ＧＦ、ＢＦにそれぞれ２回づつ透過させることができる。
【００２３】
従って、この透過型カラーホイール４によれば、１Ｈｚで回転させた時にＲＦ、ＧＦ、ＢＦが切り替わる周波数は１／（３ｎ）Ｈｚ（但し、ｎ＝２）となり、モータ４ｆの回転数を、図９及び図１０で説明した従来の透過型カラーホイール３４のモータ３４ｄの回転数の１／２に落としても、スクリーン８に投射される映像にちらつきが発生しないものとなる。
【００２４】
なお、この透過型カラーホイール４の３枚の透明板４ｃが方形状に形成されているので、これらの透明板４ｃにＲＦ、ＧＦ、ＢＦの３色のカラーフィルムを貼り付けて、ＲＦ、ＧＦ、ＢＦの３色のカラーフィルタ４ｄを製作する際には、そのＲＦ、ＧＦ、ＢＦの３色のカラーフィルムを方形状にカッティングして貼り付けることができ、ＲＦ、ＧＦ、ＢＦのカラーフィルムを扇形にカッティングするものと比べて、歩留りが良く、コストダウンを図ることができる。
【００２５】
また、ＲＦ、ＧＦ、ＢＦの３色のカラーフィルムを互いに独立されている３枚の透明板４ｃにそれぞれ独立して貼り付ければ良く、図１０で示した従来の透過型カラーホイール３４のように、扇形にカッティングしたＲＦ、ＧＦ、ＢＦのカラーフィルムを円弧状に継ぎ目なく位置合せしながら貼り付けるような面倒な作業を必要とせず、作業効率が良く、生産性が向上する。
【００２６】
更に、この透過型カラーホイール４は、３枚のカラーフィルタ４ｄの高さ寸法を集光レンズ３によって集光される白色光Ｌ１の光束の直径に見合う寸法に設定すれば良く、その透過型カラーホイール４の直径が投射型表示装置１の厚みに影響を及ぼすことがないので、その透過型カラーホイール４の直径を十分に小さく構成することができて、この投射型表示装置１の小型化、薄型化が可能である。
【００２７】
［第２の実施の形態］
次に、図４及び図５によって、透過型カラーホイールの第２の実施の形態について説明する。
この透過型カラーホイール４は円筒型に構成されていて、円形で平行な上下２枚の回転板４ａ、４ｂ間の外周に沿って透明なガラス板やプラスチック板等からなる方形状で円弧状に弯曲された３枚の透明板４ｃが回転中心線Ｐ３と平行な状態の垂直状に固着されている。そして、これら３枚の透明板４ｃは１２０°間隔で３等分された位置に配置されていて、これら３枚の透明板４ｃの外側面又は内側面にカラーフィルムの貼り付けやカラーフィルム素材の蒸着等にて形成された３枚の方形状のカラーフィルタ４ｄによってＲＦ、ＧＦ、ＢＦが形成されている。
【００２８】
そして、３枚の透明板４ｃの各隣接間が１２０°間隔で３等分された開口部である光透過部４Ｒ、４Ｇ、４Ｂに構成されていて、この第２の実施の形態においても、前述した第１の実施の形態と同等の効果を奏することができる。
【００２９】
［第３の実施の形態］
次に、図６によって、透過型カラーホイールの第３の実施の形態について説明する。
この透過型カラーホイール４は、図１〜図３で示した透過型カラーホイール４や図４及び図５で示したカラーホイール４をほぼコ字状のフレーム４ｇ内に水平な一対の回転軸４ｅによって水平状に回転自在に取り付けて、そのフレーム４ｇの一側部に取り付けたモータ４ｆによってこの透過型カラーホイール４を水平状態で回転駆動するように構成したものである。
但し、この第３の実施の形態においても、透過型カラーホイール４の水平な回転中心線Ｐ３は白色光Ｌ１の透過方向である水平な光軸Ｐ１に対して直角に配置される。
【００３０】
［第４の実施の形態］
次に、図７によって、透過型カラーホイールの第４の実施の形態について説明する。
この透過型カラーホイール４は、正六角形の角筒形状の３辺を構成する３枚の透明板４ｃにＲＦ、ＧＦ、ＢＦの方形状の３枚のカラーフィルタ４ｄを連続して形成し、その角筒形状の残りの３面を光透過部４Ｒ、４Ｇ、４Ｂに形成したものである。
そして、この透過型カラーホイール４によれば、図７の（Ａ）に示すように、初めの半回転で、白色光Ｌ１がＲＦ、ＧＦ、ＢＦのカラーフィルタ４ｄを順次外側から内側方向へ透過し、図７の（Ｂ）に示すように、残りの半回転で、白色光Ｌ１がＲＦ、ＧＦ、ＢＦのカラーフィルタ４ｄを内側から外側方向に透過することになる。
【００３１】
［第５の実施の形態］
次に、図８によって、透過型カラーホイールの第５の実施の形態について説明する。
この透過型カラーホイール４は、円筒形状の１／２を構成する透明板４ｃにＲＦ、ＧＦ、ＢＦの方形状の３枚のカラーフィルタ４ｄを連続して形成し、その円筒形状の残りの部分を光透過部４Ｒ、４Ｇ、４Ｂに形成したものである。
そして、この透過型カラーホイール４によれば、第４の実施の形態と同様に、図８の（Ａ）に示すように、初めの半回転で、白色光Ｌ１がＲＦ、ＧＦ、ＢＦのカラーフィルタ４ｄを順次外側から内側方向へ透過し、図８の（Ｂ）に示すように、残りの半回転で、白色光Ｌ１がＲＦ、ＧＦ、ＢＦのカラーフィルタ４ｄを内側から外側方向に透過することになる。
【００３２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変更が可能である。
例えば、透過型カラーホイールの周方向にＲＦ、ＧＦ、ＢＦの３つのカラーフィルタと、これらに対向する３つの光透過部を２組以上設けて、透過型カラーホイールの回転数を１／２に落とすことができるように構成することが可能である。
また、ＲＦ、ＧＦ、ＢＦの３つのカラーフィルタに、ＷＦ（白色光透過領域）を加えて、投射される映像の輝度を向上させることが可能である。
また、透過型カラーホイールの第１〜第５の実施の形態において、３つの光透過部４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ部分を透明なガラス板やプラスチック板等で閉塞して、透過型カラーホイールを正六角形状や円筒形状等の筒型に構成することも可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明の透過型カラーホイールと投射型表示装置は、映像にちらつきを発生させることなく、透過型カラーホイールの回転数を従来に比べて大幅に下げることができるので、モータの寿命の増大や騒音の軽減を図ることができる。カラーフィルタの製作に関し、カラーフィルムを方形状にカッティングして貼り付けることが可能であるから歩留りが良く、コストダウンを図ることができ、そのカッティングしたカラーフィルムを貼り付ける際の位置合せも容易であり、作業効率が高く、生産性が良い。透過型カラーホイールの直径を小さくすることができるので、投射型表示装置の小型化、薄型化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した透過型カラーホイールと投射型表示装置の第１の実施の形態を説明する模式図である。
【図２】本発明の透過型カラーホイールの第１の実施の形態の動作原理を説明する一部切欠き平面図である。
【図３】本発明の透過型カラーホイールの第１の実施の形態を説明する斜視図である。
【図４】本発明の透過型カラーホイールの第２の実施の形態の動作原理を説明する一部切り欠き平面図である。
【図５】本発明の透過型カラーホイールの第２の実施の形態を説明する斜視図である。
【図６】本発明の透過型カラーホイールの第３の実施の形態を説明する斜視図である。
【図７】本発明の透過型カラーホイールの第４の実施の形態の動作原理を説明する一部切り欠き平面図である。
【図８】本発明の透過型カラーホイールの第５の実施の形態の動作原理を説明する一部切欠き平面図である。
【図９】従来の投射型表示装置を説明する模式図である。
【図１０】従来の透過型カラーホイールのを説明する斜視図である。
【符号の説明】
１は投射型表示装置、２は光源である白色光源、４は透過型カラーホイール、３は集光レンズ、４ｄはＲＦ（赤色光透過領域）、ＧＦ（緑色光透過領域）、ＢＦ（青色光透過領域）のカラーフィルタ、４ｅは回転軸、４ｆはモータ、４Ｒ、４Ｇ、４Ｂは光透過部、４ｇはフレーム、５は集光レンズ、６は空間光変調素子、７は投射レンズである。

Claims (3)

1. 光源から出射された白色光が回転される複数のカラーフィルタに順次透過されることにより、該白色光が時間的に異なる波長帯域の有効光に分割される透過型カラーホイールにおいて、
   前記複数のカラーフィルタが前記光源から出射された白色光の透過方向に対して直角な回転中心の周りに回転されることにより、これら複数のカラーフィルタの１回転中に、前記光源から出射された白色光がこれら複数のカラーフィルタを外側から内側方向と、内側から外側方向にそれぞれ２回づつ透過されるように構成された
   ことを特徴とする透過型カラーホイール。
2. 前記複数のカラーフィルタがそれぞれ方形状に形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の透過型カラーホイール。
3. 請求項１に記載の透過型カラーホイールと、
   光源から出射された白色光が前記透過型カラーホイールの回転される複数の前記カラーフィルタに順次透過されて、時間的に異なる波長帯域に分割された有効光が入射され、該有効光の波長帯域に応じた映像信号が印加されることにより、該有効光が時間的に異なる波長帯域の映像光に変調される空間光変調素子と、
   該変調された映像光を投射する投射レンズとを備えた
   ことを特徴とする投射型表示装置。

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