JP2005043704A - カラー表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カラーの位相合わせを容易にし、表示制御回路における専用の信号処理の削減や、負荷の低減，即ち作業を向上させることを可能にする。
【解決手段】光を放射する光源１と、この光源１からの光を複数の異なる所定の色光に選択分離する複数の色セグメントを備えたカラーホイール２と、このカラーホイール２から出射された光を変調する光変調手段４と、前記カラーホイール２から出射された光の一部を受光し、所定色光を検出する色光検知手段５とを少なくとも有し、前記色光検知手段５は、前記光変調手段４に入射する光の一部を受光できる位置に配置されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、カラーホイールを用いたカラー表示装置に関し、特に色光の位相を容易に合わせられるようにしたカラー液晶表示装置に関する。

現在、カラーホイールを用いたカラー液晶表示装置としては、白色光を時分割色分離を行う機能を有する表示装置等に用いられる色分解光学装置、特に投射レンズによりスクリーン上に拡大投射する投射型カラー画像表示装置がある。この投射型カラー画像表示装置は、画像表示デバイスの画像情報と、反射型又は透過型の３色以上の色セグメントで構成され回転される色フィルター（以下、カラーホイールという）の色分離タイミングとを制御させ、画像情報に色合成機能を持たせる構造を設けている。

図４は従来の反射型プロジェクタの一例で、カラーホイールを使用したカラー液晶表示装置の一を示す構成図である。図４のように、このプロジェクタは、ＶＧＡ（６４０ドットＸ４８０ライン）画面のＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）アナログ信号がコンピュータより入力されており、４千色の表示能力を有する反射型プロジェクタである。従って、ＲＧＢ各色とも４ビットの画像データを基に表示制御が成される。

このカラー液晶表示の装置は、メタルハロイドランプなどの白色光源のランプ１ａよりの白色光を第一のコンデンサレンズ８ａで集光し、集光最小面積部に配置され、映像信号の１フィールド期間に同一色選択特性の色フィルタが複数回通過するカラーホイール（回転色フィルタ）２ｅで色選択透過した光線を第二のコンデンサレンズ８ｂで、反射型表示ディバイス４ｃに投影し、入力端子９からの映像信号で光変調された反射光を投射レンズ６でスクリーン７に投射する反射型プロジェクタである。また、回転色フィルタ２ｅはモータ２ｂにより回転駆動され、その回転位相を表すインデックスはセンサ−５ｄにより検出される。

反射型表示ディバイス４ｃは，駆動入力信号９によりその反射率を１か０に制御する光スイッチ型の特性を有し、反射光の輝度はこの光スイッチのＯＮ／ＯＦＦ時間比率と人間の目の残像現象により、単位時間（３０〜６０ミリ秒）の平均輝度として表される。この装置が採用する反射型表示ディバイス４ｃは、全色反射面を有する強誘電体液晶デイバイス、もしくは、全色反射面を電歪制御するＤＭＤである。

表示制御装置３ｂは、映像入力端子９より入力されてたＶＧＡ画面のＲＧＢアナログ信号をアナログ／ディジタル変換した後、４ビットの色別ディジタル画像データとして循環的に記憶する画像記憶手段と、センサー５ｄで検出した回転位相よりタイミングパルスを生成する手段と、タイミングパルスによりディジタル画像データを色順、レベル順に読出し反射型表示ディバイス４を駆動する手段と、回転色フィルタ１を映像信号に同期した回転制御を行う手段とを有する。

さらに、モータ２ｂに回転駆動される回転色フィルタ２ｅを入力映像信号に同期して回転制御すると共にセンサ−５ｄで検出したインデックスよりタイミングパルスを生成し，このタイミングパルスにより画像記憶手段に記憶されているディジタル画像データを色順、レベル順に読出し、反射型表示ディバイス４ｃを駆動する．
回転色フィルタのカラーホイール２ｅは、ＲＧＢ原色の色フィルタ膜が回転円板上に形成されている。この回転円板は映像の１フィールド期間に１回転し、色フィルタ膜は各色の画像データビットに対応して形成される（例えば、特許文献１参照）。

次に、このカラーホイール２ｅの簡単な構成例を説明する。図５は他の従来例のカラーホイールを使用したカラー液晶表示装置を示す構成図で、図６（ａ）〜（ｃ）は図５のカラーホイールにおける色セグメントの位置と色分離後の彩色光、及びセンサー検出後の出力信号の関係を説明するタイミング図である。

この投射型カラー画像表示装置は、白色光源となる光源１、時分割色分離を行う透過型のカラーホイール２ｄ、画像情報と彩色光即ちカラーホイール回転の位相を制御する表示制御回路３ａ、画像情報を映像光に光変調する為の鏡面反射型光変調器４ｂ、カラーホイール２ｄを透過した彩色光の色成分を検出するセンサー５ｃ、赤成分のみ透過する特性を持たせたフィルタ５ｂ、スクリーン７に投射する為の投射レンズ６とから構成される。

この光源１からの白色光源はカラーホイール２ｄに入射され、時分割色分離された、赤色光（以下Ｒ光という）と、緑色光（以下Ｇ光という）と、青色光（以下Ｂ光という）及び白色光（以下Ｗ光という）の彩色光が出射される。その出射光は、画像情報を映像光に光変調する為の鏡面反射型光変調素子４ｂで処理され、光変調されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光の映像光が、投射レンズ６により拡大され、スクリーン７に投射される。また，カラーホイール２ｄには、タイミングマーク２ｆが設けられている。

従来のカラーホイール２ｄは、時系列的にフィルターＲ、フィルターＧ、フィルターＷ、フィルターＢと並ぶ構成となっている。また、カラーホイール２ｄの透過後の彩色光を検出する構成例の場合、カラーホイールにおける色セグメントの位置と色分離後の彩色光、及びセンサー検出後の出力信号の関係を、図６（ａ）〜（ｃ）に示している。

従来技術では、図６（ａ）において、フィルターＢからフィルターＲに切替わる時、及びフィルターＧからフィルターＷに切替わる時に、図６（ｃ）のように、センサー５ｃはＯＦＦ状態からＯＮ状態、即ちＬＯＷレベルからＨＩＧＨレベルを、表示制御回路３ａに出力する結果となり、表示制御回路３ａにおいて、カラーホイール２ｄのフィルターＧからフィルターＷへの切替わり時の過渡変化を無効にする様な信号処理を行う。

このような時系列的にフィルターＲ、フィルターＧ、フィルターＷ、フィルターＢと並ぶ構成のカラーホイール２ｄでは、専用の信号処理を追加する必要があるという欠点があった。また、カラーホイール２ｄに、タイミングマーク２ｆを貼る場合においては、貼る作業の手間及び接着位置を考慮するという負荷が生じる。

特開平１１−２３９３５９号公報

従来技術では、図６（ａ）〜（ｃ）において、フィルターＢからフィルターＲに切替わる時、及びフィルターＧからフィルターＷに切替わる時に、センサー５ｃはＯＦＦ状態からＯＮ状態、即ちＬＯＷレベルからＨＩＧＨレベルを、表示制御回路３ａに出力する結果となり、表示制御回路３ａにおいて、カラーホイール２ｄのフィルターＧからフィルターＷへの切替わり時の過渡変化を無効にする様な信号処理を行う。

このような、時系列的にフィルターＲ、フィルターＧ、フィルターＷ、フィルターＢと並ぶ構成のカラーホイール２ｄでは、専用の信号処理を追加する欠点があった。また、カラーホイール２ｄに、タイミングマークを貼る場合においては、貼る作業の手間及び接着位置を考慮するという負荷が生じる。

本発明の主な目的は、カラーの位相合わせを容易にし、表示制御回路における専用の信号処理の削減や、負荷の低減，即ち作業を向上したカラー表示装置を提供することにある。

本発明のカラー表示装置の構成は、光を放射する光源と、この光源からの光を複数の異なる所定の色光に選択分離する複数の色セグメントを備えたカラーホイールと、このカラーホイールから出射された光を変調する光変調手段と、前記カラーホイールから出射された光の一部を受光し、所定色光を検出する色光検知手段とを少なくとも有し、前記色光検知手段は、前記光変調手段に入射する光の一部を受光できる位置に配置されていることを特徴とする。

本発明において、カラーホイールは、光源からの光をそのまま出射するＷセグメントを備え、このＷセグメントと前記カラーホイールの第１色光を選択分離する第１色セグメントとが前記カラーホイールの回転方向で隣接して配置されている時、色光検知手段は前記第１色光を検出することができ、また、カラーホイールから出射された光の一部を所定位置に導く導光手段をさらに備え、この導光手段から出射された光を受光する位置に光色光検知手段が設けられることができる。

さらに、本発明において、複数の色セグメントは、全て異なる色光を出射することができ、また、複数の色セグメントは、それぞれ赤色（Ｒ色）、緑色（Ｇ色）および青赤色（Ｂ色）を出射するＲセグメント、ＧセグメントおよびＢセグメントからなることができ、さらに、カラーホイールが、透過型であるか反射型であることができ、
また、本発明において、入力された画像情報に基づいてカラーホイールの回転および光変調手段を制御する表示制御手段を備え、この表示制御手段が、光色検知手段の色光検出信号に基づいて表示画像の色同期制御を行う同期制御部を含むことができる。

このように本発明によれば、鏡面反射型光変調素子４の脇にセンサーを配置することにより、必然的に画像情報と色分離後の照射光の色成分の位相が合う効果が得られ、カラーホイールにタイミングマークを貼る必要がなく、またタイミングマークを貼る事による接着位置の誤差を考慮する必要も無くなる、という効果が得られる。また、カラーホイール に時系列的に赤の次に白が来る様にセグメントを配置する構造を持ち、鏡面反射型光変調器の脇にセンサーを配置する構造にすることで、カラーホイールで色分離された、Ｒ光と、Ｇ光と、Ｂ光及びＷ光と鏡面反射型光変調器における画像情報の位相を合わせる事が出来る様になる。

図１は本発明の一実施形態の構成を説明する投射型カラー画像表示装置のブロック図である。図１を参照すると、この投射型カラー画像表示装置は、時系列的に赤の次に白が来る様にセグメントを配置する構造を具備したカラーホイール２ａを有している。この投射型カラー画像表示装置は、白色光源となる光源１、赤緑青白の４色のセグメントで構成され時分割色分離を行う透過型のカラーホイール２ａ、画像情報と彩色光即ちカラーホイール回転の位相を制御する表示制御回路３、画像情報を映像光に光変調する為の画像表示デバイスである鏡面反射型光変調器４、カラーホイール２ａの回転位相を検出するためカラーホイール２ａを透過した彩色光の色成分を検出するセンサー５ａ、赤成分のみ透過する特性を持たせたフィルタ５ｂ、スクリーン７上に投射する為の投射レンズ６から構成される。

本実施形態に従い、カラーホイール２ａの色セグメントにおいて時系列的に赤の次に白が来る様に配置する構造を持たせ、鏡面反射型光変調器４の脇にセンサー５ａを配置し、カラーホイールの回転位相検出する機能を持たせた手段を設けている。

この光源１からの白色光源はカラーホイール２ａに入射され、時分割色分離された、Ｒ光と、Ｇ光と、Ｂ光及びＷ光の彩色光が出射される。その出射光は、画像情報を映像光に光変調する為の鏡面反射型光変調器４で処理され、光変調されたＲ光，Ｇ光，Ｂ光の映像光が、投射レンズ６により拡大され、スクリーン７上に投射される。

この光源光路に対し、本実施形態に従って設けられたセンサー５ａは、鏡面反射型光変調器４の脇に配置され、鏡面反射型光変調器４と同様の光源を受光し、センサー５ａの前面に配置したフィルタ５ｂによりフィルタリングされた光源を検出する機能を持つ。

その検出信号は表示制御回路３に入力され、表示制御回路３の働きによりカラーホイール２ａの回転位相と鏡面反射型光変調器４の画像情報を制御し映像光の合成を行う。こうして色分離された、Ｒ光と、Ｇ光と、Ｂ光及びＷ光と鏡面反射型光変調器４における画像情報の位相は同期することとなり、最適な映像光として投射レンズ６より出力される。

次に、カラーホイール２ａの詳細な構成について説明する。図１において、カラーホイール２ａは、４種類の色フィルタにより構成され、Ｒ光を透過するフィルターＲ、Ｇ光を透過するフィルターＧ、Ｂ光を透過するフィルターＢ、Ｗ光を透過するフィルターＷからなる。また、カラーホイール２ａはモータ２ｂを設けて、表示制御回路３にてその回転を制御する。

図２（ａ）〜（ｃ）は図１の本実施形態におけるカラーホイール２ａの構成例が示されている。図１において、カラーホイール２ａの回転方向は反時計周りとなっており、色フィルタの配列を，図１に示す様並べる事により、光源光路を横切る順番が時系列的にフィルターＲの次にフィルターＷが来る構成となる。この時、フィルターＷの後にはフィルターＧ、フィルターＢと並ぶ構成となっているが、フィルターＧ、フィルターＢを入替える事もできる。なお、図１における光源１、鏡面反射型光変調器４、投射レンズ６は、当業者にとってよく知られており、また本発明とは直接関係しないので、その詳細な構成は省略する。

次に、本実施形態の動作につき説明する。本実施形態である時系列的に赤の次に白が来る様にセグメントが配置された構造を具備したカラーホイール２ａは、図２（ａ）の如く表現する事ができる。まず、光源光路がフィルターＢを透過している時、透過光は図２（ｂ）に示す青成分を持った彩色光となり、鏡面反射型光変調器４、及びフィルタ５ｂに集光される。

フィルタ５ｂは赤成分のみ透過する特性を持たせたフィルタである為、センサー５ａで検出出来ず，図２（ｃ）に示す様に、ＯＦＦ状態、即ち、ＬＯＷレベルを表示制御回路３に出力する。次に，光源光路がフィルターＢからフィルターＲに掛かり始めると、図２（ｂ）に示す青成分及び赤成分を持つ彩色光となり、鏡面反射型光変調器４、及びフィルタ５ｂに集光される。この時、フィルタ５ｂは赤成分のみ透過する特性を持たせたフィルタである為、センサー５ａで検出される様になり，図２（ｃ）に示す様に、ＯＦＦ状態からＯＮ状態、即ちＬＯＷレベルからＨＩＧＨレベルを表示制御回路３に出力する。
同様に、光源光路がフィルターＲ、フィルターＲからフィルターＷ、フィルターＷ、フィルターＷからフィルターＧに掛かる間はセンサー５ａの出力はＨＩＧＨレベルを保っている事になる。その後、フィルターＧ、フィルターＧからフィルターＢの期間では、センサー５ａで検出出来ずＯＦＦ状態、即ちＬＯＷレベルを出力する動作を繰返す事になる。

以上から、カラーホイール２ａが１回転する間に光源光路がフィルターＢからフィルターＲに切替わるタイミングでのみ、センサー５ａの出力がＬＯＷレベルからＨＩＧＨレベルに切替わる事となる。よって表示制御回路３において、センサー５ａの出力がＬＯＷレベルからＨＩＧＨレベルに切替わるタイミングと鏡面反射型光変調器４の画像情報とを制御出来る様になる。また、フィルターＲ、フィルターＧ、フィルターＢ、フィルターＷの角度は一定であり、このフィルターＢからフィルターＲに切替わる位相が合う事で、カラーホイール２ａが１回転する周期と各フィルタの角度の割合から各フィルタの切替わるタイミングが予測出来る。

その結果、カラーホイール２ａで色分離された、Ｒ光と、Ｇ光と、Ｂ光及びＷ光と鏡面反射型光変調素子４における画像情報の位相は同期することとなり、最適な映像光として投射レンズ６より出力される。

本発明の他の実施例として、その基本的動作は、上述の通りであるが、センサー５ａを鏡面反射型光変調器４ａの脇に配置するのではなく、本来センサー５ａで受光すべき光源光束を特定方向に導く、ミラー等の光束誘導装置を配置し、別の場所に設置したセンサー５ａまで光束を導く構成にする。このように本実施例では、センサー５ａの配置に制約が無くなるという効果が得られる。

図３は本発明のさらに他の実施例として、その基本的動作及び構成は、図１の通りであるが、センサー５ｂで受光すべき点と、鏡面反射型光変調器４ａとの位置関係に特徴を持たせた構成である。図３において、鏡面反射型光変調器４ａの画像表示範囲４ｄの上部の彩色光切替わりと、センサー５ａ検出部の彩色光切替わりの位置が合う様に配置するものである。このようにする事により、本実施例において、カラーホイール２ｃの色セグメントの形状が特殊な場合においても、カラーホイール２ｃにタイミングマークを貼ることなく、鏡面反射型光変調素子４ａにおける画像情報とカラーホイール２ｃによる色分離後の彩色光の位相を合わせる事ができる。

本発明の第１の実施形態を説明するカラー表示装置のブロック図。 （ａ）〜（ｃ）は図１のカラーホイール２の部分における動作を説明するカラーホイールの色部分、その色出力およびセンサー出力のタイミング図。 本発明の第２の実施形態におけるカラーホイール、光変調器、センサーの部分の配置図。 従来例のカラー液晶表示装置のブロック図。 他の従来例のカラー表示装置のブロック図。 （ａ）〜（ｃ）は図５のカラーホイール２の部分における動作を説明するカラーホイールの色部分、その色出力およびセンサー出力のタイミング図。

符号の説明

１ 光源
１ａ ランプ
２ａ，２ｃ，２ｄ，２ｅ カラーホイール
２ｂ モータ
２ｆ タイミングマーク
３，３ａ，３ｂ 表示制御回路
４，４ａ，４ｂ 鏡面反射型光変調器
４ｃ 反射型表示デバイス
４ｄ 画像表示範囲
４ｅ 光源光束範囲
５，５ａ，５ｃ，５ｄ センサ−
５ｂ フィルタ
６ 投射レンズ
７ スクリーン
８ａ，８ｂ コンデンサレンズ
９ 映像入力端子

Claims (8)

1. 光を放射する光源と、この光源からの光を複数の異なる所定の色光に選択分離する複数の色セグメントを備えたカラーホイールと、このカラーホイールから出射された光を変調する光変調手段と、前記カラーホイールから出射された光の一部を受光し、所定色光を検出する色光検知手段とを少なくとも有し、前記色光検知手段は、前記光変調手段に入射する光の一部を受光できる位置に配置されていることを特徴とするカラー表示装置。
2. カラーホイールは、光源からの光をそのまま出射するＷセグメントを備え、このＷセグメントと前記カラーホイールの第１色光を選択分離する第１色セグメントとが前記カラーホイールの回転方向で隣接して配置されている時、色光検知手段は前記第１色光を検出する請求項１記載のカラー表示装置。
3. カラーホイールから出射された光の一部を所定位置に導く導光手段をさらに備え、この導光手段から出射された光を受光する位置に光色光検知手段が設けられた請求項２記載のカラー表示装置。
4. 複数の色セグメントは、全て異なる色光を出射する請求項１，２または３記載のカラー表示装置。
5. 複数の色セグメントは、それぞれ赤色（Ｒ色）、緑色（Ｇ色）および青赤色（Ｂ色）を出射するＲセグメント、ＧセグメントおよびＢセグメントからなる請求項１，２、３または４記載のカラー表示装置。
6. カラーホイールが、透過型である請求項１乃至５のいずれか１項に記載のカラー表示装置。
7. カラーホイールが、反射型である請求項１乃至５のいずれか１項に記載のカラー表示装置。
8. 入力された画像情報に基づいてカラーホイールの回転および光変調手段を制御する表示制御手段を備え、この表示制御手段が、光色検知手段の色光検出信号に基づいて表示画像の色同期制御を行う同期制御部を含む請求項１乃至７のいずれか１項に記載のカラー表示装置。
   

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