JP2005250088A - 照明装置及び映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 輝度及び色再現性を向上することができ、且つ放電ランプの交換頻度が少ない照明装置及び映像表示装置を提供する。
【解決手段】 ＬＥＤ光源２から射出される光の波長帯域に属する光を反射し、それ以外の光を透過させる狭帯域フィルタ３を用い、放電ランプ光源１から射出される光と、ＬＥＤ光源２から射出される光とを重畳する。狭帯域フィルタ３により重畳された光は、カラーフィルタ５により時間的に色分解され、インテグレータロッド６及びリレーレンズ７を介してライトバルブ８に照射され、ライトバルブ８で空間変調されたのちスクリーンに投射される。光重畳を行うことにより、輝度及び色再現性を向上させることができ、また放電ランプの寿命を改善することもできる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、放電ランプ光源を用いた照明装置、及びこの照明装置の照明光を利用して映像をスクリーン等に投射する映像表示装置に関する。

近年、映像表示装置等に使用される照明装置では、光源として、放電ランプの代わりに、赤色、緑色及び青色の発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−１８６１１０号公報（第３−４頁、図１）

このような照明装置では、多数のＬＥＤをアレイ状に配列した光源を用いることで、必要な照明光束を確保している。しかしながら、ＬＥＤの数を増やすだけでは、照明に利用できる光束には光学的に限界がある。光源側のエテンデュ（光源面積と発散立体角との積）がライトバルブの被照明領域のエテンデュ（被照明領域の面積と照明光の立体角との積）より大きいと、照明領域に取り込むことができない光の割合が増加するためである。従って、赤色、緑色及び青色のそれぞれについて、個々のＬＥＤが必要な輝度を有していなければならない。

ここで、カラー映像を構成する３原色の光束比率は、赤色、緑色及び青色の順にほぼ１５：８０：５であり、緑色が圧倒的に多くの光束を要する。しかし、現在の緑色ＬＥＤは、３原色の中でも特に発光効率が低く、例えば投射光束５００ｌｍ（ルーメン）の映像表示装置を構成するために必要な輝度の数分の一から数十分の一程度である。また、赤色及び青色ＬＥＤの輝度も十分とはいえない。そのため、さらに高輝度のＬＥＤが開発されない限り、照明装置の放電ランプをＬＥＤに置き換えることは難しい。

一方、従来のように放電ランプから射出された光をフィルタ等により赤色光、緑色光及び青色光に色分解する構成では、次のような問題がある。すなわち、放電ランプから射出された光のスペクトル分布のため、例えば赤色光の光束が少ない場合等があり、３色のバランスを取るために緑色光及び青色光の光束を抑える必要があることから、輝度不足が生じ易い。また、上記スペクトル分布のため、色分解された赤色光等にも波長分布が存在し、色再現性が低下する傾向がある。さらに、放電ランプの寿命が数千時間と短いため、放電ランプを頻繁に交換しなければならない。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的は、輝度及び色再現性を向上し、且つ放電ランプの交換頻度を少なくすることができる照明装置及び映像表示装置を提供することにある。

本発明に係る照明装置は、放電ランプと、少なくとも一つの半導体発光素子と、前記放電ランプから射出された光と、前記半導体発光素子から射出された光とを重畳して照明光を生成する光重畳手段とを備えて構成されている。また、本発明に係る映像表示装置は、照明装置と、前記照明装置の照明光を映像信号に応じて空間的に変調する空間変調素子と、前記空間変調素子により変調された光を投射する投射光学系とを備えたものであって、前記照明装置が、放電ランプと、少なくとも一つの半導体発光素子と、前記放電ランプから射出された光と、前記半導体発光素子から射出された光とを重畳して照明光を生成する光重畳手段とを備えたものである。

本発明によれば、放電ランプから射出された光と、半導体発光素子から射出された光とを重畳することにより、輝度及び色再現性を向上させることができる。また、放電ランプの光出力を抑えることにより寿命を改善し、放電ランプの交換頻度を少なくすることができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る映像表示装置の基本構成を示す図である。この映像表示装置１００は、照明装置１０と、この照明装置１０の照明光を空間的に変調するライトバルブ８（空間変調素子）と、ライトバルブ８により変調された光を図示しないスクリーンに投射する投射光学系９とを有している。

照明装置１０は、光源として、放電ランプ光源１及びＬＥＤ光源（半導体発光素子）２を備えている。放電ランプ光源１は、図１において左右方向に規定される光軸Ａｘの方向に光を射出するものである。ＬＥＤ光源２は、光軸Ａｘに対して直交する方向に規定される光軸Ａｙの方向に、例えば波長帯域が約６３０〜６７０ｎｍの光を射出するものである。ここでは、ＬＥＤ光源２は、例えば、光軸Ａｙに直交する面内に２行２列に配列された４つのＬＥＤ素子２ａにより構成されている。ＬＥＤ光源２の射出側には、ＬＥＤ光源２から射出された光を略平行光にするためのコリメートレンズ１１が配置されている。

放電ランプ光源１から射出された光とＬＥＤ光源２から射出された光とが交わる位置、すなわち光軸Ａｘ，Ａｙの交差する位置には、狭帯域フィルタ（光重畳手段）３が設けられている。狭帯域フィルタ３は、その一方の面に放電ランプ光源１からの光が入射し、他方の面にＬＥＤ光源２からの光が入射するように、光軸Ａｘ，Ａｙに対して略４５度傾斜して配置されている。この狭帯域フィルタ３は、ＬＥＤ光源２から射出される光の波長帯域（ここでは６３０〜６７０ｎｍとする。）の光のみを反射するようになっている。

すなわち、放電ランプ光源１から射出された光のうち、６３０〜６７０ｎｍの波長帯域に属する光は狭帯域フィルタ３によって略９０度反射されて図中上方に進行し、当該波長帯域に属さない光は狭帯域フィルタ３を通過して光軸Ａｘの方向に進行する。また、ＬＥＤ光源２から射出された光はほぼ全て狭帯域フィルタ３により略９０度反射され、光軸Ａｘの方向に進行する。これにより、狭帯域フィルタ３は、放電ランプ光源１から射出された光とＬＥＤ光源２から射出された光とを、略光軸Ａｘ上で重畳するようになっている。

狭帯域フィルタ３の射出側（図中右側）には、狭帯域フィルタ３により重畳された光を集光するためのコンデンサーレンズ４が配置されている。このコンデンサーレンズ４の射出側には、コンデンサーレンズ４から射出された光を時間的に色分解するカラーフィルタ５が配置されている。カラーフィルタ５は、赤色光、緑色光及び青色光をそれぞれ透過させる３つの扇状の領域５Ｒ，５Ｇ，５Ｂ（図８（ｂ））を回転軸５Ｃの周囲に設けた回転円板（カラーホイール）である。カラーフィルタ５は、回転軸５Ｃを中心として回転することにより、領域５Ｒ，５Ｇ，５Ｂを順次光軸Ａｘ上に位置させることにより時間的に色分解を行う。カラーフィルタ５の射出側には、カラーフィルタ５を透過した光の空間的な光強度分布を均一にするためのインテグレータロッド６が配置されている。インテグレータロッド６の射出側には、インテグレータロッド６から射出された光をライトバルブ８に対して均一に照射するためのリレーレンズ７が設けられている。放電ランプ光源１及びＬＥＤ光源２からリレーレンズ７までの構成要素により、照明装置１０が構成されている。

ライトバルブ８は、図示しないコンピュータ等から入力された映像情報に基づいて、照明装置１０の照明光を空間的に変調するものである。このライトバルブ８は、一例としては、多数の微小な可動ミラーを光軸Ａｘに交差する面内に配置したものであり、映像情報に基づいて各可動ミラーの向きを変化させるものである。また、ライトバルブ８により変調された光を図示しないスクリーンに拡大投射するため、図１に破線で示す投射光学系９が設けられている。

このように構成された映像表示装置１００では、放電ランプ光源１及びＬＥＤ光源２から射出された光は、上述したように狭帯域フィルタ３により光軸Ａｘ上で重畳され、コンデンサーレンズ４によって集光され、カラーフィルタ５によって時間的に色分解された後、インテグレータロッド６を通過することによって空間的に均一な光強度分布となり、リレーレンズ７を介してライトバルブ８を均一に照明する。照明光は、ライトバルブ８により映像信号に基づいて空間的に変調され、投射光学系９により図示しないスクリーン上に拡大投射される。

なお、映像表示装置１００は、ライトバルブ８における映像の輝度又は色度をモニタし、ＬＥＤ光源２の光出力を調整するための出力制御装置１３を有している。放電ランプ光源１の光出力は数千時間の寿命の中で経時変化するため、出力制御装置１３は、放電ランプ光源１の光出力の経時変化に応じてＬＥＤ光源２の光出力を増加又は減少させ、常に一定の色調に保たれた映像を表示できるようにする。

次に、ＬＥＤ光源２の動作について説明する。図２（ａ）は、カラーフィルタ５の各領域５Ｒ，５Ｂ，５Ｇの切替タイミングを示す図であり、図２（ｂ）は、ＬＥＤ光源２が光を射出するタイミングを示す図である。ＬＥＤ光源２は、カラーフィルタ５が赤色光を透過させる時にのみ光を射出し、カラーフィルタ５が緑色光及び青色光を透過させる時には光を射出しない。そのため、ＬＥＤ光源２が光を射出している時間の割合、すなわちデューティ比は、連続駆動の場合（すなわちＬＥＤ光源２から連続的に光を射出した場合）の約３分の１となる。連続駆動の場合と比較して射出時間が短くなるため、同じ消費電力でもＬＥＤ光源２への定格入力（電力）を大きくすることができる。ここでは、入力を大きくした場合の出力の飽和等も考慮し、連続駆動の場合の定格入力の約２倍の入力を行うものとする。

次に、カラーフィルタ５及び狭帯域フィルタ３の作用について説明する。図３は、放電ランプ光源１の発光スペクトル分布を示す図であり、図４は、ＬＥＤ光源２の各ＬＥＤ素子の発光スペクトル分布を示す図である。ここでは、放電ランプ光源１への入力を１００Ｗとし、放電ランプ光源１から射出される光束を６０００ｌｍとする。また、ＬＥＤ光源２への入力を７Ｗとし、ＬＥＤ光源２から射出される光束を１００ｌｍとする。ＬＥＤ光源２から射出された光のうち、ライトバルブ８に到達する光の割合（伝達効率）を５０％とする。

図５は、カラーフィルタ５の領域５Ｒ，５Ｇ，５Ｂにおける透過特性を示す図である。図６は、狭帯域フィルタ３の透過特性を示す図である。図４及び図６から分かるように、狭帯域フィルタ３は、ＬＥＤ光源２から射出される光の波長帯域（６３０〜６７０ｎｍ）の光を反射し、その波長帯域外の光を透過させる。

図７（ａ）は、放電ランプ光源１から射出され、狭帯域フィルタ３を通過した光のスペクトル分布を示す図である。図７（ｂ）は、ＬＥＤ光源２から射出され、狭帯域フィルタ３を通過した光のスペクトル分布を示す図である。

放電ランプ光源１から射出された光は、狭帯域フィルタ３を通過すると、この狭帯域フィルタ３の透過特性（図６）のため、図７（ａ）に示すようにスペクトルにわずかに欠損が生じる。図７（ａ）に示すスペクトルの欠損部分（波長帯域６３０〜６７０ｎｍ）は、放電ランプ光源１から射出された光のうち、図１に示したように狭帯域フィルタ３により反射され、光軸Ａｘ外に向かう部分（すなわち捨てられる部分）に相当する。放電ランプ光源１から射出された光のうち狭帯域フィルタ３により反射されるのは、波長帯域６３０〜６７０ｎｍの光のみであり、青色及び緑色のスペクトル分布に影響はない。

一方、ＬＥＤ光源２から射出された光は、図７（ｂ）に示されるようにほぼ損失なく狭帯域フィルタ１で反射され、放電ランプ光源１の光軸Ａｘと略同一の軸上に導かれる。その結果、放電ランプ光源１及びＬＥＤ光源２から射出され、狭帯域フィルタ３において重畳された光は、図７（ｃ）に示すようなスペクトル分布を有することとなる。

図８（ａ）は、放電ランプのみを光源として使用した場合のカラーフィルタの構成例を比較例として示す図である。図８（ｂ）は、本実施の形態におけるカラーフィルタ５の構成を示す図である。本実施の形態におけるカラーフィルタ５（図８（ｂ））は、上述したように回転軸５Ｃを中心とした扇状の３つの領域５Ｒ，５Ｇ，５Ｂを有しているが、放電ランプのみを光源として使用した場合（図８（ａ））と比較して、赤色光を透過させる領域５Ｒの中心角が相対的に小さく、緑色光及び青色光を透過させる領域５Ｇ，５Ｂの中心角が相対的に大きくなるよう構成されている。これは、ＬＥＤ光源２から射出された光を重畳することにより赤色光の光束が増加するため、カラーフィルタ５が赤色光を透過させる時間（すなわち、赤色透過領域５Ｒが光軸Ａｘ上にある時間）を短くすることができるためである。

次に、本実施の形態における映像表示装置１００及び照明装置１０による作用効果について説明する。

本実施の形態では、放電ランプ光源１から射出されるこの赤色光のうち、狭帯域フィルタ３により反射される（すなわち損失となる）のは、波長帯域が６３０〜６７０ｎｍの光のみであり、この波長帯域に含まれない赤色光は、狭帯域フィルタ３を透過する。そのため、放電ランプ光源１から射出された赤色光のうち、狭帯域フィルタ３による透過損失は僅か１０％未満である。また、ＬＥＤ光源２から射出された光（波長帯域６３０〜６７０ｎｍ）は、狭帯域フィルタ３においてほぼ全て反射され、実際には９０％以上の光束が光重畳に利用される。そのため、放電ランプ光源１から射出された赤色光と、ＬＥＤ光源２から射出された光との重畳により、赤色光の光束が増加する。具体的には、光源として放電ランプのみを用いた場合に比べ、赤色光の光束は約２０％増加する。

図９は、放電ランプ光源１及びＬＥＤ光源２から射出された光を重畳することにより、全色の光束が増加する原理を説明するための図である。図９（ａ）は、光源として放電ランプのみを用いた場合の１フィールド内の光出力を模式的に示す図である。図９（ｂ）は、本実施の形態における照明装置１０からの１フィールド内の光出力を模式的に示す図である。図９（ａ）及び（ｂ）では、縦軸は、放電ランプ光源１の光出力を１とした相対的な光出力を示し、横軸は、カラーフィルタが赤色光、緑色光及び青色光を透過させる時間（すなわち、領域５Ｒ，５Ｇ，５Ｂがそれぞれ光軸Ａｘ上にある時間）を示している。

放電ランプ光源のみを用いた場合には、図９（ａ）に示すように、カラーフィルタ５が赤色光、緑色光及び青色光を透過させる時間（領域５Ｒ，５Ｇ，５Ｂがそれぞれ光軸Ａｘ上にある時間）は、ほぼ等しく設定される（厳密には、赤色光を透過させる時間が、緑色及び青色光を透過させる時間よりも長く設定される）。これに対し、本実施の形態では、ＬＥＤ光源２から射出された光の重畳により赤色光の光束が増加するため、放電ランプのみを用いた場合と比較して、カラーフィルタ５が赤色光を透過させる時間を短縮することができる。さらに、カラーフィルタ５が赤色光を透過させる時間を短縮することにより、その分だけカラーフィルタ５が緑色光及び青色光を透過させる時間を増加させることができ、その結果、赤色光の光束のみならず、緑色光及び青色光の光束をも増加させることができる。

図９（ａ）において、光出力と射出時間との積により定められる面積Ｓ_ｉ（ｉ＝Ｒ、Ｇ、Ｂ）は、光束を表すものである。同様に、図９（ｂ）において、光出力と射出時間との積により定められる面積Ｔ_ｉ（ｉ＝Ｒ、Ｇ、Ｂ）は、光束を表すものである。また、図９（ｂ）において赤色光の光束と射出時間との積Ｔ_Ｒは、放電ランプ光源１から射出された光Ｒ_ｌａｍｐの光束と射出時間との積Ｔ_Ｒ１と、ＬＥＤ光源２から射出された光Ｒ_ＬＥＤの光束と射出時間との積Ｔ_Ｒ２との和（Ｔ_Ｒ＝Ｔ_Ｒ１＋Ｔ_Ｒ２）である。

上述した面積Ｔ_ｉ及びＳ_ｉの間には、以下の関係式が成立する。
Ｔ_ｉ＝１．１４×Ｓ_ｉ … （１）
（ｉ＝Ｒ、Ｇ、Ｂ）

すなわち、本実施の形態によれば、放電ランプのみを光源として用いた場合と比較して光束を１．１４倍に増加することができ、高輝度化を実現することができる。なお、上記（１）式における１．１４は、本実施の形態における数値であり、放電ランプ光源１やＬＥＤ光源２の仕様によって異なる値をとるものである。

次に、本実施の形態に係る映像表示装置１００における放電ランプ光源１の長寿命化の作用について説明する。図１０は、一般的な放電ランプ光源１についての入力と寿命との関係を示している。図１０において、横軸は、放電ランプのみを光源として用いた場合の定格入力を１とした場合の相対的な入力の大きさを示し、縦軸は、上記定格入力に対する寿命を１とした場合の相対寿命を示している。図１０に示すように、放電ランプ光源１への入力が上記定格入力より大きい場合には、放電ランプ光源１の寿命は低下し、逆に上記定格入力より小さい場合には、寿命は長くなる。本実施の形態では、放電ランプ光源１への入力を上記定格入力よりも小さく抑えることにより、その長寿命化を図っている。

図１１（ａ）は、光源として放電ランプのみを用いた場合の１フィールド内の光出力を模式的に示す図であり、図１１（ｂ）は、本実施の形態における照明装置１０の１フィールド内の光出力を模式的に示す図である。光源として放電ランプのみを用いた構成では、放電ランプから射出される赤色光の光束が低いため、各色のバランスをとるために、図１１（ａ）で示したようにカラーフィルタが赤色光を透過させる時間を、カラーフィルタが緑色光及び青色光を透過させる時間よりも長くする必要がある。この状態での放電ランプ光源１の光出力を１とする。本実施の形態では、ＬＥＤ光源２から射出された光を重畳することにより、赤色光の光束が大きくなるため、図１１（ｂ）に示すように、放電ランプ光源１の光出力を０．８６まで減少させても、赤色光の光束を１にすることができる。

すなわち、本実施の形態では、放電ランプ光源１の光出力を０．８６まで減少させ、且つ図１１（ａ）に示した場合よりも短い時間で赤色光の光束を１にできるよう、ＬＥＤ光源２の光出力を調整する。その結果、カラーフィルタ５が赤色光を透過させる時間を短縮し、その分だけカラーフィルタ５が緑色光及び青色光を透過させる時間を増加させ、緑色光及び青色光の光束を増加させることができる。従って、放電ランプ光源１の光出力を減少させた場合でも、図１１（ａ）の場合と同等の光束を得ることができる。その結果、放電ランプ光源１の入力を上記定格入力よりも小さく抑えても、各色のバランスを保ちつつ十分な光束を得ることができる。これにより、放電ランプ光源１の寿命を改善することが可能になる。

ここでは、放電ランプのみを光源として用いた場合と比較して、放電ランプ光源１の光出力が０．８６倍となることから、放電ランプ光源１への入力（電力）は８６％で済む。図１０から、放電ランプ光源１への入力を８６％まで低下させた場合には、放電ランプ光源１の寿命が約１．５倍になり、放電ランプ光源１の寿命を大幅に改善することができる。

次に、本実施の形態による色再現生の向上について説明する。図１２は、本実施の形態における色度座標（太線）を、放電ランプのみを光源として用いた場合の色度座標（破線）と併せて示す図である。図１２に示すように、赤色の色度座標（ｕ’，ｖ’）は、放電ランプ光源のみの場合には（０．４２９，０．５３０）であるが、本実施の形態では、中心波長が６５０ｎｍの発光ダイオードから射出した光を重畳しているため（０．４４７，０．５２８）となる。また、色度座標上に示した色の再現範囲は、放電ランプのみを用いた場合に比べ、本実施の形態では、面積が約７％増加した。

以上説明したように、本実施の形態１によれば、放電ランプ光源１から射出された光に対してＬＥＤ光源２から射出された光を重畳するよう構成したので、輝度及び色再現性を向上させることができる。また、放電ランプ光源１への入力を抑えることにより寿命を改善し、交換頻度を少なくすることもできる。

特に、光重畳を行う際、狭帯域フィルタ３が反射する光の波長帯域（６３０〜６７０ｎｍ）が、カラーフィルタ５の赤色透過領域５Ｒを透過する赤色光の波長帯域に対して十分に狭いため、放電ランプ光源１の赤色光の透過損失（図７（ａ））を最小限に抑制しつつ、効率よく光重畳を行うことができる。

また、ＬＥＤ光源２を、カラーフィルタ５が赤色光を透過させるときに駆動することにより、ＬＥＤ光源２をデューティ比が例えば約３分の１となるようにパルス駆動することが可能になり、その結果、消費電力を低減し、省電力化に資することができる。また、ＬＥＤ光源２を連続駆動した場合と比較して、ＬＥＤ光源２への入力を２倍以上にすることもできるため、高出力化を図ることができる。

さらに、カラーフィルタ５において赤色光を透過させる領域５Ｒの中心角を相対的に小さくし、緑色光及び青色光を透過させる領域５Ｇ，５Ｂの中心角を相対的に大きくしたので（図８（ｂ））、緑色光及び青色光の光束をも増加させることができる。

なお、本実施の形態においては、ＬＥＤ光源２として、４個のＬＥＤ素子２ａからなる光源を用いたが、これに限るものではなく、少なくとも一つのＬＥＤ素子２ａを有するものであればよい。

また、本実施の形態においては、狭帯域フィルタ３が、ＬＥＤ光源２から射出された光の波長帯域の光のみを反射するように構成したが、当該波長帯域の光のみを透過させるように構成することもできる。この場合には、放電ランプ１及びＬＥＤ光源２を図１とは逆に配置することで、上述した効果と同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態においては、赤色のＬＥＤ光源２の基本特性を、中心波長６５０ｎｍ、半値幅２０ｎｍ、光束１００ｌｍと設定したが、これに限定されるものではない。例えば、ＬＥＤ光源２の射出する光の中心波長が長いほど色再現範囲を拡大する効果が大きく、半値幅が短いほど光重畳の効率が良くなる。また、ＬＥＤ光源２の光出力が大きいほど、照明装置１０の高出力化が可能となる。

また、ＬＥＤ光源２の波長帯域は、上述した波長帯域（６３０〜６７０ｎｍ）に限定されるものではなく、中心波長が可視域内にあればよい。例えば、緑色光又は青色光を射出するＬＥＤ光源を用いた場合であっても、上述した効果と同様の効果が得られる。

さらに、本実施の形態においては、ＬＥＤ光源２を用いたが、ＬＥＤ光源２の代わりに、レーザーダイオードやＥＬ（エレクトロルミネセンス）等、可視光を射出する半導体発光素子を用いても、同様の効果を得ることができる。ＬＥＤ光源を用いた場合には、比較的安価で寿命が長く、上述した光重畳を行うための構成を低コストで実現できるというメリットがある。

実施の形態２．
図１３は、本発明の実施の形態２に係る映像表示装置の照明装置１０Ａを含む部分を示す図である。この照明装置１０Ａは、光源として、放電ランプ光源１、赤色ＬＥＤ光源２１、緑色ＬＥＤ光源２２、及び青色ＬＥＤ光源２３を備えている。ＬＥＤ光源２１，２２，２３は、上述した放電ランプ光源１の光軸Ａｘの方向に一列に配列されており、この光軸Ａｘに対して直交する光軸Ａ１，Ａ２，Ａ３の方向にそれぞれ光を射出するようになっている。各ＬＥＤ光源２１，２２，２３の光軸Ａ１，Ａ２，Ａ３と放電ランプ光源１の光軸Ａｘとが交差する位置に、狭帯域フィルタ３１，３２，３３がそれぞれ設置されている。

狭帯域フィルタ３１は、赤色ＬＥＤ光源２１から射出された光の波長帯域に属する光を光軸Ａｘの方向に反射する。狭帯域フィルタ３２は、緑色ＬＥＤ光源２２から射出された光の波長帯域に属する光を光軸Ａｘの方向に反射する。狭帯域フィルタ３１は、青色ＬＥＤ光源２１から射出された光の波長帯域に属する光を光軸Ａｘの方向に反射する。これにより、ＬＥＤ光源２１，２２，２３から射出された赤色光、緑色光及び青色光は、放電ランプ光源１から射出された光に順次重畳される。

狭帯域フィルタ３１が反射する光の波長帯域は、カラーフィルタ５の赤色透過領域５Ｒを透過する赤色光の波長帯域よりも十分に狭い。同様に、狭帯域フィルタ３２が反射する光の波長帯域は、カラーフィルタ５の緑色透過領域５Ｇを透過する緑色光の波長帯域よりも十分に狭い。また、狭帯域フィルタ３３が反射する光の波長帯域は、カラーフィルタ５の青色透過領域５Ｒを透過する青色光の波長帯域よりも十分に狭い。従って、狭帯域フィルタ３１，３２，３３を透過する光の損失を最小限に抑制し、効率よく光重畳を行うことができる。

なお、青色狭帯域フィルタ３３の射出側には、実施の形態１において説明したように、コリメータレンズ４と、カラーフィルタ５と、インテグレータロッド６と、リレーレンズ７（図１）とが設けられ、これらによって照明装置１０Ａが構成されている。また、照明装置１０Ａの射出側には、実施の形態１において説明したように、ライトバルブ８（図１）及び投射光学系９（図１）が設けられている。

以上説明したように、本実施の形態によれば、３色のＬＥＤ光源２１，２２，２３から射出された光を放電ランプ光源１から射出された光に重畳するようにしたため、実施の形態１よりもさらに輝度及び色再現性を向上することができる。特に、光軸Ａｘに沿って配列した狭帯域フィルタ３１，３２，３３により光重畳を行うようにしたので、放電ランプ１から射出された光の損失を最小限に抑制し、効率よく光重畳を行うことができる。

なお、本実施の形態においては、赤色、緑色及び青色のＬＥＤ光源２１，２２，２３から射出された光を重畳したが、このような組み合わせに限定されるものではなく、波長帯域が互いに異なる発光ダイオードの組み合わせであればよい。この場合、各発光ダイオードの波長帯域が、それぞれのスペクトル分布が重ならない程度に離れていることが好ましい。

また、発光ダイオードの数は３つに限るものではなく、２以上であれば幾つでもよい。波長帯域が互いに近接した複数の光を重畳すれば、その波長帯域の色再現性に優れた映像を得ることが可能になる。また、放電ランプ光源１のスペクトル特性に応じて重畳する波長を選択すれば、従来であれば照明光源として使用できなかったようなスペクトル特性の放電ランプを使用することや、放電ランプの個体差による色調の相違を均一化したりすることも可能となる。

なお、本実施の形態ではＬＥＤ光源２１，２２，２３を用いたが、ＬＥＤ光源２１，２２，２３の代わりに、レーザーダイオードやＥＬ等、可視光を射出する半導体発光素子を用いても、同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
図１４は、本発明の実施の形態３に係る映像表示装置における照明装置１Ｂを示す図である。本実施の形態における映像表示装置の照明装置１０Ｂは、放電ランプ光源１と、ＬＥＤ光源２と、狭帯域フィルタ３と、コンデンサーレンズ４と、カラーフィルタ５と、インテグレータロッド６と、リレーレンズ７とを備えている。また、本実施の形態における映像表示装置は、照明装置１０Ｂの照明光を映像情報に応じて空間的に変調するライトバルブ８と、このライトバルブ８により変調された光を図示しないスクリーンに拡大投射するための投射光学系９（図１）とを有している。これらの構成は、実施の形態１で説明したとおりである。

本実施の形態における映像表示装置は、ＬＥＤ光源２の光出力を制御することにより階調表現を向上させてダイナミックレンジを広げるため、赤色に対応する画面全体の強度を検出し、所定の演算処理を行う演算装置１４と、この演算装置１４からの信号に基づいてＬＥＤ光源２の光出力を制御する制御装置１５とを有している。

ここで、ライトバルブ８として、微小な可動ミラーを用いて光の反射角度を変化させて空間変調をする素子を用いた場合には、映像信号の各色の階調を表現するのに、光照射時間をさらに細かく（数μｓ〜数ｍｓ程度に）分解し、各色の対応する光強度に応じて、その可動頻度を異ならせる方法（フィールドシーケンシャル方式）を採用している。映像表示の高画質化は、階調表示及びコントラストの向上により実現されるが、特に階調表示は画質を決定する大きな要因となるため、階調表示の向上は重要である。フィールドシーケンシャル方式の場合、映像の階調は時間分解された間隔に依存し、短時間で光を空間変調するほど、より細かい階調表示が可能になる。しかしながら、可動ミラーを用いるライトバルブでは、可動ミラーを機械的に駆動するスイッチング方式を採用しているため、高速駆動に限界があり、２５６階調（８ビット）を超える階調表示の実現が困難であった。

フルカラーと呼ばれる２５６階調の３色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）は、１６７７万色（２４ビット）を表示できるため普及しているが、近年では、さらに画質を向上させるためのトゥルーカラー（３２ビット）表示等に対応するため、ダイナミックレンジのさらなる拡大が求められている。そこで、可動ミラーを高速駆動する代わりに、照明光の光束を制御することが考えられている。この場合、映像信号のフレーム（例えば１／６０秒）毎、あるいは更に高速で、映像信号に対応して光強度を変化させる必要がある。

現在、映像装置の放電ランプとしては、発光効率が高く、短アーク光源であるため照明集光効率も高いという理由で、１００Ｗ〜３００Ｗ程度の超高圧水銀灯が使用されているが、点灯及び消灯に少なくとも数秒から数分の時間を要し、また、常時点灯でなければ安定な光出力が得られないため、上述した高速スイッチングには使用できない。これに対し、ＬＥＤでは、その光出力を１０^-6秒（μｓ）オーダーで極めて高速のスイッチングを行うことが可能で、例えば映像のフレーム（例えば１／６０秒）毎、あるいはそれ以上高速に、赤色の光強度を変化させることは十分可能である。以上の点を踏まえて、本実施の形態に係る映像表示装置の動作について説明する。

映像表示を行う際には、外部のコンピュータ等から映像信号がフレーム毎にメモリに取り込まれ、さらに各色（赤色、緑色及び青色）に対応した信号が選択されて順次ライトバルブ８に出力される。ライトバルブ８は、入力された各色毎の映像信号に基づき可動ミラーを駆動し、照明光の空間変調を行う。このとき、演算装置１４は、上記映像情報に基づいて、赤色に対応する画面全体の光強度を検出し、ライトバルブ８の空間変調に対応する演算処理を行ったのち、ライトバルブ８及び制御装置１５に信号を出力する。

ライトバルブ８は、２５６階調の場合、フレーム内の２５６個に分割された時間単位内において照明光を所定の方向に反射させることにより映像を表示する。本実施の形態では、２５６分割された時間単位毎に、制御装置１５が演算装置１４からの信号に基づきＬＥＤ光源２の発光制御を行うようにしてもよく、あるいは、２５６分割の時間単位に更に１個の時間単位を付加して、その時間単位内に、制御装置１５が演算装置１４からの信号に基づきＬＥＤ光源２の発光制御を行うようにしてもよい。これにより、放電ランプ光源１の光出力とＬＥＤ光源２の光出力との比率を変化させ、ライトバルブ８に照射される照明光の光束を調整することで、階調表現を向上させ、ダイナミックレンジを広げることができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ＬＥＤ光源２の光出力を制御することで、より小さな光束を制御することが可能になるため、階調表現を向上させてダイナミックレンジを拡大し、映像のさらなる高画質化に資することができる。

また、実施の形態１と同様、ＬＥＤ光源２をパルス駆動することが可能になるため（図２（ｂ））、消費電力が少なくて済み、省電力化に資することができる。また、デューティ比が約３分の１であるため、入力を例えば２倍にすることが可能となり、さらに高出力化が可能となる。また、狭帯域フィルタ３を用いることにより、放電ランプ光源１から射出された光のスペクトルの透過損失を最小限に抑制し、効率よくＬＥＤ光源２の光を重畳することができる。

さらに、本実施の形態においては、ＬＥＤ光源２の射出する光の中心波長が長いほど色再現範囲を拡大する効果が大きく、半値幅が短いほど光重畳の効率が良くなる。また、ＬＥＤ光源２の光出力が大きいほど、照明装置１０の高出力化が可能となる。

なお、本実施の形態では、実施の形態１と同様にＬＥＤ光源２の波長帯域を６３０〜６７０ｎｍとしたが、この波長帯域に限定されるものではなく、中心波長が可視域内にあればよい。例えば、緑色又は青色等の光を射出するＬＥＤ光源を用い、さらに各色に対応した画像フレームメモリ等と、各色の映像信号に基づく演算を行う演算装置とを用いることにより、同様の効果を得ることができる。

なお、本実施の形態においては、ＬＥＤ光源２を用いたが、ＬＥＤ光源２の代わりに、レーザーダイオードやＥＬ等、可視光を射出し、且つ高速でのスイッチングが可能な発光素子を用いても、同様の効果を得ることができる。

さらに、本実施の形態においては、１フレームを２５６分割したものに１個の時間単位を付加すると説明したが、複数の時間単位を付加してもよい。また、時間単位を付加する代わりに、２５６階調内においてＬＥＤ光源２の光出力を制御することによっても、ダイナミックレンジの拡大が可能になるという効果が得られる。

上述した実施の形態１〜３では、ＬＥＤ光源２として、４個の発光ダイオード素子２ａからなるものを用いたが、これに限るものではなく、１以上の発光ダイオード素子２ａからなるものであればよい。また、発光ダイオード素子２ａは、放電ランプ光源１の光軸Ａｘに対して垂直な法線を有する面内に配置されていると説明したが、ＬＥＤ光源２の光軸Ａｙと放電ランプ光源１の光軸Ａｘとのなす角度に対し、狭帯域フィルタ３の設置角度が適切に定められていればよい。

本発明の実施の形態１に係る映像表示装置を示す図である。 実施の形態１におけるＬＥＤ光源の駆動方法を説明するための図である。 実施の形態１における放電ランプの発光スペクトル分布を示す図である。 実施の形態１におけるＬＥＤ光源の発光スペクトル分布を示す図である。 実施の形態１におけるカラーフィルタの透過特性を示す図である。 実施の形態１における狭帯域フィルタの透過特性を示す図である。 実施の形態１における光重畳を説明するためのスペクトルを示す図である。 実施の形態１におけるカラーフィルタの各色の透過領域を示す図である。 実施の形態１における照明装置の光出力を模式的に示す図である。 実施の形態１における放電ランプの入力と寿命との関係を表す図である。 実施の形態１における照明装置の光出力を模式的に示す図である。 実施の形態１における色再現範囲を示す図である。 実施の形態２における映像表示装置の照明装置を示す図である。 実施の形態３における映像表示装置の照明装置を示す図である。

符号の説明

１ 放電ランプ光源、 ２ ＬＥＤ光源、 ３ 狭帯域フィルタ、 ４ コンデンサーレンズ、 ５ カラーフィルタ、 ６ インテグレータロッド、 ７ リレーレンズ、 ８ ライトバルブ、 ９ 投射光学系、 １０ 照明装置、 １１ コリメートレンズ、 １３ 出力制御装置、 １４ 演算装置、 １５ 制御装置、 ２１〜２３ ＬＥＤ光源、 ３１〜３３ 狭帯域フィルタ、 ４１〜４３ コリメートレンズ。

Claims (13)

1. 放電ランプと、
   少なくとも一つの半導体発光素子と、
   前記放電ランプから射出された光と、前記半導体発光素子から射出された光とを重畳して照明光を生成する光重畳手段と
   を備えたことを特徴とする照明装置。
2. 前記光重畳手段が、前記半導体発光素子から射出された光の波長帯域に属する光を反射させ又は透過させる狭帯域フィルタであり、その一方の面に前記放電ランプから射出された光が入射し、他方の面に前記半導体発光素子から射出された光が入射するよう配置されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記光重畳手段により重畳された光を時間的に色分割するカラーフィルタをさらに備え、
   前記半導体発光素子が、前記カラーフィルタが前記波長帯域の光を透過させる時にのみ駆動されることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
4. 互いに異なる波長帯域の光を射出する複数の半導体発光素子を備え、
   前記光重畳手段が、前記複数の半導体発光素子からそれぞれ射出された光を、前記放電ランプから射出された光に重畳することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の照明装置。
5. 前記複数の半導体発光素子が、前記放電ランプから射出された光の進行方向に沿って配列されており、
   前記光重畳手段が、前記複数の半導体発光素子から射出された光の各波長帯域に属する光をそれぞれ反射するよう、前記放電ランプから射出された光の進行方向に沿って配列された複数の狭帯域フィルタを有することを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
6. 前記半導体発光素子が、発光ダイオードであることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の照明装置。
7. 照明装置と、
   前記照明装置の照明光を映像信号に応じて空間的に変調する空間変調素子と、
   前記空間変調素子により変調された光を投射する投射光学系と、
   を備えた映像表示装置であって、
   前記照明装置が、
   放電ランプと、
   少なくとも一つの半導体発光素子と、
   前記放電ランプから射出された光と、前記半導体発光素子から射出された光とを重畳して前記照明光を生成する光重畳手段と
   を備えたことを特徴とする映像表示装置。
8. 前記光重畳手段が、前記半導体発光素子から射出された光の波長帯域に属する光を反射させ又は透過させる狭帯域フィルタであり、その一方の面に前記放電ランプから射出された光が入射し、他方の面に前記半導体発光素子から射出された光が入射するよう配置されていることを特徴とする請求項７に記載の映像表示装置。
9. 前記照明装置が、前記光重畳手段により重畳された光を、時間的に色分割するカラーフィルタをさらに備え、
   前記半導体発光素子が、前記カラーフィルタが前記波長帯域の光を透過させる時にのみ駆動されることを特徴とする請求項７又は８に記載の映像表示装置。
10. 前記照明装置が、互いに異なる波長帯域の光を射出する複数の半導体発光素子を備え、
    前記光重畳手段が、前記複数の半導体発光素子からそれぞれ射出された光を、前記放電ランプから射出された光に重畳することを特徴とする請求項７乃至９の何れか１項に記載の映像表示装置。
11. 前記複数の半導体発光素子が、前記放電ランプから射出された光の進行方向に沿って配列されており、
    前記光重畳手段が、前記複数の半導体発光素子から射出された光の各波長帯域に属する光をそれぞれ反射するよう、前記放電ランプから射出された光の進行方向に沿って配列された複数の狭帯域フィルタを有することを特徴とする請求項１０に記載の映像表示装置。
12. 前記空間変調素子における映像信号に基づいて、前記半導体発光素子の光出力を制御する制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項７乃至１１の何れか１項に記載の映像表示装置。
13. 前記半導体発光素子が、発光ダイオードであることを特徴とする請求項７乃至１２の何れか１項に記載の映像表示装置。

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