JP2005266324A - 投射光学装置および投射型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 第一のカラーホイールと第二のカラーホイールと、カラーホイールの位相を制御する同期装置を備え、スクリーン上の画質を明るさ重視から色再現性重視に切替え可能な投射型画像表示装置を得ることを目的とする。
【解決手段】 この発明に係る投射型画像表示装置において、回転によって光源からの光を透過特性に応じて着色光に分光する第一のカラーホイールと、回転によって第一のカラーホイールからの着色光を分光する第二のカラーホイールと、第二のカラーホイールを透過した着色光を変調又はスイッチングして映像光を反射する反射表示デバイスと、映像信号入力部からの映像信号に同期するカラーホイールの回転を制御し、画質切替えによりカラーホイールの位相を変化させる同期装置と、反射表示デバイスの駆動を制御する反射駆動制御部とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ランプ光源が発した白色光を、時分割で赤、緑、青に分光するカラーホイールに関し、そのカラーホイールから透過した着色光を反射表示デバイス上に照射し、形成された映像光を投射レンズを介してスクリーン上に拡大投射する投射光学装置及びこれを備えた投射型画像表示装置に関するものである。

従来の投射光学装置の光学系は、白色の集光光を出射するランプ装置と、ランプ装置からの集光光を入射し時分割で着色光に分光するカラーホイールと、カラーホイールを透過した着色光を入射し断面照度分布が均一な光束として出射面から出射する光ミキシング素子と、光ミキシング素子から出射された着色光を屈折させるリレーレンズと、リレーレンズを透過した着色光を入射し映像信号に応じて光を変調又はスイッチングして映像光を反射するデジタルマイクロミラーデバイス（以下、ＤＭＤと称す）と、この映像光をスクリーンに拡大投射する投射レンズと、により構成されている（例えば、特許文献１参照）。ここで、光ミキシング素子の出射面とＤＭＤとは光学的な共役関係になるように設計される。この従来例に用いられるカラーホイールは、透過光の色透過特性が異なる扇状のフィルタセグメントを３色（赤色、緑色、青色の三原色）若しくは４色（白色を追加）備え、これらのフィルタセグメントを相互に接着したディスク形状の構成となっている。ここで、カラーホイールのフィルタセグメントに少なくとも三原色を備える理由は、光の性質上、カラーホイール上の任意の点を円周方向に一周させた場合に、その色情報に偏りが無く、一周の積分値が白色光になる、ということがカラーホイールの色構成を考えるときの条件だからである。また、さらに白色のフィルタセグメントを加える理由は、三原色のフィルタセグメントからの透過光と比べて３倍の光量を持つことから、白い文字の視認性向上や明るい場所でのスクリーン投射に適するからである。

従来の投射型画像表示装置においては、上述の投射光学装置と、外部より入力された映像信号のフレームレートと同期するようにカラーホイールの回転を制御する制御回路と、カラーホイールの回転に同期して基準信号を出力するセンサと、センサからの基準信号を入力してＤＭＤの光変調又はスイッチング処理を制御するＤＭＤ制御回路と、ＤＭＤ制御回路からの制御信号に応じてＤＭＤに入射される着色光の色に対応するカラーデータをＤＭＤに伝送するメモリと、により構成されている（例えば、特許文献２参照）。

このように構成された投射型画像表示装置を用いて外部から入力された映像信号をスクリーンに投射する方法としては、入力された映像信号のフレームレートを制御回路が検出すると、このフレームレートと同期するようにカラーホイールの回転速度を制御する。ランプ装置より出射された白色の集光光が、回転するカラーホイールの３色又は４色の各フィルタセグメントに照射されると、カラーホイールを透過した集光光は各フィルタセグメントの配分に応じて時分割された赤色（以下、Ｒと称す）、緑色（以下、Ｇと称す）、青色（以下、Ｂと称す）、白色（以下、Ｗと称す）の着色光となる。この時分割された着色光は、断面照度分布が均一の光束となった状態で光ミキシング素子より出射され、リレーレンズで屈折された後、ＤＭＤに順番に照射する。このとき、センサよりカラーホイールの回転に同期して基準信号が発信されると、ＤＭＤ制御回路は基準信号に基づきＤＭＤに照光されているＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗの光の色に対応する映像信号のカラーデータをメモリから順番に読み取ると同時に、ＤＭＤに対して光変調又はスイッチング処理の制御信号を発信する。ＤＭＤは、ＤＭＤ制御回路からの制御信号により超高速に着色光を変調又はスイッチングして映像信号に応じたＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗの映像光を投射レンズに反射する。投射レンズがＤＭＤより入射したＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗの映像光を順番にスクリーンに拡大投射する。ここで、色の交代周期が十分に早ければ、これらの色は観測者の脳で合成され、フルカラーの映像として認識される。これにより、目の残像効果を利用して、拡大された映像がスクリーン上に映し出される。このように投射型画像表示装置は目の残像効果を利用したものであるため、時分割でＲ、Ｇ、Ｂに分光する際、その分割回数が多ければ多いほど、すなわち、分割されたひとつの時間が短ければ短いほど、そのカラー表示は優れたものとなることが経験的に言える。

特開２００２−１２２８０５号公報（図１） 特開平０９−０５４２６７号公報（図２）

しかしながら、従来例の投射光学装置及びこれを備えた投射型画像表示装置では、以上のように一枚のカラーホイールを回転させて時分割に着色光を得る構成としているため、例えば三原色のフィルタセグメントを備えたカラーホイールを用いた場合、各フィルタセグメントが所望の色のみを透過し、残りの波長の光を反射してしまう結果として、ランプ光源で発生した光はカラーホイールでその強度を３分の１に減らしてしまう。これにより、反射表示デバイスでは、時間順次とは言え、常に三原色のいずれかの光しか利用することができず、ランプ光源全体の光に対する光利用効率はランプ装置の白色光を再現する場合、最高でも３分の１にしかならない。従い、三原色のフィルタセグメントを備えた一枚のカラーホイールを用いた投射型画像表示装置では、ランプ光源から出射した光を有効に使えず、スクリーンに表示される映像が暗くなってしまうという問題があった。

この問題を解消するため、上述のように三原色にさらに白色を加え４色のフィルタセグメントを備えた一枚のカラーホイールを投射型画像表示装置に搭載する方法が従来採用されていた。この場合、白色のフィルタセグメントからの透過光はＲ、Ｇ、Ｂの光を全て透過するため、三原色のフィルタセグメントを備えたカラーホイールからの透過光と比較すると３倍の光量を持つＷの光となる。このＷの光がＤＭＤに入射し、スクリーンにＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗの各色の映像が順番に映し出されることで、スクリーン上に表示される映像が明るくなる。また、同様の原理によってＲ、Ｇ、Ｂの三原色全ての混色により作られる色を表示する場合にも、カラーホイールからのＷの透過光を加算することで映像の明るさを稼ぐ方法も従来採用されている。

しかしながら、このような４色のフィルタセグメントを備えた一枚のカラーホイールを搭載した従来例の投射型画像表示装置の場合、Ｒ、Ｇ、Ｂの混合比が異なる色、例えばＧとＢの混合比が少ない赤みの強いＷの映像を得ようとする場合には、Ｗのフィルタセグメントを透過したＷの光がさらに加算されると、スクリーン上に表示される映像は結果的に赤みの弱いＷとなってしまい、投射型映像表示装置に入力される映像信号とスクリーン上に表示される映像とでは、その再現される色が異なってしまうという問題があった。

このように、白色のフィルタセグメントを備えたカラーホイールを用い、この白色のフィルタセグメントの面積を大きくすればするほど、カラーホイールからの透過光に占めるＷの光の割合が増えるため、より一層スクリーンに表示される映像を明るくすることが出来るが、その反面、Ｗの光の混合比が増える結果として、Ｗ以外の色について、投射型画像表示装置に入力された映像信号とスクリーン上に表示される映像との色の差が更に大きくなってしまう。以上より、従来の投射型画像表示装置の構成では、色の明るさ又はその色の再現性のいずれか一方のみを備えた映像がスクリーンに表示されるため、例えば操作者のニーズとして、色の明るさが要求されるデータプロジェクタとして用いる場合、色の再現性が確保されたとしても色の明るさが実現されなければ、スクリーン上のデータを的確に視認することが出来ず、使い勝手が悪くなる。また、色の再現性が要求される屋内でのビデオプロジェクタとして用いる場合、色の明るさが確保されたとしても、相対的にＲ、Ｇ、Ｂ領域の面積が減少することにより色の再現性も損なわれてしまう。

この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、投射光学装置及びこれを備えた投射型画像表示装置において、外部環境や操作者の使用用途等に応じて、スクリーンに表示される映像を明るさ重視から色再現性重視に可逆的に画質切替えすることが可能な投射光学装置及びこれを備えた投射型画像表示装置を得ることを目的とする。

この発明に係る投射型画像表示装置において、白色の集光光を出射するランプ装置と、色透過特性が異なるフィルタセグメントによりディスク状に構成され、ランプ装置からの白色光を着色光に分光する第一のカラーホイールと、同じく透過特性が異なるフィルタセグメントによりディスク状に構成され、第一のカラーホイールからの着色光を同色または異色の着色光に分光する第二のカラーホイールと、第二のカラーホイールからの着色光を変調又はスイッチングして映像光を形成する反射表示デバイスとを備えた投射光学装置と、外部からの映像信号を入力する映像信号入力部と、第一のカラーホイールと第二のカラーホイールとが所定の位相において同期回転を行うように制御する同期装置と、反射表示デバイスの駆動を制御する反射制御駆動部と、記憶した映像信号を反射表示デバイスに送り出すメモリと、同期装置に対して画質切替えのための信号を発する画質切替入力と、を設ける。

この発明に係る投射型画像表示装置によれば、第一のカラーホイールと第二のカラーホイールと、この第一のカラーホイールと第二のカラーホイールの同期回転を制御する同期装置を備え、画質切替入力からの入力信号により同期装置が、これら二枚のカラーホイールの位相を予め設定された所定値となるよう変化させることで、カラーホイールの色透過特性におけるＷの領域を増減可能とする構成としたため、反射表示デバイスに入射される着色光の時分割パターンを変更でき、これによりスクリーンに表示される映像を明るさ重視から色再現性重視に可逆的に変えることができる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る投射光学装置及び投射型画像表示装置の構成を概略的に示す図である。
図２は、図１に示される第一のカラーホイールの起動状態における正面図である。
図３は、図１に示される第二のカラーホイールの起動状態における正面図である。
図４は、図２及び図３に示される２枚のカラーホイールの色透過特性を合わせた図である。
図５は、図１に示される光ミキシング素子の構成を示す斜視図である。
図６は、図１に示される同期装置の制御系を示すブロック図である。
図７は、図６に示された同期装置の起動後の制御動作を説明するフローチャートである。
図８は、図１及び図５に示される光ミキシング素子の機能を説明するための図である。
図９は、図６に示された同期装置の画質切替入力後の制御動作を説明するフローチャートである。
図１０は、図２に示される第一のカラーホイールの画質切替え後の状態を表す正面図である。
図１１は、図３に示される第二のカラーホイールの画質切替え後の状態を表す正面図である。
図１２は、図１０及び図１１に示される２枚のカラーホイールの色透過特性を合わせた図である。
図１において、１は、投射光学装置である。この実施の形態１に係る投射光学装置１において、焦点Ｐに集光する白色の光Ｌ２を出射するランプ装置２と、集光光Ｌ２を時分割で着色光Ｌ３に分光するディスク状の第一のカラーホイール３１と、着色光Ｌ３をさらに時分割で着色光Ｌ４に分光するディスク状の第二のカラーホイール３２と、第一のカラーホイール３１の中心位置を回転中心として時計方向に回転駆動する駆動手段４１と、第二のカラーホイール３２の中心位置を回転中心として第一のカラーホイール３１と同じ時計方向に回転駆動する駆動手段４２と、第二のカラーホイール３２を透過し焦点Ｐに集光された着色光Ｌ４を入射面より入射し断面照度分布を均一化した光束Ｌ５として出射面より出射する光ミキシング素子５と、この光ミキシング素子５からの光束Ｌ５を入射して全体を屈折する集光光学系６と、入力された映像信号に応じて集光光学系６からの光Ｌ６を変調もしくはスイッチングする反射表示デバイス７と、反射表示デバイス７において形成された映像光Ｌ７をスクリーン（図示せず）上に拡大投射する投射レンズ８、とにより構成される。

ランプ装置２は、光Ｌ１を発するランプ光源２ａと、光軸ＡＸを中心とした回転楕円面形状の光反射面で、ランプ光源２ａからの光Ｌ１を反射して集光光Ｌ２にするランプリフレクタ２ｂとから構成される。この実施の形態１におけるランプ光源２ａとしては、高圧水銀ランプを用いる。

第一のカラーホイール３１は、図２に示すように、その周方向（回転方向）に色透過特性が異なる扇状の赤色光フィルタセグメント３１ａ、緑色光フィルタセグメント３１ｂ、青色光フィルタセグメント３１ｃ、及び白色光フィルタセグメント３１ｄにより構成されている。この実施の形態１における各フィルタセグメントの配分は、カラーホイール３１の中心角度３６０度の内、１８０度が白色光フィルタセグメント３１ｄであり、残り１８０度が赤色光フィルタセグメント３１ａ、緑色光フィルタセグメント３１ｂ、青色光フィルタセグメント３１ｃにより各々６０度の角度で分割されている。また、第二のカラーホイール３２は、図３に示すように、この実施の形態１では第一のカラーホイール３１と同じく周方向（回転方向）に色透過特性が異なる扇状の赤色光フィルタセグメント３２ａ、緑色光フィルタセグメント３２ｂ、青色光フィルタセグメント３２ｃ、及び白色光フィルタセグメント３２ｄにより構成されている。また、各フィルタセグメントの配分は第一のカラーホイール３１と同一である。以上より、この実施の形態１において、第一のカラーホイール３１における白色光フィルタセグメント３１ｄの領域と第二のカラーホイール３２における赤色光フィルタセグメント３２ａと緑色光フィルタセグメント３２ｂと青色光フィルタセグメント３２ｃを合わせた領域は、カラーホイールの径の大小に拘らず相似関係にある。第一のカラーホイール３１と第二のカラーホイール３２とは、互いの中心位置を結ぶ線が光軸ＡＸに平行し、各々のホイール面が光軸ＡＸと直交する位置に備えられる。また、図２の３１ｅはランプ装置１から送り込まれる集光光Ｌ２が照射するスポットであり、図３の３２ｅは第一のカラーホイール３１からの着色光Ｌ３が照射するスポットである。図２の３１ｆは第一のカラーホイール３１の時計方向の回転駆動によりランプ装置１からの集光光Ｌ２が照射するスポット３１ｅの軌跡であり、図３の３２ｆは第二のカラーホイール３２の時計方向の回転駆動により着色光Ｌ３が照射するスポット３２ｅの軌跡である。また、第一のカラーホイール３１及び第二のカラーホイール３２には、それぞれ白色光フィルタセグメントと赤色光フィルタセグメントとの境界に基準線３１ｇ及び基準線３２ｇが備えられている。投射光学装置１の起動状態において、この基準線３１ｇと基準線３２ｇとは、一致している関係（以下、基準位置という）にあるものとする。

この実施の形態１において、駆動手段４１及び４２にはモーターを用いる。

光ミキシング素子５は、図１及び図５に示すように、入射面５ａ及び出射面５ｂを開口部とし、入射面５ａと出射面５ｂとを繋ぐ側壁５ｃの内側を反射面にした四角筒状構造の光学素子である。尚、集光光Ｌ２の焦点Ｐは、光ミキシング素子５の入射面５ａ上にあるものとする。

この実施の形態１における反射表示デバイス７には、例えば個別のマイクロ機械素子アレイを有する空間光変調器であるＤＭＤが利用できる。この反射表示デバイス７と前述の光ミキシング素子５の出射面５ｂとは、光学的な共役関係にあるものとする。

尚、本発明の実施の形態１における上記の各構成部品は、全て公知のものを用いる。

図１において、９は投射型画像表示装置であり、前記投射光学装置１と、外部からの映像信号を入力する映像信号入力部１０と、映像信号入力部１０に入力された映像信号に応じて第一のカラーホイール３１と第二のカラーホイール３２とが所定の位相において同期回転を行うよう制御する同期装置１１と、同期装置１１における制御に同期して反射表示デバイス７の駆動を制御する反射制御駆動部１２と、映像信号入力部１０からの映像信号を記憶し、反射制御駆動部１２からの駆動指令に応じて記憶した映像信号を反射表示デバイス７に送り出すメモリ１３と、スクリーンに表示した画質を切替えるよう入力信号を同期装置１１に発信する画質切替入力１４と、を備えている。

同期装置１１は、さらに図６に示すように、入力された映像信号が１秒間にどれだけの静止画で構成されているのかフレームレートを検出するフレームレート検出部１１１と、フレームレート検出部１１１からのフレーム信号に応じて駆動手段であるモーター４１及び４２の回転速度及び位相を制御するモーター制御部１１２と、前記画質切替入力１４からの入力信号に応じて第一のカラーホイール３１と第二のカラーホイール３２との位相を変化させるようモーター制御部１１２に対して位相指令を発する位相指令部１１３と、第一のカラーホイール３１と第二のカラーホイール３２との同期回転を検出する同期検出部１１４とを備える。この同期検出部１１４は、所定の監視地点において第一のカラーホイール３１の基準線３１ｇを読み取ると基準信号を発するように備えられた第一のホトセンサ１１４ａと、同じく所定の監視地点において第二のカラーホイール３２ｇの基準線３２ｇを読み取ると基準信号を発するように備えられた第二のホトセンサ１１４ｂを備える。また、入力される映像信号が代表的な６０ヘルツのＮＴＳＣ信号の場合、すなわち１秒間の静止画が６０フレームという前提にて、以下説明する。

次に動作について説明する。
投射型画像表示装置９の電源（図示せず）をオンにして、ランプ光源２ａを照射開始する。外部より映像信号が映像信号入力部１０に入力されると、図１、図６及び図７に示すように、映像信号入力部１０は同期装置１１のフレームレート検出部１１１及びメモリ１３に対して映像信号を出力する（ＳＴ１）。フレームレート検出部１１１は映像信号のフレームレートを検出する（ＳＴ２）。このフレームレート検出部１１１においてフレームレートが６０と検出されると、モーター制御部１１２は、この検出されたフレームレートに基づいて第一のカラーホイール３１及び第二のカラーホイール３２が毎秒６０回転にて同期回転するよう駆動手段４１及び４２の回転速度を算出し、駆動手段４１及び４２に対して制御信号を発信する（ＳＴ３）。駆動手段４１及び４２はモーター制御部１１２からの制御信号に応じて回転駆動を始める。これにより、第一のカラーホイール３１及び第二のカラーホイール３２は入力された映像信号のフレームレートと同期する速度まで回転を行う。第一のカラーホイール３１及び第二のカラーホイール３２の回転動作により基準線３１ｇ、基準線３２ｇが所定の監視地点を通過する度にホトセンサ１１４ａ、ホトセンサ１１４ｂは基準信号を発信する（ＳＴ４）。同期検出部１１４は、ホトセンサ１１４ａとホトセンサ１１４ｂからの基準信号の発生タイミングを検出して所定の回転速度で回転しているかどうかを判断する（ＳＴ５）。ホトセンサ１１４ａ及びホトセンサ１１４ｂからの基準信号の発生タイミングが回転速度に対応する所定のタイミングでない場合、第一のカラーホイール３１又は第二のカラーホイール３２の回転速度が適切でないとして、同期検出部１１４はモーター制御部１１２に対して異常信号を出力する（ＳＴ６）。これにより、モーター制御部１１２は、異常信号に応じて駆動手段４１又は駆動手段４２の回転速度を変化させ、所定のタイミングを満たすように駆動手段４１又は駆動手段４２に対して制御信号を出力する（ＳＴ３）。次に、予め設定されたタイミング差条件、例えば実施の形態１の起動時においてはホトセンサ１１４ａとホトセンサ１１４ｂからの基準信号の発信タイミングが同じであること、を満たすかどうかを判断する（ＳＴ７）。基準信号の発生タイミングが同じでない場合、第一のカラーホイール３１と第二のカラーホイール３２との位相が適切でないとして、同期検出部１１４はモーター制御部１１２に対して再度異常信号を出力する（ＳＴ６）。モーター制御部１１２は、同期検出部１１４からの異常信号に応じて駆動手段４１又は駆動手段４２の回転速度を変化させ、所定のタイミング条件を満たすように駆動手段４１又は駆動手段４２に対して制御信号を出力する（ＳＴ３）。これにより、基準信号の発信タイミングが同じになると、第一のカラーホイール３１及び第二のカラーホイール３２は映像信号と同期回転しており、かつ位相も適切であると判断されるため、同期検出部１１４において、正常な検出信号が出力される。この同期検出部１１４からの検出信号は、反射制御駆動部１２に入力される（ＳＴ８）。

ランプ装置２からの白色の集光光Ｌ２が、例えば図２に示すカラーホイール３１の青色光フィルタセグメント３１ｃ上においてスポット３１ｅに照射した場合、Ｂの光Ｌ３がカラーホイール３１を透過する。この透過したＢの光Ｌ３はカラーホイール３２に送り込まれるが、起動状態では基準位置において同期回転しているため、カラーホイール３２においてＢの光Ｌ３が照射するスポット３２ｅは、同じ色の青色光フィルタセグメント３２ｃ上にある。このため、カラーホイール３２から透過する光Ｌ４はＢのままである。同様に、スポット３１ｅがカラーホイール３１の赤色光フィルタセグメント３１ａにある場合には、カラーホイール３２に送り込まれるＲの光Ｌ３が照射するスポット３２ｅはカラーホイール３２の赤色光フィルタセグメント３２ａにあるため、カラーホイール３２から透過する光Ｌ４はＲのままである。スポット３１ｅが緑色光フィルタセグメント３１ｂにある場合や白色光フィルタセグメント３１ｄにある場合も上記と同様に、カラーホイール３２から透過する光Ｌ４はＧ又はＷのままである。このように、カラーホイール３１のフィルタセグメントを透過した色の光Ｌ３はカラーホイール３２において同じ色のフィルタセグメントに対して照射され、同じ色の光Ｌ４が焦点Ｐに集光する。

すると、光ミキシング素子５の入射面５ａから取り込まれた焦点Ｐに集光した光Ｌ４は、図８に示すように側壁５ｃで反射を繰り返すことにより、様々な角度の光線が混同しながら進むため、もう一方の端面の出射面５ｂにおいては断面の照度が均一な光束Ｌ５となる。これにより、集光光学系６を通して反射表示デバイス７に照光される光Ｌ６の色は、カラーホイール３１を透過した光Ｌ３の色と、同じ色となる。

このカラーホイール３１とカラーホイール３２との基準位置における色透過特性を合わせると、図４に示すように、カラーホイール３１及びカラーホイール３２と等しくなる。

反射制御駆動部１２が、同期検出部１１４からの正常な検出信号に基づき、基準位置においてカラーホイール３１及びカラーホイール３２の照光されているフィルタセグメントに同期化されて、反射表示デバイス７に照射される光Ｌ６の色フレームを識別する。ここで反射制御駆動部１２は、表示される画像データの連続フレームについてメモリ１３から反射表示デバイス７へ画像データを書き込むシーケンス開始を起動させる。この結果、反射制御駆動部１２は反射表示デバイス７に照光されている色に対応する赤、緑もしくは青データに関連するデータをメモリ１３から読み取る。これにより、メモリ１３がカラーデータを反射表示デバイス７に伝送することで、同期装置１１の制御に基づき、カラーホイールの回転と反射表示デバイス７の画像の取り込みとが同期して動作する構成となっている。すなわち、表示デイバス７の１フィールド期間と、カラーホイールの各色のフィルタセグメントが順次光路内に配置される期間とが一致するように制御される構成となる。このように、１フィールド期間を周期として各色のフィルタセグメントが順次光路内に配置されるようにすることによって、反射表示デバイス７は入射された光Ｌ６がＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗかに応じて投射レンズ８へ反射する光Ｌ７を変調することで、瞬時に時間分割された各光線の色に対応した画像フレームを表示する。変調された各色光線Ｌ７は、投射レンズ８を通じてスクリーンに拡大投射される。スクリーンに投射された表示は、６０分の１秒の間にＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗの各色の映像が順次表示されるため、目ではこれらは残像として見え、フルカラーの映像が認識される。このように三原色に白色が加わるため、明るさ重視のスクリーン表示が可能となる。

次に、この状態において、操作者が画質切替入力１４によりスクリーンの画質切替えを行い、図９示すように画質切替入力１４が同期装置１１の位相指令部１１３に対して入力信号を出力する（ＳＴ１）。位相指令部１１３は、カラーホイール３１及びカラーホイール３２のフィルタセグメントの配分に応じて予め設定された基準位置からの位相に応じて、位相指令をモーター制御部１１２に出力する（ＳＴ２）。この実施の形態１における位相は、１８０度とする。モーター制御部１１２は、位相指令を基に、基準位置からの位相が１８０度となるようモーター４１、４２の回転速度を制御する（ＳＴ３）。同期検出部１１４は、ホトセンサ１１４ａとホトセンサ１１４ｂからの基準信号の発生タイミングを基に（ＳＴ４）、位相が１８０度になっているか否かを検出する（ＳＴ５）。この位相の適合性を検出する方法としては、例えば、カラーホイール３１及び３２が毎秒６０回転している場合の１回転の所要時間は６０分の１秒であることより、位相を１８０度としたときの基準信号の発生タイミングが前信号の発生から１２０分の１秒後であることを検出する方法がある。ここで、ホトセンサ１１４ａとホトセンサ１１４ｂからの基準信号の発生タイミング差が１２０分の１秒の間隔でない場合には、同期検出部１１４は、モーター制御部１１２に対して、位相が不適合であることを伝える異常信号を出力する（ＳＴ６）。モーター制御部１１２は、同期検出部１１４からの異常信号に応じて駆動手段４２又は駆動手段４１の回転速度を変化させ、上述のタイミング差条件を満たすように、再度、駆動手段４２又は駆動手段４１に対して制御信号を出力する（ＳＴ３）。これにより、タイミング差条件が満たされると（ＳＴ５）、第一のカラーホイール３１及び第二のカラーホイール３２は映像信号と同期回転しており、かつ基準位置からの位相が１８０度であると判断されるため、同期検出部１１４より正常な検出信号が出力される（ＳＴ７）。この同期検出部１１４からの検出信号は、反射制御駆動部１２に入力される。

この時点において、カラーホイール３１とカラーホイール３２とは、基準線３１ｇと基準線３２ｇとが１８０度の位相を維持しながら同期回転を行う。この場合のカラーホイール３１の正面図を図１０とすると、カラーホイール３２の正面図は図１１のような位相になる。ここで、ランプ装置２からの集光光Ｌ２が、例えばカラーホイール３１の青色光フィルタセグメント３１ｃ上においてスポット３１ｅに照射した場合、このカラーホイール３１からはＢの光Ｌ３がカラーホイール３２に送り込まれるが、基準線３１ｇと基準線３２ｇとが１８０度の位相関係にあるため、カラーホイール３２においてＢの光Ｌ３が照射するスポット３２ｅは、異なる色の白色光フィルタセグメント３２ｄ上にある。このため、白色光フィルタセグメント３２ｄはＢの光Ｌ４をそのまま透過する。同様に、スポット３１ｅがカラーホイール３１の赤色光フィルタセグメント３１ａにある場合、カラーホイール３２に送り込まれるＲの光Ｌ３が照射するスポット３２ｅはカラーホイール３２の白色光フィルタセグメント３２ｄにあるため、カラーホイール３２から透過する光Ｌ４はＲのままである。スポット３１ｅが緑色光フィルタセグメント３１ｂにある場合も上記と同様に、カラーホイール３２から透過する光Ｌ４はＧのままである。

一方、スポット３１ｅがカラーホイール３１の白色光フィルタセグメント３１ｄにある場合にあっては、カラーホイール３２にＷの光Ｌ３が送り込まれるが、このＷの光Ｌ３が照射するスポット３２ｅは、カラーホイール３２の赤色光フィルタセグメント３２ａ、緑色光フィルタセグメント３２ｂ、又は青色光フィルタセグメント３２ｃのいずれかにあるため、カラーホイール３２から透過する光Ｌ４はＷではなく、Ｒ、Ｇ、Ｂの何れかの色となる。これにより、光ミキシング素子により断面照度分布が均一な光束にされ、集光光学系６を通して反射表示デバイス７に照射される光Ｌ６の色は、カラーホイール３１を透過した光Ｌ３の色がＲ、Ｇ、Ｂの場合には同じ色となり、カラーホイール３１を透過した光Ｌ３の色がＷの場合には、カラーホイール３２のフィルタセグメント３２ａ、３２ｂ、３２ｃの配分に応じてＲ、Ｇ、Ｂの何れか色となる。

反射制御駆動部１２は、同期検出部１１４からの正常な検出信号に基づき、１８０度の位相においてカラーホイール３１及びカラーホイール３２の照光されているフィルタセグメントに同期化されて、反射表示デバイス７に照射される光Ｌ６の色フレームを識別する。

このカラーホイール３１とカラーホイール３２との１８０度の位相における色透過特性を合わると、実施の形態１において、第一のカラーホイール３１における白色光フィルタセグメント３１ｄの領域と第二のカラーホイール３２における赤色光フィルタセグメント３２ａと緑色光フィルタセグメント３２ｂと青色光フィルタセグメント３２ｃを合わせた領域が相似関係にあるため、図１２に示すように、片側半分にカラーホイール３１の赤色光フィルタセグメント３１ａ、緑色光フィルタセグメント３１ｂ、青色光フィルタセグメント３１ｃを備え、残り半分にカラーホイール３２の赤色光フィルタセグメント３２ａ、緑色光フィルタセグメント３２ｂ、青色光フィルタセグメント３２ｃを備えたカラーホイールと等しくなる。

このように、図１２に示すカラーホイールの各色のフィルタセグメントが１フィールド期間を周期として順次光路内に配置されるような色透過特性を有するため、スクリーンに投射された表示は、６０分の１秒間にＲ、Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の映像が等時間隔で順次表示されることとなる。この場合にあっては、Ｗの光Ｌ６が反射表示デバイス７に入射されないため、色再現性を重視した映像表示が可能となる。

このように構成した投射型画像表示装置においては、第一のカラーホイール３１と第二のカラーホイール３２と、この第一のカラーホイール３１と第二のカラーホイール３２の同期回転を制御する同期装置１１を備え、画質切替入力からの入力信号により同期装置１１が、これら二枚のカラーホイールの位相を予め設定された所定値となるよう変化させることで、カラーホイールの色透過特性におけるＷの領域を増減可能とする構成としたため、反射表示デバイスに入射される着色光の時分割パターンを変更でき、これにより、スクリーンに表示される映像を明るさ重視から色再現性重視に可逆的に変えることができる。

以上の説明では、操作者が画質切替入力１４に対してマニュアル操作により画質切替の入力信号を発信する構成について説明したが、外部から入力される映像信号の出力ソースに応じて自動的に画質の選択切替えを行う構成としてもよい。例えば、映像信号の出力ソースがＰＣである場合、画質切替入力１４は明るさ重視の画質を選択し、二枚のカラーホイールを基準位置の状態において同期回転させるよう同期装置１１に対して入力信号を自動的に発し、また、映像信号の出力ソースがＶＴＲである場合には、画質切替入力１４が色再現性重視の画質を選択し、二枚のカラーホイールの位相を変化させた状態において同期回転させるよう同期装置１１に対して入力信号を自動的に発するようにする。これとは別に、画質切替入力１４に外部の明るさを感知するセンサを備え、センサからの信号に応じて明るさ重視か色再現性重視かを画質切替入力１４が自動的に判断する構成としてもよい。これにより、操作者が見やすい画質を逐次識別する必要なく、使用条件等に適したスクリーン表示を得ることができる。

また、この実施の形態では、三原色のフィルタセグメントを時計方向に対してＲ、Ｇ、Ｂの順番で配置したカラーホイールを用いて説明したが、この順番を入れ替えても本発明の目的を達成することが可能であるため、当然入れ替えても良い。

上記、実施の形態１では、三原色の各フィルタセグメントが６０度の場合の構成について説明したが、三原色のフィルタセグメントの総和が１８０度で、かつ、第一のカラーホイールの各三原色のフィルタセグメントと第二のカラーホイールの同色のフィルタセグメントとが相似関係にあれば、同様の効果を奏することが可能であるため、６０度に限定するものではない。

また、ランプ光源２ａとして高圧水銀ランプを用いて説明したが、白色光を発するものであれば良く、例えば白色ＬＥＤやキセノンアークランプ、メタルハライドランプといった光源を用いても同様の効果を奏することができる。

さらに、以上の説明では、フレームレートに合わせてカラーホイールを６０分の１秒に１回転する実施形態について説明したが、カラーホイールの回転速度を倍にして、毎秒１２０回転する構成としても良い。これにより、時分割で分光されるＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗの分割回数が倍になると、分割されるひとつの時間が短くなるため、目の残像効果によりカラー表示がより優れたものにすることが可能である。

実施の形態２．
図１３は、図１に示される第一のカラーホイールの実施の形態２における起動状態の正面図である。
図１４は、図１に示される第二のカラーホイールの実施の形態２における起動状態の正面図である。
図１５は、図１３及び図１４に示される２枚のカラーホイールの色透過特性を合わせた図である。
図１６は、図１３に示される第一のカラーホイールの画質切替え後の状態を表す正面図である。
図１７は、図１４に示される第二のカラーホイールの画質切替え後の状態を表す正面図である。
図１８は、図１６及び図１７に示される２枚のカラーホイールの色透過特性を合わせた図である。
図１９は、高圧水銀ランプの発光特性、赤色光フィルタセグメント及び緑色光フィルタセグメントの色透過特性を示すグラフである。
図１３において、この実施の形態２における第一のカラーホイール３１は、実施の形態１と同様に周方向に色透過特性がそれぞれ異なる扇状の赤色光フィルタセグメント３１ａ、緑色光フィルタセグメント３１ｂ、青色光フィルタセグメント３１ｃ、及び白色光フィルタセグメント３１ｄにより構成されているが、各フィルタセグメントの配分が実施の形態１とは異なる。この実施の形態２においては、各フィルタセグメントの配分は、それぞれ中心角度が９０度である。また、この実施の形態２における第二のカラーホイール３２は、図１４に示すように、第一のカラーホイール３１と異なり赤色光フィルタセグメント３２ａと白色光フィルタセグメント３２ｄの２色のフィルタセグメントにより構成されており、赤色光フィルタセグメント３２ａの配分を第一のカラーホイール３１の白色光フィルタセグメント３１ｄと同じ９０度とし、白色光フィルタセグメント３２ｄを残り２７０度の配分とする。この第一のカラーホイール３１と第二のカラーホイール３２以外の構成については、実施の形態１と同じである。以上より、この実施の形態２において、第一のカラーホイール３１における白色光フィルタセグメント３１ｄの領域と第二のカラーホイール３２における赤色光フィルタセグメント３２ａの領域は、カラーホイールの径の大小に拘らず相似関係にある。

次に、実施の形態２における実施の形態１と異なる動作について、以下説明する。
投射型画像表示装置９の電源（図示せず）をオンにしてランプ光源２ａを照射開始させ、図７に示すように映像信号を映像信号入力部１０より出力すると（ＳＴ１）、同期装置１１は実施の形態１と同様の処理を行い、基準信号の発生タイミングが所定の回転速度に適合しているかを判断し（ＳＴ５）、基準位置においてホトセンサ１１４ａとホトセンサ１１４ｂからの基準信号の発信タイミングが同じであることを判断すると（ＳＴ７）、同期検出部１１４において、正常な検出信号を反射制御駆動部１２に出力する（ＳＴ８）。

ここで、ランプ装置２からの集光光Ｌ２が、例えば図１３に示すカラーホイール３１の緑色光フィルタセグメント３１ｂ上においてスポット３１ｅに照射した場合、このカラーホイール３１からはＧの光Ｌ３が透過する。この透過したＧの光Ｌ３は、カラーホイール３２に送り込まれるが、基準位置において同期回転しているため、Ｇの光Ｌ３が照射するスポット３２ｅは、図１４に示すように白色光フィルタセグメント３２ｄ上ある。このため、カラーホイール３２から透過する光Ｌ４はＧのままである。同様に、スポット３１ｅがカラーホイール３１の青色光フィルタセグメント３１ｃにある場合、カラーホイール３２に送り込まれるＢの光Ｌ３が照射するスポット３２ｅはカラーホイール３２の白色光フィルタセグメント３２ｄにあるため、カラーホイール３２から透過する光Ｌ４はＢのままである。また、スポット３１ｅがカラーホイール３１の白色光フィルタセグメント３１ｄにある場合、カラーホイール３２に送り込まれるＷの光Ｌ３が照射するスポット３２ｅはカラーホイール３２の白色光フィルタセグメント３２ｄにあるため、カラーホイール３２から透過する光Ｌ４はＷのままである。

一方、スポット３１ｅが赤色光フィルタセグメント３１ａにある場合、カラーホイール３２に送り込まれるＲの光Ｌ３が照射するスポット３２ｅは赤色光フィルタセグメント３２ａにあるため、カラーホイール３２から透過する光Ｌ４はＲのままである。

このカラーホイール３１とカラーホイール３２との基準位置における色透過特性を合わると、図１５に示すように、実施の形態２における図１３のカラーホイール３１と等しくなる。

反射制御駆動部１２が、同期検出部１１４からの正常な検出信号に基づき、実施の形態１と同様にして、基準位置におけるカラーホイール３１及びカラーホイール３２の照光されているフィルタセグメントに同期化し、反射表示デバイス７に照射される光の色フレームを識別する処理を行うことで、スクリーンの投射された表示は６０分の１秒の間にＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗの各色の映像が等時間隔で順次表示される。

次に、画質切替入力１４においてスクリーンの画質切替えを行い、図９に示すように画質切替入力１４が同期装置１１の位相指令部１１３に対して入力信号を出力すると（ＳＴ１）、この実施の形態２において、位相指令部１１３は位相を９０度とする位相指令をモーター制御部１１２に出力する（ＳＴ２）。モーター制御部１１２は、位相指令を基に、基準位置からの位相が９０度となるようモーター４１、４２の回転速度を制御する（ＳＴ３）。同期検出部１１４は、ホトセンサ１１４ａとホトセンサ１１４ｂからの基準信号の発生タイミング差を基に（ＳＴ４）、位相が９０度になっているか否かを検出する（ＳＴ５）。この位相の適合性は、実施の形態１と同様の方法を用い、位相を９０度としたときのホトセンサ１１４ｂからの基準信号の発生タイミングがホトセンサ１１４ａから基準信号の発生から８０分の１秒後であることを検出することにより行う。ホトセンサ１１４ｂからの基準信号とホトセンサ１１４ａからの基準信号とが８０分の１秒間隔でない場合、同期検出部１１４は、モーター制御部１１２に対して、位相が不適合であることを伝える異常信号を出力する（ＳＴ６）。モーター制御部１１２は、同期検出部１１４からの異常信号に応じて駆動手段４２又は駆動手段４１の回転速度を変化させ、上述のタイミング条件を満たすように、再度、駆動手段４２又は駆動手段４１に対して制御信号を出力する（ＳＴ３）。これにより、タイミング条件が満たされると（ＳＴ５）、第一のカラーホイール３１及び第二のカラーホイール３２は映像信号と同期回転しており、かつ基準位置からの位相が９０度であると判断されるため、同期検出部１１４より正常な検出信号が出力される（ＳＴ７）。この同期検出部１１４からの検出信号は、反射制御駆動部１２に入力される。

この時点において、カラーホイール３１とカラーホイール３２とは、基準線３１ｇと基準線３２ｇとが９０度の位相を維持しながら同期回転を行う。この場合のカラーホイール３１の正面図を図１６とすると、カラーホイール３２の正面図は図１７のような位相になる。

ここで、ランプ装置２からの集光光Ｌ２が、例えば図１６のカラーホイール３１の緑色光フィルタセグメント３１ｂ上においてスポット３１ｅに照射した場合、９０度の位相にあるため、カラーホイール３２においてＧの光Ｌ３が照射するスポット３２ｅは、図１７の白色光フィルタセグメント３２ｄ上にあり、Ｇの光Ｌ４をそのまま透過する。同様に、スポット３１ｅが青色光フィルタセグメント３１ｃにある場合、スポット３２ｅは白色光フィルタセグメント３２ｄ上にあるため、Ｂの光Ｌ４をそのまま透過する。

一方、スポット３１ｅが白色光フィルタセグメント３１ｄにある場合には、Ｗの光Ｌ３が照射するスポット３２ｅはカラーホイール３２の赤色光フィルタセグメント３２ａにあるため、カラーホイール３２を透過する光Ｌ４はＲとなる。また、スポット３１ｅが赤色光フィルタセグメント３１ａにある場合には、スポット３２ｅは白色光フィルタセグメント３２ｄにあるため、Ｒの光Ｌ４をそのまま透過する。

このカラーホイール３１とカラーホイール３２との９０度の位相における色透過特性を合わると、実施の形態２において、第一のカラーホイール３１における白色光フィルタセグメント３１ｄの領域と第二のカラーホイール３２における赤色光フィルタセグメント３２ａの領域は、カラーホイールの径の大小に拘らず相似関係にあるため、図１８に示すように、カラーホイール３１の赤色光フィルタセグメント３１ａ及び緑色光フィルタセグメント３１ｂ、青色光フィルタセグメント３１ｃと、残りにカラーホイール３２の赤色光フィルタセグメント３２ａを備えたカラーホイールと等しくなる。

このように、実施の形態２においては、図１８に示すカラーホイールの各色のフィルタセグメントが１フィールド期間を周期として順次光路内に配置されるような色透過特性を有するため、スクリーンに投射された表示は６０分の１秒の間にＲ、Ｇ、Ｂ、Ｒの各色の映像が等時間隔に順次表示されることとなる。このため、画質切替えをした後においては、Ｗの光が反射表示デバイス７に入射されなくなる。

このように構成した投射型画像表示装置においては、第一のカラーホイール３１に赤、緑、青、白の四色のフィルタセグメントを備え、第二のカラーホイール３２には白色光フィルタセグメントと三原色のうちの一のフィルタセグメント、この実施の形態２においては赤色光フィルタセグメント３２ａを備え、第一のカラーホイール３１と第二のカラーホイール３２の位相を予め設定された所定値となるよう同期装置１１が変化させることで、カラーホイールの色透過特性におけるＷの領域を増減可能とする構成としたため、反射表示デバイスに入射される着色光の時分割パターンを変更でき、これにより、スクリーンに表示される映像を明るさ重視から色再現性重視に可逆的に変えることができるのに加え、三原色のうちＲの光の出射時間を他の原色よりも長く確保することができる。ここで、ランプ光源２ａとして使用される高圧水銀ランプの一般的な発光特性は、図１９に示すような曲線２Ａを描く。これによると、高圧水銀ランプの発光特性は、色波長５５０ｎｍ付近の緑や色波長４１０ｎｍ付近の青に比べ、色波長６１０ｎｍ付近の赤が、その発光強度が弱いことが判明している。従って、Ｒの光の出射時間を他の原色よりも長く構成することにより、Ｒの発光強度を補うことができ、高圧水銀ランプをランプ光源２ａとして使用した場合のスクリーンに投射される映像の色再現性を更に向上させることが可能となる。

以上では、第二のカラーホイール３２の位相を９０度ずらす実施例について説明したが、位相を９０度以下の任意の角度とし、スポット３１ｅが白色光フィルタセグメント３１ｄにある場合に、Ｗの光Ｌ３が照射するスポット３２ｅが白色光フィルタセグメント３２ｄにもあるようにすれば、位相後のカラーホイールの色透過特性はＷの領域を含むこととなり、位相角度に反比例してスクリーンに表示されるＷの映像光を調整することができる。このため、使用条件等に応じて、明るさを重視しながらも、少し色再現性を良くすることや、逆に色再現性と重視しながらも、少し明るくすることも変更可能な投写型画像表示装置を得ることができる。

上記、実施の形態２では、第一のカラーホイールの各フィルタセグメントが９０度の場合の構成について説明したが、第一のカラーホイールの赤色光フィルタセグメント３１ａと、第二のカラーホイールの赤色光フィルタセグメント３２ａ及び白色光フィルタセグメント３２ｄとが相似関係であれば、同様の効果を奏することが可能であるため、９０度に限定するものではない。

また、この実施の形態では、時計方向に対してＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗの順番でフィルタセグメントを配置した第一のカラーホイール３１を用いて説明したが、この順番を入れ替えたとしても、第二のカラーホイール３２との位相角度を変更して、位相後に第一のカラーホイール３１の白色光フィルタセグメント３１ｄを透過した着色光Ｌ３が第二のカラーホイール３２の赤色光フィルタセグメント３２ａに照射するようにすれば、Ｒの発光強度を補うことで本発明の目的を達成することが可能であるため、順番を入れ替えても良い。

実施の形態３．
図２０は、図１に示される第一のカラーホイールの実施の形態３における起動状態の正面図である。
図２１は、図１に示される第二のカラーホイールの実施の形態３における起動状態の正面図である。
図２２は、図２０及び図２１に示される２枚のカラーホイールの色透過特性を合わせた図である。
図２３は、図２０に示される第一のカラーホイールの画質切替え後の状態を表す正面図である。
図２４は、図２１に示される第二のカラーホイールの画質切替え後の状態を表す正面図である。
図２５は、図２３及び図２４に示される２枚のカラーホイールの色透過特性を合わせた図である。
図２０において、この実施の形態３における第一のカラーホイール３１は、周方向に扇状の赤色光フィルタセグメント３１ａ、緑色光フィルタセグメント３１ｂ、青色光フィルタセグメント３１ｃにより構成されており、各フィルタセグメントの配分はそれぞれ中心角度が１２０度とする。また、この実施の形態３における第二のカラーホイール３２は、図２１に示すように、第一のカラーホイール３１と同じである。この第一のカラーホイール３１と第二のカラーホイール３２以外の構成については、実施の形態１と同じである。以上より、この実施の形態３において、第一のカラーホイール３１におけるフィルタセグメントの領域と、これと同色の第二のカラーホイール３２におけるフィルタセグメントの領域は、カラーホイールの径の大小に拘らず相似関係にある。

実施の形態３において、起動後、画質切替え前における同期装置１１の制御系の動作は実施の形態１と同じである。

ここで、起動後において、ランプ装置２からの集光光Ｌ２が、例えば図２０に示すカラーホイール３１の緑色光フィルタセグメント３１ｂ上においてスポット３１ｅに照射した場合、基準位置において同期回転しており、且つカラーホイール３１とカラーホイール３２の各フィルタセグメントの構成は同一であるので、このカラーホイール３１からのＧの光Ｌ３が照射するスポット３２ｅは、図２１に示すように同じ緑色光フィルタセグメント３２ｂ上にある。このため、カラーホイール３２から透過する光Ｌ４の色はＧのままである。Ｒ、Ｂについても同様である。

この基準位置における色透過特性を合わせると、図２２に示すように、実施の形態３における図２０のカラーホイール３１と等しくなる。

このカラーホイールの色透過特性に同期化して、反射制御駆動部１２が反射表示デバイス７に照射される光Ｌ６の色フレームを識別する処理を行うことで、スクリーンの投射された表示は６０分の１秒間にＲ、Ｇ、Ｂの各色の映像が等時間隔で順次表示される。

次に、画質切替入力１４においてスクリーンの画質切替えを行い、同期装置１１の位相指令部１１３に対して入力信号を出力すると（ＳＴ１）、この実施の形態３において位相指令部１１３は、位相を３０度とする位相指令をモーター制御部１１２に出力する（ＳＴ２）。モーター制御部１１２は、位相指令を基に、基準位置からの位相が３０度となるようモーター４１、４２の回転速度を制御する（ＳＴ３）。同期検出部１１４は、ホトセンサ１１４ａ、１１４ｂからの基準信号の発生タイミングを基に（ＳＴ４）、位相が３０度になっているか否かを検出する（ＳＴ５）。この位相の適合性は、実施の形態１と同様の方法を用い、位相を３０度としたときのホトセンサ１１４ｂからの基準信号の発生タイミングがホトセンサ１１４ａから基準信号の発生から７２０分の１１秒後であることを検出することにより行う。ホトセンサ１１４ｂからの基準信号とホトセンサ１１４ａからの基準信号とが７２０分の１１秒間隔でない場合、同期検出部１１４は、モーター制御部１１２に対して、位相が不適合であることを伝える異常信号を出力する（ＳＴ６）。モーター制御部１１２は、同期検出部１１４からの異常信号に応じて駆動手段４２又は駆動手段４１の回転速度を変化させ、上述のタイミング条件を満たすように再度駆動手段４２又は駆動手段４１に対して制御信号を出力する（ＳＴ３）。これにより、タイミング条件が満たされると（ＳＴ５）、第一のカラーホイール３１及び第二のカラーホイール３２は映像信号と同期回転しており、かつ基準位置からの位相が３０度であると判断されるため、同期検出部１１４より正常な検出信号が出力される（ＳＴ７）。この同期検出部１１４からの検出信号は、反射制御駆動部１２に入力される。

この時点において、カラーホイール３１とカラーホイール３２とは、基準線３１ｇと基準線３２ｇとが３０度の位相を維持しながら同期回転を行う。この場合のカラーホイール３１の正面図を図２３とすると、カラーホイール３２の正面図は図２４のような位相になる。

ここで、ランプ装置２からの集光光Ｌ２が、カラーホイール３１の緑色光フィルタセグメント３１ｂの中央付近においてスポット３１ｅに照射した場合、カラーホイール３２においてＧの光Ｌ３が照射するスポット３２ｅは、同じ緑色光フィルタセグメント３２ｂ上にあり、Ｇの光Ｌ４をそのまま透過する。スポット３１ｅが青色光フィルタセグメント３１ｃの中央付近にある場合には、スポット３２ｅは青色光フィルタセグメント３２ｃ上にあり、Ｂの光Ｌ３をそのまま透過する。また、スポット３１ｅが赤色光フィルタセグメント３１ａの中央付近にある場合、スポット３２ｅは赤色光フィルタセグメント３２ａ上にあり、Ｒの光Ｌ４をそのまま透過する。

一方、図２３に示すようにスポット３１ｅが赤色光フィルタセグメント３１ａ上において緑色光フィルタセグメント３１ｂとの近辺にある場合、カラーホイール３２においてＲの光Ｌ３が照射するスポット３２ｅは、図２４に示すように緑色光フィルタセグメント３２ｂ上にある。この場合、カラーホイール３２を透過する光Ｌ４は、黄色（以下、Ｙと称す）となる。これは、図１９に示すように、赤色光フィルタセグメントの透過特性曲線３１Ａと緑色光フィルタセグメントの透過特性曲線３１Ｂが重なる色波長５７０ｎｍから６００ｎｍの領域はＹの波長に相当するからである。同様の原理で、スポット３１ｅが緑色光フィルタセグメント３１ｂ上において青色光フィルタセグメント３１ｃとの近辺にある場合には、Ｇの光Ｌ３が照射するスポット３２ｅは青色光フィルタセグメント３２ｃ上にあり、この場合、カラーホイール３２を透過する光Ｌ４はシアン色（以下、Ｃと称す）となる。同じく、スポット３１ｅが青色光フィルタセグメント３１ｃ上において赤色光フィルタセグメント３１ａとの近辺にある場合には、Ｂの光Ｌ３が照射するスポット３２ｅは赤色光フィルタセグメント３２ａ上にあり、この場合、カラーホイール３２を透過する光Ｌ４はマゼンダ色（以下、Ｍと称す）となる。

この実施の形態３におけるカラーホイール３１とカラーホイール３２との３０度の位相における色透過特性を合わると、実施の形態３において、第一のカラーホイール３１におけるフィルタセグメントの領域と、これと同色の第二のカラーホイール３２におけるフィルタセグメントの領域は、カラーホイールの径の大小に拘らず相似関係にあるため、図２５に示すように、赤色光フィルタセグメント、緑色光フィルタセグメント、青色光フィルタセグメントに加え、黄色光フィルタセグメントとシアン色フィルタセグメントとマゼンダ色光フィルタセグメントとを備えたカラーホイールと等しくなる。

このように、実施の形態３においては、図２５に示すカラーホイールの各色のフィルタセグメントが１フィールド期間を周期として順次光路内に配置されるような色透過特性を有するため、スクリーンに投射された表示は、６０分の１秒間のうちにＲ、Ｙ、Ｇ、Ｃ、Ｂ、Ｍの各色の映像が順次表示されることとなる。

一般的に、Ｙ、Ｃ、Ｍを表現する方法としては、Ｒ、Ｇ、Ｂの光を２色ずつスクリーン上において混色する方法が用いられているが、例えば、ＧにＲを混色することによりＹの光を表現する場合、図１９に示す緑色光フィルタセグメントの透過特性曲線３１Ｂによれば、緑色光フィルタセグメントを透過する光は、ＧだけでなくＹとＣの一部を透過する特性を有している。従い、この光をスクリーンに投射した直後にＲの光を投射してスクリーン上で混色した場合には、一部透過するＣによりＹの色純度が劣化してしまい、スクリーンに表示される映像においてＹの色再現性が悪くなるという現象が発生していた。他の補色であるＣ、Ｍについても同様である。

以上のように構成した投射型画像表示装置においては、同じ配分の三原色のフィルタセグメントにより構成された第一のカラーホイール３１と第二のカラーホイール３２を備え、同期装置が第一のカラーホイール３１と第二のカラーホイール３２の位相を所定値に変化させ、Ｙ、Ｃ、Ｍの色透過特性を備えたカラーホイールに変更可能としたため、反射表示デバイスに入射される着色光の時分割パターンを変更できる。これにより、スクリーン上において混色することなくＹ、Ｃ、Ｍの光をそのままスクリーンに投射させることで、より色純度の高いＹ、Ｃ、Ｍを再現することができる。

また、上記、実施の形態３では、三原色の各フィルタセグメントが１２０度の場合の構成について説明したが、第一のカラーホイールの各色のフィルタセグメントと第二のカラーホイールの同色のフィルタセグメントとが相似関係にあれば、同様の効果を奏することが可能であるため、１２０度に限定するものではない。

実施の形態４．
実施の形態１から実施の形態３にかけて、二枚のカラーホイールを備えた投射光学装置、及びこの投射光学装置を備えた投射型画像表示装置について説明したが、カラーホイールの位相を変化させることにより、一のカラーホイールが有する色透過特性とは異なる色透過特性が得れるものであれば本発明と同等の効果を奏することが可能であるため、カラーホイールを三枚以上備え、同期装置１１がこれらカラーホイールの同期回転及び位相を制御する構成としても良い。

この発明の実施の形態１に係る投射光学装置及び投射型画像表示装置の構成を概略的に示す図である。 図１に示される第一のカラーホイールの起動状態における正面図である。 図１に示される第二のカラーホイールの起動状態における正面図である。 図２及び図３に示される２枚のカラーホイールの色透過特性を合わせた図である。 図１に示される光ミキシング素子の構成を示す斜視図である。 図１に示される同期装置の制御系を示すブロック図である。 図６に示された同期装置の起動後の制御動作を説明するフローチャートである。 図１及び図５に示される光ミキシング素子の機能を説明するための図である。 図６に示された同期装置の画質切替入力後の制御動作を説明するフローチャートである。 図２に示される第一のカラーホイールの画質切替え後の状態を表す正面図である。 図３に示される第二のカラーホイールの画質切替え後の状態を表す正面図である。 図１０及び図１１に示される２枚のカラーホイールの色透過特性を合わせた図である。 図１に示される第一のカラーホイールの実施の形態２における起動状態の正面図である。 図１に示される第二のカラーホイールの実施の形態２における起動状態の正面図である。 図１３及び図１４に示される２枚のカラーホイールの色透過特性を合わせた図である。 図１３に示される第一のカラーホイールの画質切替え後の状態を表す正面図である。 図１４に示される第二のカラーホイールの画質切替え後の状態を表す正面図である。 図１６及び図１７に示される２枚のカラーホイールの色透過特性を合わせた図である。 高圧水銀ランプの発光特性、赤色光フィルタセグメント及び緑色光フィルタセグメントの色透過特性を示すグラフである。 図１に示される第一のカラーホイールの実施の形態３における起動状態の正面図である。 図１に示される第二のカラーホイールの実施の形態３における起動状態の正面図である。 図２０及び図２１に示される２枚のカラーホイールの色透過特性を合わせた図である。 図２０に示される第一のカラーホイールの画質切替え後の状態を表す正面図である。 図２１に示される第二のカラーホイールの画質切替え後の状態を表す正面図である。 図２３及び図２４に示される２枚のカラーホイールの色透過特性を合わせた図である。

符号の説明

１ 投射光学装置、２ ランプ装置、２ａ ランプ光源、２ｂ ランプリフレクタ、３１ 第一のカラーホイール、３１ａ 赤色光フィルタセグメント、３１ｂ 緑色光フィルタセグメント、３１ｃ 青色光フィルタセグメント、３１ｄ 白色光フィルタセグメント、３１ｅ スポット、３１ｆ 軌跡、３１ｇ 基準線、３２ 第二のカラーホイール、３２ａ 赤色光フィルタセグメント、３２ｂ 緑色光フィルタセグメント、３２ｃ 青色光フィルタセグメント、３２ｄ 白色光フィルタセグメント、３２ｅ スポット、３２ｆ 軌跡、３２ｇ 基準線、４１ 駆動手段、４２ 駆動手段、５ 光ミキシング素子、６ 集光光学系、７ 反射表示デバイス、８ 投射レンズ、９ 投射型画像表示装置、１０ 映像信号入力部、１１ 同期装置、１１１ フレームレート検出部、１１２ モーター制御部、１１３ 位相指令部、１１４ 同期検出部、１１４ａ ホトセンサ、１１４ｂ ホトセンサ、１２ 反射制御駆動部、１３ メモリ、１４ 画質切替入力

Claims (4)

1. 白色光を出射する光源と、回転することによって前記光源からの白色光を透過特性に応じて着色光に分光するフィルタセグメントを備えた第一のカラーホイールと、回転することによって前記第一のカラーホイールを透過した着色光を透過特性に応じて分光するフィルタセグメントを備えた第二のカラーホイールと、前記第二のカラーホイールを透過した着色光を変調又はスイッチングして映像光を反射する反射表示デバイスと、前記反射表示デバイスからの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光学装置。
2. 前記第一のカラーホイールにおける白色光フィルタセグメントの領域と、前記第二のカラーホイールにおける着色光フィルタセグメント領域とが、相似関係にあることを特徴とする請求項１に記載の投射光学装置。
3. 前記第一のカラーホイール及び前記第二のカラーホイールが三原色の着色光フィルタセグメントにより構成され、前記第一のカラーホイールのフィルタセグメントの各領域と前記第二のカラーホイールのフィルタセグメントの各領域とが、相似関係にあることを特徴とする請求項１に記載の投射光学装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の前記投射光学装置と、映像信号を入力する映像信号入力部と、前記映像信号入力部からの映像信号に同期するよう前記投射光学装置の第一のカラーホイールと第二のカラーホイールの回転を制御し、スクリーンに表示される映像の画質切替入力により前記第一のカラーホイールと前記第二のカラーホイールの位相を変化させる同期装置と、前記同期装置からの制御指令に応じて反射表示デバイスの駆動を制御する反射駆動制御部と、を備えたことを特徴とする投射型画像表示装置。
   

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