JP2008020636A - 光源装置及び映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＲＧＢ単色光の光量の損失を抑えた光源装置を提供する。
【解決手段】緑色発光ダイオード１６と、緑色発光ダイオード１６の光軸２０上に設けられ、光軸２０と直交する軸回りに回動可能な反射鏡１８と、反射鏡１８に向けて設けられた赤色発光ダイオード１２及び青色発光ダイオード１４とを備え、反射鏡１８は、赤色発光ダイオード１２の赤色光を光軸２０方向に反射するａの位置、光軸２０と平行に向き緑色発光ダイオード１６の緑色光を出射するｂの位置及び青色発光ダイオード１４の青色光を光軸２０方向に反射するｃの位置に、回動して切り替わるようになっており、反射鏡１８の位置の切り替わりに同期して、赤色発光ダイオード１２、緑色発光ダイオード１６及び青色発光ダイオード１４の各単色光を時系列で点灯させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子をＲＧＢの三原色の光源とした光源装置及び該光源装置によるＲＧＢの三原色を選択的に時分割で処理して映像を表示する映像表示装置に関する。

プレゼンテーション又は映像の映写の分野では、画像を形成した液晶パネル又はデジタルマイクロミラーデバイス（以下、「ＤＭＤ」という。「Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ」）等の画像デバイスを光で照明し、画像デバイスで反射又は画像デバイスを透過した光をスクリーン又は壁等に投射することによって、画像を投影するプロジェクタが用いられている。通常のプロジェクタでは、放電ランプ等の光源から発光される光を集光し、集光した光を用いて画像を投影する。

ＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）方式の映像プロジェクションシステムでは、ＲＧＢの三原色に色分けされたカラーホイールに光源からの光を通し、そこからの単色光と同期させて単色の映像をＤＭＤで作りだし時分割フルカラー表現を行っているが、ＲＧＢの時分割精度を向上させ、装置の小型化及び軽量化を図るため、放電ランプ及びカラーホイールに代えて、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という）のＲＧＢ光源が用いられようとしている。

この種のＬＥＤ光源を用いたプロジェクタとして以下の提案がある。
特許文献１に示す例では、発光ダイオードによるＬＥＤ光源は、各々赤、緑、青の光源に対応し、３つの色光をダイクロイックプリズムで合成し、液晶ライトバルブを照明するように構成することにより、高い光利用効率と小型の光学系を両立させている。

また特許文献２の例では、絶縁基板上に赤色ＬＥＤを複数個二次元的に配列し、マイクロレンズアレイにて平行収束させた赤色光源と、この光源からの光が照射され赤色の画像を変調する赤色用表示パネルと、絶縁基板上に緑色ＬＥＤを複数個二次元的に配列し、マイクロレンズアレイにて平行収束させた緑色光源と、この光源からの光が照射され緑色の画像を変調する緑色用表示パネルと、絶縁基板上に青色ＬＥＤを複数個二次元的に配列し、マイクロレンズアレイにて平行収束させた青色光源と、この光源からの光が照射され青色の画像を変調する青色用表示パネルと、各表示パネルを透過した映像光を合成する光学手段と、光学手段で合成されたカラー画像をスクリーンに投影する投写レンズとを備え、高輝度化が図れる投写型カラー液晶表示素子が示されている。

また特許文献３に示す例では、クロスダイクロイックプリズム及びクロスダイクロイックミラーを用いないで、発光ダイオードなどの固体光源を用いた小型化が容易で実用的な照明装置及び投写型映像表示装置が示されている。

さらに特許文献４に示す例では、高輝度化及び光学系のサイズを小さくするため、赤色光（以下、「Ｒ光」という）、第１の緑色光（以下、「第１のＧ光」という）及び青色光（以下、「Ｂ光」という）を合成するクロスダイクロイックプリズムと、Ｒ光を発生させるＬＥＤと、第２の緑色光（以下、「第２のＧ光」という）を発生させるＬＥＤと、第２のＧ光を発生させるＬＥＤに併設されＢ光を発生させるＬＥＤとを備えており、特に緑色光の輝度を他の色よりも高くするため、第１のＧ光及び第２のＧ光を発生させている。
特開２００２−２４４２１１号公報 特開２００４−３４１５５４号公報 特開２００５−２８３８３７号公報 特開２００５−３２１５２４号公報

しかしながら従来の特許文献１〜３のようにＬＥＤ光源を用いたプロジェクタでは、緑色光（以下「Ｇ光」という）の光量が赤色光（以下、「Ｒ光」という）及び青色光（以下、「Ｂ光」という）に比べ少ないという問題がある。具体的には照明光量を最大限確保しようとして各色のＬＥＤ光源のＲ光、Ｇ光及びＢ光を独立に最大定格で発光させると、映像画面のホワイトバランスがくずれ、演色性が劣化する。

一方、白色光はＲ光、Ｇ光及びＢ光が約２：７：１の割合で合成されたものであるが、ホワイトバランスを適正に保とうとすると、緑を発光するＧ光のＬＥＤ光源からの発光量が他の二原色に比べ不足して明るくできない。

そこで特許文献４では、光源装置において、緑色光の輝度を他の色よりも高くする目的で、ダイクロイックミラーで第１のＧ光と第２のＧ光とを合成することにより、緑色光で高輝度を得るようにしているが、ＬＥＤで発生するＲ光、Ｂ光、第１のＧ光及び第２のＧ光はクロスダイクロイックプリズムを透過するため、必ず透過光量に損失が生じる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ＲＧＢの各単色光を所定位置で反射する反射鏡を備えることにより、光量の損失を抑えた光源装置を提供することにある。

また本発明の他の目的とするところは、反射鏡の各位置を順次時系列で切り替えて緑色光の出射回数を多くすることにより、緑色光の光量を他の二原色よりも増大させてホワイトバランスの良い光源装置を提供することにある。

また本発明の他の目的とするところは、ＲＧＢ三原色の光量の損失を抑え、緑色光の光量が他の二原色よりも増大可能でホワイトバランスの良い光源装置を使用することにより、高輝度でホワイトバランスのよい映像表示装置を提供することにある。

本発明の光源装置は、緑色発光素子と、該緑色発光素子の光軸上に設けられ、該光軸と直交する軸回りに回動可能な反射鏡と、該反射鏡に向けて設けられた赤色発光素子及び青色発光素子とを備え、前記反射鏡は、前記赤色発光素子の赤色光を前記光軸方向に反射する第１の位置、前記光軸と平行に向き前記緑色発光素子の緑色光を出射する第２の位置及び前記青色発光素子の青色光を前記光軸方向に反射する第３の位置に、回動して切り替わるようになっており、前記反射鏡の位置の切り替わりに同期して、前記赤色発光素子、緑色発光素子及び青色発光素子を点灯させるように構成してあることを特徴とする。

このような構成の本発明の光源装置では、反射鏡の所定回動位置の切り替わりに同期して、赤色光、緑色光及び青色光の各単色光が時系列に光軸方向に出射する。

さらに本発明の光源装置は、前記赤色発光素子及び青色発光素子が、前記反射鏡に対して等距離の位置に設けられていることを特徴とする。

このような構成の本発明の光源装置では、赤色光及び青色光が同等の光路を進む。

また本発明の光源装置は、前記反射鏡が回動して、前記第１の位置、第２の位置、第３の位置及び第２の位置に順次反復して切り替わることを特徴とする。

このような構成の本発明の光源装置では、反射鏡の回動したそれぞれの位置に同期してそれぞれの位置に対応する発光素子が点灯し、順次反復するときに緑色光を出射する第２の位置に反射鏡が二回出現して停止し、この停止時間中に緑色発光素子が点灯する。

また本発明の光源装置は、前記反射鏡が、前記第１の位置、第２の位置及び第３の位置で停止し、各位置での停止時間が同一又は、前記第２の位置での停止時間が前記第１の位置での停止時間及び第３の位置での停止時間のいずれよりも短くないことを特徴とする。

このような構成の本発明の光源装置では、各単色光の光量を反射鏡の回動した位置での停止時間で各発光素子のオン・オフを制御して、照明光の光量を制御する。

本発明の映像表示装置は、前述のいずれか一つの光源装置と、映像表示素子とを備え、前記光源装置により赤、緑及び青の三原色の各単色光が前記映像表示素子に照射されて、該映像表示素子が各単色の映像を時分割で作り出すことにより時分割フルカラー表示可能としたことを特徴とする。

このような構成の本発明の映像表示装置では、赤、緑、青の各色の発光素子の発光のオン・オフ制御で照明を発し、この各単色光と同期させて単色の映像を映像表示素子の例えばＤＭＤで作り出して時分割フルカラー表示をする。

本発明の光源装置は、反射鏡の位置の切り替わりに応じてＲＧＢの各単色光を出射しているので、光量の損失を抑えることができるという効果を有する。

また本発明の光源装置は、反射鏡が赤色発光素子及び青色発光素子から等距離の位置にあるので、空間を進む光量損失が同一になり、各単色光の光量損失を同等に抑えることができるという効果を有する。

さらに本発明の光源装置は、反射鏡の各位置を順次時系列で切り替えて、緑色光の出射回数を他の二原色光よりも多くしているので、緑色光の光量が他の二原色光よりも増大できるという効果を有し、ホワイトバランスが良くなる。

また本発明の光源装置は、緑色光を出射する位置での反射鏡の停止時間が他の二原色光を反射する位置での停止時間よりも長いので、停止時間中に出射する緑色光の光量を他の二原色の光量よりも確実に大きくすることができるという効果を有する。

また本発明の映像表示装置は、ＲＧＢ三原色の光量の損失を抑え、緑色光の光量が他の二原色よりも増大可能でホワイトバランスのよい光源装置を使用しているので、高輝度で演色性の高い映像表示をすることができるという効果を有する。

以下、図１及び図２に基づき、本発明による光源装置及び映像表示装置の好適な実施の形態を説明する。
本発明の映像表示装置は、本発明に係る光源装置を使用した表示装置であり、例えばデジタルライトプロセッシング方式（以下、「ＤＬＰ方式」という）のプロジェクタ及びリアプロジェクタ等に適用可能である。

図１は、本発明の実施の形態に係る映像表示装置の概略構成模式図である。
本実施の形態に係る映像表示装置１は、光源２と、制御部３と、映像信号処理部４と、反射型の映像表示素子（ＤＭＤ）６と、投射光学系８とを備え、スクリーン１０に映像を映すようになっている。
制御部３は、インターフェース５を介して入力されたＶ／Ｈ同期信号及びビデオ信号に基づいて、ＲＧＢの各単色発光素子をオン・オフ制御して発光させる光源２、各ピクセルでＲＧＢ光を選択的に反射する映像表示素子６にビデオ信号を処理して復号したデジタル画像信号を供給する映像信号処理部４及び反射鏡１８の回転軸を駆動するステッピングモータ７を制御する。

光源２は、ＲＧＢの各単色光を出射する発光素子１２、１４、１６を有する。発光素子としては発光ダイオード及びレーザダイオード等が使用できる。
本実施の形態に係る光源２は、赤色発光ダイオード１２と（以下、「Ｒ光ＬＥＤ１２」という）、青色発光ダイオード１４と（以下、「Ｂ光ＬＥＤ１４」という）、緑色発光ダイオード１６と（以下、「Ｇ光ＬＥＤ１６」という）、Ｇ光ＬＥＤの緑色光が出射する光軸２０上に設けられ、光軸２０と直行する軸回りに回動可能な反射鏡１８とを備える。
Ｒ光ＬＥＤ、Ｇ光ＬＥＤ及びＢ光ＬＥＤは、それぞれ複数のＬＥＤがマトリックス状に配設されたＬＥＤアレイでもよい。

反射鏡１８は、Ｇ光ＬＥＤ１６の前方にて光軸２０上に設けられており、反射鏡１８の回転軸１９は光軸２０と直交する。反射鏡１８は極めて薄い板状であって、Ｒ光ＬＥＤ１２及びＢ光ＬＥＤ１４と対面する面が鏡面に形成されているが、両面が鏡面の方が好ましい。本実施の形態における反射鏡１８は両面が鏡面になっている。
本実施の形態では反射鏡１８に向かって光軸２０から等距離で、光軸２０に対して対称の位置に、Ｒ光ＬＥＤ１２及びＢ光ＬＥＤ１４が設けられている。

反射鏡１８は、Ｒ光ＬＥＤ１２の赤色光が光軸２０方向に反射するａの位置（第１の位置）、光軸２０と平行に向きＧ光ＬＥＤ１６の緑色光が出射するｂの位置（第２の位置）及びＢ光ＬＥＤ１４の青色光が光軸２０方向に反射するｃの位置（第３の位置）に回動して、各位置が切り替わるようになっている。

図１に示すａの位置の反射鏡１８は、光軸２０と平行に向く位置を基準に（角度０度）、光軸２０と直交する反射鏡１８の回転軸１９に対して一方向回りに４５度の角度をなし、Ｒ光ＬＥＤ１２の出射光をＤＭＤ６に向けて反射するようになっている。
また図１に示すｂの位置の反射鏡１８は、光軸２０と平行に向く基準の位置にあり、Ｇ光ＬＥＤ１６の出射光を妨げずＤＭＤ６に向けて出射するようになっている。
さらに図１に示すｃの位置の反射鏡１８は、光軸２０と平行に向く位置を基準に、光軸２０と直交する反射鏡１８の回転軸１９に対して他方向回りに４５度の角度をなし、Ｂ光ＬＥＤ１４の出射光をＤＭＤ６に向けて反射するようになっている。
図１に示した例では、反射鏡１８の位置が、ａの位置（第１の位置）、ｂの位置（第２の位置）、ｃの位置（第３の位置）、ｂの位置（第２の位置）、ａの位置（第１の位置）・・・の順に反復して、往復回動して切り替わるようになっている。

反射鏡１８はステッピングモータ７の回転軸１９に又はこの回転軸１９を介して設けられており、このステッピングモータ７と同期した停止時に停止させて、停止時間中、各ＬＥＤ１２、１４、１６を発光させている。
したがって、反射鏡１８の停止位置ａに同期してＲ光ＬＥＤ１２が発光し、反射鏡１８の停止位置ｂに同期してＧ光ＬＥＤ１６が発光し、反射鏡１８の停止位置ｃに同期してＢ光ＬＥＤ１４が発光する。

なお、図１で示した例では、ａの位置を開始点（ホームポジション）としているが、ホームポジションは適宜設定してもよい。
また本実施の形態では、ａの位置及びｃの位置における光軸２０に対する反射鏡１８の設置角度を４５度としているが、これに限られず、適宜の設置角度で設定可能である。

映像表示素子６が反射型のＤＭＤ６の場合には、映像信号に応じて時分割で選択的に反射するように、ＲＧＢの光源２のオン・オフが制御される。
本実施の形態では、制御部３により映像信号処理部４に基づいてＤＭＤ６の各ピクセルが駆動制御される。

映像信号処理部４は、水平及び垂直信号と同期して、一定周期のビデオ信号をデジタル画像信号に復号し、映像表示素子６のＤＭＤビットに対応して、重みを付けられたデジタルデータを生成し、この重みつきデジタルデータに応じた各ＤＭＤビットのミラーオン時間を調節するものである。本実施の形態の映像表示素子６では、映像信号に応じて選択的にＤＭＤの各ピクセルによりＲＧＢ光を反射し、時分割フルカラー表示をしている。

このとき、ＤＭＤのミラー床にミラーが当たる状態を“１”とし、この状態で絵を出し、反射のミラーがまっすぐ状態では“０”として絵を出さないようにしている。
階調は“１”の状態の時間をパルス変調（ＰＷＭ）すること、つまり各ＤＭＤビットのミラーオン時間に、単位時間に明滅させる頻度で階調を表現し、この明滅による階調表現をＲＧＢの三原色で行ってカラー画像を再生している。

投射光学系８は投影レンズ及びプリズムなどがＤＭＤ６とスクリーン１０との光軸２２上に設けられたものであり、スクリーン１０に映像を投影する。

次にＬＥＤ光源の動作について説明する。
図２は各ＬＥＤの時分割動作タイミングを示す図である。図２において、横軸は時間ｔを示し、縦軸は光量（任意スケール）を示す。
なお、図２中、ａ、ｂ、ｃは、図１中の反射鏡１８の各位置ａ、ｂ、ｃにおける各ＬＥＤの光量と発光時間との対応を示す。また、反射鏡１８の停止時間に対応する各ＬＥＤの発光時間を示すＴ_R 、Ｔ_G 、Ｔ_B は同一としている。

先ず、反射鏡１８がホームポジションのａの位置にあるとき、Ｒ光ＬＥＤ１２がオン状態になって、Ｔ_R 時間発光後、オフ状態になる。
次に、反射鏡１８が高速に、図１に示した例では左回りに４５度回転移動し、反射鏡１８の停止位置ｂと同期してＧ光ＬＥＤ１６がオン状態になって、Ｔ_G 時間発光後、オフ状態になる。

次いで、反射鏡１８が高速に、図１に示すように左回りに４５度回転移動し、反射鏡１８の停止位置ｃと同期してＢ光ＬＥＤ１４がオン状態になって、Ｔ_B 時間発光後、オフ状態になる。
そして、反射鏡１８が高速に、図１に示す右回り、つまり逆方向に４５度回転移動し、反射鏡１８の停止位置ｂと同期してＧ光ＬＥＤ１６がオン状態になって、Ｔ_G 時間発光後、オフ状態になる。

このようにして、１フレーム分の画像を生成する時間で、反射鏡１８、Ｒ光ＬＥＤ１２、Ｇ光ＬＥＤ１６及びＢ光ＬＥＤ１４が駆動制御された１サイクルが終了する。

反射鏡１８が回転移動して切り替わるａの位置、ｂの位置及びｃの位置は、ａの位置がホームポジションの場合、ａの位置→ｂの位置→ｃの位置→ｂの位置の順に１サイクルで切り替わり、これらの位置の切り替わりに同期して各位置での停止時間中、各ＬＥＤがオンする。

したがって、本実施の形態では、１サイクル中に、反射鏡１８が回転移動してｂの位置を二度出現させる。

このように本実施の形態に係る光源装置では、反射鏡１８が回転移動した各位置で、緑色光が光軸２０に平行に出射し、赤色光及び青色光が反射鏡１８で光軸方向に反射する。
したがって、本実施の形態の光源装置は、色光を反射するだけで透過する媒体がないので光量の損失を抑えることができる。

また本実施の形態では、反射鏡１８の回転移動は、ａの位置がホームポジションの場合、ａの位置→ｂの位置→ｃの位置→ｂの位置の順に１サイクルで切り替わり、これらの位置の切り替わりに同期して各位置での停止時間中、各ＬＥＤがオンする。すなわち、１サイクル中に、反射鏡１８の各位置に同期して各位置に対応する各ＬＥＤが点灯し、１サイクル中に緑色光の発光が二度出現する。
したがって、本実施の形態では、１サイクルでＤＭＤ６に向けて出射する照明光のうち、Ｇ光の光量が、他の二原色の光量の倍となってＧ光の光量が増加し、光量低下を防ぐことができる。

このように本実施の形態では、１サイクルにＧ光を出射する回数を他の二原色より多くして、Ｇ光の光量を他の二原色の光量の倍にできるので、ホワイトバランスが良くなる。

さらに本実施の形態に係る映像表示装置１では、赤、緑、青の各色のＬＥＤの発光のオン・オフで照明を発し、この各単色光と同期させて単色の映像を例えばＤＭＤで作り出して時分割フルカラー表示可能である。
したがって、本実施の形態の映像表示装置１では、光量の損失を抑え、緑色光の光量が他の二原色よりも増大可能で、ホワイトバランスのよい光源装置を使用しているので、高輝度で演色性の高い映像表示をすることができる。

なお、本実施の形態における反射鏡１８の各停止時間及び各ＬＥＤの発光時間のＴ_R 、Ｔ_G 及びＴ_B は同一としているが、Ｔ_G はＴ_R 及びＴ_B に比べて短くないのが望ましい。反射鏡１８の各停止時間及び各ＬＥＤの発光時間は適宜設定することが可能である。
また本実施の形態では、Ｒ光ＬＥＤ１２とＢ光ＬＥＤ１４とを光軸２０に対して対称の位置に設けたが対称の位置に限られず、また各ＬＥＤと反射鏡１８とは等距離でなくてもよいが、Ｒ光ＬＥＤ１２及びＢ光ＬＥＤ１４の反射光がＧ光ＬＥＤ１６の光軸方向と同一でＤＭＤ６に入射可能に配設されていればよい。

以上のように、本発明に係る光源装置は、緑色光の光量を他の二原色の光量の倍にするだけでなく、光量損失及び偏光のない画像用光源として極めて有用であり、種々のプロジェクタに利用可能である。
また、このような光源を用いた本発明に係る映像表示装置は、演色性の高いプロジェクタとして極めて有用である。

本発明の実施の形態に係る映像表示装置の概略構成模式図である。 各ＬＥＤの時分割動作タイミングを示す図である。

符号の説明

１ 映像表示装置
２ 光源
６ 映像表示素子
１２ Ｒ光ＬＥＤ（赤色発光ダイオード）
１４ Ｂ光ＬＥＤ（青色発光ダイオード）
１６ Ｇ光ＬＥＤ（緑色発光ダイオード）
１８ 反射鏡
２０ 光軸

Claims (5)

1. 緑色発光素子と、該緑色発光素子の光軸上に設けられ、該光軸と直交する軸回りに回動可能な反射鏡と、該反射鏡に向けて設けられた赤色発光素子及び青色発光素子とを備え、
   前記反射鏡は、前記赤色発光素子の赤色光を前記光軸方向に反射する第１の位置、前記光軸と平行に向き前記緑色発光素子の緑色光を出射する第２の位置及び前記青色発光素子の青色光を前記光軸方向に反射する第３の位置に、回動して切り替わるようになっており、前記反射鏡の位置の切り替わりに同期して、前記赤色発光素子、緑色発光素子及び青色発光素子を点灯させるように構成してあることを特徴とする光源装置。
2. 前記赤色発光素子及び青色発光素子は、前記反射鏡に対して等距離の位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記反射鏡は回動して、前記第１の位置、第２の位置、第３の位置及び第２の位置に順次反復して切り替わることを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
4. 前記反射鏡は、前記第１の位置、第２の位置及び第３の位置で停止し、各位置での停止時間が同一又は、前記第２の位置での停止時間が前記第１の位置での停止時間及び第３の位置での停止時間のいずれよりも短くないことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の光源装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一つに記載の光源装置と、映像表示素子とを備え、前記光源装置により赤、緑及び青の三原色の各単色光が前記映像表示素子に照射されて、該映像表示素子が各単色の映像を時分割で作り出すことにより時分割フルカラー表示可能としたことを特徴とする映像表示装置。

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