JP2008276209A - ディスプレイの照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ライトバルブのシーケンス期間を損ねることなくディスプレイ照明装置を高輝度化する。
【解決手段】ミラーホイール４１は映像同期信号の周期で同期回転しており、回転周期の半分の期間にわたって光源５１から赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）の順で各色発光させ、残る半分の期間にわたって光源５３から赤、青、緑の順で各色発光させる。光源５１と光源５３の発光切り替えタイミングを中心とする期間では、光源５１が緑発光で光源５３が赤発光の場合は、緑色光を反射させ赤色光を透過するダイクロイックミラー４６が配され、光源５１が赤発光で光源５３が緑発光の場合は、赤色光を反射させ緑色光を透過するダイクロイックミラー４５が配される。
【選択図】 図８

Description

本発明は、発光ダイオードを光源としたディスプレイの照明装置に関する。

従来、ＤＬＰ（Digital Light Processing）方式プロジェクタなどに用いられるディスプレイ照明装置としては、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等の放電ランプと、その照射光を任意方向へ制御反射させるリフレクタとから成るものが一般的である。かかる照明装置においては、照射面の光量むらを軽減するために、ライトトンネルや一対のフライアイレンズ等によるインテグレート機能つまり、光学デバイスによりサンプリング形成された所定形状の複数照明領域を照明対象物上に重畳集光する機能を持たせたものがある。更に、近年においては、発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源として用いたものも構築されている。

発光ダイオードを光源として用いた照明装置としては、光量を増大させるために、例えば特許文献１に開示されるように、出射主光軸が互いに直交する２つの光源の光軸交差位置に透過領域と反射領域とを有する円板のミラーを設け、光源の発光に同期してミラーを回転させて透過領域と反射領域の位置を切り替えるようにしたものがある。
特開２００６−３９２７７号公報

一方の光源からの光を反射させるための状態と、他方の光源からの光を透過させるための状態との遷移期間においては、透過領域および反射領域との境界が各光源からの光の交差領域に含まれてしまう。従来、これらの領域切り替え期間においては前述した２つの光源の光が混合されてライトバルブに入射されるため、何れの光源も発光させていなかった。

このため、ライトバルブには前述したように２つの光源の光が混合された期間に照明が成されないから、特にＰＷＭ駆動による階調表現を行う単板ＤＬＰ方式では、充分な階調表現が達成できないため、もし効率が優先されるなら、本混合方式は低品位で実用性が無かった。しかし、ＬＥＤの輝度はプロジェクタ用光源としては弱く、ＬＥＤを光源とするプロジェクタの使用範囲は非常に限られていた。

そこで、本発明の目的は、ライトバルブのシーケンス期間を損ねることなく高輝度化することが可能になるディスプレイの照明装置を提供することにある。

すなわち、本発明に係わるディスプレイの照明装置は、第１及び第２の光源を順次点灯させる点灯制御手段を備え、第１及び第２の光源のうち第１の光源からの光を投射レンズに出射する第１の状態、第１及び第２の光源のうち第２の光源からの光を投射レンズに出射する第２の状態、および第１及び第２の光源の何れかからの光を投射レンズに出射する第３の状態の間でそれぞれの光源と投射レンズとの間の光路を切り替えることを特徴とする。

本発明によれば、ライトバルブのシーケンス期間を損ねることなくディスプレイの照明装置を高輝度化することができる。

以下図面により本発明の実施形態について説明する。
まず、本発明の特徴の理解を容易にするために、発光ダイオードを光源とした一般的なディスプレイ装置について説明する。
図１は、一般的なディスプレイ照明装置の構成例を示す平面図である。
図１に示した一般的なディスプレイ照明装置は、緑色のＬＥＤ光源である緑光源１、赤色のＬＥＤ光源である赤光源２および青色のＬＥＤ光源である青光源３を備えている。このディスプレイ照明装置では緑光源１を独立させて配置し、赤光源２と青光源３とを並べて配置しているが、図２の様にクロスプリズム１２を用いて全ての光源を独立に配置することもある。

緑光源１の出射側である発光面には配光制御を行なうためのコリメータレンズ４が取り付けられ、赤光源２と青光源３の発光面には別のコリメータレンズ４が取り付けられる。
緑光源１からの光の光軸と赤光源２や青光源３からの光の光軸と交差位置には、これらの光を白色合成するためのダイクロイックフィルタ５が設けられ、ダイクロイックフィルタ５は、緑光源１からの光の光軸および赤光源２や青光源３からの光の光軸に対して４５度傾いている。

また、赤光源２や青光源３側のコリメータレンズ４から見たダイクロイックフィルタ５の先には、当該コリメータレンズ４と平行に２枚のレンズでなるフライアイレンズ６が配置される。

フライアイレンズ６の光出射側にはコンデンサレンズ７が取り付けられ、反射ミラー８やフィールドレンズ９を用いて、ライトバルブ１０に重畳平均化された照明が為される。
ライトバルブ１０がＯＮ状態のときは、フィールドレンズ９を通過して投射レンズ１１に照射光が導かれ、ＯＦＦ状態の場合は図示されない任意遮光域へ導かれる。

図３は、一般的なディスプレイ照明装置の光源の第２の変形例を示す平面図である。
この変形例は、第１の変形例と同様、緑光源１、赤光源２、青光源３を独立配置し、赤光源２と青光源３からの光を概略直交させて、ダイクロイックフィルタ５を用いて合成した後に合成光に概略直交させた緑光源１の光はダイクロイックフィルタ５を用いて再合成される。

各光源の出射側にはコリメータレンズ４が取り付けられる。赤光源２と青光源３の合成光にはコンデンサレンズ７を配置することで、合成条件を揃えている。
ダイクロイックフィルタ５の先にはフライアイレンズ６が配置される。

図４は、ライトバルブに単板ＤＭＤ（Digital Mirror Device）を用いた場合の、入射光とＰＷＭによる階調表現原理を示す一般的なディスプレイ照明装置のタイミングチャートの一例を示す図である。

一般的なディスプレイ照明装置の各色光源は、ＬＥＤ光源の場合には選択駆動により、映像信号に同期して光三原色が順次選択、切り替えまたは任意発光することにより、時間軸で発光色分離が行われる。これに合わせてライトバルブ１０は映像信号の選択色、つまり照明色に応じた、階調表現のためのＰＷＭ駆動を行い、人の目による積分効果を利用してカラー映像を表示する。

具体的には、例えば図４に示すように、映像信号フィールド１Ｖの期間に、色分割が気にならない様、例えば２倍の周期で色順次表示させる場合、ホワイトバランスを考慮した任意配分期間比で光三原色の発光を２度行なう。

図４に示した例では赤光源２が時間Ｔ１にわたって発光し、この発光終了時から時間Ｔ２にわたって青光源３が発光し、この発光終了時から時間Ｔ３にわたって緑光源１が発光する。その後、この順番の発光を再度行なう。

各々の色期間、例えば時間Ｔ１内では、ライトバルブ１０が映像信号に対応したＰＷＭ駆動を行なう。この例ではアドレス期間Ｔ４によるアドレス切り替え、および図示されないＤＭＤミラーの切り替え期間Ｔ５の経過後にライトバルブ１０が有効となる。この有効期間は、アドレス切り替えの間隔により、切り替え順に第１の有効期間Ｔ６、第２の有効期間Ｔ７、第３の有効期間Ｔ８、第４の有効期間Ｔ９、第５の有効期間Ｔ１０（以下略）に設定する。この例では、映像信号レベルが２値変換された各々のビットに対応したライトバルブＯＮ期間を２の累乗比に設定することにより光量を制御し、人の目の積分効果によって明るさは表現される。
なおライトバルブのＯＮ期間がアドレス期間より狭い場合には、リセットパルスによりライトバルブは一斉にＯＦＦとなる。

光源として放電管が用いられる場合には、図５に示す光源２０からの光をリフレクタ２１によってライトトンネル２２に集光させ、ライトトンネル２２付近に置かれたカラーホイール１４によって光三原色が順次選択照明される。しかし、リフレクタ２１からの集光光がライトトンネル２２に到達する領域内をカラーホイール１４の各々ダイクロイックミラー境界が交差する範囲１３では、異なるダイクロイックミラーを通過した２色の光が混合する期間Ｔ１５が存在するため、光三原色の階調表現に用いることはできない。この様子を図６に示した。以下、カラーホイール１４のうち期間Ｔ１５において光源２０からの光が照射される領域を有限集光範囲領域と称する。以下、カラーホイール１４をＣＷ１４と称する。

また、色切り換えの違和感を軽減するため、ＣＷ１４の回転数を更に上げた場合や、ホワイトバランス確保条件によってシーケンス期間が狭くなってしまい、ライトバルブ能力で定まるアドレス期間Ｔ４および切り替え期間Ｔ５の条件によって充分な階調表現が出来ない場合には、各光源の発光期間Ｔ１，Ｔ２およびＴ３と、次のサブフィールド、図６では２分の１Ｖ後のＴ１，Ｔ２，Ｔ３に跨るＦＲＣ駆動による階調表現を行ってもよい。

（第１の実施形態）
次に、本発明の第１の実施形態について説明する。
図７は、本発明の第１の実施形態におけるディスプレイ照明装置のミラーホイールの一例を示す平面図である。
図８は、本発明の第１の実施形態におけるディスプレイ照明装置の全体構成例を示す平面図である。
簡単のために、本実施形態図では、図１、図２、図３での例と異なり、フライアイレンズではなくライトトンネルを用いた重畳平均化を行うと同時に、ダイクロイックミラーその他光学手段による光三原色光源光合成部を省略し、色合成後の一つの光源として図示する。

図７に示すように、光学部材であるミラーホイール４１は円板であり、半円部分を透過領域４２とし、残りの半円部分を反射領域４３としている。ただし、ミラーホイール４１の中心を含む予め定められた領域を除いた領域は、ミラーホイール４１の回転制御手段である駆動モータが重なる領域であり、従来は光の透過や反射には用いられなかった範囲である。

また、この実施形態では、２つの光源５１，５３が出射光の光軸が交差するようにそれぞれ配置される。光源５１の出射面にはコリメータレンズ５２が配置され、光源５３の出射面にはコリメータレンズ５４が配置される。
また、この実施形態では、光源５１，５３からの出射光の交差部分はミラーホイール４１の有効範囲４７内に収まるように配置される。
このミラーホイール４１はモータ５５の駆動により、映像に同期された回転を行い、透過領域４２が光源５１，５３出射光の交差範囲５７に位置する場合に光源５３が点灯し、出射光が透過領域４２を透過して、ライトトンネル５６を介して図示されないライトバルブに導かれる。また、反射領域４３が交差範囲５７に位置する場合には光源５１が駆動し、光源５１の出射光が反射領域４３で反射して、ライトトンネル５６により配光角を利用した重畳平均が行われ、図示されないライトバルブに導かれる。

ここで光源５１，５３は有限形状と出射発散角を有しているから、コリメータレンズ５２，５４を介したそれぞれの出射光によりミラーホイール４１上で作られる交差範囲４４は有限な大きさを持つ。このため、透過領域４２と反射領域４３の境界部が交差範囲４４を跨ぐ領域では光源５１からの光と光源５３からの光の一部が混合され、または光源５１からの光と光源５３からの光の一部がライトトンネル５６に導かれずに透過と反射が行われる。即ち、前述した交差範囲４４を跨ぐ領域が有限集光範囲領域Ｌ１となる。

光源５１の光を反射させて光源５３の光を透過させるダイクロイックミラー４６，４５をミラーホイール４１の有限集光範囲領域Ｌ１に配置すれば、有限集光範囲領域Ｌ１を含む全ての領域で、光源５１，５３の何れからの光も有効にライトトンネル５６へ導くことが可能になる。

図９は、本発明の第１の実施形態におけるディスプレイ照明装置の各光源の発光期間、ミラーホイール各領域の切り替え状態、および合成光の発光状態の関係を示すタイミングチャートの一例を示す図である。
この実施形態では、ミラーホイール４１は映像同期信号の周期１Ｖで同期回転しており、この周期１Ｖの半分の期間Ｖ／２にわたって光源５１から赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）の順で各色発光させ、残るＶ／２にわたって光源５３から赤、青、緑の順で各色発光させる。光源５１と光源５３の発光切り替えタイミングを中心とする期間Ｔ２２（Ｄ）では、光源５１からの緑色光を反射させて光源５３からの赤色光を透過させるダイクロイックミラー４６が交差範囲５７に配され、または、光源５１からの赤色光を反射させて光源５３からの緑色光を透過させるダイクロイックミラー４５が交差範囲５７に配される。
図９に示したミラーホイール４１の「ｒ」の期間は反射領域４３が交差範囲５７に配される期間であり、「ｔ」の期間は透過領域４２が交差範囲５７に配される期間である。

これにより、時間Ｔ２１（＝Ｖ／２）においては、光源５１からの光がミラーホイール４１で反射してライトトンネル５６に導かれ、時間Ｔ２３（＝Ｖ／２）においては、光源５３からの光がミラーホイール４１を透過してライトトンネル５６に導かれる。周期１Ｖで積分すれば、光源５１と光源５３の光源光は些かもタイムロス無い状態で合成することが可能になる。

ここでダイクロイックミラー４５，４６の範囲は、有限集光範囲領域Ｌ１に一致させる必要はなく、Ｔ２２の領域を超えてダイクロイックミラーの反射／透過有効期間、即ち光学諸特性条件とホワイトバランス確保の観点から定められた任意の色光源毎に定めた発光期間範囲Ｔ２５，Ｔ２６の何れの位置で切り替わっても良い。

（第２の実施形態）
第１の実施形態で述べたように、ミラーホイール４１の有限集光範囲領域Ｌ１に施すダイクロイックミラーの範囲は必ずしも限定する必要はないから、光源５１，５３の発光色切り替えタイミングに境界を設定することも可能である。この位置に切り替え範囲を設定すれば、透過領域４２と反射領域４３の光学特性は、この期間に発光する狭帯域特性のみを考慮すればよいため、高効率な無反射コートおよび反射コートを少ない膜数、即ち安価に設計することが可能となる。同様にコストの観点から、ダイクロイックミラーについても第1の実施形態で示した波長の隣接する赤と緑よりも、波長の離れている赤と青に対するダイクロイックフィルタの方が、緩やかな遷移特性の関係から設計製造が容易となる場合が多い。

従って図１０に示すように、青色光の反射特性および赤色光の透過特性を有するダイクロイックミラー５９や青色光の透過特性および赤色光の反射特性を有するダイクロイックミラー６０を有限集光範囲領域Ｌ１より広げて透過領域４２と反射領域４３上に配置したミラーホイール４１を用い、ディスプレイ装置全体は、第１の実施形態と同様に図１１に示した構成を取る。

図１２に示したミラーホイール４１の「ｂ」の期間は、ダイクロイックミラー５９が交差範囲５７に配される期間であり、「ｒ」の期間は、ダイクロイックミラー６０が交差範囲５７に配される期間である。また、図１２に示したミラーホイール４１の「ｇ」の期間は、ダイクロイックミラーが配されない反射領域４３が交差範囲５７に配される期間であり、「Ｗ」の期間は、ダイクロイックミラーが配されない透過領域４２が交差範囲５７に配される期間である。

図１２に示すタイミングチャートの様に、光源５１と光源５３を赤、緑、青の順に発光させ、光源５１からの青色光の発光期間および当該期間に続く光源５３からの赤色光の発光期間を合わせた期間Ｔ２５においてダイクロイックミラー５９を交差範囲５７に位置させ、かつ、光源５３からの青色光の発光期間および当該期間に続く光源５１からの赤色光の発光期間を合わせた期間Ｔ２６においてダイクロイックミラー６０を交差範囲５７に位置させる駆動を行えば、単板ＤＬＰプロジェクタで一般的なカラーホイールの製造性を含め、より実用性の高い照明系が構築可能となる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について説明する。
図１３は、本発明の第３の実施形態におけるディスプレイ照明装置の全体構成例を示す平面図である。
この実施形態で示した構成例は、高出力なプロジェクタを構築するための構成例である。本実施形態では、従来技術であるＬＥＤ光源波長に対応した色合成を施した、従来最大光束が得られる４つの光源の２つずつを１組とし、第１、第２の実施形態で示した構成を用いてそれぞれ合成した後に、それぞれの合成光源を１ユニット光源として、更なるミラーホイールを用いて１つの光源に時分割重畳する。

具体的には、本実施形態では、合成光源６１，６２，６３，６４は図２に示したような、光３原色の合成各種光源であり、合成光源６１，６２，ミラーホイール６９、および合成光源６３，６４とミラーホイール７０は第１、第２何れかの実施形態によって、それぞれ１つの合成光源ユニット７２，７３を構成する。
合成光源ユニット７２，７３からの出射光は、リレーレンズ６５，６６，６７，６８によって光学条件がリレーされ、更なるミラーホイール７１の有効任意面で互いに交差する。

光源ユニット７２からコンデンサレンズ６６を通過した光はミラーホイール７１が透過域の場合にはライトトンネル７５に到達し、光源ユニット７３からコンデンサレンズ６８を通過した光はミラーホイール７１が反射域の場合にライトトンネル７５に到達する。

従って、合成光源６１，６２，６３，６４の発光期間は、それぞれ概略半分に設定し、ミラーホイール７１の領域に従ってそれぞれの合成光源を任意に駆動させれば、全ての発光光は所定の光路を通過し、ライトトンネル７５に到達するとともに、有限集光範囲領域が任意発光色光源の発光期間を超えない範囲で、それぞれの切り替えタイミングにロスは存在しない。

図１４は、本発明の第３の実施形態におけるディスプレイ照明装置の各光源の発光期間、ミラーホイールの切り替え状態および合成光の発光状態の関係を示すタイミングチャートの一例を示す図である。
ここでは、ミラーホイール６９，７０の構成は第２の実施形態で説明した図７に示したミラーホイール４１と同じであり、ミラーホイール７１の構成は図１０に示した構成であるとする。また、ミラーホイール７１の回転周期はミラーホイール６９，７０の回転周期の半分である。

この実施形態では、光源６１，６３，６２，６４の順に等間隔で発光する。
光源６１の発光終了タイミングから光源６２の発光開始タイミングの中間のタイミングで、ミラーホイール６９の領域のうち光源６１，６２間に位置する領域が透過領域から反射領域に切り替わる。

また、光源６２の発光終了タイミングから光源６１の発光開始タイミングの中間のタイミングで、ミラーホイール６９の領域のうち光源６１，６２間に位置する領域が反射領域から透過領域に切り替わる。

光源６４の発光終了タイミングと光源６３の発光開始タイミングの中間のタイミングで、ミラーホイール７０の領域のうち光源６３，６４間に位置する領域が透過領域から反射領域に切り替わる。

光源６３の発光終了タイミングと光源６４の発光開始タイミングの中間のタイミングで、ミラーホイール７０の領域のうち光源６３，６４間に位置する領域が反射領域から透過領域に切り替わる。

また、光源６１の発光終了タイミングと光源６３の発光開始タイミングの中間のタイミング、および光源６２の発光終了タイミングと光源６４の発光開始タイミングの中間のタイミングで、ミラーホイール７１の領域のうちリレーレンズ６６，６８間に位置する領域は、前述したように青色光の透過特性および赤色光の反射特性を有するダイクロイックミラー６０である。

光源６３の発光終了タイミングと光源６２の発光開始タイミングの中間のタイミング、および光源６４の発光終了タイミングと光源６１の発光開始タイミングの中間のタイミングで、ミラーホイール７１の領域のうちリレーレンズ６６，６８間に位置する領域は、前述したように青色光の反射特性および赤色光の透過特性を有するダイクロイックミラー５９である。

さらに説明すると、ミラーホイール６９の回転周期１Ｖ内の時間Ｔ３１にわたって光源６１から赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の順で各色発光させ、この時間Ｔ３１を含む時間Ｔ３４にわたってミラーホイール６９の前述した円周部分Ｌ２と関わる透過領域（ｔ）が光源６１，６２の間に位置するようにミラーホイール６９を回転させる。

また、ミラーホイール６９の回転周期１Ｖ内の光源６１の発光終了タイミングから予め定められた時間が経過した別のタイミングの時間Ｔ３１にわたって光源６２から赤、緑、青の順で各色発光させ、この時間Ｔ３１を含む時間Ｔ３４と同じ長さの時間Ｔ３３にわたってミラーホイール６９の前述した円周部分Ｌ３と関わる反射領域（ｒ）が光源６１，６２の間に位置するようにミラーホイール６９を回転させる。つまり光源６１，６２は一定間隔ごとに交互に点灯する。

また、別のミラーホイール７０の回転周期内の、光源６１の点灯後で光源６２の点灯前の時間Ｔ３２にわたって光源６３から赤、緑、青の順で各色発光させ、この時間Ｔ３２にわたってミラーホイール７０の前述した円周部分Ｌ３と関わる反射領域（ｒ）が光源６３，６４の間に位置するようにミラーホイール７０を回転させる。

また、ミラーホイール７０の回転周期内の、光源６２の点灯後で光源６１の点灯前の時間Ｔ３２にわたって光源６４から赤、緑、青の順で各色発光させ、この時間Ｔ３２を含む時間にわたってミラーホイール７０の前述した円周部分Ｌ２と関わる透過領域（ｔ）が光源６３，６４の間に位置するようにミラーホイール７０を回転させる。つまり光源６３，６４は一定間隔ごとに交互に点灯する。

これにより、光源６１の点灯時間および光源６２の点灯時間において、リレーレンズ６５，６６の間に合成光が通り、光源６３の点灯時間および光源６４の点灯時間において、リレーレンズ６７，６８の間に合成光７９が通る。
よって、光源６１，６２，６３，６４の点灯時間Ｔ３２には、最終的な合成光がライトトンネル７５に導かれる。

第３の実施形態から解るように、本発明を適用して合成した光源ユニットは、次なる合成のための光源として、原理的により多くの時分割合成が可能な性質を持つ。本合成の限界は、ＬＥＤの最大電流規格と、ミラーホイールより定まる有限集光範囲が複数光源の間に位置する時間が、詳細時分割された単一光源の駆動時間を超えた場合である。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
図１５は、本発明の第４の実施形態におけるディスプレイ照明装置の全体構成例を示す平面図である。
この実施形態は、ディスプレイ照明装置がバッテリ駆動している場合の省電力化を目的として、単一の光源のみを点灯させてミラーホイールの駆動を停止させるものである。

図１５に示すように、この実施形態におけるディスプレイ照明装置の構成は、図１１に示した構成と比較して、光源から見たライトトンネル５６の入り口付近またはライトバルブ５８の近傍に光センサ１２１を配置している。実際に配置する光センサ１２１はいずれか一つでよい。光センサ１２１は、光源の何れからの光がライトバルブへ導かれるか否かを判別する判別手段である。

光センサ１２１は、予め定められた光量の光を検出すると、ミラーホイール４１の反射領域が光源５１，５３の間に位置して光源５１からの光がライトトンネル５６に導かれている、またはミラーホイール４１の透過領域が光源５１，５３の間に位置して光源５３からの光がライトトンネル５６に導かれていると判別し、これを示す信号を制御装置１２２に出力する。

制御装置１２２は、光源５１，５３のいずれかのみを発光させる駆動手段である。この制御装置１２２は、光源５１，５３のいずれかが現在発光しているかを予め認識しており、光源５１の発光期間中に光センサ１２１からの信号を入力した場合には、ミラーホイール４１の反射領域が光源５１，５３の間に位置していると判別し、光源５３の発光期間中に光センサ１２１からの信号を入力した場合には、ミラーホイール４１の透過領域が光源５１，５３の間に位置していると判別する。

制御装置１２２は、ミラーホイール４１の反射領域が光源５１，５３の間に位置していると判別した場合には、光源５１を常時点灯させて光源５３を消灯させた上で、駆動モータ５５の駆動を停止させる。

また、制御装置１２２は、ミラーホイール４１の透過領域が光源５１，５３の間に位置していると判別した場合には、光源５３を常時点灯させて光源５１を消灯させた上で、駆動モータ５５の駆動を停止させる。つまり、制御装置１２２は、省電力モードに切り替えられた際に、光学部材の回転を停止させる回転停止制御手段として機能する。

また、制御装置１２２は、ミラーホイール４１の有限集光範囲領域が光源５１，５３の間に位置していないと判別した場合には、ミラーホイール４１の反射領域が光源５１，５３の間に位置するまで駆動モータ５５を駆動させる。つまり、制御装置１２２は、複数の光源の何れの光もライトバルブ５８に向かって導かれないと判別した場合に光学部材を任意角度シフトさせる制御手段である。

このような制御を行なうことで、光源５１からの光のみが常時ライトトンネル５６に導かれる、あるいは光源５３の光のみ常時ライトトンネル５６に導かれることになるので、ユーザから見た明るさが減少する代わりに消費電力を大幅に低減できる。

（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
図１６は、本発明の第５の実施形態におけるディスプレイ照明装置の全体構成例を示す平面図である。
図１６に示すように、第５の実施形態では、図１１に示した構成と比較して、光源５３の代わりに光源１３１が、光源５１の代わりに光源１３２が設けられ、ミラーホイール４１の代わりにミラーホイール１３３が設けられる。

図１７は、本発明の第５の実施形態におけるディスプレイ照明装置のミラーホイールの第１の例を示す平面図である。
図１８は、本発明の第５の実施形態におけるディスプレイ照明装置のミラーホイールの第２の例を示す平面図である。
図１９は、本発明の第５の実施形態におけるディスプレイ照明装置の各光源の発光期間、ミラーホイールの切り替え状態および合成光の発光状態の関係を示すタイミングチャートの一例を示す図である。
ここで、図１６のコリメータレンズ５２，５４を通過した有限集光交差範囲の回転方向成分Ｘの２倍が、図１７，１８のＬ１、図１９のＴ５１，Ｔ５２に対応している。

図２０は、本発明の第５の実施形態におけるディスプレイ照明装置の各光源の発光条件、およびフィルタ特性条件の一例を示す図である。
本実施形態では、ミラーホイール１３３として、図１７に示したミラーホイール１４０または図１８に示したミラーホイール１５０が用いられる。

ミラーホイール１４０は、反時計回り方向に沿って、青色光の反射特性および赤色光や緑色光の透過特性を有するダイクロイックミラー１４１が有限集光範囲Ｌ１を跨いだ領域に配置され、赤色光や緑色光の反射特性および青色光の透過特性を有するダイクロイックミラー１４２が有限集光範囲Ｌ１を跨いだ領域に配置され、さらに、全帯域の反射特性を有する反射領域１４３が配置される。

また、ミラーホイール１５０には、反時計回り方向に沿って、全帯域の透過特性を有する透過領域１５１が配置され、赤色光の反射特性および青色光の透過特性を有するダイクロイックミラー１５２が有限集光範囲領域Ｌ１を跨いだ領域に配置され、青色光や緑色光の反射特性および赤色光の透過特性を有するダイクロイックミラー１５３が有限集光範囲Ｌ１を跨いだ領域に配置される。

図１９に示したミラーホイール１４０の「（１４１）」の期間は、ダイクロイックミラー１４１が各光源からの光の交差範囲に配される期間で、「（１４２）」の期間は、ダイクロイックミラー１４２が各光源からの光の交差範囲に配される期間で、「（１４３）」の期間は、反射領域１４３が各光源からの光の交差範囲に配される期間である。

また、図１９に示したミラーホイール１５０の「（１５１）」の期間は、透過領域１５１が各光源からの光の交差範囲に配される期間で、「（１５２）」の期間は、ダイクロイックミラー１５２が各光源からの光の交差範囲に配される期間で、「（１５３）」の期間は、ダイクロイックミラー１５３が各光源からの光の交差範囲に配される期間である。

本実施形態では、図１９に示すタイミングチャートの様に、光源１３１，１３２を赤、緑、青の順に発光させる。
ただし、光源１３１の赤色光と緑色光の発光期間、光源１３１の青色光と光源１３２の赤色光の発光期間、および光源１３２の緑色光と青色光の発光期間は一定期間重複している。

そして、光源１３２からの青色光の発光期間および当該期間に続く光源１３１からの赤色光の発光期間を合わせた期間Ｔ５１においてミラーホイール１４０のダイクロイックミラー１４１またはミラーホイール１５０のダイクロイックミラー１５３を各光源からの光の交差範囲に位置させる。

また、光源１３１からの青色光および光源１３２からの赤色光の重複発光期間Ｔ５２においてミラーホイール１４０のダイクロイックミラー１４２またはミラーホイール１５０のダイクロイックミラー１５２を各光源からの光の交差範囲に位置させる。

また、光源１３１からの青色光の発光期間および光源１３２の赤色光の発光期間にはミラーホイール１４０のダイクロイックミラー１４２を、光源１３２からの緑色光の発光期間にはミラーホイール１４０の反射領域１４３を、その他の期間にはミラーホイール１４０のダイクロイックミラー１４１を、各光源からの光の交差範囲に位置させる。

また、光源１３１からの緑色光の発光期間にはミラーホイール１５０の透過領域１５１を、光源１３１からの青色光の発光期間および光源１３２の赤色光の発光期間にはミラーホイール１５０のダイクロイックミラー１５２を、その他の期間にはミラーホイール１５０のダイクロイックミラー１５３を、各光源からの光の交差範囲に位置させる。

このような駆動を行えば、光源１３１の赤色光のみの発光期間Ｔ６１には赤色光が、光源１３１の赤色光と緑色光の重複発光期間Ｔ６２には黄色光が、光源１３１の緑色光のみの発光期間Ｔ６３には緑色光が、光源１３１の青色光のみの発光期間Ｔ６４には青色光がライトトンネル５６に導かれる。

また、光源１３１の青色光と光源１３２の赤色光の重複発光期間Ｔ６５にはマゼンタ（magenta）光が、光源１３２の赤色光のみの発光期間Ｔ６６には赤色光が、光源１３２の緑色光のみの発光期間Ｔ６７には緑色光が、光源１３２の緑色光と青色光の重複発光期間Ｔ６８にはシアン（cyan）光が、光源１３２の青色光のみの発光期間Ｔ６９には青色光が合成光１６０としてライトトンネル５６に導かれる。
図１９中の合成光１６０の「（Ｙ）」は黄色光が、「（Ｍ）」はマゼンタ光が、「（Ｃ）」はシアン光が出射されることを示す。

このように、本実施形態では、合成光である黄色光、マゼンタ（magenta）光およびシアン（cyan）光をライトトンネル５６に導くことができるので、光３原色の発光時間を長くすることができる。

図２１は、本発明の第５の実施形態におけるディスプレイ照明装置の各色光の発光効率の特性の一例を示す図である。
図２１（ａ）は赤色光の発光効率の特性を、図２１（ｂ）は緑色光の発光効率の特性を、図２１（ｃ）は青色光の発光効率の特性を示す。図２１中の「ＤＣ」で示された特性曲線は直流電流に対する光束の特性であり、電流が増すほどに発光効率が悪くなることを示す。

本実施形態では、例えばＬＥＤの制御リミット条件が最大電流である場合、発光時間延長比でプロジェクタの出力光を明るくすることができる。また、リミット条件が放熱である場合でも、同じ消費電力における点灯時間を長くする、つまり点灯電流を低くすることができる。よって、同じ消費電力でも素子そのものの発光効率を改善することができる。

なお、この発明は前記実施形態そのままに限定されるものではなく実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を省略してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

一般的なディスプレイ照明装置の構成例を示す平面図。 一般的なディスプレイ照明装置の光源の第１の変形例を示す平面図。 一般的なディスプレイ照明装置の光源の第２の変形例を示す平面図。 ライトバルブに単板ＤＭＤ（Digital Mirror Device）を用いた場合の、入射光とPWMによる階調表現原理を示す一般的なディスプレイ照明装置のタイミングチャートの一例を示す図。 光源に放電管を用いた場合のディスプレイ照明装置の構成例を示す平面図。 光源に放電管を用いた場合のディスプレイ照明装置の入射光とPWMによる階調表現原理を示す一般的なディスプレイ照明装置のタイミングチャートの一例を示す図。 本発明の第１の実施形態におけるディスプレイ照明装置のミラーホイールの一例を示す平面図。 本発明の第１の実施形態におけるディスプレイ照明装置の全体構成例を示す平面図。 本発明の第１の実施形態におけるディスプレイ照明装置の各光源の発光期間、ミラーホイール各領域の切り替え状態、および合成光の発光状態の関係を示すタイミングチャートの一例を示す図。 本発明の第２の実施形態におけるディスプレイ照明装置のミラーホイールの一例を示す平面図。 本発明の第２の実施形態におけるディスプレイ照明装置の全体構成例を示す平面図。 本発明の第２の実施形態におけるディスプレイ照明装置の各光源の発光期間、ミラーホイールの切り替え状態および合成光の発光状態の関係を示すタイミングチャートの一例を示す図。 本発明の第３の実施形態におけるディスプレイ照明装置の全体構成例を示す平面図。 本発明の第３の実施形態におけるディスプレイ照明装置の各光源の発光期間、ミラーホイールの切り替え状態および合成光の発光状態の関係を示すタイミングチャートの一例を示す図。 本発明の第４の実施形態におけるディスプレイ照明装置の全体構成例を示す平面図。 本発明の第５の実施形態におけるディスプレイ照明装置の全体構成例を示す平面図。 本発明の第５の実施形態におけるディスプレイ照明装置のミラーホイールの第１の例を示す平面図。 本発明の第５の実施形態におけるディスプレイ照明装置のミラーホイールの第２の例を示す平面図。 本発明の第５の実施形態におけるディスプレイ照明装置の各光源の発光期間、ミラーホイールの切り替え状態および合成光の発光状態の関係を示すタイミングチャートの一例を示す図。 本発明の第５の実施形態におけるディスプレイ照明装置の各光源の発光条件、およびフィルタ特性条件の一例を示す図。 本発明の第５の実施形態におけるディスプレイ照明装置の各色光の発光効率の特性の一例を示す図。

符号の説明

１…緑光源、２…赤光源、３…青光源、４，５２，５４…コリメータレンズ、５…ダイクロイックフィルタ、６…フライアイレンズ、７…コンデンサレンズ、８…ミラー、９…フィールドレンズ、１０，５８…ライトバルブ、１１…投射レンズ、１２…クロスプリズム、１４…カラーホイール、２０，５１，５３，６１，６２，６３，６４，１３１，１３２…光源、２１…リフレクタ、２２，５６，７５…ライトトンネル、４１，６９，７０，７１，１３３，１４０，１５０…ミラーホイール、４２，１５１…透過領域、４３，１４３…反射領域、４４，５７…交差範囲、４５，４６，５９，６０，１４１，１４２，１５２，１５３…ダイクロイックミラー、４７…有効範囲、５５，７４…駆動モータ、７２，７３…光源ユニット、６５，６６，６７，６８…リレーレンズ、１２１…光センサ、１２２…制御装置。

Claims (9)

1. 第１及び第２の光源と、
   前記第１及び第２の光源を順次点灯させる点灯制御手段と、
   前記第１及び第２の光源のうち前記第１の光源からの光を投射レンズに出射する第１の状態、前記第１及び第２の光源のうち前記第２の光源からの光を前記投射レンズに出射する第２の状態、および前記第１及び第２の光源の何れかからの光を前記投射レンズに出射する第３の状態の間で前記それぞれの光源と前記投射レンズとの間の光路を切り替える光路切替手段と
   を備えたことを特徴とするディスプレイの照明装置。
2. 前記光路切替手段は、
   前記第１の光源からの光を前記投射レンズに透過させて前記第２の光源からの光を投射レンズに反射させるための反射透過領域を任意角配分した回転体を有し、前記第１の光源の点灯期間と前記第２の光源の点灯期間との切り替わりタイミングを含む期間において前記回転体の反射透過領域を前記第１の光源からの光および第２の光源からの光の交差領域に位置させる
   ことを特徴とする請求項１に記載のディスプレイの照明装置。
3. 予め定められた期間において、光三原色のそれぞれが、任意期間に発光する第１の光源と、
   前記第１の光源発光期間と異なる任意期間において、前記光三原色のそれぞれを任意期間で発光し、照射光が前記第１の光源の照射光と交差する第２の光源と、
   前記第１または第２の光源からの光を入射して投射レンズに出射するライトバルブと、
   前記第１の光源からの光および第２の光源からの光の交差領域に位置し、予め定められた前記第１の光源からの光を反射させる特性を有する第１の領域と、前記第１の光源の任意発光色の光を反射させて前記第２の光源の異なる任意発光色の光を透過させる特性を有する第２の領域と、前記第２の光源からの光を透過させる特性を有する第３の領域と、前記第２の光源の任意発光色の光を透過させて前記第１の光源の発光する異なる任意色の光を反射させる特性を有する第４の領域が円盤状に任意配置構成される光学部材と、
   前記第１の光源の発光時には、前記第１の光源からの光が前記ライトバルブに向かって反射するように前記光学部材を回転させ、前記第２の光源の発光時には、前記第２の光源からの光が前記ライトバルブに向かって透過するように、前記光学部材の各領域を前記第１の光源光および第２の光源光の交差位置に位置させる回転制御手段と
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載のディスプレイの照明装置。
4. 前記光学部材は、赤、緑、青、透過の４セグメントに分割されたカラーホイールであることを特徴とする請求項３に記載のディスプレイの照明装置。
5. 前記第１の光源、前記第２の光源、前記光学部材、および前記回転制御手段を有する光源装置を１ユニットとする、前記第１の光源ユニットと、
   前記第１の光源、前記第２の光源、前記光学部材、および前記回転制御手段を有し、前記第１の光源ユニットによる発光期間と異なる任意期間で発光し、照射光が前記第１の光源ユニットからの照射光と交差する第２の光源ユニットと、
   前記２つの光源ユニットからの光の交差領域に位置し、予め定められた前記第１の光源ユニットからの光を反射させる特性を有する第１の領域と、前記第１の光源ユニットの任意発光色の光を反射させて前記第２の光源ユニットの異なる任意発光色の光を透過させる特性を有する第２の領域と、前記第２の光源ユニットからの光を透過させる特性を有する第３の領域と、前記第２の光源ユニットの任意発光色の光を透過させて前記第１の光源から発光する異なる任意色の光を反射させる特性を有する第４の領域が円盤状に任意配置構成される第２の光学部材と、
   前記第１の光源ユニットの発光時には、前記第１の光源ユニットからの光が前記ライトバルブに向かって反射するように前記光学部材を回転させ、前記第２の光源ユニットの発光時には、前記第２の光源ユニットからの光が前記ライトバルブに向かって透過するように、前記第２の光学部材の各領域を前記２つの光源ユニットからの光の交差領域に位置させる第２の回転制御手段と
   をさらに備えたことを特徴とする請求項３に記載のディスプレイの照明装置。
6. 任意にペアリングされた複数の光源からの照射光交差領域に配置され、一方の光源からの光を反射させる特性を有する第１の領域と、前記複数のうち一方の光源の任意発光色の光を反射させて前記他方の光源の異なる任意発光色の光を透過させる特性を有する第２の領域と、前記他方の光源からの光を透過させる特性を有する第３の領域と、前記他方の光源の任意発光色の光を透過させて前記一方の光源の発光する異なる任意色の光を反射させる特性を有する第４の領域が円盤状に任意配置構成される光学部材、および、前記それぞれの光源からの光が前記光学部材を介して順次照射されるように前記光学部材を回転させる回転制御手段を有する、複数の光源ユニットと、
   前記それぞれの光源ユニットからの光を入射して投射レンズに出射するライトバルブと、
   前記それぞれの光源ユニットからの照射光交差領域に配された第２の光学部材と、
   前記それぞれの光源ユニットの任意発光期間には、当該発光する光源ユニットからの光が前記ライトバルブに導かれるように前記第２の光学部材を回転させる第２の回転制御手段と
   を備えたことを特徴とするディスプレイの照明装置。
7. 予め定められた期間において、光三原色のそれぞれが、任意期間に概略連続して順次発光する第１の光源と、
   前記第１の光源発光期間と異なる任意期間において、前記第１の光源と逆の順で概略連続順次発光し、照射光が前記第１の光源の照射光と交差する第２の光源と、
   前記第１または第２の光源からの光を入射して投射レンズに出射するライトバルブと、
   前記第１の光源光および第２の光源光の交差領域に位置し、予め定められた前記第１の光源からの光を反射させる特性を有する第１の領域と、前記第２の光源からの光を透過させる特性を有する第２の領域とが任意円盤状に配置構成される光学部材と、
   前記第１の光源の発光時には、前記第１の光源からの光が前記ライトバルブに向かって反射するように前記光学部材を回転させ、前記第２の光源の発光時には、前記第２の光源からの光が前記ライトバルブに向かって透過するように、前記光学部材の各領域を前記第１の光源および第２の光源光の交差位置に位置させる回転制御手段と
   を備えたことを特徴とするディスプレイの照明装置。
8. 前記光学部材とライトバルブとの間に配され、前記第１および第２の光源の何れがライトバルブへ導かれるか否かを判別する判別手段と、
   省電力モードに切り替えられた際に、前記光学部材の回転を停止させる回転停止制御手段と、
   前記判別手段により判別された、有効である前記第１または第２の何れかの光源のみを発光させる駆動手段と、
   前記判別手段により、第１または第２の何れの任意光も前記ライトバルブに向かって導かれると判別した場合に、前記光学部材を任意角度シフトさせる制御手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項３に記載のディスプレイの照明装置。
9. 前記第１および第２の光源は、
   光三原色のそれぞれを所定の複数色の光の発光期間が一定期間重複するように発光させ、
   前記光路切替手段は、
   前記複数色の光の重複発光期間において、当該複数色の光が合成された光を前記投射レンズに出射する
   ことを特徴とする請求項１に記載のディスプレイの照明装置。

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