JP2012113224A - 照明装置及び投写型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】色純度と光量とのバランスを可変とすることによりニーズの多様化に対応できるようにした照明装置及びこれを用いた投写型映像表示装置を提供すること。
【解決手段】本発明に係る照明装置１は、光源２から一方向に偏光方向が揃った偏光光２ａを射出し、これを光分割部材３により任意の比率で複数の偏光光３２ａ，３２ｂに分割する。そして、この複数に分割された偏光光３２ａ，３２ｂを、複数の光変換部材４を所定通りに切り換えることができるように構成された切換装置５により、複数の光変換部材４を切り換えながら複数の色光４ａ，４ｂを射出し、これを合成することにより色純度と光量のバランスを変化しうるようにしたものである。また、本発明に係る投写型映像表示装置はこのような照明装置１を用いたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源からの光を複数の色の光に変換して順次射出する照明装置、並びにこのような照明装置を用いた投写型映像表示装置に関する。

従来、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）と略称されているマイクロミラー素子からなる反射型表示素子を用いた投写型映像表示装置がある。また、この投写型映像表示装置には、光源からの白色光を順次赤色波長領域の光（以下単に赤色光という）、緑色波長領域の光（以下単に緑色光という）、青色波長領域の光（以下単に青色光という）に色時分割し、色時分割された照明光を順次射出する照明装置が用いられている。

このような照明装置を用いた投写型映像表示装置は、例えば図９に示すように構成されていた。
この投写型映像表示装置は、光源からの全方位光である白色光を色時分割し、均一な輝度として射出する照明装置１１０が用いられている。そして、この投写型映像表示装置は、照明装置１１０と、照明装置１１０から順次射出される各色光の光束を目的物へガイドするガイド光学系１２０と、ガイド光学系１２０から順次照射されるカラー照明光を光変調する変調装置１３０と、変調された映像光を投影する投写レンズ１４０とから構成されている。

照明装置１１０は、光源１１１として、全方位光である白色光を発生するキセノンランプや超高圧水銀ランプ等の放電ランプ１１１ａを備えた白色光源が用いられている。この光源１１１は、回転放物面状の鏡面を有するリフレクタ１１１ｂの焦点位置に放電ランプ１１１ａを設けたものである。そして、放電ランプ１１１ａから放射された光は、リフレクタ１１１ｂによって反射され、白色スポット光１１１ｃとして光源１１１から出射される。

また、この照明装置１１０は、光源１１１から出射された白色スポット光１１１ｃを色時分割する装置としてカラーホイール１１２が用いられている。カラーホイール１１２は、ホイールの中心を回転中心として回転するように構成された円盤状物体であって、この円盤状物体の一定円周上に、赤色光を透過するフィルタ（Ｒフィルタ）１１２Ｒ、緑色光を透過するフィルタ（Ｇフィルタ）１１２Ｇ及び青色光を透過するフィルタ（Ｂフィルタ）１１２Ｂが回転方向に向かって順次配置されている。これらフィルタ１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂはガラス部材により構成されている。また、このカラーホイール１１２は、光源１１１から出射された白色光が所定半径上に配列されているフィルタ１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂ上にスポット光として照射されると、各フィルタ１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂにおける透過作用により赤色光、緑色光及び青色光が順次抽出されて透過されるように構成されている。

また、この照明装置１１０では、カラーホイール１１２から透過された光束を均一な輝度分布の色光とするために、ガラス等の角棒体からなるロッドインテグレータ１１３が設けられている。カラーホイール１１２からこのロッドインテグレータ１１３に導入された色光は、ロッドインテグレータ１１３の内面で繰り返し反射されることにより輝度分布が均一な光となって出射される。

また、上記照明装置１１０を備えた投写型映像表示装置において、照明装置１１０から出射された光をガイドするガイド光学系１２０は、コンデンサレンズ１２１、１２３及び全反射ミラー１２２等の機器から構成されており、これら機器により照明装置１１０から出射された光を変調装置１３０へ照射するように構成されている。

変調装置１３０は、ＤＭＤ１３１と略称されているマイクロミラー素子及びアブソーバ（吸収体）１３２を用いたものであって、ディジタル光変調が行われる。また、変調装置１３０は、ガイド光学系１２０を介して照明装置１１０から順次照射される赤色光、緑色光及び青色光に同期して映像信号が提供され、各色光毎に映像信号によりＤＭＤ１３１がオンオフ制御され、かつ、スイッチングレシオが制御されて光変調される。すなわち、所謂ＰＷＭ制御により光変調される。

また、この投写型映像表示装置においては、このようにして光変調されたカラー映像光が、人の目には合成された映像として投写レンズ１４０を介してスクリーン等に投影されている。図９に示す照明装置及びこれを用いた投写型映像表示装置は以上のようなものである。これを従来技術Ａと称する。なお、このような従来技術Ａは、例えば特許文献１に記載されている。

また、上記照明装置及びこれを用いた投写型映像表示装置に類似するものとして、光源として、蛍光体を励起する励起用光源が用いられるとともに、カラーホイールとして、光源からの出射光により励起されて赤色光、緑色光及び青色光を発光する蛍光体層が一定半径上において周方向に配列されて用いられるものがある。このような照明装置及びこれを用いた投写型映像表示装置を従来技術Ｂと称する。なお、このような従来技術Ｂは、例えば特許文献２に記載されている。

特開２００４−８５８１３号公報 特開２００４−３２５８７４号公報、段落００５７−００６４

ところで従来技術Ａにおける照明装置１１０は、フィルタ１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂにより光源１１１から出射される白色光から赤色光、緑色光及び青色光を抽出して透過する構成である。このため、照明装置１１０は、色純度を良くしようとすると光源１１１から出射される光量のうち利用される光量が少なくなり、逆に、輝度を向上させるために光量を多くしようとすると色純度を犠牲にしなければならないという問題があった。すなわち、色純度と光量とはトレードオフの関係にあった。

また、この従来技術Ａの場合は、色純度と光量のバランスはカラーホイール１１２の仕様に依存し、特に原色の色純度はカラーホイール１１２を構成するフィルタ１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂのフィルタ特性で一意的に決定される。このため、色純度と光量のバランスを変更するには、異なるフィルタ特性を備えたカラーホイールに変更しなければならず、対応が複雑になるという問題があった。

なお、色純度と光量のバランスを改善する方法として、原色の赤色光、緑色光及び青色光用のフィルタ１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂ以外に黄色やシアン色などを加える方法もあるが、この場合にはカラーホイール１１２の１回転に対し原色（赤色光、緑色光及び青色光）の占める割合が減少するため、原色を多用する映像では暗くなるという問題があった。また、色純度と光量のバランスを変更するには、異なるフィルタ特性を備えたカラーホイールに変更しなければならず、この点に関しこの方法は何ら解決されていない。

一方、従来技術Ｂは、光源から出射される光がカラーホイールに配列された蛍光体層により赤色光、緑色光及び青色光に変換されるように構成されているため、色純度を向上させようとすると光量が低下するという関係においては従来技術Ａと略同一である。また、色純度と光量とのバランスも、カラーホイールに配列された蛍光体層の特性により一意的に決定されるため、このバランスを変更するには異なる特性の蛍光体層が配列されたカラーホイールに変更することを余儀なくされる点においても、従来技術Ａと同様の問題があった。

しかしながら、近年は色の再現性を重視する用途、明るさを重視する用途などのように用途が多様化し、これに対応してニーズの多様化が進んでいる。これに対し、従来技術Ａ及びＢは、上述のようにカラーホイールの特性により色純度と光量とのバランスが一意的に定められるため、このようなニーズの多様化に対応することが困難になりつつあるという問題があった。

本発明は、このような背景に基づき、色純度と光量とのバランスを可変とすることによりニーズの多様化に対応できるようにした照明装置及びこれを用いた投写型映像表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る照明装置は、一方向に偏光方向が揃った偏光光を射出する光源と、光源から射出された偏光光を、分割比率調整可能に複数の偏光光に分割することのできる光分割部材と、光分割部材から射出された複数の偏光光それぞれを予め設定された異なる複数の色光に変換するための複数の光変換部材と、これら複数の光変換部材の配列と切換えにより、入射される複数の偏光光を同時に予め定められた順序に従い色変換する切換装置と、切換装置から同時に射出される異なる色に色変換された複数の色光を合成して射出する合成装置とを備えていることを特徴とする。

このように構成されていると、光源から照射される偏光光を、光分割部材により任意の比率で複数の偏光光に分割することができる。また、分割された複数の偏光光は、切換装置に配列された光変換部材により、同時にかつ予め設定された順序で異なる色光に色変換されるとともに、合成装置において合成されて射出される。したがって、この照明装置は、光分割部材における偏光光の分割比率を調節することにより、出射される照明光の色度を、合成される複数の色光の色度の中間の任意の色度とすることができる。

具体的には、複数の偏光光は、複数の光変換部材により例えば同時に異なる色度の赤色光系に変換され、次には、異なる色度の緑色光系に変換され、次いで、異なる色度の青色光系に変換され、以後これが繰り返される。また、このように切換装置で同時に色変換された複数の色光は、合成装置により合成されるので、合成されて出射される照明光は、複数の色光の色度の中間に位置する色度となる。また、その色度は、合成される色光の光量により変化するので、光分割部材における分割比率を任意に調節できるようにしておけば、合成光の色度を可変とすることができる。したがって、この照明装置は、赤色光系、緑色光系、及び青色光系の単色の色光を順次出射することができるとともに、光分割部材における分割比率を任意に調節することにより単色色純度を動的に変化させることができる。したがって、この照明装置は投写型映像表示装置用として好適である。

また、前記光源は、半導体レーザにより構成されていることが好ましい。
このように構成されていると、一方向に偏光方向が揃った偏光光を射出する光源としては簡略な構成とすることができる。

また、前記光分割部材は、光源から射出された一方向の偏光光の偏光方向を調整可能に回転して出射する１個又は複数個の偏光回転素子と、入射する偏光光の偏光方向により異なる比率で二つの偏光光に分離する１個又は複数個の偏光ビームスプリッタとが組み合わされて構成されているようにすることができる。

このように構成すると、偏光回転素子により偏光光の偏光方向の回転角度を変更することができ、これにより偏光ビームスプリッタにおける二つの偏光光の分割光量を容易に変更することができる。光源からの偏光光を二つに分割する場合は、１個の偏光回転素子と１個の偏光ビームスプリッタにより可能となるが、これをさらに分岐するには、分岐する偏光光に対しさらにこれら機器の一対の組合せを付加すればよい。

前記偏光回転素子は、旋光性を有する液晶素子により構成され、液晶素子に印加する電圧を調整することにより偏光方向を調整できるように構成されていることが好ましい。
このように構成されていると、偏光光の偏光方向の回転角度を電気的に調整することができるので、この照明装置及びこの照明装置を用いた応用機器における制御装置を簡略化することができる。

前記光源は紫外光を発光する光源からなり、前記光変換部材は紫外光が照射されることにより励起されて予め設定された色度の色光を発光する蛍光体層からなり、前記切換装置は透明基板を備えるとともに、回転ホイール状に形成され、さらに、透明基板の出射側表面に、異なる色度の色光を発光するための蛍光体層からなる複数の光変換部材が予め設定された順序で円周方向に配列されていることが好ましい。

このように構成されていると、光源から分割されて導入される偏光光が切換装置に照射されることにより、それぞれの偏光光により、予め設定された順序で円周方向に配列された光変換部材を成す蛍光体層が順次励起され、所定の色度の色光が順次射出される。また切換装置は、回転ホイール状に形成されているので、光を容易に色時分割できる装置として構成される。

また、前記切換装置は、回転ホイールが外周側領域と内周側領域とに大きく区分けされるとともに、外周側領域は赤色光、緑色光、及び青色光の原色用の蛍光体層からなる光変換部材が配列されるように分割され、内周側領域はこの原色を色調整する蛍光体層からなる光変換部材が配列されるように構成されていることが好ましい。

このように構成されていると、回転ホイール１回転に対し赤色光、緑色光、及び青色光の原色の占める割合が減少しないため、原色を多用する映像でも明るくすることができる。

また、このような各照明装置において、合成装置は、前記切換装置から順次出射される異なる色度の色光を合成するとともに、その輝度分布を均一化する導光部材であることが好ましい。

このような合成装置を備えていることにより、切換装置から順次出射される異なる色度の色光が合成されるとともに、均一な輝度分布の照明光として射出される。
また、本発明に係る投写型映像表示装置は、上記記載の照明装置と、この照明装置から照射された色光を映像信号に基づいて光変調する変調装置と、変調装置で光変調された映像光を拡大投写する投写レンズとを備えていることを特徴とする。

このように構成されていると、単色色純度と光量とのバランスを動的に変化させることのできる照明装置を用いているので、投写映像の色の再現性を向上することができる。また、照明装置の色純度と光量とのバランスを変更することにより、色純度優先の用途や光量優先の用途にも素早く対応することができる。また、応答速度の速い変更回転素子を用いると、単色色純度をフレーム毎に変更し、ｘｙ色度図上における広い領域で映像を表示することができる。

また、前記投写型映像表示装置において、前記偏光回転素子は、旋光性を有する液晶素子により構成されるとともに、液晶素子に印加する電圧を調整することにより入射された偏光光の偏光方向を調整できるように構成され、さらに、映像信号に応じて偏光回転素子により入射された偏光光の偏光方向の回転角度が調節されるように構成されているようにしてもよい。このように構成されていると、映像信号に応じた調節により自動的に色純度と光量のバランスが調節され、色再現性の高い映像を提供することができる。

また、前記投写型映像表示装置において、前記偏光回転素子は、旋光性を有する液晶素子により構成されるとともに、液晶素子に印加する電圧を調整することにより入射された偏光光の偏光方向を調整できるように構成され、さらに、手入力の信号により入射された偏光光の偏光方向の回転角度が調節されるように構成されているようにしてもよい。このように構成されていると、操作者が自分の好みや用途の特性に応じ随時色純度と光量のバランスを変更することができる。

本発明に係る照明装置によれば、出射される照明光は、光分割部材における偏光光の分割比率を調節することにより、合成される複数の偏光光の色度の中間の任意の色度とすることができる。したがって、この照明装置は、赤色光系、緑色光系、及び青色光系の単色の色光を順次出射することができるとともに、光分割部材における分割比率を任意に調節することにより単色色純度を動的に変化させることができるので、投写型映像表示装置の照明装置として好適である。

本発明の実施の形態１に係る照明装置の概略構成図である。 同照明装置における光分割作用の説明図である。 同照明装置における蛍光体カラーホイールの説明図である。 同照明装置で表現されるｘｙ色度図である。 本発明の実施の形態２に係る投写型映像表示装置の概略構成図である。 本発明の実施の形態３に係る投写型映像表示装置の概略構成図である。 同投写型映像表示装置における蛍光体カラーホイールの出射側表面図である。 変形例に係る蛍光体カラーホイールの側面図である。 従来の照明装置及び投写型映像表示装置の概略構成図である。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１に係る照明装置１について、図１〜図４に基づいて説明する。

本発明の実施の形態１に係る照明装置１は、図１に示すように、光源２と、光源２から射出された偏光光を任意の比率で分割することのできる光分割部材３と、光分割部材３から射出された二つの偏光光を複数の色に変換するための複数の光変換部材４と、複数の光変換部材４が順次切り換えられるように構成された切換装置５とを備えている。また、照明装置１は、切換装置５から順次出射される異なる色の複数の色光を合成して輝度を均一化をするための合成装置６を備えている。

光源２は、一方向に偏光方向が揃った偏光光２ａとして紫外線を放出する半導体レーザが用いられている。また、光源２としては、半導体レーザが複数列配列されたアレイ状のもの（不図示）を用いることができる。

光分割部材３は、図１及び図２に示すように、光源２から射出された一方向の偏光光２ａ、すなわち直線偏光光を任意の偏光方向に回転して出射する偏光回転素子３１と、偏光ビームスプリッタ３２とから構成されている。

偏光回転素子３１としては、旋光性を有する液晶素子、例えばＴＮモード（ツイステッドネマティックモード）の液晶層からなる液晶偏光回転素子が用いられている。液晶偏光回転素子に対し、偏光光の偏光方向２ｂが液晶分子のディレクタと平行になるようにして光源２からの偏光光２ａが入射される。入射された偏光光は、図２に示すように、液晶層の旋回性により偏光光の偏光方向３１ａが回転されて出射される。この回転角度αは、最大９０度であるが液晶層に印加される電圧により調整することができる。図２においては、回転後の偏光光の偏光方向３１ａを示す。

偏光ビームスプリッタ３２は、入射した光をＰ偏光光とＳ偏光光とに分離するものである。図１及び図２に示すように、偏光ビームスプリッタ３２は、二つのプリズム３３，３４がアレイ状に形成されたものであって、光が入射される方のプリズム３３には、Ｐ偏光が透過されＳ偏光光が反射される薄膜３５がコーティングにより施され、他方のプリズム３４には、反射されたＳ偏光を出射側へ反射するミラー３６が取り付けられている。したがって、この偏光ビームスプリッタ３２においては、入射される偏光光の偏光方向３１ａが異なると、入射される偏光光のＰ偏光成分とＳ偏光成分とが異なるため、出射されるＰ偏光光である偏光光３２ａとＳ偏光光である偏光光３２ｂとの比率も変わることになる。

したがって、上記のように直線偏光光を任意の偏光方向３１ａに回転して出射する偏光回転素子３１としての液晶偏光回転素子と偏光ビームスプリッタ３２とが組み合わされた構成にすれば、偏光ビームスプリッタ３２により入射される偏光光をＰ偏光光である偏光光３２ａとＳ偏光光である偏光光３２ｂとに分割することができる。また、液晶偏光回転素子における直線偏光の回転角度αにより、その分割比率を変えることができる。なお、この回転角度αの調整は、液晶偏光回転素子に印加する電圧を調整することにより行うことができる。

次に、光変換部材４であるが、これは切換装置５と一体的に構成されているので、両者を以下に同時に説明する。
切換装置５は、光変換部材４を順次切り換えられるように構成されたものであって、具体的には所謂蛍光体カラーホイール５１からなる。切換装置５は、図１に示すように、中心に回転軸５２を備え、この回転軸５２がモータ５３により回転するように構成されている。ここで、光変換部材４は、偏光光を所定の色光に変換する部材をいい、所定の波長の色光を選択的に透過するガラス部材から形成された所謂カラーフィルタや、紫外光などの励起光を照射すると励起されて異なる所定の色光を発生する蛍光体層などを包含する概念である。なお、この実施の形態における光変換部材４は後者のもので構成されている。この詳細は以下の説明によるものとする。

蛍光体カラーホイール５１は、図１に示すように、透明基板５４と、透明基板５４の入射側表面に形成された可視光反射膜５５と、透明基板５４の出射側に形成された蛍光体層５６とを備えている。

前述の透明基板５４は、光源２を成す半導体レーザからの紫外光に対し透明な光学特性を有する材料からなるものであって、例えばフェーズドシリカや石英ガラス等が用いられている。

可視光反射膜５５は、紫外光を透過して可視光を反射させるものであって、紫外線反射特性を持たせたコールドミラーや、誘電多層膜からなるバンドパスフィルターが使用される。

蛍光体層５６は、紫外光を予め設定された色の可視光に変換させる波長変換層であって、内周側領域５７と外周側領域５８とに区分けされている。そして、図３に示すように、外周側領域５８には切換装置５からの射出される偏光光３２ａが照射されるとともに，内周側領域５７には偏光光３２ｂがスポット光として照射されるように構成されている。なお、図３における蛍光体カラーホイール５１は、出射側の蛍光体層５６のみの構成が模式的に示されている．
また、蛍光体層５６は、スポット光が照射される内周側領域５７及び外周側領域５８は、同一角度の半径方向の仕切線でそれぞれが３等分され、計６個の領域に区分けされている。このように区分けされた各領域の蛍光体層５６は、本発明における光変換部材４の個々の部分、すなわち、複数の光変換部材４Ｒａ、４Ｇａ，４Ｂａ，４Ｒｂ、４Ｇｂ，４Ｂｂを形成している。各光変換部材４Ｒａ、４Ｇａ，４Ｂａ，４Ｒｂ、４Ｇｂ，４Ｂｂは、光源２からの励起光をそれぞれの所定の色光に変換することのできるように、各種蛍光物質を所定の濃度、所定の配合比になるように合成樹脂溶液に含有させ、透明基板５４の出射側表面上に所定厚みに塗布、乾燥させて設けられている。

また、蛍光体層５６は、内周側領域５７と外周側領域５８とで対を成す領域には同一系統の色度の色光を発光するように対応されている。すなわち、光変換部材４Ｒａ、４Ｒｂは赤色光系に形成され、光変換部材４Ｇａ、４Ｇｂは緑色光系に形成され、光変換部材４Ｂａ、４Ｂｂは緑色光系に形成されている。また、これら領域の光変換部材により変換される色度は、図４のｘｙ色度図に示す刺激値に設定されているものであって、外周側領域５８の光変換部材４Ｒａ，４Ｇａ，４Ｂａには赤色光、緑色光、及び青色光の原色用の蛍光体層が配列され、内周側領域５７の光変換部材４Ｒｂ，４Ｇｂ，４Ｂｂにはこれら原色を色調整する蛍光体層が配列されている。

光変換部材４及び切換装置５は以上のように構成されているので、光分割部材３により分割された偏光光３２ａ，３２ｂは、切換装置５の外周側領域５８及び内周側領域５７に入射されて、赤色光系統の色光、緑色光系統の色光、青色光系統の色光に順次色変換され、色時分割された色光４ａ，４ｂとなって合成装置６へ出射される。

合成装置６は、切換装置５から色時分割されて出射される異なる色の色光４ａ，４ｂを合成するものである。なお、この実施の形態における合成装置６は、輝度分布を均一にすることができるようにとの配慮から、ガラス等の透明な角棒体からなるロッドインテグレータにより構成されている。前述のように、この合成装置６には、切換装置５から予め設定された色度の色光に変換された二つの色光４ａ，４ｂが色時分割されて同時に導入される。そして、導入された二つの色光４ａ，４ｂは、ロッドインテグレータの内面で繰り返し反射されることにより合成されるとともに輝度分布が均一な光となって出射される。したがって、本実施の形態にかかる照明装置１から出射される出射光は、図４のｘｙ色度図における６Ｒ，６Ｇ，６Ｂに示される刺激値の色度の色光に時分割される。

以上のように構成された実施の形態１に係る照明装置は、次のように動作する。
光源２から出射された一方向の偏光光２ａである白色レーザ光は、光分割部材３を構成する偏光回転素子３１により偏光方向２ｂが回転される。回転後の偏光方向３１ａの回転角度αにより、光分割部材３を構成する偏光ビームスプリッタ３２に導入される光のＰ偏光成分の光量及びＳ偏光成分の光量が変化し、偏光ビームスプリッタ３２により分割されるＰ偏光成分の偏光光３２ａとＳ偏光成分の偏光光３２ｂとの分割比率が変化する。また、偏光回転素子３１における偏光方向３１ａの回転角度αは、この照明装置１の制御信号により液晶層に印加される電圧を変化させることにより調整される。この制御信号は、照明装置１が投写型映像表示装置に用いられる場合には映像信号である。また、照明光の色度を好みのレベルするために手動により液晶層に印加する電圧を変化できるように構成してもよい。

このようにして、光分割部材３で２分割された偏光光３２ａ，３２ｂは、複数の光変換部材４、すなわち、光変換部材４Ｒａ、４Ｇａ，４Ｂａ，４Ｒｂ、４Ｇｂ，４Ｂｂが順次切り換えられるように構成された切換装置５としての蛍光体カラーホイール５１の内周側領域５７及び外周側領域５８の所定位置に対しスポット光として導入される。そして、このスポット光が透明基板５４及び可視光反射膜５５を透過して、複数の光変換部材４Ｒａ、４Ｇａ，４Ｂａ，４Ｒｂ、４Ｇｂ，４Ｂｂを構成する蛍光体層５６に照射され、蛍光体層５６が励起されて所定の色の全方位の可視光が発光される。また、蛍光体層５６で発光された色光のうち入射側に向けて発光された色光は、可視光反射膜５５により出射側へ反射されるので、略全ての変換光が出射側へ射出される。

なお、この切換装置５に入射された二つの偏光光３２ａ，３２ｂが照射される光変換部材４は、蛍光体カラーホイール５１が回転することにより赤色光系の色光を発光する光変換部材４Ｒａ，４Ｒｂ、緑色光系の色光を発光する光変換部材４Ｇａ，４Ｇｂ、青色光系の色光を発光する光変換部材４Ｂａ，４Ｂｂへと順次切り変えられる。これに伴い切換装置５から出射される二つの二つの色光４ａ，４ｂは、二つの赤色光系の色光（４Ｒａ，４Ｒｂの刺激値）、二つの緑色光系の色光（４Ｇａ，４Ｇｂの刺激値）、二つの青色光系の色光（４Ｂａ，４Ｂｂの刺激値）へと順次切り換えられて、すなわち色時分割されて合成装置６へ射出される。

そして、合成装置６へ射出された二つの色光４ａ，４ｂは、合成装置６を構成するロッドインテグレータにより合成され、その色度をｘｙ色度図における６Ｒ，６Ｇ，６Ｂで表示される個所の刺激値に順次変換されながら出射される。また、この出射光は、ロッドインテグレータにおいて輝度分布均一な色光として出射される。

以上のように構成された実施の形態１に係る照明装置１によれば、次の効果を奏することができる。
（１）光分割部材３における偏光光の分割比率を調節することにより、この照明装置１から出射される照明光の色度を、合成される複数の色光４ａ，４ｂの色度の中間の任意の色度とすることができる。したがって、この照明装置１は、赤色光系、緑色光系、及び青色光系の単色の色光を色時分割して順次出射することができるとともに、光分割部材３における分割比率を任意に調節することにより単色色純度を動的に変化させることができるので、投写型映像表示装置の照明装置として好適である。

（２）また、光源２は、半導体レーザにより構成されているので、一方向に偏光方向２ｂが揃った偏光光２ａを射出する光源としては簡略な構成とすることができる。
（３）また、光分割部材３は、光源２から射出された一方向の偏光光２ａを任意の偏光方向３１ａに回転して出射する偏光回転素子３１と、入射する偏光光の偏光方向３１ａにより異なる比率で二つの偏光に分離する偏光ビームスプリッタ３２とが組み合わされて構成されている。したがって、偏光回転素子３１により偏光光の偏光方向３１ａの回転角度αを変更することにより、偏光ビームスプリッタ３２における二つの偏光光３２ａ，３２ｂの分割比率を容易に変更することができる。

（４）また、偏光回転素子３１は、旋光性を有する例えばＴＮモードの液晶素子により構成され、液晶素子に印加される電圧を調整することにより偏光方向３１ａを調整できるように構成されているので、偏光方向３１ａの回転角度αを電気的に調整することができる。したがって、この照明装置１及びこの照明装置１を用いた応用機器における制御装置を簡略化することができる。

（５）また、光源２は紫外光を発光する光源であり、光変換部材４は紫外光が照射されることにより励起される蛍光体層５６からなる。また、切換装置５は透明基板５４を備えるとともに、回転ホイール状に形成され、さらに、透明基板５４の出射側表面に異なる色光を発光するための蛍光体層からなる複数の光変換部材４が予め設定された順序で配列されている。したがって、光源２から分割されて導入される偏光光３２ａ，３２ｂが切換装置５に照射されると、それぞれの偏光光３２ａ，３２ｂが予め設定された順序で配列された複数の光変換部材４Ｒａ、４Ｇａ，４Ｂａ，４Ｒｂ、４Ｇｂ，４Ｂｂの蛍光体層を順次励起して所定の色度の色光が順次射出される。また切換装置５は、回転ホイール状に形成されているので光を容易に色時分割できる装置として構成される。

（６）また、切換装置５は、回転ホイールの出射側表面を外周側領域５８と内周側領域５７とに大きく分けるとともに、外周側領域５８には赤色光、緑色光、及び青色光の原色用の蛍光体層を配列するように分割し、内周側領域５７にはこの原色を色調整する蛍光体層を配列するように構成されている。したがって、回転ホイール１回転に対し赤色光、緑色光、及び青色光の原色の占める割合が減少しないため、原色を多用する映像でも明るくすることができる。

（７）また、合成装置６は、切換装置５から順次出射される異なる色度の色光４ａ，４ｂを合成するとともに、その輝度分布を均一化する導光部材であるので、均一な輝度分布の照明光を射出することができる。

（実施の形態２）
次に実施の形態２について、図５に基づき説明する。
実施の形態２は、実施の形態１に係る照明装置を用いた投写型映像表示装置である。なお、この実施の形態１における照明装置については、実施の形態１における符号と同一の符号を付し、その説明を省略する。

この実施の形態に係る投写型映像表示装置は、実施の形態１に係る照明装置１と、照明装置１から照射された色光を変調装置へガイドするガイド光学系７と、映像信号に基づいて光変調する変調装置８と、変調装置８で変調された映像光を拡大投写する投写レンズ９とを備えている。

ガイド光学系７は、コンデンサレンズ７１，７２、全反射ミラー７３等により構成されており、照明装置１から出射された色光を変調装置８へと導いている。
変調装置８は、一般にＤＭＤ（Digital Micromirror Device）８１と略称されているマイクロミラー素子及びアブソーバ（吸収体）８２を用いたものであって、ディジタル光変調が行われる。

ＤＭＤ８１は、約５０万〜１３０万個のマイクロミラー素子がマトリックス状に敷き詰められた構造の半導体集積光スイッチであり、画像フレームにおける画素と、ＤＭＤ８１におけるマイクロミラー素子とが対応するように配列されている。ＤＭＤ８１のマイクロミラー素子は、オンとオフの状態で±１０度程度傾斜が変化するように支柱に取り付けられており、オン状態において、マイクロミラー素子から反射された光は投写レンズ９を通してスクリーン（不図示）に投影されるように反射される。また、ＤＭＤ８１のマイクロミラー素子は、オフ状態において、マイクロミラー素子から反射された光はオン状態の光線から約２０度傾斜する方向に配置されたアブソーバ８２に吸収されるように反射される。

このように構成されたＤＭＤ８１は、蛍光体カラーホイール５１を用いた照明装置１から順次入射される赤色光系の色光、緑色光系の色光及び青色光系の色光に同期して、マイクロミラー素子がオンオフされるとともにスイッチングレシオが制御される、所謂ＰＷＭ制御により光変調される。

投写レンズ９は、ＤＭＤ８１のマイクロミラー素子がオン状態となって反射された出射光を、その光束を拡大してスクリーン等の投写面（不図示）に投写するものであって、レンズ収差を小さくするために複数枚のレンズが組み合わされている。また、この投写レンズ９は、実際には、マイクロミラー素子のオン状態の光線が正面方向に出射されることに応じ、その光軸をマイクロミラー素子から出射される光の光軸と一致させるように配置されている。

以上のように構成された投写型映像表示装置は次のように動作する。
照明装置１から出射された照明光は、コンデンサレンズ７１，７２、全反射ミラー７３を経て変調装置８を構成するＤＭＤ８１に導かれ、入力される映像信号に応じて光変調される。ここで蛍光体カラーホイール５１とＤＭＤ８１とは同期制御されており、蛍光体カラーホイール５１が回転して各光変換部材４Ｒａ、４Ｇａ，４Ｂａ，４Ｒｂ、４Ｇｂ，４Ｂｂが切り換わり各色光がＤＭＤ８１に照射されるのに合わせてＤＭＤ８１も各色光の映像に順次切り換えて表示される。また、液晶偏光回転素子からなる偏光回転素子３１についても、各映像モード又は各シーンに応じて最適な色純度と成るように同期制御が行われる。そして、ＤＭＤ８１を経て得られた変調光（すなわち、各色映像光）は、投写レンズ９によって拡大され、図示しないスクリーン上に投影される。

以上のように構成された実施の形態２に係る投写型映像表示装置によれば、次のような効果を奏することができる。
（８）単色色純度と光量とのバランスを動的に変化させることのできる照明装置１を用いているので、投写映像の色の再現性を向上することができる。

（９）偏光回転素子３１を成す液晶偏光回転素子の印加電圧を映像信号により調節して照明装置の色純度と光量とのバランスを変更することにより、ｘｙ色度図上における広い領域で映像を表示することができる。これにより、色再現性の高い映像を提供することができる。

（実施の形態３）
実施の形態３は、実施の形態１の照明装置１において、光源から出射される偏光光２ａを任意の比率で３分割するように変更した照明装置である。これを図６及び図７に基づき説明する。なお、実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

この場合は、図６に示されるように、光分割部材３は、実施の形態１の場合と同様に、光源２から射出された一方向の偏光光２ａを任意の偏光方向に回転して出射する偏光回転素子３１と、この偏光回転素子３１により偏光方向が変更された偏光光を２分割する偏光ビームスプリッタ３２を有する。そして、この実施の形態の場合は、偏光ビームスプリッタ３２から射出された二つの偏光光３２ａ，３２ｂのうちの一方の偏光光３２ｂ（この場合Ｓ偏光）を、さらに任意の比率で２分割するようにするために、偏光光３２ｂの光路上に偏光回転素子３７と、偏光ビームスプリッタ３８とを設けている。

このように構成すると、実施の形態１の場合におけると同様の原理により、一方の偏光光３２ｂを任意の分割比で偏光光３２ｂ１と偏光光３２ｂ２とに２分割することができる。これにより光源２から射出された一方向の偏光光２ａを任意の分割比率で３分割することができる。

また、このように３分割された偏光光３２ａ，３２ｂ１，３２ｂ２をそれぞれ異なる色光に変換するために、図７及び図８に示すように、実施の形態１における蛍光体カラーホイール５１の蛍光体層５６を径方向に３層に区分けしている。また、これら３層をそれぞれ円周方向に３等分した領域を形成するとともに各領域を個々の光変換部材４Ｒａ、４Ｇａ，４Ｂａ，４Ｒｂ、４Ｇｂ，４Ｂｂ，４Ｒｃ、４Ｇｃ，４Ｂｃとし、これらをそれぞれ異なった色光に変換するように構成している。

実施の形態３に係る照明装置は、以上のように構成されているので次のような効果を奏することができる。
（１０）実施の形態１の場合に比較すると、より多くの色度の色光を利用することができるので、よりきめ細かな色純度の照明光を射出することができる。したがってこれを用いる投写型映像表示装置は、より色再現性の高い映像を提供することができる。

（変形例）
・光源２は、前記実施の形態においては、単一波長の偏光光を出射する半導体レーザが用いられているが、これに限定されるものではなく、全方位光である白色光を発生する放電ランプを備えた白色光源を用いてもよい。ただしこの場合は、偏光変換素子により光源から出射される光を一方向に変更された偏光光にすることが必要となる。

・偏光回転素子３１は、液晶回転表示素子に限ったものではなく、他のものを用いてもよい。
・前記実施の形態においては、光源２から出射される偏光光２ａを２分割及び３分割する例について述べたが、同様に原理により４分割以上するように構成してもよい。

・光変換部材４は、前記実施の形態においては、蛍光体層が用いられているが、前述のように所定の波長の色光を選択的に透過するガラス部材から形成された所謂カラーフィルタを用いるようにしてもよい。

・蛍光体カラーホイール５１において、可視光反射膜５５は透明基板５４の入射側表面ではなく、図８に示すように、透明基板５４の出射側表面に形成し、この可視光反射膜５５の出射側表面に蛍光体層５６を形成するようにしてもよい。このように構成しても、先の実施の形態の場合と同様の作用効果をそうすることができる。

・合成装置６は、ロッドインテグレータに代わり断面四角形で、内面をミラーに形成された筒状のライトトンネルとしてもよい。これを用いても同様の効果を奏することができる。また、合成装置６は、複数の色光を合成のみし、色光の輝度分布の均一化作業を行わないものも包含されるものとする。

・また、本発明における照明装置は、前記実施の形態においては、実施の形態２において必要とされるガイド光学系７を含めた概念としてもよい。
・前記実施の形態においては、変調装置８として反射型表示素子であるＤＭＤ８１を用いているが、透過型の液晶表示素子等により光変調するようにしてもよい。

・前記実施の形態２においては、液晶偏光回転素子に印加する電圧を映像信号に基づき調整し画面毎に色純度と光量とのバランスを制御するものについて述べていたが、これを操作者が操作部を操作することにより手作業で変更できるようにしてもよい。このようにすれば、用途や使用者の好みに応じて色再現性や明るさを調整することができる。

本発明に係る投写型映像表示装置は、ホームシアター、会議室、研修室、教室、娯楽場、各種展示室、スタジオなど多方面の施設における映像表示システムとして利用することができる。

α…回転角度、１…照明装置、２…光源、２ａ，３２ａ，３２ｂ，３２ｂ１，３２ｂ２…偏光光、２ｂ，３１ａ…偏光方向、３…光分割部材、４，４Ｒａ、４Ｇａ，４Ｂａ，４Ｒｂ、４Ｇｂ，４Ｂｂ，４Ｒｃ、４Ｇｃ，４Ｂｃ…光変換部材、４ａ，４ｂ…色光、５…切換装置、６…合成装置、８…変調装置、９…投写レンズ、３１，３７…偏光回転素子、３２，３８…偏光ビームスプリッタ、５４…透明基板、５６…蛍光体層、５７…内周側領域、５８…外周側領域。

Claims (10)

1. 一方向に偏光方向が揃った偏光光を射出する光源と、
   光源から射出された偏光光を、分割比率調整可能に複数の偏光光に分割することのできる光分割部材と、
   光分割部材から射出された複数の偏光光それぞれを予め設定された異なる複数の色光に変換するための複数の光変換部材と、
   これら複数の光変換部材の配列と切換えにより、入射される複数の偏光光を同時に予め定められた順序に従い色変換する切換装置と、
   切換装置から同時に射出される異なる色に色変換された複数の色光を合成して射出する合成装置とを備えている
   ことを特徴とする照明装置。
2. 請求項１記載の照明装置において、
   前記光源は、半導体レーザにより構成されている
   ことを特徴とする照明装置。
3. 請求項１又は２記載の照明装置において、
   前記光分割部材は、光源から射出された一方向の偏光光の偏光方向を調整可能に回転して出射する１個又は複数個の偏光回転素子と、入射する偏光光の偏光方向により異なる比率で二つの偏光光に分離する１個又は複数個の偏光ビームスプリッタとが組み合わされて構成されている
   ことを特徴とする照明装置。
4. 請求項３記載の照明装置において、
   前記偏光回転素子は、旋光性を有する液晶素子により構成され、液晶素子に印加する電圧を調整することにより偏光方向を調整できるように構成されている
   ことを特徴とする照明装置。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の照明装置において、
   前記光源は、紫外光を発光する光源であり、
   前記光変換部材は紫外光が照射されることにより励起されて予め設定された色度の色光を発光する蛍光体層からなり、
   前記切換装置は透明基板を備えるとともに、回転ホイール状に形成され、さらに、透明基板の出射側表面に、異なる色度の色光を発光するための蛍光体層からなる複数の光変換部材が予め設定された順序で円周方向に配列されている
   ことを特徴とする照明装置。
6. 請求項５記載の照明装置において、
   回転ホイールを外周側領域と内周側領域とに区分するとともに、外周側領域は赤色光、緑色光、及び青色光の原色用の蛍光体層からなる光変換部材が配列されるように分割され、内周側領域はこの原色を色調整する蛍光体層からなる光変換部材が配列されるように構成されている
   ことを特徴とする照明装置。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載の照明装置において、
   前記合成装置は、前記切換装置から順次出射される異なる色度の色光を合成するとともに、その輝度分布を均一化する導光部材である
   ことを特徴とする照明装置。
8. 請求項１〜７の何れか１項に記載の照明装置と、
   この照明装置から照射された色光を映像信号に基づいて光変調する変調装置と、
   変調装置で光変調された映像光を拡大投写する投写レンズとを備えている
   ことを特徴とする投写型映像表示装置。
9. 請求項８記載の投写型映像表示装置において、
   前記偏光回転素子は、旋光性を有する液晶素子により構成されるとともに、液晶素子に印加する電圧を調整することにより入射された偏光光の偏光方向を調整できるように構成され、さらに、映像信号に応じて偏光回転素子により入射された偏光光の偏光方向の回転角度が調節されるように構成されている
   ことを特徴とする投写型映像表示装置。
10. 請求項８記載の投写型映像表示装置において、
    前記偏光回転素子は、旋光性を有する液晶素子により構成されるとともに、液晶素子に印加する電圧を調整することにより入射された偏光光の偏光方向を調整できるように構成され、さらに、手入力の信号により入射された偏光光の偏光方向の回転角度が調節されるように構成されている
    ことを特徴とする投写型映像表示装置。

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