JP2014142524A - 光源装置および投写型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光体を用いて時分割に基準映像光を出射する光源装置および投写型映像表示装置において、装置の少なくとも一寸法を小さくする。
【解決手段】光源と、光源からの光の偏光状態を調整する偏光状態調整素子と、偏光状態調整素子によって調整された一の偏光状態の光を励起光として第１色成分光を発光する第１蛍光体と、他の偏光状態の光を励起光として第２色成分光を発光する第２蛍光体と、偏光状態調整素子によって偏光状態を調整された光を第１蛍光体および第２蛍光体へ導くと共に第１色成分光および第２色成分光を合成する光分離合成素子と、第３色成分光と第１色成分光および第２色成分光とを合成する光合成素子と、を備える。
【選択図】図２

Description

本開示は、励起光を出射する光源と、励起光に応じて所定色成分光を出射する発光体とを備える光源装置に関する。

従来、光源と、光源から出射された光を変調する光変調素子と、光変調素子から出射された光を投写面上に投写する投写ユニットとを有する投写型映像表示装置が知られている。

ここで、光源から出射される光を励起光として、赤色成分光、緑色成分光、青色成分光などの基準映像光を出射する発光体を有する投写型映像表示装置が提案されている。具体的には、光源から出射される励起光を、赤色成分光と緑色成分光とを発光する発光体に照射し、ダイクロイックミラーで色分離する。別途備える青色成分光の発光光源とともに各色光を光変調素子である液晶パネルにて変調する（例えば、特許文献１）。また、各色成分光を出射する複数種類の発光体がカラーホイールに設けられており、カラーホイールの回転によって、各色成分光が時分割で時分割光変調に照射される（例えば、特許文献２）。

特開２０１２−０３２５８５号公報 特開２００８−０５２０７０号公報

ところで、時分割に基準映像光を変調して映像を生成する投写型映像表示装置では、複数の発光体を備えたカラーホイール（例えば、赤色成分光Ｒと緑色成分光Ｇを発光する発光体と透過領域）に励起光（例えば、青色成分光Ｂ）を照射して、カラーホイールを回転することで時分割に基準映像光を光変調素子へ導き、スクリーン上にカラー映像を生成する。

このような投写型映像表示装置では、カラーホイール上で励起光が照射される領域は非常に小さい１点であるが、カラーホイールが回転するための空間が必要であり、光学系が配列される平面と垂直な方向に厚みができ、装置の小型化、薄型化ができないという課題があった。

そこで、本開示は、上述した課題を解決するためになされたものであり、時分割に基準映像光を出射する場合においても、装置の少なくとも一寸法を小さくすることが可能な光源装置および投写型映像表示装置を提供することを目的とする。

本開示に係る光源装置は、光源（例えば、光源１２１）と、光源からの光の偏光状態を調整する偏光状態調整素子（例えば、偏光状態調整素子１３１）と、偏光状態調整素子によって調整された一の偏光状態の光を励起光として第１色成分光（例えば、緑色成分光Ｇ）を発光する第１蛍光体（例えば、蛍光体１５１）と、偏光状態調整素子によって調整された他の偏光状態の光を励起光として第２色成分光（例えば、赤色成分光Ｒ）を発光する第２蛍光体（例えば、蛍光体１５２）と、偏光状態調整素子によって偏光状態を調整された光を第１蛍光体および第２蛍光体へ導くと共に第１色成分光および第２色成分光を合成する光分離合成素子（例えば、ダイクロイックミラー１４１）と、第３色成分光（例えば、青色成分光Ｂ）と光分離合成素子によって合成された第１色成分光および前記第２色成分光とを合成する光合成素子（例えば、ダイクロイックミラー１４２）と、を備えるものである。

本開示に係る投写型映像表示装置は、光源と、光源からの光の偏光状態を調整する偏光状態調整素子と、偏光状態調整素子によって調整された一の偏光状態の光を励起光として第１色成分光を発光する第１蛍光体と、偏光状態調整素子によって調整された他の偏光状態の光を励起光として第２色成分光を発光する第２蛍光体と、偏光状態調整素子によって偏光状態を調整された光を第１蛍光体および第２蛍光体へ導くと共に第１色成分光および第２色成分光を合成する光分離合成素子と、第３色成分光と光分離合成素子によって合成された第１色成分光および第２色成分光とを合成する光合成素子と、を有し、基準映像光（例えば、青色成分光Ｂ、緑色成分光Ｇおよび赤色成分光Ｒ）を出射する光源部（例えば、光源部２０）と、入力信号に応じて、基準映像光に光変調を行い、映像を生成する表示部（例えば、表示部８０）と、基準映像光を表示部へ導く照明部（例えば、照明部７０）と、光源部および表示部を制御する制御部（例えば、制御部９０）と、を備えるものである。

本開示によれば、光源装置あるいはこの光源装置を用いた投写型映像表示装置の少なくとも一寸法を小さくすることが可能となる。

本開示に係る投写型映像表示装置の構成を示す図である。 第１実施形態に係る投写型映像表示装置の光学構成を示す図である。 本開示に係る偏光状態調整素子の駆動と偏光状態の関係を示す図である。 本開示に係る制御部の構成を示すブロック図である。 本開示に係る偏光状態調整素子の制御方法の一例を説明する図である。 本開示に係る色分離合成手段のスペクトル図である。 本開示に係る偏光状態調整素子の制御タイミングを示す図である。 第１実施形態に係る光源部の発光スペクトルを示す図である。 変更例１に係る光源部の点灯期間を説明する図である。 変更例２に係る光源部の点灯期間を説明する図である。 本開示に係る光源部の色再現範囲を示す図である。 第２実施形態に係る光源部の光学構成を示す図である。 第２実施形態に係る光源と偏光状態調整素子の制御方法の一例を説明する図である。 その他実施形態に係る光源部の光学構成を示す図である。

以下に置いて、本開示の実施形態に係る光源装置および投写型映像表示装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。

ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
［実施形態の概要］
本実施形態に係る光源装置（例えば、光源部１２０）は、光源（例えば、光源１２１）と、光源からの光の偏光状態を調整する偏光状態調整素子（例えば、偏光状態調整素子１３１）と、偏光状態調整素子によって調整された一の偏光状態の光を励起光として第１色成分光（例えば、緑色成分光Ｇ）を発光する第１蛍光体（例えば、蛍光体１５１）と、偏光状態調整素子によって調整された他の偏光状態の光を励起光として第２色成分光（例えば、赤色成分光Ｒ）を発光する第２蛍光体（例えば、蛍光体１５２）と、偏光状態調整素子によって偏光状態を調整された光を第１蛍光体および第２蛍光体へ導くと共に第１色成分光および第２色成分光を合成する光分離合成素子（例えば、ダイクロイックミラー１４１）と、第３色成分光（例えば、青色成分光Ｂ）と光分離合成素子によって合成された第１色成分光および前記第２色成分光とを合成する光合成素子（例えば、ダイクロイックミラー１４２）と、を備える。

具体的には、光源（例えば、光源１２１）と、光源からの光の偏光状態を調整する第１偏光状態調整素子（例えば、偏光状態調整素子１３０）と、第１偏光状態調整素子によって調整された一の偏光状態の光と他の偏光状態の光とを分離する光分離素子（例えば、偏光ビームスプリッター１４０）と、光分離素子によって分離された一方の光の偏光状態を調整する第２偏光状態調整素子（例えば、偏光状態調整素子１３１）と、第２偏光状態調整素子によって調整された一の偏光状態の光を励起光として第１色成分光（例えば、緑色成分光Ｇ）を発光する第１蛍光体（例えば、蛍光体１５１）と、第２偏光状態調整素子によって調整された他の偏光状態の光を励起光として第２色成分光（例えば、赤色成分光Ｒ）を発光する第２蛍光体（例えば、蛍光体１５２）と、第２偏光状態調整素子によって偏光状態を調整された光を第１蛍光体および第２蛍光体へ導くと共に第１色成分光および第２色成分光を合成する光分離合成素子（例えば、ダイクロイックミラー１４１）と、光分離素子によって分離された他方の光（例えば、青色成分光Ｂ）と光分離合成素子によって合成された第１色成分光および第２色成分光とを合成する光合成素子（例えば、ダイクロイックミラー１４２）と、を備える。

他の態様としては、第１光源（例えば、光源２２１）と、第１光源からの光の偏光状態を調整する偏光状態調整素子（例えば、偏光状態調整素子２３０）と、偏光状態調整素子によって調整された一の偏光状態の光を励起光として第１色成分光（例えば、緑色成分光Ｇ）を発光する第１蛍光体（例えば、蛍光体２５１）と、偏光状態調整素子によって調整された他の偏光状態の光を励起光として第２色成分光（例えば、赤色成分光Ｒ）を発光する第２蛍光体（例えば、蛍光体２５２）と、偏光状態調整素子によって偏光状態を調整された光を第１蛍光体および第２蛍光体へ導くと共に第１色成分光および第２色成分光を合成する光分離合成素子（例えば、ダイクロイックミラー２４１）と、第３色成分光（例えば、青色成分光Ｂ）を出射する第２光源（例えば、第２の光源２５５）と、第３色成分光と光分離合成素子によって合成された第１色成分光および第２色成分光とを合成する光合成素子（例えば、ダイクロイックミラー２４２）と、を備える。

本実施形態に係る投写型映像表示装置は、光源と、光源からの光の偏光状態を調整する偏光状態調整素子と、偏光状態調整素子によって調整された一の偏光状態の光を励起光として第１色成分光を発光する第１蛍光体と、偏光状態調整素子によって調整された他の偏光状態の光を励起光として第２色成分光を発光する第２蛍光体と、偏光状態調整素子によって偏光状態を調整された光を第１蛍光体および第２蛍光体へ導くと共に第１色成分光および第２色成分光を合成する光分離合成素子と、第３色成分光と光分離合成素子によって合成された第１色成分光および第２色成分光とを合成する光合成素子と、を有し、基準映像光（例えば、青色成分光Ｂ、緑色成分光Ｇおよび赤色成分光Ｒ）を出射する光源部（例えば、光源部２０）と、入力信号に応じて、基準映像光に光変調を行い、映像を生成する表示部（例えば、表示部８０）と、基準映像光を表示部へ導く照明部（例えば、照明部７０）と、光源部および表示部を制御する制御部（例えば、制御部９０）と、を備えるものである。
（投写型映像表示装置の構成）
図１は、本開示に係る投写型映像表示装置１０の構成を示す図である。投写型映像表示装置１０は投写光学系１２によりスクリーン１４上へ映像を拡大投写する。

投写型映像表示装置１０は、基準映像光を出射する光源部２０と、それぞれの基準映像光を表示部８０へ導く照明部７０と、制御部９０とを備える。詳細は後述するが、映像信号受付部を備える制御部９０は、入力信号に応じて映像を生成する光変調素子の制御信号を表示部８０へ送り光変調素子を制御するとともに、光変調素子の信号タイミングに同期して光源部２０から出射する基準映像光のタイミングを制御する制御信号を光源部２０へ送り、光源および偏光状態調整素子を制御する。
［第１実施形態］
（投写型映像表示装置の光学構成）
図２は、第１実施形態に係る投写型映像表示装置１１０の光学構成を示す図である。なお、第１実施形態では、基準映像光として、赤色成分光Ｒ、緑色成分光Ｇおよび青色成分光Ｂを用いる。

図２に示すように、投写型映像表示装置１１０は光源部１２０と照明部１７０と表示部１８０であるＤＭＤ１８１とを備える。

照明部１７０はロッドインテグレーター１７４を有し、光源部１２０の出射光を均一な照明光として、リレー光学系を構成するレンズ群を通して、ＤＭＤ１８１へ均一に照明される。

ＤＭＤ１８１は、入力信号に応じて、青色成分光Ｂ、緑色成分光Ｇおよび赤色成分光Ｒのそれぞれに光変調を行い、投写レンズ１１２より図示しないスクリーンへ映像を投写する。
（光源部の光学構成）
以下において、第１実施形態に係る光源部１２０について、図面を参照しながら説明する。

光源部１２０は、光源１２１と、２つの偏光状態調整素子１３０、１３１と、それぞれ異なる色の光を発光する蛍光体１５１、１５２と、を有する。

光源１２１は、偏光度の高い青色成分光Ｂを出射する。光源１２１は、例えば、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）やＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などである。青色成分光Ｂは、基準映像光として用いられる。青色成分光Ｂは、他の基準映像光である緑色成分光Ｇおよび赤色成分光Ｒの励起光としても用いられる。

光源１２１は、高出力の基準映像光を得るため、複数の光源がアレイ状に配置されたアレイ光源（不図示）を構成し、光源１２１を冷却する冷却系として、例えば、強制空冷のヒートシンク１６０を背面に備える。

光源１２１の出射光は、直後に備えるコリメータレンズ１２２で略平行光化される。また、光源１２１の出射光は、ある１つの方向に偏光が揃った偏光光である（例えば、Ｐ偏光）。

偏光状態調整素子１３０、１３１は、入射する青色成分光Ｂの偏光状態を調整することによって、出射する青色成分光Ｂの偏光状態を変調する。ここで、偏光状態調整素子とは、自素子に入射した直線偏光の偏光状態を調整可能な素子であり、直線偏光又は楕円偏光（又は、円偏光）を出射する。

図３は、偏光状態調整素子１３０、１３１の駆動と偏光状態の関係を示す図である。図３に示すように、例えば、偏光状態調整素子は、自素子に電圧が印加されているか否かに応じて、自素子に入射する直線偏光の偏光方向を回転せずに直線偏光をそのまま出射する状態（例えば、図３（ａ）に示す、低電圧印加状態：Ｖ_low）と、自素子に入射する直線偏光の偏光横行を略９０°回転して、偏光方向が略９０°回転された直線偏光を出射する状態（例えば、図３（ｂ）に示す、高電圧印加状態：Ｖ_high）とを切り換え可能な素子である。

偏光状態調整素子は、自素子に印加される電圧の大きさに応じて、自素子に入射する直線偏光と自素子から出射される直線偏光とによって構成される角度を０〜９０°の範囲内で調整する素子であってもよい（例えば、図３（ｃ）に示す、中間電圧印加状態）。

偏光状態調整素子は、自素子に印加される電圧の大きさに応じて、自素子に入射する直線偏光を楕円偏光（又は、円偏光）に調整する素子であってもよい。なお、偏光状態調整素子１３０又は偏光状態調整素子１３１による偏光方向の調整によって、偏光状態調整素子の光出射側に設けられた光分離手段、光分離合成手段を透過又は反射する光量が制御される。

図２に戻り、第１実施形態では、偏光状態調整素子１３０は、光源１２１より出射された青色成分光Ｂである偏光（例えば、Ｐ偏光）の偏光方向を回転させないか、９０°回転させるかを選択的に切り換える素子である。また、偏光状態調整素子１３１は、偏光状態調整素子１３０より出射した青色成分光である偏光（Ｐ偏光）の偏光方向を回転させないか、９０°回転させるかを選択的に切り換える素子である。

偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）１４０は、偏光状態調整素子１３０を出射した青色成分光ＢのＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する光分離手段である。

ダイクロイックミラー１４１は、偏光状態調整素子１３１を出射した青色成分光ＢのＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射すると同時に、各々の光路に備えた励起光学系により励起された、青色成分光Ｂ以外の基準映像光である、緑色成分光Ｇと赤色成分光Ｒの蛍光を合成する光分離合成手段である。

ここで励起光学系は、青色成分光Ｂを励起光として、発光体である蛍光体を励起し、基準映像光である緑色成分光Ｇ又は赤色成分光Ｒの蛍光を発光、出射する光学系である。本開示の第１実施形態では、ダイクロイックミラー１４１を反射した青色成分光Ｂは、レンズ１２３で集光されて緑色成分光Ｇを発光する蛍光体１５１に照射される。蛍光体１５１で励起された緑色成分光Ｇである蛍光は、レンズ１２３で再び集光されてダイクロイックミラー１４１に入射する。一方、ダイクロイックミラー１４１を透過した青色成分光Ｂは、レンズ１２４で集光されて赤色成分光Ｒを発光する蛍光体１５２に照射される。蛍光体１５２で励起された赤色成分光Ｒである蛍光は、レンズ１２４で再び集光されてダイクロイックミラー１４１に入射する。

蛍光体１５１、１５２の裏面には、励起光である青色成分光Ｂの入射側とは異なる方向に発光する蛍光を反射するための反射膜が設けられると共に、蛍光励起によって発生する熱を逃がすための冷却手段であるヒートシンク１６１，ヒートシンク１６２が備えられる。

蛍光体１５１、１５２は本開示の光源部１２０の発光部を構成する。光源部１２０では、蛍光体１５１、１５２に集光レンズ１２６、１２７により集光された光を入射することにより、蛍光体１５１、１５２での励起（波長変換）に有効に利用できる光が増えるため、点光源に近い高効率な発光部を実現することができる。

蛍光体１５１、１５２は、光源１２１が出射した青色成分光Ｂにより励起されて緑色成分光Ｇおよび赤色成分光Ｒを発光する蛍光物質を用いて構成される。

蛍光物質は、蛍光活性元素イオンとして機能する希土類元素イオンを含有する。希土類元素イオンとしては、ユウロピウム（Ｅｕ）やテルビウム（Ｔｂ）を利用することができる。希土類元素イオンとしてユウロピウムＥｕ³⁺を含む蛍光物質は、２００ｎｍ〜４３０ｎｍの光を吸収して、５７０ｎｍ〜６３０ｎｍ付近の光を発光するので、紫外光または近紫外光を吸収して赤色成分光Ｒを発光することができる。また、ユウロピウムＥｕ²⁺を含む蛍光物質は、２００ｎｍ〜４００ｎｍの光を吸収して、５４０ｎｍ〜５６０ｎｍ付近の光を発光するので、紫外光または近紫外光を吸収して緑色成分光Ｇを発光することができる。また、テルビウムＴｂ³⁺を含む蛍光物質は、３００ｎｍ〜４００ｎｍの光を吸収して、３８０ｎｍ〜４６０ｎｍ付近の光を発光するので、紫外光または近紫外光を吸収して青色成分光Ｂを発光することができる。なお、希土類元素イオンの種類や含有量等は、発光したい光の波長域やそのための励起光の波長域に応じて調整することができる。

蛍光体１５１、１５２により発光された緑色成分光Ｇと赤色成分光Ｒは、ダイクロイックミラー１４１で合成された後、更にダイクロイックミラー１４２で青色成分光Ｂと合成され、照明部１７０へ出射する。

なお、投写型映像表示装置１１０は、上記の説明のほか、複数のレンズ（レンズ１２５〜１２９）およびミラー（ミラー１４３）などを有する。
（制御部の構成）
以下において、第１実施形態に係る制御部について、図面を参照しながら説明する。図４は第１実施形態に係る制御部１９０のブロック図である。制御部１９０は、投写型映像表示装置１１０に設けられており、投写型映像表示装置１１０を制御する。

制御部１９０は映像に係る入力信号を出力信号に変換する。本開示では、入力信号は赤入力信号Ｒ_in、緑入力信号Ｇ_inおよび青入力信号Ｂ_inによって構成され、出力信号は、赤出力信号Ｒ_out、緑出力信号Ｇ_outおよび青出力信号Ｂ_outによって構成されるものとする。ここで、入力信号および出力信号は１フレームを構成する複数の画素毎に入力される信号である。

図４に示すように、制御部１９０は、映像信号受付部１９１と、光変調素子制御部１９２と、光源制御部１９３と、偏光状態調整素子制御部１９４とを有する。

映像信号受付部１９１は、ＤＶＤやＴＶチューナーなどの外部装置から映像の入力信号を受付ける。

光変調素子制御部１９２は、入力信号を出力信号に変換すると共に、出力信号に基づいて、ＤＭＤ１８１を制御する。ここで、光変調素子制御部１９２は、時分割に表示する基準映像光の各色に割り当てられるＤｕｔｙ期間を制御してもよい。

光源制御部１９３は光変調素子制御部１９２が変換する出力信号のタイミングに応じて、光源１２１を制御し、同様に、偏光状態調整素子制御部１９４もまた出力信号のタイミングに応じて、偏光状態調整素子１３０、１３１を制御する。
（偏光状態調整素子の制御例）
以下において、第１実施形態に係る光源部１２０、特に偏光状態調整素子１３０、１３１の制御方法について、図面を参照しながら説明する。図５は、偏光状態調整素子１３０、１３１に係る制御の一例を説明する図である。

ここでは、偏光状態調整素子１３０、１３１により、基準映像光である青色成分光Ｂ、緑色成分光Ｇおよび赤色成分光Ｒが、時分割に、かつ、順番に光源部１２０より出射されるケースについて例示する。青色成分光Ｂ、緑色成分光Ｇおよび赤色成分光Ｒの出射期間は予め定められている。

図５に示すように、光源１２１の出射光である青色成分光Ｂは、偏光が揃った状態（例えば、Ｐ偏光）で偏光状態調整素子１３０に入射する。

偏光状態調整素子１３０、１３１は液晶素子で構成され、電圧の印加により入射した光の偏光方向を調整可能な素子である。高電圧印加時（Ｖ_high）には偏光を調整せずに、偏光を保った状態でそのまま透過する。低電圧印加時（Ｖ_low）には偏光を調整して、入射時と異なる偏光状態に変更した上で出射する。

偏光状態調整素子１３０への印加電圧がＶ_lowの場合、Ｐ偏光の青色成分光Ｂは、偏光方向が９０°回転し、Ｓ偏光としてＰＢＳ１４０に入射する。Ｓ偏光の青色成分光Ｂは、ＰＢＳ１４０で反射して、基準映像光の１つとして、照明部１７０に入射する。

偏光状態調整素子１３０への印加電圧がＶ_highの場合、Ｐ偏光の青色成分光Ｂは、偏光方向を変えることなく、Ｐ偏光として、ＰＢＳ１４０に入射する。Ｐ偏光の青色成分光Ｂは、ＰＢＳ１４０を透過して、偏光状態調整素子１３１に入射する。次に、偏光状態調整素子１３１への印加電圧がＶ_lowの場合、Ｐ偏光の青色成分光Ｂは、偏光方向が９０°回転し、Ｓ偏光として、ダイクロイックミラー１４１に入射する。

ダイクロイックミラー１４１は、誘電体多層膜ミラーであり、図６に示すように、青色成分光Ｂの帯域においてはＰ偏光を透過して、Ｓ偏光を反射する偏光分離特性を有し、緑色成分光Ｇの帯域においてはすべての光を透過し、赤色成分光Ｒの帯域においてはすべての光を反射する特性を有する。よって、Ｓ偏光である青色成分光Ｂは、ダイクロイックミラー１４１で反射して、蛍光体１５１に入射する。

ここで、蛍光体１５１は、青色成分光Ｂを励起光として、緑色成分光Ｇの蛍光を発光する蛍光体である。青色成分光Ｂで励起された緑色成分光Ｇは、再びダイクロイックミラー１４１に入射し、ダイクロイックミラー１４１を透過する。そして、青色成分光Ｂを透過し、緑色成分光Ｇと赤色成分光Ｒを反射する特性を有するダイクロイックミラー１４２で反射し、照明部１７０に入射する。

最後に、偏光状態調整素子１３０、１３１への印加電圧がともにＶ_highの場合、Ｐ偏光の青色成分光Ｂは、偏光方向を変えることなく、Ｐ偏光として、ダイクロイックミラー１４１に入射する。Ｐ偏光である青色成分光Ｂは、ダイクロイックミラー１４１を透過して、蛍光体１５２に入射する。

ここで、蛍光体１５２は、青色成分光Ｂを励起光として、赤色成分光Ｒの蛍光を発光する蛍光体である。青色成分光Ｂで励起された、赤色成分光Ｒは、再びダイクロイックミラー１４１に入射し、ダイクロイックミラー１４１を反射し、ダイクロイックミラー１４２でさらに反射され、照明部１７０に入射する。

図７は、偏光状態調整素子制御部１９４における偏光状態調整素子１３０、１３１の制御タイミングを示す図である。偏光状態調整素子１３０は、青色成分光Ｂを出射するか、その他の基準映像光である緑色成分光Ｇ又は赤色成分光Ｒを出射するかを選択する制御が行われる。青色成分光Ｂを出射する期間において、偏光状態調整素子１３０にはＶ_lowが印加される。

偏光状態調整素子１３１は、緑色成分光Ｇを出射するか、赤色成分光Ｒを出射するかを選択する制御が行われる。緑色成分光Ｇを出射する期間においては偏光状態調整素子１３１にはＶ_lowが印可され、赤色成分光Ｒを出射する期間においては偏光状態調整素子１３１にはＶ_highが印加される。

それぞれの基準映像光をすべて点灯する制御を１サイクルとして、光変調素子制御部１９２からの出力信号に同期して、偏光状態調整素子制御部１９４は偏光状態調整素子１３０、１３１を制御する。

図８に、本開示の光源部１２０の出射する基準映像光のスペクトルを示す。
（作用および効果）
光源部１２０は、基準映像光である青色成分光Ｂ、緑色成分光Ｇおよび赤色成分光Ｒを、映像を生成するＤＭＤ１８１への出力信号のタイミングに応じて、時分割に発光し、照明部１７０、ＤＭＤ１８１（表示部１４０）へ出射する。このとき、液晶素子である偏光状態調整素子１３０、１３１を用いて光路を電気的に制御するので、カラーホイールを使用せずに時分割で基準映像光を出射することが可能となる。

従って、時分割に基準映像光を出射する光源部を小型かつ薄型に構成することが可能となる。
［変更例１］
以下において、第１実施形態の変更例１について説明する。以下においては、第１実施形態に対する相違点について主として説明する。

第１実施形態では、基準映像光である青色成分光Ｂ、緑色成分光Ｇおよび赤色成分光Ｒを、予め決められた期間で色順次に点灯する。これに対して、変更例１では、各基準映像光を点灯する期間を、入力映像に応じて変更する。
（光源部の制御例）
以下において、変更例１に係る光源部１２０について説明する。図９は、変更例１に係る光源部１２０の、基準映像光の点灯期間を示す図である。

図９（ａ）は基準となる各色の点灯期間である。これに対し、投写型映像表示装置１１０が高輝度モードである場合には、図９（ｂ）に示すように、各基準映像光の点灯期間のうち、緑色成分光Ｇの期間が相対的に長くなるように変更する。これにより、より明るい映像を実現できる。

高画質モードである場合には、図９（ｃ）に示すように、各基準映像光の点灯期間のうち、赤色成分光Ｒの期間が相対的に長くなるように変更する。これにより、より画質の高い色を実現できる。

ここで、各基準映像光の点灯期間は、入力信号に対して、適応的に変更してもよい。例えば、入力信号の輝度情報を算出し、高輝度の画素が多い場合には、自動的に高輝度モードと判定してもよく、入力信号の色情報を算出し、必要となる基準映像色を優先色として点灯期間を調整して、色再現性の高い映像を実現してもよい。
［変更例２］
以下において、第１実施形態の変更例２について説明する。以下においては、第１実施形態に対する相違点について主として説明する。

第１実施形態では、基準映像光である青色成分光Ｂ、緑色成分光Ｇおよび赤色成分光Ｒを、色順次に点灯する。これに対して、変更例２では、各基準映像光の点灯する期間を重畳することで、時分割に点灯する色成分数を増やす。
（光源部の制御例）
以下において、変更例２に係る光源部１２０について説明する。図１０は、変更例２に係る光源部１２０の、基準映像光の点灯期間を示す図である。

図１０（ａ）は基準となる各色の点灯期間である。これに対し、投写型映像表示装置１１０が高輝度モードである場合には、図１０（ｂ）に示すように、緑色成分光Ｇと赤色成分光Ｒの点灯期間を重畳して、黄色成分光Ｙｅの点灯期間を設ける。具体的には、偏光状態調整素子１３１の中間階調を利用することにより、緑色成分光Ｇおよび赤色成分光Ｒを同時に点灯する。これにより、光の重畳が可能となり、明るい映像を実現することができる。

各基準映像光の点灯期間は、入力信号に対して、適応的に、かつ、個別に重畳してもよい。入力信号の輝度情報および色情報を算出し、適応的に最適な色再現範囲を調整する。上述のように、緑色成分光Ｇと赤色成分光Ｒとを重畳することで、黄色成分光Ｙｅを生成する（図１０（ｂ）参照）ほか、偏光状態調整素子１３０の中間階調を利用することにより、赤色成分光Ｒと青色成分光Ｂを重畳して、紫色成分光Ｍｇや、青色成分光Ｂと緑色成分光Ｇを重畳して、水色成分光Ｃｙ（図１０（ｃ）参照）を生成することも可能である。

さらに、偏光状態調整素子１３０、１３１両方の中間階調を利用することにより、青色成分光Ｂ、緑色成分光Ｇおよび赤色成分光Ｒを重畳して、白色成分光Ｗ（図１０（ｄ）参照）を生成することも可能である。

よって、変更例２の光源部１２０では、図１１に示すように、基準映像光で構成される色再現範囲に対して、適応的に色再現範囲を変えることが可能となる。例えば、入力信号中に、純度の高い緑色が含まれず、黄色に近い画素が多く含まれる場合には、緑色成分光Ｇと赤色成分光Ｒを重畳して、黄色成分光Ｙｅの発光する期間を設ける。あるいは、入力信号中に、純度の高い青色が含まれず、水色に近い画素が多く含まれる場合には、青色成分光Ｂに緑色成分光Ｇを重畳して、水色成分光Ｃｙの発光する期間を設けるといった制御も可能である。
［第２実施形態］
（光源部の光学構成）
以下において、第２実施形態に係る光源部２２０について、図面を参照しながら説明する。図１２は、第２実施形態に係る光源部２２０の光学構成を示す図である。光源部２２０は、図２に示す第１実施形態の光源部１２０と置き換えが可能である。

以下においては、第１実施形態に対する相違点について主として説明する。本実施形態では、第１実施形態と異なり、光源２２１に加えて、基準映像光を出射する第２の光源である光源２５５を有する。

光源２２１は、蛍光体２５１、２５２の励起光であり、偏光度の高い色成分光を出射する。光源２２１の色光は、例えば、青色成分光Ｂや紫色成分光Ｖである。また、光源２２１は、例えば、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）やＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などである。

光源２２１は、高出力の励起光を得るため、複数の光源がアレイ状に配置されたアレイ光源（不図示）を構成し、光源２２１を冷却する冷却系として、例えば、強制空冷のヒートシンク２６０を背面に備える。

光源２２１の出射光は、直後に備えるコリメータレンズ２２２で略平行光化される。また、光源２２１の出射光は、偏光状態調整素子２３０によって、偏光状態が調整され、蛍光体２５１、２５２を備える励起光学系へ導かれる。蛍光体２５１は、基準映像光である緑色成分光Ｇの蛍光光を出射し、蛍光体２５２は、基準映像光である赤色成分光Ｒの蛍光光を出射する。

光源２５５は、基準映像光である青色成分光Ｂを出射する光源であり、例えば、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）やＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などである。

本実施形態において、光源２５５により出射される基準映像光である青色成分光Ｂと、光源２２１により励起される蛍光光である基準映像光である緑色成分光Ｇおよび赤色成分光Ｒとは、光変調素子制御部１９２からの出力信号に同期して、それぞれが時分割に順次点灯するように、光源制御部１９３および偏光状態調整素子制御部１９４によって制御される。
（光源部の制御例）
以下において、第２実施形態に係る光源部２２０の制御方法について、図面を参照しながら説明する。図１３は、光源２２１、第２の光源２５５および偏光状態調整素子２３０に係る制御の一例を説明する図である。

基準映像光である青色成分光Ｂを出射する期間は、第２の光源２５５をＯＮの状態とする。

光源２２１からの出射光は偏光が揃った状態（例えば、Ｐ偏光）で偏光状態調整素子２３０に入射する。偏光状態調整素子２３０への印加電圧がＶ_lowの場合、偏光方向が９０°回転してＳ偏光となり、ダイクロイックミラー２４１で反射し、蛍光体２５１に入射する。偏光状態調整素子２３０への印加電圧がＶ_highの場合、偏光方向は回転せずにＰ偏光となり、ダイクロイックミラー２４１を透過し、蛍光体２５２に入射する。

蛍光体２５１で励起された緑色成分光Ｇと、蛍光体２５２で励起された赤色成分光Ｒは、ダイクロイックミラー２４１で合成された後、時分割で青色成分光Ｂを点灯する光源２５５の出射光とダイクロイックミラー２４２で合成され、照明部１７０に入射する。

図１３に示すように、第２の光源２５５および光源２２１の点灯は時間順次であり、また、光源２２１の点灯期間中に、偏光状態調整素子２３０の電圧がＶ_lowからＶ_highへ変更される。これら第２の光源２５５、光源２２１および偏光状態調整素子２３０の電圧印加タイミングを、予め定められた期間にて、時間順次に行うことで、光源部２２０は基準映像光を時分割に出射することができる。

また、第１実施形態の変形例と同様に、２つ以上の成分光を同時に点灯することによって、映像の輝度を向上させたり、点灯期間を調整することによって、最適な色再現範囲を実現したりすることが可能となる。
［その他の実施形態］
本開示は、上述した実施形態によって説明したが、この開示の一部を成す論述および図面は、この開示を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。

例えば、上述した実施形態を応用して、次のような形態も投写型映像表示装置１１０に適用可能である。
（光源部の構成）
以下において、その他実施形態に係る光源部３２０について、図面を参照しながら説明する。図１４は、その他実施形態に係る光源部３２０の光学構成を示す図である。光源部３２０は、図２に示す第１実施形態の光源部１２０と置き換えが可能である。

以下においては、第１実施形態に対する相違点について主として説明する。本実施形態では、第１実施形態の偏光状態調整素子１３１、蛍光体１５１および蛍光体１５２に代えて、蛍光体ホイール３５３を備える。

光源３２１は、偏光の揃った青色成分光Ｂを出射し、偏光状態調整素子３３０により出射光の偏光状態が調整される。
（光源部の制御例）
以下において、その他実施形態に係る光源部３２０の制御方法について説明する。光源３２１は青色成分光Ｂの偏光（例えば、Ｐ偏光）を出射し、偏光状態調整素子３３０への電圧の印加に応じて、その偏光状態が変化する。偏光状態調整素子３３０への印加電圧がＶ_lowの場合、青色成分光ＢはＳ偏光となり、ダイクロイックミラー３４１で反射して、λ／４波長板３４４に入射する。λ／４波長板３４４に入射した光は、反射型拡散板３４５で反射され、再度λ／４波長板３４４を透過することで、９０°偏光方向が回転してＰ偏光となり、ダイクロイックミラー３４１を透過する。

偏光状態調整素子３３０への印加電圧がＶ_highの場合、青色成分光ＢはＰ偏光となり、ダイクロイックミラー３４１を透過して、蛍光体ホイール３５３に入射する。蛍光体ホイール３５３は、緑色成分光Ｇを出射する蛍光体（不図示）と、赤色成分光を出射する蛍光体（不図示）とを領域別に備えたホイールであり、ホイールを回転することで、時分割に緑色成分光Ｇと赤色成分光Ｒとを出射する。蛍光体ホイール３５３を出射した緑成分光Ｇおよび赤成分光Ｒは、ダイクロイックミラー３４１で反射する。
（その他の適用）
実施形態では、光変調素子として、ＤＭＤ１８１が例示されているが、実施形態は、これに限定されるものではない。光変調素子は、３つのＤＭＤであってもよい。光変調素子は、１つの液晶パネル或いは３つの液晶パネルであってもよい。液晶パネルは透過型であっても良く、反射型であっても良い。

本開示の光源部は主に投写型映像表示装置に利用するケースについて説明したが、室内照明用の光源装置として利用することも可能である。

１０、１１０…投写型映像表示装置
１２…投写光学系
１４…スクリーン
２０、１２０、２２０、３２０…光源部
７０、１７０…照明部
８０、１８０…表示部
９０、１９０…制御部
１１２…投写レンズ
１２１、２２１、２５５、３２１…光源
１２２〜１２９、１７１〜１７３、２２２〜２２９、３２２、３２３、３２５〜３２８…レンズ
１３０、１３１、２３０、２３１、３３０…偏光状態調整素子
１４０…偏光ビームスプリッター
１４１、１４２、２４１、２４２、３４１…ダイクロイックミラー
１４３…ミラー
１５１、１５２、２５１、２５２…蛍光体
１６０〜１６２、２６０〜２６３、３６０…ヒートシンク
１７４…ロッドインテグレーター
１８１…ＤＭＤ
１９１…映像信号受付部
１９２…光変調素子制御部
１９３…光源制御部
１９４…偏光状態調整素子制御部
３５３…蛍光体ホイール

Claims (4)

1. 光源と、
   前記光源からの光の偏光状態を調整する偏光状態調整素子と、
   前記偏光状態調整素子によって調整された一の偏光状態の光を励起光として第１色成分光を発光する第１蛍光体と、
   前記偏光状態調整素子によって調整された他の偏光状態の光を励起光として第２色成分光を発光する第２蛍光体と、
   前記偏光状態調整素子によって偏光状態を調整された光を前記第１蛍光体および前記第２蛍光体へ導くと共に前記第１色成分光および前記第２色成分光を合成する光分離合成素子と、
   第３色成分光と前記光分離合成素子によって合成された前記第１色成分光および前記第２色成分光とを合成する光合成素子と、
   を備えることを特徴とする光源装置。
2. 光源と、
   前記光源からの光の偏光状態を調整する第１偏光状態調整素子と、
   前記第１偏光状態調整素子によって調整された一の偏光状態の光と他の偏光状態の光とを分離する光分離素子と、
   前記光分離素子によって分離された一方の光の偏光状態を調整する第２偏光状態調整素子と、
   前記第２偏光状態調整素子によって調整された一の偏光状態の光を励起光として第１色成分光を発光する第１蛍光体と、
   前記第２偏光状態調整素子によって調整された他の偏光状態の光を励起光として第２色成分光を発光する第２蛍光体と、
   前記第２偏光状態調整素子によって偏光状態を調整された光を前記第１蛍光体および前記第２蛍光体へ導くと共に前記第１色成分光および前記第２色成分光を合成する光分離合成素子と、
   前記光分離素子によって分離された他方の光と前記光分離合成素子によって合成された前記第１色成分光および前記第２色成分光とを合成する光合成素子と、
   を備えることを特徴とする光源装置。
3. 第１光源と、
   前記第１光源からの光の偏光状態を調整する偏光状態調整素子と、
   前記偏光状態調整素子によって調整された一の偏光状態の光を励起光として第１色成分光を発光する第１蛍光体と、
   前記偏光状態調整素子によって調整された他の偏光状態の光を励起光として第２色成分光を発光する第２蛍光体と、
   前記偏光状態調整素子によって偏光状態を調整された光を前記第１蛍光体および前記第２蛍光体へ導くと共に前記第１色成分光および前記第２色成分光を合成する光分離合成素子と、
   第３色成分光を出射する第２光源と、
   前記第３色成分光と前記光分離合成素子によって合成された前記第１色成分光および前記第２色成分光とを合成する光合成素子と、
   を備えることを特徴とする光源装置。
4. 光源と、前記光源からの光の偏光状態を調整する偏光状態調整素子と、前記偏光状態調整素子によって調整された一の偏光状態の光を励起光として第１色成分光を発光する第１蛍光体と、前記偏光状態調整素子によって調整された他の偏光状態の光を励起光として第２色成分光を発光する第２蛍光体と、前記偏光状態調整素子によって偏光状態を調整された光を前記第１蛍光体および前記第２蛍光体へ導くと共に前記第１色成分光および前記第２色成分光を合成する光分離合成素子と、第３色成分光と前記光分離合成素子によって合成された前記第１色成分光および前記第２色成分光とを合成する光合成素子と、を有し、基準映像光を出射する光源部と、
   入力信号に応じて、前記基準映像光に光変調を行い、映像を生成する表示部と、
   前記基準映像光を前記表示部へ導く照明部と、
   前記光源部および前記表示部を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする投写型映像表示装置。

Images