JP2017514178A - 光源システム及び投影表示装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、光源システム及び該光源システムを備える投影表示装置を提供する。当該光源システムは、２つの広スペクトル光を発生するために用いられる少なくとも３つの光源（１０，２０，３０）と、光分割光合成装置（４０）と、第１の空間光変調器（５０）及び第２の空間光変調器（６０）を含む少なくとも２つの空間光変調器とを備える。第１の広スペクトル光と第２の広スペクトル光とは、光分割光合成装置（４０）により光分割された後、少なくとも２つの色の４つの主波長の光が発生されることによって、色域の範囲が大幅に増え、投影表示の質が高まる。また、２つの空間光変調器を採用して光を同時に変調するため、画像表示の品質を保証すると共にコストを削減できる。

Description

本発明は、光学表示分野に関し、特に、光源システム及び投影表示装置に関するものである。

従来の光源システムにおいては、ＳＬＭ（spatial light modulator、空間光変調器）は空間の光を変調するために用いられ、単一のＳＬＭ、２つのＳＬＭ、及び三つのＳＬＭは、それぞれメリットがあるため、異なる投影表示装置に幅広く応用される。そのうち、単一のＳＬＭの動作原理は、複数の原色光が交互にＳＬＭに入って変調され、変調された単色光の画像がスクリーンにおいて迅速に交互に切り替えられ、ビデオの鑑賞者の視覚の残像効果を利用して各時系列の単色光の画像が混合されてカラーの画像が得られることである。しかしながら、この方法は、切替速度の制限のため、「レインボー」現象が生じることがあり、また、光源の利用率が低いため、単一のＳＬＭの光源システムの輝度を高めることができない。コストが低い方法であるため、高い効果を求めない投影表示装置に幅広く用いられる。三つのＳＬＭの動作原理は、三原色光がそれぞれ同時に３つの独立したＳＬＭに到達し、ＳＬＭに到達した原色光がそれぞれＳＬＭにより変調され、変調された単色光の画像が混合されることによってカラーの画像が得られる。時系列の問題がないため、「レインボー」現象が有効に解消される。また、光源の変換又はフィルタリングをする必要がないため、光源の利用率が向上される。しかし、この方法は、コストが非常に高いため、一般的に、高い効果を求める投影表示装置、例えば、映画館に用いられる。単一のＳＬＭ及び三つのＳＬＭ光源システムの各自のデメリットを克服するために、２つのＳＬＭが登場し、そのうちの一方のＳＬＭが１つの原色光を処理し、他方のＳＬＭが他の２つの原色光を処理し、２つのＳＬＭは、ある時系列において重なっても良い（単独で１つの原色光を処理する）。よって、２つのＳＬＭの場合は、単一のＳＬＭに比べて切替速度が高まり、三つのＳＬＭに比べて１つのＳＬＭが削減されることで、コストの削減を実現できるため、２つのＳＬＭは本分野において検討されるポイントになっている。

しかしながら、２つのＳＬＭにも解決する必要がある技術課題が存在している。例えば、出願番号２０１２１０３７０６５５．９である特許出願のように、具体的には、図１を参照しながら説明する。２つのＳＬＭ光源システムは、励起光源１と、カラーホイール２と、光分割光合成装置３と、第１のＳＬＭ４及び第２のＳＬＭ５とを備える。カラーホイール２が２つのセグメントに分けて、２つのセグメントにそれぞれ波長変換材料が設けられ、一方のセグメントが励起光源１により励起されて発生された第１の被励起光は、光分割光合成装置３により光分割された後、それぞれ第１のＳＬＭ４及び第２のＳＬＭ５に到達して変調され、他方のセグメントが励起光源１により励起されて発生された第２の被励起光は、光分割光合成装置３により分割された後、第２のＳＬＭ５に到達して変調される。当該技術案の構成は、単一のＳＬＭに比べ、輝度を高め、レインボー現象を解消することができ、三つのＳＬＭに比べ、コストの削減を実現できる。しかし、当該方案では、依然として次のような課題が存在している。即ち、２つのＳＬＭが三原色光を処理することで、当然ながら色域の範囲が制限され、光源システムから出力された光が、表示領域に到達し、十分に自然な画像が生成されないことになる。また、単一の光源を用いて発生された被励起光は、順次にＳＬＭに到達するので、ＳＬＭは十分に利用されておらず、輝度が低く、低コスト且つ高品質を実現することができない。

従って、従来技術において光源システム又は投影表示装置における高コスト及び低品質の課題を解決することができる光源システム及び投影表示装置が求められている。

本発明は、従来技術における低コスト及び高品質を同時に実現することができない課題を解決するために、光源システム及び投影表示装置を提供することを目的している。

本発明の光源システムは、
光分割光合成装置と、
第１の広スペクトル光を発生するための第１の光源と、第２の広スペクトル光を発生するための第２の光源と、第１の波長の光を発生するための第３の光源を含む少なくとも３つの光源と、
それぞれ第１の空間光変調器及び第２の空間光変調器を含む少なくとも２つの空間光変調器と、を備え、
前記光分割光合成装置は、光源の光通路に位置し、第１の広スペクトル光を、第１の通路に沿って伝送される第２の波長の光及び第２の通路に沿って伝送される第３の波長の光に波長分光すると共に、第２の広スペクトル光を、第１の通路に沿って伝送される第４の波長の光及び第２の通路に沿って伝送される第５の波長の光に波長分光し、
第３の波長の光、第５の波長の光、及び少なくとも一部の第１の波長の光が第２の通路に沿って第２の空間光変調器まで伝送されるように導引し、第２の波長の光及び第４の波長の光が第１の通路に沿って第１の空間光変調器まで伝送されるように導引し、
前記第１の空間光変調器は、第２の波長の光及び第４の波長の光を順次に変調するために用いられ、
前記第２の空間光変調器は、第３の波長の光、第５の波長の光、及び少なくとも一部の第１の波長の光を順次に変調し、
前記第１の広スペクトル光と前記第２の広スペクトル光とは、スペクトル範囲が異なる。

好ましくは、前記第１の光源は、第１の励起光源と、波長変換材料を設けるための１つのセグメントを含む第１の波長変換装置とを備え、
前記第１の励起光源は、励起光を発生するために用いられ、
前記第１の波長変換装置の波長変換材料は、第１の励起光源の光通路に位置し、励起光を吸収して第１の広スペクトル光を発生するために用いられ、
前記第２の光源は、第２の励起光源と、波長変換材料を設けるための１つのセグメントを含む第２の波長変換装置とを備え、
前記第２の励起光源は励起光を発生するために用いられ、
前記第２の波長変換装置の波長変換材料は、第２の励起光源の光通路に位置し、励起光を吸収して第２の広スペクトル光を発生するために用いられる。

さらに好ましくは、前記第１の励起光源及び第２の励起光源は、いずれも固体半導体発光素子である。

好ましくは、前記光源システムはさらに、第１の光源、第２の光源、及び第３の光源を制御すると共に第１の空間光変調器及び第２の空間光変調器を変調するコントローラを備える。

好ましくは、前記コントローラは、第１の光源、第２の光源、及び第３の光源のオン／オフを制御するために用いられる。

好ましくは、前記第１の波長の光は、広スペクトル光であり、前記光分割光合成装置は、第１の波長の光を、第１の通路に沿って伝送される第１の部分波長の光及び第２の通路に沿って伝送される第２の部分波長の光に光分割する。

好ましくは、前記第１の部分波長の光と第２の部分波長の光とは、同一の色で、異なるスペクトルの光である。

好ましくは、前記第２の波長の光と第３の波長の光とは、同一の色で、異なるスペクトルの光であり、前記第４の波長の光と第５の波長の光とは、同一の色で、異なるスペクトルの光である。

好ましくは、前記第１の広スペクトル光、第２の広スペクトル光、及び第１の波長の光は、それぞれ赤色の広スペクトル光、緑色の広スペクトル光、青色の広スペクトル光である。

好ましくは、前記光源システムは、３Ｄの投影表示システムに用いられることができ、前記第１の部分波長の光、前記第３の波長の光、及び前記第５の波長の光は、観察者の左目に入り、前記第２の部分波長の光、前記第４の波長の光、及び前記第六の波長の光は、観察者の右目に入る。

好ましくは、前記第１の広スペクトル光は、青色光であり、前記第２の広スペクトル光は、黄色光であり、前記第１の波長の光は、マゼンタ色光である。ここで、マゼンタ色光は、赤色及び青色の蛍光体が励起されて発生した光であっても良い。

好ましくは、前記コントローラは、第１の光源、第２の光源、及び第３の光源が同一の周期において順次にオン／オフするように制御するために用いられる。

好ましくは、上述した技術案においては、前記第１の波長の光は、三原色光のうちの任意の１つの光である。

好ましくは、前記第３の波長の光と第５の波長の光とは、同一の色で、異なるスペクトルの光であり、又は、前記第２の波長の光と及び第４の波長の光とは、同一の色でで、異なるスペクトルの光である。

好ましくは、前記コントローラは、第１の光源、第２の光源、及び第３の光源の同一の周期におけるオン／オフを制御するために用いられ、前記第１の光源、第２の光源、及び第３の光源のオン状態は、部分的に重なるが、完全には重ならない。

好ましくは、前記第１の光源、第２の光源、及び第３の光源が同一の周期におけるオン／オフの回数は、少なくともＮ回であり、Ｎは正の整数である。

前記システムは、１つの励起光源と、１つの波長変換装置とを備え、
上記のいずれの技術案において、前記波長変換装置は、一種の波長変換材料をそれぞれ含む２つのセグメントを備え、励起されたときに、広スペクトル光を発生することができ、２つのセグメントは、前記波長変換装置が動作するときに、順次に励起光源の光通路に位置し、
前記励起光源は、波長変換装置の第１のセグメントと共に第１の光源を構成し、
前記励起光源は、波長変換装置の第２のセグメントと共に第２の光源を構成する。

本発明は、上述した任意の技術案の光源システムを備える投影表示装置を更に含む。

本発明の上述した技術案においては、広スペクトル光を発生できる光源を用い、光分割光合成装置により広スペクトル光を光分割することで、異なる主波長の光が得られ、色域の範囲を効率的に拡大すると共に、異なる主波長の光は、空間光変調器によって光分割される。２つの空間光変調器が異なる主波長の光を同時に処理することで、色の切替速度を高め、レインボー現象を解消するとともに、空間光変調器が十分に利用されて、輝度が高まり、コストを削減できる。従って、本発明の技術案は、製品のコストを削減すると同時に、製品の品質を保証することができる。

背景技術における光源システムの構造を示す模式図である。 本発明の第１の実施例における光源システムの構造を示す模式図である。 本発明の第１の実施例における光源システムの構造を示す模式図である。 本発明の第２の実施例における光源システムの構造を示す模式図である。 本発明の第３の実施例における光源システムの構造を示す模式図である。 本発明の第２の実施例における波長変換装置の構造を示す模式図である。 本発明の第２の実施例における色度図である。 本発明の第２の実施例における色度図である。 本発明の第２の実施例における色度図である。 本発明の第４の実施例における光源システムの構造を示す模式図である。 本発明の第４の実施例における波長変換装置の構造を示す模式図である。 本発明の第５の実施例における光源システムの構造を示す模式図である。 本発明の第５の実施例における空間光変調器による変調時系列図である。 本発明の第５の実施例における空間光変調器による変調のもう１つの時系列図である。 本発明の第５の実施例におけるスペクトル範囲を示す図である。 本発明の第６の実施例における投影表示装置の構造を示す模式図である。

本発明の目的、技術案及びメリットがより明確にするために、図面及び実施例を参照しながら本発明を更に詳しく説明する。

本発明に記載の三原色光は、赤色、緑色、青色の３つの色の光である。本発明に記載の１つの周期は、１フレームのデータの処理時間である。本発明に記載の広スペクトル光とは、スペクトル範囲が１０ｎｍより広い光、且つ光分割できる光と指し、ここで、光分割できる光は、連続スペクトルの光であっても良く、不連続スペクトルの光であっても良い。連続スペクトルの広スペクトル光は、黄色光、青色光等を含んでも良く、不連続スペクトルの広スペクトル光は、マゼンタ色光等を含んでも良い。本発明では、同一の色で、異なるスペクトルの光とは、色が類似である且つスペクトルが部分的に重なる光を指す。例えば、緑っぽいの赤色光及び赤色光、赤っぽいの緑色光及び緑色光であり、主波長が異なるが、スペクトルが部分的に重なっている。

本発明に係る実施例１は光源システムに関し、以下、図２を参照しながら説明する。図２は本発明の光源システムの構造を示す模式図である。図２Ａに示すように、当該光源システムは、第１の光源１０と、第２の光源２０と、第３の光源３０と、光分割光合成装置４０と、第１の空間光変調器５０と、第１の空間光変調器６０とを備える。光分割光合成装置４０は、第１の光源１０、第２の光源２０、及び第３の光源３０の光通路に位置し、第１の光源１０、第２の光源２０、及び第３の光源３０の位置関係は特に限定されていない。図２に示すように、前記システムは、少なくとも３つの光源と、少なくとも２つの空間光変調器とを備える。ここで、前記光源の数ＮはＮ≧３である。図２Ｂに示すように、光源の数は３、４、５、６・・・であっても良く、空間光変調器の数ＭはＭ≧２であり、空間光変調器の数は２、３、４、５、６・・・であっても良い。図２Ｂには、構造の例示であり、本発明の空間光変調器及び光源の数を限定するものではない。光源の数ＮがＮ＞３である場合は、光分割光合成装置は、まず複数の光源の光を同一の光通路までに導引し、その後、当該光通路における光を光分割して、空間光変調器の数ＭがＭ＞２である場合は、光分割光合成装置は、同一の光通路における光をＭ個の通路に光分割し、それぞれの通路における光は、１つの空間光変調器に到達する。以下、説明の便宜上、３つの光源及び２つの空間光変調器の態様のみを例示的に示す。

第１の光源１０は第１の広スペクトル光を発生するために用いられ、第１の広スペクトル光は、固体発光素子から発生された光であっても良く、波長変換することにより得られた光であっても良く、ここでは特に限定していない。第２の光源２０は、第２の広スペクトル光を発生するために用いられ、第２の広スペクトル光は、固体発光素子から発生された光であっても良く、波長変換することにより得られた光であっても良く、ここでは特に限定していない。第３の光源３０は、第１の波長の光を発生するために用いられ、第１の波長の光は、広スペクトル光であっても良く、三原色光のうちの任意の１つの光であっても良く、第１の広スペクトル光は、固体発光素子から発する光であっても良く、波長変換することにより得られた光であっても良く、ここでは特に限定していない。ここで、第１の広スペクトル光と第２の広スペクトル光とは、スペクトル範囲が異なる。スペクトル範囲が異なるとは、波長の範囲が部分的に重なるが、完全には重ならないことを指す。本実施例における第１の光源１０、第２の光源２０、及び第３の光源３０は、３つの独立した光源であり、３つの光源からの出射光はそれぞれ、異なる光通路に位置する。

光分割光合成装置４０は、第１の広スペクトル光を、第１の通路に沿って伝送される第２の波長の光及び第２の通路に沿って伝送される第３の波長の光に波長分光すると共に、第２の広スペクトル光を、第１の通路に沿って伝送される第４の波長の光及び第２の通路に沿って伝送される第５の波長の光に波長分光し、第３の波長の光、第５の波長の光、及び少なくとも一部の第１の波長の光が、第２の通路に沿って第２の空間光変調器まで伝送されるように導引し、第２の波長の光及び第４の波長の光が第１の通路に沿って第１の空間光変調器まで伝送されるように導引するものである。また、光分割光合成装置４０が、第１の広スペクトル光及び第２の広スペクトル光を波長分光することによって、異なる主波長を有する様々な色の光が得られ、色域が拡大し、画像がより自然的になる。本実施例においては、光分割光合成装置４０は、第１の反射素子４１と、第１のフィルタ４２と、第２のフィルタ４３と、第３のフィルタ４４とを備え、第１の反射素子４１は、第１の広スペクトル光を反射し、第１のフィルタ４２は、第１の広スペクトル光を反射するとともに第２の広スペクトル光を透過させることにより、第１の広スペクトル光と第２の広スペクトル光との光合成を実現する。第２のフィルタ４３は、第２の広スペクトル光の一部の波長の光と第１の広スペクトル光を第１の通路５１までに透過させ、他の部分の波長の光を第３のフィルタ４４までに反射する。第４のフィルタ４４は、第１の波長の光及び他の部分の波長の光が第２の通路６１に沿って第２の空間光変調器６０までに伝送されるように導引する。本実施例の光分割光合成装置は、構造が簡単で、組み立てるのが容易である。

空間光変調器は、第１の空間光変調器５０と、第２の空間光変調器６０とを備え、当該第１の空間光変調器５０は、第２の波長の光及び第４の波長の光を順次に変調するために用いられる。第２の空間光変調器６０は、第３の波長の光、第５の波長の光及び少なくとも一部の第１の波長の光を順次に変調するために用いられる。本実施例の空間光変調器は、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device、デジタルミラーデバイス）又はＬＣＤ（Liquid Crystal Display、液晶表示装置）又はＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon、液晶オンシリコン）等を含んでもよい。

本実施例の上述した技術案では、広スペクトル光を分光することにより、光分割された光がそれぞれ２つの空間光変調器まで伝送されると共に、２つの空間光変調器が、異なる波長の光を同期変調することにより、間接的に色の切替速度を高め、レインボー現象を解消する。また、本発明は３つの光源を有し、少なくとも２つの光源は、広スペクトル光であり、光分割された後、少なくとも５つの異なる波長の光が得られるため、色域が拡大され、最終的に出力される画像がより自然に表示され、画像の表示品質を向上させた。また、本実施例では、２つの空間光変調器を採用して異なる波長の光を同時に変調するため、光源システムの輝度を高め、画像表示の品質を保証すると共にコストを削減した。

本発明は、第１の実施例に基づいて第２の実施例を提供する。以下、図３を参照しながら、本発明に係る第２の実施例を説明する。図３は、本発明の光源システムの構造を示す模式図であり、当該光源システムは、第１の光源１０と、第２の光源２０と、第３の光源３０と、光分割光合成装置４０と、第１の空間光変調器５０と、第２の空間光変調器６０とを備える。以下、それぞれの部品を詳しく説明する。

（１）第１の光源１０は、第１の励起光源１１と、第１の波長変換装置１２とを備える。ここで、第１の励起光源１１は、励起光を発生するために用いられ、前記励起光は、ＵＶ光又は青色光を含むが、これらに限定されない。前記第１の励起光源１１は、ＬＥＤ光又はレーザ固体発光素子を含むが、これらに限定されない。第１の励起光源１１は、レーザ光源であることが好ましい。レーザ光源の光拡散が小さく、光の損失を抑えることができる。また、レーザ光源から発生される光の光密度は、他の光源から発生される光の光密度よりも遥かに大きい。前記第１の波長変換装置１２は、第１の励起光源１０の光通路に位置し、励起光を吸収して第１の広スペクトル光を発生するために用いられる。図５に示すように、第１の波長変換装置１２は、波長変換区域１２１を備え、当該波長変換区域１２１に波長変換材料が設けられ、第１の励起光源１０の光スポットが、第１の波長変換装置１２の波長変換区域１２１に入っているときに、波長変換区域は、励起光を吸収して被励起光を発生する。波長変換材料が黄色蛍光体又は緑色蛍光体である場合、被励起光は黄色又は緑色の広スペクトル光である。波長変換材料は、特に限定されず、ＵＶ光又は青色光により励起され、ＵＶ光又は青色光の波長よりも長い波長の被励起光を発生する任意の波長変換材料であっても良い。本実施例において、波長変換装置は、１つのセグメントを備え、スポーク状の光スポットを効率的に解消することができ、光源システムの品質を更に向上させる。本実施例の第１の波長変換装置１２は、波長変換区域の波長変換材料が順次に励起光の光通路に位置するように、第１の波長変換装置１２を移動させるための駆動装置を備えてもよい。この方法によって、熱が波長変換区域のある箇所に蓄積されることを効率的に避けることができる。また、第１の波長変換装置１２を固定し、波長変換区域を励起光の光スポットよりも若干大きくしてもよい。この場合は、波長変換装置１２の構造は、より簡単である。

（２）第２の光源２０は、第２の励起光源２１と、第１の波長変換装置２２とを備える。第２の励起光源２１は、励起光を発生するために用いられ、前記励起光は、ＵＶ光又は青色光を含むが、これらに限定されない。前記第２の励起光源２１は、ＬＥＤ光又はレーザ固体発光素子を含むが、これらに限定されない。前記第２の励起光源２１は、レーザ光源であることが好ましい。レーザ光源の光拡散が小さく、光の損失を抑えることができる。また、レーザ光源から発生される光の光密度は、他の光源から発生される光の光密度より遥かに大きい。前記第２の波長変換装置２２は、第２の励起光源２０の光通路に位置し、励起光を吸収して第２の広スペクトル光を発生するために用いられる。図５に示すように、第２の波長変換装置２２は、波長変換区域２２１を備え、当該波長変換区域２２１に波長変換材料が設けられ、第２の励起光源２０の光スポットが第２の波長変換装置２２の波長変換区域２２１に入っているときに、波長変換区域は、励起光を吸収して被励起光を発生する。波長変換材料が青色蛍光体又は赤色蛍光体である場合、被励起光は、青色又は赤色の広スペクトル光である。波長変換材料は、特に限定されていなく、ＵＶ光又は青色光により励起されてＵＶ光又は青色光の波長よりも長い波長の被励起光を発生する任意の波長変換材料であっても良い。本実施例の第２の波長変換装置２２は、波長変換区域の波長変換材料が順次に励起光の光通路に位置するように、第２の波長変換装置２２を移動させるための駆動装置を備えてもよい。この方法によって、熱が波長変換区域のある箇所に蓄積されることを効率的に避けることができる。第２の波長変換装置２２を固定し、波長変換区域を励起光の光スポットより若干大きくしても良い。この場合は、波長変換装置１２の構造は、より簡単である。

上述した２つの光源の波長変換装置は、いずれも１つのセグメントを含み、スポーク状の光スポットを除去することができるため、出射光がより均一になる。

（３）第３の光源３０は、三原色光のうちのいずれか１つである第１の波長の光を発生するために用いられる。第３の光源３０は、第１の広スペクトル光及び第２の広スペクトル光が光分割された後に、第１の波長の光と三原色光を発生することができることを満たせば良い。

本実施例の３つの光源は、三原色光を発生し、その光が光分割光合成された後、５つの色の光が得られる。図６に示すように、３つの光源から発生された光のグラフは、それぞれ赤色光１０１、黄色光２０１及び青色光３０１であり、赤色光１０１及び黄色光２０１は、広スペクトル光であり、青色光３０１は、三原色光のうちの１つであり、光分割光合成装置４０により光分割された後、５つの原色光が得られ、本実施例における光分割光合成装置４０のフィルタグラフは、図６−１のフィルタグラフ７０に示され、光分割されて得られた５つの原色光は、第１の赤色光１０１２、第１の緑色光１０１１、第１の緑色光２０１２、第２の緑色光２０１１、及び第１の青色光３０１である。当該５つの原色光の色度図は、図６−３に示され、点３０１、２０１１、２０１２、１０１２及び１０１１により囲まれた色域の範囲は、従来技術（図６−３において３つの点に囲まれた色度図）における三原色により囲まれた色域の範囲より大きい。即ち、本実施例の当該技術案は、色域の範囲が拡大されるため、本実施例における最終的な画像表示は、三原色からなる画像表示よりも更に自然的である。

本発明は、実施例１に基づいて第３の実施例を提供する。以下、図４を参照しながら説明する。図４は、本発明の光源システムの構造を示す模式図である。本実施例において、当該光源システムは、第１の光源１０と、第２の光源２０と、第３の光源３０と、光分割光合成装置４０と、第１の空間光変調器５０と、第２の空間光変調器６０とを備える。以下、それぞれの部材を詳細に説明する。本実施例の第１の光源１０及び第２の光源２０は、第２の実施例の第１の光源及び第２の光源と同一又は類似しているため、ここで繰り返して説明しない。本実施例においては、第３の光源３０及び光分割光合成装置４０のみについて説明する。

第３の光源３０は、広スペクトル光である第１の波長の光を発生するために用いられる。当該広スペクトル光が光分割光合成装置４０により光分割されることによって、第１の部分波長の光及び第２の部分波長の光が得られる。光分割光合成装置４０は、第１の部分波長の光及び第２の部分波長の光がそれぞれ第１の空間光変調器５０及び第２の空間光変調器６０に到達するように導引して変調する。第３の光源３０は、第３の励起光源３１と、第３の波長変換装置３２とを備えても良い。第３の励起光源３１は、励起光を発生するために用いられる。前記励起光は、ＵＶ光又は青色光を備えるが、これらに限定されない。前記第３の励起光源３１は、ＬＥＤ光又はレーザ固体発光素子を備えるが、これらに限定されない。前記第３の励起光源３１はレーザ光源であることが好ましい。レーザ光源の光拡散が小さく、光の損失を抑えることができる。また、レーザ光源から発生される光の光密度が他の光源から発生される光の密度より遥かに大きい。前記第３の波長変換装置３２は、第３の励起光源１０の光通路に位置し、励起光を吸収して第１の波長の光を発生するために用いられる。第３の波長変換装置３２は波長変換区域を備え、当該波長変換区域に波長変換材料が設けられ、第３の励起光源の光スポットは第３の波長変換装置３２の波長変換区域に入っているときに、波長変換区域は、励起光を吸収して被励起光を発生する。第３の波長変換装置３２は、１つの波長変換区域を備えることが好ましい。波長変換材料は、特に限定されていなく、ＵＶ光又は青色光により励起されてＵＶ光又は青色光の波長よりも長い波長の被励起光を発生する任意の波長変換材料であっても良い。第１の広スペクトル光、第２の広スペクトル光、及び第１の波長の光は、光分割光合成装置により光分割された後、６つの異なる色の光を発生することができる。例えば、第１の光源から出射される光は黄色光であっても良く、第２の光源から出射される光は青色光であっても良く、第３の光源から出射される光はマゼンタ色光であっても良く、又は第１の光源から出射される光は青色の広スペクトル光であり、第２の光源は緑色の広スペクトル光であり、第３の光源は赤色の広スペクトル光である。本実施例においては、前記光分割光合成装置４０は、まず第１の広スペクトル光及び第２の広スペクトル光を光合成してから、第１の波長の光と共にＴＩＲプリズム及びＰｈｉｌｉｐｓプリズムにより光分割された後、２つの通路になり、第１の空間光変調器５０は、第１の通路の光を変調し、第２の空間光変調器６０は、第２の通路の光を変調する。当然ながら、本実施例における第３の光源は、少なくとも１つのＬＥＤであっても良く、当該少なくとも１つのＬＥＤは広スペクトル光、即ち、第１の波長の光を発生することができる。第３の光源はレーザアレイであっても良く、当該レーザアレイから発生される光のスペクトルは連続である。即ち、広スペクトル光を発生することができる。本実施例においては、ＬＥＤ又はレーザアレイを第３の光源として使用することによって、システムは、より簡単であり、波長変換装置が必要されることがない。

本実施例においては、３つの広スペクトル光が光分割された後、第１の赤色光、第２の赤色光、第１の緑色光、第２の緑色光、第１の青色光及び第２の青色光（第１の赤色光と第２の赤色光とは、色が類似し、主波長が異なる光である。第１の緑色光と第２の緑色光とは、色が類似し、スペクトルが部分的に重なっているが、主波長が異なる光である。第１の青色光と第２の青色光とは、色が類似し、スペクトルが部分的に重なっているが、主波長が異なる光である。即ち、色が同一でスペクトルが異なる光である）が得られる。第１の赤色光、第１の緑色光、及び第１の青色光は、一方の通路に入って一方の空間光変調器に到達し、第２の赤色光、第２の緑色光、及び第２の青色光は、他方の通路に入って他方の空間光変調器に到達し、２つの空間光変調器により変調されると、出力画像が得られる。当該２つの空間光変調器は、同じデータを同時に受信することができるため、出力画像が同一であることを実現することができ、即ち、当該光源システムは３Ｄ投影表示装置に用いられることができる。第１の空間光変調器の画像が観察者の左目に入り、第２の空間光変調器の画像が観察者の右目に入ることで、３Ｄ投影表示を実現することができる。また、当該光源システムは、二重スクリーンの表示装置にも用いられる。ここでは詳細に説明しない。

本発明は第４の実施例を提供する。以下、図７を参照しながら説明する。図７は、本発明の発光システムの構造を示す模式図である。光源０１は、第１の励起光源０１１と、波長変換装置０１２とを備える。第１の励起光源０１１は励起光を発生するために用いられ、当該励起光は、ＵＶ光又は青色光を備えるが、これらに限定されない。図８に示すように、当該波長変換装置０１２は、２つのセグメントを備え、セグメント１１には一種の波長変換材料が設けられ、セグメント１２には他種の波長変換材料が設けられ、セグメント１１及びセグメント１２に設けられている波長変換材料が異なるが、２つのセグメントにおける波長変換材料が励起されると、いずれも２つの広スペクトル光を発生し、第１の光源及び第２の光源を形成することができる。また、本実施例の第１の光源及び第２の光源は、互いに独立せず、第１の光源及び第２の光源から出射された光は、同一の通路に位置する。本実施例の該光源は、スポーク状の光スポットを発生する可能性があるが、光源の構造は、更に簡単であり、波長変換装置０１２の動作により、第１の光源及び第２の光源は、時系列光になる。第３の光源３０は励起光源３１と、第３の波長変換装置３２とを備えても良く、第３の波長変換装置３２は、蛍光材料を備え、当該蛍光材料は、波長変換層を構成する。第３の波長変換装置３２は、１つの散乱層を更に備えてもよく、当該散乱層は、波長変換層と基板との間（基板は波長変換材料を載置するために用いられる）に設けられても良く、波長変換層における光源３１に向いている側に設けられても良い。当該励起光源３１は、青色光又はＵＶ光を含むが、これらに限定されない。波長変換層は、赤色蛍光体、又は緑色蛍光体、又は青色蛍光体、又は黄色蛍光体等を含んでも良い。第３の光源３０は、光源３１と、拡散装置３２とを備えてもよく、拡散装置３２は、光源３１の光通路に位置し、光源３１の光を散乱させるために用いられ、これにより、出射光がより均一になり、後続の光スポットを縮小させることができる。当該光源３１は、青色光、緑色光又は赤色光等であっても良く、当該光源３１の光が直接に利用されることによって、光源の輝度が高まる。

本実施例において、セグメント１１とセグメント２１とは、波長変換材料が異なり、黄色蛍光体、青色蛍光体等であっても良い。セグメント１１及びセグメント２１が励起されて発生される被励起光と、第３の光源３０からの出射光とはスペクトル範囲が異なり、光分割されると、少なくとも３つの色の光が得られ、且つ得られた３つの色の光は、少なくとも４つの主波長を有する光である。

第３の光源からの出射光は、反射素子４２を通じて二色性素子４１に到達し、当該二色性素子４１は、第１の光源及び第２の光源から発生される光を透過させ、第３の光源から発生される光を反射することで、第１の光源、第２の光源、及び第３の光源から発生される光は、同一の通路の光（ここでは、「３合成光」と略称される）に合成されることができる。３合成光は、コリメータ素子４３を通じて第２の反射素子４５に到達した後、ＴＩＲプリズムに入り、ＴＩＲプリズムにより反射された後、Ｐｈｉｌｉｐｓプリズム４７に到達し、Ｐｈｉｌｉｐｓプリズム４７において光分割されると、２つの通路の光が得られ、２つの通路の光はそれぞれ第１の空間光変調器及び第２の空間光変調器に到達する。

上述した第１〜第４の実施例においては、励起光源又は光源と波長変換装置との間にそれぞれコリメータ素子が設けられて良く、当該コリメータ素子は、コリメータにより励起光源又は光源から発生される光をより小さい光スポットに収束させ、波長変換装置まで伝送することができる。また、上述した実施例における第１の光源、第２の光源、又は第３の光源のうちの任意の1つ又は複数の光源は、混合固体発光素子から発生される光であっても良く、例えば、そのうちの１つの光源は、ＬＥＤアレイから発生される光又は異なる色のレーザアレイから発生される光等であってもよい。当該技術案における光の均一度は、上述した実施例の３つの光源における蛍光体から発生される広スペクトル光の均一度に比べて劣っているが、光源の構造は、更に簡単である。

本発明は、上記の４つの実施例に基づいて第５の実施例を提供する。図９に示すように、本発明の光源システムは更に、全ての光源を制御すると共に全ての空間光変調器を変調するためのコントローラ７０を備える。本実施例においては、説明の便宜上、図９を参照しながら、３つの光源と、２つの空間光変調器とを備える場合について説明する。コントローラ７０は、第１の光源と、第２の光源と、第３の光源とを制御すると共に、第１の空間光変調器５０と、第２の空間光変調器６０とを変調するために用いられる。より具体的には、当該コントローラ７０は、第１の光源、第２の光源、及び第３の光源のオン／オフを制御するために用いられ、第１の光源及び第２の光源が同一の励起光によって励起され、発生されたものである場合は、コントローラ７０は、当該励起光源及び第３の光源のオン／オフを制御するために用いられる。コントローラ７０は、データを受信した後にデータを所定のフォーマットに変換した後、２つの空間光変調器のそれぞれに伝送することによって、空間光変調器が駆動され、空間光変調器に到達した光の量を変調して光を出力する。空間光変調器が駆動された後、コントローラ７０は、駆動信号を光源に送信し、光源がオン／オフするように駆動する。

本実施例においては、前記第１の光源及び第２の光源が同一の波長変換装置によって励起されて発生された２つの光である場合は、第１の光源及び第２の光源が時系列光であるため、励起光源のオン／オフのみを制御すれば良い。ここでは詳細に説明しない。以下、第１の光源及び第２の光源が独立の光源である場合のみについて説明する。

当該コントローラ７０は、同じ周期における第１の光源１０、第２の光源２０、及び第３の光源３０のオン／オフを制御するために用いられてもよい。前記第１の光源１０、第２の光源２０、及び第３の光源３０がオンする状態は、部分的に重なるが、完全には重ならない。本実施例の制御の時系列は図１０に示されている。コントローラ１０は、第１の光源が初めの０．３Ｔ内においてオンの状態であり、第２の光源が０．３Ｔ〜０．９Ｔ内においてオンの状態であり、第３の光源が０．８Ｔ〜１Ｔ内においてオンの状態であるように制御する。また、０．８Ｔ〜０．９Ｔ内において、第２の光源２０及び第３の光源３０は、いずれもオンの状態であり、この時、第１の空間光変調器１０６は、０．８Ｔ〜０．９Ｔ内において緑色光を変調し、第２の空間光変調器１０７は、黄色光を変調し、黄色光は、赤色光と緑色光とを合成した光であり、この変調モードにより、空間光変調器から出力される光の輝度を高めることができる。当該変調モードは、１つの原色光、即ち黄色光を増やすことに相当し、色域が増えると共に、出力輝度が高まる。また、２つの空間光変調器が光を同時に変調することにより、光源システムから出力される光の輝度を更に高めることができる。

当該コントローラは、第１の光源、第２の光源、及び第３の光源が同一の周期内において順次にオン／オフするように制御するために用いられる。図１１に示すように、同一の周期内に、初めの０．３Ｔにおいて、コントローラ７０は、第１の光源がオンの状態であり、他の光源がオフの状態であるように制御する。０．３Ｔ〜０．９Ｔ内において、コントローラ７０は、第２の光源がオンの状態であり、他の光源がオフの状態であるように制御する。０．９Ｔ〜１Ｔ内において、コントローラ７０は、第３の光源がオンの状態であり、他の光源がオフの状態であるように制御する。以下、第１の光源からの出射光が青色の広スペクトル光であり、第２の光源からの出射光が緑色の広スペクトル光であり、第３の光源からの出射光が赤色の広スペクトル光である場合を例として挙げる。光分割光合成装置は、青色の広スペクトル光を第１の青色光及び第２の青色光に光分割し、第１の青色光は、第１の通路に沿って第１の空間光変調器に入り、第２の青色光は、第２の通路に沿って第２の空間光変調器に入る。コントローラは、第１の空間光変調器が第１の青色光を変調した後にビデオデータ又は画像データに対応する青色光を出力するように制御すると共に、第２の空間光変調器が第２の青色光を変調した後にビデオ又は画像データに対応する青色光を出力するように制御する。コントローラによる緑色の広スペクトル光及び赤色の広スペクトル光に対する変調は、コントローラによる青色の広スペクトル光に対する変調と同じであるため、ここで、繰り返して説明しない。当該変調モードにより、色域が増え、出力の輝度が高まる。また、２つの空間光変調器が十分に利用される（無駄なし）ことにより、光源システムから出力された光の輝度を更に高めることができる。

上述した実施例においては、コントローラ７０は、第１の光源、第２の光源、及び第３の光源が同一の周期内においてそれぞれＮ回（Ｎは、正整数である）オン／オフするように制御することもできる。これにより、光源の切替速度を高め、即ち、色の光の切替速度を高めることができるため、レインボー現象を効率的に解消することができる。

上述した実施例においては、３つの光源から発生した光がいずれも広スペクトル光である場合、図１２に示すように、光は、光分割光合成装置により光分割された後、６つの色の光を得ることができる。当該６つの色の光は、色が類似し、主波長が異なる光を有しても良く、例えば、緑っぽい赤色光と赤色光はいずれも赤色であり、２つの色の光のスペクトルは、部分的に重なるが、主波長が異なる（即ち、色が同一でスペクトルが異なる）。例えば、青色っぽい緑色と赤色っぽい緑色がいずれも緑色であり、２つの色の光のスペクトルは、部分的に重なるが、主波長が異なる。当該６つの原色光を利用して、そのうちの３色を一方の空間光変調器に入れて、他の３色を他方の空間光変調器に入れることにより、３Ｄ投影表示を実現することができる。６つの原色光が同時に通常な投影表示に用いられる場合は、色域の範囲が大幅に増え、投影表示の質を高めることができる。

本発明は、上記の５つの実施例に基づいて第６の実施例を提供する。投影表示装置であって、当該投影表示装置は、上述した５つの実施例のうちの任意の1つの実施例の光源システムを備える。以下、図１３を参照しながら説明する。投影表示装置は、第１の光源１０と、第２の光源２０と、第３の光源３０と、光分割光合成装置４０と、第１の空間光変調器５０と、第２の空間光変調器６０と、コントローラ（図１３に図示せず）と、投影表示プリズム８０とを備える。第１の光源１０、第２の光源２０、及び第３の光源３０の光は、光分割光合成装置４０により光分割され、第１の空間光変調器５０及び第２の空間光変調器６０に到達する。コントローラは、第１の空間光変調器５０及び第２の空間光変調器６０がこれら自身に到達した光を変調した後に画像を含む光を出力するように制御し、画像を含む光は、光分割光合成装置４０により光合成され、投影表示プリズム８０に入り、投影表示プリズム８０により画像の光が投影される。

本実施例における第１の光源及び第２の光源は、広スペクトル光であり、第３の光源は、広スペクトル光であっても良く、３原色光のうちのいずれか１つであっても良い。光は、光分割光合成装置４０により光分割された後、少なくとも５つの主波長の異なる光が得られるため、色域の範囲が拡大される。また、本発明は、２つの空間光変調器を用いることによって、色域が増えるとともに、製品のコストを削減することができる。

上述した内容は、本発明の好ましい実施例であり、本発明の特許請求の範囲を制限するものではない。本発明の明細書及び図面の内容を用いて作製された等価的な構造、又は他の関連技術分野における直接的又は間接的な利用は、全て本発明の特許請求の範囲内に含まれる。

Claims (18)

1. 光分割光合成装置と、
   第１の広スペクトル光を発生するための第１の光源と、第２の広スペクトル光を発生するための第２の光源と、第１の波長の光を発生するための第３の光源を含む少なくとも３つの光源と、
   第１の空間光変調器及び第２の空間光変調器を含む少なくとも２つの空間光変調器と、を備え、
   前記光分割光合成装置は、光源の光通路に位置し、第１の広スペクトル光を、第１の通路に沿って伝送される第２の波長の光及び第２の通路に沿って伝送される第３の波長の光に波長分光すると共に、第２の広スペクトル光を、第１の通路に沿って伝送される第４の波長の光及び第２の通路に沿って伝送される第５の波長の光に波長分光し、
   第３の波長の光、第５の波長の光、及び少なくとも一部の第１の波長の光が第２の通路に沿って第２の空間光変調器まで伝送されるように導引し、第２の波長の光及び第４の波長の光が第１の通路に沿って第１の空間光変調器まで伝送されるように導引し、
   前記第１の空間光変調器は、第２の波長の光及び第４の波長の光を順次に変調するために用いられ、
   前記第２の空間光変調器は、第３の波長の光、第５の波長の光、及び少なくとも一部の第１の波長の光を順次に変調するために用いられ、
   前記第１の広スペクトル光と前記第２の広スペクトル光とは、スペクトル範囲が異なることを特徴とする、光源システム。
2. 前記第１の光源は、第１の励起光源と、波長変換材料を設けるための１つのセグメントを含む第１の波長変換装置とを備え、
   前記第１の励起光源は、励起光を発生するために用いられ、
   前記第１の波長変換装置の波長変換材料は、第１の励起光源の光通路に位置し、励起光を吸収して第１の広スペクトル光を発生するために用いられ、
   前記第２の光源は、第２の励起光源と、波長変換材料を設けるための１つのセグメントを含む第２の波長変換装置とを備え、
   前記第２の励起光源は、励起光を発生するために用いられ、
   前記第２の波長変換装置の波長変換材料は、第２の励起光源の光通路に位置し、励起光を吸収して第２の広スペクトル光を発生するために用いられることを特徴とする、請求項１に記載の光源システム。
3. 前記第１の励起光源及び第２の励起光源は、いずれも固体半導体発光素子であることを特徴とする、請求項２に記載の光源システム。
4. 前記少なくとも３つの光源を制御すると共に、前記少なくとも２つの空間光変調器を変調するコントローラをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の光源システム。
5. 前記コントローラは、第１の光源、第２の光源及び第３の光源のオン／オフを制御するために用いられることを特徴とする、請求項４に記載の光源システム。
6. 前記第１の波長の光は、広スペクトル光であり、前記光分割光合成装置は、第１の波長の光を、第１の通路に沿って伝送される第１の部分波長の光及び第２の通路に沿って伝送される第２の部分波長の光に光分割することを特徴とする、請求項５に記載の光源システム。
7. 前記第１の部分波長の光と第２の部分波長の光とは、同一の色で、異なるスペクトルの光であることを特徴とする、請求項６に記載の光源システム。
8. 前記第２の波長の光と第３の波長の光とは、同一の色で、異なるスペクトルの光であり、前記第４の波長の光と第５の波長の光とは、同一の色で、異なるスペクトルの光であることを特徴とする、請求項７に記載の光源システム。
9. 前記第１の広スペクトル光、第２の広スペクトル光、及び第１の波長の光は、それぞれ赤色の広スペクトル光、緑色の広スペクトル光、青色の広スペクトル光であることを特徴とする、請求項８に記載の光源システム。
10. 前記光源システムは、３Ｄの投影表示システムに用いられることができ、前記第１の部分波長の光、前記第３の波長の光、及び前記第５の波長の光は、観察者の左目に入り、前記第２の部分波長の光、前記第４の波長の光、及び前記第六の波長の光は、観察者の右目に入ることを特徴とする、請求項９に記載の光源システム。
11. 前記第１の広スペクトル光は、青色光であり、前記第２の広スペクトル光は、黄色光であり、前記第１の波長の光は、マゼンタ色光であることを特徴とする、請求項６に記載の光源システム。
12. 前記コントローラは、第１の光源、第２の光源、及び第３の光源が同一の周期において順次にオン／オフするように制御するために用いられることを特徴とする、請求項６に記載の光源システム。
13. 前記第１の波長の光は、三原色光のうちの任意の１つの光であることを特徴とする、請求項５に記載の光源システム。
14. 前記第３の波長の光と第５の波長の光とは、同一の色で、異なるスペクトルの光であり、又は、前記第２の波長の光と第４の波長の光とは、同一の色で、異なるスペクトルの光であることを特徴とする、請求項１３に記載の光源システム。
15. 前記コントローラは、第１の光源、第２の光源、及び第３の光源の同一の周期におけるオン／オフを制御するために用いられ、前記第１の光源、第２の光源、及び第３の光源のオン状態は、部分的に重なるが、完全には重ならないことを特徴とする、請求項１３に記載の光源システム。
16. 前記第１の光源、第２の光源、及び第３の光源が同一の周期におけるオン／オフの回数は、少なくともＮ回であり、Ｎは正の整数であることを特徴とする、請求項５、１２、１５のいずれか１つに記載の光源システム。
17. １つの励起光源と、１つの波長変換装置とを備え、
    前記波長変換装置は、一種の波長変換材料をそれぞれ含む２つのセグメントを備え、励起されたときに、広スペクトル光を発生することができ、
    前記２つのセグメントは、前記波長変換装置が動作するときに、順次に励起光源の光通路に位置し、
    前記励起光源は、波長変換装置の第１のセグメントと共に第１の光源を構成し、
    前記励起光源は、波長変換装置の第２のセグメントと共に第２の光源を構成することを特徴とする、請求項１に記載の光源システム。
18. 請求項１〜１７のいずれか１つに記載の光源システムを備えることを特徴とする、投影表示装置。

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