JP2020095078A - 投射型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反射型表示素子を２枚用いた構成において、１つの原色の強度が低下しない投射型映像表示装置を提供する。【解決手段】投射型映像表示装置は、光源部からの出射光から複数の色光を時分割で生成する円板と、前記円板により生成された複数の色光から、第１、第２及び第３の原色を分離する色分離部と、前記分離された第１及び第２の原色を、入力される第１の映像信号に従って変調して第１の映像光を生成する第１の光変調素子と、前記分離された第３の原色を、入力される第２の映像信号に従って変調して第２の映像光を生成する第２の光変調素子と、前記第１及び第２の光変調素子を制御する制御回路とを備えた投射型映像表示装置であって、前記制御回路は、前記第３の原色を単色で表示するときに、前記第２の光変調素子が、前記円板のスポーク期間においてオン状態となるように制御する。【選択図】図４Ａ

Description

本開示は、例えば２枚の反射型表示素子を用いて映像表示を行う、２板式の投射型映像表示装置に関する。

従来の単板式投射型映像表示装置は、円板上に、赤色光、緑色光、青色光などに変換して射出する部分を円弧状に設けた円板を用い、その円板を回転させながらスポット状の光を照射し、時間と共に色が変化する光を得て、その時間と共に色が変化する光を光源として光変調素子に投射し、その光変調素子の出力光を投射レンズで投射して、カラー表示を行っている。

また、特許文献１には、ＴＩＲプリズムと、ダイクロイックプリズムと、２枚の反射型の空間光変調素子と、偏光素子から構成される２板式の投影装置が開示されている。

特開２０１０−９７００２号公報

円板に照射する光は、有限の大きさを持ったスポットであり、円板の色の境目においては、隣り合う色が混じった状態となり、投射型映像表示装置の光源の３原色として用いることができないため、単色表示部ではこの境目を使用できず、３原色の強度が低下してしまう。

本開示は、２枚の反射型表示素子を用いた２板式構成において、従来技術に比較して、１つの原色の強度が低下しない投射型映像表示装置を提供する。

本開示にかかる投射型映像表示装置は、
光源部と、
前記光源部からの出射光から複数の色光を時分割で生成する円板と、
前記円板により生成された複数の色光から、第１、第２及び第３の原色を分離する色分離部と、
前記分離された第１及び第２の原色を、入力される第１の映像信号に従って変調して第１の映像光を生成する第１の光変調素子と、
前記分離された第３の原色を、入力される第２の映像信号に従って変調して第２の映像光を生成する第２の光変調素子と、
前記第１及び第２の光変調素子を制御する制御回路とを備えた投射型映像表示装置であって、
前記制御回路は、前記第３の原色を単色で表示するときに、前記第２の光変調素子が、前記円板のスポーク期間においてオン状態となるように制御する。

本開示によれば、第３の原色の全ての光を原色として用いることにより、第３の原色の強度が低下しない投射型映像表示装置を提供できる。

実施の形態１における投射型映像表示装置の構成例を示す概略ブロック図である。 図１の蛍光体ホイール３０の構成例を示す平面図である。 図２Ａの蛍光体ホイール３０の側面図である。 図１の色分離合成部１６０の詳細構成例を示す平面図である。 図１の投射型映像表示装置における反射型表示素子の動作を示すタイミングチャートである。 図１の投射型映像表示装置において用いるＧ光の輝度に対するスポーク期間の特性を示すグラフである。 実施の形態２における色分離合成部１６０Ａの詳細構成例を示す平面図である。 図５の色分離合成部１６０Ａを備えた投射型映像表示装置における反射型表示素子の動作を示すタイミングチャートである。

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、本発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面及び以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

（実施の形態１）
以下、図１〜図４を用いて、実施の形態１を説明する。

［投射型映像表示装置］
図１は、実施の形態１に係る投射型映像表示装置１００の光学構成を示す概略ブロック図である。

図１において、投射型映像表示装置１００は、光源ユニット１０と、ダイクロイックミラー２０と、蛍光体ホイール３０と、λ／４波長板４０と、ロッドインテグレータ５０と、色分離ミラー６０と、色合成プリズムユニット７０と、２個のＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）８０ａ，８０ｂと、投射ユニット９０と、制御回路１３０とを備えて構成される。ここで、２個のＤＭＤ８０ａ，８０ｂをそれぞれ第１のＤＭＤ８０ａ、第２のＤＭＤ８０ｂとする。また、色分離ミラー６０と、色合成プリズムユニット７０と、２個のＤＭＤ８０ａ，８０ｂにより色分離合成部１６０を構成する。

信号制御回路１３０は入力される映像信号とその垂直同期信号Ｖｓｙｎｃに基づいて、赤色（Ｒ）用映像信号Ｓｒと、緑色（Ｇ）用映像信号Ｓｇと、青色（Ｂ）用映像信号Ｓｂと、モーター制御信号Ｓｍとを発生する。緑色（Ｇ）用映像信号Ｓｇは第１のＤＭＤ８０ａに入力され、赤色（Ｒ）用映像信号Ｓｒと青色（Ｂ）用映像信号Ｓｂとは第２のＤＭＤ８０ｂに入力される。また、モーター制御信号Ｓｍは円板形状を有する蛍光体ホイール３０を回転させるモーター３４に入力される。

光源ユニット１０は、例えば、レーザダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）や発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などの複数の固体光源によって構成される。本実施の形態では固体光源としてレーザダイオード、特に青色光を出射する複数のレーザダイオード１１を使用している。

光源ユニット１０から出射される光は波長４５５ｎｍの青色光であり、映像光として用いられるとともに、蛍光体ホイール３０の蛍光体を励起するための励起光としても用いられる。ただし、光源ユニット１０から出射する青色光の波長は４５５ｎｍに限定されるものではなく、例えば、波長４４０〜４６０ｎｍであってもよい。

光源ユニット１０から出射される青色光は、レンズ１１１、レンズ１１２、拡散板１１３を透過しダイクロイックミラー２０に入射する。ダイクロイックミラー２０は、青色光を反射する。ダイクロイックミラー２０で反射した青色光は、レンズ１１４、１１５で集光されて、蛍光体ホイール３０の蛍光体を励起し発光させる。

また、光源ユニット１０から出射される光はＳ偏光の青色光であって、ダイクロイックミラー２０は、Ｓ偏光の青色光を反射し、蛍光体ホイール３０で発光した黄色の発光光及び蛍光体ホイール３０で反射されたＰ偏光の青色光を透過する。すなわち、ダイクロイックミラー２０は、Ｓ偏光の青色光を反射し、Ｐ偏光の青色光と無偏光の黄色の発光光を透過する。

レーザダイオード１１を含む光源ユニット１０、レンズ１１１、レンズ１１２、拡散板１１３、ダイクロイックミラー２０、レンズ１１４、１１５、蛍光体ホイール３０、モーター３４、λ／４波長板４０によって、光源部１１０が構成される。

蛍光体ホイール３０は、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、基板３１と、基板３１上に形成された反射膜３２と、反射膜３２上に円環状に塗布形成された黄色蛍光体膜３３Ｙ及び拡散層３３Ｂと、基板３１を回転させるためのモーター３４とにより構成されている。図２Ａは蛍光体ホイール３０を図１の−ｚ方向に向かって見た平面図であって、図２Ｂは図１のｙ方向に向かって見た側面図である。なお、図２Ａの３２（３１）のうちの（３１）は、反射膜３２が無い場合に基板３１を示す場合を表す。

黄色蛍光体膜３３Ｙは、例えば、セラミック蛍光体の粉末を接着剤（シリコーン樹脂）に混ぜ込んで基板に塗布し、高温で硬化させることで作製することが可能である。黄色蛍光体膜３３Ｙに使用されるセラミック蛍光体としては、例えば、セリウム付活ガーネット構造蛍光体であるＹＡＧ蛍光体やＬＡＧ蛍光体である。

蛍光体ホイール３０は、図２Ａに示すように、円周方向において２つのセグメントの領域から構成される。第１のセグメントは、黄色光Ｙｅを生成するための角度θＹの領域である。第２のセグメントは、青色光Ｂを生成するための角度θＢの領域である。

黄色蛍光体膜３３Ｙは、光源ユニット１０から出射される青色光（励起光）に応じて黄色の発光光を発光する蛍光体を有する。なお、黄色蛍光体膜３３Ｙは、蛍光体ホイール３０の回転中において、青色光（励起光）が照射される領域である。言い換えると、黄色蛍光体膜３３Ｙ上には、レンズ１１５によって青色光が集光される。さらに、拡散層３３Ｂは、光源ユニット１０から出射される青色光（映像光）を、偏光を維持しながら拡散する。拡散層３３Ｂは、例えば、屈折型の拡散構造で形成されている。

図１に戻って、青色光（励起光）が蛍光体ホイール３０の第１のセグメント（角度θＹの領域）を照射するとき、発光した黄色光Ｙｅはレンズ１１４及びレンズ１１５によって平行光化され、ダイクロイックミラー２０を透過し、ダイクロイックミラー２０からの出射光はレンズ１１６によってロッドインテグレータ５０に集光される。

青色光（映像光）が蛍光体ホイール３０の第２のセグメント（角度θＢの領域）を照射するとき、Ｓ偏光の青色光はλ／４波長板４０を透過することによって円偏光となり、蛍光体ホイール３０の拡散層３３Ｂで拡散されつつ、反射膜３２で反射され、再びλ／４波長板４０を透過することによってＰ偏光となる。Ｐ偏光となった青色光Ｂは、ダイクロイックミラー２０を透過し、レンズ１１６によってロッドインテグレータ５０に集光される。

このように、蛍光体ホイール３０は、青色光が、励起光として第１のセグメント（角度θＹの領域）に照射されることにより黄色光Ｙｅを生成し、第２のセグメント（角度θＢの領域）に照射されることにより映像光としての青色光Ｂを生成する。また、蛍光体ホイール３０は、信号制御回路１３０からのモーター制御信号に基づいてモーター３４が回転することにより回転されて、黄色光Ｙｅと青色光Ｂ（映像光）を時分割で生成する。従って、ロッドインテグレータ５０には、黄色光Ｙｅと青色光Ｂ（映像光）が時分割で入射し、時間平均としては白色光となって入射する。

ロッドインテグレータ５０は、ガラスなどの透明部材によって構成される中実のロッドである。ロッドインテグレータ５０は、蛍光体ホイール３０で生成された白色光（黄色光Ｙｅ＋青色光Ｂ）を均一化する。なお、ロッドインテグレータ５０は、内壁がミラー面によって構成される中空のロッドであってもよい。ロッドインテグレータ５０は、光均一化素子の一例である。さらに、レンズ１２１、レンズ１２２、及びレンズ１２３は、色分離ミラー６０を介して、ロッドインテグレータ５０で均一化された光をＤＭＤ８０ａ及びＤＭＤ８０ｂに導くリレー光学系である。

次に、色分離合成部１６０の詳細構成例について、図３を用いて説明する。図３で示される色分離合成部１６０は、色分離ミラー６０と、色合成プリズムユニット７０と、第１のＤＭＤ８０ａと、第２のＤＭＤ８０ｂとを備えて構成される。図３では、光軸中心を通る光線（基準光線）についてのみ、実線及び破線で示してある。

図３において、色分離ミラー６０は、ロッドインテグレータ５０から出射される白色光を第１のＤＭＤ８０ａへ向かう光路と第２のＤＭＤ８０ｂへ向かう光路に分離するダイクロイックミラーである。本実施の形態においては、色分離ミラー６０は、緑色光Ｇを反射し、赤色光Ｒ及び青色光Ｂを透過する。すなわち、図３に示すように、白色照明光１（Ｙｅ＋Ｂ）は、色分離ミラー６０によって、第１の照明光２ａ（Ｇ）と第２の照明光２ｂ（Ｒ＋Ｂ）に分離される。第１の照明光２ａ（Ｇ）は、第１の色光の一例であり、第２の照明光２ｂ（Ｒ＋Ｂ）は、第２の色光の一例である。ここで、Ｒは赤色を示し、Ｇは緑光を示し、Ｂは青色を示し、Ｙｅは黄色を示す。

色合成プリズムユニット７０は、プリズム７１ａ、プリズム７１ｂ、プリズム７２ａ、プリズム７２ｂの４つのプリズムが、図３のように、第１のエアギャップ面７３ａ、第２のエアギャップ面７３ｂ、ダイクロイック膜７４を介して、接着された一体型のプリズムユニットを構成する。

色合成プリズムユニット７０を構成する４つのプリズム７１ａ、プリズム７１ｂ、プリズム７２ａ、及びプリズム７２ｂは、図３に示すように、紙面奥行方向（紙面に対して垂直な方向）に一定の厚みを持つ三角柱型のプリズム形状を有する。色合成プリズムユニット７０を構成する４つのプリズムのうちの２つのプリズム７１ａとプリズム７１ｂは、ダイクロイック膜７４を含む面を対称面として、面対称の形状及び配置となっている。プリズム７２ａとプリズム７２ｂは、ダイクロイック膜７４を含む面を対称面として、面対称の形状及び配置となっている。さらに、色合成プリズムユニット７０を構成する４つのプリズムのうちの２つのプリズム７２ａとプリズム７２ｂは、ダイクロイック膜７４を挟んで互いに対向して配置されている。

本実施の形態では、プリズム７１ａ、プリズム７１ｂ、プリズム７２ａ、プリズム７２ｂは、共通の硝材ＢＫ７である。硝材は、光学用途として使えるものであれば何でも良く、光学設計に応じて変更可能である。

第１のエアギャップ面７３ａ及び第２のエアギャップ面７３ｂは、エアギャップ面への光線入射角が臨界角を超える場合に全反射が起こるように、微小な隙間（空気層）が設けられている。ただし、第１のエアギャップ面７３ａ及び第２のエアギャップ面７３ｂは、光が入射しない領域において、接着剤により接着されている。エアギャップ間隔としては、例えば、２〜１０μｍ程度の間隔とすればよい。

本実施の形態においては、ダイクロイック膜７４は、赤色光Ｒ及び青色光Ｂを反射し、緑色光Ｇを透過する。ダイクロイック膜７４は、プリズム７２ａもしくはプリズム７２ｂのいずれかの面にコーティングが施されており、接着剤を介してプリズム７２ａとプリズム７２ｂは光学的に接触している。プリズム７２ａとプリズム７２ｂは、オプティカルコンタクトによって接着してもよい。色合成プリズムユニット７０は、ＤＭＤを用いた投射型映像表示装置において汎用的に使用されているＴＩＲプリズムとダイクロイックプリズムの機能を併せ持ったプリズムとなっている。

第１のＤＭＤ８０ａと第２のＤＭＤ８０ｂはそれぞれ、ロッドインテグレータ５０で均一化された光を変調する。詳細には、第１のＤＭＤ８０ａと第２のＤＭＤ８０ｂは、複数の微小ミラーによって構成される反射型表示素子であり、複数の微小ミラーは可動式である。各微小ミラーは、基本的に１画素に相当する。第１のＤＭＤ８０ａと第２のＤＭＤ８０ｂは、各微小ミラーの角度が入力される映像信号Ｓｇ；Ｓｒ，Ｓｂに応じて変更する変調動作によって、オン光（投射光）と、オフ光（不要光）を選択的に切り替える。ここで、第１のＤＭＤ８０ａは、第１の光変調素子の一例であり、第２のＤＭＤ８０ｂは、第２の光変調素子の一例である。

色分離ミラー６０で反射した第１の照明光２ａ（Ｇ）は、プリズム７１ａに入射し、第１のエアギャップ面７３ａで全反射し、第１のＤＭＤ８０ａを照射する。第１のエアギャップ面７３ａへの第１の照明光２ａ（Ｇ）の入射角は、臨界角を超えるようにプリズム形状が決定されている。本実施の形態では、硝材がＢＫ７であり、屈折率が１．５１８７（波長５４６．１ｎｍの場合）であるため、臨界角は４１．１８度と計算される。第１のＤＭＤ８０ａでオン光となった第１の投射光３ａ（Ｇ）は、再びプリズム７１ａに入射し、第１のエアギャップ面７３ａを透過し、ダイクロイック膜７４を透過した後、出射する。

第１のエアギャップ面７３ａへの第１の投射光３ａ（Ｇ）の入射角は、臨界角より小さくなるようプリズム形状が決定されている。第１のＤＭＤ８０ａから出射される第１の投射光３ａ（Ｇ）の基準光線は、第１のＤＭＤ８０ａに対して、垂直となっている。言い換えると、第１の照明光２ａ（Ｇ）の基準光線の第１のＤＭＤ８０ａへの入射角は、第１の投射光３ａ（Ｇ）の基準光線が第１のＤＭＤ８０ａに対して垂直となるように調整されている。本実施の形態では、第１のＤＭＤ８０ａへの第１の照明光２ａ（Ｇ）の基準光線の入射角は、３４度である。

色分離ミラー６０で透過した第２の照明光２ｂ（Ｒ＋Ｂ）は、プリズム７１ｂに入射し、第２のエアギャップ面７３ｂで全反射し、第２のＤＭＤ８０ｂを照射する。第２のエアギャップ面７３ｂへの第２の照明光２ｂ（Ｒ＋Ｂ）の入射角は、臨界角を超えるようにプリズム形状が決定されている。本実施の形態では、硝材がＢＫ７であり、屈折率が１．５１８７（波長５４６．１ｎｍの場合）であるため、臨界角は４１．１８度と計算される。第２のＤＭＤ８０ｂでオン光となった第２の投射光３ｂ（Ｒ＋Ｂ）は、再びプリズム７１ｂに入射し、第２のエアギャップ面７３ｂを透過し、ダイクロイック膜７４で反射した後、出射する。

第２のエアギャップ面７３ｂへの第２の投射光３ｂ（Ｒ＋Ｂ）の入射角は、臨界角より小さくなるようプリズム形状が決定されている。第２のＤＭＤ８０ｂから出射される第２の投射光３ｂ（Ｒ＋Ｂ）の基準光線は、第２のＤＭＤ８０ｂに対して、垂直となっている。言い換えると、第２の照明光２ｂ（Ｒ＋Ｂ）の基準光線の第２のＤＭＤ８０ｂへの入射角は、第２の投射光３ｂ（Ｒ＋Ｂ）の基準光線が第２のＤＭＤ８０ｂに対して垂直となるように調整されている。本実施の形態では、第２のＤＭＤ８０ｂへの第２の照明光２ｂ（Ｒ＋Ｂ）の基準光線の入射角は、３４度である。

ここで、図３に示すように、白色照明光１（Ｙｅ＋Ｂ）の色分離ミラー６０への入射角（面法線と基準光線のなす角）を入射角θ１とし、第１の投射光３ａ（Ｇ）及び第２の投射光３ｂ（Ｒ＋Ｂ）の基準光線の色合成プリズムユニット７０のダイクロイック膜７４への入射角（面法線と基準光線のなす角）を入射角θ２とすると、入射角θ１及び入射角θ２はできるだけ小さい方が望ましい。具体的には、入射角θ１≦６０度、入射角θ２≦４５度であることが望ましい。本実施の形態では、入射角θ１＝５５度、入射角θ２＝３５度であり、入射角θ１≦６０度、入射角θ２≦４５度となっている。このような角度設定とすることで、色分離ミラー６０のコート設計及び、ダイクロイック膜７４のコート設計がしやすくなり、色分離合成での効率を高めることができる。

また、同時に、入射角θ１＞入射角θ２であることが望ましい。本実施の形態では、入射角θ１＝５５度、入射角θ２＝３５度であり、入射角θ１＞入射角θ２となっている。このような角度設定とすることで、色分離ミラー６０のコート設計及び、ダイクロイック膜７４のコート設計がしやすくなり、色分離合成での効率を高めることができる。

このようにして、色分離ミラー６０で白色照明光１（Ｙｅ＋Ｂ）から分離した第１の照明光２ａ（Ｇ）と第２の照明光２ｂ（Ｒ＋Ｂ）は、色合成プリズムユニット７０で合成され合成光となって出射する。

なお、本実施の形態では、色分離ミラー６０は、緑色光Ｇを反射し、赤色光Ｒ及び青色光Ｂを透過する構成としているが、赤色光Ｒ及び青色光Ｂを反射し、緑色光Ｇを透過する構成としてもよい。また、本実施の形態では、ダイクロイック膜７４は、赤色光Ｒ及び青色光Ｂを反射し、緑色光Ｇを透過する構成としているが、緑色光Ｇを反射し、赤色光Ｒ及び青色光Ｂを透過する構成としてもよい。

次に、第１のＤＭＤ８０ａと第２のＤＭＤ８０ｂを用いたカラー映像表示の動作について、図４Ａを用いて説明する。

図４Ａにおいて、第１のＤＭＤ８０ａは、緑（Ｇ）用映像信号Ｓｇに基づいて、各微小ミラーの変調動作によって、緑色光Ｇの階調表現を行う。具体的には、時刻ｔ０〜ｔ１において、緑色光Ｇの階調表現を行い、時刻ｔ１〜ｔ２を含む期間１６１において、映像表示を行わない。時刻ｔ２〜ｔ３において、緑色光Ｇの階調表現を行い、時刻ｔ３〜ｔ４において、映像表示を行わない。図示しないが、時刻ｔ４以降も映像信号Ｓｇに基づいて、同様の処理が繰り返される。

第２のＤＭＤ８０ｂは、赤（Ｒ）用映像信号Ｓｒ及び青（Ｂ）用映像信号Ｓｂに基づいて、各微小ミラーの変調動作によって、赤色光Ｒ及び青色光Ｂの階調表現を行う。具体的には、時刻ｔ０ｂ〜ｔ１ｆにおいて、赤色光Ｒの階調表現を行い、時刻ｔ１ｂ〜ｔ２ｆにおいて、青色光Ｂの階調表現を行う。時刻ｔ２ｂ〜ｔ３ｆにおいて、赤色光Ｒの階調表現を行い、時刻ｔ３ｂ〜ｔ４ｆにおいて、青色光Ｂの階調表現を行う。時刻ｔ０〜ｔ０ｂ、時刻ｔ１ｆ〜ｔ１ｂ、時刻ｔ２ｆ〜ｔ２ｂ、時刻ｔ３ｆ〜ｔ３ｂ、及び時刻ｔ４ｆ〜ｔ４を含む期間１６２においては、赤青混色時に階調表現を行うが、この赤青混色時の階調表現については使用してもよいし、使用しなくてもよい。図示しないが、時刻ｔ４以降も映像信号Ｓｒ，Ｓｂに基づいて、同様の処理が繰り返される。

ここで、時刻ｔ０〜ｔ１及び時刻ｔ２〜ｔ３は、蛍光体ホイール３０の第１のセグメント（角度θＹの領域）に青色光が励起光として照射されている時間に対応する。すなわち、時刻ｔ０〜ｔ１及び時刻ｔ２〜ｔ３において、蛍光体ホイール３０で黄色光Ｙｅが生成され、色分離ミラー６０で緑色光Ｇと赤色光Ｒに分離され、第１のＤＭＤ８０ａに緑色光Ｇが照明されており、第２のＤＭＤ８０ｂに赤色光Ｒが照明されている。

時刻ｔ１〜ｔ２及び時刻ｔ３〜ｔ４は、蛍光体ホイール３０の第２のセグメント（角度θＢの領域）に青色光が映像光Ｂｉとして照射されている時間に対応する。すなわち、時刻ｔ１〜ｔ２及び時刻ｔ３〜ｔ４において、蛍光体ホイール３０で青色光が反射され、色分離ミラー６０で第２のＤＭＤ８０ｂに導く光路に分離され、第２のＤＭＤ８０ｂに青色光Ｂの映像光Ｂｉが照明されている。

このうち、時刻ｔ０〜ｔ０ｂ、時刻ｔ１ｆ〜ｔ１ｂ、時刻ｔ２ｆ〜ｔ２ｂ、時刻ｔ３ｆ〜ｔ３ｂ、時刻ｔ４ｆ〜ｔ４を含む期間１６２は、蛍光体ホイール３０の色の境目にあたり、隣り合う色が混じった状態となるスポーク期間１６２であるが、第１のＤＭＤ８０ａへは緑色光Ｇしか照明されないため、緑色光Ｇ原色期間として使用可能である。

［作用及び効果］
実施の形態１では、蛍光体ホイール３０上で、隣り合う色が混じる期間に相当する時刻ｔ０〜ｔ０ｂ、時刻ｔ１ｆ〜ｔ１、時刻ｔ２〜ｔ２ｂ、及び時刻ｔ３ｆ〜ｔ３を含むスポーク１６２も緑色原色として用いることで緑色の全ての光を原色として用いることができ、緑色原色の強度が低下しない投射型映像表示装置を提供できる。

また、制御回路１３０は、当該スポーク期間１６２において、原色の緑色光Ｇの輝度に応じてスポーク期間１６２のオン状態の時間（オン時間）を、例えば図４Ｂに示すように、例えば階段形状で変化するように制御してもよい。図４Ｂの特性例では、スポーク期間１６２の時間は、緑光の輝度が大きくなるにつれて、長くなるように制御される。

（実施の形態２）
実施の形態１では、色分離ミラー６０は、緑色光Ｇを反射し、赤色光Ｒ及び青色光Ｂを透過する構成としていた。また、実施の形態１では、ダイクロイック膜７４は、赤色光Ｒ及び青色光Ｂを反射し、緑色光Ｇを透過する構成としていた。すなわち、白色照明光１（Ｙｅ＋Ｂ）を色分離ミラー６０で第１の照明光２ａ（Ｇ）と第２の照明光２ｂ（Ｒ＋Ｂ）に分離し、色合成プリズムユニット７０のダイクロイック膜７４で、第１の投射光３ａ（Ｇ）と第２の投射光３ｂ（Ｒ＋Ｂ）を合成する構成としていた。

これに対して、図５の実施の形態２は、図３の実施の形態１に比較して以下の相違点を有する。
（１）色分離ミラー６０の代わりに色分離ミラー６１を配置し、色分離ミラー６１は、緑色光Ｇ及び青色光Ｂを反射し、赤色光Ｒを透過する。
（２）また、色合成プリズムユニット７７は、ダイクロイック膜７４の代わりにダイクロイック膜７５で構成され、ダイクロイック膜７５は、緑色光Ｇ及び青色光Ｂを透過し、赤色光Ｒを反射する。すなわち、白色照明光１（Ｙｅ＋Ｂ）を色分離ミラー６１で第１の照明光２ａ（Ｇ＋Ｂ）と第２の照明光２ｂ（Ｒ）に分離し、色合成プリズムユニット７７のダイクロイック膜７５で、第１の投射光３ａ（Ｇ＋Ｂ）と第２の投射光３ｂ（Ｒ）を合成する。このように、図５で示す色分離合成部１６０Ａは、色分離ミラー６１と、色合成プリズムユニット７７と、第１のＤＭＤ８０ａと、第２のＤＭＤ８０ｂとを備えて構成される。

ここで、第１の照明光２ａ（Ｇ＋Ｂ）は、第１の色光の一例であり、第２の照明光２ｂ（Ｒ）は、第２の色光の一例である。なお、実施の形態１と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。

図５の色分離合成部１６０Ａに示すように、色分離ミラー６１で反射された第１の照明光２ａ（Ｇ＋Ｂ）は、プリズム７１ａに入射し、第１のエアギャップ面７３ａで全反射され、第１のＤＭＤ８０ａを照射する。第１のＤＭＤ８０ａで反射されてオン光となった第１の投射光３ａ（Ｇ＋Ｂ）は、再びプリズム７１ａに入射し、第１のエアギャップ面７３ａを透過し、ダイクロイック膜７５を透過した後、出射する。

また、色分離ミラー６１を透過した第２の照明光２ｂ（Ｒ）は、プリズム７１ｂに入射し、第２のエアギャップ面７３ｂで全反射され、第２のＤＭＤ８０ｂを照射する。第２のＤＭＤ８０ｂで反射されてオン光となった第２の投射光３ｂ（Ｒ）は、再びプリズム７１ｂに入射し、第２のエアギャップ面７３ｂを透過し、ダイクロイック膜７５で反射された後、出射する。

なお、第１のエアギャップ面７３ａと第１のＤＭＤ８０ａへの第１の照明光２ａ（Ｇ＋Ｂ）の入射角、及び第１のエアギャップ面７３ａへの第１の投射光３ａ（Ｇ＋Ｂ）の入射角は、実施の形態１の場合と同様である。同様に、第２のエアギャップ面７３ｂと第２のＤＭＤ８０ｂへの第２の照明光２ｂ（Ｒ）の入射角、及び第２のエアギャップ面７３ｂへの第２の投射光３ｂ（Ｒ）の入射角は、実施の形態１の場合と同様である。

また、図５に示すように、色分離ミラー６１への白色照明光１（Ｙｅ＋Ｂ）の入射角θ１、色合成プリズムユニット７７のダイクロイック膜７５への第１の投射光３ａ（Ｇ＋Ｂ）及び第２の投射光３ｂ（Ｒ）の基準光線の入射角θ２、並びに入射角θ１と入射角θ２との関係は、実施の形態１の場合と同様である。

なお、本実施の形態では、色分離ミラー６１は、緑色光Ｇ及び青色光Ｂを反射し、赤色光Ｒを透過する構成としているが、赤色光Ｒを反射し、緑色光Ｇ及び青色光Ｂを透過する構成としてもよい。また、本実施の形態では、ダイクロイック膜７５は、赤色光Ｒを反射し、緑色光Ｇ及び青色光Ｂを透過する構成としているが、緑色光Ｇ及び青色光Ｂを反射し、赤色光Ｒを透過する構成としてもよい。

実施の形態２における、カラー映像表示の原理について、図６を用いて説明する。

第１のＤＭＤ８０ａは、緑（Ｇ）用映像信号Ｓｇ及び青（Ｂ）用映像信号Ｓｂに基づいて、各微小ミラーの変調動作によって、緑色光Ｇ及び青色光Ｂの階調表現を行う。具体的には、時刻ｔ０ｂ〜ｔ１ｆにおいて、緑色光Ｇの階調表現を行い、時刻ｔ１ｂ〜ｔ２ｆにおいて、青色光Ｂの階調表現を行う。時刻ｔ２ｂ〜ｔ３ｆにおいて、緑色光Ｇの階調表現を行い、時刻ｔ３ｂ〜ｔ４ｆにおいて、青色光Ｂの階調表現を行う。時刻ｔ０〜ｔ０ｂ、時刻ｔ１ｆ〜ｔ１ｂ、時刻ｔ２ｆ〜ｔ２ｂ、時刻ｔ３ｆ〜ｔ３ｂ、及び時刻ｔ４ｆ〜ｔ４を含む期間１６３においては、緑青混色時に階調表現を行うが、この緑青混色時の階調表現については使用してもよいし、使用しなくてもよい。図示しないが、時刻ｔ４以降も映像信号Ｓｇ，Ｓｂに基づいて、同様の処理が繰り返される。

第２のＤＭＤ８０ｂは、赤（Ｒ）用映像信号Ｓｒに基づいて、各微小ミラーの変調動作によって、赤色光Ｒの階調表現を行う。具体的には、時刻ｔ０〜ｔ１において、赤色光Ｒの階調表現を行い、時刻ｔ１〜ｔ２の期間１６４において、映像表示を行わない。時刻ｔ２〜ｔ３において、赤色光Ｒの階調表現を行い、時刻ｔ３〜ｔ４の期間１６４において、映像表示を行わない。図示しないが、時刻ｔ４以降も映像信号Ｓｒに基づいて、同様の処理が繰り返される。

ここで、実施の形態１と同様に、時刻ｔ０〜ｔ１及び時刻ｔ２〜ｔ３は、蛍光体ホイール３０の第１のセグメント（角度θＹの領域）に青色光が励起光として照射されている時間に対応し、時刻ｔ１〜ｔ２及び時刻ｔ３〜ｔ４は、蛍光体ホイール３０の第２のセグメント（角度θＢの領域）に青色光が映像光として照射されている時間に対応する。実施の形態２では、時刻ｔ１〜ｔ２及び時刻ｔ３〜ｔ４の期間１６４において、蛍光体ホイール３０で反射された青色光Ｂは、色分離ミラー６１で第１のＤＭＤ８０ａに導く光路に分離され、第１のＤＭＤ８０ａに照明される。

このうち、時刻ｔ０〜ｔ０ｂ、時刻ｔ１ｆ〜ｔ１ｂ、時刻ｔ２ｆ〜ｔ２ｂ、時刻ｔ３ｆ〜ｔ３ｂ、時刻ｔ４ｆ〜ｔ４を含む期間１６３は、円板の色の境目にあたり、隣り合う色が混じった状態となる、いわゆるスポーク期間であるが、第２のＤＭＤ８０ｂへは赤色光Ｒしか照明されないため、赤色光Ｒの原色期間として使用可能である。制御回路１３０は、当該スポーク期間１６３は原色の赤色光Ｒの輝度に応じてスポーク期間１６３のオン状態の時間（オン時間）を、例えば図４Ｂと同様に、例えば階段形状で変化するように制御してもよい。

実施の形態２のように、色分離ミラー６１及びダイクロイック膜７５を有する色合成プリズムユニット７７を用いて色分離合成部１６０Ａを構成する場合も、実施の形態１と同様の効果を奏する。

［作用及び効果］
実施の形態２では、蛍光体ホイール３０上で、隣り合う色が混じる期間に相当する時刻ｔ０〜ｔ０ｂ、時刻ｔ１ｆ〜ｔ１、時刻ｔ２〜ｔ２ｂ、及び時刻ｔ３ｆ〜ｔ３も赤色原色として用いることで赤色の全ての光を原色として用いることができ、赤色原色の強度が低下しない投射型映像表示装置を提供できる。

また、制御回路１３０は、上記スポーク期間１６３において、原色の赤色光Ｒの輝度に応じてスポーク期間１６３のオン状態の時間（オン時間）を、例えば図４Ｂに示すように、例えば階段形状で変化するように制御してもよい。ここで、スポーク期間１６３の時間は、赤色光Ｒの輝度が大きくなるにつれて、長くなるように制御される。

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１及び２を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態１及び２で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。そこで、以下、他の実施の形態を例示する。

実施の形態１、２では、映像光としての青色光を、蛍光体ホイール３０の拡散層３３Ｂで拡散されつつ、反射膜３２で反射されることにより作成したが、実施の形態は、これに限定されるものではない。蛍光体ホイール３０の拡散層３３Ｂが形成されている部分を開口とすることにより、蛍光体ホイール３０の第２のセグメント（角度θＢの領域）に入射する青色光を透過させ、ミラーによって反射させて再びダイクロイックミラー２０に導き、ダイクロイックミラー２０で反射させてレンズ１１６に導いてもよい。このようにしても、青色光（映像光）と黄色光に時分割された白色光を得ることができる。

実施の形態１、２では、光学ユニットとして固体光源が、円板として蛍光体ホイール３０を例示して述べられているが、実施の形態は、これに限定されるものではない。光学ユニットはランプ、円板はカラーホイールであってもよい。

なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示は、プロジェクタ等の投射型映像表示装置に適用できる。

１０ 光源ユニット
２０ ダイクロイックミラー
３０ 蛍光体ホイール
３１ 基板
３２ 反射膜
３３Ｙ 黄色蛍光体膜
３３Ｂ 拡散層
３４ モーター
４０ λ／４波長板
５０ ロッドインテグレータ
６０，６１ 色分離ミラー
７０，７７ 色合成プリズムユニット
７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂ プリズム
７３ａ，７３ｂ エアギャップ面
７４，７５ ダイクロイック膜
８０ａ，８０ｂ ＤＭＤ
９０ 投射ユニット
１００ 投射型映像表示装置
１１０ 光源部
１１１，１１２ レンズ
１１３ 拡散板
１１４，１１５，１１６ レンズ
１２１，１２２，１２３ レンズ
１３０ 信号制御回路
１６０，１６０Ａ 色分離合成部
１６２，１６３ スポーク期間

図１において、投射型映像表示装置１００は、光源ユニット１０と、ダイクロイックミラー２０と、蛍光体ホイール３０と、λ／４波長板４０と、ロッドインテグレータ５０と、色分離ミラー６０と、色合成プリズムユニット７０と、２個のＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）８０ａ，８０ｂと、投射ユニット９０と、信号制御回路１３０とを備えて構成される。ここで、２個のＤＭＤ８０ａ，８０ｂをそれぞれ第１のＤＭＤ８０ａ、第２のＤＭＤ８０ｂとする。また、色分離ミラー６０と、色合成プリズムユニット７０と、２個のＤＭＤ８０ａ，８０ｂにより色分離合成部１６０を構成する。

また、信号制御回路１３０は、当該スポーク期間１６２において、原色の緑色光Ｇの輝度に応じてスポーク期間１６２のオン状態の時間（オン時間）を、例えば図４Ｂに示すように、例えば階段形状で変化するように制御してもよい。図４Ｂの特性例では、スポーク期間１６２の時間は、緑光の輝度が大きくなるにつれて、長くなるように制御される。

このうち、時刻ｔ０〜ｔ０ｂ、時刻ｔ１ｆ〜ｔ１ｂ、時刻ｔ２ｆ〜ｔ２ｂ、時刻ｔ３ｆ〜ｔ３ｂ、時刻ｔ４ｆ〜ｔ４を含む期間１６３は、円板の色の境目にあたり、隣り合う色が混じった状態となる、いわゆるスポーク期間であるが、第２のＤＭＤ８０ｂへは赤色光Ｒしか照明されないため、赤色光Ｒの原色期間として使用可能である。信号制御回路１３０は、当該スポーク期間１６３は原色の赤色光Ｒの輝度に応じてスポーク期間１６３のオン状態の時間（オン時間）を、例えば図４Ｂと同様に、例えば階段形状で変化するように制御してもよい。

また、信号制御回路１３０は、上記スポーク期間１６３において、原色の赤色光Ｒの輝度に応じてスポーク期間１６３のオン状態の時間（オン時間）を、例えば図４Ｂに示すように、例えば階段形状で変化するように制御してもよい。ここで、スポーク期間１６３の時間は、赤色光Ｒの輝度が大きくなるにつれて、長くなるように制御される。

Claims (4)

1. 光源部と、
   前記光源部からの出射光から複数の色光を時分割で生成する円板と、
   前記円板により生成された複数の色光から、第１、第２及び第３の原色を分離する色分離部と、
   前記分離された第１及び第２の原色を、入力される第１の映像信号に従って変調して第１の映像光を生成する第１の光変調素子と、
   前記分離された第３の原色を、入力される第２の映像信号に従って変調して第２の映像光を生成する第２の光変調素子と、
   前記第１及び第２の光変調素子を制御する制御回路とを備えた投射型映像表示装置であって、
   前記制御回路は、前記第３の原色を単色で表示するときに、前記第２の光変調素子が、前記円板のスポーク期間においてオン状態となるように制御する、投射型映像表示装置。
2. 前記制御回路は、前記第３の原色の輝度に応じて前記スポーク期間のオン状態の時間が変化するように前記第２の光変調素子を制御する、請求項１に記載の投射型映像表示装置。
3. 前記第１の原色は赤色であり、前記第２の原色は青色であり、前記第３の原色は緑色である、請求項１又は２に記載の投射型映像表示装置。
4. 前記第１の原色は緑色であり、前記第２の原色は青色であり、前記第３の原色は赤色である、請求項１又は２に記載の投射型映像表示装置。

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