JP4154782B2

JP4154782B2 - 投影表示装置

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Publication number: JP4154782B2
Application number: JP37431098A
Authority: JP
Inventors: 豊服部
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1998-12-28
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2018-12-28
Also published as: JP2000194066A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を投影し、これを走査することによりスクリーンに表示する投影表示装置に関し、詳しくは補助用レーザ発振器を備えた投影表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、カラー画像の表示装置では、その色を忠実に再現するべく各種の方式が提案されてきた。ここで、可視光として存在する色彩は、図３に示すＪＩＳＺ８７０１が準拠したＣＩＥ（国際照明委員会）のＸＹＺ表色系（２°視野）のＣＩＥ１９３１色度図において表されるように、いわゆる馬蹄形をしたスペクトル軌跡の範囲であり、図４に示すように、３原色を用いた加法混色の場合に再現できる色の範囲は、その３原色をそれぞれ図上に表した位置を頂点とした３角形の内側の範囲の色になる。カラー画像の表示方法として、例えばＣＲＴ（陰極線管）やＬＣＤ（液晶ディスプレイ）を用いたカラーディスプレイがあり、さらに近年ＮＴＳＣ（ＮａｔｉｏｎａｌＴｅｌｅｖｉｓｉｏｎＳｙｓｔｅｍＣｏｍｍｉｔｔｅｅ）方式による高品位なテレビジョンやＰＤＰ（プラズマディスプレイ）や、ＬＥＤ（発光ダイオード）によるカラーディスプレイなどがあるが、近年色の再現性が向上してきた。
【０００３】
また、特開平１−２４５７８０号公報、特開平３−６５９１６号公報、特開平４−１８１２８９号公報に記載されているような加法混色の３原色であるレッド（以下Ｒ）、グリーン（以下Ｇ）、ブルー（以下Ｂ）のレーザ光をそれぞれ発振し、これらレーザ発振器により出力されたレーザ光の光路を１つに合成して同時加法混色を行い、この合成されたレーザ光をスクリーンに投射し、これを高速に２次元走査することでスクリーン上にカラー画像等を表示する投影表示装置が提案されている。このような投影表示装置においては、加法混色の３原色が、半導体レーザなどにより単波長に近い周波数帯域で幅広い色の発色が可能なレーザ発振器により、色再現の幅の広い且つ濁りのない色の表示ができるようになった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、色の再現の範囲は３原色をそれぞれ図上に表した位置を頂点とした３角形の内側の範囲に制限されるため、この３原色を変更してこの３角形の位置を拡大し、移動させても、前述の馬蹄形の範囲においては、この３角形でカバーできない部分ができ、即ち再現できない色彩が多く残されてしまい自然な色の再現が困難であるという問題があった。
【０００５】
この発明は上記課題を解決するものであり、再現できる色の領域が広く、より自然で美しいカラー画像を表示できる投影表示装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、請求項１に係る発明の投影表示装置では、画像信号に基づき、加法混色の３原色の波長からなる３種類の主レーザ光及び前記３原色の波長とは異なる波長からなる補助レーザ光をそれぞれ発振するレーザ発振器と、そのレーザ発振器から発振された各波長のレーザ光を一体的に走査して、所定の画面上に所望の画像を投影するレーザスキャナとを備え、前記補助レーザ光は、前記主レーザ光のうち、赤色レーザ光が発振されない場合のみ発振され、前記補助レーザ光の波長は、赤色レーザ光の波長と略補色の関係にあることを特徴とする。
【０００７】
この構成に係る発明の投影表示装置では、前記補助レーザ光は、前記主レーザ光のうち、赤色レーザ光が発振されない場合のみ発振され、赤色レーザ光の波長と略補色の関係にある波長の補助レーザ光を用いることで、３原色の波長の光では再現できない色彩を再現することが可能になり、より自然の色に近い色再現ができるようになる。また、この構成に係る発明の投影表示装置では、補助レーザ光を必要な場合だけ発振させる制御を行うことができる。
【０００８】
【０００９】
【００１０】
請求項２に係る発明の投影表示装置では、請求項１に記載の投影表示装置の構成に加え、前記補助レーザ光は、略５００ｎｍに設定されていることを特徴とする。
【００１１】
この構成に係る発明の投影表示装置では、従来の３原色では出すことのできなかった５００ｎｍ近傍の色彩が再現できる。
【００１２】
請求項３に係る発明の投影表示装置では、請求項１又は２に記載の投影表示装置の構成に加え、前記画像信号は、前記３原色の波長に対応する画像信号と、前記補助レーザ光の波長に対応する画像信号とにより生成されていることを特徴とする。
【００１３】
この構成に係る発明の投影表示装置では、補助レーザ光を発振するレーザ発振器を備えた投影表示装置において、この画像信号を用いて好適な制御をすることができ、色の再現性を高めることができる。
請求項４に係る発明の投影表示装置では、請求項１乃至３の何れかに記載の投影表示装置の構成に加え、前記３原色の波長及び前記補助レーザ光の波長に対応する４色のビデオ信号による画像信号を入力する入力手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る投影表示装置を好ましい１の実施の形態により、添付図面を参照して説明する。ここで図１は、本発明に係る実施の形態である投影表示装置１の主要構成を図示した模式図である。まず最初に投影表示装置１の構成の概略について図１を参照しながら説明する。
【００１５】
図１で示すように、投影表示装置１は、本体２に収納されたレーザスキャナ部１０、制御部４０、画像入力部４７と、本体２からレーザビームＬＢを投射されて画像を表示させるスクリーン５０などから構成されている。
【００１６】
投影表示装置１は、インタフェイス４８を介して画像入力部４７に入力された画像データに基づいて、制御部４０からスキャナ制御部１２に信号が送られ、スキャナ制御部１２のレーザ発振器制御部１５で駆動信号が生成されてレーザスキャナ部１０に備えられた赤色レーザ発振器１３Ｒ、緑色レーザ発振器１３Ｇ_１、青色レーザ発振器１３Ｂ（図３参照、以下これらをまとめて主レーザ発振器１３Ｍという）と、補助レーザ発振器１３Ｇ_２（以上まとめてレーザ発振器１３という。）とが発振されて赤色レーザビームＬＢ（Ｒ）、緑色レーザビームＬＢ（Ｇ_１）、青色レーザビームＬＢ（Ｂ）（以下これらをまとめて主レーザビームＬＢ（Ｍ）という。）と、補助レーザビームＬＢ（Ｇ_２）（以上をまとめてレーザビームＬＢという。）とが発光・照射され、レーザビームＬＢは、主走査ポリゴンミラー（回転多面鏡）１７及び副走査ポリゴンミラー１８（以下まとめてポリゴンミラー１７，１８という。）により２次元的に走査されながらスクリーン５０を投射されて画像を形成するものである。
【００１７】
制御部４０は、図示しないＣＰＵとＲＡＭとＲＯＭを備えた周知のコンピュータから構成されている。ＲＯＭには投影表示装置１全体を制御する為のプログラムが格納されており、このプログラムに従ってＣＰＵにより入力処理・データ展開を行って画像データに基づいてレーザスキャナ部１０のレーザ発振器１３の発光を画像データに基づいて変調しながらポリゴンミラー１７，１８に同期させながら投射し、スクリーン５０の画面を２次元走査してスクリーン５０上に画像を表示するものである。
【００１８】
スクリーン５０は、レーザビームＬＢを受けて、これを拡散しつつ透過させてユーザーに画像を観察可能にするものであり、スクリーン５０は、半透明乳白色の拡散板から構成されている。なお、本実施の形態では、スクリーン５０と本体２とは、分離され移動可能な開放型に構成されるが、これらを一体にして、レーザビームＬＢが、ユーザーから直接見えないような密閉型に構成されてもよい。さらに、スクリーン５０を、反射拡散板により構成された大型画面に投射するようなものであってもよい。要は、本体２に備えられたレーザスキャナ部１０により、画面が投影可能で、画像を表示できればスクリーン５０の形式は問わないものである。
【００１９】
ここで、図２は、レーザスキャナ部１０を説明する模式図である。以下この図２によりレーザスキャナ部１０の構造と作用を説明する。まず、レーザ発振器１３は、特定の色を発振するレーザ発振器を備え、７００ｎｍの赤色光を発光する赤色レーザ発振器１３Ｒには、Ｋｒレーザが、４５０ｎｍの青色光を発光する青色レーザ発振器１３Ｂには、Ｈｅ−Ｃｄレーザが、５２０ｎｍの緑色光を発光する緑色レーザ発振器１３Ｇ_１及び５００ｎｍの明るい緑色光を発光する補助レーザ発振器１３Ｇ_２には、Ａｒレーザが好適に用いられる。
【００２０】
また、これらの４つのレーザ発振器１３から発光されるレーザビームＬＢ（Ｒ），ＬＢ（Ｇ_１），ＬＢ（Ｂ），ＬＢ（Ｇ_２）は、第１レーザビーム合成器１４Ａ、第２レーザビーム合成器１４Ｂ及び第３レーザビーム合成器１４Ｃ（以下レーザビーム合成器１４という。）により１つの光路をもつレーザビームＬＢに合成される。
【００２１】
まず赤色レーザ発振器１３Ｒと緑色レーザ発振器１３Ｇ_１が第１レーザビーム合成器１４Ａにより合成される。第１レーザビーム合成器１４Ａは、特定波長は透過させ、他の波長は反射させるコーティングを施されたダイクロイックミラー（波長選択反射板）から構成されており、赤色レーザ発振器１３Ｒから照射されたレーザビームＬＢ（Ｒ）は透過させるが、緑色レーザ発振器１３Ｇ_１から照射された緑色レーザビームＬＢ（Ｇ_１）は出力光の波長の違いにより反射させる材質から構成される。そのため第１レーザビーム合成器１４Ａに、直交して配設された赤色レーザ発振器１３Ｒと緑色レーザ発振器１３Ｇ_１からそれぞれ射出された赤色レーザビームＬＢ（Ｒ）及び緑色レーザビームＬＢ（Ｇ_１）は、赤色レーザビームＬＢ（Ｒ）がダイクロイックミラーを透過して直進し、緑色レーザビームＬＢ（Ｇ_１）がダイクロイックミラーにより反射してその光軸が直角に偏向されるため、両者の光軸は同一方向に揃えられ、同一の光軸をもつように調整される。
【００２２】
同様に、赤色レーザビームＬＢ（Ｒ）と緑色レーザビームＬＢ（Ｇ_１）が合成されたものに第２のレーザビーム合成器１４Ｂにより、さらに青色レーザ発振器１３Ｂにより発光された青色レーザビームＬＢ（Ｂ）が合成され、主レーザビームＬＢ（Ｍ）が合成される。
【００２３】
このようにして、生成された主レーザビームＬＢ（Ｍ）に加え、さらに、第３のレーザビーム合成器１４Ｃにより、主レーザビームＬＢ（Ｍ）に補助レーザビームＬＢ（Ｇ_２）が合成され、合成されたレーザビームＬＢにより画面が走査される。
【００２４】
尚、これら３色のレーザビームＬＢの合成は、ダイクロイックプリズムの他、波長による屈折率の差を利用してプリズムにより光束を合成するような構成のものであってもよく、要は３つの光束を１つの光路にまとめられればよい。
【００２５】
次に、投影表示装置１のレーザビームＬＢの走査の方法について図１及び図２を参照して説明する。レーザ発振器１３により射出され、レーザビーム合成器１４により１つの光束にまとめられたレーザビームＬＢは、高速で回転する主走査ポリゴンミラー１７に当接する。主走査ポリゴンミラー１７は、図２に示すように底面に対して高さの低い正六角柱形状で、回転軸が水平且つ、レーザビームＬＢに対して垂直な線を上方に平行移動した位置に配置されているため、レーザビームＬＢは、この回転軸を中心に回転する６つの平面鏡により下方に反射され、その光軸の向きは主走査ポリゴンミラー１７の回転により反射前のレーザビームＬＢの光軸との内角を大きくするように変化する。
【００２６】
このとき、主走査ポリゴンミラー１７に反射されたレーザビームＬＢは、所定角度の範囲外には投射されないように、スキャナ制御部１２に備えられたレーザ発振器制御部１５とポリゴンミラー制御部１６により制御される。又、このレーザ発振器制御部１５とポリゴンミラー制御部１６による制御を調和させるため、主走査ポリゴンミラー１７により反射されたレーザビームＬＢの光軸が、主走査開始の位置のレーザビームＬＢの光束が通過する位置の近傍に、主走査ビームセンサ１９を設けて、レーザビームＬＢの実際の位置を検出し、主走査ポリゴンミラー１７の回転にレーザ発振器１３の発光のタイミングを合わせている。ここで、主走査ビームセンサ１９が受光した光は、信号として制御部４０に送られるが、この信号を以下主走査ＳＯＳ（ＳｔａｒｔＯｆＳｃａｎｎｉｎｇ)信号と呼ぶ。この主走査ＳＯＳ信号を検知した制御部４０は、この信号に基づいて演算された走査開始位置に基づいてレーザ発振器制御部１５に、画像データに基づいて変調されたレーザ発光の為の信号を送出する。このようにして一列分のデータにより変調された信号が、レーザ発振器の駆動手段（ドライバ）であるレーザ発振器制御部１５によりレーザ発振器１３にドライブ信号が送出されレーザビームＬＢが、副走査ポリゴンミラー１８に反射されてスクリーン５０の図２のＸ方向に走査され、スクリーン上に一列分の画像が投影される。
【００２７】
一方、主走査ポリゴンミラー１７に反射されて偏向したレーザビームＬＢは、図２においてその下方に位置する副走査ポリゴンミラー１８に向かって反射される。副走査ポリゴンミラー１８は６枚の平面鏡を有し底面に対して高さの大きい細長の六角柱の形状で、その回転軸は水平で、スクリーン５０と平行に、且つ主走査ポリゴンミラー１７よりスクリーン５０に対して反対方向に若干変位された位置に配置され、主走査ポリゴンミラー１７により偏向される方向と同じ方向に平面鏡の長手方向が配置される。そして、この副走査ポリゴンミラー１８は上端がスクリーン５０に近づく方向に回転する。そのため主走査ポリゴンミラー１７から反射されてきたレーザビームＬＢは、さらにスクリーン５０方向に偏向されて、時間の経過とともに、偏向される内角が大きくなるように、即ちスクリーン５０のＹ方向にレーザビームＬＢの移動する方向が変化する。
【００２８】
このように、水平の主走査を行いながら垂直方向に副走査を行う。これは従来の周知のＣＲＴの水平走査及び垂直走査と同様の走査である。このようにして上端から下端まで繰り返し水平走査を行うと１画面が表示されるが、副走査ポリゴンミラー１８は一定の速度で回転するので、制御部４０で適当な間隔をおいて信号を送出する。そうすれば、回転する副走査ポリゴンミラー１８の次の鏡面で次の画面の副走査を行うことができる。この副走査は電流により傾きを制御するガルバノメータ（揺動一面鏡）を用いても可能であるが、ガルバノメータを用いた場合より、ポリゴンミラーを用いた方が角速度に変化がないため、高速の走査を行う場合には特にポリゴンミラーを用いることが好ましい。
【００２９】
なお、さらに厳密にいえば、主走査ポリゴンミラー１７により主走査の１ライン分を走査する間に副走査ポリゴンミラー１８が回転するので、これを補正するように本実施の形態では副走査ポリゴンミラー１８の主走査方向側がやや下がった方向に傾けてセットされている。
【００３０】
また、鉛直方向の走査の開始位置を検出するために、本来のスクリーン５０上での走査開始位置の僅か上方よりレーザ発振器１３を点灯し、無変調でレーザビームＬＢが射出、主走査及び副走査がされる。そして、走査開始位置近傍に配置された副走査ビームセンサ２０にレーザビームＬＢが入射されると、副走査ビームセンサ２０から副走査ＳＯＳ信号が制御部４０に送出され、制御部４０ではこの信号から実際の走査開始位置を演算して、演算された所定時間後にレーザスキャナ部１０のスキャナ制御部１２に制御信号が送出され、スキャナ制御部１２はレーザ発振器１３にドライブ信号を送出して光量が変調され、主走査及び副走査が開始される。
【００３１】
以上のようにして、レーザビームＬＢにより、スクリーン５０上に表示された画像は両側部が糸巻き状の歪みを示し、上下方向には走査線間の間隔の不一致を生じる。そのため、制御部４０において、中央部の走査のための変調時間を延長するか、上端、下端部の変調時間を短縮することで、制御的に歪み補正をすることが好ましく、或いは、ｆθレンズ５１などを用いて光学的に歪みを補正することが望ましい。
【００３２】
この走査は、本実施の形態では、一画面について主走査線（水平走査線）５２５本の走査を１／３０秒の副走査（垂直走査）により行っており、ちらつきの少ないスムーズな画面が投影可能となっている。
【００３３】
図１に戻り、説明を続けると、上述のようにスキャナ制御部１２は、レーザ発振器制御部１５と、ポリゴンミラー制御部１６とから構成されている。レーザ発振器制御部１５は、制御部４０から送出された微弱な信号を駆動信号としてレーザ発振器１３（図２参照）に送出するドライバである。また、ポリゴンミラー制御部１６も、制御部４０からの微弱な信号を受けて、主走査ポリゴンミラー１７及び副走査のポリゴンミラー１８を回転させるモータを駆動する駆動信号を送出するドライバである。
【００３４】
画像入力部４７は、投影すべき画像データを、外部から入力して記憶しておくバッファであり、これをそれぞれの制御信号に分離する場所でもあるため、記憶手段を有している。入力データとして、ビデオ信号がインタフェイス４８を介して入力される。もちろん画像情報のデータはビデオ信号に限られず、何らかの方法で画像情報が読みとれればよい。本実施の形態の投影表示装置１においては、入力信号はＲＧＢビデオ信号に補助信号を加え、４色のビデオ信号による画像信号を用い、これらの信号に基づいて画像を生成する。
【００３５】
ここで、この画像信号について説明する。まず、人間の目が感じる色について説明すると、人間の目が感じる色は網膜の３種の錐体が受ける刺激である３刺激値に支配されている。そして、グラスマン（Ｇｒａｓｓｍａｎｎ）の法則などで知られているように、すべての色光は独立な３色の色光の混合で等色することができる条件等色（メタメリズム・Ｍｅｔａｍｅｒｉｓｍ）が知られている。「メタメリズム」とは、人が、周囲の状況が同じなら、等しい三刺激値を生じる分光組成の異なる２種の光を区別できないことをいう。またここで「独立な３色」とは、そのうちの１色が他の２色で等色できないという意味である。
【００３６】
しかしながら、これは正確な表現ではないので、さらに説明すると以下のようになる。例えば、ＣＩＥの標準のように赤（Ｒ）の原色光をλ＝７００ｎｍ、緑（Ｇ）の原色をλ＝５４６．１ｎｍ、青（Ｂ）の原色をλ＝４３５．８ｎｍの単色光とする。そして、この３色を用いて等色実験を行う。ここで「等色実験」とは、ＲＧＢの３色の光源を準備し、このそれぞれの光源のエネルギ強度を調節して混合を作り、この混合光で任意の等色し、そのときの３原色のエネルギ量を記録し、等色関数を求める実験である。「等色関数」とは、これらの３原色の各波長におけるエネルギ強度を関数にしたもので、この実験により導き出した等色関数には、負のエネルギ値を示す部分がある。これは理論的には、如何なる色も３原色の組み合わせでできるが、現実には、負のエネルギ強度は出力できないので、３原色でも再現できない色があることを意味する。
【００３７】
具体的な例としては、例えば５００ｎｍの単色光と等色するには、赤の原色光のエネルギを負にしなければならない。即ち、実際の色光の混合により再現できる色の範囲は、３原色の選び方により異なるためこのようなことが生じる。ある原色のセットを与えたとき、その混合で再現できる色の範囲を、その原色の「色再現域（ＣｏｌｏｒＧａｍｕｔ）」という。即ち、カラー画像表示装置においても、この３原色自体の発色により色再現域が決定付けられ、例えば、ＣＲＴディスプレーでは大きくは蛍光体の発色により決定付けられる。冒頭に説明したように、従来のＣＲＴ、ＬＣＤ、ＰＤＰ、ＬＥＤなどにより表示できる色再現域が狭かったのは、これらの３原色自体の色再現に限界があったためである。
【００３８】
この等色関数は、以下のような性質を有している。まず、等色関数［ｒ］，［ｇ］，［ｂ］（通例はバーを付して表示するがここでは便宜上角括弧を付けて［ｒ］のように表示する。）は、任意の色光Ｓを、与えられた３原色Ｒ，Ｂ，Ｇの強度を調節して等色する際、その強度ｒ，ｇ，ｂを色光Ｓ自身から求めるための各波長に対する重み関数である。つまり、Ｓなる分光エネルギーをもつ色光が３原色光Ｒ，Ｂ，Ｇで、式Ｓ≡ｒＲ＋ｇＧ＋ｂＢ（≡は等色の関係とする。）の型で等色されるとすると、ｒ＝Ｓ・［ｒ］，ｇ＝Ｓ・［ｇ］，ｂ＝Ｓ・［ｂ］になる。人が同じ色に見える色は、同じ３原色値で測色されるように、メタメリズムを保って画像表示するための画像信号は、等色関数の感度をもつ必要があることがわかる。この原理は、実際カラーテレビなどのカラー画像表示装置にも利用される。カラーテレビは赤、緑、青の３原色の蛍光体に当てる電子ビームの量を調節して任意の色光Ｓを等色するものである。そして、その強度は、それぞれの等色関数に近似する３つの感度をもつようなカラーフィルターを備えたＣＣＤなどの撮像素子を感光素子としたテレビカメラにより計測される。
【００３９】
また詳細な説明は省略するが、この等色関数は、人間の網膜の３種の錐体の感度の線形変換であり、等色関数同士も線形変換の関係にある。従って、すべての等色関数は、線形変換で移りあうことができるといえる。そして、３原色光で等色するには、等色関数の感度で画像信号の生成を行わなければならないので、画像信号生成の条件は、等色関数の線形変換になっていなければならない。これを「ルーター条件」という。なお、すべての色光は独立な３色の色光Ｓで等色できるといえるが、これは画像信号の形成はその分光分布によらず３つの独立な任意の分光センサで行い結果を線形変換さえすれば正しい画像表示ができる訳ではなく、正確な色再現ができる画像信号を生成するには、等色関数の１つで行わなければならない。また、画像信号生成のセンサの分光感度が等色関数になっていなければ、線形変換で正しい画像信号を得ることができない。そして、得られた画像信号の値（ｒ，ｇ，ｂ）は、その等色関数に対応する３原色Ｒ，Ｇ，Ｂで、その色光を等色するための強度である。センサの分光が等色関数であるということが、メタメリズムを実現するための条件なのであって、これを満足していない場合には、人の目に違う色に見える光が、同じ色に測定されたり、その逆が起こる可能性がある。さらに、３刺激値は３種の錐体に関する３刺激値の線形変換であるといえる。以上のような意味で、３刺激値は線形変換で移りあうといえるが、その３刺激値は、正しく等色関数でセンスされているのが条件である。従って、画像を形成する各波長のレーザ発振器１３と、これを駆動するための画像信号は同じ等色関数とする必要がある。そのため、補助レーザ発振器１３Ｇ_２により正確な色再現をするには、この発振波長である５００ｎｍの波長をセンサーによりセンスする必要がある。
【００４０】
上記のように、３刺激値は線形変換によって移りあうので、色を測るには任意の１組の３原色を定め、それにより定まる等色関数によって３刺激値を測定すればよい。しかし、色を定量的に表すために、便宜的に標準的な等色関数があれば便利であるので、その目的としてＣＩＥが１９３１年に定めた桿体の影響のない２°視野のＸＹＺ系がＣＩＥ−１９３１ＸＹＺ系としてＳｔａｎｄａｒｄＣｏｌｏｒｉｍｅｔｒｉｃＯｂｓｅｒｖｅｒが定められて用いられる。ここでは、このＣＩＥ−１９３１ＸＹＺ系を用いて説明する。
【００４１】
この等色関数［ｘ］，［ｙ］，［ｚ］（通例はバーを付して表示するがここでは便宜上角括弧を付けて［ｘ］のように表示する。）は、上述の［ｒ］，［ｇ］，［ｂ］を線形変換したもので、計算の便のため各等色関数は、すべての波長帯に亘って正の値をもち、等色関数の１つである［ｙ］は目の照度関数に一致し、［ｘ］，［ｙ］，［ｚ］の相対的な大きさは、この感度で等エネルギー白色を測定したとき、３刺激値（［Ｘ］，［Ｙ］，［Ｚ］）がグラフ上の曲線の下の面積が一定になるように［Ｘ］＝［Ｙ］＝［Ｚ］となるようにとられる。この性質のため、この等色関数に対応する３原色Ｘ，Ｙ，Ｚは、実際には存在しない色光となっている。等色関数［ｘ］，［ｙ］，［ｚ］を用いたＣＩＥ−１９３１ＸＹＺ系によれば、色光Ｓの色は、［Ｘ］＝Ｓ・［ｘ］，［Ｙ］＝Ｓ・［ｙ］，［Ｚ］＝Ｓ・［ｚ］の３刺激値で表される。
【００４２】
また、色光Ｓを明るさと色成分とで表したい場合、輝度Ｙと色度（ｘ，ｙ）で表すことも行われ、色度（ｘ，ｙ）は、次式で定義される。
ｘ＝［Ｘ］／（［Ｘ］＋［Ｙ］＋［Ｚ］）
ｙ＝［Ｙ］／（［Ｘ］＋［Ｙ］＋［Ｚ］）
色度は各波長でのエネルギが同じ割合で変化しても一定であり、ある混色系での色の再現範囲を示すとき、よく色度図が用いられる。ここで、図３は、ｘ，ｙにＪＩＳＺ８７０１（ＸＹＺ表色系による色の表示方法）によるＸＹＺ系の色度座標を用いたＣＩＥ色度図を示す図である。
【００４３】
さらに等色関数［ｘ］，［ｙ］，［ｚ］は、その定義から単光色を等色する３刺激値であるが、単光色の色度ｘ（λ），ｙ（λ）は、
ｘ（λ）＝［ｘ］（λ）／（［ｘ］（λ）＋［ｙ］（λ）＋［ｚ］（λ））
ｙ（λ）＝［ｙ］（λ）／（［ｘ］（λ）＋［ｙ］（λ）＋［ｚ］（λ））
という色で表される。
【００４４】
図３において、この単光色の色度ｘ（λ），ｙ（λ）を色度図上に描くと、図３のＳＰに示すように概ね馬蹄形の曲線を描く。この曲線をスペクトル軌跡ＳＰ（ｓｐｅｃｔｒａｌｌｏｃｕｓ）といい、このスペクトル軌跡ＳＰとその両端を線分でつないだ図形の内部が、世の中に存在する色の存在範囲である。なぜなら、単光色の色度ｘ（λ），ｙ（λ）はスペクトル軌跡ＳＰ上にあり、単光色以外のすべての色は単光色の混色で得られるわけであるので、２色が混色された色の色度ｘ（λ），ｙ（λ）は、２色の色度をつなぐ直線上に存在するからである。
【００４５】
冒頭においても引用したが、図４は、このＣＩＥ色度図において、従来の画像表示装置の色再現域を示す図である（「ディスプレイの先端技術」１９９８年９月２５日・谷千束著・共立出版・１８３ページより引用）。図上、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、ＣＲＴ（陰極線管）、ＮＴＳＣのカラーテレビジョン、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）、ＬＥＤ（発光ダイオード）を用いた画像表示装置では、それぞれ３原色となる発光体の色の波長に限界があるとともに、単波長ではないため色の濁りを生じ、色再現域が狭かった。これらに比較して、ＬＳ（レーザスキャナディスプレイ）を用いた画像表示装置は、３原色を発光させるレーザ発振器が、単波長で濁りのない純色が再現できること、又近年の半導体の開発により幅広い波長のレーザ光を発振できるようになったことなどの理由から、図４のＬＳに示す３角形のように、他の方式の画像表示装置と比較して格段に広い色表示領域を達成することができるようになった。
【００４６】
ここで図５は、前述ＣＩＥ色度図において、本実施の形態の投影表示装置１の色再現域を示す図である。従来は、図４に示すようにいずれの方式を用いても３原色を用いて混色を行っていることには変わらず、スペクトル軌跡ＳＰの描く馬蹄形の中で如何に３角形の位置を定めても、このスペクトル軌跡ＳＰの中をカバーすることができなかった。特に従来は前提となる３原色の発色の限界を拡げることが課題であり、再現できない可視光線の波長をなくすことまではそもそも課題とはならなかった。このような中で、半導体レーザを初めとする各種のレーザの開発によりレーザ発振器の発振波長の種類が極めて多くなり、且つレーザスキャナディスプレイが高速で精度の高いスキャニングができるようになったためこの広範な波長を発振できるレーザ発振器を用いた投射表示装置が可能になった。しかしながら、従来の３原色を用いたものでは、再現できない色の領域があり、この再現できない色の領域のため、自然な色の再現ができなかった。例えば、新緑の季節の木々の緑は、５００ｎｍ付近の波長による純色に近い色であるが、このような彩度が大きい透明感のある緑は、従来如何なる方法でも再現できなかった。本実施の形態の投影表示装置１においては、補助レーザ光による４色目の色を混色に用いることにより図５に示すような４角形の範囲の色を再現して色再現域の拡大を達成し、自然な色調の再現を可能にした。
【００４７】
なお、本実施の形態では、補助レーザ光を１色のみ用い画像信号を４色のものとしているが、さらに補助レーザを複数用いることで、色再現域の拡大が可能になることは言うまでもない。
【００４８】
ここで、投影表示装置１に好適な画像信号の生成について説明する。画像信号は、ビデオ信号を生成する図示しないＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）ビデオカメラを用いて生成するが、前述のメタメリズムによれば、色の測定と再現には同一の波長のセンサと発光体を用いるのが望ましいため、画像読み取り用のＣＣＤのカラーフィルターをレーザ発振器１３に合わせて４色にする必要がある。ここで、図６は、この画像読み取り用のＣＣＤ上に配列するカラーフィルターを模式的に示した図である。図６に示すように、レーザ発振器１３により発振されるレーザビームＬＢの波長に対応した４つのフィルターである赤色フィルターＦＲ、緑色フィルターＦＧ_１、青色フィルターＦＢ、補助フィルターＦＧ_２（以下フィルターＦという。）がマトリックス状に配列されている。このフィルターＦを通して、それぞれのレーザ発振器１３に対応した信号が生成される。
【００４９】
以下、このフィルターＦについて詳述する。図７は、赤色フィルターＦＲの透過する波長のスペクトルを示すグラフＧＦＲと、比較のために示す赤色レーザ発振器１３Ｒの発振スペクトルを表すグラフＧ１３Ｒを示す図である。このグラフから分かるように、上述のように赤色の画像信号を生成するために、これにセンサを対応すべくＣＣＤに赤色フィルターＦＲをかけて赤色光を画像信号として記録し、他の波長の光は、カットしている。但し、レーザ発振器１３Ｒの出力する波長に対し、入力する波長の幅を広く取っているのは、信号形成時の光量の確保のためである。このフィルターＦＲは、広帯域のフィルターでよいので、製作が容易でコストの低い染料フィルターを用いることができる。なお、７８０ｎｍより長い波長の光線は、可視光ではないが、ＣＣＤの赤外線感度の補正のためＣＭ−５００等の赤外線カットフィルターを予め設置する。
【００５０】
図８は、従来の緑色フィルターＦＧ_０の透過する波長のスペクトルを示すグラフＧＦＧ_０と、比較のために示す緑色レーザ発振器１３Ｇ_１の発振スペクトルを表すグラフＧ１３Ｇ_１を示す図である。従来の緑色フィルターにおいては、後述するような本実施の形態の補助フィルターＦＧ_２におけるような狭帯域のフィルターは必要がないので、赤色フィルターＦＲと同様な広帯域のフィルターを用いることができる。なお、従来の緑色レーザ発振器は、本実施の形態の緑色レーザ発振器１３Ｇ_１と同一の発振波長を示すため、従来の緑色レーザ発振器も１３Ｇ_１として説明する。
【００５１】
図９は、本実施の形態の青色フィルターＦＢの透過する波長のスペクトルを示すグラフＧＦＢと、比較のために示す青色レーザ発振器１３Ｂの発振スペクトルを表すグラフＧ１３Ｂを示す図である。この場合も、上述の赤色フィルターＦＲや、従来の緑色フィルターＦＧ_０と同様広帯域のフィルターで画像信号を入力させる。
【００５２】
図１０は、本実施の形態の透過する波長のスペクトルを示すグラフＧＦＧ_２と、比較のために示す補助レーザ発振器１３Ｇ_２の発振スペクトルを表すグラフＧ１３Ｇ_２を示す図である。５００ｎｍの波長を発振する補助レーザ発振器１３Ｇ_２は、上述のような従来の緑色フィルターＦＧ_０のような広帯域のフィルターでは、緑色レーザ発振器１３Ｇ_１の波長と近いため、透過する波長域の狭い狭帯域のフィルターを使用する必要が生じる。そのため図１０のＧＦＧ_２に示すような、狭帯域のフィルターＦＧ_２を使用する。この狭帯域のフィルターは、染料フィルターでは製作できないため、干渉フィルターを用いて透過光を選択する。
【００５３】
一方、図１１は、本実施の形態の緑色フィルターＦＧ_１の透過する波長のスペクトルを示すグラフＧＦＧ_１と、比較のために示す緑色レーザ発振器１３Ｇ_１の発振スペクトルを表すグラフＧ１３Ｇ_１を示す図である。この場合も、補助レーザ発振器１３Ｇ_２の発振波長と重複しないように、５１０ｎｍ付近以下は透過しないようなフィルターＦＧ_１を使用する。
【００５４】
図１２は、従来のフィルターＦＲ，ＦＧ_０，ＦＢの透過する波長のスペクトルを示すグラフＧＦＲ，ＧＦＧ_０，ＧＦＢと、比較のために示すレーザ発振器１３Ｒ，１３Ｇ_１，１３Ｂの発振スペクトルを表すグラフＧ１３Ｒ，Ｇ１３Ｇ_１，Ｇ１３Ｂを示す図である。ここで示すように、従来は、３原色の波長が離れていたため、いずれも広帯域のフィルターを使用し、広い範囲の波長を透過させる構成とすることができた。
【００５５】
図１３は、本実施の形態のフィルターＦＲ，ＦＧ_１，ＦＧ_２，ＦＢの透過する波長のスペクトルを示すグラフＧＦＲ，ＧＦＧ_１，ＧＦＧ_２，ＧＦＢと、比較のために示すレーザ発振器１３Ｒ，１３Ｇ_１，１３Ｇ_２，１３Ｂの発振スペクトルを表すグラフＧ１３Ｒ，Ｇ１３Ｇ_１，Ｇ１３Ｇ_２，Ｇ１３Ｂを示す図である。図に示すように、緑色レーザ発振器１３Ｇ_１と補助レーザ発振器１３Ｇ_２の発振波長Ｇ１３Ｇ_１，Ｇ１３Ｇ_２が近接しているため、前述のように狭帯域のフィルターを使用することで、補助レーザ発振器１３Ｇ_２のための画像信号を得ることができる。
【００５６】
上述のようなフィルターＦを備えたＣＣＤビデオカメラにより画像情報をビデオ信号に生成する。この方法は、ＲＧＢ信号の他に補助レーザ光のための補助信号を加えた４色の信号とする他は周知のビデオ信号の生成と同様である。
【００５７】
次に、上記のように生成された画像信号により、投影表示装置１において画像を表示する作用を図１及び図２を参照して説明する。上記のようにして生成された画像情報は、ＣＣＤビデオカメラ又はこの画像情報を録画したテープ等を再生するビデオデッキからインターフェイス４８を介してビデオ信号として入力する。入力されたビデオ信号は、画像入力部４７においてＲＧＢと補助信号のそれぞれの分離信号に分けられる。この分離信号に基づいて制御部４０は、ポリゴンミラー制御部１６にポリゴンミラーの制御信号を送るとともに、レーザ発振器制御部１５にポリゴンミラー１７，１８の回転に同期するように制御信号を送り、レーザ発振器制御部１５は、各レーザ発振器１３Ｒ，１３Ｇ_１，１３Ｇ_２，１３Ｂに駆動信号を送る。
【００５８】
このようにして発光された各レーザビームＬＢ（Ｒ），ＬＢ（Ｇ_１），ＬＢ（Ｂ），ＬＢ（Ｇ_２）は、レーザ合成器１４により１つの光路にまとめられ、主走査ポリゴンミラー１７によりスクリーン５０上を水平方向Ｘに走査される。但し、主走査は、スクリーン５０への投射方向の誤差を考慮して、図２においてやや上方から開始され、レーザビームＬＢがスクリーン５０の走査開始位置方向近傍に設けられた副走査ビームセンサ２０に入射し、副走査ビームセンサ２０から制御部４０にＳＯＳ信号が送られるまではレーザビームＬＢの変調は開始されない。この副走査ビームセンサ２０からのＳＯＳ信号があり、さらに、主走査ビームセンサ１９にレーザビームＬＢが入射したときに、主走査ビームセンサ１９からＳＯＳ信号が制御部４０に送信され、制御部４０は、このＳＯＳ信号に基づいてスクリーン５０上の所定場所から画像を投影するように画像信号に基づいて各レーザ発振器１３の変調を始める。このように１主走査が終了すると、レーザビームＬＢの射出方向は副走査ポリゴンミラー１８により、次の主走査線上に移動するので、再び主走査ビームセンサ１９により送信されるＳＯＳ信号により次の行の主走査が行われる。
【００５９】
このようにしてスクリーン５０上にレーザビームＬＢにより５２５回主走査を行って１／３０秒毎に１画面を表示する。このように高速で精細に走査することで、従来表現できなかった色まで表現するフルカラーの画面を高輝度で連続的に表示でき、なめらかな動画を表示することができる。
【００６０】
なお、この場合、補助レーザ発振器１３Ｇ_２の発振波長は、赤色レーザ発振器１３Ｒの発振波長の略補色の関係にある。前述のように、補助レーザ発振器１３Ｇ_２を発光して５００ｎｍのレーザビームＬＢ（Ｇ_２）を発振しても、赤色レーザ発振器１３Ｒを発光している場合は、混色により図５に示す４角形のそれぞれを示す２つ頂点を結ぶ直線上で、両者の発光の強度により決定される色になる。また、図５から分かるように補助レーザ発振器１３Ｇ_２を発光させる必要があるのは、図５における破線より左の部分の領域の色であり、赤色レーザ発振器１３Ｒがほとんど発光していない場合に限られる。逆に言えば、もし赤色レーザ発振器１３Ｒが発光している時には補助レーザ発振器１３Ｇ_２を発光させる意味は低い。そこで、本実施の形態では、赤色レーザ発振器１３Ｒが発光していないことを条件として、この補助レーザ発振器１３Ｇ_２を発光させるように制御する。このようにすることで不必要な補助レーザ発振器１３Ｇ_２の発光を排除している。逆に、補助レーザ発振器１３Ｇ_２を発光させる画像信号が入力された場合には赤色レーザ発振器１３Ｒの発光をカットするように制御するようにしてもよい。この場合も、５００ｎｍ近傍の波長の色が表示される時には、赤色レーザ発振器１３Ｒが発光すれば、色再現に濁りを生じ、澄んだ５００ｎｍ近傍の波長の色が再現しにくくなるからである。また、このように、補助レーザ発振器１３Ｇ_２を、主レーザ発振器１３Ｍのいずれかと排他的に選択して使用することにより、制御が単純化する。そして、省電力化もはかることができる。これは、補助レーザ発振器が複数ある場合も同様で、同時点灯を３灯までにすることで同様のメリットが生じる。
【００６１】
投影表示装置１は、上記のような構成及び作用を備えるため、従来再現できなかった色なども再現できるようになり、再現できる色の領域が広く、より自然の色に忠実な美しいカラー画像を表示できるという効果がある。
【００６２】
以上、１の実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上述した実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更をし実施することができる。例えば、レーザ発振器を半導体レーザ及びＳＨＧ（非線形光学素子）を用いてもよい。さらに、単一パッケージから複数のレーザ光を発光する半導体レーザアレイでもよい。
【００６３】
【発明の効果】
上記説明から明らかなように、請求項１に係る発明の投影表示装置によれば、画像信号に基づき、加法混色の３原色の波長からなる３種類の主レーザ光及び前記３原色の波長とは異なる波長からなる補助レーザ光をそれぞれ発振するレーザ発振器と、そのレーザ発振器から発振された各波長のレーザ光を一体的に走査して、所定の画面上に所望の画像を投影するレーザスキャナとを備え、前記補助レーザ光は、前記主レーザ光のうち、赤色レーザ光が発振されない場合のみ発振され、前記補助レーザ光の波長は、赤色レーザ光の波長と略補色の関係にあることを特徴とするため、赤色レーザ光の波長と略補色の関係にある波長の補助レーザ光を用いることで、３原色の波長の光では再現できない色彩を再現することができるという効果がある。そのため、より自然の色に近い色再現ができるようになるという効果を奏する。また、補助レーザ光を必要な場合だけ発振させる制御を行うことができるという効果がある。
【００６４】
【００６５】
請求項２に係る発明の投影表示装置では、請求項１に記載の投影表示装置の効果に加え、前記補助レーザ光は、略５００ｎｍに設定されていることを特徴とするため、特に従来の３原色では出すことのできなかった５００ｎｍ近傍の色彩が再現できるという効果がある。
【００６６】
請求項３に係る発明の投影表示装置では、請求項１又は請求項２に記載の投影表示装置の効果に加え、前記画像信号は、前記３原色の波長に対応する画像信号と、前記補助レーザ光の波長に対応する画像信号とにより生成されていることを特徴とするため、補助レーザ光を発振するレーザ発振器を備えた投影表示装置において、この画像信号を用いて好適な制御をすることができるという効果がある。そのため、さらに色の再現性を高めることができるという効果を奏する。
請求項４に係る発明の投影表示装置では、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の投影表示装置の効果に加え、前記３原色の波長及び前記補助レーザ光の波長に対応する４色のビデオ信号による画像信号を入力することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態である投影表示装置１の主要構成を図示した模式図である。
【図２】レーザスキャナ部１０を説明する模式図である。
【図３】ｘ，ｙに、ＪＩＳＺ８７０１（ＸＹＺ表色系による色の表示方法）によるＸＹＺ系の色度座標を用いたＣＩＥ色度図を示す図である。
【図４】ＣＩＥ色度図において、従来の画像表示装置の色再現域を示す図である。
【図５】ＣＩＥ色度図において、本実施の形態の投影表示装置１の色再現域を示す図である。
【図６】画像読み取り用のＣＣＤ上に配列するカラーフィルターを模式的に示した図である。
【図７】本実施の形態の赤色フィルターＦＲの透過する波長のスペクトルを示すグラフＧＦＲと、比較のために示す赤色レーザ発振器１３Ｒの発振スペクトルを表すグラフＧ１３Ｒを示す図である。
【図８】従来の緑色フィルターＦＧ_０の透過する波長のスペクトルを示すグラフＧＦＧ_０と、比較のために示す緑色レーザ発振器１３Ｇ_１の発振スペクトルを表すグラフＧ１３Ｇ_０を示す図である。
【図９】本実施の形態の青色フィルターＦＢの透過する波長のスペクトルを示すグラフＧＦＢと、比較のために示す青色レーザ発振器１３Ｂの発振スペクトルを表すグラフＧ１３Ｂを示す図である。
【図１０】本実施の形態の補助フィルターＦＧ_２の透過する波長のスペクトルを示すグラフＧＦＧ_２と、比較のために示す補助レーザ発振器１３Ｇ_２の発振スペクトルを表すグラフＧ１３Ｇ_２を示す図である。
【図１１】本実施の形態の緑色フィルターＦＧ_１の透過する波長のスペクトルを示すグラフＧＦＧ_１と、比較のために示す緑色レーザ発振器１３Ｇ_１の発振スペクトルを表すグラフＧ１３Ｇ_１を示す図である。
【図１２】従来のフィルターＦＲ，ＦＧ_０，ＦＢの透過する波長のスペクトルを示すグラフＧＦＲ，ＧＦＧ_０，ＧＦＢと、比較のために示すレーザ発振器１３Ｒ，１３Ｇ_１，１３Ｂの発振スペクトルを表すグラフＧ１３Ｒ，Ｇ１３Ｇ_０，Ｇ１３Ｂを示す図である。
【図１３】本実施の形態のフィルターＦＲ，ＦＧ_１，ＦＧ_２，ＦＢの透過する波長のスペクトルを示すグラフＧＦＲ，ＧＦＧ_１，ＧＦＧ_２，ＧＦＢと、比較のために示すレーザ発振器１３Ｒ，１３Ｇ_１，１３Ｇ_２，１３Ｂの発振スペクトルを表すグラフＧ１３Ｒ，Ｇ１３Ｇ_１，Ｇ１３Ｇ_２，Ｇ１３Ｂを示す図である。
【符号の説明】
１投影表示装置
２本体
１０レーザスキャナ部
１１スキャナ
１２スキャナ制御部
１３レーザ発振器
１３Ｒ赤色レーザ発振器
１３Ｇ_１緑色レーザ発振器
１３Ｂ青色レーザ発振器
１３Ｇ_２補助レーザ発振器
１４レーザビーム合成器
１４Ａ第１レーザビーム合成器
１４Ｂ第２レーザビーム合成器
１４Ｃ第３レーザビーム合成器
１５レーザ発振器制御部
１６ポリゴンミラー制御部
１７主走査ポリゴンミラー
１８副走査ポリゴンミラー
１９主走査ビームセンサ
２０副走査ビームセンサ
４０制御部
４７画像入力部
４８インタフェイス
５０スクリーン
５１ｆθレンズ
ＬＢレーザビーム
ＬＢ（Ｒ）赤色レーザビーム
ＬＢ（Ｇ_１）緑色レーザビーム
ＬＢ（Ｂ）青色レーザビーム
ＬＢ（Ｇ_２）補助レーザビーム

Claims

画像信号に基づき、加法混色の３原色の波長からなる３種類の主レーザ光及び前記３原色の波長とは異なる波長からなる補助レーザ光をそれぞれ発振するレーザ発振器と、
そのレーザ発振器から発振された各波長のレーザ光を一体的に走査して、所定の画面上に所望の画像を投影するレーザスキャナと
を備え、
前記補助レーザ光は、前記主レーザ光のうち、赤色レーザ光が発振されない場合のみ発振され、
前記補助レーザ光の波長は、赤色レーザ光の波長と略補色の関係にあることを特徴とする投影表示装置。
前記補助レーザ光は、
略５００ｎｍに設定されていること
を特徴とする請求項１に記載の投影表示装置。
前記画像信号は、
前記３原色の波長に対応する画像信号と、前記補助レーザ光の波長に対応する画像信号とにより生成されていること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の投影表示装置。
前記３原色の波長及び前記補助レーザ光の波長に対応する４色のビデオ信号による画像信号を入力する入力手段を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の投影表示装置。