JP4263088B2 - プロジェクタ用照明装置。 - Google Patents

Description

本発明は、プロジェクタに用いられる照明装置に関し、特にカラーホイールを用いて光り三原色を時分割し、これに同期させてライトバブル駆動を行うことでカラー表示を行う単板ライトバルブ方式のプロジェクタに用いる照明装置に関する。

従来から、例えば、テレビ放送映像やテレビカメラにより撮像された自然画像を主体とした映像（以下、単にテレビ映像と称する）、あるいはコンピュータ機器により作成したグラフィック映像（以下、単にＰＣグラフィック映像と称する）を投影拡大して表示する装置として、プロジェクタ（投写型表示装置とも称する）が用いられている。

このプロジェクタには、これまで光三原色専用に設けられたライトバルブを、映像情報に応じて光変調し、合成して投影することで、カラー映像表示を行うことが一般的であったが、反射型液晶や、ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）に代表される、応答速度の速いライトバルブ素子の開発に伴って、カラーホイールに代表される光三原色の時分割手段と、これに応じたライトバルブ駆動、及び人の視覚積分効果を利用することにより、単板ライトバルブによるカラー表示が可能なってきている。

この単板ライトバルブを用いたプロジェクタは、スクリーンに投影表示される画像を明るくするために、白ピークを上げて画面全体を明るくする方法が用いられている。この単板ライトバルブを用いたプロジェクタの光学系に用いるカラーホイールには、図５（ａ）に示すように、放射状に配置された赤色（以下、Ｒと称する）、緑色（以下、Ｇと称する）、青色（以下、Ｂと称する）を透過させる色フィルタからなり、このカラーホイールを光路中において回転させることにより、カラーホイールを透過したＲ，Ｇ，Ｂの色光が時間的に順次切り換わることにより投射画像のカラー化が図られている。

このカラーホイールのＲ，Ｇ，Ｂの各フィルタを透過した色光により投射表示された画像のＲ，Ｇ，Ｂの各色毎の色度は、最も良好に表示され、かつ、それぞれのＲ，Ｇ，Ｂの明るさも最良状態となる。しかし、このＲ，Ｇ，Ｂを加算生成する白色（以下、単にＷと称する）は、比較的暗くなる。つまり、図５（ｂ）に示すように、人間の眼は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色の明るさに比して、Ｗの明るさに影響を受けて画像全体が暗い方向に表示されているように認識する。

このために、カラーホイールに、図５（ｃ）に示すように、Ｒ，Ｇ，Ｂのフィルタに加えて、Ｗのフィルタを設けることが行われている。これにより、Ｗフィルタを透過した光と、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれのフィルタを透過した光とが加算表示されるために、図５（ｄ）に示すように、人間の眼は、Ｗに反応して画像全体が明るくなったと認識すると共に、このＷの明るさに影響を受けて、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色は逆に暗くなり黒ずんだように認識される。つまり、Ｒ，Ｇ，Ｂの色度が悪化して、例えば、肌色が茶色に認識されてしまう。

すなわち、単板ライトバブルを用いたプロジェクタは、画像全体を明るくするために、Ｗのピークを上げると、人間の眼の性質からＲ，Ｇ，Ｂの各色が暗く黒ずんだように認識されて、色の再現性が悪化してしまう課題があった。

本発明は、このような事情に鑑みて、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色の再現性を確保しつつ、画像全体の明るさの調整が可能なプロジェクタ用照明装置を提供することを目的としている。

本発明のプロジェクタ用照明装置は、光源から放射された光を透過させる少なくとも赤、緑、青の色フィルタが放射状に、外周側から内周側に向けて順次、色の濃さを変化させて設けられ、各色フィルタの透過波長が外周側から内周側に向けて任意傾斜で透過域が広がる設定が施されている回転カラーホイール手段と、この回転カラーホイール手段を透過した光を映像信号に応じて変調する単板ライトバルブ手段と、この単板ライトバルブ手段により反射された光をスクリーンに投射させる投射レンズ手段と、前記光源から放射された光の中心軸に対して、前記回転カラーホイール手段の光の透過位置を前記回転カラーホイール手段の半径方向にスライドさせるカラーホイールスライド手段とを具備することを特徴とする。

本発明のプロジェクタ用照明装置の前記カラーホイールのスライド方向の標準位置は、前記プロジェクタの映像信号種類に応じて自動設定されることを特徴としている。

本発明のプロジェクタ用照明装置により、スクリーンに表示される画像全体の明るさを必要に応じて調整でき、その画像を明るくした際のＲ，Ｇ，Ｂの各色の暗く黒ずんだ認識度合いを低減させることが可能となった。

本発明のプロジェクタ用照明装置は、画像の明るさの調整に応じて赤色、緑色、青色による各色が暗く黒ずむ程度を抑制でき、プロジェクタの用途と表示される画像内容に応じた画像の明るさと各色の再現性の設定が可能となった。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。最初に、本発明に係るプロジェクタ（投射表示装置）の照明装置の全体構成について、図１を用いて説明する。
このプロジェクタの照明装置は、光源１０、カラーホイール１１、ライトパイプ１４、リレーレンズ１５、デジタルライトバルブ１６、投射レンズ１９、及びスクリーン２０からなっている。

光源１０は、白色光を放射するランプ１０ａと、このランプ１０ａから放射された白色光を反射集光させて一方向に投射させる楕円面を有するリフレター１０ｂから構成されている。この光源１０から放射された白色光の光軸と直交すると共に、白色光の集光点によりも若干光源１０よりの位置に回転カラーホイール手段であるカラーホイール１１が設けられている。

このカラーホイール１１は、少なくともＲ，Ｇ，Ｂを透過させる色フィルタが放射状に略等間隔に設けられた円盤状に形成され、その中心に設けられた回転軸１２には、回転モータ１３が接続されている。この回転モータ１３により回転軸１２を中心にカラーホイール１１が回転し、光源１０の白色光がＲ，Ｇ，Ｂの各フィルタを透過してＲ，Ｇ，Ｂの各色光として出射される。このカラーホイール１１の出射光側には、ライトパイプ１４が設けられている。

このライトパイプ１４は、前記光源１０の光軸と同じ中心軸を有しており、光源１０からの白色光を集光した際に生じる輝度ムラを低減させて光の強度を均一化するものである。このライトパイプ１４は、表面鏡をパイプの内周面に設け、その表面鏡の反射作用を利用して光を複数回反射させて光の強度の均一化を図っている。前記光源１０の白色光は、このライトパイプ１４の入射端面に集光され、ライトパイプ１４の内周面の表面鏡により複数回反射されて出射端面から強度が均一な光がリレーレンズ１５へと出射される。

このライトパイプ１４により強度が均一化され光は、リレーレンズ１５を介して、単板ライトバルブ手段であるデジタルライトバルブ１６へと放射される。このデジタルライトバルブ１６は、前述したデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）１７と、このＤＭＤ１７を駆動制御するプロセッサ１８からなり、ＤＬＰ（Ｒ）である。

このＤＭＤ１７は、前述したように、画素を構成する可動式のマイクロミラーが数十万個以上配列されており、このマイクロミラーの可動を映像信号に基づいてプロセッサ１８により制御する。

このデジタルライトバルブ１６のＤＭＤ１７により反射された光は、投射レンズ手段である投射レンズ１９により所定の位置に設置されているスクリーン２０に拡大投影されて画像が表示される。

このような構成のプロジェクタにおいて、前記カラーホイール１１は、回転軸１２を光源１０の光軸と平行に図中の回転軸１２’で示すように、スライド可能となっている。つまり、カラーホイール１１は、Ｒ，Ｇ，Ｂの色フィルタが設けられた円盤の半径方向にスライド可能になっている。

次に、このカラーホイール１１の色フィルタの構成について、図２と図３を用いて説明する。図２に示すように、カラーホイール１１は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色フィルタが所定の間隔により放射状に配置されている。このＲ，Ｇ，Ｂの各色フィルタは、それぞれの外周側にそれぞれの色の所定の波長に形成され、内周側に向かうにつれて波長シフトさせて色が順次薄くなるように形成されている。つまり、前記カラーホイール１１の外周側には、図３に示すＣＩＥの色度図のＲ，Ｇ，Ｂ各色の所定の波長に相当するＲ，Ｇ，Ｂ色が透過するように設けられており、内周側になるにつれて、このＣＩＥの色度図のＲ，Ｇ，Ｂの所定の波長からそれぞれがＷ方向に近づけたＲ，Ｇ，Ｂ各色の波長を順次シフトさせて色が順次薄くしたＲ，Ｇ，Ｂが設けられている。つまり、Ｒ，Ｇ，ｂ各色の透過波長は、カラーホイール１１の外周側から内周側に向けて任意傾斜で透過域が広がる設定が施されている。

一方、カラーホイール１１の回転軸１２は、図２と図４に示すように、基準位置Ｘからカラーホイールの半径方向に、第１の位置Ｘａと第２の位置Ｘｂの各位置にスライド可能な図示していないカラーホイールスライド手段を有している。光源１０とライトパイプ１４の光軸中心が同一線上に固定されている状態において、回転軸１２が基準位置Ｘの場合は、光源１０からの白色光がカラーホイール１１の外周側に設けられたＲ，Ｇ，Ｂの所定波長のＲ，Ｇ，Ｂ色フィルタ部分を透過してライトパイプ１４に入射させる位置とする。回転軸１２が第１の位置Ｘａの場合は、光源１０からの白色光がカラーホイール１１の外周側に設けられたＲ，Ｇ，Ｂの所定波長のＲ，Ｇ，Ｂ色フィルタ部分を透過した透過光と、カラーホイール１１の外周の外側から漏れた白色光とをライトパイプ１４に入射させる位置とする。回転軸１２が第２の位置Ｘｂの場合は、光源１０からの白色光がカラーホイール１１の内周側に設けられたＲ，Ｇ，Ｂの所定波長から波長シフトさせた色の薄いＲ，Ｇ，Ｂ色フィルタ部分の透過光をライトパイプ１４に入射させる位置とする。

すなわち、カラーホイール１１の回転軸１２が基準位置Ｘにおいて回転駆動させた際のライトパイプ１４に入射される光は、カラーホイール１１のＲ，Ｇ，Ｂ各色フィルタの所定波長の部分を透過した透過Ｒ，Ｇ，Ｂ光であるから、ＤＭＤ１７により反射されて投射レンズ１９からスクリーン２０に投影される画像のＲ，Ｇ，Ｂ色の再現性や演色性が最も良好となる。しかし、前述したように、画像全体は暗くなる。

このカラーホイール１１の回転軸１２を第１の位置Ｘａにスライドさせると、ライトパイプ１４ａに入射される光は、カラーホイール１１のＲ，Ｇ，Ｂ各色フィルタの所定波長の部分を透過した透過Ｒ，Ｇ，Ｂ光と、カラーホイール１１の外周の外側から漏れた白色光とがＤＭＤ１７により反射されて投射レンズ１９からスクリーン２０に投影される。このために、Ｒ，Ｇ，Ｂ色にＷ色が加算されて、カラーホイール１１が基準位置Ｘの場合の画像よりも画像全体が明るくなるが、Ｒ，Ｇ，Ｂ色の再現性や演色性はＷ色が占有した分だけ暗く黒ずむことになる。

また、このカラーホイール１１の回転軸１２を第２の位置Ｘｂにスライドさせると、ライトパイプ１４ｂに入射される光は、カラーホイール１１のＲ，Ｇ，Ｂ各色フィルタの所定波長からスライドさせた色の薄い部分を透過した透過Ｒ，Ｇ，Ｂ光がＤＭＤ１７により反射されて投射レンズ１９からスクリーン２０に投影される。このために、薄いＲ，Ｇ，Ｂ色により生成される画像は、カラーホイール１１が基準位置Ｘの際の画像よりも画像全体が明るくなるが、Ｒ，Ｇ，Ｂ色が若干暗く黒ずみ再現性や演色性が若干劣る。しかし、第１の位置Ｘａの画像に比較して、画像全体の明るさは暗くなるが、Ｒ，Ｇ，Ｂの再現性や演色性が改善される。

つまり、カラーホイール１１に設けられている波長をシフトさせて設けられているＲ，Ｇ，Ｂの色フィルタの光透過位置を変えることによりスクリーン２０に投影される画像全体の明るさと、Ｒ，Ｇ，Ｂからなる色の再現性や演色性を選択することができる。

なお、上記説明において、カラーホイール１１のＲ，Ｇ，Ｂの各色フィルタを外周側から内周側にかけて順次波長をシフトさせ、順次色を薄くなるようにしているが、ＲとＧの色フィルタのみに外周側から内周側にかけて順次波長をシフトさせ、順次色が薄くなるようにしても良い。すなわち、前述したように、画像の全体の明るさを明るくすると、Ｒ，Ｇ，Ｂの再現性や演色性が損なわれて、暗く黒ずむことになるが、この場合に、Ｒ，Ｇから生成される黄色系に黒ずみが顕著に現れる。このために、Ｒ，Ｇの色フィルタのみに波長シフトさせて色を順次薄くして、カラーホイール１１の回転軸１２の位置をスライドさせることにより黄色系の黒ずみの改善が可能となる。また、カラーホイール１１は、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの色フィルタを円盤状の透明基板に彩色させたり、あるいは、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの色フィルタを個別に扇形に形成し、その扇形に形成されたそれぞれのＲ，Ｇ，Ｂの色フィルタを円盤状に組み立てるために、彩色の効率や個々の色フィルタの製作と円盤状への組立が容易となる。

また、カラーホイール１１のＲ，Ｇ，Ｂの色フィルタの波長は、外周側から内周側へと順次波長をシフトさせて、外周側に比して内周側の色が薄くなるように設定されている。これは、カラーホイール１１を所定の回転数において回転させている状態において、光源１０からの光がカラーホイール１１を透過する際に、各Ｒ，Ｇ，Ｂの色フィルタの外周側と内周側とでは、光透過の期間が異なる。つまり、カラーホイール１１を透過する光のスポット径に対して、カラーホイール１１の外周側のＲ，Ｇ，Ｂの各色フィルタ範囲は広く取れるために、Ｒ，Ｇ，Ｂの再現性や演色性が良好となる。一方、カラーホイール１１の回転軸１２よりの内周側のＲ，Ｇ，Ｂの各色フィルタ範囲は、光のスポット径に対して狭くなるために、Ｒ，Ｇ，Ｂの再現性と演色性は落ちるために、不具合が確認されにくくなる。すなわち、色フィルタを透過光した光をＤＭＤ１７により反射させる際に、このＤＭＤ１７をプロセッサ１８により駆動制御する信号の量子化によるノイズの発生が低減される。なお、カラーホイール１１に、波長をシフトさせたＲ，Ｇ，Ｂの色フィルタ以外に、Ｗ色フィルタを設けても良く。これにより画面全体を明るくすることができ、この明るい画面におけるＲ，Ｇ，Ｂは薄いために暗さと黒ずみが軽減される。

さらにまた、カラーホイール１１の回転軸１２のスライドの位置設定は、プロジェクタにより投影表示させる映像源によって選択設定させるようにする。つまり、プロジェクタの設置場所や使用目的によりスクリーン２０に投影表示される画像は異なる。例えば、テレビ映像を表示させる場合は、それほど広くない室内において少人数により使用するために、画像全体は多少暗くても、Ｒ，Ｇ，Ｂの再現性や演色性の良好な表示が求められる。また、ＰＣグラフィック映像を表示させる場合は、比較的広い室内において多人数により使用するために、Ｒ，Ｇ，Ｂが暗く黒ずんでも、画像全体が明るい表示が求められる。すなわち、テレビ映像は、自然画が中心であることからＲ，Ｇ，Ｂにより生成され各中間色の再現性や演色性が重視される。一方、ＰＣグラフィック映像は、Ｒ，Ｇ，Ｂを基本とした原色により表現されることから多少暗く黒ずんでも画像全体が明るい画像が好まれる。

このように、プロジェクタの使用環境と表示させる画像内容によりカラーホイール１１の回転軸１２の位置をスライドできるように、カラーホイール１１のカラーホイールスライド手段に、スライド位置を設定する機能を設ける。このスライド位置設定機能は、例えば、プロジェクタに設けられている複数の映像信号入力端子を選択指定するスイッチに連動して、カラーホイール１１の回転軸１２を映像信号入力端子に応じた位置にスライドさせるようにする。

以上説明したように、本発明の係るプロジェクタ用照明装置は、カラーホイールを透過した抗原からの光を映像信号により駆動制御されるＤＭＤ１７素子によりスクリーンに反射投影させて画像をスクリーンに表示させる際に、カラーホイールに設けたＲ，Ｇ，Ｂの色フィルタの波長をカラーホイールの外周側から内周側に向けて半径方向にシフトさせて色が薄くなるように形成して、カラーホイールの光の透過位置を変えることにより、プロジェクタの使用場所や表示画像内容に応じた最適画像の表示が可能となった。

本発明に係るプロジェクタの全体構成を示すブロック図。 本発明に係るプロジェクタに用いるカラーホイールの構成を示す平面。 本発明に係るプロジェクタに用いるカラーホイールに設けられているＲ，Ｇ，Ｂの波長シフトを説明するＣＩＦの色度図。 本発明に係るプロジェクタに用いる照明装置の構成を示すブロック図。 従来のプロジェクタに用いられるカラーホイールの構成と表示画像の画面の明るさとＲ，Ｇ，Ｂの明るさの問題点を説明する説明図。

符号の説明

１０ 光源
１１ カラーホイール
１２ 回転軸
１３ 回転モータ
１４ ライトパイプ
１５ リレーレンズ
１６ デジタルライトバブル
１７ デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）
１８ プロセッサ
１９ 投射レンズ
２０ スクリーン
代理人 弁理士 伊藤 進

Claims (2)

1. 光源から放射された光を透過させる少なくとも赤、緑、青の色フィルタが放射状に、外周側から内周側に向けて順次、色の濃さを変化させて設けられ、各色フィルタの透過波長が外周側から内周側に向けて任意傾斜で透過域が広がる設定が施されている回転カラーホイール手段と、
   この回転カラーホイール手段を透過した光を映像信号に応じて変調する単板ライトバルブ手段と、
   この単板ライトバルブ手段により反射された光をスクリーンに投射させる投射レンズ手段と、
   前記光源から放射された光の中心軸に対して、前記回転カラーホイール手段の光の透過位置を前記回転カラーホイール手段の半径方向にスライドさせるカラーホイールスライド手段とを具備することを特徴とするプロジェクタ用照明装置。
2. 前記カラーホイールスライド手段のスライド方向の標準位置は、前記プロジェクタの映像信号種類に応じて自動設定されることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ用照明装置

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