JP6649610B2

JP6649610B2 - 投射型画像表示装置

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Publication number: JP6649610B2
Application number: JP2016005050A
Authority: JP
Inventors: 慎二菊間; 隆嗣相崎; 康貴在原
Original assignee: JVCKenwood Corp
Current assignee: JVCKenwood Corp
Priority date: 2016-01-14
Filing date: 2016-01-14
Publication date: 2020-02-19
Anticipated expiration: 2036-01-14
Also published as: EP3203732B1; CN106990462B; JP2017125947A; US20170205696A1; EP3203732A1; US9835937B2; CN106990462A

Description

本発明は、投射型画像表示装置に関する。

投射型画像表示装置は、例えば青色レーザ光源及び黄色蛍光体が照明光源として用いられる。青色光画像は青色レーザ光源を照明光源として生成される。赤色光画像及び緑色光画像は黄色蛍光体を照明光源として生成される。具体的には、黄色蛍光体は、青色レーザ光源からレーザ光が照射されることにより、照射されたレーザ光のエネルギを赤色帯域及び緑色帯域を含む波長帯域の黄色光に変換する。

黄色蛍光体により変換された黄色光には、赤色帯域と緑色帯域との間に不要な波長帯域の成分が多く含まれている。そのため、色域は黄色側に偏って全体的に小さくなる。

特許文献１には、赤色帯域と緑色帯域との間の不要な波長帯域の成分をフィルタで除去する投射型画像表示装置が記載されている。

特開２０１２−８８４７３号公報

特許文献１に記載されているような投射型画像表示装置では、フィルタにより色域は拡大されるものの、画像の明るさが低下したり、ホワイトバランスがずれたりする。

本発明は、フィルタによる画像の明るさの低下やホワイトバランスのずれを抑制することが可能な投射型画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、青色照明光を射出する光源と、前記青色照明光の一部から赤色帯域の成分及び緑色帯域の成分を含む第１波長帯域の黄色照明光を生成し、前記青色照明光と前記黄色照明光を反射する蛍光体と、透明基板と、前記透明基板の一面側に形成され、前記蛍光体により反射された青色照明光の一部を前記蛍光体側に反射させる第１誘電体多層膜と、前記透明基板の他面側に形成され、前記黄色照明光の前記第１波長帯域より狭い第２波長帯域の成分を減衰させる第２誘電体多層膜とを有するフィルタとを備え、前記蛍光体は、前記フィルタの前記第１誘電体多層膜により反射された青色照明光からも黄色照明光を生成する投射型画像表示装置を提供する。

本発明の投射型画像表示装置によれば、色域を拡大し、かつ、フィルタによる画像の明るさの低下やホワイトバランスのずれを抑制することが可能になる。

第１実施形態の投射型画像表示装置を示す構成図である。第１実施形態の投射型画像表示装置のフィルタを模式的に示す断面図である。フィルタに照射される黄色照明光及び青色照明光の分光分布図である。第１実施形態の投射型画像表示装置のフィルタの分光透過率特性図である。第１実施形態の投射型画像表示装置のフィルタに入射する黄色照明光及び青色照明光の分光分布図である。第１実施形態の投射型画像表示装置のフィルタから射出される黄色照明光及び青色照明光の分光分布図である。第１実施形態の投射型画像表示装置の明るさ優先モードを説明するための概念図である。ダイクロイックミラーにより色分離された青色照明光、赤色照明光、及び、緑色照明光の分光分布図である。比較例のフィルタの分光透過率特性図である。比較例のフィルタから射出される黄色照明光及び青色照明光の分光分布図である。第１実施形態の投射型画像表示装置のフィルタが光路上に配置されている状態における色度図である。第１実施形態の投射型画像表示装置のフィルタが光路上から退避している状態における色度図である。比較例の色度図である。表示画像の色温度、明るさ、及び、色域の比較結果を示す比較図である。第２実施形態の投射型画像表示装置を示す構成図である。第２実施形態の投射型画像表示装置の第１フィルタの分光透過率特性図である。第２実施形態の投射型画像表示装置の第２フィルタの分光透過率特性図である。第２実施形態の投射型画像表示装置のフィルタを模式的に示す断面図である。

図１〜図１８を用いて第１実施形態及び第２実施形態の投射型画像表示装置を説明する。第１実施形態及び第２実施形態の投射型画像表示装置は、フィルタの構成が異なり、それ以外の構成は同じである。

［第１実施形態］
図１を用いて第１実施形態の投射型画像表示装置を説明する。図１は第１実施形態の投射型画像表示装置の全体的な構成を示している。

投射型画像表示装置１００は、光源１、蛍光体２、偏光変換素子（ＰＣＳ（Polarization Conversion System））３、ダイクロイックミラー４〜６、反射型偏光板７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ、色合成プリズム８、画像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ，レンズ２０〜３０、反射ミラー４０〜４２、フィルタ５０、及び、モータ６０を備える。

光源１は例えば複数の青色レーザ素子ＢＬが配列されたレーザアレイで構成されている。光源１は青色レーザ光を射出する。以下、青色レーザ光を青色照明光と称す。

集光レンズ２０，２１，２２は入射光である青色照明光を集光する。

ダイクロイックミラー４は、青色照明光を反射し、黄色照明光を透過させる機能を有する。

蛍光体２は、光源１から照射された光のエネルギ、具体的には光源１から照射された青色照明光の一部のエネルギ強度に応じた強度の赤色帯域の成分及び緑色帯域の成分を含む第１波長帯域の黄色照明光を生成する蛍光層を有し、蛍光層を透過した黄色照明光と青色照明光とを反射する反射面を有する。

光源１（青色レーザ素子ＢＬ）及び蛍光体２は照明光源を構成する。コリメータレンズ２３は入射光を平行光にする。

第１実施形態におけるフィルタ５０は、反射ミラー４０とフライアイレンズ２４との間の光路上に挿入及び退避自在に配置されている。フィルタ５０は、青色照明光の一部を蛍光体２側に反射し、黄色照明光の第１波長帯域より狭い第２波長帯域の成分を減衰させる。

つまり、青色照明光の一部を反射し、それ以外を透過させる所定波長帯域反射フィルタとしての機能と、赤色照明光の帯域と緑色照明光の帯域との間の不要な波長帯域の成分を減衰させ、それ以外の波長帯域の成分を透過させるノッチフィルタとしての機能とを有する。

なお、フィルタ５０は、コリメータレンズ２３とフライアイレンズ２４との間の平行光の光路上の任意の位置に配置することが望ましい。第１実施形態では、第２波長帯域の成分を吸収することで減衰させている。

図２（ａ）及び図２（ｂ）を用いてフィルタ５０を説明する。図２（ａ）及び図２（ｂ）はフィルタ５０を模式的に示す断面図である。

図２（ａ）に示すように、フィルタ５０は、ガラス基板等の透明基板５１と、透明基板５１の一面（例えば入射面）５１ａ側に形成された誘電体多層膜（第１誘電体多層膜）５２と、透明基板５１の他面（例えば射出面）５１ｂ側に形成された誘電体多層膜（第２誘電体多層膜）５３とを有する。

誘電体多層膜５２は、青色照明光の一部を反射し、それ以外を透過させる。つまり、所定波長帯域反射フィルタとしての機能を有する。誘電体多層膜５２は、高屈折率誘電体膜と低屈折率誘電体膜とが交互に積層された多層膜である。誘電体多層膜５２の誘電体膜材料、各膜厚、及び層数等により、青色照明光の反射率を所望の値に設定することが可能である。

誘電体多層膜５３は、黄色照明光の第１波長帯域より狭い第２波長帯域の成分を減衰させる。つまり、赤色帯域と緑色帯域との間の波長帯域の成分を減衰させ、それ以外の波長帯域の成分を透過させるノッチフィルタとしての機能を有する。誘電体多層膜５３は、高屈折率誘電体膜と低屈折率誘電体膜とが交互に積層された多層膜である。誘電体多層膜５３の誘電体膜材料、各膜厚、及び層数等により、成分を減衰させるための波長帯域を所望の範囲に設定することが可能である。ここで、赤色照明光の帯域と緑色照明光の帯域との間の波長帯域の成分を完全に除去することで、各色の照明光の色純度を高めることができる。

フィルタ５０は、誘電体多層膜５２が光路上の入射側に形成され、誘電体多層膜５３が射出側に形成されていてもよいし、誘電体多層膜５２が射出側に形成され、誘電体多層膜５３が入射側に形成されていてもよい。

また、図２（ｂ）に示すように、透明基板５１の一面５１ａ側に、青色照明光の一部を蛍光体２側に反射させ、黄色照明光の第１波長帯域より狭い第２波長帯域の成分を減衰させる誘電体多層膜５４を形成してもよい。具体的には、青色照明光の一部を反射し、それ以外を透過させる所定波長帯域反射フィルタとしての機能と、赤色帯域と緑色帯域との間の波長帯域の成分を減衰させ、それ以外の波長帯域の成分を透過させるノッチフィルタとしての機能とを有する誘電体多層膜５４を形成してもよい。

誘電体多層膜５４の誘電体膜材料、各膜厚、及び層数等により、青色照明光の反射率を所望の値に設定し、赤色帯域と緑色帯域との間の成分を減衰させるための波長帯域を所望の範囲に設定することが可能である。ここで、他面５１ｂに他面５１ｂの反射率を下げる反射防止膜を形成してもよい。なお、誘電体多層膜５４は透明基板５１の他面５１ｂ側に形成されていてもよく、さらに、誘電体多層膜５４の光の入射側に誘電体多層膜５４の反射率を下げるための反射防止膜を形成してもよい。

モータ６０は、フィルタ５０を光路上に挿入したり、光路上から退避させたりする駆動部としての機能を有する。モータ６０は駆動部の一例である。

フライアイレンズ２４，２５は、画像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂに照射される赤色照明光、緑色照明光、青色照明光の照明分布を均一化する。ＰＣＳ３は、入射した照明光をｐ偏光に揃える。クロスダイクロイックミラー５は、入射した黄色照明光（赤色照明光及び緑色照明光を含む）と青色照明光とを分離する。

ダイクロイックミラー６は、分離波長を分離境界として、入射した光を反射と透過によって分離する。第１実施形態においては、具体的には、入射した黄色照射光に対して緑色照明光を反射し、赤色照明光を透過させて、緑色照明光と赤色照明光とに分離する。ここで、緑色照明光の反射率と赤色照明光の透過率は、分離波長を境界として短波長側が反射率１００％、長波長側が透過率１００％になる。

分離波長の付近の波長では、緑色照明光の反射率と赤色照明光の透過率が小さくなるため、分離境界には、分離波長を中心とした幅があると言える。この分離境界の幅によって、赤色照明光には緑色の波長帯域の成分が含まれ、緑色照明光には赤色の波長帯域の成分が含まれる。分離境界の幅がないことが光エネルギの利用効率の観点で理想的である。

反射型偏光板７Ｒ，７Ｇ，７Ｂは、ｓ偏光を反射し、ｐ偏光を透過させる機能を有する。反射型偏光板７Ｒ，７Ｇ，７Ｂは例えばワイヤグリッドで構成することができる。

画像表示素子１０Ｒは、赤色の成分の画像データに基づいて、照射された赤色照明光を光変調して赤色画像光を生成するための赤色画像用光変調素子である。

画像表示素子１０Ｇは、緑色の成分の画像データに基づいて、照射された緑色照明光を光変調して緑色画像光を生成するための緑色画像用光変調素子である。

画像表示素子１０Ｂは、青色の成分の画像データに基づいて、照射された青色照明光を光変調して青色画像光を生成するための青色画像用光変調素子である。

色合成プリズム８は、青色画像光及び赤色画像光を反射し、緑色画像光を透過させて、赤色画像光、緑色画像光、及び、青色画像光を合成する機能を有する。

投射レンズ３０は、赤色画像光、緑色画像光、及び、青色画像光をスクリーン等へ投射し、フルカラー画像を表示する。

フィルタ５０が光路上に配置されている状態、及び、フィルタ５０が光路上から退避されている状態について、図１〜図８を用いて説明する。

フィルタ５０が光路上に配置されている状態を色域優先モードと称す。色域優先モードは表示画像の色再現性を優先するモードである。フィルタ５０が光路上から退避されている状態を明るさ優先モードと称す。明るさ優先モードは表示画像の明るさを優先するモードである。

［色域優先モード］
図１〜図６を用いて色域優先モードを説明する。第１実施形態の色域優先モードとは、フィルタ５０が光路上に配置されている状態である。

図１に示すように、光源１から射出された青色照明光Ｂａは、集光レンズ２０により集光され、ダイクロイックミラー４により反射される。青色照明光Ｂａは、集光レンズ２１，２２によりさらに集光され、蛍光体２に照射される。

蛍光体２は、照射された青色照明光Ｂａのエネルギを変換して赤色帯域及び緑色帯域を含む第１波長帯域の黄色照明光Ｙａを生成する。

蛍光体２により生成された黄色照明光Ｙａは、集光レンズ２２，２１及びダイクロイックミラー４を透過してコリメータレンズ２３に入射する。なお、蛍光体２に照射された青色照明光Ｂａの一部は、黄色照明光Ｙａに変換されずに蛍光体２で反射し、青色照明光Ｂｂとしてコリメータレンズ２３に入射する。

コリメータレンズ２３に入射した黄色照明光Ｙａ及び青色照明光Ｂｂは平行光となり、反射ミラー４０によりフィルタ５０に向けて反射される。

図３は、フィルタ５０に照射される黄色照明光Ｙａ及び青色照明光Ｂｂの分光分布図である。縦軸はエネルギ（黄色照明光Ｙａのピーク値を１とした相対値）を示す。横軸は波長（ｎｍ）を示す。第１実施形態においては、黄色照明光Ｙａのピーク値が１に対して、青色照明光Ｂｂのピーク値は約２．２である。

青色照明光Ｂｂはレーザ光のため波長帯域が狭い。一方、黄色照明光Ｙａは、青色照明光Ｂｂが蛍光体２により変換されて生成されるため、青色照明光Ｂｂのエネルギ強度に応じたエネルギ強度の赤色帯域及び緑色帯域を含む広い波長帯域を有する。蛍光体２の変換効率と各色の光変調素子に入射する光強度を考慮して、青色照明光Ｂｂのエネルギ強度を決めてもよい。

図４はフィルタ５０の分光透過率特性図である。縦軸は透過率（％）を示す。横軸は波長（ｎｍ）を示す。

フィルタ５０は、例えば青色照明光Ｂｂの約３０％を反射させ、約７０％を透過させる。また、フィルタ５０は、例えば、赤色照明光の帯域と緑色照明光の帯域との間の第２波長帯域の成分、つまり、５６０ｎｍ〜６００ｎｍの波長帯域の成分を減衰させる。具体的には、第２波長帯域は、ダイクロイックミラー６の分離境界の幅よりも広い帯域となる。

青色照明光Ｂｂの一部はフィルタ５０により青色照明光Ｂｃとして反射され、それ以外の青色照明光Ｂｂはフィルタ５０を透過して青色照明光Ｂｄとして射出される。反射された青色照明光Ｂｃは、さらに反射ミラー４０により反射され、コリメータレンズ２３及び集光レンズ２１，２２を介して蛍光体２に照射される。蛍光体２は、照射された青色照明光Ｂｃのエネルギを変換して赤色帯域及び緑色帯域を含む蛍光帯域の黄色照明光Ｙｂを生成する。

従って、フィルタ５０には、光源１から射出された青色照明光Ｂａにより生成された黄色照明光Ｙａと、フィルタ５０からの戻り光である青色照明光Ｂｃにより生成された黄色照明光Ｙｂとを含む黄色照明光Ｙｃが入射する。

ここで、投射型画像表示装置１００の設計において、各色の画像表示素子に入射させたい帯域を必要な波長帯域として予め決定する。各色の画像表示素子に入射させたい帯域以外の成分は不要な成分となる。フィルタ５０の第２波長帯域を上記の不要な帯域として設定することで、各色の照明光にとって不要な成分を減衰させることができる。例えば、緑色照明光にとって不要な赤色の成分を減衰させることができる。同様に、赤色照明光にとって不要な赤色の成分を減衰させることができる。

第１実施形態においては、少なくとも、第２波長帯域は、ダイクロイックミラー６の分離境界の幅を含み、赤色照明光に含まれる緑色の波長帯域の成分と、緑色照明光に含まれる赤色の波長帯域の成分とを減衰させる波長帯域となる。

このようにして、フィルタ５０によって第２波長帯域の成分を減衰させることで、赤色照明光と緑色照明光の色純度をそれぞれ高めることができるため、色域を拡大することができる。また、赤色照明光の帯域と緑色照明光の帯域との間の不要な波長帯域の成分を完全に除去すると、各色照明光の色純度をさらに高めることができるため、色域をさらに拡大することができる。

ここで、フィルタ５０の第２波長帯域を調整することで、各色の画像表示素子に入射させる各色の照明光の波長帯域を調整できる。例えば、第２波長帯域の短波長側をより短波長側に設定して緑色照明光の帯域を変化させることで、緑色照明光の波長帯域を変化させることができる。

なお、青色照明光Ｂｃがダイクロイックミラー４ｂの表面で反射することによって、蛍光体２に照射される色照明光Ｂｃが減少すること避けるために、ダイクロイックミラー４の照射面積を小さくしてもよい。この場合、青色照明光Ｂａが蛍光体２に入射する効率と、青色照明光Ｂｃが蛍光体２に入射する効率とのバランスを考慮して照射面積を決定することで、黄色照明光Ｙｃの変換効率を高められる。

図５は、黄色照明光Ｙｃ及び青色照明光Ｂｄの分光分布図である。縦軸はエネルギ（黄色照明光Ｙａのピーク値を１とした相対値）を示す。横軸は波長（ｎｍ）を示す。第１実施形態の色域優先モードにおいては、黄色照明光Ｙｃのピーク値は１から約１．２に増加し、青色照明光Ｂｄのピーク値は約２．２から約１．４に減少している。

フィルタ５０から射出される青色照明光Ｂｄは、フィルタ５０に入射する青色照明光Ｂｂの一部が青色照明光Ｂｃとして反射されるため、青色照明光Ｂｂ（図３参照）よりもエネルギが小さい。一方、フィルタ５０に入射する黄色照明光Ｙｃは、黄色照明光Ｙａと黄色照明光Ｙｂとを含むため、黄色照明光Ｙａ（図３参照）よりもエネルギが大きい。つまり、フィルタ５０を挿入しない場合に比べて黄色照明光の明るさが明るくなっている。

黄色照明光Ｙｃは、フィルタ５０により赤色帯域と緑色帯域との間の不要な波長帯域（例えば５６０ｎｍ〜６００ｎｍ）の成分が減衰する。これにより、黄色照明光Ｙｃは、フィルタ５０により赤色帯域の成分である赤色照明光Ｒａと緑色帯域の成分である緑色照明光Ｇａとが色分離された黄色照明光Ｙｄとしてフィルタ５０から射出される。

図６は、黄色照明光Ｙｄと青色照明光Ｂｄの分光分布図である。縦軸はエネルギ（相対値）を示す。横軸は波長（ｎｍ）を示す。図６は図５に対応する。なお、図６中の破線は黄色照明光Ｙｃを示す。黄色照明光Ｙｄは、赤色帯域の成分である赤色照明光Ｒａと緑色帯域の成分である緑色照明光Ｇａとを含む。

フィルタ５０から射出された黄色照明光Ｙｄ及び青色照明光Ｂｄは、フライアイレンズ２４，２５により照明分布を均一化される。黄色照明光Ｙｄ及び青色照明光Ｂｄは、ＰＣＳ３によりｐ偏光に揃えられ、レンズ２６を介してクロスダイクロイックミラー５に入射する。

黄色照明光Ｙｄ及び青色照明光Ｂｄは、クロスダイクロイックミラー５により色分離される。黄色照明光Ｙｄは反射ミラー４１で反射し、ダイクロイックミラー６に入射する。黄色照明光Ｙｄに含まれる赤色照明光Ｒａ及び緑色照明光Ｇａはダイクロイックミラー６により色分離される。

赤色照明光Ｒａはダイクロイックミラー６を透過し、レンズ２７を介して反射型偏光板７Ｒに入射する。赤色照明光Ｒａは反射型偏光板７Ｒを透過し、画像表示素子１０Ｒに入射する。

赤色照明光Ｒａは画像表示素子１０Ｒにより光変調され、ｓ偏光の赤色画像光Ｒｂとして射出される。赤色画像光Ｒｂは反射型偏光板７Ｒで反射し、色合成プリズム８に入射する。

緑色照明光Ｇａはダイクロイックミラー６で反射し、レンズ２８を介して反射型偏光板７Ｇに入射する。緑色照明光Ｇａは反射型偏光板７Ｇを透過し、画像表示素子１０Ｇに入射する。

緑色照明光Ｇａは画像表示素子１０Ｇにより光変調され、ｓ偏光の緑色画像光Ｇｂとして射出される。緑色画像光Ｇｂは反射型偏光板７Ｇで反射し、色合成プリズム８に入射する。

青色照明光Ｂｄは反射ミラー４２で反射し、レンズ２９を介して反射型偏光板７Ｂに入射する。青色照明光Ｂｄは反射型偏光板７Ｂを透過し、画像表示素子１０Ｂに入射する。

青色照明光Ｂｄは画像表示素子１０Ｂにより光変調され、ｓ偏光の青色画像光Ｂｅとして射出される。青色画像光Ｂｅは反射型偏光板７Ｂで反射し、色合成プリズム８に入射する。

色合成プリズム８に入射した赤色画像光Ｒｂ、緑色画像光Ｇｂ、青色画像光Ｂｅは、色合成プリズム８により合成され、投射レンズ３０からスクリーン等へ投射され、フルカラー画像として表示される。

［明るさ優先モード］
図７及び図８を用いて明るさ優先モードを説明する。図７は図１に対応する。明るさ優先モードは、色域優先モードに対してフィルタ５０が光路上から退避されている点で相違する。

図７に示すように、光源１から射出された青色照明光Ｂａは、集光レンズ２０により集光され、ダイクロイックミラー４により反射される。青色照明光Ｂａは、集光レンズ２１，２２によりさらに集光され、蛍光体２に照射される。

蛍光体２は、照射された青色照明光Ｂａのエネルギを変換して赤色帯域及び緑色帯域を含む波長帯域の黄色照明光Ｙａを生成する。

コリメータレンズ２３に入射した黄色照明光Ｙａ及び青色照明光Ｂｂは平行光となり、反射ミラー４０によりフライアイレンズ２４に向けて反射される。黄色照明光Ｙａ及び青色照明光Ｂｂは、図３に示す分光分布特性を有する。

黄色照明光Ｙａ及び青色照明光Ｂｂは、フライアイレンズ２４，２５により照明分布を均一化される。黄色照明光Ｙａ及び青色照明光Ｂｂは、ＰＣＳ３によりｐ偏光に揃えられ、レンズ２６を介してクロスダイクロイックミラー５に入射する。

黄色照明光Ｙａ及び青色照明光Ｂｂとは、クロスダイクロイックミラー５により色分離される。黄色照明光Ｙａは反射ミラー４１で反射し、ダイクロイックミラー６に入射する。黄色照明光Ｙａに含まれる赤色照明光Ｒｃ及び緑色照明光Ｇｃはダイクロイックミラー６により色分離される。

図８は、青色照明光Ｂｂ、赤色照明光Ｒｃ、緑色照明光Ｇｃの分光分布図である。縦軸はエネルギ（相対値）を示す。横軸は波長（ｎｍ）を示す。図８は図３に対応する。なお、図８中の破線は黄色照明光Ｙａを示す。

赤色照明光Ｒｃはダイクロイックミラー６を透過し、レンズ２７を介して反射型偏光板７Ｒに入射する。赤色照明光Ｒｃは反射型偏光板７Ｒを透過し、画像表示素子１０Ｒに入射する。

赤色照明光Ｒｃは画像表示素子１０Ｒにより光変調され、ｓ偏光の赤色画像光Ｒｄとして射出される。赤色画像光Ｒｄは反射型偏光板７Ｒで反射し、色合成プリズム８に入射する。

緑色照明光Ｇｃはダイクロイックミラー６で反射し、レンズ２８を介して反射型偏光板７Ｇに入射する。緑色照明光Ｇｃは反射型偏光板７Ｇを透過し、画像表示素子１０Ｇに入射する。

緑色照明光Ｇｃは画像表示素子１０Ｇにより光変調され、ｓ偏光の緑色画像光Ｇｄとして射出される。緑色画像光Ｇｄは反射型偏光板７Ｇで反射し、色合成プリズム８に入射する。

青色照明光Ｂｂは反射ミラー４２で反射し、レンズ２９を介して反射型偏光板７Ｂに入射する。青色照明光Ｂｂは反射型偏光板７Ｂを透過し、画像表示素子１０Ｂに入射する。

青色照明光Ｂｂは画像表示素子１０Ｂにより光変調され、ｓ偏光の青色画像光Ｂｆとして射出される。青色画像光Ｂｆは反射型偏光板７Ｂで反射し、色合成プリズム８に入射する。

赤色画像光Ｒｄ、緑色画像光Ｇｄ、青色画像光Ｂｆは、色合成プリズム８により合成され、投射レンズ３０からスクリーン等へ投射され、フルカラー画像として表示される。

［比較例］
図９及び図１０を用いて、第１実施形態の投射型画像表示装置１００との比較例を説明する。

比較例における第１実施形態の投射型画像表示装置１００との相違点は、比較例のフィルタがノッチフィルタとしての機能のみを有する点であり、分光透過率特性が異なる。比較例のフィルタ以外の構成は第１実施形態の投射型画像表示装置１００（図１参照）と同じである。説明をわかりやすくするために第１実施形態の投射型画像表示装置１００と同じ構成部には同じ符号を付す。

図９は比較例のフィルタの波長透過率特性図である。縦軸は透過率（％）を示す。横軸は波長（ｎｍ）を示す。図９は図４に対応する。比較例のフィルタは、例えば不要な５６０ｎｍ〜６００ｎｍの波長帯域の成分を減衰させる。

比較例のフィルタに入射した黄色照明光Ｙａは、赤色帯域と緑色帯域との間の不要な波長帯域（例えば５６０ｎｍ〜６００ｎｍ）の成分が減衰する。黄色照明光Ｙａは、比較例のフィルタにより赤色帯域の成分である赤色照明光Ｒｅと緑色帯域の成分である緑色照明光Ｇｅとが色分離された黄色照明光Ｙｅとして射出される。

図１０は、比較例のフィルタから射出される黄色照明光Ｙｅと青色照明光Ｂｂの分光分布図である。縦軸はエネルギ（黄色照明光Ｙａのピーク値を１とした相対値）を示す。横軸は波長（ｎｍ）を示す。本比較例においては、黄色照明光Ｙａのピーク値は１、青色照明光Ｂｄは約２．２である。図１０は図６に対応する。なお、図１０中の破線は黄色照明光Ｙａを示す。黄色照明光Ｙｅは、赤色帯域の成分である赤色照明光Ｒｅと緑色帯域の成分である緑色照明光Ｇｅを含む。

比較例のフィルタから射出された黄色照明光Ｙｅ及び青色照明光Ｂｂは、第１実施形態の投射型画像表示装置１００のフィルタ５０から射出された黄色照明光Ｙｄ及び青色照明光Ｂｄと同じ光路を通って投射レンズ３０から投射される。

［ホワイトバランス］
図５、図６、図８、図１０〜図１４を用いて、第１実施形態の投射型画像表示装置１００のフィルタ５０が光路上に配置されている状態（以下、第１実施形態の色域優先モードとして説明を進める）、第１実施形態及び比較例のフィルタ５０が光路上から退避されている状態（以下、明るさ優先モードとして説明を進める）、及び、比較例のフィルタが光路上に配置されている状態（以下、比較例の色域優先モードとして説明を進める）において表示される画像のホワイトバランスについて、明るさ優先モード、比較例の色域優先モード、第１実施形態の色域優先モードの順で説明する。

図１１は第１実施形態の色域優先モードにおける表示画像のｘｙ色度図を示す。図１２は第１実施形態の明るさ優先モードにおける表示画像のｘｙ色度図を示す。図１３は比較例の色域優先モードにおける表示画像のｘｙ色度図を示す。図１１〜図１３中のＳＬはスペクトル軌跡を示す。ＰＰは純紫軌跡を示す。ＢＰは黒体軌跡を示す。なお、図１１中の破線は図１２中の色域ＣＧ２を示す。図１４は、それぞれの表示画像の色温度、明るさ、及び、色域の比較結果を示す。

明るさ優先モードでは、図８に示すように、赤色照明光Ｒｃと緑色照明光Ｇｃとは不要な波長帯域の成分である混色領域Ｍａを有する。これにより、赤色照明光Ｒｃと緑色照明光Ｇｃとは十分に色分離されていない。そのため、図１２に示すように、色域ＣＧ２が黄色側に偏り、狭くなっている。色温度ＣＴ２は目標設定値の６５００Ｋ（図１４参照）である。

比較例の色域優先モードでは、比較例のフィルタがノッチフィルタとしての機能のみを有するので、図１０に示すように、赤色照明光Ｒｅと緑色照明光Ｇｅとを色分離することができる。黄色照明光Ｙｅのピーク強度は黄色照明光Ｙａと同様に１である。そのため、図１３に示すように、色域ＣＧ３を拡大させることができる。色域ＣＧ３は、比較例のフィルタによる赤色照明光Ｒｅ及び緑色照明光Ｇｅの混色領域の成分の減衰量に応じて変化する。例えば、混色領域の成分の減衰量が大きければ、色域ＣＧ３をより拡大させる。

しかしながら、比較例の色域優先モードでは、赤色照明光Ｒｅ及び緑色照明光Ｇｅの混色領域の成分が減衰することにより、表示画像の明るさが低下したり、ホワイトバランスが変化したりしてしまう。例えば、色温度ＣＴ３は７５００Ｋ（図１４参照）と青色側に変化してしまう。そのため、黄色照明光Ｙｅのピーク値１を基準として、ホワイトバランスを電気的に調整（例えば、画像表示素子１０Ｂによる光変調のゲイン調整でゲインを下げる調整等）することが必要になる。

これらに対し、第１実施形態の色域優先モードでは、図６に示すように、赤色照明光Ｒａと緑色照明光Ｇａとをフィルタ５０により色分離することができる。そのため、図１１に示すように、フィルタ５０が光路上から退避されている状態よりも色域ＣＧ１を拡大させることができる。色域ＣＧ１は、フィルタ５０による赤色照明光Ｒｅ及び緑色照明光Ｇｅの混色領域の成分の減衰量に応じて変化する。例えば、混色領域の成分の減衰量が大きければ、色域ＣＧ１をより拡大させる。

また、フィルタ５０が光路上に配置されている状態では、青色照明光Ｂｂは一部がフィルタ５０により青色照明光Ｂｃとして反射され、それ以外が青色照明光Ｂｄとしてフィルタ５０から射出される。反射された青色照明光Ｂｃが蛍光体２に照射されることにより黄色照明光Ｙｂが生成される。従って、図５に示すように、フィルタ５０には、光源１から射出された青色照明光Ｂａにより生成された黄色照明光Ｙａと、フィルタ５０からの戻り光である青色照明光Ｂｃにより生成された黄色照明光Ｙｂとを含む黄色照明光Ｙｃが入射する。

図６に示すように、黄色照明光Ｙｃは、フィルタ５０により赤色帯域と緑色帯域との間の不要な波長帯域の成分が減衰することにより、赤色照明光Ｒａと緑色照明光Ｇａとが色分離されてフィルタ５０から射出される。

即ち、青色照明光Ｂｂの一部をフィルタ５０で反射させることにより、フィルタ５０から射出される青色照明光Ｂｄの光量を約２．２から約１．４に減少させ、さらにフィルタ５０で反射した青色照明光Ｂｃを黄色照明光Ｙｂに変換して黄色照明光Ｙｃの光量を１から約１．２に増加させる。これにより、赤色照明光Ｒａ及び緑色照明光Ｇａの混色領域の成分が減衰することによる色温度の変化を、青色照明光Ｂｂの一部をフィルタ５０で反射させて青色照明光Ｂｄに対する黄色照明光Ｙｃの割合を増加させることで軽減することができる。

従って、第１実施形態では、フィルタ５０が適切な反射率で青色照明光Ｂｂの一部を蛍光体２側に反射させることにより、色域が拡大されてもホワイトバランスの変化が極小になるため、電気的な調整をしなくてもよい。従って、光の利用効率が高まり、表示画像の明るさの低下を軽減できる。言い換えると、比較例の色域優先モードでは黄色照明光Ｙｅのピーク値が１であるのに対して、第１実施形態の色域優先モードでは黄色照明光Ｙｃのピーク値が約１．２であるため、第１実施形態の色域優先モードは、比較例の色域優先モードに比べて表示画像を明るくできる。

フィルタ５０が光路上に配置されている状態では、フィルタ５０が光路上から退避している状態よりも明るさは減少するものの、比較例よりも明るい画像を表示させることができる。

［第２実施形態］
図１５〜図１８を用いて第２実施形態の投射型画像表示装置を説明する。

図１５は第２実施形態の投射型画像表示装置の全体的な構成を示している。第２実施形態の投射型画像表示装置は、第１実施形態の投射型画像表示装置と比較して、フィルタの構成が異なり、それ以外の構成は同じである。そこで、フィルタを主体に説明する。なお、説明をわかりやすくするために、第１実施形態の投射型画像表示装置と同じ構成部には同じ符号を付す。

投射型画像表示装置２００は、光源１、蛍光体２、ＰＣＳ３、ダイクロイックミラー４〜６、反射型偏光板７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ、色合成プリズム８、画像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ，レンズ２０〜３０、反射ミラー４０〜４２、フィルタ２１０，２２０、及び、モータ２３０，２４０を備える。

フィルタ２１０（第１フィルタ）は、青色照明光の一部を反射し、それ以外を透過させる所定波長帯域反射フィルタとしての機能を有する。

図１６はフィルタ２１０の分光透過率特性図である。縦軸は透過率（％）を示す。横軸は波長（ｎｍ）を示す。フィルタ２１０は、例えば青色照明光Ｂｂの約３０％を反射させ、約７０％を透過させる。また、フィルタ２２０は青色波長帯域の成分以外の波長帯域の成分を透過させる。

フィルタ２２０（第２フィルタ）は、赤色帯域と緑色帯域との間の不要な波長帯域の成分を減衰させ、それ以外の波長帯域の成分を透過させるノッチフィルタとしての機能を有する。

図１７はフィルタ２２０の分光透過率特性図である。縦軸は透過率（％）を示す。横軸は波長（ｎｍ）を示す。フィルタ２２０は、例えば不要な５６０ｎｍ〜６００ｎｍの波長帯域の成分を減衰させ、それ以外の波長帯域の成分を透過させる。
する。

図１８はフィルタ２１０，２２０を模式的に示す断面図である。

フィルタ２１０は、ガラス基板等の透明基板２１１と、透明基板２１１の一面２１１ａ側に形成された誘電体多層膜２１２とを有する。誘電体多層膜２１２は、青色照明光の一部を反射し、それ以外を透過させる。つまり、所定波長帯域反射フィルタとしての機能を有する。誘電体多層膜２１２は、高屈折率誘電体膜と低屈折率誘電体膜とが交互に積層された多層膜である。誘電体多層膜２１２の誘電体膜材料、各膜厚、及び層数等により、青色光の反射率を所望の値に設定することが可能である。

フィルタ２２０は、ガラス基板等の透明基板２２１と、透明基板２２１の一面２２１ａ側に形成された誘電体多層膜２２２とを有する。誘電体多層膜２２２は、黄色照明光の第１波長帯域より狭い第２波長帯域の成分を減衰させる。つまり、赤色帯域と緑色帯域との間の不要な波長帯域の成分を減衰させ、それ以外の波長帯域の成分を透過させるノッチフィルタとしての機能を有する。誘電体多層膜２２２は、高屈折率誘電体膜と低屈折率誘電体膜とが交互に積層された多層膜である。誘電体多層膜２２２の誘電体膜材料、各膜厚、及び層数等により、不要な成分を減衰させるための波長帯域を所望の範囲に設定することが可能である。

フィルタ２１０を光路上の入射側に配置し、フィルタ２２０を射出側に配置してもよいし、フィルタ２１０を射出側に配置し、フィルタ２２０を入射側に配置してもよい。誘電体多層膜２１２を透明基板２１１の入射面側に形成してもよいし、射出面側に形成してもよい。誘電体多層膜２２２を透明基板２２１の入射面側に形成してもよいし、射出面側に形成してもよい。

モータ２３０は、フィルタ２１０を光路上に挿入したり、光路上から退避させたりする駆動部（第１駆動部）としての機能を有する。モータ２３０は駆動部の一例である。

モータ２４０は、フィルタ２２０を光路上に挿入したり、光路上から退避させたりする駆動部（第２駆動部）としての機能を有する。モータ２４０は駆動部の一例である。

従って、第１実施形態の投射型画像表示装置１００がノッチフィルタと所定波長帯域反射フィルタの２つの機能を有するフィルタ５０を備えるのに対し、第２実施形態の投射型画像表示装置２００は、所定波長帯域反射フィルタの機能を有するフィルタ２１０と、ノッチフィルタの機能を有するフィルタ２２０とにより機能分けされた２つのフィルタを備える。

フィルタ２１０及びフィルタ２２０が光路上に配置されている状態は、第１実施形態の投射型画像表示装置１００においてフィルタ５０が光路上に配置されている状態と同じ作用効果を奏する。

フィルタ２１０に照射された青色照明光Ｂｂの一部はフィルタ２１０により青色照明光Ｂｃとして反射され、それ以外の青色照明光Ｂｂはフィルタ２１０を透過して青色照明光Ｂｄとして射出される。青色照明光Ｂｄはフィルタ２２０を透過する。

一方、フィルタ２１０により反射された青色照明光Ｂｃは、さらに反射ミラー４０により反射され、コリメータレンズ２３及び集光レンズ２１，２２を介して蛍光体２に照射される。蛍光体２は、照射された青色照明光Ｂｃのエネルギにより赤色帯域及び緑色帯域を含む波長帯域の黄色照明光Ｙｂを生成する。

従って、フィルタ２１０には、光源１から射出された青色照明光Ｂａにより生成された黄色照明光Ｙａと、フィルタ５０からの戻り光である青色照明光Ｂｃにより生成された黄色照明光Ｙｂとを含む黄色照明光Ｙｃが入射する。

黄色照明光Ｙｃはフィルタ２１０を透過してフィルタ２２０に入射する。黄色照明光Ｙｃは、フィルタ２２０により赤色帯域と緑色帯域との間の不要な波長帯域（例えば５６０ｎｍ〜６００ｎｍ）の成分が減衰する。これにより、黄色照明光Ｙｃは、フィルタ２２０により赤色帯域の成分である赤色照明光Ｒａと緑色帯域の成分である緑色照明光Ｇａとが色分離された黄色照明光Ｙｄとして射出される。

フィルタ２２０から射出された黄色照明光Ｙｄ及び青色照明光Ｂｄは、フライアイレンズ２４，２５により照明分布を均一化される。黄色照明光Ｙｄ及び青色照明光Ｂｄは、ＰＣＳ３によりｐ偏光に揃えられ、レンズ２６を介してクロスダイクロイックミラー５に入射する。以降は第１実施形態の投射型画像表示装置１００と同様である。

投射型画像表示装置２００では、フィルタ２１０及びフィルタ２２０を光路上に一度に挿入することも可能であり、いずれか一方のみを挿入することも可能である。

例えば、フィルタ２２０のみが光路上に配置されている状態では、色温度は目標設定値よりも高くなる。使用環境やユーザーの好みによっては色温度が高い方が好ましい場合がある。このような場合には、フィルタ２２０のみが光路上に配置されるようにしてもよい。

［フィルタの反射率］
第１実施形態の投射型画像表示装置１００、及び、第２実施形態の投射型画像表示装置２００では、フィルタ５０及びフィルタ２１０の青色照明光Ｂｂに対する反射率を約３０％に設定したが、これに限定されるものではない。所望のホワイトバランス（色温度）にするためには、蛍光体２の変換効率やフィルタ５０及びフィルタ２２０のノッチフィルタ特性等に応じて、フィルタ５０及びフィルタ２１０の反射率を適切な値に設定することが望ましい。例えば、蛍光体の変換効率は、蛍光体の種類、蛍光体の温度、蛍光体に照射される青色照明光の波長、パワー、スポット径等によって変わる。

第１実施形態の投射型画像表示装置１００におけるフィルタ５０の青色照明光（Ｂｂ）に対する反射率の設定方法の一例を説明する。なお、第２実施形態の投射型画像表示装置２００におけるフィルタ２１０についても同様の設定方法を用いることができる。

フィルタ５０が光路上から退避している状態、またはそれに相当する状態の光学系で、光源１から射出された青色照明光Ｂａのパワーと、フィルタ５０が配置される位置における青色照明光Ｂｂと黄色照明光Ｙａのパワー、及び、分光分布を測定し、蛍光体２の変換効率を算出する。

パワーを変えながら蛍光体２に青色照明光Ｂａを照射して蛍光体２により生成される黄色照明光Ｙａのパワーを測定し、青色照明光Ｂａのパワーに対する黄色照明光Ｙａの相関を算出する。

フィルタ５０が光路上に配置されている状態、またはそれに相当する状態の光学系で、パワー及び分光分布を測定する。

分光分布の測定結果から色温度を算出し、算出結果に基づいて目標の色温度にするための青色照明光に対する反射率を算出する。

なお、フィルタ５０からの戻り光である青色照明光Ｂｃが蛍光体２に照射されることにより生成される黄色照明光Ｙｂのパワーは光学系によって異なる。従って、反射率の設定精度を上げるためには、できるだけ実際の光学系と同じ状態で測定することが望ましい。

光源１から射出される青色照明光Ｂａのパワーによっても蛍光体２の変換効率は変わる。そのため、最大パワーで反射率を設定すると最小パワーでは反射率が目標値からずれてしまう。そこで、設定可能範囲における中間のパワーで反射率を設定することにより、設定可能範囲全域に亘って、反射率の目標値からのずれを最小限に抑えることができる。

なお、推奨パワーが決まっている場合は、推奨パワーにより反射率を設定するようにしてもよい。

なお、本発明は、上述した第１または第２実施形態の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。

１光源
２蛍光体
５０フィルタ
１００投射型画像表示装置
Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃ，Ｂｄ青色照明光
Ｙａ，Ｙｂ，Ｙｃ黄色照明光

Claims

青色照明光を射出する光源と、
前記青色照明光の一部から赤色帯域の成分及び緑色帯域の成分を含む第１波長帯域の黄色照明光を生成し、前記青色照明光と前記黄色照明光を反射する蛍光体と、
透明基板と、前記透明基板の一面側に形成され、前記蛍光体により反射された青色照明光の一部を前記蛍光体側に反射させる第１誘電体多層膜と、前記透明基板の他面側に形成され、前記黄色照明光の前記第１波長帯域より狭い第２波長帯域の成分を減衰させる第２誘電体多層膜とを有するフィルタと、
を備え、
前記蛍光体は、前記フィルタの前記第１誘電体多層膜により反射された青色照明光からも黄色照明光を生成する
投射型画像表示装置。
前記フィルタは、前記青色照明光と前記黄色照明光の平行光の光路上に配置されている請求項１に記載の投射型画像表示装置。
前記フィルタの前記第２誘電体多層膜は、前記第２波長帯域の成分として、赤色照明光の帯域と緑色照明光の帯域との間の成分を減衰させる請求項１または２に記載の投射型画像表示装置。
前記フィルタの前記第２誘電体多層膜は、前記第２波長帯域の成分として、５６０ｎｍ〜６００ｎｍの波長帯域の成分を減衰させる請求項１または２に記載の投射型画像表示装置。