JP6673109B2 - 投射型画像表示装置 - Google Patents

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蛍光体を照明光源として生成される。

具体的には、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。特許文献１には、青色レーザ光源及び蛍光体が照明光源として用いられている投射型画像表示装置が記載されている。

特開２０１２−１０８４８６号公報

一般的に、投射型画像表示装置は、青色画像表示素子と緑色画像表示素子と赤色画像表示素子とを有している。青色画像表示素子は、青色レーザ光源から射出された青色照明光を、入力される青色画像信号に基づいて光変調させ、青色光画像を生成する。緑色画像表示素子は、蛍光体により生成された黄色光から色分離された緑色照明光を、入力される緑色画像信号に基づいて光変調させ、緑色光画像を生成する。赤色画像表示素子は、蛍光体により生成された黄色光から色分離された赤色照明光を、入力される赤色画像信号に基づいて光変調させ、赤色光画像を生成する。

投射型画像表示装置は、入力される画像データやユーザの好みによって、または投射型画像表示装置毎の色温度のばらつきを調整するために、表示画像の色温度を調整できることが好ましい。そこで、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、色温度を下げる方向に調整する場合、青色画像信号のゲインを下げたり、青色照明光を減光フィルタを用いて減光させたりすることで対応している。しかしながら、青色画像信号のゲインを下げたり、青色照明光を減光フィルタを用いて減光させたりすると、表示画像の明るさが低下する。

本発明は、表示画像の明るさの低下を抑制して、表示画像の色温度を調整することができる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照明光及び緑色照明光を含む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、前記蛍光体により反射された青色照明光を前記蛍光体側に反射させ、前記黄色照明光を透過させるフィルタと、前記青色照明光の光路上への前記フィルタの挿入量を制御することで、前記青色照明光の前記蛍光体側への反射量を制御するフィルタ駆動部とを備え、前記蛍光体は、前記フィルタ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ことを特徴と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、表示画像の明るさの低下を抑制して、表示画像の色温度を調整することができる。

第１〜第５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〜第５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〜第５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。 第１実施形態の投射型画像表示装置のフィルタとフライアイレンズとを反射ミラー側から見た状態を示す図である。 フライアイレンズに照射される青色照明光及び黄色照明光の分光分布図である。 フィルタによる青色照明光の反射量と表示画像の色温度及び明るさとの関係を示す図である。 第２実施形態の投射型画像表示装置のフィルタとフライアイレンズとを反射ミラー側から見た状態を示す図である。 第３実施形態の投射型画像表示装置のフィルタとフライアイレンズとを反射ミラー側から見た状態を示す図である。 第４実施形態の投射型画像表示装置のフィルタとフライアイレンズとを反射ミラー側から見た状態を示す図である。 第５実施形態の投射型画像表示装置のフィルタとフライアイレンズとを反射ミラー側から見た状態を示す図である。 フィルタの分光透過率特性図である。

図１〜図７を用いて第１実施形態の投射型画像表示装置の構成例を説明する。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。

［第１実施形態］
図１に示すように、投射型画像表示装置１は、光源２と、蛍光体３と、偏光変換素子（ＰＣＳ（Polarization Conversion System））４と、ダイクロイックミラー５〜７と、反射型偏光板８Ｒ，８Ｇ，８Ｂと、色合成プリズム９とを備える。また、投射型画像表示装置１は、赤色画像表示素子１０Ｒ、緑色画像表示素子１０Ｇ、及び青色画像表示素子１０Ｂと、レンズ２０〜３０と、反射ミラー４０〜４２と、フィルタ１００と、フィルタ駆動部５０とを備える。

光源２（青色レーザ素子ＢＬ）及び蛍光体３は照明光源を構成する。光源２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２は、青色レーザ光である青色照明光を射出する。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。

蛍光体３は、光源２から照射された光のエネルギ、具体的には光源２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黄色照明光を生成する蛍光層を有する。また、蛍光体３は、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。ダイクロイックミラー５は、青色照明光を反射し、黄色照明光を透過させる。コリメータレンズ２３は入射光を平行光にする。

フィルタ１００は、反射ミラー４０とフライアイレンズ２４との間の青色照明光及び黄色照明光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１００は、図２に示す分光透過率特性を有する。縦軸は透過率（％）を示し、横軸は波長（ｎｍ）を示す。図２に示すように、フィルタ１００の青色波長領域での透過率は０％、即ち青色波長領域での反射率は１００％である。

フィルタ１００は、青色照明光を蛍光体３側に反射させ、黄色照明光を透過させる所定波長帯域反射フィルタである。フィルタ１００は、コリメータレンズ２３とレンズ２６との間の青色照明光及び黄色照明光が平行光となる光路上の任意の位置に配置することが望ましい。

図３は、フィルタ１００の断面を模式的に示している。フィルタ１００は、ガラス基板等の透明基板１０１と、透明基板１０１の入射面側または射出面側に形成された誘電体多層膜１０２とを有する。誘電体多層膜１０２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１０２は、青色照明光を反射し、黄色照明光を透過させる。

誘電体多層膜１０２の各誘電体膜の材料、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できる。なお、透明基板１０１の誘電体多層膜１０２が形成されている面（例えば入射面）とは反対側の面（例えば射出面）に、黄色照明光の反射率を下げるための反射防止膜を形成してもよい。

フィルタ駆動部５０は、青色照明光及び黄色照明光の光路上へのフィルタ１００の挿入量を制御したり、フィルタ１００を光路上から退避させたりする。フィルタ駆動部５０としてモータを用いてもよい。なお、フィルタ１００の構成、及びフィルタ駆動部５０によるフィルタ１００の青色照明光及び黄色照明光の光路上への挿入量の制御方法については後述する。

フライアイレンズ２４，２５は、入射した青色照明光及び黄色照明光（赤色照明光及び緑色照明光を含む）の照明分布を均一化する。これにより、赤色画像表示素子１０Ｒに照射される赤色照明光、緑色画像表示素子１０Ｇに照射される緑色照明光、及びに青色画像表示素子１０Ｂに照射される青色照明光の照明分布を均一化することができる。

ＰＣＳ４は、入射した青色照明光及び黄色照明光をｐ偏光に揃える。クロスダイクロイックミラー６は、入射した青色照明光と黄色照明光とを分離する。ダイクロイックミラー７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。

具体的には、ダイクロイックミラー７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８Ｒ，８Ｇ，８Ｂは、ｓ偏光を反射し、ｐ偏光を透過させる。反射型偏光板８Ｒ，８Ｇ，８Ｂは例えばワイヤグリッドで構成することができる。

赤色画像表示素子１０Ｒは、赤色成分の画像データである赤色画像信号に基づいて、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。緑色画像表示素子１０Ｇは、緑色成分の画像データである緑色画像信号に基づいて、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。青色画像表示素子１０Ｂは、青色成分の画像データである青色画像信号に基づいて、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９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。投射レンズ３０は、色合成プリズム９により赤色画像光と緑色画像光と青色画像光とが合成されたフルカラー画像の表示画像をスクリーン等へ拡大投射する。

図１〜図７を用いて、フィルタ１００の青色照明光及び黄色照明光の光路上への挿入量による表示画像の色温度の調整方法を説明する。

図１に示すように、光源２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５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３に照射される。蛍光体３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蛍光帯域の黄色照明光Ｙａを生成する。

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５を透過してコリメータレンズ２３に入射する。なお、蛍光体３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３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。青色照明光Ｂｂ及び黄色照明光Ｙａは、コリメータレンズ２３により平行光となり、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。ここで、Ｂｂは、フィルタ１００に入射する青色照明光の総量を示す。

青色照明光Ｂｂの一部は、フィルタ１００の挿入量に応じた反射量で反射される。フィルタ１００の挿入量は、フィルタ駆動部５０により制御される。青色照明光Ｂｂの一部は、フィルタ１００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は青色照明光Ｂｄとしてフィルタ１００から射出されて、フライアイレンズ２４に入射する。青色照明光Ｂｃは、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３に照射される。ここで、青色照明光Ｂｃは、フィルタ１００から反射される青色照明光の総量を示す。青色照明光Ｂｄは、フィルタ１００から射出される青色照明光の総量を示す。

蛍光体３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、フライアイレンズ２４には、光源２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１００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、蛍光体３に照射された青色照明光Ｂｃの一部は、黄色照明光Ｙｂに変換されずに蛍光体３で反射し、青色照明光Ｂｂに加算されてフライアイレンズ２４に入射する。

なお、青色照明光Ｂｃがダイクロイックミラー５の表面で反射することによって、蛍光体３に照射される青色照明光Ｂｃが減少することを避けるため、ダイクロイックミラー５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３に入射する効率と、青色照明光Ｂｃが蛍光体３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の変換効率を高めることができる。

青色照明光Ｂｄ及び黄色照明光Ｙｃ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。青色照明光Ｂｄ及び黄色照明光Ｙｃは、ＰＣＳ４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６に入射する。

青色照明光Ｂｄ及び黄色照明光Ｙｃは、クロスダイクロイックミラー６により色分離される。黄色照明光Ｙｃは、反射ミラー４１で反射し、ダイクロイックミラー７に入射する。黄色照明光Ｙｃに含まれる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とは、ダイクロイックミラー７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７を透過し、レンズ２７を介して反射型偏光板８Ｒに入射する。赤色照明光Ｒａは、反射型偏光板８Ｒを透過し、赤色画像表示素子１０Ｒに入射する。赤色照明光Ｒａは、赤色画像表示素子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８Ｒで反射し、色合成プリズム９に入射する。

緑色照明光Ｇａは、ダイクロイックミラー７で反射し、レンズ２８を介して反射型偏光板８Ｇに入射する。緑色照明光Ｇａは、反射型偏光板８Ｇを透過し、緑色画像表示素子１０Ｇに入射する。緑色照明光Ｇａは、緑色画像表示素子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８Ｇで反射し、色合成プリズム９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８Ｂに入射する。青色照明光Ｂｄは、反射型偏光板８Ｂを透過し、青色画像表示素子１０Ｂに入射する。青色照明光Ｂｄは、青色画像表示素子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８Ｂで反射し、色合成プリズム９に入射する。

色合成プリズム９に入射した赤色画像光Ｒｂ、緑色画像光Ｇｂ、及び青色画像光Ｂｅは、色合成プリズム９により合成される。色合成プリズム９により赤色画像光Ｒｂと緑色画像光Ｇｂと青色画像光Ｂｅとが合成されたフルカラー画像の表示画像は、投射レンズ３０によりスクリーン等へ拡大投影される。

図４（ａ）〜図４（ｃ）は、フィルタ１００とフライアイレンズ２４とを反射ミラー４０側から見た状態を示している。フィルタ１００は、例えば矩形形状の外形を有する。フライアイレンズ２４には、複数のレンズ２４ａが配列されている。複数のレンズ２４ａが配列された領域は、黄色照明光Ｙａ及び青色照明光Ｂｂが照射される照明光照射領域ＡＲである。なお、図４（ａ）〜図４（ｃ）では、説明をわかりやすくするために、一例としてレンズ２４ａが水平方向及び垂直方向にマトリクス状に配列された構成を示しているが、レンズ２４ａの配列はこれに限定されるものではない。

図４（ａ）は、フィルタ１００が青色照明光Ｂｂ及び黄色照明光Ｙａの光路上から退避しているフィルタ退避状態を示す。図４（ｂ）は、フィルタ１００が青色照明光Ｂｂ及び黄色照明光Ｙａの光路上の一部の領域、即ち、照明光照射領域ＡＲの一部の領域（具体的にはフライアイレンズ２４の１セル列分のレンズ２４ａ）を遮るように挿入されている第１のフィルタ挿入状態を示す。図４（ｃ）は、フィルタ１００が照明光照射領域ＡＲの図４（ｂ）に示す領域よりも広い領域（具体的にはフライアイレンズ２４の２セル列分のレンズ２４ａ）を遮るように挿入されている第２のフィルタ挿入状態を示す。フィルタ１００の青色照明光Ｂｂ及び黄色照明光Ｙａの光路上への挿入量は、フィルタ駆動部５０により制御される。

図５（ａ）〜図５（ｃ）は、フライアイレンズ２４に入射する青色照明光Ｂｄ及び黄色照明光Ｙｃの分光分布を示している。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）を示し、横軸は波長（ｎｍ）を示す。図５（ａ）はフィルタ退避状態、図５（ｂ）は第１のフィルタ挿入状態、図５（ｃ）は第２のフィルタ挿入状態における青色照明光の分光分布を示している。

図６は、フィルタ１００による青色照明光Ｂｂの反射量と、表示画像の色温度及び明るさとの関係を示している。図６中の（ａ）はフィルタ退避状態、（ｂ）は第１のフィルタ挿入状態、（ｃ）は第２のフィルタ挿入状態における青色照明光Ｂｂの反射量、表示画像の色温度及び明るさを示している。

図４（ａ）に示すように、フィルタ退避状態では、フィルタ１００による青色照明光Ｂｂの反射量は０％である。即ち、青色照明光Ｂｂ及び黄色照明光Ｙａがフライアイレンズ２４に入射する。図５（ａ）に示すように、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。図６中の（ａ）に示すように、表示画像の色温度は例えば７５００Ｋ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３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３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（ｂ）に示すように、第１のフィルタ挿入状態では、青色照明光Ｂｂの一部はフィルタ１００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は青色照明光Ｂｄとしてフライアイレンズ２４に入射する。図６中の（ｂ）に示すように、フィルタ１００による青色照明光Ｂｂの反射量は例えば２０％である。

青色照明光Ｂｃが蛍光体３に照射されることにより、黄色照明光Ｙｂが生成される。フライアイレンズ２４には、黄色照明光Ｙａと黄色照明光Ｙｂとを含む黄色照明光Ｙｃが入射する。従って、フライアイレンズ２４には、図５（ｂ）に示す青色照明光Ｂｄ１と黄色照明光Ｙｃ１とが入射する。青色照明光Ｂｂの一部（Ｂｃ）がフィルタ１００により反射され、蛍光体３により黄色照明光Ｙｂに変換されるため、フィルタ退避状態と比較して青色照明光Ｂｄ１のピーク値は約２．２から約１．８に減少し、黄色照明光Ｙｃ１のピーク値は１から約１．２に増加する。

フライアイレンズ２４に入射する青色照明光Ｂｄ１は、フィルタ１００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よりもエネルギが小さい。一方、フライアイレンズ２４に入射する黄色照明光Ｙｃ１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よりもエネルギが大きい。

つまり、フィルタ退避状態と比較して、青色照明光の明るさが減少し、黄色照明光の明るさが増大している。従って、図６中の（ｂ）に示すように、フィルタ退避状態と比較して、表示画像の明るさを低減させずに、色温度を７５００Ｋから例えば６５００Ｋに調整することができる。

ここで、フィルタ駆動部５０は、挿入方向のレンズ２４ａの幅を最小単位としてフィルタ１００の挿入量を制御してもよい。つまり、レンズ２４ａを１セル列ずつ段階的に遮ってもよい。また、レンズ２４ａの幅とは無関係にフィルタ１００の挿入量を制御してもよい。

図４（ｃ）に示すように、第２のフィルタ挿入状態では、青色照明光Ｂｂの一部はフィルタ１００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は青色照明光Ｂｄとしてフライアイレンズ２４に入射する。図６中の（ｃ）に示すように、フィルタ１００による青色照明光Ｂｂの反射量は例えば４０％である。

青色照明光Ｂｃが蛍光体３に照射されることにより、黄色照明光Ｙｂが生成される。フライアイレンズ２４には、黄色照明光Ｙａと黄色照明光Ｙｂとを含む黄色照明光Ｙｃが入射する。従って、フライアイレンズ２４には、図５（ｃ）に示す青色照明光Ｂｄ２と黄色照明光Ｙｃ２とが入射する。

青色照明光Ｂｂの一部（Ｂｃ）がフィルタ１００により反射され、蛍光体３により黄色照明光Ｙｂに変換されるため、青色照明光Ｂｄ２のピーク値はフィルタ退避状態と比較して約２．２から約１．３に減少し、黄色照明光Ｙｃ２のピーク値は１から約１．４に増加する。従って、図６中の（ｃ）に示すように、フィルタ退避状態と比較して、表示画像の明るさの低減を抑制して、色温度を７５００Ｋから例えば５５００Ｋに調整することができる。

図６中の（ｄ）は（ｂ）に対する比較例（第１の比較例）である。図６中の（ｅ）は（ｃ）に対する比較例（第２の比較例）である。

図６中の（ａ）に示すように、フィルタ退避状態では、表示画像の色温度は７５００Ｋである。第１の比較例では、図６中の（ｄ）に示すように、青色画像表示素子１０Ｂに入力される青色画像信号のゲインを７０％に下げることにより、表示画像の色温度を７５００Ｋから６５００Ｋに調整することができる。一方、青色画像表示素子１０Ｂにより光変調された青色画像光Ｂｅの明るさは、青色画像信号のゲインを下げることにより低減する。そのため、図６中の（ｄ）に示すように、表示画像の明るさは９５％に低下する。

それに対して、投射型画像表示装置１では、図６中の（ｂ）に示すように、青色照明光Ｂｂの反射量が２０％になるようにフィルタ１００の挿入量を制御し、第１のフィルタ挿入状態とすることにより、表示画像の色温度を７５００Ｋから６５００Ｋに調整することができる。投射型画像表示装置１では、青色照明光Ｂｂの一部（Ｂｃ）がフィルタ１００により反射し、蛍光体３により黄色照明光Ｙｂに変換される。

これにより、第１のフィルタ挿入状態では、青色照明光Ｂｄの明るさが減少した分、黄色照明光Ｙｃの明るさが増大する。そのため、図６中の（ｂ）に示すように、表示画像の明るさは１００％となり、低減されない。

第２の比較例では、図６中の（ｅ）に示すように、青色画像表示素子１０Ｂに入力される青色画像信号のゲインを５５％に下げることにより、表示画像の色温度を７５００Ｋから５５００Ｋに調整することができる。一方、青色画像表示素子１０Ｂにより光変調された青色画像光Ｂｅの明るさは、青色画像信号のゲインを下げることにより低減する。そのため、表示画像の明るさは９０％に低下する。

それに対して、投射型画像表示装置１では、図６中の（ｃ）に示すように、青色照明光Ｂｂの反射量が４０％となるようにフィルタ１００の挿入量を制御し、第２のフィルタ挿入状態とすることにより、表示画像の色温度を７５００Ｋから５５００Ｋに調整することができる。投射型画像表示装置１では、青色照明光Ｂｂの一部（Ｂｃ）がフィルタ１００により反射し、蛍光体３により黄色照明光Ｙｂに変換される。

これにより、青色照明光Ｂｄの明るさが低下し、黄色照明光Ｙｃの明るさが増大する。そのため、図６中の（ｃ）に示すように、表示画像の明るさは９５％となり、比較例（９０％）よりも低減されない。

従って、第１実施形態の投射型画像表示装置１によれば、フィルタ駆動部５０によりフィルタ１００の光路上への挿入量を制御することにより、青色照明光Ｂｂの反射量を制御することができる。フィルタ１００により反射された青色照明光Ｂｃは蛍光体３により黄色照明光Ｙｂに変換されるため、表示画像の明るさの低下を抑制し、青色照明光Ｂｂの反射量に応じて表示画像の色温度を調整することができる。フライアイレンズ２４に照射される青色照明光Ｂｂの照明分布に基づいて、フィルタ１００の光路上への挿入量を制御することが望ましい。

［第２実施形態］
第２実施形態の投射型画像表示装置２０１は、第１実施形態の投射型画像表示装置１と比較して、フィルタ１１０の構成が相違し、それ以外の構成は同じである。そこで、図７を用いて、フィルタ１１０の構成を説明する。図７は、フィルタ１１０とフライアイレンズ２４とを反射ミラー４０側から見た状態を示している。なお、説明をわかりやすくするために、第１実施形態と同じ構成部には同じ符号を付す。

フィルタ１１０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１１０は、フライアイレンズ２４の一方の列側から光路上に挿入されるフィルタ（第１のフィルタ）１１１と、フライアイレンズ２４の他方の列側から光路上に挿入されるフィルタ（第２のフィルタ）１１２とを有する。フィルタ１１１，１１２は、例えば矩形形状の外形を有する。

フィルタ１１１とフィルタ１１２とは、互いに接近する方向及び離間する方向に移動可能である。フィルタ１１１，１１２の光路上への挿入量は、フィルタ駆動部５０により制御される。フィルタ駆動部５０は、フィルタ１１１とフィルタ１１２とが連動するように制御してもよいし、個別に駆動するように制御してもよい。

フィルタ１１１，１１２は、図２に示す分光透過率特性を有する。フィルタ１１１，１１２は、青色照明光を蛍光体３側に反射させ、黄色照明光を透過させる所定波長帯域反射フィルタである。フィルタ１１１，１１２は、コリメータレンズ２３とレンズ２６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。

図３は、フィルタ１１１，１１２の断面を模式的に示している。フィルタ１１１，１１２は、ガラス基板等の透明基板１０１と、透明基板１０１の入射面側または射出面側に形成された誘電体多層膜１０２を有する。なお、透明基板１０１の誘電体多層膜１０２が形成されている面（例えば入射面）とは反対側の面（例えば射出面）に、黄色照明光の反射率を下げるための反射防止膜を形成してもよい。

図７に示すように、フィルタ１１１は、フライアイレンズ２４の左側の１列分のレンズ２４ａを遮るように挿入されている。フィルタ１１２は、フライアイレンズ２４の右側の１列分のレンズ２４ａを遮るように挿入されている。図７に示す状態は、第１実施形態の第２のフィルタ挿入状態と同様の効果を得ることができる。なお、図７では、フィルタ１１１，１１２をフライアイレンズ２４の水平方向に配置した構成を示しているが、垂直方向に配置した構成としてもよい。

第２実施形態の投射型画像表示装置２０１によれば、フィルタ駆動部５０によりフィルタ１１１，１１２の光路上への挿入量を制御することにより、青色照明光Ｂｂの反射量を制御することができる。フィルタ１１１，１１２により反射された青色照明光Ｂｃは蛍光体３により黄色照明光Ｙｂに変換されるため、表示画像の明るさの低下を抑制し、青色照明光Ｂｂの反射量に応じて表示画像の色温度を調整することができる。フライアイレンズ２４に照射される青色照明光Ｂｂの照明分布に基づいて、フィルタ１１０（１１１，１１２）の光路上への挿入量を制御することが望ましい。

第２実施形態のように、フィルタ１１０を対向させて光路上に挿入することで、光軸に対して対称に照明光の色分布を変化させることができる。これにより、スクリーン等に投射される表示画像の色分布を目立ちにくくすることができる。また、青色照明光に対して絞りのような効果が現れるため、青色照明光に対してコントラストを向上させることができる。

［第３実施形態］
第３実施形態の投射型画像表示装置２１１は、第１及び第２実施形態の投射型画像表示装置１及び２０１と比較して、フィルタ１２０の構成が相違し、それ以外の構成は同じである。そこで、図８を用いて、フィルタ１２０の構成を説明する。図８は、フィルタ１２０とフライアイレンズ２４とを反射ミラー４０側から見た状態を示している。なお、説明をわかりやすくするために、第１及び第２実施形態と同じ構成部には同じ符号を付す。

フィルタ１２０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１２０は、フライアイレンズ２４の四隅に配置された４つのフィルタ１２１〜１２４を有する。フィルタ１２１〜１２４は、例えば矩形形状の外形を有する。

フィルタ（第１のフィルタ）１２１とフィルタ（第３のフィルタ）１２３とは、フライアイレンズ２４の一方の対角に配置され、互いに接近する方向及び離間する方向に移動可能である。フィルタ（第２のフィルタ）１２２とフィルタ（第４のフィルタ）１２４とは、フライアイレンズ２４の他方の対角に配置され、互いに接近する方向及び離間する方向に移動可能である。

フィルタ１２１〜１２４の光路上への挿入量は、フィルタ駆動部５０により制御される。フィルタ駆動部５０は、フィルタ１２１〜１２４が連動するように制御してもよいし、フィルタ１２１〜１２４が個別に駆動するように制御してもよい。

フィルタ１２１〜１２４は、図２に示す分光透過率特性を有する。フィルタ１２１〜１２４は、青色照明光を蛍光体３側に反射させ、黄色照明光を透過させる所定波長帯域反射フィルタである。フィルタ１２１〜１２４は、コリメータレンズ２３とレンズ２６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。

図３は、フィルタ１２１〜１２４の断面を模式的に示している。フィルタ１２１〜１２４は、ガラス基板等の透明基板１０１と、透明基板１０１の入射面側または射出面側に形成された誘電体多層膜１０２を有する。なお、透明基板１０１の誘電体多層膜１０２が形成されている面（例えば入射面）とは反対側の面（例えば射出面）に、黄色照明光の反射率を下げるための反射防止膜を形成してもよい。

第３実施形態の投射型画像表示装置２１１によれば、フィルタ駆動部５０によりフィルタ１２１〜１２４の光路上への挿入量を制御することにより、青色照明光Ｂｂの反射量を制御することができる。フィルタ１２１〜１２４により反射された青色照明光Ｂｃは蛍光体３により黄色照明光Ｙｂに変換されるため、表示画像の明るさの低下を抑制し、青色照明光Ｂｂの反射量に応じて表示画像の色温度を調整することができる。フライアイレンズ２４に照射される青色照明光Ｂｂの照明分布に基づいて、フィルタ１２０（１２１〜１２４）の光路上への挿入量を制御することが望ましい。

第３実施形態のようにフィルタを四隅から光路上に挿入することで、光軸に対して点対称に照明光の色分布を変化させることができる。これにより、スクリーン等に投射される表示画像の色分布をより目立ちにくくすることができる。

［第４実施形態］
第４実施形態の投射型画像表示装置２２１は、第１〜第３実施形態の投射型画像表示装置１，２０１，２１１と比較して、フィルタ１３０の構成が相違し、それ以外の構成は同じである。そこで、図９を用いて、フィルタ１３０の構成を説明する。図９は、フィルタ１３０とフライアイレンズ２４とを反射ミラー４０側から見た状態を示している。なお、説明をわかりやすくするために、第１〜第３実施形態と同じ構成部には同じ符号を付す。

フィルタ１３０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１３０は、フライアイレンズ２４の一方の列側から光路上に挿入されるフィルタ（第１のフィルタ）１３１と、フライアイレンズ２４の他方の列側から光路上に挿入されるフィルタ（第２のフィルタ）１３２とを有する。フィルタ１３１，１３２は、フィルタ１３１，１３２の挿入方向の先端部に２つの斜辺を有するＶ字状の切り欠き部１３１ａ，１３２ａを有している。

フライアイレンズ２４の水平方向に対するＶ字状の切り欠き部１３１ａ，１３２ａの１辺の角度は、フライアイレンズ２４の水平方向に対する対角線の角度と同じであることが好ましい。

フィルタ１３１とフィルタ１３２とは、互いに接近する方向及び離間する方向に移動可能である。フィルタ１３１，１３２の光路上への挿入量は、フィルタ駆動部５０により制御される。フィルタ駆動部５０は、フィルタ１３１とフィルタ１３２とが連動するように制御してもよいし、個別に駆動するように制御してもよい。

フィルタ１３１，１３２は、図２に示す分光透過率特性を有する。フィルタ１３１，１３２は、青色照明光を蛍光体３側に反射させ、黄色照明光を透過させる所定波長帯域反射フィルタである。フィルタ１３１，１３２は、コリメータレンズ２３とレンズ２６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。

図３は、フィルタ１３１，１３２の断面を模式的に示している。フィルタ１３１，１３２は、ガラス基板等の透明基板１０１と、透明基板１０１の入射面側または射出面側に形成された誘電体多層膜１０２を有する。なお、透明基板１０１の誘電体多層膜１０２が形成されている面（例えば入射面）とは反対側の面（例えば射出面）に、黄色照明光の反射率を下げるための反射防止膜を形成してもよい。

第４実施形態の投射型画像表示装置２２１によれば、フィルタ駆動部５０によりフィルタ１３１，１３２の光路上への挿入量を制御することにより、青色照明光Ｂｂの反射量を制御することができる。フィルタ１３１，１３２により反射された青色照明光Ｂｃは蛍光体３により黄色照明光Ｙｂに変換されるため、表示画像の明るさの低下を抑制し、青色照明光Ｂｂの反射量に応じて表示画像の色温度を調整することができる。フライアイレンズ２４に照射される青色照明光Ｂｂの照明分布に基づいて、フィルタ１３０（１３１，１３２）の光路上への挿入量を制御することが望ましい。

第４実施形態では、Ｖ字状の切り欠き部１３１ａ，１３２ａの斜辺が遮る複数のレンズ２４ａの照明光の分布がレンズ毎に異なる。Ｖ字状の切り欠き部１３１ａ，１３２ａの斜辺によって照明光が遮られることにより、レンズ毎に異なる分布で射出された照明光が重畳され、より均一な照明光の分布を得ることができる。特に、挿入方向のレンズ２４ａの幅を最小単位としてフィルタ１３０の挿入量を制御するのではなく、色温度を連続的に変化させたい場合に有効である。

［第５実施形態］
第５実施形態の投射型画像表示装置２３１は、第１〜第４実施形態の投射型画像表示装置１，２０１，２１１，２２１と比較して、フィルタ１４０の構成が相違し、それ以外の構成は同じである。そこで、図１０を用いて、フィルタ１４０の構成を説明する。図１０は、フィルタ１４０とフライアイレンズ２４とを反射ミラー４０側から見た状態を示している。なお、説明をわかりやすくするために、第１〜第４実施形態と同じ構成部には同じ符号を付す。

フィルタ１４０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１４０は、フライアイレンズ２４の四隅に配置された４つのフィルタ１４１〜１４４を有する。フィルタ１４１〜１４４は、フライアイレンズ２４の中心側に曲率の中心を有するＣ字状の切り欠き部１４１ａ〜１４４ａを有している。

フィルタ（第１のフィルタ）１４１とフィルタ（第３のフィルタ）１４３とは、フライアイレンズ２４の一方の対角に配置され、互いに接近する方向及び離間する方向に移動可能である。フィルタ（第２のフィルタ）１４２とフィルタ（第４のフィルタ）１４４とは、フライアイレンズ２４の他方の対角に配置され、互いに接近する方向及び離間する方向に移動可能である。

フィルタ１４１〜１４４の光路上への挿入量は、フィルタ駆動部５０により制御される。フィルタ駆動部５０は、フィルタ１４１〜１４４が連動するように制御してもよいし、フィルタ１４１〜１４４が個別に駆動するように制御してもよい。

フィルタ１４１〜１４４は、図２に示す分光透過率特性を有する。フィルタ１４１〜１４４は、青色照明光を蛍光体３側に反射させ、黄色照明光を透過させる所定波長帯域反射フィルタである。フィルタ１４１〜１４４は、コリメータレンズ２３とレンズ２６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。

図３は、フィルタ１４１〜１４４の断面を模式的に示している。フィルタ１４１〜１４４は、ガラス基板等の透明基板１０１と、透明基板１０１の入射面側または射出面側に形成された誘電体多層膜１０２を有する。なお、透明基板１０１の誘電体多層膜１０２が形成されている面（例えば入射面）とは反対側の面（例えば射出面）に、黄色照明光の反射率を下げるための反射防止膜を形成してもよい。

第５実施形態の投射型画像表示装置２３１によれば、フィルタ駆動部５０によりフィルタ１４１〜１４４の光路上への挿入量を制御することにより、青色照明光Ｂｂの反射量を制御することができる。フィルタ１４１〜１４４により反射された青色照明光Ｂｃは蛍光体３により黄色照明光Ｙｂに変換されるため、表示画像の明るさの低下を抑制し、青色照明光Ｂｂの反射量に応じて表示画像の色温度を調整することができる。フライアイレンズ２４に照射される青色照明光Ｂｂの照明分布に基づいて、フィルタ１４０（１４１〜１４４）の光路上への挿入量を制御することが望ましい。

第５実施形態では、Ｃ字状の切り欠き部１４１ａ〜１４４ａの辺が遮る複数のレンズ２４ａの照明光の分布がレンズ毎に異なる。Ｃ字状の切り欠き部１４１ａ〜１４４ａの辺によって遮られることにより、レンズ毎に異なる分布で射出された照明光が重畳され、より均一な照明光の分布を得ることができる。特に、挿入方向のレンズ２４ａの幅を最小単位としてフィルタ１３０の挿入量を制御するのではなく、色温度を連続的に変化させたい場合に有効である。

［フィルタの反射率］
第１〜第５実施形態の投射型画像表示装置１，２０１，２１１，２２１，２３１では、フィルタ１００，１１０（１１１，１１２），１２０（１２１〜１２４），１３０（１３１，１３２），１４０（１４１〜１４４）の青色照明光Ｂｂに対する反射率を１００％（透過率０％）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３の変換効率等に応じて、フィルタ１００，１１０，１２０，１３０，１４０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１におけるフィルタ１００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〜第５実施形態の投射型画像表示装置２０１，２１１，２２１，２３１におけるフィルタ１１０，１２０，１３０，１４０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１００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２から射出された青色照明光Ｂａのパワーと、フィルタ１００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３の変換効率を算出する。パワーを変えながら蛍光体３に青色照明光Ｂａを照射して蛍光体３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１００が光路上に所定の挿入量で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１００からの戻り光である青色照明光Ｂｃが蛍光体３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２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３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。

図１１は、青色波長領域での反射率を８０％（透過率２０％）に設定した場合のフィルタ１００の分光透過率特性を示している。図１１は図２に対応する。フィルタ１００を構成する誘電体多層膜１０２の各誘電体膜の材料、膜厚、及び層数等を調整することにより、フィルタ１００の青色波長領域での反射率を所望の値に設定することができる。

フィルタ１００の青色波長領域での反射率を大きくすると、同じ挿入量でも青色照明光の反射量を大きくすることができる。これにより、色温度の調整範囲を広くすることができる。一方、フィルタ１００の青色波長領域での反射率を小さくすると、同じ挿入量でも青色照明光の反射量を小さくすることができる。これにより、色温度を細かく調整することができる。

なお、本発明は、上述した第１〜第５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。

１，２０１，２１１，２２１，２３１ 投射型画像表示装置
２ 光源
３ 蛍光体
５０ フィルタ駆動部
１００，１１０，１２０，１３０，１４０ フィルタ
Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃ，Ｂｄ 青色照明光
Ｂｅ 青色画像光
Ｒａ 赤色照明光
Ｒｂ 赤色画像光
Ｇａ 緑色照明光
Ｇｂ 緑色画像光
Ｙａ，Ｙｂ，Ｙｃ 黄色照明光

Claims (4)

1. 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照明光及び緑色照明光を含む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、
   前記蛍光体により反射された青色照明光を前記蛍光体側に反射させ、前記黄色照明光を透過させるフィルタと、
   前記青色照明光の光路上への前記フィルタの挿入量を制御することで、前記青色照明光の前記蛍光体側への反射量を制御するフィルタ駆動部と、
   を備え、
   前記蛍光体は、前記フィルタ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
   ことを特徴とする投射型画像表示装置。
2. 前記フィルタは、前記青色照明光及び前記黄色照明光が平行光となる光路上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の投射型画像表示装置。
3. 前記フィルタは、
   透明基板と、
   前記透明基板に形成され、前記青色照明光を所定の反射率で反射させる誘電体多層膜と、
   を有する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の投射型画像表示装置。
4. 前記黄色照明光から前記赤色照明光と前記緑色照明光とを色分離するダイクロイックミラーと、
   前記赤色照明光を光変調し、赤色画像光として射出する赤色画像表示素子と、
   前記緑色照明光を光変調し、緑色画像光として射出する緑色画像表示素子と、
   前記青色照明光を光変調し、青色画像光として射出する青色画像表示素子と、
   前記赤色画像光と前記緑色画像光と前記青色画像光とを合成する色合成プリズムと、
   前記赤色画像光と前記緑色画像光と前記青色画像光とが合成されたフルカラー画像の表示画像を拡大投射する投射レンズと、
   をさらに備え、
   前記フィルタ駆動部は、前記青色照明光の前記蛍光体側への反射量を制御することで、前記表示画像の色温度を調整する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の投射型画像表示装置。

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