JPWO2005101090A1 - カラーホイール装置およびこれを用いたプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 機械的に複雑な機構を用いることなく、複数の表示モードに対応した設定を行うことができるカラーホイール装置を提供する。【解決手段】 カラーホイール装置１は、円周方向に白色１０２、１０４、赤色１０６、緑色１０８および青色１１０の透過領域を有し、軸を中心に回転される第１のカラーホイール１０と、円周方向に白色２０２、２０４、赤色２０６、緑色２０８および青色２１０の透過領域を有し、第１のカラーホイールと同軸で回転される第２のカラーホイール２０と、第１、第２のカラーホイール１０、２０の相対的位置を選択する選択手段とを有し、第１および第２のカラーホイール１０、２０を回転させ、第１のカラーホイール１０側から光を入射させ、第２のカラーホイール２０から光を出射させる。【選択図】 図３

Description

本発明は、空間変調デバイスを用いたプロジェクタに関し、特にＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）を用いたＤＬＰ(Digital Light Processing)方式のプロジェクタに関する。

空間変調デバイスとして、ＤＭＤや液晶デバイスを利用し、カラー画像を表示するプロジェクタが実用化されている。ＤＭＤを利用したＤＬＰ方式のプロジェクタは、半導体素子からなるＤＭＤに光を照射し、その反射光をレンズ等で拡大投影してカラー画像の表示を行うものである。

ＤＬＰ方式のプロジェクタは、本出願人より例えば特許文献１に開示されている。図１９に示すように、白色光源５１からの光は楕円ミラー５２によって反射され、その反射光が回転自在なカラーホイール５３に入射される。カラーホイール５３は、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）のカラーフィルターが周方向に配置した透過型フィルターである。カラーホイールを透過した光は、コンデンサレンズ１と、折り返しミラーとしての球面ミラー２によって反射され、ＤＭＤ５６に高角度で入射される。ＤＭＤ５６に入射された光のうち、オン状態のピクセルで反射された光が投影レンズ５７を介してスクリーン５８上に表示される。カラーホイール５３からはＲ、Ｇ、Ｂの光が順次透過され、これと同期するタイミングでＤＭＤのピクセルが駆動され、時分割的なカラー画像の表示が行われる。

また、特許文献２は、このようなシーケンシャルカラーフィルターを配列したカラーホイールを移動することで、表示画像の輝度を改善するプロジェクタを開示している。カラーホイールの移動により、照明光源からのビームのすべてをカラーホイールに透過させたり、その一部を透過させたりしている。図２０（ａ）に示すように、カラーホイールには、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフィルターが配列され、カラーホールは回転軸と直交する方向に移動する。これにより、カラーホイールへの入射ビーム位置がＡ、Ｂ、Ｃと可変され、カラーモードまたは白黒モード（あるいはグレイスケール）の投射画像の表示を可能としている。特に、輝度を優先するような場合には、白黒モードでの表示を実現している。また、図２０（ｂ）に示すように、カラーホイールの最外周に、Ｒ’、Ｇ’、Ｂ’の異なるカラーフィルターの配列パターンを追加し、その色比率を異ならせることで、さまざまなカラーバランスや白色ポイントを選択できるようにしている。

さらに、カラーホイールのすべての領域を３原色のフィルターにより構成する場合、その明るさが不足しがちとなる。これを回避するために、３原色フィルターに加えて、光源からの白色光をそのまま透過するフィルターが形成されたカラーホイールが使用されている。しかし、カラーホイールに部分的に白色光を透過させる領域を設けると、カラーコントラストが減少してしまう。このような課題を解決するために、本出願人は、先に特願２００３−９０２９０号を出願している。この出願では、図２１に示すように、カラーフィルターの色比率の異なる２つのカラーホイールＷ１、Ｗ２を用意し（例えば一方のカラーホイールＷ１がＲ、Ｇ、Ｂの３原色のカラーフィルターから構成され、他方のカラーホイールＷ２が、これに白色光のカラーフィルターを追加している）、いずれかのカラーホイールを、回転軸と直交する方向Ｓ１、Ｓ２に移動させ、投影映像に応答して使用するものである。

さらに本出願人は、色再現性やカラーコントラストの低下を抑制する発明として、特許文献３ないし５を開示している。特許文献３は、カラーホイールの位置を可変にすることで、照度や色合いを調整することが可能なプロジェクタを開示している。特許文献４は、カラーフィルターを、３原色のうちの１色を透過させて他の２色を反射させる外周フィルターと、外周フィルターを透過した１色を反射させると共に外周フィルターにより反射した２色のうち１色を透過させて他の１色を反射させる内周フィルターとにより構成し、内周フィルターにより反射した１色と、内周フィルターを透過した２色のうちの１色をＤＭＤに入射させるものである。これにより、ＤＭＤに入射する赤色光の割合を多くして演色性を高めている。特許文献５は、カラーホイールを移動するための移動機構を備え、カラーホイールの位置を可変してフルカラー表示と白黒表示とを選択できるプロジェクタを開示している。

特許３１２１８４３号 特開平９−１６３３９１号 特開２００３−３０７７０５号 特開２００３−３０２５９８号 特開２００３−２４１３０５号

しかしながら、従来のプロジェクタには次のような課題がある。例えば特許文献２、特願２００３−９０２９０号および特許文献３では、カラーホイールを移動させるための切換え機構が必要となり、装置が複雑化してしまう。特に、切換えをマニュアルで行うような場合、プロジェクタを天井に吊るしてホームシアターに利用するとき、手が届かず、操作性に困難をきたすことがある。また、特許文献４の場合、カラーホイールの内周と外周にそれぞれパターンの異なるフィルターを配列させるため、カラーホイールの製造が容易ではなく、コスト高となってしまう。

本発明は、上記従来の課題を解決し、機械的に複雑な機構を用いることなく、複数の表示モードに対応した設定の切替えを容易に行うことができるカラーホイール装置を提供することを目的とする。
さらに本発明は、上記したカラーホイール装置を利用し、投射映像の明るさの設定や色合いの設定を調整可能なプロジェクタを提供することを目的とする。

本発明に係るカラーホイール装置は、円周方向に白色、赤色、緑色および青色の透過領域を有し、軸を中心に回転される第１のカラーホイールと、円周方向に白色、赤色、緑色および青色の透過領域を有し、第１のカラーホイールと同軸で回転される第２のカラーホイールと、第１、第２のカラーホイールの相対的位置を選択する選択手段とを有し、第１および第２のカラーホイールを回転させ、第１のカラーホイール側から光を入射させ、第２のカラーホイールから光を出射させるものである。

好ましくは第１のカラーホイールは、複数の白色の透過領域を含み、複数の白色の透過領域の内の１つが、他のいずれの透過領域よりも大きい。また、第２のカラーホイールは、複数の白色の透過領域を含み、複数の白色の透過領域の内の１つが、他のいずれの透過領域よりも大きい。

好ましくは第１、第２のカラーホイールにおいて、複数の白色の透過領域の間に、赤色、青色または緑色のいずれか１つの透過領域が配置されている。

好ましくは選択手段が第１の相対的位置を選択したとき、第１および第２のカラーホイールにより合成された透過領域は、白色、赤色、緑色および青色であり、第２の相対的位置が選択されたとき、第１および第２のカラーホイールにより合成された透過領域は、赤色、緑色および青色である。好ましくは第２の相対的位置が選択されたとき、赤色の合成された透過領域が他の色の合成された透過領域よりも大きい。これにより赤色の透過割合を高くすることができる。

好ましくは第１、第２のカラーホイールは、中心角度が１２５度、５５度、７０度、５５度、５５度で構成される透過領域を有し、１２５度の中心角度で構成される透過領域は白色である。

好ましくは選択手段は、第１または第２のカラーホイールの少なくとも一方を位置決めするための位置決め手段を含む。さらに選択手段は、第１または第２のカラーホイールが第１の方向に回転されたとき第１の相対的位置を選択し、第１の方向と反対の第２の方向に回転されたとき第２の相対的位置を選択する。例えば、第１または第２のカラーホイールの軸に連結されたモータの回転方向を異ならせることにより行われる。

本発明に係る照明光学系は、上記カラーホイール装置と、カラーホイール装置に対して光を入射させる光源とを有する。また、本発明に係るプロジェクタは、上記カラーホイール装置と、カラーホイール装置に対して光を入射させる光源と、カラーホイール装置から透過された光を変調する変調手段と、変調手段によって変調された光を投射する投射手段とを有する。

好ましくはプロジェクタはさらに、複数の表示モードから１つの表示モードを選択するための入力手段を含み、前記選択手段は、前記入力手段からの入力に応答して、第１、第２のカラーホイールの相対的位置を選択する。なお変調手段は、ＤＭＤまたは液晶デバイスを含むものである。

本発明に係るカラーホイール装置によれば、カラーフィルターの配列の異なる第１、第２のカラーホイールを同軸上において組み合わせ、両者の相対的な位置を選択することによって、全体の色比率を簡単に変更することができる。このため、従来のように、カラーホイールをその回転軸と直交する方向に移動させるための複雑な機構等は不要となり、低コスト、小型化に適したカラーホイール装置を提供することができる。さらに、このようなカラーホイール装置をプロジェクタのような投射型画像表示装置に適用すれば、簡単な構成にて、投射映像の明るさや色合いの調整、表示モードの変更を行うことができる。

本発明に係るカラーホイール装置は、好ましくはＤＬＰ方式のプロジェクタにおいて用いられる。以下、図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の実施例に係るカラーホイール装置の概要を示す図である。同図において、カラーホイール装置１は、第１のカラーホイール１０と、これと同軸上に取付けられる第２のカラーホイール２０と、第１、第２のカラーホイールを収容する本体ケース３０と、第１、第２のカラーホイールの軸受けと結合されるモータ４０（図５を参照）と、モータ４０を駆動する駆動回路５０と、第１、第２のカラーホイールの相対的位置を選択する選択手段とを含んで構成される。本体ケース３０には、切欠部３２が形成され、光源からの白色光が切欠部３２を介して第１のカラーホイール１０に入射され、かつ第２のカラーホイール２０側から出射される。

図２(ａ)、（ｂ）に、第１、第２のカラーホイールの平面図を示す。第１のカラーホイール１０は、円形状の薄板のガラス材から構成され、その中央部には円形状の貫通孔１２が形成される。貫通孔１２は、モータ４０の回転軸と結合される軸受け部となる。さらに、軸受け部１２の外周において、その円周方向に、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）および白色（Ｗ）の透過領域が形成されている。Ｒ、Ｇ、Ｂの透過領域は、例えば、ガラス材の表面に、Ｒ、Ｇ、Ｂの光を透過するフィルターをコーティングして形成される。白色の透過領域は、特に、フィルターをコーティングする必要はなく、光源からの白色光がそのままガラス材を透過するようにする。

第１のカラーホイール１０は、２つのＷの透過領域１０２、１０４と、単一のＲ、Ｇ、Ｂの透過領域１０６、１０８、１１０とを有している。Ｗの透過領域１０２は、回転中心に関する内角（中心角）が１２５度であり、Ｗの透過領域１０４は、内角が５５度である。Ｗの透過領域１０２と１０４との一方の間に、Ｒの透過領域１０６とＢの透過領域１１０が配置され、Ｒの透過領域１０６の内角が７０度、Ｂの透過領域１１０の内角が５５度である。さらに、Ｗの透過領域１０２と１０４の他方の間にＧの透過領域１０８が配置され、この内角が５５度である。

第２のカラーホイール２０は、第１のカラーホイール１０と略同一サイズの直径を有し、その中央部に貫通孔よりなる軸受け部２２が形成されている。軸受け部２２の外周において、２つのＷの透過領域２０２、２０４と、単一のＲ、Ｇ、Ｂの透過領域２０６、２０８、２１０とを有している。Ｗの透過領域２０２は、回転中心に関する内角（中心角）が１２５度であり、Ｗの透過領域２０４は、内角が５５度である。Ｗの透過領域２０２と２０４との一方の間に、Ｒの透過領域２０６とＧの透過領域２０８が配置され、Ｒの透過領域２０６の内角が７０度、Ｇの透過領域２０８の内角が５５度である。さらに、Ｗの透過領域２０２と２０４の他方の間にＢの透過領域２１０が配置され、この内角が５５度である。このように、第２のカラーホイール２０は、第１のカラーホイール１０と透過領域の配列パターンを異にしている。

第１、第２のカラーホイール１０、２０は、選択手段によって相対的位置を選択される。好ましくは、選択手段は、モータ４０の回転方向を正転または逆転させることで相対的位置を選択する（これについては後述する）。但し、このような選択方法以外にも、例えば、第１のカラーホール１０をモータ４０の軸に固定し、第１のカラーホイール１０と相対的な位置で第２のカラーホイールを機械式に固定するようにしてもよい。あるいは、第１、第２のカラーホイール１０、２０を、個別のモータを用いて回転させるようにし、両カラーホイールの相対的角度差が生じるように同速度で回転させるようにしてもよい。

本実施例では、第１の相対的位置と第２の相対的位置の２つの相対的位置を含み、この２つの相対的位置から１つが選択される。図２（ａ）に示すように、第１のカラーホイール１０のＷの透過領域１０２とＧの透過領域１０８の境界線Ｌ１が垂直となる位置を基準位置とする。また、図２（ｂ）に示すように、第２のカラーホイール２０のＷの透過領域２０２とＧの透過領域２０８の境界線Ｌ２が垂直となる位置を基準位置とする。

第１の相対的位置は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、第１のカラーホイール１０が基準位置にあって、第２のカラーホイール２０の境界線Ｌ２が基準位置から反時計方向に２５度回転された位置である。第２の相対的位置は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、第１のカラーホイール１０が基準位置にあって第２のカラーホイール２０が時計方向に１２５度回転された位置である。勿論、第２のカラーホイール２０を基準位置にし第１のカラーホイール１０を回転させても同様である。

第１の相対的位置が選択された場合、第１および第２のカラーホイールにより合成された色比率は、図３（ｃ）に示すように、Ｗ、Ｒ、Ｇ、Ｂ、が略均等に配列された状態となる。Ｗの透過領域の内角は１００度、緑色の透過領域の内角は８０度、赤色の透過領域の内角は１００度、青色の透過領域の内角は８０度となる。一方、第２の相対的位置が選択された場合、第１および第２のカラーホイールにより合成された色比率は、図４（ｃ）に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｂが配列された状態となる。各赤色の透過領域の内角は７５度、各緑色の透過領域の内角は５５度、各青色の透過領域の内角は５５度となる。図３（ｃ）の場合および図４（ｃ）の場合のいずれにおいても、赤色の透過領域が青色または緑色の透過領域よりも大きくなっている。

図５は、カラーホイール装置への光の入射と出射との関係を示す図である。
光源からの白色光、すなわち入射光Ｉは、第１、第２のカラーホイール１０、２０を順に透過する。従って、カラーホイール装置１からは、第１、第２のカラーホイールにより合成された色比率に応じた透過光Ｔがシーケンシャルに出力される。第１の相対的位置が選択された場合、透過光Ｔは、カラーホイールの１回転につきＷ、Ｒ、Ｇ、Ｂの透過光Ｔが出射される。このため、比較的明るい照明光となる。一方、第２の相対的位置が選択された場合、カラーホイールの１回転につきＲ、Ｂ、Ｇ、Ｒ、Ｇ、Ｂの透過光Ｔとなる。このため比較的演色が豊かな照明光となる。

次に、本実施例の好ましい選択手段（位置決め手段）の構成を図６に示す。同図に示すように、第１のカラーホイール１０の裏面側（第２のカラーホイールと対向する側）には、円柱状の突出したピン６０が形成されている。ピン６０は、軸受け部１２とフィルター間の領域に配置することができる。他方、第２のカラーホイール２０には、ピン６０を挿入するための位置決め開口７０が形成されている。位置決め開口７０は、軸受け部２２とフィルター領域との間にあって、回転軸と同心円状の円弧状のスロットである。第１、第２のカラーホイール１０、２０が同軸上に取付けられたとき、ピン６０が位置決め開口７０内に挿入され、第１のカラーホイールを正転または逆転させることにより、第１の相対的位置または第２の相対的位置が選択される。

位置決め開口７０の円周方向の長さは、第２のカラーホイール２０が第１のカラーホイール１０に対して相対移動する距離に対応する。例えば、図３に示す第１の相対的位置が選択されるとき、第２のカラーホイール２０が第１のカラーホイール１０に対して反時計方向に２５度だけ回転され、図４に示す第２の相対的位置が選択されるとき、第２のカラーホイール２０が第１のカラーホイール１０に対して時計方向に１２５度だけ回転されている。つまり、第１の相対的位置から第２の相対的位置へ切り替えるには、第２のカラーホイール２０を第１のカラーホイール１０に対して１５０度回転できるようにすればよく、位置決め開口７０の円周方向の長さは１５０度の内角に対応する。

さらに、第２のカラーホイール２０の位置決め開口７０に近接して、風圧受け部材８０が取付けられる。好ましくは、風圧受け部材８０は、半径方向に延びる板状の突起からなる。第２のカラーホイール２０が回転するときに、風圧受け部材８０が風圧を受けることで、ピン６０が位置決め開口７０のいずれか一方の端部に押圧される。

モータ４０の回転軸に第１、第２のカラーホイール１０、２０を取り付け、図１に示す駆動回路５０によりモータ４０の回転軸を正転させる。第１のカラーホイール１０が正転すると、ピン６０が位置決め開口７０の一方の端部に接触し、第２のカラーホイール２０も正転される。第２のカラーホイール２０が風圧受け部材８０により抵抗を受けるため、第１のカラーホイール１０は、第２のカラーホイール２０から一定の負荷を受けた状態で回転される。これにより、第２のカラーホイール２０は第１のカラーホイール１０から離脱することなく、ピン６０が位置決め開口７０の一方の端部と位置決めされた状態を保ちながら、両カラーホイールが正転される。このとき、第１、第２のカラーホイールは、第１の相対的位置の関係にある。図７(ａ)は、第１の相対的位置が選択されたときの合成された透過光Ｔ１のパターンを示している。なお、Ｗ１、Ｗ２は、第１、第２のカラーホイールの透過光である。

第１の相対的位置から第２の相対的位置への切換えを行う場合には、駆動回路５０によりモータ４０の回転軸を逆転させる。第１のカラーホイール１０が逆転されると、ピン６０が位置決め開口７０の一方の端部から離脱し、１５０度回転した後、他方の端部に接触し、第２のカラーホイール２０も逆転する。そして、上記と同様に風圧受け部材８０により、ピン６０と位置決め開口７０の他方の端部との間に一定の力が加えられた状態で両カラーホイールが回転される。このとき、第１、第２のカラーホイールは、第２の相対的位置の関係にあり、合成された透過光Ｔ２のパターンは図７(ｂ)に示すようになる。

このように、モータ４０の回転方向を切り替えることで、第１のカラーホイール１０に対する第２のカラーホイール２０の相対的な位置を切替え、かつ、その位置決め状態を保持させ、カラーホイール装置の色比率を変更することができる。

なお両カラーホイールを位置決めするに際し、風圧受け部材８０は必ずしも必須ではない。風圧受け部材８０を設けなくても、カラーホイール自身の重量等により、第２のカラーホイール２０が第１のカラーホイール１０を追従し、そこから離れなないようにしてもよい。

位置決め手段は、上記以外の構成を用いることも可能である。例えば、第１のカラーホイール１０をモータ４０の回転軸に固定し、第２のカラーホイール２０を回転軸に対して一定の摩擦力を持って摺動自在に固定する。第２のカラーホイール２０の位置決めを行うとき、ピン６０が位置決め開口７０の端部に当接するまで、第２のカラーホイール２０を上記摩擦力を超える一定の力でもって回転させる。この場合、第２のカラーホイール２０の移動は手動によって行われるが、その代わりに、モータ４０を時計方向と反時計方向に回転させて、色比率を切替える必要はない。

さらに、ピン６０と位置決め開口７０を利用して第２のカラーホイール２０を第１のカラーホイール１０へ位置決めした後に、両者をネジ等によって固定し、その後、モータによって回転させてもよい。

次に、本発明の第２の実施例に係るカラーホイール装置について説明する。図８(ａ)、（ｂ）に、第１、第２のカラーホイールの平面図を示す。第１のカラーホイール１０は、軸受け部１２の外周において、その円周方向に、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）および白色（Ｗ）の透過領域が形成されている。第１のカラーホイール１０では、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｗの透過領域、すなわちカラーフィルターの面積がそれぞれ等しい。言い換えれば、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｗの透過領域は、その回転中心に関して内角が９０度となるような扇形の面積を有している。

第２のカラーホイール２０は、実質的に第１のカラーホイール１０と同様の構成であるが、透過領域のパターンを異にしている。つまり、第２のカラーホイール２０は、軸受け部２２の外周において、第１の色の透過領域２２４と、白色の透過領域２２６とを有する。第１の色の透過領域２２４は、Ｒ、Ｇ、Ｂのいずれかであっても良いが、ここでは、赤色とする。赤色の透過領域２２４は、第１のカラーホイール１０の赤色の透過領域と同一面積を有する。従って、第１の色の透過領域２２４以外が白色の透過領域２２６となる。

図９および図１０は、第１、第２のカラーホイールが組み合わされたときの色比率の変化を説明する図である。図９は、第１のカラーホイール１０のＲの透過領域と、第２のカラーホイール２０のＲの透過領域２２４とを完全に重複させて回転するときの例である。光源からの白色光、すなわち入射光Ｉは、第１、第２のカラーホイールに順に透過する。このとき、第２のカラーホイール２０の白色の透過領域２２６が、第１のカラーホイール１０のＷ、Ｇ、Ｂの透過領域と完全に一致し、かつ、赤の透過領域２２４がＲの透過領域と完全に一致するため、第２のカラーホイール２０を組み合わせたことによって第１のカラーホイールの色比率に変化は生じない。すなわち、第１のカラーホイール１０に入射された入射光Ｉは、第２のカラーホイール２０側から、Ｗ、Ｇ、Ｒ、Ｂの透過光Ｔとしてシーケンシャルに出力される。

図１０は、第１のカラーホイール１０のＷの透過領域と、第２のカラーホイール１０のＲの透過領域２２４とを完全に重複させて回転するときの例である。この場合には、第２のカラーホイール２０を図９の状態から１８０度回転させた位置に固定する。この組み合わせにより、カラーホイール装置の全体の色比率は、あたかもカラーホイール１０Ａのようになり、すなわち、色比率が、Ｒ、Ｇ、Ｒ、Ｂに変更される。このため、図９のときよりも、透過光Ｔの明るさは低下するが、赤成分の色合いが高くなる。

このように第１、第２のカラーホイールを組み合わせることで、図９に示すようＷ、Ｇ、Ｂ、Ｒの透過光、または図１０に示すようなＲ、Ｇ、Ｂ、Ｒの透過光を選択することが可能となる。

第２の実施例では、第２のカラーホイール２０の第１の色の透過領域２２４が、第１のカラーホイールのＲの透過領域と同一としたが、必ずしもこれに限定するものではない。例えば、図１１(ａ)に示すように、第１の色の透過領域２２２を、Ｇの透過領域としてもよい。この場合には、第１のカラーホイール１０に対して第２のカラーホイール２０を相対的に９０度ずらすことで、Ｗ、Ｇ、Ｂ、ＲまたはＧ、Ｇ、Ｒ、Ｂの色比率とすることができる。

さらに第２の実施例では、第１のカラーホイールにおいて、Ｗ、Ｇ、Ｒ、Ｂの割合を均等としているが、勿論、これに限る必要はない。例えば、図１１（ｂ）に示すように、Ｗ、Ｇ、Ｒ、Ｂの割合を異ならせてもよい。但し、第２のカラーホイール２０の第１の色の透過領域２２４をＲとしたならば、第１のカラーホイール１０のＷとＲの透過領域の面積を等しくすることが望ましい。

次に、第２の実施例における第１、第２のカラーホイールを回転させるときの両者の位置決め手段について説明する。第１の実施例のときと同様に、図１２に示すように、第１のカラーホイール１０の裏面側（第２のカラーホイールと対向する側）には、円柱状の突出したピン６０が形成される。

他方、第２のカラーホイール２０には、位置決め開口７０が形成され、第１、第２のカラーホイールが同軸上に取付けられたとき、位置決め開口７０内にピン６０が挿入される。位置決め開口７０は、軸受け部２２とカラーフィルター領域との間にあって、回転中心と同心円を描くような扇状のスロットに成形される。

位置決め開口７０の円周方向の長さは、第２のカラーホイール２０が第１のカラーホイール１０に対して相対移動する距離に対応する。例えば、図９および図１０の例では、第２のカラーホイール２０は、第１のカラーホイール１０に対して、１８０度の角度を移動するが、この場合には、位置決め開口７０は、１８０度の角度に相当する長さを有することになる。また、図１１(ａ)に示す例では、第２のカラーホイール２０は、第１のカラーホイール１０に対して９０度の角度で相対的移動をするため、位置決め開口部７０は、９０度に対応する長さを有することになる。図１２の例は、第２のカラーホイール２０を９０度移動させる例である。

第２の実施例でも、風圧受け部材８０を利用して、第２のカラーホイール２０を第１のカラーホイール１０に位置決め固定する。図１に示す駆動回路５０によりモータ４０の回転軸を時計方向に回転または正転させる。これにより第１のカラーホイール１０が時計方向に回転され、ピン６０が位置決め開口７０の一方の端部と接触し、第２のカラーホイール２０が時計方向に回転される。このとき、第２のカラーホイール２０は、風圧受け部材８０により抵抗を受けるため、第１のカラーホイール１０は、第２のカラーホイール２０から一定の負荷を受けた状態で回転される。従って、第２のカラーホイール２０は第１のカラーホイール１０から離脱することなく、突起６０が一方の端部と接触した状態を保ちながら、両カラーホイールが回転される。

カラーホイールの色比率を変更する場合には、駆動回路５０によりモータ４０の回転軸を反時計方向に回転または逆転させる。これにより第１のカラーホイール１０が反時計方向に回転され、その結果、突起６０が位置決め開口７０の一方の端部から離脱し、他方の端部に接触する。そして、上記と同様に、風圧受け部材８０により、ピン６０と位置決め開口７０の他方の端部との間に一定の力が加えられた状態で両カラーホイールが回転される。

第２の実施例においても、モータ４０の回転方向を切り替えることで、第１のカラーホイール１０に対する第２のカラーホイール２０の相対的な位置を変更し、かつ、その位置決め状態を保持させ、カラーホイール装置の色比率を変更することができる。

上記位置決め手段において、風圧受け部材８０は必ずしも必須ではない。風圧受け部材８０を設けなくても、カラーホイール自身の重量等により、第２のカラーホイール２０が第１のカラーホイール１０を追従し、そこから離れないようにしてもよい。

図１２に示す位置決め手段では、風圧受け部材８０を一つ設けた例を示したが、これに限らず、円周方向に複数の数を設けるようにしてもよい。この場合、均等な間隔で配置されるようにしてもよい。これにより、第１、第２のカラーホイールを回転させるときのバランスを良くすることができる。

次に、第２のカラーホイールの構成例について説明する。図１３は、第２のカラーホイールの軸受け部１２に結合されるベース部材２５０を示す図である。ベース部材２５０は、ステンレス等の金属から構成される環状部材であって、その中心に軸穴２５２が形成されている。また、軸穴２５２と同心に、高さＨ１だけ突出した平面を有するリング部２５４が形成されている。リング部２５４の内径はＤ１である。さらに、リング部２５４の外側の１８０度対向する位置に、一対の穴２５６が形成されている。一対の穴２５６は、ここには図示しないが、カラーフィルターを有するガラス基材をベース部材２５０に取り付けるときの位置決め固定用の穴として機能する。

図１４に、位置決めベース部材を示す。位置決めベース部材２６０は、ステンレス等の金属から構成される環状の部材であって、その中心に軸穴２６２が形成されている。さらに、軸穴２６２を含む中央部には、高さＨ２、外形Ｄ２の突出部２６４が形成されている。突出部２６４の外形Ｄ２は、リング部２５４の内径Ｄ１よりも僅かに小さく、その高さＨ２はＨ１よりも大きく、突出部２６４がリング部２５４内に挿入されるようになっている。また、突出部２６４の外周には、一対の位置決め開口７０が形成されている。位置決め開口７０は、それぞれ、９０度の角度で広がるように扇形のスロットに成形される。

図１５に、風圧受けプレートを示す。風圧受けプレート２７０は、ステンレス等の金属からなり、一対の直立した突起面２７２を有する。突起面２７２は、それぞれ１８０度対向する位置において、プレートの一部に形成された切欠部を直角に折り曲げることによって形成される。また、中央には開口２７４が形成され、位置決めベース部材２６０の突出部２６４が開口２７４内に挿入される。

図１６は、ベース部材２５０と位置決めベース２６０を固定するための固定ピンを示す。固定ピン２８０は、ベース部材２５０の軸穴２５２および位置決めベース２６０の軸穴２６２内に挿入され、かしめ等によって両者を固定する。第１のカラーホイールはここには図示していないが、第１のカラーホイールには、位置決め開口７０内に挿入される一対の突起が設けられ、突起を位置決め開口７０内に挿入することで、第１、第２のカラーホイール間の位置決めが行われる。

次に、本発明のカラーホイール装置をプロジェクタに適用した図を図１７に示す。同図に示すように、ランプ３００は、放電ランプ３０２およびリフレクター３０４を含み、リフレクター３０４によって集光された光は、ライトトンネル３０６（または光インテグレータ）に入射される。入射した光線束は、ライトトンネル３０６においてほぼ均一な照度の光線束となって出射され、カラーホイール装置１に入射される。

第１、第２のカラーホイール１０、２０は、モータ４０によって回転され、光線束が回転する第１、第２のカラーホイール１０、２０に略垂直に入射する。モータ４０が正転であれば、第１の相対的位置が選択され、モータ４０が逆転であれば第２の相対的位置が選択される。

カラーホイール装置１の透過光は、集光レンズ３１０、第１のミラー３１２、第２のミラー３１４を介して、ＤＭＤ３２０を照明する。ＤＭＤ３２０の各ピクセルの動作は、カラーホイールの回転に同期して駆動される。ＤＭＤ３２０のオン状態のミラーによって反射された光は、投影レンズ３３０によって拡大され、スクリーン上に映し出される。

図１８は、プロジェクタの電気的構成を示すブロック図である。プロジェクタ４００は、アナログ画像入力信号またはデジタル画像入力信号４０２を処理し、ＤＭＤの画素数に対応するフォーマットプレーンを有するＲＧＢデジタル画像データを生成する前処理部４１０と、前処理部４１０からのデジタル画像データに基づきＤＭＤ３２０の駆動等を制御する制御部４２０と、ランプ３００の駆動を制御するランプ駆動回路４３０と、カラーホイール装置１のモータの回転を制御するカラーホイール駆動部４４０と、ＤＭＤ３２０と、カラーホイール装置１からの光をＤＭＤ３２０に照射する光学系４５０（図１７の集光レンズ３１０、第１のミラー３１２、第２のミラー３１４）と、ＤＭＤ３２０からの反射光を拡大しスクリーン上に表示させる投影光学系（図１７の投影レンズ３３０）４６０と、入力部４７０とを備えている。

入力部４７０は、例えば、ユーザからの表示モードの指示を受け付け、その指示に対応するようにカラーホイール装置１を制御することができる。例えば、ユーザが明るさを重視する表示モードを指示した場合、制御部４２０は、カラーホイール駆動部４４０を介してモータ４０を正転させる制御をし、第１の相対的位置が選択されるようにする。また、演色等の色合いを重視する表示モードを指示した場合、制御部４２０は、モータ４０を逆転させる制御をし、第２の相対的位置が選択されるようにする。

本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

本発明に係るカラーホイール装置は、光源からの白色光から所望の波長の光を分離する照明光学系、ＤＭＤや液晶等の空間変調デバイスを利用したプロジェクタ等の画像表示装置において利用することができる。

本発明の実施例に係るカラーホイール装置の外観を示す図である。 カラーホイール装置に使用される第１、第２のカラーホイールを説明する図である。 第１のカラーホイールと第２のカラーホイールが第１の相対的位置にあるときの合成された色比率の変化を説明する図である。 第１のカラーホイールと第２のカラーホイールが第２の相対的位置にあるときの合成された色比率の変化を説明する図である。 カラーホイール装置への入射光Ｉと透過光Ｔとの関係を示す図である。 第１、第２のカラーホイールの選択手段の構成例を示す図である。 図７(ａ)は第１の相対的位置が選択されたときの透過光Ｔ１のパターンを示す図、７(ｂ)は第２の相対的位置が選択されたときの透過光Ｔ２のパターンを示す図である。 本発明の第２の実施例に係るカラーホイール装置に使用される第１、第２のカラーホイールを説明する図である。 第２の実施例における第１のカラーホイールと第２のカラーホイールを組み合わせたときの色比率の変化を説明する図である。 第２の実施例における第１のカラーホイールと第２のカラーホイールを組み合わせたときの色比率の変化を説明する図である。 第２の実施例における第１、第２のカラーホイールの他の例を示す図である。 第１、第２のカラーホイールの位置決め手段を説明する図である。 第２のカラーホイールに用いられるベース部材であって、同図(ａ)は上面図、同図（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は背面図、同図（ｄ）はＡ−Ａ線断面図である。 第２のカラーホイールに用いられる位置決めベース部材であって、同図(ａ)は上面図、同図（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は背面図、同図（ｄ）はＡ−Ａ線断面図である。 第２のカラーホイールに用いられる風圧受けプレートであって、同図(ａ)は上面図、同図（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は正面図である。 ベース部材および位置決めブース部材を固定するための固定ピンを示し、同図(ａ)は側面図、同図（ｂ）は正面面、同図（ｃ）はＡ−Ａ線断面図である。 本実施例のカラーホイール装置を適用したプロジェクタの光学系を示す図である。 プロジェクタの電気的な構成を示すブロック図である。 従来のプロジェクタを説明する図である。 従来のプロジェクタを説明する図である。 従来のプロジェクタを説明する図である。

符号の説明

１：カラーホイール装置
１０：第１のカラーホイール
２０：第２のカラーホイール
３０：本体ケース
４０：モータ
５０：駆動回路
６０：ピン
７０：位置決め開口
８０：風圧受け部材
１０２、１０４、２０２、２０４：Ｗの透過領域
１０６、２０６：Ｒの透過領域
１０８、２０８：Ｇの透過領域
１１０、２１０：Ｂの透過領域

Claims (16)

1. 円周方向に白色、赤色、緑色および青色の透過領域を有し、軸を中心に回転される第１のカラーホイールと、
   円周方向に白色、赤色、緑色および青色の透過領域を有し、第１のカラーホイールと同軸で回転される第２のカラーホイールと、
   第１、第２のカラーホイールの相対的位置を選択する選択手段とを有し、
   第１および第２のカラーホイールを回転させ、第１のカラーホイール側から光を入射させ、第２のカラーホイールから光を出射させる、カラーホイール装置。
2. 第１のカラーホイールは、複数の白色の透過領域を含み、複数の白色の透過領域の内の１つが、他のいずれの透過領域よりも大きい、請求項１に記載のカラーホイール装置。
3. 第２のカラーホイールは、複数の白色の透過領域を含み、複数の白色の透過領域の内の１つが、他のいずれの透過領域よりも大きい、請求項１に記載のカラーホイール装置。
4. 第１、第２のカラーホイールにおいて、複数の白色の透過領域の間に、赤色、青色または緑色のいずれか１つの透過領域が配置されている、請求項２または３に記載のカラーホイール装置。
5. 前記選択手段が第１の相対的位置を選択したとき、第１および第２のカラーホイールにより合成された透過領域は、白色、赤色、緑色および青色であり、第２の相対的位置が選択されたとき、第１および第２のカラーホイールにより合成された透過領域は、赤色、緑色および青色である、請求項１ないし４いずれか１つに記載のカラーホイール装置。
6. 第２の相対的位置が選択されたとき、赤色の合成された透過領域が他の色の合成された透過領域よりも大きい、請求項５に記載のカラーホイール装置。
7. 第１、第２のカラーホイールは、中心角度が１２５度、５５度、７０度、５５度、５５度で構成される透過領域を有し、１２５度の中心角度で構成される透過領域は白色である、請求項１ないし６いずれか１つに記載のカラーホイール装置。
8. 前記選択手段は、第１または第２のカラーホイールの少なくとも一方を位置決めするための位置決め手段を含む、請求項１ないし７いずれか１つに記載のカラーホイール装置。
9. 前記選択手段は、第１または第２のカラーホイールが第１の方向に回転されたとき第１の相対的位置を選択し、第１の方向とは反対の第２の方向に回転されたとき第２の相対的位置を選択する、請求項８に記載のカラーホイール装置。
10. 円周方向に、白色、青色、赤色および緑色の透過領域を有し、軸を中心に回転される第１のカラーホイールと、
    円周方向に、白色および第１の色の透過領域を有し、第１のカラーホイールと同軸で回転される第２のカラーホイールと、
    第１、第２のカラーホイールを回転させるとき、第２のカラーホイールを第１のカラーホイールに対して位置決めするための位置決め手段とを備え、
    第１および第２のカラーホイールを回転させ、第１のカラーホイール側から光を入射させ、第２のカラーホイールから光を出射させる、カラーホイール装置。
11. 位置決め手段は、第１のカラーホイールに形成された少なくとも１つの突起と、第２のカラーホイールに形成された少なくとも１つの位置決め開口とを含み、位置決め開口は、第１および第２の端部で規定される長さを有し、前記突起が位置決め開口内の第１の端部と接触しているとき、第１の色の透過領域が第１のカラーホイールの白色の透過領域と重複し、第２の端部と接触しているとき、第１の色の透過領域が第１のカラーホイールの青色、赤色、緑色のいずれか１つと重複する、請求項１０に記載のカラーホイール装置。
12. 位置決め手段は、第２のカラーホイールに形成された少なくとも１つの風圧受け部材を含み、該風圧部材は、第１のカラーホイールが第１の方向に回転されるとき、前記突起を第１の端部と接触するように付勢し、第１のカラーホイールが第２の方向に回転されるとき、前記突起を第２の端部と接触するように付勢する、請求項１０または１１に記載のカラーホイール装置。
13. 請求項１ないし１２いずれか１つに記載のカラーホイール装置と、
    カラーホイール装置に対して光を入射させる光源と、
    を有する照明光学装置。
14. 請求項１ないし１２いずれか１つに記載のカラーホイール装置と、
    カラーホイール装置に対して光を入射させる光源と、
    カラーホイール装置から透過された光を変調する変調手段と、
    変調手段によって変調された光を投射する投射手段と
    を有するプロジェクタ。
15. プロジェクタはさらに、複数の表示モードから１つの表示モードを選択するための入力手段を含み、前記選択手段は、前記入力手段からの入力に応答して、第１、第２のカラーホイールの相対的位置を選択する、請求項１４に記載のプロジェクタ。
16. 前記変調手段は、ＤＭＤまたは液晶デバイスを含む、請求項１４または１５に記載のプロジェクタ。

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