JP2007057848A - 倍率色収差補正方法及びプロジェクタ - Google Patents
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Abstract
【課題】 色消しレンズを用いることなく、投射レンズ群の倍率色収差を簡易に補正することができるプロジェクタを提供する。
【解決手段】 互いに異なる複数色のカラーフィルタを周方向に配しており、回転することで白色光を前記複数色の光に色時分割するカラーホイール2と、カラーホイール2が色時分割した前記複数色の光を順次光変調するDMD5と、DMD5が光変調した変調光を拡大投射する投射レンズ群6とを備えるプロジェクタにおいて、前記複数色のカラーフィルタ夫々に対応していて、該カラーフィルタを透過した光の波長が長い程、DMD5と投射レンズ群6との間の光学距離を短くする複数の透光板を周方向に配した色収差補正ホイール9と、一の前記カラーフィルタを透過して光変調された光が該カラーフィルタに対応する透光板を透過するように、カラーホイール2の回転と色収差補正ホイール9の回転とを同期させる制御部8cとを備える。
【選択図】 図1
【解決手段】 互いに異なる複数色のカラーフィルタを周方向に配しており、回転することで白色光を前記複数色の光に色時分割するカラーホイール2と、カラーホイール2が色時分割した前記複数色の光を順次光変調するDMD5と、DMD5が光変調した変調光を拡大投射する投射レンズ群6とを備えるプロジェクタにおいて、前記複数色のカラーフィルタ夫々に対応していて、該カラーフィルタを透過した光の波長が長い程、DMD5と投射レンズ群6との間の光学距離を短くする複数の透光板を周方向に配した色収差補正ホイール9と、一の前記カラーフィルタを透過して光変調された光が該カラーフィルタに対応する透光板を透過するように、カラーホイール2の回転と色収差補正ホイール9の回転とを同期させる制御部8cとを備える。
【選択図】 図1
Description
本発明は、光変調素子、例えばDMD(Digital Micromirror Device)素子が光変調した変調光を投射する投射レンズの倍率色収差を補正する倍率色収差補正方法及び該倍率色収差補正方法を実施するためのプロジェクタに関する。
図14は、従来のDLP(Digital Light Processing)単板方式のプロジェクタを示す模式図である。従来のプロジェクタは、放電ランプ10の白色光を赤・緑・青の光に色時分割するカラーホイール2、及び色時分割された赤・緑・青の光を順次光変調する光変調素子、例えばDMD5を備えている。
DMD5は、画像の各ドット、例えばSVGA規格の600×800のドットに対応付けられた複数の微小可動ミラーを備えており、DMD駆動部がDMD5の各ミラーを選択的に±10度回転させることにより、入射した赤・緑・青の光を約100倍の拡大率を有する投射レンズ群6又は投射レンズ群6外へ反射させ、スクリーン7にカラー画像を色時分割表示する(特許文献1)。
ところで、赤・緑・青の光の波長は、約400nm〜700nmの広帯域にあり、投射レンズ群6に入射する光の屈折率は光の波長によって異なるため、投射される光の色毎に投射倍率が異なり、投射位置がずれる倍率色収差の問題が生じる。
図15は、倍率色収差の原理を示す光路図である。投射レンズ群6の正面側にはスクリーン7が配置され、背面側にはDMD5が配されている。DMD5の一点から放射され、投射レンズ群6に入射した赤・緑・青の光は、光の波長、つまり光の色毎に異なる角度で屈折し、スクリーン7上の異なる位置に結像する。一般に、投射レンズ群6の屈折率は、波長が短い程大きくなるため、投射レンズ群6の屈折角は青の光が一番大きく、赤の光が一番小さくなる。このため、スクリーン7上には、図15に示すように赤色の投射像高が最大になり、青色の投射像高が最小になる。
従って、赤、緑、青の順に、投射倍率が小さくなり、スクリーン7の中心に対して、赤色の画像は、緑色の画像の外側に、青色の画像は緑色の画像の内側にずれた状態で投射される。
図15に示した倍率色収差の問題を解決するために、従来のプロジェクタにおいては、凸レンズ及び凹レンズを組み合わせたアクロマートレンズ、光の異常分散性を有する蛍石で形成されたアポクロマートレンズ等の色消しレンズが投射レンズ群に備えられている。
特開2004−21200号公報
しかしながら、色消しレンズを備えた場合であっても、赤・緑・青の3色の倍率色収差を完全には補正できず、一定の倍率色収差が残存するという問題があった。特に、DMDの画像は約100倍の高倍率で投射されるため、残存した倍率色収差による画像の位置ずれが問題となる。
本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数色の光変調された変調光夫々に対応していて、投射レンズの光軸方向の光学距離が互いに異なる透光部を前記変調光の光路上に順次介装することにより、色時分割表示される画像の色毎に投射倍率を変更し、倍率色収差を補正することができる倍率色収差補正方法及び該倍率色収差補正方法を実施するためのプロジェクタを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、透過する変調光の波長が長い程、投射レンズの光軸方向の幅が短い板状の透光部(又は波長が短い程、投射レンズの光軸方向の幅が長い板状の透光部)を備えることにより、簡単な構成で投射レンズの倍率色収差を補正することができるプロジェクタを提供することにある。
更に、本発明の他の目的は、透過する変調光の波長が長い程、該変調光に対する屈折率が小さい板状の透光部(又は波長が短い程、該変調光に対する屈折率が大きい板状の透光部)を備えることにより、変調光の波長に応じて幅が異なる投光部を備える場合に比べて、投光ホイールの重心が中心線からずれる虞の低いプロジェクタを提供することにある。
更にまた、本発明の他の目的は、重心が色収差補正ホイールの中心線に調心されるように色収差補正ホイールを構成することにより、色収差補正ホイールの回転のぶれを防ぐことができるプロジェクタを提供することにある。
本発明に係る倍率色収差補正方法は、回転することで白色光を複数色の光に色時分割するカラーホイールと、該カラーホイールが色時分割した前記複数色の光を順次光変調する光変調素子と、該光変調素子が光変調した変調光を拡大投射する投射レンズとを備えるプロジェクタの倍率色収差を補正する倍率色収差補正方法において、前記複数色の光変調された変調光夫々に対応していて、変調光の波長が長い(短い)程、前記投射レンズの光軸方向の光学距離が短い(長い)透光部を、各変調光が該変調光に対応した前記透光部を透過するように、前記変調光の光路上に順次介装することを特徴とする。
本発明に係るプロジェクタは、回転することで白色光を複数色の光に色時分割するカラーホイールと、該カラーホイールが色時分割した前記複数色の光を順次光変調する光変調素子と、該光変調素子が光変調した変調光を拡大投射する投射レンズとを備えるプロジェクタにおいて、前記複数色の光変調された変調光夫々に対応していて、前記投射レンズの光軸方向の光学距離が異なる複数の透光部を、該透光部の光学距離が、色時分割された光の波長と逆傾向で順次異なるよう周方向に配した色収差補正ホイールと、前記複数色の変調光が該変調光に対応した前記透光部を透過するように、前記カラーホイール及び前記色収差補正ホイールを同期回転させる手段とを備えることを特徴とする。
本発明に係るプロジェクタは、前記複数の透光部が、該透光部を透過する変調光の波長が長い(短い)程、前記投射レンズの光軸方向の幅が短い(長い)板状であることを特徴とする。
本発明に係るプロジェクタは、前記複数の透光部は、該透光部を透過する変調光の波長が長い(短い)程、該変調光に対する屈折率が小さい(大きい)板状であることを特徴とする。
本発明に係るプロジェクタは、前記色収差補正ホイールは、重心が該色収差補正ホイールの中心線に調心されていることを特徴とする。
本発明にあっては、色時分割され、光変調素子で光変調された変調光は、複数色の変調光夫々に対応した透光部を透過する。透光部は、変調光の波長が短い程、投射レンズの光軸方向の光学距離が長く、又は変調光の波長が長い程、光学距離が短くなるように形成されている。
前記透光部を変調光の光路上に介装することは、透光部を介装しない状態において、光変調素子に係る像高を拡大することと等価である。特に、赤の変調光が投射される場合、緑の変調光が投射される場合に比べて、光変調素子に係る像高の拡大率はより小さく、青の変調光が投射される場合、緑の変調光が投射される場合に比べて、像高の拡大率はより大きい。従って、投射される光の波長が長い程、投射レンズで投射される画像の投射倍率は小さくなる。
他の観点によれば、前記透光部を変調光の光路上に介装することは、透光部を介装しない状態において、例えば赤の変調光が投射される場合、緑の変調光が投射される場合に比べて光変調素子を投射レンズから遠ざけ、青の変調光が投射される場合、緑の変調光が投射される場合に比べて光変調素子を投射レンズに近づけることと等価である。また、光変調素子で光変調されて投射される画像の大きさは、光変調素子が投射レンズから遠ざかる程小さくなり、また近づくほど大きくなる。従って、投射される光の波長が長い程、投射レンズで投射される画像の投射倍率は小さくなる。
一方、投射レンズの倍率色収差によれば、投射される画像の大きさは、光の波長が長い程大きい。
従って、変調光の光路上に順次介装された透光部は、倍率色収差を打ち消すように作用し、投射レンズの倍率色収差を補正する。
前記透光部を変調光の光路上に介装することは、透光部を介装しない状態において、光変調素子に係る像高を拡大することと等価である。特に、赤の変調光が投射される場合、緑の変調光が投射される場合に比べて、光変調素子に係る像高の拡大率はより小さく、青の変調光が投射される場合、緑の変調光が投射される場合に比べて、像高の拡大率はより大きい。従って、投射される光の波長が長い程、投射レンズで投射される画像の投射倍率は小さくなる。
他の観点によれば、前記透光部を変調光の光路上に介装することは、透光部を介装しない状態において、例えば赤の変調光が投射される場合、緑の変調光が投射される場合に比べて光変調素子を投射レンズから遠ざけ、青の変調光が投射される場合、緑の変調光が投射される場合に比べて光変調素子を投射レンズに近づけることと等価である。また、光変調素子で光変調されて投射される画像の大きさは、光変調素子が投射レンズから遠ざかる程小さくなり、また近づくほど大きくなる。従って、投射される光の波長が長い程、投射レンズで投射される画像の投射倍率は小さくなる。
一方、投射レンズの倍率色収差によれば、投射される画像の大きさは、光の波長が長い程大きい。
従って、変調光の光路上に順次介装された透光部は、倍率色収差を打ち消すように作用し、投射レンズの倍率色収差を補正する。
本発明にあっては、透光部は板状であり、透過する変調光の波長が長い程、投射レンズの光軸方向の幅が短い。投射レンズの光軸方向の幅は、投射レンズの光軸方向における透光部の光学距離に比例するため、透光部の幅が短い程、光学距離は短い。
図5に示すように、透光板9r、即ち板状の透光部を投射レンズ群6の光軸L上に介装した光学系と、DMD5、即ち光変調素子に係る像高R0を像高R1に拡大した光学系とは等価であり、DMD5に係る像高R0の拡大率は、透光板9rの光学距離が長い程、長い。
他の観点によれば、透光板9r、即ち板状の透光部を投射レンズ群6の光軸L上に介装した光学系と、DMD5、即ち光変調素子を投射レンズに近づけた光学系とは等価であり、DMD5を投射レンズ群6に近づける距離は、透光板9rの光学距離が長い程、長い。
従って、変調光の波長の長さによって、透光部の幅を異ならせることにより、投射される画像の大きさを調節することができ、倍率色収差を補正することができる。
図5に示すように、透光板9r、即ち板状の透光部を投射レンズ群6の光軸L上に介装した光学系と、DMD5、即ち光変調素子に係る像高R0を像高R1に拡大した光学系とは等価であり、DMD5に係る像高R0の拡大率は、透光板9rの光学距離が長い程、長い。
他の観点によれば、透光板9r、即ち板状の透光部を投射レンズ群6の光軸L上に介装した光学系と、DMD5、即ち光変調素子を投射レンズに近づけた光学系とは等価であり、DMD5を投射レンズ群6に近づける距離は、透光板9rの光学距離が長い程、長い。
従って、変調光の波長の長さによって、透光部の幅を異ならせることにより、投射される画像の大きさを調節することができ、倍率色収差を補正することができる。
本発明にあっては、透光部は板状であり、透過する変調光の波長が長いほど、該変調光に対する屈折率が小さい。透光部の屈折率は、投射レンズの光軸方向における透光部の光学距離に比例するため、屈折率が小さい程、光学距離は短い。
図5に示すように、透光板9rを投射レンズ群6の光軸L上に介装した光学系と、DMD5に係る像高R0を像高R1に拡大した光学系とは等価であり、DMD5に係る像高R0の拡大率は、透光板9rの光学距離が長い程、長い。
他の観点によれば、透光板9rを投射レンズ群6の光軸L上に介装した光学系と、DMD5を投射レンズ群6に近づけた光学系とは等価であり、DMD5を投射レンズ群6に近づける距離は、透光板9rの光学距離が長い程、長い。
従って、変調光の波長の長さによって、透光部の屈折率を異ならせることにより、倍率色収差を補正することができる。
また、複数色の変調光夫々に対応する複数の透光部の幅を均一にしつつ、異なる屈折率を有する材質を採用することができる。透光部の幅が均一である場合、透光部を周方向に配した色収差補正ホイールの重心と、色収差補正ホイールの中心線とが一致する。
図5に示すように、透光板9rを投射レンズ群6の光軸L上に介装した光学系と、DMD5に係る像高R0を像高R1に拡大した光学系とは等価であり、DMD5に係る像高R0の拡大率は、透光板9rの光学距離が長い程、長い。
他の観点によれば、透光板9rを投射レンズ群6の光軸L上に介装した光学系と、DMD5を投射レンズ群6に近づけた光学系とは等価であり、DMD5を投射レンズ群6に近づける距離は、透光板9rの光学距離が長い程、長い。
従って、変調光の波長の長さによって、透光部の屈折率を異ならせることにより、倍率色収差を補正することができる。
また、複数色の変調光夫々に対応する複数の透光部の幅を均一にしつつ、異なる屈折率を有する材質を採用することができる。透光部の幅が均一である場合、透光部を周方向に配した色収差補正ホイールの重心と、色収差補正ホイールの中心線とが一致する。
本発明にあっては、色収差補正ホイールの重心が、該色収差補正ホイールの中心線に調心されているため、色収差補正ホイールの回転ぶれが生じない。
本発明によれば、色消しレンズを用いることなく、色時分割表示される画像の色毎に投射倍率を変更し、倍率色収差を補正することができる。
本発明によれば、簡単な構成で投射レンズの倍率色収差を補正することができる。
本発明によれば、光の波長に応じて幅が異なる板状の投光部を備える場合に比べて、投光ホイールの重心が中心線からずれる虞の低い色収差補正ホイールを構成することができる。
本発明によれば、色収差補正ホイールの回転のぶれを防ぐことができる。
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係るDLP単板方式のプロジェクタの模式図である。図中1は、白色光を発するキセノンランプ又は超高圧水銀ランプ等の放電ランプ10を備えた光源であり、放電ランプ10の発光中心が回転楕円面状の鏡面を有するリフレクタ11の焦点に位置するようにリフレクタ11に固定されている。放電ランプ10の白色光は、リフレクタ11によって反射されてカラーホイール2を透過し、ロッドインテグレータ3に入射する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係るDLP単板方式のプロジェクタの模式図である。図中1は、白色光を発するキセノンランプ又は超高圧水銀ランプ等の放電ランプ10を備えた光源であり、放電ランプ10の発光中心が回転楕円面状の鏡面を有するリフレクタ11の焦点に位置するようにリフレクタ11に固定されている。放電ランプ10の白色光は、リフレクタ11によって反射されてカラーホイール2を透過し、ロッドインテグレータ3に入射する。
図2は、カラーホイール2の略示正面図である。カラーホイール2は、赤・緑・青の光を夫々透過する扇状のカラーフィルタ2r,2g,2bを3等配しており、カラーフィルタ2r,2g,2bの回転通回域に光源1の投光域が位置するように配置されている。カラーホイール2の周縁部の適宜箇所、例えば赤色のカラーフィルタ2rと青色のカラーフィルタ2bとの境界部分には、カラーホイール2の回転速度を制御するためのマーク20が付されている。
カラーホイール2のロッドインテグレータ3側には、カラーホイール2に付されたマーク20が検出域にあることを検出する反射型の第1フォトインタラプタ81がカラーホイール2に対向配置されている。第1フォトインタラプタ81は、発光ダイオードと、マーク20で反射された前記発光ダイオードからの光を受光するフォトダイオードとを備えており、マーク20が検出域にある場合、ハイレベルの信号を制御部8cに出力し、マーク20が検出域外にある場合、ローレベルの信号を制御部8cに出力する。制御部8cは、カラーホイール2の回転速度を制御するためのタイマー80cを備えている。
カラーホイール2の中心部には、第1モータ駆動部8aにより回転駆動されるモータ21の出力軸が接続されており、第1モータ駆動部8aは、モータ21を等速回転させる。モータ21の回転速度は、第1フォトインタラプタ81から出力された信号に基づいて制御部8cが制御する。
カラーホイール2が等速回転している場合、白色光は赤色、緑色及び青色のカラーフィルタ2r,2g,2bに順次的に入射し、白色光は時系列で赤・緑・青の光に色時分割される。色時分割された光は、略長方形のロッドインテグレータ3の入射口に入射し、入射した光は、ロッドインテグレータ3の内面で反射を繰り返して均一な光となり、出射口から照明レンズ群4に入射する。
照明レンズ群4は、コンデンサレンズ4a及びリレーレンズ4bからなり、白色光をDMD5(光変調素子)に入射させる。DMD5は、画像データに係る画像の各ドット、例えばSVGA規格の600×800のドットに対応付けられた複数の微小可動ミラーを備えている。図示しないDMD駆動部は、色時分割された赤・緑・青の光が、投射レンズ群6へ又は投射レンズ群6外へ選択的に反射するように、各微小可動ミラーを選択的に±10度回転させる。DMD5に入射した光は、DMD5の微小可動ミラーにより光変調、即ち反射され、光変調された変調光は、色収差補正ホイール9を透過して、投射レンズ群6に入射する。
図3は、投光ホイールの略示正面図である。色収差補正ホイール9は、カラーホイール2のカラーフィルタ2r,2g,2bに対応する扇状の透光板9r,9g,9bを3等配しており、透光板9r,9g,9bの回転通回域に変調光の光路が位置するように配置されている。色収差補正ホイール9の周縁部の適宜箇所、例えば赤の変調光に対応した透光板9rと青の変調光に対応した透光板9bとの境界部分には、色収差補正ホイール9の回転速度を制御し、対応するカラーフィルタ2r,2g,2b及び透光板9r,9g,9bが変調光の光路上に位置するようにするためのマーク90が設けられている。
赤の変調光に対応した透光板9rの屈折率nRは、緑の変調光に対応した透光板9gの屈折率に比べて小さく、緑の変調光に対応した透光板9gの屈折率nGは、青の変調光に対応した透光板9bの屈折率nBに比べて小さい。また、投射レンズ群6の光軸L方向における透光板9r,9g,9bの幅は等しい。
色収差補正ホイール9の周縁部のDMD5側には、色収差補正ホイール9に設けられたマーク90が検出域にあることを検出する反射型の第2フォトインタラプタ82が対向配置されている。第2フォトインタラプタ82は、マーク90が検出域にある場合、ハイレベルの信号を制御部8cに出力し、マーク90が検出域外に有る場合、ローレベルの信号を制御部8cに出力する。
色収差補正ホイール9の中心部には、第2モータ駆動部8bにより回転駆動されるモータ91の出力軸が接続されており、第2モータ駆動部8bは、モータ91を等速回転させる。モータ91の回転速度は、第2フォトインタラプタ82から出力された信号に基づいて制御部8cが制御する。
投射レンズ群6は、DMD5側からスクリーン7側へ、両凸レンズの第4レンズ6e、絞り6d、平凹レンズの第3レンズ6c、両凸レンズの第2レンズ6b、及びメニスカスレンズの第1レンズ6aを順に配しており、DMD5の像をスクリーン7に拡大して打ち上げ投射する。
図4は、各透光板9r、9g、9bを透過する赤・緑・青の変調光の光路を示す光路図、図5は、透光板9r、9g、9bをDMD5と投射レンズ群6との間に介装した光学系と等価な光学系を示す光路図である。DMD5の一点から放射されて透光板9rに入射角θiで入射した赤の変調光は、スネルの法則に従って屈折角θRで屈折し、屈折した変調光は更に屈折角θiで出射する。従って、DMD5の一点から放射されて透光板9rを透過する変調光の光路は、透光板9rを透過することで平行移動する。
透光板9rを透過して投射レンズ群6に入射する変調光は、図5中、細線で示すように、透光板9rで屈折して投射レンズ群6に入射する。従って、透光板9rを介装した光学系と、透光板9rを介装せずにDMD5に係る像高R0を像高R1に拡大した光学系とは等価である。DMD5の像高R0が拡大された場合、透光板9rを介装しない場合の投射像高R0’はR1’に拡大される。つまり、投射倍率が大きくなる。
同様に、緑及び青の変調光は、屈折率nG及びnBの透光板9g及び透光板9bを透過することにより、DMD5の像高R0が拡大される。透光板9r,9g,9bの屈折率は、nR<nG<nBの関係にあるため、透光板9r,9g,9bを介装することで拡大された像高をR1,G1,B1とした場合、R1<G1<B1の関係にある。
従って、透光板9r,9g,9bを夫々赤・緑・青の変調光が透過することにより、各色の画像の投射倍率が大きくなるが、青色画像の投射倍率の増加率は、緑色画像に比べて大きく、緑色画像の投射倍率の増加率は、赤色画像の投射倍率の増加率に比べて大きい。
一方、投射レンズ群6の倍率色収差によれば、赤色画像は、緑色画像に比べて大きく投射され、緑色画像は、青色画像に比べて大き投射される。
従って、DMD5と投射レンズ群6との間に介装される透光板9r,9g,9bは、倍率色収差を補正することができる。
一方、投射レンズ群6の倍率色収差によれば、赤色画像は、緑色画像に比べて大きく投射され、緑色画像は、青色画像に比べて大き投射される。
従って、DMD5と投射レンズ群6との間に介装される透光板9r,9g,9bは、倍率色収差を補正することができる。
他の観点によれば、透光板9rの光軸L方向の幅をdとした場合、一般に透光板9rを幅がd/nRの空気に置きかえた光学系として考えることができる。従って、DMD5と投射レンズ群6との距離をd−d/nR=(1−1/nR)・d=ΔLRだけ短くした光学系、つまりDMD5をΔLRだけ投射レンズ群6に近づけた光学系と、透光板9rを介装した光学系とは等価である。DMD5が投射レンズ群6に近づいた場合、投射倍率は大きくなる。
同様に、緑の変調光は、屈折率nGの透光板9gを透過することにより、DMD5と投射レンズ群6との距離がΔLG=(1−1/nG)・d短くなり、青の変調光は、屈折率nBの透光板9bを透過することにより、DMD5と投射レンズ群6との距離がΔLB=(1−1/nB)・d短くなる。透光板9r,9g,9bの屈折率は、nR<nG<nBの関係にあるため、短縮されるDMD5と投射レンズ群6との距離は、ΔLR<ΔLG<ΔLBの関係にある。従って、各色の変調光の前記距離は、夫々ΔLR、ΔLG、ΔLB短くなるため、赤>緑>青の順に長くなる。
従って、透光板9r,9g,9bを夫々赤・緑・青の変調光が透過することにより、各色の画像の投射倍率が大きくなるが、青色画像の投射倍率の増加率は、緑色画像に比べて大きく、緑色画像の投射倍率の増加率は、赤色画像の投射倍率の増加率に比べて大きい。
一方、投射レンズ群6の倍率色収差によれば、赤色画像は、緑色画像に比べて大きく投射され、緑色画像は、青色画像に比べて大き投射される。
従って、DMD5と投射レンズ群6との間に介装される透光板9r,9g,9bは、倍率色収差を補正することができる。
一方、投射レンズ群6の倍率色収差によれば、赤色画像は、緑色画像に比べて大きく投射され、緑色画像は、青色画像に比べて大き投射される。
従って、DMD5と投射レンズ群6との間に介装される透光板9r,9g,9bは、倍率色収差を補正することができる。
図6は、モータの回転制御に係る制御部8cの処理手順を示すフローチャートである。図示しない電源ボタンがオンになった場合、制御部8cは、タイマー80cを動作させて計時を開始する(ステップS1)。
次いで、制御部8cは、第1フォトインタラプタ81及び第2フォトインタラプタ82からハイレベルの信号を取得した時間をタイマー80cによって特定する(ステップS2)。そして、制御部8cは、第1フォトインタラプタ81からハイレベルの信号を取得した時間に基づいて、カラーホイール2の回転速度ω1を算出し(ステップS3)、算出した回転速度ω1と目標回転速度ω0との偏差(ω0−ω1)に基づいて、カラーホイール2の回転速度を目標回転速度ω0に一致させるように回転速度ω1を制御する制御信号を第1モータ駆動部8aに出力する(ステップS4)。
つまり、算出した回転速度ω1が目標回転速度ω0より小さい場合、モータ21の回転速度を上げ、算出した回転速度ω1が目標回転速度ω0よりも大きい場合、回転速度を下げる制御信号を第1モータ駆動部8aに出力する。
つまり、算出した回転速度ω1が目標回転速度ω0より小さい場合、モータ21の回転速度を上げ、算出した回転速度ω1が目標回転速度ω0よりも大きい場合、回転速度を下げる制御信号を第1モータ駆動部8aに出力する。
同様に、第2フォトインタラプタ82からハイレベルの信号を取得した時間に基づいて、色収差補正ホイール9の回転速度ω2を算出し(ステップS5)、算出した回転速度ω2と目標回転速度ω0との偏差(ω0−ω2)に基づいて、色収差補正ホイール9の回転速度を目標回転速度ω0に一致させるようにモータ91の回転速度ω2を制御する制御信号を第2モータ駆動部8bに出力する(ステップS6)。
次いで、第1フォトインタラプタ81からハイレベルの信号を取得した時間と、第2フォトインタラプタ82からハイレベルの信号を取得した時間との時間差、つまりカラーホイール2と色収差補正ホイール9との位相差に基づいて、カラーホイール2と色収差補正ホイール9との位相が一致するように、回転速度ω2を制御する制御信号を第2モータ駆動部8bに出力し(ステップS7)、処理を終える。制御部8cは、以上の処理を定期的に実行する。
以下、投射レンズ群6及び透光板9r、9g、9bの構成を具体的に説明する。
投射レンズ群6は、下記表1に示した第1レンズ6a、第2レンズ6b、絞り6c、第3レンズ6d、及び第4レンズ6eを備えている。
投射レンズ群6は、下記表1に示した第1レンズ6a、第2レンズ6b、絞り6c、第3レンズ6d、及び第4レンズ6eを備えている。
表1に示すように、面1は、スクリーン7の面を、面2は、第1レンズ6aのスクリーン7側の面を、面3は、第1レンズ6aのDMD5側の面を示している。同様に面4、5は、第2レンズ6bの各面を、面6、7は第3レンズ6cの各面を、面8は絞り6dを、面9、10は第4レンズ6eの各面を示している。また、面11、12は、透光板9r、9g、9bの各面を示している。そして、各レンズ6a,6b,6c,6eは、表1に示した硝材からなり、所定の曲率半径を有している。また、各面は、表1に示したような間隔を有している。
また、透光板9r,9g,9bは、夫々1mmの幅を有し、屈折率nR=1.48100、nG=1.52000、nB=1.56500を有している。
このように構成される実施の形態1に係るプロジェクタにあっては、色消しレンズを用いることなく、カラーホイール2によって色時分割表示される画像の色毎に投射倍率を変更し、倍率色収差を補正することができる。
図7は、DMD5と投射レンズ群6との間に透光板9rを介装した場合の光路を示す光路図であり、図8は、透光板9r,9g,9bの介装により投射レンズ群6の倍率色収差を補正した場合の赤・緑・青の変調光の光路を示す光路図である。
図7中、太線で描かれた光路は、DMD5の一点から放射され、透光板9rを透過し、投射レンズ群6に入射する変調光の光路である。細線で描かれた光路は、透光板9rを取り除いた場合に、DMD5の前記一点から放射され、投射レンズ群6に入射する変調光の光路である。
透光板9rを透過してスクリーン7に投射される画像の大きさは、透光板9rを透過しない場合に比べて大きい。従って、透光板9rを介装することで、投射レンズ群6の投射倍率を大きくすることができる。
また、図8に示すように、透光板9r及び透光板9gによって、赤・緑の変調光が投射レンズ群6の異なる箇所に入射して、緑色画像は、赤色画像に比べて投射倍率の増加率が大きくなり、赤と緑の変調光に対する倍率色収差が補正される。
更に、透光板9g及び透光板9bによって、緑・青の変調光が投射レンズ群6の異なる箇所に入射して、青色画像は、緑色画像に比べて投射倍率の増加率が大きくなり、緑と青の変調光に対する倍率色収差が補正される。
より具体的には、DMD5に係る像高を10.670mmとした場合、透光板9r,9g,9bを介装しないとき、投射される赤色の投射像高1071.33108mm、緑色の投射像高は、1070.74332mm、青色の投射像高は、1070.09896mmとなる。従って、緑色の像高に対する赤色、青色の収差は夫々、0.58776mm、−0.64436mmになる。
ところが、透光板9r,9g,9bを介装した場合、投射される赤色の投射像高1082.41229mm、緑色の投射像高は、1082.40993mm、青色の投射像高は、1082.40404mmとなる。従って、緑色の投射像高に対する赤色、青色の収差は夫々、0.00236mm、−0.00588mmになり、倍率色収差が補正される。
また、実施の形態1に係るプロジェクタにあっては、透光板9r,9g,9bの光軸L方向の幅及び正面視の形状が同じであるため、各透光板9r,9g,9bを周方向に3等配した色収差補正ホイール9の重心は、色収差補正ホイール9の中心線に一致するため、回転ぶれの生じる虞が低い。
更に、色消しレンズを用いず、板状の透光板9r,9g,9bによって投射レンズ群6の倍率色収差を補正するため、低コストで倍率色収差を補正可能なプロジェクタを構成することができる。
なお、実施の形態1にあっては、制御部がカラーホイールと色収差補正ホイールとの回転同期をとるように制御しているが、カラーホイールと色収差補正ホイールとが同期回転するように、歯車でカラーホイールと色収差補正ホイールとを連結させても良い。
また、各透光板を別体で形成して周方向に配した色収差補正ホイールを用いているが、製造される複数の投射レンズの倍率色収差の大きさが一定の場合、各透光板を一体形成した色収差補正ホイールを用いても良い。一体形成した場合、プロジェクタの製造コストを抑えることができる。
更に、実施の形態1に係るプロジェクタは、リア型のみならず、フロント型に適用しても良い。
なお、実施の形態1にあっては、制御部がカラーホイールと色収差補正ホイールとの回転同期をとるように制御しているが、カラーホイールと色収差補正ホイールとが同期回転するように、歯車でカラーホイールと色収差補正ホイールとを連結させても良い。
また、各透光板を別体で形成して周方向に配した色収差補正ホイールを用いているが、製造される複数の投射レンズの倍率色収差の大きさが一定の場合、各透光板を一体形成した色収差補正ホイールを用いても良い。一体形成した場合、プロジェクタの製造コストを抑えることができる。
更に、実施の形態1に係るプロジェクタは、リア型のみならず、フロント型に適用しても良い。
(実施の形態2)
実施の形態2に係るプロジェクタは、実施の形態1に係るプロジェクタと同様の光源1、カラーホイール2、ロッドインテグレータ3、照明レンズ群4、DMD5、色収差補正ホイール109、及び投射レンズ群6を備えている。
実施の形態2に係るプロジェクタは、実施の形態1に係るプロジェクタと同様の光源1、カラーホイール2、ロッドインテグレータ3、照明レンズ群4、DMD5、色収差補正ホイール109、及び投射レンズ群6を備えている。
図9は、実施の形態2に係る色収差補正ホイール109を示す略示正面図である。色収差補正ホイール109は、実施の形態1の色収差補正ホイール9と同様に、カラーフィルタ2r,2g,2b夫々に対応した透光板109r,109g,109bを周方向に3等配している。また、赤の変調光に対応する透光板109rと青の変調光に対応する透光板109bとの境界部分には、色収差補正ホイール109の回転速度を制御するためのマーク190が付されている。
図10は、図9のX−X線断面図、図11は、図9のXI―XI線断面図である。透光板109rの光軸L方向の幅dRは、透光板109gの幅dGより短く、透光板109gの光軸L方向の幅dGは、透光板109bの幅dBより短い。
また、透光板109r,109g,109bの屈折率は、nR≒nG≒nB≒nの関係を満たしている。
また、透光板109r,109g,109bの屈折率は、nR≒nG≒nB≒nの関係を満たしている。
より具体的には、投射レンズ群が上記表1のような構成である場合、透光板109r,109g,109bの幅dR,dG,dBを夫々、0.95400mm、1.00000mm、1.05000mmとする。なお、透光板109r、109g,109bの屈折率nR,nG,nBは、夫々1.51432,1.51872、1.52282である。
透光板109r及び透光板109g側の回転軸192の周縁部には、色収差補正ホイール109の重心を色収差補正ホイール109の中心線に調心する錘191r、191gが設けられている。
錘191rは、錘191r及び透光板109rの回転軸192におけるモーメントと、透光板109bのモーメントを等しくする質量を有しており、錘191gは、錘191g及び透光板109gのモーメントと、透光板109bのモーメントとを等しくする質量を有している。
図12は、各透光板109r,109g,109bを透過する赤・緑・青の変調光の光路を示す光路図である。DMD5の一点から放射されて透光板109rに入射した赤・緑・青の変調光は、スネルの法則に従って屈折し、屈折した変調光は更に屈折して出射する。従って、DMD5の一点から放射されて透光板109r,109g,109bを透過する赤・緑・青の変調光の光路は、平行移動する。
赤・緑・青の変調光が各透光板109r,109g,109bを透過した場合、実施の形態1と同様に、DMD5に係る像高は、赤<緑<青の順で大きく拡大される。
他の観点によれば、赤・緑・青の変調光に対するDMD5と投射レンズ群6との距離がΔLR=(1−1/nR)・dR<ΔLG=(1−1/nG)・dG<ΔLB=(1−1/nB)・dB短くなる。従って、各色の前記距離は、夫々ΔLR、ΔLG、ΔLB短くなるため、各色の前記距離は、赤>緑>青の順に長い。
図13は、透光板109r,109g,109bの介装により投射レンズ群6の倍率色収差を補正した場合の赤・緑・青の変調光の光路を示す光路図である。
実施の形態1と同様に、透光板109r,109g,109bによって、赤・緑・青の変調光が投射レンズ群6の異なる箇所に入射して、緑色画像は、赤色画像に比べて投射倍率の増加率が大きく、赤と緑の変調光に対する倍率色収差が補正され、青色画像は、緑色画像に比べて投射倍率の増加率が大きく、緑と青の変調光に対する倍率色収差が補正される。
実施の形態1と同様に、透光板109r,109g,109bによって、赤・緑・青の変調光が投射レンズ群6の異なる箇所に入射して、緑色画像は、赤色画像に比べて投射倍率の増加率が大きく、赤と緑の変調光に対する倍率色収差が補正され、青色画像は、緑色画像に比べて投射倍率の増加率が大きく、緑と青の変調光に対する倍率色収差が補正される。
実施の形態2に係るプロジェクタにあっては、色消しレンズを用いることなく、カラーホイール2によって色時分割表示される画像の色毎に投射倍率を変更し、倍率色収差を補正することができる。
より具体的には、DMD5に係る像高を10.670mmとした場合、透光板109r,109g,109bを介装したとき、投射される赤色の投射像高1082.38588mm、緑色の投射像高は、1082.39081mm、青色の投射像高は、1082.38568mmとなる。従って、緑色の像高に対する赤色、青色の収差は夫々、−0.00494mm、−0.00513mmになり、倍率色収差が補正される。
また、錘191r,191gによって、色収差補正ホイール109の重心を色収差補正ホイール109の中心線に合わせることができるため、色収差補正ホイール109の回転ぶれをふせぐことができる。
更に、赤・緑・青夫々の倍率色収差に応じた屈折率を有する透光板9r,9g,9bを用意する必要は無く、倍率色収差の大きさによって幅の異なる透光板109r,109g,109bを用意するのみで、倍率色収差を補正することができるため、実施の形態1に係るプロジェクタに比べて、より簡易に倍率色収差を補正することができる。
実施の形態2に係るプロジェクタの色収差補正ホイール109以外の他の構成、作用及び効果は、実施の形態1に係るプロジェクタと同様であるため、対応する箇所には同様の符号を付してその詳細な説明を省略する。
1 光源
10 放電ランプ
11 リフレクタ
2 カラーホイール
2r,2g,2b カラーフィルタ
3 ロッドインテグレータ
4 照明レンズ群
5 DMD
6 投射レンズ群
7 スクリーン
8a 第1モータ駆動部
8b 第2モータ駆動部
8c 制御部
9 色収差補正ホイール
9r,9g,9b 透光板
21、91 モータ
20、90 マーク
80c タイマー
81 第1フォトインタラプタ
82 第2フォトインタラプタ
191r,181g 錘
192 回転軸
10 放電ランプ
11 リフレクタ
2 カラーホイール
2r,2g,2b カラーフィルタ
3 ロッドインテグレータ
4 照明レンズ群
5 DMD
6 投射レンズ群
7 スクリーン
8a 第1モータ駆動部
8b 第2モータ駆動部
8c 制御部
9 色収差補正ホイール
9r,9g,9b 透光板
21、91 モータ
20、90 マーク
80c タイマー
81 第1フォトインタラプタ
82 第2フォトインタラプタ
191r,181g 錘
192 回転軸
Claims (5)
- 回転することで白色光を複数色の光に色時分割するカラーホイールと、該カラーホイールが色時分割した前記複数色の光を順次光変調する光変調素子と、該光変調素子が光変調した変調光を拡大投射する投射レンズとを備えるプロジェクタの倍率色収差を補正する倍率色収差補正方法において、
前記複数色の光変調された変調光夫々に対応していて、変調光の波長が長い(短い)程、前記投射レンズの光軸方向の光学距離が短い(長い)透光部を、各変調光が該変調光に対応した前記透光部を透過するように、前記変調光の光路上に順次介装する
ことを特徴とする倍率色収差補正方法。 - 回転することで白色光を複数色の光に色時分割するカラーホイールと、該カラーホイールが色時分割した前記複数色の光を順次光変調する光変調素子と、該光変調素子が光変調した変調光を拡大投射する投射レンズとを備えるプロジェクタにおいて、
前記複数色の光変調された変調光夫々に対応していて、前記投射レンズの光軸方向の光学距離が異なる複数の透光部を、該透光部の光学距離が、色時分割された光の波長と逆傾向で順次異なるよう周方向に配した色収差補正ホイールと、
前記複数色の変調光が該変調光に対応した前記透光部を透過するように、前記カラーホイール及び前記色収差補正ホイールを同期回転させる手段と
を備えることを特徴とするプロジェクタ。 - 前記複数の透光部は、
該透光部を透過する変調光の波長が長い(短い)程、前記投射レンズの光軸方向の幅が短い(長い)板状である
ことを特徴とする請求項2に記載のプロジェクタ。 - 前記複数の透光部は、
該透光部を透過する変調光の波長が長い(短い)程、該変調光に対する屈折率が小さい(大きい)板状である
ことを特徴とする請求項2又は請求項3に記載のプロジェクタ。 - 前記色収差補正ホイールは、
重心が該色収差補正ホイールの中心線に調心されている
ことを特徴とする請求項2乃至請求項4のいずれか一つに記載のプロジェクタ。
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