JP4507592B2 - 投影型表示装置 - Google Patents

Description

この発明は、光着色手段を備えない表示素子を用いてカラー画像を投影表示する投影型表示装置に関する。

光着色手段を備えない複数の画素が行方向及び列方向にマトリックス状に配列した表示エリアを有する表示素子を用いて投影面にカラー画像を表示する投影型表示装置は、従来、例えば一般にＤＭＤと略称されるマイクロミラー表示素子（Digital Micromirror Device）等の表示素子と、この表示素子に光を入射させる光源系と、前記表示素子からの出射光を投影レンズにより投影して投影面に結像させる投影系とを備え、さらに前記光源系に、赤、緑、青の３色のカラーフィルタが周方向に並べて設けられた回転板からなるカラーホイールを、その外周部を前記光源系の光路に介在させて配置した構成とされている（特許文献１参照）。

この投影型表示装置は、前記表示素子の複数の画素に赤、緑、青の３色の単位色画像データを極く短い周期で順次書込み、前記光源系に配置されたカラーホイールを、前記表示素子への赤、緑、青の単位色画像データの順次書込みに対応する速度で回転駆動することにより、前記表示素子に赤、緑、青の単位色画像を順次表示させ、これらの単位色画像を投影系により順次投影面に投影するものであり、前記投影面に順次投影された赤、緑、青の単位色画像は、その投影周期が極く短いため、人間の眼に、前記赤、緑、青の単位色画像が重なったフルカラー画像として観察される。
特開２００３―１４９５９９号公報

しかし、上記従来の投影型表示装置は、光源系からのカラーホイールにより順次された赤、緑、青の光が、前記光源系の軸上色収差により各色の光毎に焦点にずれを生じて表示素子に入射するため、前記表示素子への赤、緑、青の入射光の強度に大きな差が生じ、さらに、前記表示素子から順次出射した赤、緑、青の単位色画像光が、投影系の軸上色収差により各色の光毎に焦点にずれを生じて投影されるため、投影面に表示されるカラー画像が、赤、緑、青の単位色画像の明るさ及び鮮明度の差が大きい画質の劣る画像となってしまう。

この発明は、光着色手段を備えない表示素子を用いてカラー画像を投影表示する投影型表示装置として、投影面に、赤、緑、青の単位色画像の明るさ及び鮮明度の差が小さい良好な画質のカラー画像を表示することができるものを提供することを目的としたものである。

この発明の投影型表示装置は、光着色手段を備えない複数の画素が行方向及び列方向にマトリックス状に配列した表示エリアを有し、前記複数の画素に赤、緑、青の３ 色の単位色画像データを順次書込まれ、前記複数の画素に入射した光の出射を制御して前記赤、緑、青の単位色画像データに応じた画像を順次表示する表示素子と、前記表示素子に光を入射させる光源系と、投影レンズを有し、前記表示素子からの出射光を前記投影レンズにより投影して投影面に結像させる投影系と、赤、緑、青の３ 色のカラーフィルタが周方向に並べて設けられた回転板からなり、前記光源系と前記投影系のうちの投影系に、前記カラーフィルタを前記投影系の光路に介在させて配置され、前記表示素子への赤、緑、青の単位色画像データの順次書込みに対応する速度で回転駆動されるカラーホイールとを備え、前記カラーホイールの赤、緑、青のカラーフィルタの厚さは、赤色フィルタの厚さをｔ _Ｒ 、緑色フィルタの厚さをｔ _Ｇ 、青色フィルタの厚さをｔ _Ｂ とし、これらのカラーフィルタのｄ線，Ｃ線，Ｆ線の屈折率をｎ _ｄ ，ｎ _Ｃ ，ｎ _Ｆ としたとき、投影系の投影レンズのｄ線を基準とする軸上色収差による焦点のずれが、Ｃ線での焦点ずれ量、Ｆ線での焦点ずれ量に対して、
ｔ _Ｇ ／ｎ _ｄ −ｔ _Ｒ ／ｎ _Ｃ ＝Ｃ線での焦点ずれ量
ｔ _Ｇ ／ｎ _ｄ −ｔ _Ｂ ／ｎ _Ｆ ＝Ｆ線での焦点ずれ量
を満足する値に設定することを特徴とする。

この投影型表示装置において、前記カラーホイールは、前記表示素子と前記投影レンズとの間に配置するのが望ましい。

また、前記表示素子は、所定の出射方向に対して一方の方向に傾いた入射方向から入射した光を前記出射方向に反射して表示する反射型表示素子であり、前記光源系は、光源部と、前記光源部からの光を前記反射型表示素子に前記入射方向から入射させる光学手段とからなり、前記投影系は、前記投影レンズと、前記反射型表示素子の入出射面に対向させて配置され、前記光源系からの光を平行光に補正して前記反射型表示素子に入射させ、前記反射型表示素子からの出射光を集光して前記投影レンズに入射させる中継レンズとからなっており、前記カラーホイールは、前記反射型表示素子と前記中継レンズとの間または前記投影レンズの入射端の前に配置されているのが望ましい。

また、前記カラーホイールは、反射型表示素子と中継レンズとの間に配置されており、前記軸上色収差による焦点のずれを、前記中継レンズと投影レンズの両方の軸上色収差による焦点のずれとすることが望ましい。

また、前記のようにカラーホイールの赤、緑、青のカラーフィルタをそれぞれ、前記投影系の軸上色収差による赤、緑、青の光の焦点のずれを補償する特性が得られる厚さに形成する場合は、このカラーホイールに、その全周の重量バランスを均一にするためのバランス補償手段を設けるのが好ましい。

この発明の投影型表示装置は、前記カラーホイールを、表示素子からの出射光を投影面に投影する投影系に配置しているため、光源系の軸上色収差の影響を無くし、前記投影面に、赤、緑、青の単位色画像の明るさ及び鮮明度の差が小さい良好な画質のカラー画像を表示することができる。

この投影型表示装置において、前記カラーホイールは、前記表示素子と前記投影レンズとの間に配置するのが望ましく、このようにすることにより、投影型表示装置の外観を良くすることができる。

また、前記表示素子を、所定の出射方向に対して一方の方向に傾いた入射方向から入射した光を前記出射方向に反射して表示する反射型表示素子とする場合は、前記光源系を、光源部と、前記光源部からの光を前記反射型表示素子に前記入射方向から入射させる光学手段とにより構成し、前記投影系を、前記投影レンズと、前記反射型表示素子の入出射面に対向させて配置され、前記光源系からの光を平行光に補正して前記反射型表示素子に入射させ、前記反射型表示素子からの出射光を集光して前記投影レンズに入射させる中継レンズとにより構成し、前記カラーホイールを、前記反射型表示素子と前記中継レンズとの間または前記投影レンズの入射端の前に配置するのが望ましく、このようにすることにより、前記光源系の軸上色収差の影響を無くし、投影面に良好な画質のカラー画像を表示することができる。

さらに、この投影型表示装置においては、前記カラーホイールの赤、緑、青のカラーフィルタにそれぞれ、前記投影系の軸上色収差による赤、緑、青の光の焦点のずれを補償する特性をもたせるが好ましく、このようにすることにより、前記投影系の軸上色収差の影響も少なくし、投影面に、赤、緑、青の単位色画像の明るさ及び鮮明度の差をさらに小さくした高画質のカラー画像を表示することができる。

また、前記のように表示素子を反射型表示素子とし、前記投影系を投影レンズと前記中継レンズとにより構成する場合は、前記カラーホイールを前記反射型表示素子と中継レンズとの間に配置し、このカラーホイールの赤、緑、青のカラーフィルタにそれぞれ、前記中継レンズと投影レンズの両方の軸上色収差による赤、緑、青の光の焦点のずれを補償する特性をもたせるか、あるいは、前記カラーホイールを前記投影レンズの入射端の前に配置し、このカラーホイールの赤、緑、青のカラーフィルタにそれぞれ前記投影レンズの軸上色収差による赤、緑、青の光の焦点のずれを補償する特性をもたせるのが望ましく、このようにすることにより、前記投影系の軸上色収差の影響を効果的に少なくすることができる。

さらに、前記カラーホイールの赤、緑、青のカラーフィルタはそれぞれ、前記投影系の軸上色収差による赤、緑、青の光の焦点のずれを補償する特性が得られる厚さに形成するのが好ましく、このようにすることにより、前記投影系の軸上色収差の影響を少なくすることができる。

その場合、前記カラーホイールの赤、緑、青のカラーフィルタの厚さｔ_Ｒ，ｔ_Ｇ，ｔ_Ｂは、これらのカラーフィルタのｄ線，Ｃ線，Ｆ線の屈折率をｎ_ｄ，ｎ_Ｃ，ｎ_Ｆとしたとき、前記投影系のｄ線を基準とする軸上色収差がＣ線で０．１４０ｍｍ、Ｆ線で−０．１４４ｍｍであるときに、
ｔ_Ｇ／ｎ_ｄ−ｔ_Ｒ／ｎ_Ｃ＝０．１４０ｍｍ
ｔ_Ｇ／ｎ_ｄ−ｔ_Ｂ／ｎ_Ｆ＝−０．１４４ｍｍ
を満足する値に設定するのが好ましく、このようにすることにより、前記投影系の軸上色収差の影響をより効果的に少なくし、投影面に、赤、緑、青の単位色画像の明るさ及び鮮明度の差を充分に小さくした高画質のカラー画像を表示することができる。

また、前記のようにカラーホイールの赤、緑、青のカラーフィルタをそれぞれ、前記投影系の軸上色収差による赤、緑、青の光の焦点のずれを補償する特性が得られる厚さに形成する場合は、このカラーホイールに、その全周の重量バランスを均一にするためのバランス補償手段を設けるのが望ましく、このようにすることにより、前記カラーホイールを、回転ぶれを生じさせること無く安定に回転させることができる。

図１はこの発明の第１の実施例を示す投影型表示装置の平面図であり、この投影型表示装置は、図に仮想線（二点鎖線）で示したケース１内に、表示素子２と、前記表示素子２に光を入射させる光源系３と、前記表示素子２からの出射光を図示しないスクリーン等の投影面に結像させる投影系１３とを配置するとともに、前記投影系１３にカラーホイール１８を備えさせたものである。

前記表示素子２は、カラーフィルタ等の光着色手段を備えない複数の画素が行方向及び列方向にマトリックス状に配列した表示エリア(図示せず)を有し、前記複数の画素に赤、緑、青の３色の単位色画像データを順次書込まれ、前記複数の画素に入射した光の出射を制御して前記赤、緑、青の単位色画像データに応じた画像を順次表示するものであり、この実施例では、所定の出射方向に対して一方の方向に傾いた入射方向から入射した光を前記出射方向に反射して表示する反射型表示素子を用いている。

この反射型表示素子２は、例えば、１つ１つの画素をそれぞれ、縦横の幅が１０μｍ〜２０μｍの極薄金属片（例えばアルミニウム片）からなり、ＣＭＯＳをベースとするミラー駆動素子によって一方の傾き方向と他方の傾き方向とに傾動されるマイクロミラーにより形成したマイクロミラー表示素子である。以下、この反射型表示素子２をマイクロミラー表示素子と言う。

このマイクロミラー表示素子２は、その正面方向に対して一方向に傾いた入射方向から所定の角度範囲の入射角で入射した光を、前記複数のマイクロミラーの傾き方向の切換えにより前記正面方向と斜め方向とに反射して画像を表示するものであり、一方の傾き方向に傾動されたマイクロミラーに入射した光をこのマイクロミラーにより正面方向に反射し、他方の傾き方向に傾動されたマイクロミラーに入射した光をこのマイクロミラーにより斜め方向に反射し、正面方向への反射による明表示と、斜め方向への反射による暗表示とにより画像を表示する。

なお、前記明表示の明るさは、前記マイクロミラーを前記一方の傾き方向（入射光を正面方向に反射させる傾き方向）に傾けておく時間を制御することによって任意に変化させることができ、したがって、前記マイクロミラー表示素子２に、明るさに階調をもたせた画像を表示させることができる。

このマイクロミラー表示素子２は、その複数の画素に、赤、緑、青の３色の単位色画像データを順次書込まれ、その画像データに応じて前記複数の画素のマイクロミラーの傾きを制御されて、前記赤、緑、青の単位色画像データに応じた画像を順次表示する。

前記光源系３は、光源部４と、前記光源部４からの光を前記マイクロミラー表示素子２に前記入射方向から入射させる光学手段７とからなっている。

この光源系３の光源部４は、一端に出射口を有する楕円面または放物面リフレクタ５と、前記リフレクタ５内に配置された高輝度の白色光を発する光源ランプ６とからなっており、前記光源ランプ６からの放射光を前記リフレクタ５により反射し、このリフレクタ５の出射口からその前方に集光させて出射する。

また、前記光源部４からの光を前記マイクロミラー表示素子２に前記入射方向から入射させる光学手段７は、前記光源部４の出射側に配置された導光ロッド８と、この導光ロッド８の出射側に配置された光源系レンズ９と、前記光源系レンズ９からの出射光を前記マイクロミラー表示素子２に向けて反射するミラー１２とからなっている。

前記導光ロッド８は、前記マイクロミラー表示素子２の表示エリアと相似な断面形状を有する透明角棒からなり、その一端面が入射面とされ、他端面が出射面とされたものであり、前記光源部４の出射側に、前記入射面を前記光源部４に対向させて配置されている。

この導光ロッド８は、前記光源部４からの出射光を均一な強度分布の光束とするために設けられており、前記光源部４から前記リフレクタ５により集光反射されて出射した光を、前記入射面から入射させ、その光を、導光ロッド８の各側面と外気である空気層との界面で全反射させながら導光ロッド８内をその長さ方向に導いて、均一な強度分布の光束として前記出射面から出射する。

なお、前記導光ロッド８は、前記マイクロミラー表示素子２の表示エリアと相似な四角形の断面形状を有し、内周面全体に反射膜が形成された筒状体からなり、その一端の入射面（開口面）から入射した光を、前記内周面の反射膜により反射しながら導いて他端の出射面（開口面）から均一な強度分布の光を出射するものでもよい。

また、前記光源系レンズ９は、鏡筒１０内に複数枚のレンズ１１をレンズ収差が小さくなるように組合わせて配置した固定焦点レンズであり、この光源系レンズ９は、前記導光ロッド８の出射側に、レンズ光軸を前記導光ロッド８の軸線に一致させて配置されている。

そして、前記光源部４と導光ロッド８と光源系レンズ９は、前記マイクロミラー表示素子２の正面方向領域の一側に、前記光源系レンズ９の光軸を前記マイクロミラー表示素子２の正面方向に対して略直交させて配置され、前記ミラー１２は、前記マイクロミラー表示素子２の正面方向領域の他側に、その領域を挟んで前記光源系レンズ９の出射端と対向させるとともに前記光源系レンズ９の光軸に対して所定角度斜めに傾けて、前記光源系レンズ９からの出射光を前記マイクロミラー表示素子２に向けて反射し、その反射光を前記マイクロミラー表示素子２に前記入射方向（マイクロミラー表示素子２の正面方向に対して一方の方向に傾いた方向）から入射させるように配置されており、前記光源系レンズ９の焦点距離は、この光源系レンズ９から出射し前記ミラー１２により反射された光を前記マイクロミラー表示素子２の入出射面（マイクロミラー面）にピントを合わせて入射させるように設定されている。

一方、前記投影系１３は、前記マイクロミラー表示素子２の正面方向に配置され、前記マイクロミラー表示素子２からの出射光を投影面に結像させる投影レンズ１４と、前記マイクロミラー表示素子２の入出射面に対向させて配置され、前記光源系３からの光を平行光に補正して前記マイクロミラー表示素子２にその入射方向から入射させ、前記マイクロミラー表示素子２からの出射光（平行光）を集光して前記投影レンズ１４に入射させる中継レンズ１７とからなっている。

前記投影レンズ１４は、鏡筒１５内に複数枚のレンズ１６をレンズ収差が小さくなるように組合わせて配置した可変焦点レンズであり、この投影レンズ１４は、前記マイクロミラー表示素子２の正面方向に、レンズ光軸を前記マイクロミラー表示素子２の表示エリアの中心に一致させて配置されている。

また、前記中継レンズ１７は、例えば両面が凸面に形成された凸レンズからなっており、その一方の面を前記マイクロミラー表示素子２の入出射面に対向させるとともに、レンズ中心を前記マイクロミラー表示素子２の表示エリアの周縁のうち、前記光源系３のミラー１２の配置側とは反対側の側縁の中間部付近に対向させて配置されている。

なお、この中継レンズ１７は、前記マイクロミラー表示素子２の表示エリア幅の略２倍の直径を有する円形レンズでもよいが、その有効領域は前記マイクロミラー表示素子２の表示エリアに対応する部分であり、他の部分は非有効領域であるため、この実施例では、前記非有効領域を切り落とした形状のレンズを用いている。

また、前記カラーホイール１８は、前記光源系３から前記マイクロミラー表示素子２に入射し、このマイクロミラー表示素子２の複数の画素（マイクロミラー）により反射されて前記投影系１３により投影面に投影される光を赤、緑、青の３色に順次着色するために設けられている。

図２は前記カラーホイール１８の拡大斜視図であり、このカラーホイール１８は、赤、緑、青の３色のカラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂを周方向に並べて設けた回転板からなっている。

このカラーホイール１８は、図１のように、その中心を前記投影系１３の光路の側方に配置されたモータ２１の回転軸に固定されて、前記マイクロミラー表示素子２と前記投影系１３の投影レンズとの間、例えば前記マイクロミラー表示素子２と前記投影系１３の中継レンズ１７との間に、ホィール外周部を前記投影系１３の光路に介在させて配置されており、前記モータ２１により、前記マイクロミラー表示素子２への赤、緑、青の単位色画像データの順次書込みに対応する速度で、前記赤、緑、青のカラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂが前記投影系１３の光路を順次横切るように回転駆動される。

また、前記カラーホイール１８の赤、緑、青のカラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂはそれぞれ、図２に示したように、前記投影系１３の軸上色収差による赤、緑、青の光の焦点のずれを補償する特性が得られる厚さに形成されている。

前記カラーホイール１８の赤、緑、青のカラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂの厚さは、赤色フィルタ１９Ｒの厚さをｔ_Ｒ、緑色フィルタ１９Ｇの厚さをｔ_Ｇ、青色フィルタ１９Ｂの厚さをｔ_Ｂとし、これらのカラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂのｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ），Ｃ線（λ＝６５６．３ｎｍ），Ｆ線（λ＝４８６．１ｎｍ）の屈折率をｎ_ｄ，ｎ_Ｃ，ｎ_Ｆとしたとき、前記投影系１３のｄ線を基準とする軸上色収差がＣ線で０．１４０ｍｍ、Ｆ線で−０．１４４ｍｍであるときに、
ｔ_Ｇ／ｎ_ｄ−ｔ_Ｒ／ｎ_Ｃ＝０．１４０ｍｍ
ｔ_Ｇ／ｎ_ｄ−ｔ_Ｂ／ｎ_Ｆ＝−０．１４４ｍｍ
を満足する値に設定されている。

前記式を満足する赤、緑、青のカラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂの厚さｔ_Ｒ，ｔ_Ｇ，ｔ_Ｂは、例えば、これらのカラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂのｄ線，Ｃ線，Ｆ線の屈折率ｎ_ｄ，ｎ_Ｃ，ｎ_Ｆがｎ_ｄ＝１．５１９，ｎ_Ｃ＝１．５１６，ｎ_Ｆ＝１．５２４で、赤色フィルタ１９Ｒの厚さｔ_Ｒが１．００ｍｍのとき、緑色フィルタ１９Ｇの厚さｔ_Ｇは１．２１ｍｍ、青色フィルタ１９Ｂの厚さｔ_Ｂは１．４４ｍｍである。

なお、この実施例では、図１のように、カラーホイール１８をマイクロミラー表示素子２と投影系１３の中継レンズ１７との間に配置しているため、前記カラーホイール１８の赤、緑、青のカラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂにより着色された光は、投影面に投影される間に、前記中継レンズ１７の軸上色収差と前記投影レンズ１４の軸上色収差との両方の影響を受ける。

そのため、この実施例では、前記中継レンズ１７と投影レンズ１４の両方の軸上色収差に基づいて前記投影系１３のｄ線を基準とするＣ線及びＦ線の軸上色収差を算出し、前記カラーホイール１８の赤、緑、青のカラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂをそれぞれ、前記中継レンズ１７と投影レンズ１４の両方の軸上色収差による赤、緑、青の光の焦点のずれを補償する特性が得られる厚さに形成している。

なお、前記カラーホイール１８は、透明な円板状のベース材を赤、緑、青の顔料により染色するか、あるいは前記ベース材の一方の面に赤、緑、青の着色薄膜を形成することにより、可視光帯域のうちの赤の波長帯域の光を透過させ、他の波長帯域の光を吸収する赤色フィルタと、緑の波長帯域の光を透過させ、他の波長帯域の光を吸収する緑色フィルタと、青の波長帯域の光を透過させ、他の波長帯域の光を吸収する青色フィルタとを形成したものでも、前記ベース材の一方の面に透過波長帯域と反射波長帯域とが異なる３種類のダイクロイック膜を形成して、可視光帯域のうちの赤の波長帯域の光を透過させ、他の波長帯域の光を反射する赤色フィルタと、緑の波長帯域の光を透過させ、他の波長帯域の光を反射する緑色フィルタと、青の波長帯域の光を透過させ、他の波長帯域の光を反射する青色フィルタとを形成したものでもよく、前記着色薄膜またはダイクロイック膜の膜厚は極く薄いため、いずれのカラーホイールも、その赤、緑、青のフィルタ厚は、前記ベース材の厚さと見なすことができる。

そして、この実施例では、前記カラーホイール１８に、その全周の重量バランスを均一にするためのバランス補償手段を設けている。このバランス補償手段は、前記赤、緑、青のカラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂのうち、最も薄い赤色フィルタ１９Ｒと、次に薄い緑色フィルタ１９Ｇの外周の中央部にそれぞれ設けられたバランスウエイト２０ａ，２０ｂとからなっており、これらのバランスウエイト２０ａ，２０ｂの重さは、前記バランスウエイト２０ａ，２０ｂを含む赤色フィルタ１９Ｒ及び緑色フィルタ１９Ｇの重量と、バランスウエイトの無い青色フィルタ１９Ｂの重量とが互いに等しくなるように設定されている。

なお、前記バランス補償手段は、前記バランスウエイト２０ａ，２０ｂに限らず、最も厚い青色フィルタ１９Ｂと、次に厚い緑色フィルタ１９Ｇの光透過部外の領域（例えば外周縁部）に、開口等の切り落とし部を設け、これらの切り落とし部の大きさを、赤、緑、青のカラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂの重量が互いに等しくなるように設定することにより形成してもよい。

さらに、前記バランス補償手段は、赤、緑、青のカラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂの全てに前記バランスウエイトまたは切り落とし部を設け、これらのバランスウエイトの重さまたは切り落とし部の大きさを、赤、緑、青のカラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂの重量が互いに等しくなるように設定することにより形成してもよい。

この投影型表示装置は、光源系３からマイクロミラー表示素子２に向けて白色光を出射させ、前記マイクロミラー表示素子２の複数の画素に赤、緑、青の単位色画像データを極く短い周期で順次書込むことにより、このマイクロミラー表示素子２に前記赤、緑、青の単位色画像データに応じた画像を順次表示させるとともに、前記投影系１３に配置したカラーホイール１８を前記マイクロミラー表示素子２への赤、緑、青の単位色画像データの順次書込みに対応する速度で回転駆動することにより、マイクロミラー表示素子２の表示画像を前記カラーホイール１８の赤、緑、青のカラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂにより着色した赤、緑、青の単位色画像を前記投影系１３により順次投影面に投影するものであり、これらの単位色画像が重なって見えるフルカラー画像を投影面に表示する。

なお、この実施例では、前記カラーホイール１８をマイクロミラー表示素子２と投影系１３の中継レンズ１７との間に配置しているため、前記光源系３から出射し、前記投影系１３の中継レンズ１７により平行光に補正された光は、前記カラーホイール１８の赤、緑、青のカラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂにより順次着色されてマイクロミラー表示素子２に入射する。

そして、前記マイクロミラー表示素子２に赤の単位色画像データの書込みに対応して入射し、その複数の画素により反射された赤色光は、前記カラーホイール１８の赤色フィルタ１９Ｒを再び透過し、その光のうち、前記カラーホイール１８の正面方向に出射した光が中継レンズ１７により投影レンズ１４に入射されて投影面に投影され、前記マイクロミラー表示素子２に緑の単位色画像データの書込みに対応して入射し、その複数の画素により反射された緑色光は、前記カラーホイール１８の緑色フィルタ１９Ｇを再び透過し、その光のうち、前記カラーホイール１８の正面方向に出射した光が中継レンズ１７により投影レンズ１４に入射されて投影面に投影され、前記マイクロミラー表示素子２に青の単位色画像データの書込みに対応して入射し、その複数の画素により反射された青色光は、前記カラーホイール１８の青色フィルタ１９Ｂを再び透過し、その光のうち、前記カラーホイール１８の正面方向に出射した光が中継レンズ１７により投影レンズ１４に入射されて投影面に投影される。

この投影型表示装置は、表示素子２を、所定の出射方向に対して一方の方向に傾いた入射方向から入射した光を前記出射方向に反射して表示するマイクロミラー表示素子とし、光源系３を、光源部４と、前記光源部４からの光を前記マイクロミラー表示素子２に前記入射方向から入射させる光学手段７とにより構成し、投影系１３を、投影レンズ１４と、前記マイクロミラー表示素子２の入出射面に対向させて配置され、前記光源系３からの光を平行光に補正してマイクロミラー表示素子２に入射させ、前記マイクロミラー表示素子２からの出射光を集光して前記投影レンズ１４に入射させる中継レンズ１７とにより構成し、カラーホイール１８を、前記マイクロミラー表示素子２と前記中継レンズ１７との間に配置しているため、前記光源系３の軸上色収差の影響を無くし、前記投影面に、赤、緑、青の単位色画像の明るさ及び鮮明度の差が小さい良好な画質のカラー画像を表示することができる。

すなわち、この投影型表示装置は、前記カラーホイール１８を、マイクロミラー表示素子２からの出射光を投影面に投影する投影系１３に配置しているため、前記光源系３は、光源部４からの白色光を着色することなくマイクロミラー表示素子２に向けて出射する。

そのため、前記光源系３の軸上色収差（光源系レンズ９の軸上色収差）により各波長帯域の光の焦点にずれが生じても、前記マイクロミラー表示素子２に向けて出射される光は、前記各波長帯域の光が混在した白色光である。

そして、前記光源系３から出射し、前記投影系１３の中継レンズ１７により平行光に補正された光は、カラーホイール１８により赤、緑、青に順次着色されてマイクロミラー表示素子２に入射するが、これらの着色光は、前記光源系３の軸上色収差の影響を受けずに略同じ強度でマイクロミラー表示素子２に入射する。

したがって、この投影型表示装置によれば、前記光源系３の軸上色収差の影響を無くし、投影面に、赤、緑、青の単位色画像の明るさ及び鮮明度の差が小さい良好な画質のカラー画像を表示することができる。

しかも、この投影型表示装置は、前記カラーホイール１８の赤、緑、青のカラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂにそれぞれ、前記投影系１３の軸上色収差による赤、緑、青の光の焦点のずれを補償する特性をもたせているため、前記投影系１３の軸上色収差の影響も少なくし、投影面に、赤、緑、青の単位色画像の明るさ及び鮮明度の差をさらに小さくした高画質のカラー画像を表示することができる。

さらに、この投影型表示装置は、前記カラーホイール１８を前記マイクロミラー表示素子２と前記投影系１３の中継レンズ１７との間に配置し、このカラーホイール１８の赤、緑、青のカラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂをそれぞれ、前記中継レンズ１７と投影レンズ１４の両方の軸上色収差による赤、緑、青の光の焦点のずれを補償する特性が得られる厚さに形成しているため、前記投影系１３の軸上色収差の影響を効果的に少なくすることができる。

前記カラーホイール１８の赤、緑、青のカラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂの厚さｔ_Ｒ，ｔ_Ｇ，ｔ_Ｂは、上述したように、これらのカラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂのｄ線，Ｃ線，Ｆ線の屈折率をｎ_ｄ，ｎ_Ｃ，ｎ_Ｆとしたとき、前記投影系１３のｄ線を基準とする軸上色収差がＣ線で０．１４０ｍｍ、Ｆ線で−０．１４４ｍｍであるときに、
ｔ_Ｇ／ｎ_ｄ−ｔ_Ｒ／ｎ_Ｃ＝０．１４０ｍｍ
ｔ_Ｇ／ｎ_ｄ−ｔ_Ｂ／ｎ_Ｆ＝−０．１４４ｍｍ
を満足する値、例えば、これらのカラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂのｄ線，Ｃ線，Ｆ線の屈折率ｎ_ｄ，ｎ_Ｃ，ｎ_Ｆがｎ_ｄ＝１．５１９，ｎ_Ｃ＝１．５１６，ｎ_Ｆ＝１．５２４のとき、ｔ_Ｒ＝１．００ｍｍ、ｔ_Ｇ＝１．２１ｍｍ、ｔ_Ｂ＝１．４４ｍｍに設定するのが好ましい。

図３は前記カラーホイール１８の赤、緑、青のカラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂの厚さｔ_Ｒ，ｔ_Ｇ，ｔ_Ｂを上記式を満足する値に設定したときの赤、緑、青の投影光の焦点を示す図であり、縦軸は、投影レンズ１４のレンズ瞳の位置を１．００としたときの投影面から前記レンズ瞳までの距離を示している。

この図のように、前記投影型表示装置は、赤、緑、青の投影光の焦点が投影面上において略一致するため、前記投影系１３の軸上色収差の影響をより効果的に少なくし、投影面に、赤、緑、青の単位色画像の明るさ及び鮮明度の差を充分に小さくした高画質のカラー画像を表示することができる。

また、この投影型表示装置は、前記カラーホイール１８の赤、緑、青のカラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂをそれぞれ、前記投影系１３の軸上色収差による赤、緑、青の光の焦点のずれを補償する特性が得られる厚さに形成したものであるが、このカラーホイール１８に、その全周の重量バランスを均一にするためのバランス補償手段（バランスウエイト２０ａ，２０ｂまたは切り落とし部）を設けているため、前記カラーホイール１８を、回転ぶれを生じさせること無く安定に回転させることができる。

なお、上記第１の実施例では、カラーホイール１８をマイクロミラー表示素子２と投影系１３の中継レンズ１７との間に配置しているが、前記カラーホイール１８は、投影系１３の他の位置に、その外周部を前記投影系１３の光路に介在させて配置してもよい。

図４はこの発明の第２の実施例を示す投影型表示装置の平面図であり、この投影型表示装置は、カラーホイール１８を投影系１３の投影レンズ１４の入射端の直前に配置し、このカラーホイール１８の赤、緑、青のカラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂをそれぞれ、前記投影レンズ１４の軸上色収差による赤、緑、青の光の焦点のずれを補償する特性が得られる厚さに形成したものである。

なお、この実施例の投影型表示装置は、上述した第１の実施例とはカラーホイール１８の配置位置が異なるが、他の構成は同じであり、また、前記カラーホイール１８は、赤、緑、青のカラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂの厚さｔ_Ｒ，ｔ_Ｇ，ｔ_Ｂを上述した式を満足する値に設定し、その全周の重量バランスを均一にするためのバランス補償手段（バランスウエイトまたは切り落とし部）を設けたものであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。

投影系１３の投影レンズ１４の入射端の直前に配置し、このカラーホイール１８の赤、緑、青のカラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂをそれぞれ、前記投影レンズ１４の軸上色収差による赤、緑、青の光の焦点のずれを補償する特性が得られる厚さに形成したものである。

この投影型表示装置は、カラーホイール１８を投影系１３の投影レンズ１４の入射端の直前に配置し、このカラーホイール１８の赤、緑、青のカラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂをそれぞれ、前記投影レンズ１４の軸上色収差による赤、緑、青の光の焦点のずれを補償する特性が得られる厚さに形成したものであるため、光源系３の軸上色収差の影響を無くすとともに、投影系１３の軸上色収差の影響も少なくし、投影面に良好な画質のカラー画像を表示することができる。

しかも、この投影型表示装置は、カラーホイール１８を投影系１３の投影レンズ１４の入射端の直前に配置しているため、このカラーホイール１８の赤、緑、青のカラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂの厚さｔ_Ｒ，ｔ_Ｇ，ｔ_Ｂを、前記投影レンズ１４の軸上色収差をそのまま投影系１３の軸上色収差として上述した式により算出することができる。

なお、前記カラーホイール１８は、上述した第１の実施例及び第２の実施例の配置位置に限らず、投影系１３の光路であれば、マイクロミラー表示素子２と投影レンズ１４との間の任意の位置や、前記投影レンズ１４の出射側に配置してもよい。

ただし、カラーホイール１８を投影レンズ１４の出射側に配置する場合は、前記カラーホイール１８がケース１外に露出するため、投影型表示装置の外観を損なう。

したがって、前記カラーホイール１８は、前記マイクロミラー表示素子２と投影レンズ１４との間に配置するのが望ましく、このようにすることにより、投影型表示装置の外観を良くすることができる。

また、上記第１及び第２の実施例では、カラーホイール１８の赤、緑、青のカラーフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂを、投影系１３の軸上色収差による赤、緑、青の光の焦点のずれを補償する特性が得られる厚さに形成しているが、カラーホイールは、そのベース材の赤、緑、青の各色のフィルタ部分の屈折率を異ならせることにより、赤、緑、青のカラーフィルタにそれぞれ前記投影系１３の軸上色収差による赤、緑、青の光の焦点のずれを補償する特性をもたせたものでもよい。

さらに、表示素子は、前記マイクロミラー表示素子２に限らず、反射型液晶表示素子でもよく、その場合も、光源系３を、光源部４と、前記光源部４からの光を前記反射型液晶表示素子に入射させる光学手段７とにより構成し、投影系１３を、投影レンズ１４と、前記反射型液晶表示素子の入出射面に対向させて配置され、前記光源系３からの光を平行光に補正して反射型液晶表示素子に入射させ、前記反射型液晶表示素子からの出射光を集光して前記投影レンズ１４に入射させる中継レンズ１７とにより構成し、カラーホイール１８を前記投影系１３の光路（好ましくは反射型液晶表示素子と中継レンズ１７との間または投影レンズ１４の入射端の前）に配置すればよい。

また、表示素子は、反射型のものに限らず、透過型液晶表示素子でもよく、その場合は、前記透過型液晶表示素子の入射側に、少なくとも光源部を有する光源系を配置し、前記透過型液晶表示素子の出射側に、投影レンズからなる投影系を配置すればよい。

この発明の第１の実施例を示す投影型表示装置の平面図。 前記投影型表示装置の投影系に配置されたカラーホイール１８の拡大斜視図。 前記投影型表示装置における赤、緑、青の投影光の焦点を示す図。 この発明の第２の実施例を示す投影型表示装置の平面図。

符号の説明

１…ケース、２…マイクロミラー表示素子（反射型表示素子）、３…光源系、４…光源部、７…光学手段、８…導光ロッド、９…光源系レンズ、１２…ミラー、１３…投影系、１４…投影レンズ、１７…中継レンズ、１８…カラーホイール、１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂ…カラーフィルタ、２０ａ，２０ｂ…バランスウエイト。

Claims (5)

1. 光着色手段を備えない複数の画素が行方向及び列方向にマトリックス状に配列した表示エリアを有し、前記複数の画素に赤、緑、青の３ 色の単位色画像データを順次書込まれ、前記複数の画素に入射した光の出射を制御して前記赤、緑、青の単位色画像データに応じた画像を順次表示する表示素子と、
   前記表示素子に光を入射させる光源系と、
   投影レンズを有し、前記表示素子からの出射光を前記投影レンズにより投影して投影面に結像させる投影系と、
   赤、緑、青の３ 色のカラーフィルタが周方向に並べて設けられた回転板からなり、前記光源系と前記投影系のうちの投影系に、前記カラーフィルタを前記投影系の光路に介在させて配置され、前記表示素子への赤、緑、青の単位色画像データの順次書込みに対応する速度で回転駆動されるカラーホイールとを備え、
   前記カラーホイールの赤、緑、青のカラーフィルタの厚さは、赤色フィルタの厚さをｔ _Ｒ 、緑色フィルタの厚さをｔ _Ｇ 、青色フィルタの厚さをｔ _Ｂ とし、これらのカラーフィルタのｄ線，Ｃ線，Ｆ線の屈折率をｎ _ｄ ，ｎ _Ｃ ，ｎ _Ｆ としたとき、投影系の投影レンズのｄ線を基準とする軸上色収差による焦点のずれが、Ｃ線での焦点ずれ量、Ｆ線での焦点ずれ量に対して、
   ｔ _Ｇ ／ｎ _ｄ −ｔ _Ｒ ／ｎ _Ｃ ＝Ｃ線での焦点ずれ量
   ｔ _Ｇ ／ｎ _ｄ −ｔ _Ｂ ／ｎ _Ｆ ＝Ｆ線での焦点ずれ量
   を満足する値に設定することを特徴とする投影型表示装置。
2. カラーホイールは、表示素子と投影レンズとの間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の投影型表示装置。
3. 表示素子は、所定の出射方向に対して一方の方向に傾いた入射方向から入射した光を前記出射方向に反射して表示する反射型表示素子であり、
   光源系は、光源部と、前記光源部からの光を前記反射型表示素子に前記入射方向から入射させる光学手段とからなり、
   投影系は、投影レンズと、前記反射型表示素子の入出射面に対向させて配置され、前記光源系からの光を平行光に補正して前記反射型表示素子に入射させ、前記反射型表示素子からの出射光を集光して前記投影レンズに入射させる中継レンズとからなっており、
   カラーホイールは、前記反射型表示素子と前記中継レンズとの間または前記投影レンズの入射端の前に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の投影型表示装置。
4. カラーホイールは、反射型表示素子と中継レンズとの間に配置されており、前記軸上色収差による焦点ずれを、前記中継レンズと投影レンズの両方の軸上色収差による焦点のずれとしたことを特徴とする請求項３に記載の投影型表示装置。
5. カラーホイールは、その全周の重量バランスを均一にするためのバランス補償手段を有していることを特徴とする請求項１〜４に記載の投影型表示装置。

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