JP4668717B2 - 投射型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、投射型表示装置に関する。

ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）素子により形成される像をスクリーン等の投射面に拡大して投射する反射型の投射型表示装置は一般に知られているが、その構造は概ね次のようになっている。

すなわち、係る反射型の投射型表示装置は、主に超高圧水銀ランプ等から構成される白色光源、カラーホイール、ＤＭＤ素子、投射レンズから構成されている。

カラーホイールは、周方向に、例えば、赤色の波長域の光である赤色光を透過するフィルタ部と、緑色の波長域の光である緑色光を透過するフィルタ部と、青色の波長域の光である青色光を透過するフィルタ部とを有し、このカラーホイールは、回転モータにより回転させられ、白色光源から照射された照明光の光路中に、各フィルタ部が順次配設されるようになっている。つまり、白色光源からの照明光は、照明光の光路中に配設されたフィルタ部の透過波長域に応じた波長域の光、つまり、赤色光と緑色光と青色光の照明光に時分割されて変調される。そして、各色光の照明光は、ＤＭＤ素子により光変調され、投射レンズを介して投射面に投射される。

このようにして投射された投射面上の投射像は、色光毎に別々に時分割で投射されるが、各色光の投射像を高速で切り替えることにより、投射像を観察する人間の眼の残像効果により、あたかも各色光の投射像が合成された１枚の映像として視認できるようになっている。

しかしながら、投射レンズの倍率色収差のため、各色光の照明光についての投射倍率は互いに異なっている。そのため、投射面における投射像は、色光毎に像の大きさが異なり、投射像の輪郭部において色に分かれる、いわゆる色ずれの現象が起こる。

そこで、投射レンズに分散の異なる凸レンズと凹レンズを組み合わせて倍率色収差の発生を抑える色収差補正用のレンズを備え、このような色ずれ現象を抑える手段が一般に採られる（例えば、特許文献１）。

特開２００２−１２２７８２号公報（第４頁第６行から第１７行）

しかしながら、色収差補正用のレンズによる場合は、２色の色光までについては比較的容易に色収差を補正することができるが、３色の色光全てについての補正を行うためには、非常に高価な低分散ガラスを用いてレンズを構成する必要があり、また、レンズの設計も難しく、いきおい投射型表示装置のコストも高くなってしまうという問題点がある。

そこで、本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、比較的安価でしかも高度なレンズ設計を行うことなく、複数の色光の投射像の大きさの差を小さくするようにすることにより、投射像の輪郭部において色に分かれる、いわゆる色ずれの現象を抑えた投射型表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、光源と、この光源から照射された照明光が入射し、この入射した照明光に対し画像信号に応じた変調を行う光変調手段と、透過する光の波長域が異なる複数のフィルタ部を円周方向に配設したカラーホイールと、このカラーホイールを回転し、フィルタ部を光源と光変調手段との間の照明光の光路中に時分割で切り換えて配設する回転手段と、光変調手段により変調された照明光を投射面に投射する投射光学系とを備える投射型表示装置において、フィルタ部を透過した各波長域の照明光の投射面における投射像の大きさの差が小さくなるように波長域毎に設定される変位位置に変位する変位レンズと、この変位レンズを各変位位置に変位させる変位レンズ変位手段と、光路中に配設されるフィルタ部を透過する照明光の波長域と変位レンズの変移位置とが互いに対応するように回転手段と変位レンズ変位手段とを制御する制御手段と、を備えることとしたものである。このように構成した場合には、波長特性が異なる波長変調フィルタを透過した波長域が異なる照明光の投射像の大きさの差を小さくすることができ、投射像の輪郭部において色に分かれる、いわゆる色ずれを防止することができる。

また、他の発明は、制御手段は、カラーホイールの１回転に対し変位レンズが１往復するように回転手段と変位レンズ変位手段を制御し、カラーホイールは、変位レンズの変位位置に対応した周方向の位置に、変位レンズの変位位置に対応した波長域の照明光を透過するフィルタ部を備えることとしたものである。このように構成した場合には、カラーホイールの１回転と変位レンズの１往復とを同期させることにより、変位レンズの変位位置と変位レンズを透過する照明光の波長域とを一致させることができる。

また、他の発明は、光源と、光源から照射された照明光が入射し、この入射した照明光に対し画像信号に応じた変調を行う光変調手段と、透過する光の波長域が異なる複数のフィルタ部を有するカラーフィルタと、このカラーフィルタを変位させ、フィルタ部を光源と光変調手段との間の照明光の光路中に時分割で切り換えて配設する変位手段と、光変調手段により変調された照明光を投射面に投射する投射光学系とを備える投射型表示装置において、フィルタ部を透過した各波長域の照明光の投射面における投射像の大きさの差が小さくなるように波長域毎に設定される変位位置に変位する変位レンズと、この変位レンズを各変位位置に変位させる変位レンズ変位手段とを備えることとしたものである。このように構成した場合には、波長特性が異なる波長変調フィルタを透過した波長域が異なる照明光の投射像の大きさの差を小さくすることができ、投射像の輪郭部において色に分かれる、いわゆる色ずれを防止することができる。

また、他の発明は、上記発明に加えて、変位レンズは、投射光学系の絞り部に隣接する位置に配設されていることとしたものである。このように構成した場合には、変位レンズの変位による光学収差の変動を少なくすることができる。

また、他の発明は、上記発明に加えて、光変調手段をＤＭＤ素子とし、変位レンズ変位手段を、超音波モータとすることとした。このように構成した場合には、明るい投射像を得ることができることに加えて、変位レンズの変位を微細にかつ高速で行うことができる。

本発明によると、波長特性が異なる波長変調フィルタを透過した波長域が異なる照明光の投射像の大きさの差を小さくすることができ、投射像の輪郭部において色に分かれる、いわゆる色ずれを防止することができる。

（第１の実施の形態）
以下、本発明に係る投射型表示装置の実施の形態について、図１から図７を参照しながら説明する。

まず、図１を参照しながら、この実施の形態に係る投射型表示装置１０の全体的な構成について説明する。

投射型表示装置１０は、光源としてのランプ２０と、カラーホイール（以下、ＣＷと記載する）３０と、照明光学系４０と、光変調手段としてのＤＭＤ素子５０と、変位レンズ６０を備える投射光学系としての投射レンズ７０と、制御手段８０等が不図示の筐体内に収容されて構成されている。投射型表示装置１０は、反射型の光変調手段であるＤＭＤ素子５０を用いた、いわゆる反射型の投射型表示装置として構成されている。

ランプ２０は、超高圧水銀ランプ等から構成され、白色の光を出射する。このランプ２０は楕円反射鏡２１を有し、ランプ２０の輝点、つまりフィラメント部あるいは放電部が、楕円反射鏡２１の第一焦点位置に配置され、輝点から照射された照明光は、楕円反射鏡２１の第二焦点に集光させられる。

ランプ２０と照明光が集光する位置との間には、ＣＷ３０が配設される。このＣＷ３０は、図３に示すように、ＣＷ３０の中心３０Ｐを中心とするそれぞれ扇形状のフィルタ部３０Ｇ１，３０Ｂ，３０Ｇ２，３０Ｒを有している。フィルタ部３０Ｇ１，３０Ｇ２は、ともに緑色の波長域の光である緑色光を透過する波長透過特性を有し、フィルタ部３０Ｂは、青色の波長域の光である青色光を透過する波長透過特性を有する。また、フィルタ部３０Ｒは、赤色の波長域の光である赤色光を透過する波長透過特性を有する。

各フィルタ部３０Ｇ１，３０Ｂ，３０Ｇ２，３０ＲをＣＷ３０の周方向のどの位置に配設するかについては後述する。

なお、フィルタ部３０Ｇ１，３０Ｇ２が透過する緑色光とは、例えば、５００ｎｍから５８０ｎｍの波長域の光であり、フィルタ部３０Ｂが透過する青色光とは、例えば、４２０ｎｍから５００ｎｍの波長域の光であり、また、フィルタ部３０Ｒが透過する赤色光とは、例えば、６００ｎｍから７００ｎｍの波長域の光となっている。

また、ＣＷ３０は、例えばガラス板等の透明な薄い円板状の基材表面に、各フィルタ部３０Ｇ１，３０Ｂ，３０Ｇ２，３０Ｒの対応した箇所に、所定の波長透過特性を持たせるように誘電多層膜が蒸着されている。

このＣＷ３０は、中心３０Ｐが、回転手段としての回転モータ３１の回転軸部３１Ｐに取り付けられていて、回転モータ３１により中心３０Ｐを回転中心として回転可能になっている。そして、ＣＷ３０は、フィルタ部３０Ｇ１，３０Ｂ，３０Ｇ２，３０Ｒが配設される面を、照明光の光軸Ｍに直交するように配設されている。また、回転モータ３１は、照明光の光束外に回転軸部３１Ｐが位置するように配設させている。

したがって、回転モータ３１によってＣＷ３０を回転させると、各フィルタ部３０Ｇ１，３０Ｂ，３０Ｇ２，３０Ｒが順次に照明光の光路内に入り込むことになる。各フィルタ部３０Ｇ１，３０Ｂ，３０Ｇ２，３０Ｒが、順次に照明光の光路内に配設されると、照明光は、各フィルタ部３０Ｇ１，３０Ｂ，３０Ｇ２，３０Ｒの波長透過特性に応じた波長域の照明光に時分割されて変調されることになる。

すなわち、フィルタ部３０Ｇ１が、ランプ２０から照射された白色の照明光の光路内に配設されると、白色の照明光は、緑色光の照明光に変調される。そして、フィルタ部３０Ｂが、ランプ２０からの白色の照明光の光路内に配設されると、青色光の照明光に変調される。そしてさらに、フィルタ部３０Ｇ２が、ランプ２０から照射された白色の照明光の光路内に配設されると、白色の照明光は、緑色光の照明光に変調される。さらにその後、フィルタ部３０Ｒが、ランプ２０からの白色の照明光の光路内に配設されると、赤色光の照明光に変調されることになる。

ＣＷ３０の照明光の出射側には、照明光学系４０を構成するロッドインテグレータ４１と集光レンズ４２が配設されている。ロッドインテグレータ４１は、その入射側の開口部４１Ａを、楕円反射鏡２１の第二焦点位置、つまり、ランプ２０から出射された照明光が集光する位置に一致させて配設される。そのため、楕円反射鏡２１により反射された照明光は全てロッドインテグレータ４１内に入射させられる。ロッドインテグレータ４１に入射した照明光は、内部の反射面で複数回の反射を繰り返すことにより照度分布が均一な照明光としてロッドインテグレータ４１の出射側の開口部４１Ｂから出射する。ロッドインテグレータ４１から出射した照明光は、集光レンズ４２を透過し、ＤＭＤ素子５０に入射する。

集光レンズ４２は、ロッドインテグレータ４１の開口部４１ＢとＤＭＤ素子５０の光変調面である反射面とを光学的に共役な関係にする役目を果たし、そのため、ＤＭＤ素子５０の反射面には開口部４１Ｂにおける光像が結像される。

ＤＭＤ素子５０は、不図示のＤＭＤ制御回路からの画像信号に基づいて駆動制御され、ランプ２０からの照明光を画像信号に基づいて変調して投射レンズ７０に向けて反射する。
投射レンズ７０は、ＤＭＤ素子５０の反射面と投射面Ｓとを光学的に共役な関係にする役目を果たしている。そのため、投射面Ｓには、ＤＭＤ素子５０の反射面に形成される画像が拡大投射され投射像として結像させられる。

ＤＭＤ素子５０には、ＣＷ３０により変調された緑色光、赤色光および青色光の照明光が時分割で入射し、ＤＭＤ素子５０は、色光毎に画像信号に基づいて変調を行う。したがって、投射面Ｓには、色光毎の投射像が時分割で投射されることになる。

ＣＷ３０は、回転モータ３１により毎分数千回転から毎分１万回転を超える高速で回転させられるため、投射面Ｓ上に投射される各色光の投射像もＣＷ３０の回転速度に対応して非常に高速で切り換わる。したがって、投射面Ｓに投射される投射像を観る人間の目には、目の残像効果により、各色光の投射像が合成された色調の画像として視認されることになる。

ところで、上述した背景技術において述べたように、投射レンズ７０は倍率色収差を有するため、投射面Ｓにおける各色光の投射像の大きさが相違することになる。そのため、各色光の投射像が残像効果により合成されて視認できる投射像は、輪郭部において色ずれを生ずることになる。

そこで、以下に説明する構成により、この反射型の投射型表示装置１０は、投射面Ｓにおける各色光の投射像の大きさの差を小さくし、人間の目の残像効果により合成されて視認される投射像の色ずれの量を小さくする。

先ず、図１および図２を参照しながら投射レンズ７０の構成について説明する。

投射レンズ７０は、投射光の投射方向、つまり投射面Ｓの側を前方とし、また、ＤＭＤ素子５０からの照明光が入射する側を後方として、前方から順に、前方に凸面を向けたメニスカスレンズ７０Ａ、両凸レンズ７０Ｂ、両凹レンズである変位レンズ６０、絞り部７０Ｃおよび両凸レンズ７０Ｄが配設されて構成される。

変位レンズ６０は、変位レンズ変位手段としての超音波（ピエゾ）モータ６１により、図２の（Ａ）に示される変位位置６０Ｇと、図２の（Ｂ）に示される変位位置６０Ｂと、図２の（Ｃ）に示される変位位置６０Ｒの３箇所に変位できるようなっている。図２の（Ｂ）（Ｃ）において、点線は、変位レンズ６０の変位位置６０Ｇの位置を示している。

また、図２の（Ａ）から図２の（Ｃ）に示される投射レンズ７０の構成を図５から図７に示す。図５は、図２の（Ａ）の投射レンズ７０の構成を示した表であり、図６は、図２の（Ｂ）の投射レンズ７０の構成を示した表であり、また、図７は、図２の（Ｃ）の投射レンズ７０の構成を示した表である。各図で示す表（表１，表２，表３）において、「Ｒ」は各レンズの曲率を示し、「Ｄ」は各レンズ間の間隔、各レンズの肉厚および絞り部に前後するレンズとの間隔を示し、「硝材」は各レンズを形成する硝材を示し、そして「有効半径」は各レンズ面における照明光の有効光束の光軸からの高さを示している。

図２の（Ａ）から図２の（Ｃ）の違いは、変位レンズ６０が変位位置６０Ｇ，６０Ｂ，６０Ｒの３箇所に変位するのみであるので、各表に示される投射レンズ７０の構成は、変位レンズ６０の前方に配設される凸レンズ７０Ｂと変位レンズ６０の後方に配設される絞り７０Ｃとの間隔を除く他の部分は、表１から表３では互いに同一となっている。

変位レンズ６０が、各変位位置６０Ｇ，６０Ｂ，６０Ｒに変位することにより、投射レンズ７０の各色光についての焦点距離は次のように変化する。

変位レンズ６０が変位位置６０Ｇにあるときは、緑色光についての投射レンズ７０の焦点距離は２９．８９２８ｍｍであり、青色光については、２９．８５８３ｍｍ、そして赤色光については、２９．９４６９ｍｍとなっている。

また、変位レンズ６０が、変位位置６０Ｇから０．００７９ｍｍ後方の位置となる変位位置６０Ｂにあるときは、青色光についての投射レンズ７０の焦点距離は２９．８７６７ｍｍであり、緑色光については、２９．９１０８ｍｍ、そして赤色光については、２９．９６４６ｍｍとなっている。

さらに、変位レンズ６０が、変位位置６０Ｇから０．００７２ｍｍ前方の位置となる変位位置６０Ｒにあるときは、赤色光についての投射レンズ７０の焦点距離は２９．９３０７ｍｍであり、緑色光については、２９．８７６４ｍｍ、そして青色光については、２９．８４１４ｍｍとなっている。

つまり、変位レンズ６０が変位位置６０Ｇにあるときの緑色光についての投射レンズ７０の焦点距離と、変位レンズ６０が変位位置６０Ｂにあるときの青色光についての投射レンズ７０の焦点距離と、変位レンズ６０が変位位置６０Ｒにあるときの赤色光についての投射レンズ７０の焦点距離との相互間の差は次ぎのようになっている。

（１）緑色光と青色光については、２９．８９２８ｍｍ−２９．８７６７ｍｍ＝０．０１６１ｍｍであり、また、（２）赤色光と緑色光については、２９．９３０７ｍｍ−２９．８９２８ｍｍ＝０．０３７９ｍｍであり、そして、（３）赤色光と青色光については、２９．９３０７ｍｍ−２９．８７６８ｍｍ＝０．０５４ｍｍとなっている。

これらの差は、変位レンズ６０が、各変位位置６０Ｇ，６０Ｂ，６０Ｒにおける各色光についての投射レンズ７０の焦点距離の差よりも小さくなっている。

例えば、変位レンズ６０が変位位置６０Ｇにあるときの、各色光についての投射レンズ７０の焦点距離について見れば、上述したように、緑色光については２９．８９２８ｍｍであり、青色光については２９．８５８３ｍｍ、そして、赤色光については２９．９４６９ｍｍとなっている。

すなわち、（１’）緑色光と青色光については、２９．８９２８ｍｍ−２９．８５８３ｍｍ＝０．０３４５ｍｍであり、また、（２’）赤色光と緑色光については、２９．９４６９ｍｍ−２９．８９２８ｍｍ＝０．０５４１ｍｍであり、そして（３’）赤色光と青色光については、２９．９４６９ｍｍ−２９．８５８３ｍｍ＝０．０８８６ｍｍとなっている。

つまり、上記（１）（２）（３）の方が各色光間の焦点距離の差は小さい。したがって、変位レンズ６０が変位位置６０Ｇにあるときの緑色光の投射面Ｓにおける投射像と、変位レンズ６０が変位位置６０Ｂにあるときの青色光の投射面Ｓにおける投射像と、変位レンズ６０が変位位置６０Ｒにあるときの赤色光の投射面Ｓにおける投射像との大きさの差は、変位レンズ６０の各変位位置６０Ｇ，６０Ｂ，６０Ｒにおける各色光についての投射像の大きさの差よりも小さいものとなる。

次に、図３を参照しながらＣＷ３０に形成される各フィルタ部３０Ｇ１，３０Ｂ，３０Ｇ２，３０ＲをＣＷ３０のどの位置に配設するかについて説明する。なお、この図３は、ＣＷ３０のランプ２０の側から見た図である。

緑色光、青色光および赤色光の内で、一番波長の短い青色光を透過するフィルタ部３０Ｂを配設する基準の位置となる基準位置３０ＢＢと、緑色光、青色光および赤色光の内で一番波長の長い赤色光を透過するフィルタ部３０Ｒを配設する基準の位置となる基準位置３０ＲＢとを、ＣＷ３０の直径方向にとる。そして、基準位置３０ＢＢを含むようにフィルタ部３０Ｂを配設し、また、基準位置３０ＲＢを含むようにフィルタ部３０Ｒを配設する。

また、この基準位置３０ＢＢと基準位置３０ＲＢに対する周方向の距離の比率が、７９：７２となる位置に基準位置３０ＧＢ１と３０Ｇ２Ｂをとる。そして、基準位置３０Ｇ１Ｂを含むようにフィルタ部３０Ｇ１を配設し、また基準位置３０Ｇ２Ｂを含むようにフィルタ部３０Ｇ２を配設する。

なお、基準位置３０ＢＢと基準位置３０ＲＢをＣＷ３０の直径方向にとり、また、基準位置３０Ｇ１Ｂと３０Ｇ２Ｂを、基準位置３０ＢＢと基準位置３０ＲＢに対する周方向の距離の比率が、７９：７２の位置となる位置にとることの根拠については後述する。

周方向に隣接する各フィルタ部同士は、各フィルタ部３０Ｇ１，３０Ｂ，３０Ｇ２，３０Ｒの基準位置間の周方向における中間位置まで、それぞれのフィルタ部３０Ｇ１，３０Ｂ，３０Ｇ２，３０Ｒが形成されている。したがって、各フィルタ部３０Ｇ１，３０Ｂ，３０Ｇ２，３０Ｒの周方向に占める割合の比率は、順に７５．５：７９：７５．５：７２となっている。

なお、各フィルタ部３０Ｇ１，３０Ｂ，３０Ｇ２，３０Ｒは、上記のような比率で形成する必要はなく、投射像の色調に応じて、各フィルタ部３０Ｇ１，３０Ｂ，３０Ｇ２，３０ＲのＣＷ３０の周方向に占める割合を適宜に変えてもよい。

次に、制御手段８０について説明する。

この制御手段８０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等を有するマイクロコンピュータ装置として構成され、ＣＷ３０の回転と変位レンズ６０の変位に関し、回転モータ３１と超音波（ピエゾ）モータ６１を次のように制御する。

制御手段８０は、ＣＷ３０と変位レンズ６０がともに一定の速さで回転および変位することに加えて、ＣＷ３０の１回転に対し、変位レンズ６０が変位位置６０Ｇ，６０Ｂ，６０Ｒを１往復するように、回転モータ３１と超音波（ピエゾ）モータ６１とを制御する。

変位レンズ６０の各変位位置６０Ｇ，６０Ｂ，６０Ｒへの変位と、ＣＷ６０の回転により各フィルタ部３０Ｇ１，３０Ｂ，３０Ｇ２，３０Ｒのそれぞれの基準位置３０Ｇ１Ｂ，３０ＢＢ，３０Ｇ２Ｂ，３０ＲＢが光軸Ｍに交差するタイミングとを、図４を参照しながら説明する。

この図４は、変位レンズ６０が往復する変位と、ＣＷ６０の回転による基準位置３０Ｇ１Ｂ，３０ＢＢ，３０Ｇ２Ｂ，３０ＲＢの光軸Ｍとの交差のタイミングを直線上に展開し、変位レンズ６０の変位位置６０Ｇ，６０Ｂ，６０Ｒと、ＣＷ６０の基準位置３０Ｇ１Ｂ，３０ＢＢ，３０Ｇ２Ｂ，３０ＲＢが光軸Ｍと交差するタイミングとの対応を解りやすく示したものである。Ｘで示す範囲が、変位レンズ６０の１往復の変位であるとともにＣＷ３０の１回転となっている。

ＣＷ３０の基準位置３０Ｇ１Ｂが、照明光の光軸Ｍに交差する位置と、変位レンズ６０が変位位置６０Ｇに変位している位置とを初期位置として、ＣＷ３０をランプ２０の側から見て反時計方向に回転し、また、変位レンズ６０を変位位置６０Ｂの側に変位するように、ＣＷ３０の回転と変位レンズ６０の変位を開始する。

まず、初期位置においては、ＣＷ３０の基準位置３０Ｇ１Ｂが照明光の光軸Ｍに交差し、フィルタ部３０Ｇ１がランプ２０からの照明光の光路内に配設され、投射レンズ７０に緑色光の照明光が入射することになる。そして、このとき変位レンズ６０は変位位置６０Ｇに位置している。

そして、ＣＷ３０が、基準位置３０ＢＢが照明光の光軸Ｍに交差する位置まで回転すると、フィルタ部３０Ｂがランプ２０からの照明光の光路内に配設され、投射レンズ７０に青色光の照明光が入射することになる。そして、このとき変位レンズ６０は変位位置６０Ｂに位置している。

次いで、ＣＷ３０がさらに回転して、基準位置３０Ｇ２Ｂが照明光の光軸Ｍに交差する位置まで回転すると、フィルタ部３０Ｇ２がランプ２０からの照明光の光路内に配設され、投射レンズ７０に緑色光の照明光が入射することになる。そして、このとき変位レンズ６０は変位位置６０Ｇに位置している。

さらに、ＣＷ３０が回転して、基準位置３０ＲＢが照明光の光軸Ｍに交差するまで回転すると、フィルタ部３０Ｒがランプ２０からの照明光の光路内に配設され、投射レンズ７０に赤色光の照明光が入射することになる。そして、このとき変位レンズ６０は変位位置６０Ｒに位置している。

その後、さらにＣＷ３０が回転して、再び、ＣＷ３０の基準位置３０Ｇ１Ｂが照明光の光軸Ｍに交差する位置となると、フィルタ部３０Ｇ１がランプ２０からの照明光の光路内に配設され、投射レンズ７０に緑色光の照明光が入射することになる。そして、このとき変位レンズ６０は再び変位位置６０Ｇに位置していることになる。

ＣＷ３０と変位レンズ６０は、上記の動作を繰り返し行う。したがって、ＣＷ３０から緑色光が透過するときには、変位レンズ６０が変位位置６０Ｇに位置し、青色光が透過するときには、変位レンズ６０が変位位置６０Ｂに位置し、赤色光が透過するときには、変位レンズ６０が変位位置６０Ｒに位置することになる。

ＣＷ３０の回転を例えば毎分数千回転から毎分１万回転の高速で回転し、変位レンズ６０の１往復をＣＷ３０の１回転に対応させて高速で変位させているので、投射面Ｓ上の各色光の投射像は、人の眼の残像効果により合成された投射像として視認される。

各色光の投射像は、変位レンズ６０が、各色光に対応する変位位置６０Ｇ，６０Ｂ，６０Ｒにあるときの投射像であるため、各色光の投射像の大きさの差は、変位レンズ６０を固定した状態で各色光を投射面Ｓに投射した場合における各色光の投射像の大きさの差に比べて小さいものとなっている。

つまり、変位レンズ６０を色光に対応する変位位置６０Ｇ，６０Ｂ，６０Ｒに変位させて投射される投射像が目の残像効果により合成されて視認される投射像は、色ずれの少ない投射像として視認することができる。

なお、ＣＷ３０の回転速度と回転位置の検出は、ＣＷ３０の表面に投射光の光束を避けた位置にマーク３０Ｍを設け、このマーク３０Ｍをセンサ８１により検出して行う。また、センサ６２において、変位レンズ６０の変位速度と変位位置を検出する。そして、センサ８１からのＣＷ３０の回転速度と回転位置の情報と、センサ６２からの変位速度と変位位置の情報とに基づき、回転モータ３１と超音波（ピエゾ）モータ６１は駆動制御される。

なお、変位レンズ６０は、絞り部７０Ｃの前方に隣接して配設されている。絞り部７０Ｃにおいては、投射レンズ７０を透過する照明光の主光線が投射レンズ７０の光軸と交差する。そのため、変位レンズ６０と絞り部７０Ｃの間隔が狭くなるように隣接させて配設することにより、変位レンズ６０の変位による光学諸収差の変動を小さくすることができる。

ここで、上記した基準位置３０Ｇ１Ｂ，３０ＢＢ，３０Ｇ２Ｂ，３０ＲＢについて、説明する。

基準位置３０ＢＢと基準位置３０ＲＢを直径方向にとるのは次の理由による。

変位位置６０Ｂと変位位置６０Ｒは、変位レンズ６０が往復する変位をするときの両端の位置となっているため、変位レンズ６０の１往復とＣＷ６０の１回転とを対応させると、変位レンズ６０の往路、あるいは、復路がＣＷ３０の半回転に対応する。したがって、ＣＷ３０の半回転に対応する直径方向に基準位置３０ＢＢと基準位置３０ＲＢをとることにより、変位位置６０Ｂと基準位置６０Ｒに変位レンズ６０が変位したときに、ＣＷ６０の基準位置３０ＢＢと基準位置３０ＲＢが光軸Ｍに交差することになる。

次に基準位置３０Ｇ１Ｂと基準位置３０Ｇ２Ｂを、基準位置３０ＢＢと基準位置３０ＲＢに対して、７９：７２の距離関係になるようにとるのは次の理由による。

変位位置６０Ｇと変位位置６０Ｂとの間隔が０．０７９ｍｍであり、また変位位置６０Ｇと変位位置６０Ｒとの間隔が０．０７２ｍｍであるため、変位位置６０Ｂと変位位置６０Ｇとの間隔と、変位位置６０Ｇと変位位置６０Ｒとの間隔の比率は７９：７２になっている。したがって、基準位置３０Ｇ１Ｂと３０Ｇ２Ｂについても、基準位置３０ＢＢと基準位置３０ＲＢに対して、７９：７２の距離関係になるようにとることにより、変位位置６０Ｇに変位レンズ６０が変位したときに、ＣＷ６０の基準位置３０Ｇ１Ｂと３０Ｇ２Ｂが光軸Ｍに交差することになる。

つまり、変位レンズ６０の１往復につきＣＷ３０を１回転させるとともに、変位レンズ６０の変位とＣＷ３０の回転とを一定の速さで行ったときに、変位レンズ６０が変位位置６０Ｂに位置するときに、ＣＷ３０の光軸Ｍと交差する位置が、基準位置３０Ｇ１Ｂであり、また、変位レンズ６０が変位位置６０Ｒに位置するときに、ＣＷ３０の光軸Ｍと交差する位置が、基準位置３０ＲＢであり、さらに、変位レンズ６０が変位位置６０Ｒ側から変位位置６０Ｂ側に向かって変位する際に、変位レンズ６０が変位位置６０Ｇに位置するときに、ＣＷ３０の光軸Ｍと交差する位置が、基準位置３０Ｇ１Ｂであり、さらに、変位レンズ６０が変位位置６０Ｂ側から変位位置６０Ｒ側に変位する際に、変位レンズ６０が変位位置６０Ｇに位置するときに、ＣＷ３０の光軸Ｍと交差する位置が、基準位置３０Ｇ２Ｂである。

なお、基準位置３０Ｇ１Ｂ，３０ＢＢ，３０Ｇ２Ｂ，３０ＲＢは、各フィルタ部３０Ｇ１，３０Ｂ，３０Ｇ２，３０Ｒを形成する位置を説明するための便宜的なものであって、例えば、ＣＷ３０に対しマーキングを施す等により物理的に設ける必要があるものではない。しかしながら、ＣＷ３０を照明光が透過する位置を外した位置に基準位置３０Ｇ１Ｂ，３０ＢＢ，３０Ｇ２Ｂ，３０ＲＢを物理的にマーキングすることにより、各フィルタ部３０Ｇ１，３０Ｂ，３０Ｇ２，３０ＲをＣＷ３０に形成する際の目印とすることができ、ＣＷ３０を製造する際の作業の効率化を図ることができる。

上述の本実施の形態においては、隣接するフィルタ部の間には隙間が形成されていないが、少なくとも１組の隣接するフィルタ部の間に、フィルタ部を設けない透明部を形成するようにしてもよい。このように透明部を設けると、照明光は、この透明部を白色のまま透過し投射面Ｓに投射されることになるため、投射面Ｓの明るさを高くすることができる。 また、フィルタ部３０Ｇ１，３０Ｇ２については、同じ波長透過特性であるので、いずれか一方のフィルタ部を省略し透明部とし、この透明部に白色のままの照明光を透過させ、投射面Ｓの明るさを高くするようにしてもよい。

また、上述の本実施の形態においては、ランプ２０からの白色の照明光を緑色光、青色光および赤色光の３つの色光に分ける場合について説明したが、例えば、この３つの色光に加えてマゼンダ色を含めた、４つの色光に分けたり、あるいはそれ以上の色光に分ける場合にあっても、上述と同様の関係で、変位レンズ６０の変位位置と、フィルタ部のＣＷ３０への配設を行えばよい。

例えば、マゼンダ色の色光の波長域は、緑色光と赤色光の間の波長域であるため、変位位置６０Ｇと６０Ｒの間に、マゼンダ色光に対する変位レンズ６０の変位位置が設定される。そして、ＣＷ３０にマゼンダ色光に対応したフィルタ部を配設するための基準位置は、
この基準位置の基準位置３０Ｂと基準位置３０Ｒとに対する距離の比率を、変位レンズ６０のマゼンダ色光に対応した変位位置の、変位位置６０Ｂと変位位置６０Ｒとに対する距離の比率と同じにすることになる。

本実施の形態においては、光変調手段として、反射型の光変調手段であるＤＭＤ素子を用いたが、他に、反射型液晶表示素子を用いることができ、さらに透過型の光変調手段である透過型液晶表示素子を用いることもできる。また変位レンズ変位手段としては、超音波（ピエゾ）モータの他にボイスコイルを用いることもできる。また、本実施の形態は、いわゆるスクリーン投射型の反射型の投射型表示装置として示されているが、本発明は、いわゆるリアプロジェクタにも当然に利用することができる。

（第２の実施の形態）
以下、本発明の第２の実施の形態について、図８に基づいて説明する。なお、上述の第１の実施の形態において述べたのと同様の構成については、その説明を省略する。また、第１の実施の形態と同一の符号については、同一の符号を用いて説明する。

上述の第１の実施の形態は、変位レンズ６０の変位とＣＷ３０の回転とを一定の速さで行うとともに、変位レンズ６０の１往復につきＣＷ３０を１回転させ、変位レンズ６０が各変位位置６０Ｇ，６０Ｂ，６０Ｒにあるときに、各変位位置６０Ｇ，６０Ｂ，６０Ｒに対応した波長透過特性のフィルタ部３０Ｇ１，３０Ｂ，３０Ｇ２，３０Ｒが照明光の光路内に配設されるようにＣＷ３０を構成している。

このような第１の実施の形態の構成に対し、例えば次のように構成してもよい。

先ず、ＣＷ３０を図８に示すように構成する。つまり、緑色光を透過するフィルタ部３０Ｇ、青色光を透過するフィルタ部３０Ｂ、および赤色光を透過するフィルタ部３０Ｒをこの順序で時計周りに配設し、また、各フィルタ部３０Ｇ，３０Ｂ，３０Ｒを、中心３０Ｐに対し中心角１２０度の扇型に形成する。図８は、ＣＷ３０をランプ２０の側から見た図である。

そして、このＣＷ３０を一定の速さで反時計周りに回転する。そうすると、ランプ２０から出射した照明光は、ＣＷ３０により、緑色光、青色光、赤色光、そして再び緑色光…の順序で、各色光について同じ時間間隔に時分割されて波長域が変調される。

一方、変位位置６０Ｇと変位位置６０Ｂ間との間隔は０．０７９ｍｍであり、変位位置６０Ｇと変位位置６０Ｒ間との間隔は０．０７２ｍｍであり、変位位置６０Ｂと変位位置６０Ｒとの間隔は、０．１５１ｍｍである。つまり、各変位位置６０Ｇ，６０Ｂ，６０Ｒの相互の間隔は、互いに等しくない。

また、変位レンズ６０が往復する変位をするときの変位位置６０Ｇ，６０Ｂ，６０Ｒへの変位順序は、変位位置６０Ｇ、変位位置６０Ｂ、変位位置６０Ｇ、変位位置６０Ｒ、変位位置６０Ｇ、変位位置６０Ｂ、そして再び変位位置６０Ｇ…というように、ランプ２０から出射した照明光がＣＷ３０により緑色光、青色光、赤色光の各色光に変調される順序にも一致していない。

したがって、変位レンズ６０を、第１の実施の形態のように、一定の速さで変位させた場合には、変位レンズ６０の各変位位置６０Ｇ，６０Ｂ，６０ＲとＣＷ３０の各フィルタ部３０Ｇ、３０Ｂ，３０Ｒを透過する緑色光、青色光、赤色光とを対応させることができない。

そこで、変位レンズ６０が変位する速さを、変位位置６０Ｇ，６０Ｂ，６０Ｒの相互間で変えて、ＣＷ３０の各フィルタ部３０Ｇ，３０Ｂ，３０Ｒを透過する色光に対応する変位位置６０Ｇ，６０Ｂ，６０Ｒに変位レンズ６０が変位できるようにする。

すなわち、変位レンズ６０が変位する速さを次のように変える。

ＣＷ３０により、照明光は緑色光、青色光、赤色光、そして再び緑色光…の順序で同じ時間間隔で変調されるのに対し、変位レンズ６０は、変位位置６０Ｇから変位位置６０Ｂに変位した後、再び変位位置６０Ｇに変位し、その後、変位位置６０Ｒに変位する。つまり、緑色光から青色光に変わる時間間隔と青色光から赤色光に変わる時間間隔が同じであるのに対し、変位位置６０Ｇと変位位置６０Ｂとの間隔は０．０７９ｍｍであり、変位位置６０Ｂと変位位置６０Ｒとの間隔は０．１５１ｍｍである。そのため、変位レンズ６０を、変位位置６０Ｇから変位位置６０Ｂに変位するときの速さよりも速い速さで、変位位置６０Ｂから変位位置６０Ｒまで変位させて、フィルタ部３０Ｒが、照明光の光路内に配設されるときに、変位位置６０Ｒに位置するようにする。

また、赤色光から緑色光に変わる時間間隔についても、緑色光から青色光、あるいは青色光から赤色光に変わる時間間隔と同じであるのに対し、変位位置６０Ｒと変位位置６０Ｇとの間隔は０．０７２ｍｍであるため、変位レンズ６０を、変位位置６０Ｇから変位位置６０Ｂに変位するよりも遅い速さで変位させて、フィルタ部３０Ｇが、照明光の光路内に配設されるときに、変位位置６０Ｇに位置するようにする。

このように、各フィルタ部３０Ｇ，３０Ｂ，３０Ｒが、照明光の光路内に配設されるのに対応して、変位レンズ６０が、照明光の光路内に配設された各フィルタ部３０Ｇ，３０Ｂ，３０Ｒと対応する変位位置６０Ｇ，６０Ｂ，６０Ｒに変位するように超音波（ピエゾ）モータ６１を駆動する。

（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について、図９に基づいて説明する。なお、上述の第１の実施の形態において述べたのと同様の構成については、その説明を省略する。また、第１の実施の形態と同一の符号については、同一の符号を用いて説明する。

上述の第１の実施の形態および第２の実施の形態はいずれも、カラーホイールを用いていたが、図９に示すようにカラーフィルタとして矩形を呈した矩形フィルタ９０を用いてもよい。

このフィルタ９０は、変位位置６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒの配設順序に合わせて、左から順に、青色光を透過させるフィルタ部９０Ｂ、緑色光を透過させるフィルタ部９０Ｇ、および赤色光を透過させるフィルタ部９０Ｒを有している。なお、この図９は、フィルタ９０をＣＷ３０のランプ２０の側から見た図である。

フィルタ部９０Ｂは、基準位置９０ＢＢを含むように形成され、またフィルタ部９０Ｇは、基準位置９０ＧＢを含むように形成され、さらに、フィルタ部９０Ｒは、基準位置９０ＲＢを含むように形成されている。

基準位置９０ＢＢ，９０ＧＢ，９０ＲＢは、基準位置９０ＢＢと基準位置９０ＧＢの間隔と基準位置９０ＧＢと基準位置９０ＲＢの間隔に関し、それぞれの間隔の比率が、変位位置６０Ｂと変位位置６０Ｇの間隔と変位位置６０Ｇと変位位置６０Ｒの間隔との比率である、７９：７２となるようにとられている。

そして、フィルタ９０は、不図示の超音波（ピエゾ）モータ等の変位手段により、フィルタ部９０Ｂ，９０Ｇ，９０Ｒの配設方向に往復する変位をさせられ、照明光の光路内に各フィルタ部９０Ｂ，９０Ｇ，９０Ｒが順次配設されることにより、照明光を時分割で青色光、緑色光、赤色光に変調させる。

このように構成されるフィルタ９０のフィルタ部９０Ｂが照明光の光路内に配設され、かつ、変位レンズ６０が変位位置６０Ｂに位置しているときを初期状態として、フィルタ９０の１往復と変位レンズ６０の１往復とが同期するように、フィルタ９０と変位レンズ６０とを変位する。

そうすると、フィルタ部９０Ｂが照明光の光路内に配設されているときは、変位レンズ６０が変位位置６０Ｂに位置し、フィルタ部９０Ｇが照明光の光路内に配設されているときは、変位レンズ６０が変位位置６０Ｇに位置し、フィルタ部９０Ｒが照明光の光路内に配設されているときは、変位レンズ６０が変位位置６０Ｒに位置し、そして再びフィルタ部９０Ｂが照明光の光路内に配設されているときは、変位レンズ６０が変位位置６０Ｂに位置することになる。

つまり、フィルタ部９０Ｂ，９０Ｇ，９０Ｒが、変位位置６０Ｂと変位位置６０Ｇの間隔と変位位置６０Ｇと変位位置６０Ｒの間隔の比率に合わせてとられた基準位置９０ＢＢ，９０ＧＢ，９０ＲＢを基準にフィルタ９０に形成されているため、フィルタ９０と変位レンズ６０を、上記の初期状態から一定の速さで往復する変位をさせると、照明光の光路中に配設されるフィルタ部９０Ｂ，９０Ｇ，９０Ｒにそれぞれ対応する変位位置６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒに変位レンズ６０を変位させることができる。

本発明の反射型の投射型表示装置は、光学機器、および映像機器の分野において、利用することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る投射型表示装置の全体構成を示す構成図である。 本発明の第１の実施の形態に係る投射型表示装置に使用される変位レンズの変位を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る投射型表示装置に使用されるカラーホイールの構成を示す正面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る投射型表示装置に使用される変位レンズの変位位置とカラーホイールの基準位置との関係を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る投射型表示装置に使用される投射レンズの構成を示す表である。 本発明の第１の実施の形態に係る投射型表示装置に使用される投射レンズの構成を示す表である。 本発明の第１の実施の形態に係る投射型表示装置に使用される投射レンズの構成を示す表である。 本発明の第２の実施の形態に係る投射型表示装置に使用されるカラーホイールの構成を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る投射型表示装置に使用されるフィルタの構成を示す図である。

符号の説明

１０…投射型表示装置
２０…ランプ（光源）
３０…カラーホイール
３０Ｇ１，３０Ｂ，３０Ｇ２，３０Ｒ…フィルタ部
３１…回転モータ（回転手段）
５０…ＤＭＤ（光変調手段）
６０…変位レンズ
６０Ｇ，６０Ｂ，６０Ｇ…変位位置
６１…超音波（ピエゾ）モータ（変位レンズ変位手段）
７０…投射レンズ（投射光学系）
８０…制御手段
９０…矩形フィルタ

Claims (5)

1. 光源と、
   上記光源から照射された照明光が入射し、この入射した照明光に対し画像信号に応じた変調を行う光変調手段と、
   透過する光の波長域が異なる複数のフィルタ部を円周方向に配設したカラーホイールと、
   このカラーホイールを回転し、上記フィルタ部を上記光源と上記光変調手段との間の照明光の光路中に時分割で切り換えて配設する回転手段と、
   上記光変調手段により変調された照明光を投射面に投射する投射光学系と、
   を備える投射型表示装置において、
   上記フィルタ部を透過した各波長域の照明光の投射面における投射像の大きさの差が小さくなるように波長域毎に設定される変位位置に変位する変位レンズと、
   この変位レンズを上記各変位位置に変位させる変位レンズ変位手段と、
   上記光路中に配設される上記フィルタ部を透過する照明光の波長域と前記変位レンズの変移位置とが互いに対応するように上記回転手段と上記変位レンズ変位手段とを制御する制御手段とを備えることを特長とする投射型表示装置。
2. 前記制御手段は、前記カラーホイールの１回転に対し前記変位レンズが１往復するように前記回転手段と前記変位レンズ変位手段を制御し、
   前記カラーホイールは、前記変位レンズの前記変位位置に対応した周方向の位置に、前記変位レンズの前記変位位置に対応した波長域の照明光を透過するフィルタ部を備えることを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
3. 光源と、
   上記光源から照射された照明光が入射し、この入射した照明光に対し画像信号に応じた変調を行う光変調手段と、
   透過する光の波長域が異なる複数のフィルタ部を有するカラーフィルタと、
   このカラーフィルタを変位させ、上記フィルタ部を上記光源と上記光変調手段との間の照明光の光路中に時分割で切り換えて配設する変位手段と、
   上記光変調手段により変調された照明光を投射面に投射する投射光学系と、
   を備える投射型表示装置において、
   上記フィルタ部を透過した各波長域の照明光の投射面における投射像の大きさの差が小さくなるように波長域毎に設定される変位位置に変位する変位レンズと、
   この変位レンズを上記各変位位置に変位させる変位レンズ変位手段とを備えることを特徴とする投射型表示装置。
4. 前記変位レンズは、投射光学系の絞り部に隣接する位置に配設されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
5. 前記光変調手段をＤＭＤ素子とし、前記変位レンズ変位手段を、超音波モータとする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の投射型表示装置。

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