(57)【要約】【課題】レンズ設計の負荷や装置のコスト増大を抑えつつ、高画質の画像を投写する投写型表示装置を提供することを目的とする。【解決手段】投写型表示装置１５は、光源１０と、照明光学系２０、カラーホイル３０および表示パネル５０と、投写レンズ６０およびマイクロミラーアレイＭＥＭＳ素子７０とを備えている。カラーホイル３０は、複数の色フィルタを時変させ光束の色変調を行う。マイクロミラーアレイＭＥＭＳ素子７０は、マトリックス状に並んだ複数の可動ミラー７１よりなる。可動ミラー７１は、カラーホイル３０の色変調に応じて駆動される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
複数の色フィルタを時変させ前記光束の色変調を行う色変調手段を含み、前記光源から出射される光束を画像情報に応じた光学像に変調する変調光学系と、
マトリックス状に並んだ複数の可動ミラーよりなるミラー素子を含み、前記変調光学系から出射される前記光学像を投写する投写光学系と、
を備え、
前記ミラー素子の可動ミラーは、前記色変調手段の色変調に応じて駆動される、
投写型表示装置。
【請求項２】
前記ミラー素子は、前記投写光学系が含む複数のレンズ素子の間に配置される、
請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項３】
前記可動ミラーの高さと角度とは、任意の値に可変である、
請求項１または２に記載の投写型表示装置。
【請求項４】
前記ミラー素子の可動ミラーは、前記色変調手段の回転位相に応じて駆動される、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
【請求項５】
前記ミラー素子のそれぞれの可動ミラーは、それぞれの可動ミラーに対して前記色変調毎に設定された高さまたは角度に駆動される、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投写型表示装置、特に色順次式の投写型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
投写型表示装置（例えば、プロジェクター）は大きな画面サイズを得ることができるため、プレゼンテーション用途やホームシアター用途等に使われている。大画面で高品位な画像を表示するには中心から周辺まで色の滲みの無いことが必要である。周辺まで色の滲みのない画像を得る手段として、例えば、各色の表示パネルにそれぞれフィールドレンズを配置して、投写レンズの倍率色収差を補正する方式がある（例えば、特許文献１参照）。この方式は、図６に示すように、３板式であり、各色に対応する液晶パネル２１１，２２１，２３１に対して、それぞれフィールドレンズ２１２，２２２，２３２が配置されている。
【特許文献１】特開平８−２０１７５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一方、単板式の投写型表示装置も用いられている。例えば、電気信号により動作する複数のミラーを搭載する半導体デバイを使用したプロジェクターは、照明光をカラーホイルで時分割に色変調することにより、単板の表示素子を用いてカラー画像を表示する。単板式の投写型表示装置は、シンプルに光学系を構成できるので、プレゼンテーション用プロジェクターから一体型ＰＴＶ（Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）まで、その用途が拡大している。
カラーホイルによる色順次方式は、同じ表示素子の各色の画像を投写レンズで拡大し、スクリーン上で色合成する。カラーホイルは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の色フィルタを備え、照明光を時系列的に順次変調する。
カラーホイルによる色順次方式は、スクリーン上での色合成を行うため、投写レンズの色収差が適切に補正されていないと、色収差が生じる。色収差は、波長の異なるＲ，Ｇ，Ｂの光が投写レンズ系を通過する際、波長により屈折率が異なるために生ずる。ガラスレンズに使われる硝材は、波長が短くなるほど屈折率が高くなる特性がある。この波長毎の屈折率の違いにより色収差が生じる。
図７を用いて、色収差について説明する。例えば、軸上色収差が発生すると、主に画像１００の中心部１０１近傍において色毎にフォーカス位置が異なる。このため、例えば、Ｇの画像は適切にフォーカスが合っていても、Ｒ，Ｂの画像はフォーカスが合っておらず、画像の中心部１０１での色の滲みが生じ、高画質のカラー画像が得られない。また倍率色収差が発生すると、主に画像の周辺部１０２において色毎に拡大倍率が異なる。このため、例えば、Ｇの画像の周辺部１０３ａに対して、Ｒの画像の周辺部１０３ｂやＢの画像の周辺部１０３ｃが重ならず色の滲みのある画像になり、高画質のカラー画像が得られない。
【０００４】
そこで、高画質の画像を投写するためには、投写型表示装置の投写レンズとして、軸上色収差および倍率色収差が十分に補正されたレンズを用いることが必要となる。
しかしながら、色収差以外の収差も良好な状態で、軸上色収差および倍率色収差を十分に補正するのは、レンズ設計の負荷が大きく、かつ高価なレンズ硝材を使う必要があるため投写レンズが高価になってしまう。
そこで本発明は、レンズ設計の負荷や装置のコスト増大を抑えつつ、高画質の画像を投写する投写型表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の発明としての投写型表示装置は、光源と、変調光学系と、投写光学系とを備えている。変調光学系は、複数の色フィルタを時変させ光束の色変調を行う色変調手段を含み、光源から出射される光束を画像情報に応じた光学像に変調する。投写光学系は、マトリックス状に並んだ複数の可動ミラーよりなるミラー素子を含み、変調光学系から出射される光学像を投写する。ミラー素子の可動ミラーは、色変調手段の色変調に応じて駆動される。
変調光学系は、例えば、少なくとも１枚のレンズと、電気信号により動作する複数のミラーを搭載する半導体デバイスや液晶パネルなどの表示パネルと、表示パネルに照射する光あるいは表示パネルから出射する光の色変調を行う色変調手段とを備えていてもよい。色変調手段は、例えば、複数の色フィルタを円周方向に並べたカラーホイルなどであってもよい。
本発明のミラー素子は、色変調手段の色変調に応じて駆動される。この駆動により、表示色毎の表示を適切に調整し、色収差を補正することが可能となる。このため、例えば、投写光学系の投写レンズとして、軸上色収差が適切に補正されたレンズを搭載し、倍率色収差については、ミラー素子により補正を行うことが可能となる。よって、投写レンズのレンズ設計の負荷や装置のコスト増大を抑えつつ、高画質の画像を投写する投写型表示装置を提供することが可能となる。
【０００６】
第２の発明としての投写型表示装置では、ミラー素子は、投写光学系が含む複数のレンズ素子の間に配置される。
本発明では、ミラー素子を光路上の光源側に配置することにより、小型のミラー素子を用いて色収差の補正を行うことが可能となり、装置のコスト増大を抑えることが可能となる。
第３の発明としての投写型表示装置では、可動ミラーの高さと角度とは、任意の値に可変である。
本発明では、可動ミラーは、高さと角度とを任意に変化させることができる。このため、より適切に色収差を補正することが可能となる。
第４の発明としての投写型表示装置では、ミラー素子の可動ミラーは、色変調手段の回転位相に応じて駆動される。
色変調手段は、例えば、複数の色フィルタを円周方向に並べたカラーホイルなどである。
本発明では、色変調手段の回転位相に同期して、ミラー素子の可動ミラーを駆動することが可能となる。
【０００７】
第５の発明としての投写型表示装置では、ミラー素子のそれぞれの可動ミラーは、それぞれの可動ミラーに対して色変調毎に設定された高さまたは角度に駆動される。
ミラー素子は、複数の可動ミラーをマトリクス状に配置している。それぞれの可動ミラーは、個別に設定された高さまたは角度に駆動される。また、その設定値は、色変調毎に設定されている。
本発明では、それぞれの可動ミラーを個別の設定値により駆動するため、適切に色収差の補正を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、レンズ設計の負荷や装置のコスト増大を抑えつつ、高画質の画像を投写する投写型表示装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（第１実施形態）
〈概要〉
第１実施形態としての投写型表示装置は、投写レンズ系にマイクロミラーアレイＭＥＭＳ素子を導入し、カラーホイルの色変調に応じてマイクロミラーアレイＭＥＭＳ素子を駆動し、色収差、特に倍率色収差を補正する点に特徴を有している。
〈構成・動作〉
図１に、第１実施形態としての投写型表示装置１５の構成を示す。
投写型表示装置１５は、光源１０（以上、「光源」）と、照明光学系２０、カラーホイル３０および表示パネル５０（以上、「変調光学系」）と、投写レンズ６０およびマイクロミラーアレイＭＥＭＳ素子７０（以上、「投写光学系」）とを備えている。また、照明光学系２０と表示パネル５０との間、表示パネル５０と投写レンズ６０との間には、凸レンズ４０が配置されている。また、カラーホイル３０、表示パネル５０、マイクロミラーアレイＭＥＭＳ素子７０の制御を司る制御部８０が設けられている。
光源１０は、発光を行うランプ１１と、ランプ１１が発光した光を集光するリフレクタ１２とを備えている。
【００１０】
照明光学系２０は、光源１０から出射された光束を表示パネル５０に導く。具体的には、光源１０より出射した光は、ロッドレンズ２１で矩形の照明光となり、コンデンサーレンズ２２および凸レンズ４０を通過し、表示パネル５０に照射する。表示パネル５０に照射される光は、表示パネル５０とほぼ相似の矩形の照明光となる。
ロッドレンズ２１とコンデンサーレンズ２２との間には、カラーホイル３０が配置されている。カラーホイル３０は、図２に示すように、複数の色フィルタを円周方向に並べた円盤状の部材であり、カラーディスクとも呼ばれる部材である。図２では、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色の色フィルタを、円周方向に３枚並べた場合を示しているが、色フィルタの色やその枚数は、これに限らない。
カラーホイル３０は、回転することにより、照明光を時系列的に順次色変調する。
表示パネル５０は、電気信号により動作する複数のミラーを搭載する半導体デバイスや反射型液晶パネルなどの表示素子であり、照明光学系２０を通過し、カラーホイル３０により色変調された照明光を画像情報に応じた光学像に変調する。
表示パネル５０がミラーを搭載する半導体デバイスである場合には、表示パネル５０の作用により、光学像の形成に寄与する光（例えば、反射光８１）は、投写レンズ６０に入射する。一方、光学像の形成に寄与しない光（例えば、反射光８２）は、投写レンズ６０に入射せず、投写レンズ６０の外に配置される光吸収板などに吸収される。
【００１１】
投写レンズ６０は、形成された光学像を拡大投写する。これにより、時分割のカラー画像がスクリーン上に表示される。
投写レンズ６０は、カラーホイル３０により色変調される色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に対する軸上色収差を補正するように設計されている。なお、図１では、投写レンズ６０は、第１投写レンズ６１と、第２投写レンズ６２とを備えている。しかし、しかし、投写レンズ６０の構成は、図示したものに限らず、全体として負のパワーのレンズを構成していればよい。
マイクロミラーアレイＭＥＭＳ素子７０は、投写レンズ６０から出射する光（例えば、出射光８３）を反射させ（例えば、反射光８４）、スクリーンに導く素子である。
図３は、マイクロミラーアレイＭＥＭＳ素子７０の概要構成を示す平面図、図４は、マイクロミラーアレイＭＥＭＳ素子７０が備える可動ミラー７１の動作を示す説明図である。
図３に示すように、マイクロミラーアレイＭＥＭＳ素子７０は、マトリックス状に複数の可動ミラー７１を備えており、個々の可動ミラー７１で、投写レンズ６０から出射する光を反射する。可動ミラー７１は、表示パネル５０の画素数と同じだけ設けられており、表示パネル５０からの個々の画素に対応する光をそれぞれ反射する。なお、高画質の画像の投写のためには、可動ミラー７１の個数は、上述の個数が好ましいが、表示パネル５０の画素数よりも少ない個数であってもよい。この場合には、１つの可動ミラー７１は、表示パネル５０からの複数の画素に対応する光を反射する。
【００１２】
図４に示すように、個々の可動ミラー７１は、所定範囲の角度および高さの間で、任意の角度および高さに調節可能である。
以上により、マイクロミラーアレイＭＥＭＳ素子７０は、任意に全体の面形状を変化させることが可能となる。
制御部８０は、カラーホイル３０とマイクロミラーアレイＭＥＭＳ素子７０とを同期的に動作させる。具体的には、制御部８０は、カラーホイル３０の回転位相を取得する。回転位相の取得は、例えば、カラーホイル３０に設けられた基準位置、例えば、Ｒの色フィルタの開始位置に設けられたスリットと、スリットの通過を検知する光センサとの組み合わせにより行われる。なお、回転位相の取得は、このようなものに限らない。
制御部８０は、カラーホイル３０の回転位相を取得すると、ＲＧＢのそれぞれの色変調のタイミングで、マイクロミラーアレイＭＥＭＳ素子７０を駆動する。駆動は、予めＲＯＭなどに記憶された、各色毎の可動ミラー７１の設定値を読み出し、この設定値を電圧に変換してマイクロミラーアレイＭＥＭＳ素子７０に与えることで行われる。より詳しくは、この設定値は、ＲＧＢの各色に対して、それぞれの可動ミラー７１毎に、可動ミラー７１の高さおよび角度を定めている。
【００１３】
具体的には、図７に示した倍率色収差を補正するために、Ｇ画像を基準として、Ｂ画像を中心部１０１に向けて縮小し、Ｒ画像を中心部１０１から外方に拡大するように設定値が定められている。すなわち、マイクロミラーアレイＭＥＭＳ素子７０は、Ｂ画像に対しては、正のパワーを持つ光学要素として作用し、Ｒ画像に対しては、負のパワーを持つ光学要素として作用する。なお、ここでは、Ｇ画像を基準とすると説明したが、Ｒ画像、Ｂ画像を基準として各画像を縮小又は拡大してもよい。
〈効果〉
投写型表示装置１５では、色収差を補正した高画質の画像を投写するために、投写レンズ６０を用いている。投写レンズ６０では、軸上色収差は適切に補正されているが、倍率色収差は存在していてもよい。二つの色収差の内、片方の色収差だけを補正するレンズを設計することは比較的容易である。このため、レンズ設計の負荷や装置のコスト増大を抑えつつ装置を製造することが可能となる。
投写型表示装置１５では、倍率色収差を補正するために、マイクロミラーアレイＭＥＭＳ素子７０を備えている。マイクロミラーアレイＭＥＭＳ素子７０は、倍率色収差を補正するように、カラーホイル３０の色変調に応じて駆動される。これにより、画像の中心から周辺まで色の滲みの無い高い画質の画像を得ることが可能となる。
（第２実施形態）
図５に、第２実施形態としての投写型表示装置１６の構成を示す。
【００１４】
投写型表示装置１６は、第１実施形態の投写型表示装置１５とほぼ同様であるが、倍離色収差を補正するマイクロミラーアレイＭＥＭＳ素子７０が、投写レンズ６０に内蔵された点に特徴を有している。
具体的には、投写レンズ６０の第１投写レンズ６１と第２投写レンズ６２との間にマイクロミラーアレイＭＥＭＳ素子７０が配置されている。一般に投写される光学像に寄与する光束の大きさは、投写レンズ６０から出射した後より投写レンズの内部の方が小さい。よってマイクロミラーアレイＭＥＭＳ素子７０を投写レンズ６０に内蔵すれば、マイクロミラーアレイＭＥＭＳ素子７０を小型化しつつ、色収差を補正し、高画質の画像を投写することが可能となる。
なお、マイクロミラーアレイＭＥＭＳ素子７０は、投写レンズ６０の光源１０側に配置されていてもよいが、マイクロミラーアレイＭＥＭＳ素子７０の形状を変えて倍率色収差を補正するため、各色の光束が有る程度分離された位置にマイクロミラーアレイＭＥＭＳ素子７０を配置するのがより望ましい。よって本発明では第１投写レンズ６１と第２投写レンズ６２との間にマイクロミラーアレイＭＥＭＳ素子７０を配置している。
（その他）
上記実施形態では、マイクロミラーアレイＭＥＭＳ素子７０の設定値は、ＲＧＢの各色に対して、それぞれの可動ミラー７１毎に、可動ミラー７１の高さおよび角度を定めていると説明した。しかし、例えば、設定値は、可動ミラー７１の角度だけを定めるものであってもよい。また、投写レンズ６０がズームレンズ系を構成する場合には、そのズーム倍率に応じて設定値が定められていてもよい。
【００１５】
また、図６のフィールドレンズ２１２，２２２，２３２に変えて、３枚のマイクロミラーアレイＭＥＭＳ素子７０を用いることも可能であるが、上記実施形態で示した構成の方が安価に製造することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明は、レンズ設計の負荷や装置のコスト増大を抑えつつ、高画質の画像を投写することが求められる分野において、投写型表示装置（投写型プロジェクター、一体型プロジェクションＴＶ）などとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態における投写型表示装置の構成図
【図２】カラーホイルの平面図
【図３】マイクロミラーアレイＭＥＭＳ素子の平面図
【図４】マイクロミラーアレイＭＥＭＳ素子の個々の可動ミラーの概略動作を示す説明図
【図５】第２実施形態における投写型表示装置の構成図
【図６】従来技術における投写型表示装置の構成図
【図７】色収差について説明する説明図
【符号の説明】
【００１８】
１０  光源
１５  投写型表示装置
２０  照明光学系
３０  カラーホイル
５０  表示パネル
６０  投写レンズ
７０  マイクロミラーアレイＭＥＭＳ素子
７１  可動ミラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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