JP2003043582A - 画像投射ユニットおよび投射型画像表示装置 - Google Patents

画像投射ユニットおよび投射型画像表示装置

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JP2003043582A JP2001233769A JP2001233769A JP2003043582A JP 2003043582 A JP2003043582 A JP 2003043582A JP 2001233769 A JP2001233769 A JP 2001233769A JP 2001233769 A JP2001233769 A JP 2001233769A JP 2003043582 A JP2003043582 A JP 2003043582A
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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03BAPPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/005Projectors using an electronic spatial light modulator but not peculiar thereto
    • G03B21/006Projectors using an electronic spatial light modulator but not peculiar thereto using LCD's

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の投射型画像表示装置では、投射レンズ
単体でのズーム望遠側と広角側のバランスを出し調整を
行った後、コンバージェンス調整を行うためのピント調
整時に再度ズーム望遠側と広角側のバランスを出しを行
っている。 【解決手段】 複数の色光をそれぞれ変調する複数の画
像表示素子8a〜8cと、これら複数の画像表示素子に
より変調された色光を合成するプリズム型素子5と、こ
のプリズム型素子により合成された光を投射する投射レ
ンズ1とを有する画像投射ユニットにおいて、プリズム
型素子と投射レンズとの間に、プリズム型素子に対する
複数の画像表示素子の位置決め調整時においてピント調
整のために光軸方向に移動可能な調整レンズ2を設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶プロジェクタ
ー等の投射型画像表示装置に搭載される画像投射ユニッ
トに関するものである。
【0002】
【従来の技術】液晶プロジェクターには、いわゆる3板
式と称されるものがある。この3板式液晶プロジェクタ
ーでは、光源ランプから射出された照明光をダイクロイ
ックミラー等により構成される色分解光学系によって青
・緑・赤の3色の色光に分解し、これら3色の色光を色
ごとに設けられた複数の液晶パネルに照射するととも
に、これら液晶パネルによって変調された3色の色光を
ダイクロイックプリズム等によって構成される色合成光
学系で合成し、投写光学系でスクリーン等に拡大投射す
るものである。
【0003】このような3板式液晶プロジェクターにお
いて、表示画像をスクリーン上に設定されたサイズに合
わせるためのコンバージェンス(画素合わせ)調整は、
X軸、Y軸、Z軸(ピント)、θ(ローテション)およ
びX・Y軸回りでのアオリの計6軸の調整を行なってい
る。
【0004】このような6軸のコンバージェンス調整を
可能とした構成には多種多様なものがあるが、最近で
は、ダイクロイックプリズムにプレートを接着し、この
プリズム側プレートに対して液晶パネルを取り付けたプ
レートを6軸調整した後、接着固定する方式が主流にな
っている。
【0005】但し、この構成では、投射レンズに高精度
なフランジバックバック調整が要求され、精度保証が厳
しい状況にあり、かつプロジェクターのコンパクト化に
伴い上記のような固着条件を満足するための固着スペー
ス(光軸方向,X方向,Y方向およびθ方向スペース)
が限定されている。
【0006】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
述した従来のプロジェクターでは、実際には投射レンズ
のフランジバック調整をある程度許容して投射レンズ単
体でのズーム望遠側と広角側のバランス出し調整を行っ
た後、コンバージェンス調整におけるピント調整時に基
準の緑色(Gch)用の液晶パネルで、再度ズーム望遠
側と広角側のバランスを出すためのステップを踏んでい
る。
【0007】また、前述したように、上記固着条件を満
足するための固着スペース(光軸〈Z軸〉方向,X方
向,Y方向およびθ方向スペース)は限定されており、
特にダイクロイックプリズムに接着したプレートと液晶
パネルを取り付けたプレートとの間の光軸方向のスペー
スは固着条件から所定の許容範囲内に収まるようにしな
ければならないが、構成部品(投射レンズ,ダイクロイ
ックプリズム,プリズム台座,プリズム側プレートおよ
び液晶パネル側プレート)の公差上厳しい状況にある。
【0008】ここで、コンバージェンス調整時に所定の
許容範囲にピントがないと、ベストピント位置の検出が
できなくなったり、プリズム型素子に対して画像表示素
子を固着不可能な状態が発生したりする。このため、従
来は調整に多くの時間を費やすとともに、上記構成部品
にも高精度が要求されている。
【0009】そこで、本発明は、画像投写ユニットにお
ける投射レンズのフランジバック調整を不要とし、ユニ
ットの構成部品の精度を緩和できるようにすることを目
的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では、複数の色光をそれぞれ変調する複数
の画像表示素子と、これら複数の画像表示素子により変
調された色光を合成するプリズム型素子と、このプリズ
ム型素子により合成された光を投射する投射レンズとを
有する画像投射ユニットにおけるプリズム型素子と投射
レンズとの間又は投射レンズ内に、プリズム型素子に対
する複数の画像表示素子の位置決め調整時においてピン
ト調整のために光軸方向に移動可能であり該位置決め調
整後に固定される調整レンズを設けている。
【0011】このように色合成を行うプリズム型素子と
投射レンズとの間又は投射レンズ内に、画像表示素子の
位置決め調整の際に、光軸方向に移動してピント調整可
能な調整レンズを配置することにより、コンバージェン
ス調整前に基準の画像表示素子(例えば、Gch)で、
ズームの望遠側と広角側のバランスを出し、ピント調整
を行なうことが可能となる。したがって、コンバージェ
ンス調整時に許容範囲内にてベストピント位置の検出が
できなくなったり、プリズム型素子に対して画像表示素
子を固着不可能となったりすることを回避でき、コンバ
ージェンス調整の効率化が可能となる。
【0012】また、投射レンズのズーム望遠側と広角側
とでのバランス出しおよびピント調整を高精度に行う必
要をなくすることができ、さらには画像投射ユニットの
構成部品の精度を緩和することが可能となる。
【0013】しかも、従来は光学エンジン(色分解照明
系+色合成系+投射系)を筐体に組み込み、その後コン
バージェンス調整を行うようにしていたが、本発明によ
れば、画像投写ユニット単体でのコンバージェンス調整
が可能となり、調整後に光学エンジンに組み込むことが
できるため、組立て作業の効率化を図ることが可能とな
る。
【0014】なお、調整レンズがプリズム型素子と投射
レンズとの間に設けられている場合において、調整レン
ズの光学パワーを、投射レンズの光学パワーよりも小さ
く設定してもよい。また、調整レンズが投射レンズ内に
設けられている場合において、調整レンズの光学パワー
を、投射レンズにおける調整レンズ以外のレンズの光学
パワーよりも小さく設定してもよい。
【0015】さらに、投射レンズを保持する第1の保持
鏡筒をプリズム型素子を支持する固定部材に固定し、調
整レンズを保持する第2の保持鏡筒を第1の保持鏡筒に
径嵌合により保持させるようにして、投射レンズに対す
る調整レンズの偏芯成分を最小に抑えて光学性能を保証
できるようにするのがよい。
【0016】また、投射レンズとして複数の投射レンズ
の着脱交換を可能とする場合に、調整レンズの光学性能
をこれら複数の投射レンズのいずれにも対応可能なも
の、すなわち所要の投影解像力を維持し得るものとする
のがよい。
【0017】さらに、調整レンズのピント調整以外の光
学性能に対する敏感度をピント調整に対する敏感度より
も(極めて)低くすることにより、ベストなピント位置
の検出を容易に行えるようにするのがよい。
【0018】
【発明の実施の形態】(第1実施形態)図1から図3に
は、本発明の第1実施形態である画像投射ユニットの構
成を示している。なお、図1は上記画像投射ユニットの
平面図、図2は上記画像投射ユニットを図1中の矢印A
方向から見た側面図、図3は上記画像投射ユニットを図
1中のB矢印方向(液晶パネル側)から見た図である。
【0019】これらの図において、1は投射レンズであ
り、後述する色合成プリズム5によって合成された画像
光を、不図示のスクリーンに投射する。この投射レンズ
1を構成する複数のレンズ(ズーム用レンズおよびフォ
ーカス用レンズ等)は第1保持鏡筒1aによって保持さ
れている。
【0020】2は投射レンズ1内のフォーカス用レンズ
とは別に設けられたピント調整レンズであり、第2保持
鏡筒3により保持されている。この第2保持鏡筒3は第
1保持鏡筒1aにおける画像光の入射側部分に形成され
たネジ部に螺合(径嵌合)しており、第2保持鏡筒3を
光軸回りで回転させることにより、ピント調整レンズ2
を光軸方向に移動させることができる。前記第2保持鏡
筒3は、標準レンズだけでなく交換レンズにおいてもネ
ジ螺合にて対応できる構成としている。
【0021】また、ピント調整レンズ2の光学パワー
(屈折率の逆数)は、投射レンズ1の光学パワーよりも
小さく、例えば1/3.5 倍以内(ズーム比×1.4以内
時)に設定されている。
【0022】さらに、前記ピント調整レンズは光学の各
収差が投射レンズ構成の単レンズよりも低い敏感度設定
とし、特に像面の変化量は光軸の変化0.1mmに対し≒0
の設定としている。
【0023】4は固定部材としてのL字ベースであり、
投射レンズ1のフランジ部と後述するプリズムユニット
を保持する。
【0024】また、5は色合成プリズムであり、本実施
形態では、いわゆるクロスダイクロイックプリズムが用
いられている。この色合成プリズム5はL字ベース4に
固定されたプリズム台座6の位置決め部に突き当てら
れ、接着されている。
【0025】7a,7b,7cはパネル保持ベースであ
り、色合成プリズム5における青色光,緑色光,赤色光
の入射面における光学有効領域外の部分に位置決めされ
て接着されている。なお、これらパネル保持ベース7
a,7b,7cには、色合成プリズム5における入射面
における光学有効領域に対応した開口が形成されてい
る。
【0026】8a,8b,8cは上記色光ごとに設けら
れた液晶パネル(画像表示素子)であり、青(B)チャ
ンネルの液晶パネル8aはパネル保持プレート9aに、
緑(G)チャンネルの液晶パネル8bはパネル保持プレ
ート9bに、赤(R)チャンネルの液晶パネル8cはパ
ネル保持プレート9cにそれぞれビスにより固定されて
いる。
【0027】なお、パネル保持プレート9a〜9cは、
パネル保持ベース7a〜7cにそれぞれ位置決めされ
て、各パネル保持ベース7a〜7cの四隅に設けられた
突起部に接着固定されている(図1中のハッチング部分
が接着部分である)。
【0028】次に、上記構成の画像投射ユニットの組立
手順について説明する。まず、ピント調整レンズ2を組
み込んだ第2保持鏡筒3を、L字ベース4に組み込んで
仮止めし、プリズムユニット(色合成プリズム5、プリ
ズム台座6、パネル保持ベース7a,7b,7cおよび
パネル保持プレート9a,9b,9cを組み立てたも
の)をL字ベース4にプリズム台座6との位置決めを経
て固定する。
【0029】最後に、光学性能が保証された投射レンズ
1をL字ベース4に取り付けて画像投写ユニットの組立
が完了する。
【0030】次に、画像投射ユニットのコンバージェン
ス調整手順について説明する。まず、コンバージェンス
調整前において、投射レンズ1のフォーカス位置を基準
位置にセットし、不図示の調整装置にチャッキングされ
た各液晶パネル8a,8b,8cを基準位置にセットす
る。
【0031】この状態で、ピント調整レンズ2を組み込
んだ第2保持鏡筒3を第1保持鏡筒1aに対して光軸方
向に移動させ、基準のGchの液晶パネル8bに対して
ズームの望遠側と広角側のバランスを出し、ベストピン
ト位置を検出する。この際、投射レンズ1のズーム望遠
側と広角側とでのバランス出しおよびピント調整を高精
度に行う必要はない。投射レンズのみの調整は、投射ユ
ニット状態でプリズムユニット構成部品の誤差及び投射
レンズの測定・調整誤差が累積される為高精度が要求さ
れ、本実施形態では前記累積誤差は投射ユニットで実施
する為解消される。
【0032】また、本実施形態では、ピント調整レンズ
2の光学パワーをできるだけ小さくして、このピント調
整レンズ2のピント調整以外の光学性能に対する敏感度
(収差敏感度等)を、ピント調整に対する敏感度よりも
極めて低くしている。
【0033】そして、BchおよびRchの液晶パネル
8a,8cに対するピント位置が良好であることを確認
して、第2保持鏡筒3を第1保持鏡筒1aに対しセット
ビスにより固定する。
【0034】その後、コンバージェンス調整として、ス
クリーン上に設定されたサイズに、X軸・Y軸・θ(ロ
ーテション)が合致するようGchの液晶パネル8bの
位置および姿勢調整を行なう。次に、Rchの液晶パネ
ル8cについて、基準のGchに対してX軸・Y軸・θ
とX軸アオリ・Y軸アオリの調整を行い、画素が許容範
囲内に合致するように調整する。
【0035】Bchの液晶パネル8aに関してもRch
と同様な調整を行い、画素が許容範囲内に合致するよう
に調整する。
【0036】最後に、基準のGchに対してRchおよ
びBchの画素合致およびピント位置の確認をしていず
れも許容範囲内であれば、各液晶パネル8a,8b,8
cをパネル保持プレート9a,9b,9cにビスにより
固定し、画像投射ユニットの調節が完了する。
【0037】図4には、上記画像投射ユニットが組み込
まれた投射型画像表示装置の構成を示している。
【0038】10は照明光源であり、11は照明光源1
0から側方および後方に射出した光を前方に反射するリ
フレクターである。12aは照明光源10およびリフレ
クター11からの光を略均一強度化するためのフライア
イレンズユニットであり、12bはコンデンサーレンズ
である。13は反射ミラーである。
【0039】14は反射ミラー13で反射した照明光の
うち青色波長領域の成分のみを透過し、緑色および赤色
波長領域の成分を反射する第1ダイクロイックミラーで
あり、15は第1ダイクロイックミラー14を透過した
青色波長領域の光をフィールドレンズ21を通してBc
hの液晶パネル8aに導く反射ミラーである。
【0040】16は第1ダイクロイックミラー14で反
射した緑色および赤色波長領域の光のうち緑色波長領域
の成分を反射し、赤色波長領域の成分を透過させる第2
ダイクロイックミラーである。この第2ダイクロイック
ミラー16で反射した緑色波長領域の光はフィールドレ
ンズ23を通ってGchの液晶パネル8bに入射する。
【0041】また、第2ダイクロイックミラー16を透
過した赤色波長領域の光は、集光レンズ17、反射ミラ
ー18、集光レンズ19、反射ミラー20およびフィー
ルドレンズ22を介してRchの液晶パネル8cに入射
する。
【0042】こうして各液晶パネル8a,8b,8cに
入射した各色波長領域光は、これら液晶パネルを透過す
る際に変調される。なお、各液晶パネル8a,8b,8
cは、不図示のパーソナルコンピュータやビデオ等から
供給された画像信号に応じて不図示の制御回路から出力
された駆動信号によって駆動され、入射した光を変調す
ることによって画像光を形成する。
【0043】そして、各液晶パネル8a,8b,8cか
ら射出した各色波長領域の変調光(画像光)は色合成プ
リズム5に入射し、色合成プリズム5内のダイクロイッ
ク膜の作用によって合成され、色合成プリズム5から投
射レンズ1に向かって射出する。投射レンズ1に入射し
た画像光は、スクリーンに拡大投射され、画像を表示す
る。
【0044】このとき、画像投射ユニットにおいて前述
したコンバージェンス調整が正確に行われているため、
色ずれのない良好なフルカラー画像が表示される。
【0045】(第2実施形態)図5には、本発明の第2
実施形態である画像投射ユニットの構成を示している。
なお、図5(a)は上記画像投射ユニットの平面図、図
5(b)は上記画像投射ユニットの側面図である。ま
た、本実施形態において、第1実施形態と共通する構成
要素には、第1実施形態と同符号を付して説明に代え
る。
【0046】第1実施形態では、ピント調整レンズ2を
保持する第2保持鏡筒3を、投射レンズ1の各レンズを
保持する第1保持鏡筒1aに螺合させた場合について説
明したが、本実施形態では、ピント調整レンズ2を保持
する第2保持鏡筒3’とL字ベース4’との間に、第2
保持鏡筒3’がL字ベース4’に対して光軸方向に所定
範囲で移動可能となるようにガイド機構(溝やキー等)
を設け、さらにセットビスによって第2保持鏡筒3’の
L字ベース4’への固定ができるように構成されてい
る。
【0047】本実施形態の画像投射ユニットでは、第2
保持鏡筒3’をL字ベース4’に対して光軸方向にスラ
イドさせて基準のGchの液晶パネル8bに対してベス
トピント位置を検出し、BchおよびRchの液晶パネ
ル8a,8cに対するピント位置が良好であることを確
認した後、第2保持鏡筒3’をL字ベース4’にセット
ビスにより固定する。その後の組立および調整手順は、
第1実施形態と同様である。
【0048】なお、上記各実施形態では、ピント調整レ
ンズ2が投射レンズ1と色合成プリズム5との間に配置
された場合について説明したが、ピント調整レンズを投
射レンズ1内に配置してもよい。
【0049】また、上記各実施形態で説明した画像投射
ユニットにおいて、複数の投射レンズの着脱交換が可能
である場合に、ピント調整レンズの光学性能を、これら
複数の投射レンズのいずれにも対応可能なもの、すなわ
ち所要の投影解像力を維持し得るものとしてもよい。
【0050】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
画像投射ユニットにおける色合成を行うプリズム型素子
と投射レンズとの間又は投射レンズ内に、画像表示素子
の位置決め調整の際に光軸方向に移動してピント調整が
可能な調整レンズを配置したので、コンバージェンス調
整前に基準の画像表示素子で、ズームの望遠側と広角側
のバランスを出し、ピント調整を行なうことができる。
したがって、コンバージェンス調整時に許容範囲内にて
ベストピント位置の検出ができなくなったり、プリズム
型素子に対して画像表示素子を固着不可能となったりす
ることを回避でき、コンバージェンス調整の効率化を図
ることができる。
【0051】また、投射レンズのズーム望遠側と広角側
とでのバランス出しおよびピント調整を高精度に行う必
要をなくすることができ、さらには画像投射ユニットの
構成部品の精度を緩和することができる。
【0052】しかも、本発明によれば、画像投射ユニッ
ト単体でのコンバージェンス調整ができ、コンバージェ
ンス調整後に光学エンジンに組み込むことができるの
で、投射型画像表示装置の組立て作業を効率化すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態である画像投射ユニット
の平面図。
【図2】上記画像投射ユニットを図1の矢印A方向から
見た側面図。
【図3】上記画像投射ユニットを図1の矢印B方向から
見た側面図。
【図4】上記画像投射ユニットを組み込んだ投射型画像
表示装置の構成図。
【図5】本発明の第2実施形態である画像投射ユニット
の平面図および側面図。
【符号の説明】
1 投射レンズ 1a 第1保持鏡筒 2 ピント調整レンズ 3,3’ 第2保持鏡筒 4,4’ L字ベース 5 色合成プリズム 6 プリズム台座 7a,7b,7c パネル保持ベース 8a,8b,8c 液晶パネル 9a,9b,9c パネル保持プレート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G02F 1/1335 G02F 1/1335 G03B 21/00 G03B 21/00 E

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の色光をそれぞれ変調する複数の画
    像表示素子と、これら複数の画像表示素子により変調さ
    れた色光を合成するプリズム型素子と、このプリズム型
    素子により合成された光を投射する投射レンズとを有す
    る画像投射ユニットであって、 前記プリズム型素子と前記投射レンズとの間又は前記投
    射レンズ内に、前記プリズム型素子に対する前記複数の
    画像表示素子の位置決め調整時においてピント調整のた
    めに光軸方向に移動可能であり該位置決め調整後に固定
    される調整レンズを設けたことを特徴とする画像投射ユ
    ニット。
  2. 【請求項2】 前記調整レンズが前記プリズム型素子と
    前記投射レンズとの間に設けられており、 前記調整レ
    ンズの光学パワーφ1が、前記投射レンズの光学パワー
    φよりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の画像
    投射ユニット。
  3. 【請求項3】 φ1:φ=1:3.5以下(ズーム比×1.4以
    内)であることを特徴とする請求項2に記載の画像投射
    ユニット。
  4. 【請求項4】 前記調整レンズが前記投射レンズ内に設
    けられており、 前記調整レンズの光学パワーφ1が、前記投射レンズに
    おける前記調整レンズ以外のレンズの光学パワーφより
    も小さいことを特徴とする請求項1に記載の画像投射ユ
    ニット。
  5. 【請求項5】 φ1:φ=1:3.5以下(ズーム比×1.4以
    内)であることを特徴とする請求項4に記載の)画像投
    射ユニット。
  6. 【請求項6】 前記投射レンズを保持する第1の保持鏡
    筒が前記プリズム型素子を支持する固定部材に固定され
    ており、 前記調整レンズを保持する第2の保持鏡筒が前記第1の
    保持鏡筒に径嵌合により保持されていることを特徴とす
    る請求項1に記載の画像投射ユニット。
  7. 【請求項7】 前記投射レンズとして複数の投射レンズ
    の着脱交換が可能であり、 前記調整レンズが前記複数の投射レンズに対応可能な光
    学性能を有することを特徴とする請求項1に記載の画像
    投射ユニット。
  8. 【請求項8】 前記調整レンズのピント調整以外の光学
    性能に対する敏感度がピント調整に対する敏感度よりも
    低いことを特徴とする請求項1に記載の画像投射ユニッ
    ト。
  9. 【請求項9】 請求項1から8のいずれかに記載の画像
    投射ユニットと、照明光を複数の色光に分解として前記
    複数の画像表示素子に照射する色分解照明光学系とを有
    することを特徴とする投射型画像表示装置。
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