JP2006267566A - 投射型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の空間光変調素子を有しカラー画像の表示を行う投射型画像表示装置において、装置構成を複雑化することなく、各空間光変調素子の相対位置を高精度に調整し、固定することができるようにする。
【解決手段】 空間光変調素子Ｒ，Ｇ，Ｂの少なくとも一と結像光学系１４との間の光路上に、透明な平行平面板７，１０，１３を変調光の光軸に略直交させて配置し、この平行平面板７，１０，１３を保持する第１のホルダ１５を、第２のホルダ１６により、光軸に対して傾斜した回転軸回りに回転可能に保持させる。第１のホルダ１５は、第２のホルダ１６に対して回転軸回りに回転操作されることにより、平行平面板７，１０，１３を光軸に対して傾斜させ、変調光の光路を平行移動させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空間光変調素子に対する照明光をこの空間光変調素子によって変調し、この変調光を結像光学系を介してスクリーン上に結像させて画像を表示する投射型画像表示装置に関する。

近年、コンピュータ、通信、放送、情報記録メディア等に関する技術進展と並行して、これらにおいて扱われる画像情報を、大画面、かつ、高精細に表示する表示装置（ディスプレイ）ヘの要望が高まっている。そして、このような表示装置としては、投射型画像表示装置が提案されている。この投射型画像表示装置は、例えば、反射型液晶ライトバルブ（ＬＣＯＳ）の如き空間光変調素子に対する照明光をこの空間光変調素子によって変調し、この変調光を投射レンズ等の結像光学系を介してスクリーン上に拡大して結像させて、画像を表示するものである。このような投射型画像表示装置においては、空間光変調素子のピクセルごとに照明光が制御されることにより、照明光の光量や偏光状態についての変調が行われ、画像表示が行われる。

このような投射型画像表示装置において、カラー画像の表示を行うには、照明光を色分解し、各色光に対応された複数の空間光変調素子に照射し、これら空間光変調素子によって変調された各変調光を色合成して、結像光学系に入射させるようにしている。このような投射型画像表示装置において、装置内に空間光変調素子を固定するにあたっては、各空間光変調素子の相対的な位置関係を正確に調整することが重要である。

そのため、従来の投射型画像表示装置においては、特許文献１に記載されているように、空間光変調素子の位置調整を行った後に、この空間光変調素子の固定を行うようにしている。すなわち、この投射型画像表示装置においては、図６に示すように、色分解プリズム等を内蔵した光学ブロックに取付け用ブラケット１０１を接着しておき、一方、空間光変調素子１０２にも対応するブラケット１０３を装着しておき、この空間光変調素子１０２の位置調整（レジストレーション調整、あるいは、コンバーゼンス調整）を行う。そして、この位置調整の後に、半田付け、あるいは、紫外線硬化型接着材により、取付け用ブラケット１０１と対応するブラケット１０３との固定を行う。

空間光変調素子１０２は、この空間光変調素子１０２の位置調整中より、取付け用ブラケット１０１と対応するブラケット１０３との固定が完了するまでの間は、いわゆるマニュピレータなどの保持冶具によって保持される。

特開２００３−２３３１２５

ところで、前述した従来の投射型液晶表示においては、以下のような問題がある。すなわち、空間光変調素子は画素がマトリクス状（縦画素×横画素）に配列された素子であり、位置調整の段階では、光学中心（表示画像の中心）近傍では、空間光変調素子の位置ずれ量を、０．１画素（ドット）ピッチ以下とすることが要求される。

そのため、６軸マニュピレータを用いて、画素の位置を確認しながら空間光変調素子の傾き及び位置の調整を行ったり、または、このマニュピレータを自動制御することにより、空間光変調素子の位置精度の向上が図られている。

また、空間光変調素子を保持するブラケットにマイクロモータを内蔵させ、このマイクロモータの駆動力により、減速ギアを介して、このブラケットの位置を制御することも行われている。しかし、このように空間光変調素子を保持するブラケットにマイクロモータを内蔵させることは、空間光変調素子が小型化された装置においては、極めて高精度なマイクロメカが必要となってしまい、装置構成の複雑化や、製造コストの高騰が招来される。

また、このようにして位置調整をいくら高精度に行っても、空間光変調素子を固定するための半田付けを行うときに、半田の収縮により、空間光変調素子の位置が微妙にずれてしまう虞れがある。そのため、半田の収縮による位置ずれ量を予め見込んで、本来の調整位置に対して所定量ずらした位置に調整することが行われるが、半田の収縮による位置ずれ量を正確に見込むことは困難である。また、投射型画像表示装置が発する熱による温度ドリフトにより、半田やブラケット自体が熱膨張を生ずるため、レジストレーションが微妙にずれる虞れがあった。

なお、各空間光変調素子の相対位置が、上下方向、または、左右方向に０．５画素ピッチ以上ずれている場合には、各画素に対する情報書き込み位置を１画素分早くしたり、または、遅くすることにより、相対位置のずれの影響を抑えることができる。例えば、１．３画素ピッチ分のずれがある場合、情報書き込み位置を１画素分ずらすことにより、実質的な相対位置のずれ量は、０．３画素ピッチ分ということになる。しかし、空間光変調素子の相対位置のずれ量が、０．５画素ピッチ分や１．５画素ピッチ分である場合には、情報書き込み位置を１画素分ずらしても、０．５画素ピッチ分のずれが残ることとなり、ずれ量をこれ以上小さくすることはできない。

そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、複数の空間光変調素子を有しカラー画像の表示を行う投射型画像表示装置において、装置構成を複雑化することなく、各空間光変調素子の相対位置を高精度に調整し、固定することができるようになされた投射型画像表示装置を提供することを目的とする。

前述の課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明に係る投射型画像表示装置は、以下の構成を備えるものである。

〔構成１〕
光源から発せられる照明光により照明光学系を介して複数の空間光変調素子を照明しこれら照明光を空間光変調素子によって変調しこれら変調光を結像光学系を介してスクリーン上に結像させてカラー画像の表示を行う投射型画像表示装置において、空間光変調素子の少なくとも一と結像光学系との間の光路上に変調光の光軸に略直交して配置された透明な平行平面板と、平行平面板を保持する第１のホルダと、この第１のホルダを光軸に対して傾斜した回転軸回りに回転可能に保持する第２のホルダとを備え、第１のホルダは、第２のホルダに対して回転軸回りに回転操作されることにより、平行平面板を光軸に対して傾斜させ、変調光の光路を平行移動させることを特徴とするものである。

この投射型画像表示装置においては、空間光変調素子の画像の位置を光学的にシフトさせることが容易に行え、かつ、複雑な部品構成からなる機構が不要であるので、装置構成を複雑化することなく、各空間光変調素子の相対位置を高精度に調整し、固定することができる。

本発明に係る投射型画像表示装置においては、第１のホルダは、第２のホルダに対して回転軸回りに回転操作されることにより、平行平面板を光軸に対して傾斜させ、変調光の光路を平行移動させることができる。

したがって、この投射型画像表示装置においては、空間光変調素子の画像の位置を光学的にシフトさせることが容易に行え、かつ、複雑な部品構成からなる機構が不要であり、装置構成を複雑化することなく、各空間光変調素子の相対位置を高精度に調整し、固定することができる。

すなわち、本発明は、複数の空間光変調素子を有しカラー画像の表示を行う投射型画像表示装置において、装置構成を複雑化することなく、各空間光変調素子の相対位置を高精度に調整し、固定することができるようになされた投射型画像表示装置を提供することができるものである。

以下、本発明に係る投射型画像表示装置の最良の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係る投射型画像表示装置の構成を示す平面図である。

この投射型画像表示装置は、図１に示すように、空間光変調素子となる第１乃至第３の反射型液晶表示パネル（ＬＣＯＳ）Ｒ，Ｇ，Ｂを備え、これら反射型液晶表示パネルにより変調された変調光を合成し、スクリーンＳに向けて投射するように構成されている。なお、この実施の形態において空間光変調素子として用いている反射型液晶ライトバルブは、高解像化に適した空間光変調素子である。

この投射型画像表示装置においては、光源１より発せられた照明光は、ミラー２を経て、クロスダイクロイックミラー３に入射される。光源としては、例えば、キセノンランプや超高圧水銀ランプ等の発光管が使用される。この照明光は、クロスダイクロイックミラー３において、赤色及び緑色光成分ｒ，ｇと、青色光成分ｂとが互いに反対方向に反射されて分離される。

赤色及び緑色光成分ｒ，ｇは、ミラー４を経て、ダイクロイックミラー５に入射される。この赤色及び緑色光成分ｒ，ｇは、ダイクロイックミラー５において、緑色光成分ｇのみが反射されて、これら赤色光成分ｒと緑色光成分ｇとが分離される。

ダイクロイックミラー５を透過した赤色光成分ｒは、第１の偏光ビームスプリッタ６に入射し、この第１の偏光ビームスプリッタ６の偏光分離面６ａにより直線偏光成分が反射され、λ／４（四分の一波長）板７を経て、第１の反射型液晶表示パネルＲに入射する。この第１の反射型液晶表示パネルＲにおいては、表示画像の赤成分に応じて液晶の配向が制御され、入射光が表示画像に応じて変調されて反射される。この第１の反射型液晶表示パネルＲにより変調された反射光は、λ／４板７を経て、第１の偏光ビームスプリッタ６の偏光分離面６ａを透過し、クロスダイクロイックプリズム８に入射する。

また、ダイクロイックミラー５により反射された緑色光成分ｇは、第２の偏光ビームスプリッタ９に入射し、この第２の偏光ビームスプリッタ９の偏光分離面９ａにより直線偏光成分が反射され、λ／４板１０を経て、第２の反射型液晶表示パネルＧに入射する。この第２の反射型液晶表示パネルＧにおいては、表示画像の緑成分に応じて液晶の配向が制御され、入射光が表示画像に応じて変調されて反射される。この第２の反射型液晶表示パネルＧにより変調された反射光は、λ／４板１０を経て、第２の偏光ビームスプリッタ９の偏光分離面９ａを透過し、クロスダイクロイックプリズム８に入射する。

そして、クロスダイクロイックミラー３において分離された青色光成分ｂは、ミラー１１を経て、第３の偏光ビームスプリッタ１２に入射し、この第３の偏光ビームスプリッタ１２の偏光分離面１２ａにより直線偏光成分が反射され、λ／４板１３を経て、第３の反射型液晶表示パネルＢに入射する。この第３の反射型液晶表示パネルＢにおいては、表示画像の青成分に応じて液晶の配向が制御され、入射光が表示画像に応じて変調されて反射される。この第３の反射型液晶表示パネルＢにより変調された反射光は、λ／４板１３を経て、第３の偏光ビームスプリッタ１２の偏光分離面１２ａを透過し、クロスダイクロイックプリズム８に入射する。

クロスダイクロイックプリズム８は、三角プリズムに波長選択性誘電体多層膜を形成しこれらを貼り合わせた構造のプリズムである。このクロスダイクロイックプリズム８は、赤色光を反射する反射面８ａと青色光を反射する反射面８ｂとを有し、これら反射面を垂直に交差させている。このクロスダイクロイックプリズム８においては、第１の反射型液晶表示パネルＲからの赤色の変調光、第２の反射型液晶表示パネルＧからの緑色の変調光及び第３の反射型液晶表示パネルＢからの青色の変調光が合成され、投射レンズ１４側に射出される。

そして、投射レンズ１４は、入射された変調光をスクリーンＳ上に投射し、結像させる。

図２は、この投射型画像表示装置における光学系の要部の構成を示す斜視図である。

この投射型画像表示装置において、光源１より偏光ビームスプリッタ６，９，１２に到達した照明光は、偏光ビームスプリッタ６，９，１２の偏光分離面６ａ，９ａ，１２ａに対してＳ偏光となるように偏光面を揃えられており、図２に示すように、偏光分離面６ａ，９ａ，１２ａにおいて反射されて、λ／４板７，１０，１３を透過して、反射型液晶表示パネルＲ，Ｇ，Ｂに入射される。λ／４板７，１０，１３は、平行平面板である一対のガラス基板により、波長フィルムを挟んで接着して構成されている。

そして、反射型液晶表示パネルＲ，Ｇ，Ｂにおいて偏光変調された変調光は、λ／４板７，１０，１３を透過して、偏光ビームスプリッタ６，９，１２に戻り、このとき、偏光分離面６ａ，９ａ，１２ａに対してＰ偏光となっているために、この偏光分離面６ａ，９ａ，１２ａを透過する。そして、これら変調光は、投射レンズ１４を介して、スクリーンＳ上に投射される。

図３は、λ／４板に垂直に入射する光線の光路を示す側面図である。

図４は、λ／４板に傾斜して入射する光線の光路を示す側面図である。

ところで、λ／４板７，１０，１３が入射光線に対して垂直に配置されている場合には、図３に示すように、この光線は、そのまま直進する。しかし、λ／４板７，１０，１３が入射光線に対して傾斜している場合には、図４に示すように、この光線は、λ／４板７，１０，１３の表面及び裏面において屈折されて、平行にずれた状態で出射される。すなわち、λ／４板７，１０，１３の表面の法線と入射光線とのなす角度がθ１であるとき、λ／４板７，１０，１３をなす平行平面板の屈折率がＮ２であるとすると、以下の（式１）（スネルの公式）が成立する。

Ｎ１sinθ１＝Ｎ２sinθ２ ・・・・（式１）
この（式１）において、Ｎ１はλ／４板７，１０，１３の外の媒質（空気）の屈折率、θ２はλ／４板７，１０，１３内に入射した光線がλ／４板７，１０，１３の表面の法線に対してなす角度である。そして、この（式１）は、λ／４板７，１０，１３の裏面より出射する光線についても成立する。したがって、λ／４板７，１０，１３に入射する光線と、λ／４板７，１０，１３から出射する光線とは、互いに平行となる。

なお、一般に、空気の屈折率（Ｎ１）は１．０であり、λ／４板７，１０，１３をなす平行平面板をガラス（ＢＫ７等）からなるものとすると、この屈折率がＮ２は、約１．４３となる。

ここで、λ／４板７，１０，１３に入射する光線と、λ／４板７，１０，１３から出射する光線との間隔をｄとし、平行平面板の板厚がｔであるとすると、以下の（式２）が成立する。

ｄ＝ｔcosθ１・sin（θ１−θ２） ・・・・（式２）
すなわち、λ／４板７，１０，１３の表面の法線と入射光線とのなす角度θ１を適宜調整することにより、これらλ／４板７，１０，１３からの出射光線を平行に移動させることができる。

そして、この投射型画像表示装置においては、各反射型液晶表示パネルＲ，Ｇ，Ｂの空間的な相対位置の調整を、λ／４板７，１０，１３からの出射光線を平行に移動させることによって行うことができる。この場合に必要となる光線のずれ量は、各反射型液晶表示パネルＲ，Ｇ，Ｂにおける画素ピッチの半分の長さである。各反射型液晶表示パネルＲ，Ｇ，Ｂにおける画素ピッチが１０μｍであれぱ、λ／４板７，１０，１３からの出射光線を、最大で０．５μｍずらせば、各反射型液晶表示パネルＲ，Ｇ，Ｂの空間的な相対位置の調整を行うことができる。

図５は、λ／４板を保持するホルダの構成を示す側面図である。

この投射型画像表示装置においては、λ／４板７，１０，１３のうちの少なくとも一枚、好ましくは、二枚以上は、図５に示すように、第１のホルダ１５により保持され、さらに、この第１のホルダ１５が第２のホルダ１６によって保持されることによって支持されている。第２のホルダ１６は、第１のホルダ１５を、入射光の光軸に対して、（θ１）／２だけ傾斜した回転軸ａ回りに回転可能に保持している。

第１及び第２のホルダ１５，１６には、互いに回転操作をなされるためのノブ（突起）１５ａ，１６ｂが設けられている。これら第１及び第２のホルダ１５，１６は、図５中の（ａ）に示すように、互いのノブ１５ａ，１６ｂが重なった状態においては、λ／４板７，１０，１３の表面と入射光とが垂直なるように配置されている。

そして、第１のホルダ１５は、第２のホルダ１６に対して回転軸ａ回りに回転操作されることにより、λ／４板７，１０，１３を光軸に対して傾斜させ、変調光の光路を平行移動させる。

すなわち、図５中の（ｂ）に示すように、第１及び第２のホルダ１５，１６は、互いのノブ１５ａ，１６ｂ間の角度が１８０度のとなる状態においては、λ／４板７，１０，１３の表面の法線と入射光とのなす角度がθ１となるように、λ／４板７，１０，１３を傾斜させる。このとき、λ／４板７，１０，１３を経た変調光は、λ／４板７，１０，１３が傾斜していない状態に対して、ｄだけ平行にシフトする。

また、第１及び第２のホルダ１５，１６のノブ１５ａ，１６ｂの位置を１８０度未満の任意の位置とすれば、λ／４板７，１０，１３を経た変調光のずれ量を、０乃至ｄの任意の距離とすることができる。

さらに、第１及び第２のホルダ１５，１６の位置関係を維持したままで、全体を回転させれば、λ／４板７，１０，１３を経た変調光のずれ量を維持したままで、ずれの方向を任意の方向とすることができる。

このようにして、各反射型液晶表示パネルＲ，Ｇ，Ｂの空間的な相対位置の調整を行うことができる。

なお、前述した実施の形態においては、λ／４板７，１０，１３は、円形のものとなっているが、各反射型液晶表示パネルＲ，Ｇ，Ｂの形状に対応させて、四角形のものとしてもよい。

また、本発明に係る投射型画像表示装置において、各反射型液晶表示パネルＲ，Ｇ，Ｂの空間的な相対位置の調整を行うために傾斜させる平行平面板は、前述の実施の形態のようなλ／４板に限定されず、例えば、ＬＣＤ（透過型液晶表示パネル）を構成する偏光板や、防塵用のガラスプレートなどとしてもよい。

本発明に係る投射型画像表示装置の第１の実施の形態における構成を示す側面図である。 前記投射型画像表示装置における光学系の要部の構成を示す斜視図である。 前記投射型画像表示装置において、λ／４板に垂直に入射する光線の光路を示す側面図である。 前記投射型画像表示装置において、λ／４板に傾斜して入射する光線の光路を示す側面図である。 前記投射型画像表示装置において、λ／４板を保持するホルダの構成を示す側面図及び正面図である。 従来の投射型画像表示装置において、反射型液晶表示パネルを保持するホルダの構成を示す側面図である。

符号の説明

１ 光源
３ クロスダイクロイックミラー
６ 第１の偏光ビームスプリッタ
７，１０，１３ λ／４板
８ クロスダイクロイックプリズム
９ 第２の偏光ビームスプリッタ
１２ 第３の偏光ビームスプリッタ
１４ 投射レンズ
１５ 第１のホルダ
１６ 第２のホルダ
Ｒ 第１の反射型液晶表示パネル
Ｇ 第２の反射型液晶表示パネル
Ｂ 第３の反射型液晶表示パネル
Ｓ スクリーン

Claims (1)

1. 光源から発せられる照明光により照明光学系を介して複数の空間光変調素子を照明し、これら照明光を前記空間光変調素子によって変調し、これら変調光を結像光学系を介してスクリーン上に結像させてカラー画像の表示を行う投射型画像表示装置において、
   前記空間光変調素子の少なくとも一と前記結像光学系との間の光路上に前記変調光の光軸に略直交して配置された透明な平行平面板と、
   前記平行平面板を保持する第１のホルダと、
   前記第１のホルダを、前記光軸に対して傾斜した回転軸回りに回転可能に保持する第２のホルダと
   を備え、
   前記第１のホルダは、前記第２のホルダに対して前記回転軸回りに回転操作されることにより、前記平行平面板を前記光軸に対して傾斜させ、前記変調光の光路を平行移動させることを特徴とする投射型画像表示装置。

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