JP2010197864A - 光軸調整装置、光軸調整方法及び投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】投射型表示装置における複数の光源間の光軸の傾きの補正、位置ずれの補正を容易として、良好な投射画像を得ることができるようにする。
【解決手段】光源１ａ、１ｂ、１ｃからの緑色、青色、赤色のレーザ光は、集光レンズ２ａ、２ｂ、２ｃで平行光に変換され、３色のビーム光線の光軸位置と角度とのそれぞれを、角度検出用撮像手段７ｂと位置検出用撮像手段７ａとにより評価し、同一の角度と位置となるように、アクチュエータ４ａ、４ｂ、４ｃにより各光源の位置と角度をそれぞれ調整する。これにより、光源１ａ、１ｂ、１ｃから出射されるレーザ光を高精度に合波することができ、高精彩な投射型表示装置を実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光軸調整装置、光軸調整方法及び投射型表示装置に係り、特に、レーザ投射型表示装置等の複数のレーザ光等の光の光軸を高精度に一致させる光軸調整装置、光軸調整方法及びこれを用いた投射型表示装置に関する。

近年、波長変換素子を用いた小型な緑色レーザや、青色半導体レーザの開発に伴い、レーザを光源とする超小型のプロジェクタが提案されている。このようなレーザ光を光源とするプロジェクタは、良好な色再現性を持ち、低消費電力化、小型化が可能であることや、走査型画像表示装置であるため、固定された画素を持たず解像度を変換し易いという様々な利点を有している。

また、レーザ光を光源とする超小型プロジェクタは、例えば、画像信号に応じ赤色、緑色、青色の３色のレーザ光による光源を直接、あるいは、外部変調器により間接的に変調し、これらをコリメートレンズで平行光に変換し、各レーザ光を１つのビーム光に合波し、例えば、ＭＥＭＳミラーを用いてスクリーン上に二次元に走査して画像を投射するものである。このように、赤色、緑色、青色の３色のレーザ光を１つの光軸上に合波するための従来技術として、ダイクロイックミラーを用いる技術が知られている。

なお、赤色、緑色、青色の３色のレーザ光を１つの光軸上に合波するためにダイクロイックミラーを用いる技術として、例えば、特許文献１等に記載した技術が知られている。

特許文献１に記載の合波技術を使用し、スクリーン等の被投射面に赤色、緑色、青色の３色のレーザ光を１つのビーム光に合波して投射するレーザ光を使用する投射型表示装置は、赤色、緑色、青色の３色のレーザ光を１つのビームに合波して被投射面に投射するために、各色のレーザ光を被投射面上での同一画素に投射する必要があり、そのため各色間のレーザ光の光軸を高精度に調整する必要がある。このような各色のレーザ光の光軸の調整するための従来技術として、例えば、特許文献２等に開示されている技術が知られている。この特許文献２に記載の従来技術は、各レーザ光を個別のＭＥＭＳミラーで反射させることにより二次元走査を行い、さらに、それぞれのＭＥＭＳミラーに初期角度ずれ補正機構を設けるというものである。

特開２００７−１２１５３９号公報 特開２００７−１５６０５６号公報

特許文献２に開示されている従来技術を適用した投射型表示装置は、ＭＥＭＳミラーによる各レーザのずれの調整を、それぞれのレーザをスクリーンに投射し画面を見ながら調整するため、調整者による技量に依存する要素が強く、また、照射領域全体にわたって精密なレーザのずれの調整を行うことが困難であるという問題点を有している。

本発明は、前述のような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、簡単かつコンパクトな構成でありながら、複数光源間の光軸の傾きの補正、位置ずれの補正を容易として、良好な投射画像を得ることができる投射型表示装置に対する光軸調整装置、光軸調整方法及び投射型表示装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明は、光源から出射される入射レーザ光の光軸の角度と位置とを調整する信号を発生する光軸調整装置を、前記入射光の一部を反射分岐する第１の反射分岐フィルタと、該第１の反射分岐フィルタを透過したレーザ光が入射される撮像面を有する位置検出用撮像手段と、前記第１の反射分岐フィルタにより反射されたレーザ光を収束させる集光レンズと、該集光レンズによって収束されたレーザ光が入射される撮像面を有する角度検出用撮像手段とを備え、前記角度検出用撮像手段の撮像面における前記レーザ光の入射位置に基づいて、前記入射レーザ光の光源から出射される光軸の角度を決定し、前記位置検出用撮像手段の撮像面における前記レーザ光の入射位置に基づいて、前記入射レーザ光の光源から出射される光軸の位置を決定し、前記光軸の角度と位置とを調整する信号を発生するように構成したことを特徴とする。

また、本発明は、投射型表示装置を、前述の光軸調整装置と、複数の光源と、前記複数の光源のそれぞれに対応して設けられる集光レンズと、前記集光レンズと前記光源との組を一軸あるいは複数軸調整するアクチュエータと、前記集光レンズを介した複数の光源からのレーザ光を結合する複数の合波フィルタと、合波された複数のレーザ光を任意の角度に反射する二次元走査ミラーとを備え、前記複数の光源は、ビーム状のレーザ光を画像信号に応じて変調して供給し、前記変調されたレーザ光は、前記集光レンズで平行光あるいは概ね平行光に変換され、前記複数のレーザ光を結合する合波フィルタにより複数のビーム光が同一光軸上に合波され、前記複数の光源からのビーム光を前記二次元走査ミラーにより反射してスクリーン上に投射し、前記光軸調整装置には、前記合波されたレーザ光が入射され、前記光軸調整装置が発生する光軸の角度と位置とを調整する信号により前記アクチュエータが駆動されように構成したこと特徴とする。

さらに、本発明は、前述した投射型表示装置における光軸調整方法として、前記複数の光源の任意の１つの光源を基準光源として、該基準とした光源から出射されたレーザ光が前記角度検出用撮像手段及び前記位置検出用撮像手段に入射して測定された角度と位置とを、それぞれ基準角度、基準位置とし、次に、基準光源とした光源以外の光源を順次出射し、それぞれ前記角度検出用撮像手段及び前記位置検出用撮像手段に入射して測定された角度と位置とが、それぞれ基準角度及び基準位置となるように前記光源の角度と位置とを調整するようにしたことを特徴とする。

本発明の第１の実施形態による投射型表示装置の基本構成を説明する図である。 光源１ａ、１ｂ、１ｃの光軸調整の方法を説明するフローチャートである。 本発明の第２の実施形態としての光源１ａ、１ｂ、１ｃの光軸調整の方法を説明するフローチャートである。 本発明の第３の実施形態による投射型表示装置の基本構成を説明する図である。 集光レンズの焦点位置に置いた光源の傾きと集光レンズ２ら出射されるレーザ光の光軸の位置変化について説明する図である。 本発明の第６の実施形態による投射型表示装置の基本構成を説明する図である。 本発明の第７の実施形態による投射型表示装置の基本構成を説明する図である。 本発明の第８の実施形態による投射型表示装置の基本構成を説明する図である。 本発明の第９の実施形態としての投射型表示装置用光源を説明する図である。 本発明の第１０の実施形態による投射型表示装置の基本構成を説明する図である。 外部調整機構の構成例を説明する図である。 外部調整機構の他の構成例を説明する図である。 本発明の第１１の実施形態としての投射型表示装置用の光軸測定機構を説明する図である。

以下、本発明による光軸調整装置、光軸調整方法及び投射型表示装置の実施形態を図面により詳細に説明する。

［実施形態１］
図１は本発明の第１の実施形態による投射型表示装置の基本構成を説明する図である。図１において、１ａ、１ｂ、１ｃはそれぞれ緑色、青色、赤色の半導体レーザ等の光源、２ａ、２ｂ、２ｃは光源１ａ、１ｂ、１ｃの集光レンズ、３は集光レンズ、４ａ、４ｂ、４ｃは光源及び集光レンズに対するアクチュエータ、５ａ、５ｂは各光源からのビーム光線を合波する合波フィルタ、６ａ、６ｂは合波したレーザ光の一部を反射分岐するフィルタ、７ａは位置検出用撮像手段、７ｂは角度検出用撮像手段、８は合波した光線を任意の角度に反射させスクリーン１７上に映像を投射する走査用ミラー、９はＣＰＵ、１０はメモリ、１１は光学ベース（筐体）である。

本発明の第１の実施形態による投射型表示装置は、光学ベース１１内に、光源１ａ、１ｂ、１ｃと、各光源に対する集光レンズ２ａ、２ｂ、２ｃと、アクチュエータ４ａ、４ｂ、４ｃと、合波フィルタ５ａ、５ｂと、反射分岐フィルタ６ａ、６ｂと、集光レンズ３と、位置検出用撮像手段７ａと、角度検出用撮像手段７ｂと、走査用ミラー８とを収納して構成される。

前述において、光源１ａ、１ｂ、１ｃからの緑色、青色、赤色レーザ光は、それぞれに設けられている集光レンズ２ａ、２ｂ、２ｃにより概ね平行光に変換され、特定の波長の光を反射し、その他の波長の光を透過する合波フィルタ５ａ、５ｂにより合波されて、合波した光線を任意の角度に反射する８の走査用ミラーで二次元走査され、スクリーン１７等の被投射面に投射されることにより、スクリーン１７上にカラー画像を形成するものである。なお、光源１ａ、１ｂ、１ｃからの各色の強度は、表示データにより変調されていることはいうまでもない。

前述のような投射型表示装置は、複数の光源１ａ、１ｂ、１ｃの光軸を一致させ、また、その位置が一致するようにする必要がある。そのため、本発明の実施形態は、合波されたレーザ光の一部を反射分岐するフィルタ６ａ、６ｂ及び集光レンズ３を用いて、合波されたレーザ光の一部を位置検出用撮像手段７ａ及び角度検出用撮像手段７ｂに導き、検出された位置情報及び角度情報をＣＰＵ９が演算し、その結果により光源及び集光レンズに対するアクチュエータ４ａ、４ｂ、４ｃを制御することにより、光源１ａ、１ｂ、１ｃからのレーザ光の光軸を一致させるようにしている。

なお、前述の位置検出用撮像手段７ａ及び角度検出用撮像手段７ｂは、よく知られている４分割ディテクタ、ポジション・センシング・ディテクタ（ＰＳＤ）と呼ばれいる素子であってよい。また、アクチュエータ４ａ、４ｂ、４ｃは、よく知られている４軸のアクチュエータが用いられる。

図２は光源１ａ、１ｂ、１ｃの光軸調整の方法を説明するフローチャートであり、次に、図２を参照して本発明実施形態での光源の光軸の調整方法について説明する。

（１）基準となる光源として光源１ａを選択し、その基準とした光源１ａのみ点灯し、光源１ａから出射したレーザ光を、反射分岐するフィルタ６ａ、６ｂにより２つのレーザ光に分けて、フィルタ６ｂを透過した光を、位置検出用撮像手段７ａの撮像面に入射させ、フィルタ６ｂにより反射された光を集光レンズ３を介して角度検出用撮像手段７ｂに入射させる（ステップ２０１）。

（２）位置検出用撮像手段７ａは、入射されたレーザ光の入射位置に基づいた位置検出信号を出力し、その検出信号をＣＰＵ９に渡す。一方、一般的に集光レンズに入射する平行光の光軸角度と、集光レンズで集光される位置とは入射角度に比例する。そのため、前記フィルタ６ｂで反射された光が、反射分岐された光を収束させる集光レンズ３によって収束された収束光が角度検出用撮像手段７ｂの撮像面に入射されると、角度検出用撮像手段７ｂが入射されたレーザ光の角度検出信号を出力し、その検出信号をＣＰＵ９に渡す（ステップ２０２、２０３）。

（３）ＣＰＵ９は、位置検出用撮像手段７ａからの位置検出信号と、角度検出用撮像手段７ｂからの角度検出信号とに基づいて、基準とした光源１ａの射出角度と位置とを算出する。すなわち、ＣＰＵ９は、角度検出用撮像手段７ｂからの角度検出信号、及び、集光レンズ３と角度検出用撮像手段７ｂとの間の距離から光源１ａから出射された光線の光軸の基準角度（光源の射出角度）を算出する。また、ＣＰＵ９は、光源１ａから出射された光が位置検出用撮像手段７ａの撮像面に照射される位置が、式（１）に示すように、光源から出射される光軸位置と光軸の傾きによる位置ずれとの２つの現象が合わさった位置として観測されることに基づいて、前述の処理で測定された光軸の基準角度と撮像面での光軸位置、光源と位置検出用撮像手段７ａの撮像面との距離から式（１）を用いて基準光源１ａから出射された光線の光軸位置を算出する（ステップ２０４）。

撮像面での光軸位置
＝光源での光軸位置＋(光源と撮像面の距離)×ｔａｎ(光軸角度)…… 式（１）
（４）ＣＰＵ９は、前述で算出した基準とした光源１ａの射出角度と位置の情報をメモリ１０に記憶する（ステップ２０５）。

（５）次に、基準光源とした光源１ａを除いたＮ個光源において、Ｎ＝１番の光源である光源１ｂを選択して、前述で説明したような光源１ａの場合と同一の測定法により光源１ｂから出射される光軸の傾き・位置検出を行い、これらに基づいて光源１ｂでの光軸角度・位置をＣＰＵ９に演算させる（ステップ２０６〜２１０）。

（６）ＣＰＵ９は、光源１ａに対する測定、算出で得られた基準角度・位置と、光源１ｂに対する測定、算出で得られた角度・位置とが一致しているか否かを判定し、不一致であった場合、その偏差値から光源１ｂから出射されるレーザ光の光軸角度・位置を制御するアクチュエータ４ｂへの調整信号を生成し、当該アクチュエータ４ｂにより光源１ｂから出射されるレーザ光の光軸角度・位置と、光源１ａの基準角度・位置との偏差が零となるように制御を行う（ステップ２１１〜２１３）。

（７）ステップ２１３での角度・位置の調整処理を行った後、あるいは、ステップ２１１の判定で、光源１ａ、１ｂの角度・位置が一致していた場合、光源１ｂを固定し、全ての光源についての処理が終了したか否かを判定し、終了していれば、光軸の調整の処理を終了する（ステップ２１４、２１５）。

（８）ステップ２１５の判定で、処理の済んでいない光源が残っていた場合、ステップ２０６からの処理に戻って、次の光源、ここでは光源１ｃを選択して、前述と同様処理を続ける。

前述した処理における光源の固定は、例えば、図１１に示す光源を固定可能とする保持手段を設けて行うことができる。

前述した説明では、基準となる光源として、光源１ａを選択したが、基準となる光源は、光源１ａに限らず、光源１ｂまたは１ｃのいずれでもよい。本発明の第１の実施形態は、前述したような一連の調整手順を実施することにより、光源１ａ、１ｂ、１ｃの光軸の位置と角度とを完全に一致させて合波することができる。この結果、合波されたレーザ光をミラー８で走査したビーム光線は、いかなる距離のスクリーン１７上に照射されても、光源１ａ、１ｂ、１ｃから出射した各ビーム光線は完全に合波している。

図１、図２に説明した本発明の第１の実施形態は、光源１ａ、１ｂ、１ｃ及び集光レンズ光源２ａ、２ｂ、２ｃの対の全てに対してアクチュエータ４ａ、４ｂ、４ｃを設けているとして説明したが、図２の説明からも判るように、光軸調整時に基準とする光源と集光レンズの対に対するアクチュエータの制御を行う必要はないので、予め基準とする光源を決めておいて、その光源のアクチュエータを不要とすることもできる。

［実施形態２］
図３は本発明の第２の実施形態としての光源１ａ、１ｂ、１ｃの光軸調整の方法を説明するフローチャートであり、次に、これについて説明する。第２の実施形態の光軸調整の方法は、第１の実施形態の場合とは、光軸調整手順が異なるものであり、表示装置の基本構成は、図１に示して説明したものと同一でよい。

（１）まず、第１の実施形態の場合と同様に、基準となる光源として光源１ａを選択し、その基準とした光源１ａのみ点灯し、光源１ａから出射したレーザ光を、反射分岐するフィルタ６ａ、６ｂにより２つのレーザ光に分けて、フィルタ６ｂを透過した光を、位置検出用撮像手段７ａの撮像面に入射させ、フィルタ６ｂにより反射された光を集光レンズ３を介して角度検出用撮像手段７ｂに入射させる（ステップ３０１）。

（２）角度検出用撮像手段７ｂの撮像面における入射位置に基づいて出力される角度検出信号をＣＰＵ９で演算し、光源１ａから出射される光線の基準光軸角度をメモリ１０に記憶する。一方、位置検出用撮像手段７ａの撮像面における入射位置に基づいて出力される信号をＣＰＵ９で演算し、前記位置検出用撮像手段の撮像面での光軸位置をメモリ１０に記憶する（ステップ３０２〜３０４）。

（３）次に、基準光源とした光源１ａを除いたＮ個光源において、Ｎ＝１番の光源である光源１ｂを選択して、この光源１ｂのみを点灯し、ＣＰＵ９は、光源１ａの場合と同一の測定方法により、光源１ｂから出射されるレーザ光の傾き評価を行って光源１ｂの光軸角度を、角度検出用撮像手段７ｂにより検出した信号から演算する（ステップ３０５〜３０７）。

（４）ＣＰＵ９は、光源１ａに対する測定、算出で得られた基準角度と、光源１ｂに対する測定、算出で得られた角度とが一致しているか否かを判定し、不一致であった場合、その偏差値から光源１ｂから出射されるレーザ光の光軸角度を制御するアクチュエータ４ｂへの調整信号を生成し、当該アクチュエータ４ｂにより光源１ｂから出射されるレーザ光の光軸角度と、光源１ａの基準角度との偏差が零となるように制御を行う（ステップ３０８〜３１０）。

（５）ステップ３１０での角度の調整処理を行った後、あるいは、ステップ３０８の判定で、光源１ａ、１ｂの角度が一致していた場合、光源１ａの場合と同一の測定方法により、光源１ｂから出射されるレーザ光の位置検出用撮像手段７ａの撮像面での光軸位置測定を行い、ＣＰＵ９は、この測定結果から光源１ｂの光軸位置を演算する（ステップ３１１）。

（６）次に、ＣＰＵ９は、光源１ａに対する測定、算出で得られた基準光軸位置と、光源１ｂに対する測定、算出で得られた光軸位置とが一致しているか否かを判定し、不一致であった場合、その偏差値から光源１ｂから出射されるレーザ光の光軸位置を制御するアクチュエータ４ｂへの調整信号を生成し、当該アクチュエータ４ｂにより光源１ｂから出射されるレーザ光の光軸位置と、光源１ａの基準光軸位置との偏差が零となるように制御を行う（ステップ３１２〜３１４）。

（７）ステップ３１４での光軸位置の調整処理を行った後、あるいは、ステップ３１２の判定で、光源１ａ、１ｂの光軸位置が一致していた場合、光源１ｂを前述までの処理で調整した状態で固定し、全ての光源についての処理が終了したか否かを判定し、終了していれば、光軸の調整の処理を終了する（ステップ３１５、３１６）。

（８）ステップ３１６の判定で、処理の済んでいない光源が残っていた場合、ステップ３０５からの処理に戻って、次の光源、ここでは光源１ｃを選択して、前述と同様処理を続ける。

前述した説明では、基準となる光源として、光源１ａを選択したが、基準となる光源は、光源１ａに限らず、光源１ｂまたは１ｃのいずれでもよい。本発明の第１の実施形態は、前述したような一連の調整手順を実施することにより、光源１ａ、１ｂ、１ｃの光軸の位置と角度とを完全に一致させて合波することができる。この結果、合波されたレーザ光をミラー８で走査したビーム光線は、いかなる距離のスクリーン１７上に照射されても、光源１ａ、１ｂ、１ｃから出射した各ビーム光線は完全に合波している。

前述した本発明の第２の実施形態は、光源１ａ、１ｂ、１ｃと位置検出用撮像手段７ａの撮像面とのそれぞれの距離が未知であるような場合にも、実施することができる。また、前述した第２の実施形態においても、第１の実施形態の場合と同様に、予め基準とする光源を決めておいて、その光源のアクチュエータを不要とすることもできる。

［実施形態３］
図４は本発明の第３の実施形態による投射型表示装置の基本構成を説明する図、図５は集光レンズ２の焦点位置に置いた光源１の傾きと集光レンズ２から出射されるレーザ光の光軸１６の位置変化について説明する図である。図４に示す本発明の第３の実施形態は、図１に示して説明した本発明の第１、第２の実施形態の構成と基本的に同一の構成であり、また、光軸調整の方法も同様である。

本発明の第３の実施形態が、図１に示して説明した本発明の第１の実施形態と相違する点は、光源１ａ、１ｂ、１ｃの光軸調整アクチュエータ及びこのアクチュエータの調整方法が異なる点である。以下、本発明の第３の実施形態が第１、第２の実施形態と異なる点について説明する。

図４に示す本発明の第４の実施形態の構成は、光源１ａ、１ｂ、１ｃから出射されるレーザ光の光軸位置と角度とを制御する光軸調整アクチュエータを、光源１ａ、１ｂ、１ｃの角度調整アクチエータ４ｄ、４ｅ、４ｆと集光レンズ２ａ、２ｂ、２ｃの位置調整アクチュエータ４ｇ、４ｈ、４ｉとに分けている。そして、光源１ａ、１ｂ、１ｃから出射されるレーザ光の光軸角度制御は、集光レンズ２ａ、２ｂ、２ｃの調整用アクチュエータ４ｇ、４ｈ、４ｉを光線進行方向に対して法線面上の垂直な２軸方向に並進することにより実現することができる。

一方、図５に示しているように、集光レンズ２の焦点位置に置いた光源１の傾きは、集光レンズ２から出射されるレーザ光の光軸１６位置変化に反映される。このため、光源から出射されるレーザ光の光軸位置制御は、光源１ａ、１ｂ、１ｃの角度調整用アクチュエータ４ｄ、４ｅ、４ｆにより、光源の出射端を回転中心として、光源から出射される光線進行方向に対して法線面上の垂直な２軸を中心に回転する回転方向に回転させることにより光線の光軸位置制御を実現することができる。

このような本発明の第３の実施形態によれば、レーザの出射光軸角度と位置を制御するアクチュエータをそれぞれ光源１ａ、１ｂ、１ｃ用と集光レンズ２ａ、２ｂ、２ｃ用とに分離しているので、各アクチュエータの可動軸数を低減（それぞれ２軸）することができ、各部のアクチュエータサイズを小さくできることができる。

［実施形態４］
本発明の第４の実施形態は、図示しないが、図４に示して説明した本発明の第３の実施形態における集光レンズ２ａ、２ｂ、２ｃの調整用アクチュエータ４ｇ、４ｈ、４ｉをなくした構成としたものである。

そして、本発明の第４の実施形態は、光源１ａ、１ｂ、１ｃから出射されるレーザ光の光軸位置と角度とを制御するため、光源１ａ、１ｂ、１ｃに設けられている光軸調整アクチュエータ４ｄ、４ｅ、４ｆにより、光源１ａ、１ｂ、１ｃの位置と角度とを制御することとしている。

具体的には、光源１ａ、１ｂ、１ｃの位置を、光線の進行方向に対して法線面上の垂直な２軸方向に並進させることにより光線の光軸角度制御を実現することができる。例えば、光源１ａがＹ方向に変位させられると、光線の角度はγ軸方向に傾き、Ｚ方向に変位すると光線の光軸角度はγ軸方向に傾く。一方、光源１ａ、１ｂ、１ｃの位置を発光点を中心に光線進行方向に対して法線面上の垂直な２軸を中心に回転させると、回転方向に回転させることにより光軸の位置制御を実現することができる。例えば、光源１ａをβ方向に回転させることによりＺ軸方向に光軸位置が変移し、γ方向に回転させることによりＹ軸方向に光軸位置が変移する。

［実施形態５］
本発明の第５の実施形態は、図示しないが、図４に示して説明した本発明の第３の実施形態における光源１ａ、１ｂ、１ｃの調整用アクチュエータ４ｄ、４ｅ、４ｆをなくした構成としたものである。そして、本発明の第５の実施形態は、光源１ａ、１ｂ、１ｃから出射されるレーザ光の光軸角度を制御するため、集光レンズ２ａ、２ｂ、２ｃに設けられている調整用アクチュエータ４ｇ、４ｈ、４ｉにより、光源１ａ、１ｂ、１ｃから出射されるレーザ光の光軸角度を制御することとしている。

このような本発明の第５の実施形態によれば、発熱源となる光源１ａ、１ｂ、１ｃを熱伝導性の悪いアクチュエータで固定する必要がないため、光源１ａ、１ｂ、１ｃの放熱性を改善することができるという効果を得ることができる。

［実施形態６］
図６は本発明の第６の実施形態による投射型表示装置の基本構成を説明する図である。図６に示す本発明の第６の実施形態は、図１に示して説明した本発明の第１、第２の実施形態の構成と基本的に同一の構成であり、また、光軸調整の方法も同様である。

本発明の第６の実施形態が、図１に示して説明した本発明の第１の実施形態と相違する点は、走査用のミラー８を一部の光を透過させることができるものとし、レーザ光を反射分岐するフィルタ６ａを、合波したレーザ光を任意の角度に反射するミラー８を透過した後のレーザ光を反射分岐させるように、ミラー８の後方に配置して構成した点である。この本発明の第６の実施形態によれば、第１の実施形態〜第３の実施形態の場合と比べてレーザ光を反射分岐するミラー６ｂを１枚少なく構成することができ、光学系の構成をシンプルなものとすることができる。

［実施形態７］
図７は本発明の第７の実施形態による投射型表示装置の基本構成を説明する図である。図７に示す本発明の第７の実施形態は、図１に示して説明した本発明の第１、第２の実施形態の構成と基本的に同一の構成であり、また、光軸調整の方法も同様である。

本発明の第７の実施形態が、図１に示して説明した本発明の第１の実施形態と相違する点は、レーザ光を反射分岐するフィルタ６ａを、図１に示すものから９０度回転させた状態に配置し、分岐したレーザ光を上方に配置されたレーザ光を反射分岐するフィルタ６ｂ及び光学ベースの上面に設けた位置検出用撮像手段７ａに導くと共に、レーザ光を反射分岐するフィルタ６ｂにより、レーザ光を合波したレーザ光の進行方向と反対方向に反射させ、その合波したレーザ光の進行方向と反対方向に集光レンズ３と角度検出用撮像手段７ｂとを配置している点である。

このような本発明の第７の実施形態によれば、光源、光源に対応する集光レンズ、アクチュエータ、合波フィルタ等の光学素子が、合波した前記光線を反射分岐するミラー６ａに対して入射側に多く配置されているため、角度検出用撮像手段７ｂを多くの光学素子の配置されるレーザ光の入射方向に配置することにより、レーザ光を集光する集光レンズ３と角度検出用撮像手段７ｂとの距離を大きく確保することができ、それにより、小型の構成の場合にも、各光源１ａ、１ｂ、１ｃから出射されたレーザ光線の傾きに対する角度変化の感度を向上させることができる。

［実施形態８］
図８は本発明の第８の実施形態による投射型表示装置の基本構成を説明する図である。

図８に示す本発明の第８の実施形態は、図１に示して説明した本発明の第１の実施形態での光源１ａ、１ｂ、１ｃと、各光源に対する集光レンズ２ａ、２ｂ、２ｃと、合波フィルタ５ａ、５ｂとによるレーザ光の合波光学系において、複数の光源１ａ、１ｂ、１ｃからのレーザ光をそれぞれ集光レンズ２ａ、２ｂ、２ｃで平行光もしくは概ね平行光にするのではなく、複数の光源１ａ、１ｂ、１ｃから出射した拡散レーザ光をそれぞれ合波フィルタ５ａ、５ｂにより合波した後、集光レンズ２ｄにより平行光もしくは概ね平行光にするように構成したものである。この場合、アクチュエータは、光源にのみ設けられることになる。

このような本発明の第８の実施形態によれば、複数の光源のそれぞれに設けていた集光レンズを低減して１個だけとすることができ、装置を小型に構成することができ、また、光源と前記集光レンズとの相対的な位置ずれに対する光軸ずれへの感度を低減することができる。

［実施形態９］
図９は本発明の第９の実施形態としての投射型表示装置用光源を説明する図である。

本発明の第９の実施形態は、図１により説明した本発明の第１の実施形態による投射型表示装置から合波したレーザ光を任意の角度に反射する走査用のミラー８を取り外したものである。このような本発明の第９の実施形態は、光源１ａ、１ｂ、１ｃから出射されたレーザ光線を高精度に一致させた投射型表示装置用光源として利用することを可能としたものであり、セットメーカ等に製品として提供することができる。セットメーカ等は、走査ミラー、スクリーンを組み込んで表示装置としての製品を製造販売することができる。

［実施形態１０］
図１０は本発明の第１０の実施形態による投射型表示装置の基本構成を説明する図、図１１はアクチュエータに代わる外部調整機構の構成例を説明する図である。図１１（ａ）、図１１（ｂ）、図１１（ｃ）のそれぞれは、分解斜視図、組み立て図、組立て方法を説明する図である。

図１０に示す本発明の第１０の実施形態は、図１により説明した本発明の第１の実施形態による投射型表示装置において、光源及び集光レンズに設けられていた光軸調整用アクチュエータに代わって、図１１により説明する外部調整機構を用いて光軸を調整するようにしたもので、装置の基本構成、光軸調整方法は、図１の場合と同様である。なお、図１０は図の簡略化のため、合波したレーザ光の一部を反射分岐するフィルタ６ａ、６ｂ、位置検出用撮像手段７ａ、角度検出用撮像手段７ｂ、集光レンズ３を示していないが、この実施形態においても、これらが備えられていることはいうまでもない。そして、本発明の第１０の実施形態は、図１１（ａ）、図１１（ｂ）に示すホルダ１５ａ、１５ｂと、図１１（ｃ）に示すような外部の調整機構１３、１４により光軸を調整する。

この調整機構は、光源１を取り付けたホルダ１５ａに設けたピポット構造１８ａとホルダ１５ｂに設けたピポット受け構造１８ｂとを設け、発光点を中心にレーザ光の進行方向に法線方向の面にあるＸ軸に対して回転する構造を有し、この構造により、光源１から出射する光軸のα方向の角度を調整する。また、この調整機構は、ホルダ１５ｂに設けたピポット構造１８ｃと光学ベース（筐体）１１に設けた矩形溝構造１８ｄとを有して構成され、発光点を中心に光線進行方向に法線方向の面にあるＹ軸に対して回転させて光源１から出射する光線の光軸のβ方向を、さらに、前記ピポット構造１８ｃと前記溝構造１８ｄとを摺動させることによりレーザ光の進行方向に法線方向の垂直な２軸であるＸ、Ｙ方向の位置を調整し、その後接着剤等により各ホルダと光源と光学ベースとを固定する。

なお、ホルダ１５ａには、２箇所の光軸調整用丸孔１２が形成されており、図１１（ｃ）に示すようなホルダ１５ａ、１５ｂを支持しつつ、前記光源１に対して光軸調整をする２本の調整用ピン１３と嵌合する構造となっている。

図１２はアクチュエータに代わる外部調整機構の他の構成例を説明する図である。図１２（ａ）、図１２（ｂ）のそれぞれは、分解斜視図、組み立て図である。この図１２に示す外部調整機構は、図１０に示して説明した本発明の第１０の実施形態による投射型表示装置に適用されるものである。

図１２に示す外部調整機構は、図１１により説明したホルダを、ホルダ１５ａ、ホルダ１５ｂ、ホルダ１５ｃの３つに分割して構成し、光源１を取り付けたホルダ１５ａに設けたピポット構造１８ａとホルダ１５ｂに設けたピポット受け構造１８ｂとを設け、発光点を中心にレーザ光の進行方向に法線方向の面にあるＸ軸に対して回転する構造を有しており、この構造により、光源１から出射する光軸のα方向の角度を調整している。また、図１２に示す外部調整機構は、ホルダ１５ｂにピポット構造１８ｃとホルダ１５ｃにピポット受け構造１８ｅとを設け、発光点を中心にレーザ光の進行方向に法線方向の面にあるＹ軸に対して回転させ、光源１から出射するレーザ光の光軸のβ方向を調整するようにしている。さらに、図１２に示す外部調整機構は、ホルダ１５ｃと光学ベース１１とを摺動可能としていることにより、レーザ光の進行方向に法線方向の垂直な２軸であるＸ、Ｙ方向の位置を調整し、その後接着剤等により各ホルダと光源と光学ベースとを固定する。

［実施形態１１］
図１３は本発明の第１１の実施形態としての投射型表示装置用の光軸測定機構を説明する図である。

本発明の第１１の実施形態は、図１により説明した本発明の第１の実施形態による投射型表示装置で用いたレーザ光の光軸測定機構のみを抽出した構造であり、レーザ光を反射分岐するフィルタ６ａ、６ｂと、レーザ光を集光するレンズ３と、レーザ光の光軸位置を測定する撮像素子７ａ、７ｂと、ＣＰＵ９と、メモリ１０とから構成される。

図示光軸測定機構は、集光レンズ３によって収束された収束光が入光される撮像面を有する角度検出用撮像手段７ｂの撮像面における入射位置に基づいて入射光の光軸角度を決定し、反射分岐された平行光が入射される撮像面を有する位置検出用撮像手段７ａと、角度検出用撮像手段７ｂとの撮像面における入射位置に基づいて、前記入射光の光軸角度を決定し、ＣＰＵ９により演算することにより、入射光の光軸の傾きと位置からレーザ光の角度と位置とを調整する信号を発生させるものである。

このような本発明の第９の実施形態による光軸測定機構は、セットメーカ等に製品として提供することができ、セットメーカ等は、光源、走査ミラー、スクリーン等を含む表示装置に必要な光学系を組み込んで表示装置としての製品を製造販売することができる。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ 光源
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ 集光レンズ
３ 集光レンズ
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇ、４ｈ、４ｉ アクチュエータ
５ａ、５ｂ 合波フィルタ
６ａ、６ｂ 反射分岐フィルタ
７ａ、７ｂ 撮像素子
８ 可変角度反射ミラー
９ ＣＰＵ
１０ メモリ
１１ 光学ベース（筐体）
１７ スクリーン

Claims (14)

1. 光源から出射される入射レーザ光の光軸の角度と位置とを調整する信号を発生する光軸調整装置において、
   前記入射光の一部を反射分岐する第１の反射分岐フィルタと、該第１の反射分岐フィルタを透過したレーザ光が入射される撮像面を有する位置検出用撮像手段と、前記第１の反射分岐フィルタにより反射されたレーザ光を収束させる集光レンズと、該集光レンズによって収束されたレーザ光が入射される撮像面を有する角度検出用撮像手段とを備え、
   前記角度検出用撮像手段の撮像面における前記レーザ光の入射位置に基づいて、前記入射レーザ光の光源から出射される光軸の角度を決定し、前記位置検出用撮像手段の撮像面における前記レーザ光の入射位置に基づいて、前記入射レーザ光の光源から出射される光軸の位置を決定し、前記光軸の角度と位置とを調整する信号を発生することを特徴とする光軸調整装置。
2. 請求項１記載の光軸調整装置と、複数の光源と、前記複数の光源のそれぞれに対応して設けられる集光レンズと、前記集光レンズと前記光源との組を一軸あるいは複数軸調整するアクチュエータと、前記集光レンズを介した複数の光源からのレーザ光を結合する複数の合波フィルタと、合波されたた複数のレーザ光を任意の角度に反射する二次元走査ミラーとを備え、
   前記複数の光源は、ビーム状のレーザ光を画像信号に応じて変調して供給し、前記変調されたレーザ光は、前記集光レンズで平行光あるいは概ね平行光に変換され、前記複数のレーザ光を結合する合波フィルタにより複数のビーム光が同一光軸上に合波され、前記複数の光源からのビーム光を前記二次元走査ミラーにより反射してスクリーン上に投射し、前記光軸調整装置には、前記合波されたレーザ光が入射され、前記光軸調整装置が発生する光軸の角度と位置とを調整する信号により前記アクチュエータが駆動されることを特徴とする投射型表示装置。
3. 請求項２記載の投射型表示装置における光軸調整方法において、前記複数の光源の任意の１つの光源を基準光源として、該基準とした光源から出射されたレーザ光が前記角度検出用撮像手段及び前記位置検出用撮像手段に入射して測定された角度と位置とを、それぞれ基準角度、基準位置とし、次に、基準光源とした光源以外の光源を順次出射し、それぞれ前記角度検出用撮像手段及び前記位置検出用撮像手段に入射して測定された角度と位置とが、それぞれ基準角度及び基準位置となるように前記光源の角度と位置とを調整することを特徴とする光軸調整方法。
4. 請求項２記載の投射型表示装置において、前記アクチュエータは、レンズ駆動用アクチュエータと光源駆動用アクチュエータとにより構成され、前記レンズ駆動用アクチュエータは、光源から出射されるレーザ光の進行方向と前記進行方向に対して法線面上の垂直な２軸方向のうちの１軸あるいは複数軸を平行駆動し、また、前記光源駆動用アクチュエータは、前記光源のレーザ光の出射端を回転中心として、光源から出射されるレーザ光の進行方向を中心に回転する回転方向と前記進行方向に対して法線面上の垂直な２軸を中心に回転する回転方向方向のうちの１軸あるいは複数軸を回転駆動して、光軸を調整することを特徴とする投射型表示装置。
5. 請求項２記載の投射型表示装置において、前記アクチュエータは、レンズ駆動用アクチュエータであり、光源から出射されるレーザ光の進行方向と前記進行方向に対して法線面上の垂直な２軸方向のうちの１軸あるいは複数軸を平行駆動して、光軸を調整することを特徴とする投射型表示装置。
6. 請求項２記載の投射型表示装置において、前記アクチュエータは、光源駆動用アクチュエータであり、光源の出射端を、回転中心として、光源から出射される光線進行方向、前記進行方向に対して法線面上の垂直な２軸方向、光線進行方向を中心に回転する回転方向と前記進行方向に対して法線面上の垂直な２軸を中心に回転する回転方向方向のうちの１軸もしくは複数軸を回転あるいは平行駆動して、光軸を調整することを特徴とする投射型表示装置。
7. 請求項２記載の投射型表示装置において、前記二次元走査ミラーを一部の光を透過させることができるものとし、レーザ光を反射分岐する前記第１のフィルタと、前記角度検出用撮像手段と、前記位置検出用撮像手段とを前記二次元走査ミラーの後方に配置して構成したことを特徴とする投射型表示装置。
8. 請求項２記載の投射型表示装置において、前記角度検出用撮像手段は、前記反射分岐されたレーザ光を前記合波したレーザ光の進行方向とは反対方向に収束させた位置に配置されることを特徴とする投射型表示装置。
9. 請求項２記載の投射型表示装置において、複数の光源から出射された拡散光のそれぞれを前記複数の合波フィルタにより合波した後、合波された拡散光を集光レンズにより平行光あるいは概ね平行光にすることを特徴とする投射型表示装置。
10. 請求項１記載の光軸調整装置において、前記光源からの入射レーザ光の前記角度検出用撮像手段への入射位置に基づいて、前記光源の角度を調整し、次に、前記光源からの入射レーザ光の前記位置検出用撮像手段への入射位置に基づいて、前記光源の位置を調整する一連の手順により光軸を調整することを特徴とする光軸調整装置。
11. 請求項２記載の投射型表示装置において、前記角度検出用撮像手段へのレーザ光の入射位置と、前記光源及び前記角度検出用撮像手段の間の距離とに基づいて、前記光源の角度を調整し、同時に、前記位置検出用撮像手段へのレーザ光の入射位置と、前記光源及び前記位置検出用撮像手段の間の距離とに基づいて、前記光源の位置を調整することを特徴とする投射型表示装置。
12. 請求項２記載の投射型表示装置において、前記光源とそこから出射される拡散光を平行光あるいは概ね平行光にする前記集光レンズとは固定され、一体となって光軸の調整が行われることを特徴とする投射型表示装置。
13. 前記光源の位置、角度が調整された状態を保持する保持手段を有することを特徴とする請求項２、４ないし１２のうちいずれか１記載の投射型表示装置。
14. 請求項２記載の投射型表示装置において、前記複数の光源のそれぞれを取り付けたホルダを光学ベースに当接させつつ移動させて、前記複数の光源のそれぞれから出射するレーザ光の光軸の角度と位置との調整を行う機構を有し、前記ホルダは、前記光源の発光点を中心に回転するピポット機構を有する複数のホルダから構成され、前記ホルダの回転支持部を前記光学ベースに当接させつつ、前記ホルダを摺動させると共に、各ピポット構造の回転支持部を中心に回転させることにより光軸の調整を行うことを特徴とする投射型表示装置。

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