JP4374906B2 - 光変調装置及びその光学調整方法、投射型表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に一次元型構成の光変調素子を用いる各種光学装置に適用して好適な光変調装置及びその光学調整方法、投射型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プロジェクタやプリンタなどの各種画像表示装置において、画像の解像度を上げる方法として、１次元の画像表示用光変調素子からの光束を光走査手段で走査しながら画像形成手段に投影し、２次元画像を形成する方法が知られている（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
この１次元の光変調素子として、米国シリコン・ライト・マシン（ＳＬＭ）社が開発したＧＬＶ（Grating Light Valve）が知られている(例えば特許文献２及び３参照。)。
【０００４】
このＧＬＶは、光の回折を利用した位相反射型の回折格子より構成される。ＧＬＶの一例としては、図６に示すように、例えば条帯状の第１の面３０ａと第２の面３０ｂとにより構成され、この第１の面３０ａ及び第２の面３０ｂを相対的に移動させることにより回折格子を構成する。図示の例では例えば３本の可動リボンより成る第１の面３０ａ及び３本の固定リボンより成る第２の面３０ｂが交互に配置されて６本のリボンより成るリボン素子として構成される。
【０００５】
このような構成のＧＬＶに対し、基板(図示せず)側の共通電極３２と第１の面３０ａとの間に適切な電圧を印加することによって、第１の面３０ａ、すなわち可動リボンが適切量基板側に移動して変形し、入射光に対する回折格子が構成される。
このＧＬＶにおける第１の面３０ａは、その幅及び長さがそれぞれ例えば２５μｍ、２００μｍ程度と微小なサイズであるため、高速なスイッチング動作が可能であるという利点を有する。更にまた広い帯域幅の表示、すなわち駆動電圧を変調して可動リボンの動作距離を制御し、これに対応して回折光の反射率を変化させ、光量の変化の高い変調度が実現できることから、高い解像度で、低い動作電圧及び小型の画像表示装置を提供することが可能である。
【０００６】
しかしながらこのような一次元型構成の光変調素子を用いて例えば表示装置を構成する場合、例えば図６において説明したような６本のリボン等より成るリボン素子が１画素相当とされて、このリボン素子がリボン幅方向に１０００個程度並置配列され、各素子の動作により変調された光が例えばガルバノミラー等の走査手段により走査されてスクリーン等に投影又は印刷などが行われる。
【０００７】
この場合、一次元型構成の光変調素子に対し、一次元の延長方向に一定の長さに成形され、これとは直交する方向には適切な幅をもって集光される長尺状の形状に光源からの光をビーム成形する必要があり、ＬＣＤ(液晶ディスプレイ)やマイクロミラーを用いるＤＬＰ（Digital Light Processing、テキサス・インスツルメンツ社登録商標）等の二次元型構成の光変調素子を用いる場合と比較すると、光学装置の配置構成が複雑となる(例えば特許文献４参照。)。
またその製造にあたって、プリズムやコリメートレンズ等の各種光学部品を、精度良く位置合わせして固定配置する必要があるため製造作業が煩雑となり、このような一次元型構成の光変調素子を用いて信頼性、安定性に優れた各種光学装置を構成するには、生産性、歩留まりの向上を図り難いという問題がある。
【０００８】
【特許文献１】
米国特許第５９８２５５３号
【特許文献２】
米国特許第３１６４８２４号
【特許文献３】
米国特許第５９４１５７９号
【特許文献４】
特開２００２−１６９１２３号公開公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題に鑑みて、一次元型構成の光変調素子を用いる場合においても複雑な光学調整を不要とし、簡単な構成の光学調整機構を設けることによって、より信頼性、安定性に優れた光変調装置、これを用いた投射型表示装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光源からの光を一次元型構成の光変調素子に照射して光変調する光変調装置において、光源と、光源からの光が入射される一次元型構成の光変調素子と、光源から第１の方向、例えば直交するＸ、Ｙ、Ｚ座標のＹ方向に拡散された光をコリメートする第１のレンズと、この第１のレンズから出射される光をその光軸方向及び第１の方向とほぼ直交する第２の方向（例えばＸ方向）に集光する第２のレンズと、光源からの光の光路に対し、第１のレンズ及び第２のレンズを、第２の方向（Ｘ方向）に移動させて位置調整を行う第１の調整手段と、第２のレンズをその光軸にほぼ沿う第３の方向（例えばＺ方向）に移動させて位置調整を行う第２の調整手段と、第２のレンズを第３の方向を回転軸とする回転方向に移動させて位置調整を行う第３の調整手段と、第２のレンズから出射され、光変調素子において変調して出射された光をモニターするモニター手段とを設ける。
【００１１】
また本発明は、光源からの光を一次元型構成の光変調素子に照射して光変調する光変調装置において、光源と、上記光源からの光が入射される一次元型構成の光変調素子と、上記光源から第１の方向（例えばＹ方向）に拡散された光をコリメートする第１のレンズと、上記第１のレンズから出射される光をその光軸方向及び上記第１の方向とほぼ直交する第２の方向（Ｘ方向）に集光する第２のレンズと、上記光源及び上記第１のレンズとの間に設けられ、上記光源からの光を第１の方向（Ｙ方向）に拡散する第３のレンズと、上記光源と上記第２のレンズとの間に設けられ、上記光源からの光を反射するミラーと、上記光源からの光の光路に対し、少なくとも上記ミラー及び上記第２のレンズを、上記第２の方向（Ｘ方向）に移動させて位置調整を行う第１の調整手段と、第２のレンズをその光軸にほぼ沿う第３の方向に移動させて位置調整を行う第２の調整手段と、第３のレンズをその光軸にほぼ沿う方向を回転軸とする回転方向に移動させて位置調整を行う第３の調整手段と、第２のレンズから出射され、光変調素子において変調して出射された光をモニターするモニター手段とを設ける。
【００１２】
更に本発明は、上述の各構成による光変調装置において、光源と第２のレンズとの間に、光源からの光を反射するミラーを設け、少なくともこのミラーと第２のレンズとを第１の調整手段により第２の方向（Ｘ方向）に移動して位置調整を行う構成とする。
【００１３】
また更に本発明は、上述の構成による光変調装置を用いて好適な光学調整方法を提供するものである。すなわち、光源からの第１の方向（例えばＹ方向）に拡散された光をコリメートする第１のレンズと、第１のレンズから出射される光をその光軸方向及び第１の方向とほぼ直交する第２の方向（例えばＸ方向）に集光する第２のレンズとを設け、第２のレンズから出射され、一次元型構成の光変調素子において変調して出射された光をモニターして、少なくとも光源からの光の光路に対し、第１のレンズ及び第２のレンズを、第２の方向に移動させて位置調整を行う第１の調整と、第２のレンズをその光軸にほぼ沿う第３の方向に移動させて位置調整を行う第２の調整と、第２のレンズを第３の方向を回転軸とする回転方向に移動させて位置調整を行う第３の調整とを行う。
【００１４】
更に本発明は、光源からの第１の方向に拡散された光をコリメートする第１のレンズと、第１のレンズから出射される光をその光軸方向及び第１の方向とほぼ直交する第２の方向に集光する第２のレンズと、を設ける。更に、光源と第１のレンズとの間に光源からの光を第１の方向に拡散する第３のレンズと、光源と上記第２のレンズとの間に光源からの光を反射するミラーと、を設ける。そして第２のレンズから出射され、光変調素子において変調して出射された光をモニターして、光源からの光の光路に対し、少なくともミラー及び第２のレンズを第２の方向に移動させて位置調整を行う第１の調整と、第２のレンズをその光軸にほぼ沿う第３の方向に移動させて位置調整を行う第２の調整と、第３のレンズを第３の方向を回転軸とする回転方向に移動させて位置調整を行って第３の調整とを行うものとする。
【００１５】
また本発明による投射型表示装置は、上述の各構成による光変調装置を用いて投射型表示装置を構成するものである。
【００１６】
上述したように、本発明は、一次元型構成の光変調素子を用いる光変調装置において、光源からの光を、光変調素子の一次元形状の長手方向となる第１の方向(例えばY方向とする)にコリメートし、且つその幅方向には所定の幅をもって集光した細長いビーム形状として光変調素子に照射させるもので、一次元形状の光変調素子に対して精度良く、且つ、上述したように調整手段を設けた光学系から出射される光を一旦光変調素子に照射し、ここからの変調光をモニター手段によってモニターすることによって、光変調素子にビーム照射する位置に対し、長尺方向と直交する幅方向、焦点距離方向(奥行き方向)、更に回転方向の位置調整を簡単且つ精度良く行うことができるものである。
【００１７】
即ち本発明は、光源からの光を第１の方向に拡散して第１のレンズによりコリメートして、第２のレンズにより光変調素子に光を照射するものであるが、まず光源からの光は第１のレンズにより一次元光変調素子の長手方向の長さに調整される。
そして、この第１の方向（例えばＹ方向）とほぼ直交する第２の方向(例えばX方向とする)に第１の調整手段により移動させて、光変調素子の長手方向と直交する横方向の位置の第１の調整を行う。さらに、第２のレンズをその光軸方向に沿う第３の方向（例えばＺ方向）に第２の調整手段により移動させて焦点距離を調整する第２の調整を行う。そして、この第２のレンズの回転、ないしは光源からの光を拡散する第３のレンズを光源と第１のレンズとの間に設ける場合はこの第３のレンズの回転を第３の調整手段により行い、光変調素子に照射される回転方向のずれ、すなわち光変調素子の長手方向から斜めにずれた場合の３の調整を行う。
【００１８】
このように、本発明においてはモニター手段を設けて光変調素子から出射される光をモニターすると共に、照射位置の３方向の位置ずれを上述の第１〜第３の調整を行うことによって、精度良く調整することができる。また、これら調整手段は、各レンズ等の位置調整を行う例えば水平方向移動手段や回転手段を設けるのみの簡易な構成であることから、簡単な装置構成の光変調装置、光学調整方法を提供することができる。
特に、ミラーを設けて光路を例えば９０°変換する場合は、このミラーと第２のレンズのみを第２の方向に移動させて第２の方向の位置調整をすることができることから、装置構成のより簡易化、小型化を図ることができる。
【００１９】
このように、本発明によれば、一次元型の光変調素子を用いる光変調装置において、その光変調素子への光源からの光を確実に適切なビーム形状をもって照射させることが光学装置の組み立て後に可能であり、このような光学部品の組み立て構成作業の簡易化を図ると共に、生産性の向上、歩留まりの向上を図ることができる。
更に、このような光変調装置を用いて投射型表示装置を構成する場合は、高解像度での表示が可能であり、且つその光学系の組み立て調整が簡易で生産性に優れた投射型表示装置を提供することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下本発明による各実施の形態について詳細に説明するが、本発明は以下の各例に限定されることなく、その他種々の変形、変更が可能であることはいうまでもない。
【００２１】
（１）第１の実施の形態
図１に本発明の一実施の形態による光変調装置の構成図を示す。図１に示す例は、光源１０からの光を一次元型構成の光変調素子１３に入射して光変調する光変調装置であって、例えば半導体レーザが一次元状に配列されたいわゆるアレイ状レーザ等の光源１０を用いる。この場合、光源１０からの光は、第１の方向、例えば矢印Ｘ、Ｙ及びＺで示す座標においてＹ方向（図示の例では図１の紙面に直交する方向）に拡散される。そしてこの光変調装置においては、少なくともこの第１の方向に拡散された光Ｌをコリメートするコリメートレンズ等より成る第１のレンズ１と、この第１のレンズ１から出射される光をその光軸方向及び第１の方向とほぼ直交する第２の方向（Ｚ方向）に集光するシリンドリカルレンズ等より成る第２のレンズ２とを設ける構成とする。
【００２２】
そして、本実施の形態においては、少なくとも光源からの光の光路を、第２の方向、図示の例では図１の紙面において上下方向である矢印ａで示す方向に移動させて位置調整を行う第１の調整手段５と、第２のレンズ２をその光軸にほぼ沿う第３の方向、図示の例では横方向である矢印ｂで示す方向に移動させて位置調整を行う第２の調整手段６と、第２のレンズ２を第３の方向を回転軸とする矢印ｃで示す回転方向に移動させて位置調整を行う第３の調整手段７と、第２のレンズ２から出射され、光変調素子１３において変調して出射された光をモニターするモニター手段２２とを設ける構成とする。
【００２３】
光変調素子１３としては、例えば前述の図６において説明したようなＧＬＶ型構成の一次元型光変調素子を用いることができる。すなわち、例えば少なくとも第１の面及び第２の面を有し、この第１の面と第２の面とを相対的に移動させることにより回折格子を構成して光変調される構成とすることができる。具体的には、例えば６本の条帯状のリボン素子を例えば３本ずつの可動リボンと固定リボンとを交互に配置して基板上に構成する。そして、基板側の共通電極と可動リボンとの間に適切な電圧を印加することによって、可動リボンが適切量基板側に移動して変形し、入射光に対する回折格子を構成して、光変調を行う構成とする。尚、図示の例では、光変調素子１３とモニター手段２２との間に、光変調素子１３から出射された変調光を調整する光学系２１を設けた場合を示す。
この光学系２１は、例えば光変調素子１３を上述の回折格子を設ける構成のＧＬＶ型光変調素子とする場合は、変調された±１次回折光を合成するとか、不要な次数の回折光を除去するオフナーリレー光学系、シュリーレンフィルターなどにより構成とすることができる。また、その他の構成による１次元型構成の光変調素子を用いる場合、この光変調素子からの出射光をモニター手段２２に効率よく入射させる光学系を適用することができる。
また、モニター手段２２としては、例えば積分球及びフォトディテクター等により構成することができる。
尚、このようなモニター手段２２に入射される変調光は、例えば最も輝度の強い変調光を用いることが望ましい。
【００２４】
次に、このような構成による光変調装置の光学調整方法について図２を参照して説明する。図２Ａ（ａ）〜（ｃ）は、一次元状の光変調素子１３上に照射された光の照射位置Ｓの位置ずれ態様の例を模式的に示したもので、一次元型光変調素子１３の長手方向をＹ、幅方向をＸとして示す。すなわち、図２Ａにおいては各一点鎖線Ｘ及びＹは、上述の図１におけるＸ軸及びＹ軸方向と同一の方向を示す。
図２Ａ（ａ）の例では照射スポットＳが斜めに照射された場合で、上述の第３の調整手段による矢印ｃで示す回転方向の移動による第３の調整によって、図２Ａ（ｄ）に示すように所望の位置に照射位置Ｓを調整することが可能となる。
【００２５】
また、図２Ａ（ｂ）の例は、照射位置Ｓが横方向にずれた場合で、上述の第１の調整手段による矢印ａで示す横方向の移動による第１の調整によって、同様に図２Ａ（ｄ）に示す所望の位置に調整することができる。
また図２Ａ（ｃ）の例は、集光レンズである第２のレンズ２による焦点距離がずれた場合の照射位置Ｓを示す。この場合は第２のレンズ２の光軸方向である矢印ｂで示す方向の移動による第２の調整によって、焦点距離を精度良く調整し、同様に図２Ａ（ｄ）に示す位置に合わせることができる。
【００２６】
具体的には、モニター手段２２によって、照射位置（例えばＸまたはＹ方向）に対する例えばフォトディテクタ等の検出パワーを図２Ｂ（ａ）〜（ｄ）に示すようにモニターすることによって、調整手段の選択及び調整量の制御を行うことができる。即ち、図２Ｂ（ａ）に示すように凸状の波形を示す場合は、図２Ａ（ａ）において説明した回転方向の第３の調整手段による位置合わせ、図２Ｂ（ｂ）に示すようにパワーがほぼ０となる場合は、図２Ａ（ｂ）において説明した横方向の第１の調整手段による位置合わせ、図２Ｂ（ｃ）に示すようにパワーが低く一定となる場合は、図２Ａ（ｃ）において説明した焦点距離方向の第２の調整手段による位置合わせをそれぞれ行う。このような調整動作により、図２Ｂ（ｄ）に示すように、適切な位置に照射した場合の検出状態である一定の高いパワーとなるまで調整し、これにより精度良く位置合わせを行うことができることとなる。
【００２７】
このような本発明構成による光変調装置、またこれを用いた光学調整方法によれば、簡単な構成で精度良く各方向への独立した位置合わせが可能であり、一次元型構成の光変調素子に光源からの光を効率よく照射させることができる。この場合、ビーム形状や強度分布などビームプロファイルは変化せず安定性に優れている。従って、このような本発明を利用することによって、高解像で高輝度の表示装置や印字装置、また通信機器に適用する場合は例えば高密度で高出力の光通信装置を提供することができることとなる。
またその製造にあたって、プリズムやコリメートレンズ等の各種光学部品を、精度良く位置合わせして固定配置する必要がなくなり、このような一次元型構成の光変調素子を用いて信頼性、安定性に優れた各種光学装置を生産性、歩留まりよく製造することができることとなる。
【００２８】
また、図示しないが、上述の第１の実施の形態において、光源１０と第２のレンズ２との間、具体的には第１のレンズと第２のレンズとの間に、光源１０からの光を反射するミラーを設ける構成とすることもできる。この場合光源１０の位置は、このミラーによって例えば９０°光路方向を変換するときは、図１において上方向または下方向に配置され、ミラーに向かって即ちＺ方向に沿って照射され、横方向のＸ方向に反射される。そして、このミラーと第２のレンズ２のみを第１の調整手段５により第２の方向、即ち図１において矢印ａで示す上下方向に移動することによって、精度良くＸ方向の第１の調整を行うことができる。
【００２９】
このような構成とする場合、第１の調整手段５をミラー及び第２のレンズのみを移動させる構成とすることができることから、その装置構成がより簡易化され、また装置の小型化を図ることができる。
【００３０】
（２）第２の実施の形態
次に、本発明による第２の実施の形態の一例について図３の構成図を参照して詳細に説明する。図３において、図１と対応する部分には、同一符号を付して重複説明を省略する。
この例では、図３に示すように、光源１０からの光を第１の方向、図示の例では紙面に垂直なＹ方向に拡散させるシリンドリカルレンズ等より成る第３のレンズ４を設ける構成とするものである。
【００３１】
このように、一方向に光を拡散させる第３のレンズ４を設ける場合は、通常の半導体レーザ等の点状の光源を用いることができる。この場合の横方向、即ち図１におけるＺ方向から見た構成図を図４に模式的に示す。図４において、図３に対応する部分には、同一符号を付して重複説明を省略する。光源からの光Ｌは、この第３のレンズ４によって拡散するが、そのＹ方向の拡がりは、第３のレンズ４と第１のレンズ１との距離を適切に選定することによって、調整することができる。
【００３２】
またこの図３に示す例では、第１のレンズ１と第２のレンズ２との間に、光路を例えば９０°変換するミラー３を設けた場合を示す。このようにミラー３を設ける構成とすることによって、前述の第１の実施の形態の変形例と同様に、このミラー３と第２のレンズ２のみを第１の調整手段により第２の方向、即ち矢印ａで示す第２の方向に移動させる第２の調整を行うことができる。従って、この部分の装置構成を簡易化し、また全体の装置構成の小型化を図ることができる。
【００３３】
この場合、第２の調整手段６は第２のレンズ２を図３の紙面において上下方向である矢印ｂで示す第３の方向に移動させることによって、この第２のレンズ２の焦点距離方向の位置調整を行うことができる。
また、第３のレンズ４を設ける本実施の形態では、光源からの光Ｌの回転方向の調整を、第３のレンズ４の矢印ｃで示す回転を行う第３の調整手段を設けて行うことができる。この場合、第２のレンズ２に設ける調整機構が簡易化され、より簡単な装置構成とすることができる。
【００３４】
そしてこの図３に示す例において、光変調素子１３により光変調されて出射された光を、光学系２１を介してモニター手段２２に入射して、上述の図２において説明した例と同様の調整方法をもって、光変調素子への照射位置の調整を行うことができることはいうまでもない。
この例においても同様に、小型で簡易な調整機構つき光変調装置を構成することができ、また光学部品等の複雑な位置合わせを不要として、信頼性、安定性の高い光変調装置の生産性、歩留まりの向上を図ることができる。
【００３５】
なお、この実施の形態においても、ミラー３を設けることなく、光源からの光Ｌを１つの光路に沿って光変調素子１３に照射させる構成とすることもできる。この場合は、第１の調整手段５によって、第１〜第３のレンズ１，２及び４、必要に応じて光源１０を第２の方向（Ｘ方向）に移動して第１の調整を行うものとする。この場合においても、各調整手段５〜７の調整によって、光変調素子１３への光の照射位置の精度良い制御を行うことができる。
【００３６】
（３）第３の実施の形態
次に、本発明による光変調装置及び光学調整方法を、投射型表示装置に適用した場合の実施の形態の一例について図５を参照して詳細に説明する。この例においては、図３において説明した第２の実施の形態の一例を投射型表示装置に適用した場合を示す。
図５において、１０Ｒ、１０Ｇ及び１０Ｂはそれぞれ赤、緑及び青色レーザ等の光源であり、ここから出射されたレーザビームは、それぞれシリンドリカルレンズ等より成る第１の方向、この例においては図５の紙面と直交する方向に拡散する第３のレンズ４Ｒ４Ｇ及４Ｂにより拡散されて、コリメートレンズ等より成る第１のレンズ１Ｒ、１Ｇ及び１Ｂにより所定の長さの平行光に調整される。そして、各色に対応したミラー１１Ｒ、１１Ｇ及び１１Ｂによって、その配置位置により適切な方向に反射されて、シリンドリカルレンズ等より成る第２のレンズ２Ｒ、２Ｇ及び２Ｂ等により集光されて、例えばＧＬＶ等の一次元型構成の光変調素子１３Ｒ、１３Ｇ及び１３Ｂに、所定の幅及び長さをもったビームとして入射される。
【００３７】
ここで、各色に対応する光の光学系に、それぞれ第１の調整手段５Ｒ、５Ｇ及び５Ｂ、第２の調整手段６Ｒ、６Ｇ及び６Ｂ、第３の調整手段７Ｒ、７Ｇ及び７Ｂを設ける。各調整手段の移動方向は、図３において説明した例と同様に選定することができる。すなわち、第１の調整手段により、各光変調素子の幅方向の位置調整、第２の調整手段により、各光変調素子の集光レンズの焦点距離方向の位置調整、第３の調整手段により、各光変調素子の一次元方向の長手方向から傾いた回転方向の位置調整を行うことができる。
【００３８】
そして、各光変調素子１３Ｒ、１３Ｇ及び１３Ｂからの変調光は、例えばダイクロイックミラー１４、１５を介して１本の光束に集束され、上述の各実施の形態において説明した例と同様に、例えばオフナーリレー光学系及びシュリーレンフィルター等より成る空間フィルターを構成する光学系２１を介して切り替えミラー２３に入射される。ここで、モニター手段２２により位置調整を行う場合は切り替えレンズ２３により光をモニター手段２２に入射させるようにする。また、位置調整が終了して投影を行う場合には、切り替えミラー２３を例えば回転させるなどによって光学系２１から出射され、例えば破線ｂで示す結像面で結像された像を投影レンズ１７に入射させ、この投影レンズ１７から出射された像を、スキャナー１８により矢印ｇで示すようにスクリーン１９の横方向に走査照射して、画像を投影することができる。
【００３９】
例えば上述のＧＬＶ素子の代表的な構成例では、３本ずつの固定リボンと可動リボンとが交互に配置されるものであるが、光変調素子１０Ｒ、１０Ｂ及び１０Ｇとして、リボンの幅方向にＧＬＶ素子を画素数分、例えば１０８０個配置して一次元型構成の光変調素子を構成することができる。
この１次元状の光変調素子に対し、上述の第１のレンズにより長手方向に所定の長さ、第２のレンズにより幅方向に所定の幅をもって照射されるようにレーザ光等のビーム形状を調整し、各光変調素子１０Ｒ、１０Ｇ及び１０Ｂに画像信号に対応した電圧を印加することにより、各光変調素子から回折されて変調される変調光は、１次元状の所定の画素サイズ(長さ及び幅)を有し、画像信号に対応して変調されたビームとなる。これに対し、投影レンズ１７により結像された像をスキャナー１８により矢印ｇで示す方向に走査することによって、スクリーン１９上に２次元画像として表示される。
【００４０】
そしてこの場合においても、上述の図２において説明した調整方法を適用することによって、各光源からの光をそれぞれ各色の光変調素子の適切な位置に照射させるように精度良く位置合わせを行うことができる。
【００４１】
このように、本発明を適用して投射型表示装置を構成することによって、投射型表示装置の光学部品の組み立てを簡易化すると共に、その位置合わせをモニター手段によって精度良く行うことができ、高解像で高輝度、且つ小型の投射型表示装置を適用することが可能となる。またその製造にあたって光学部品の組み立て作業の簡易化を図ることができ、生産性、歩留まりの向上を図ることができる。
【００４２】
尚、上述の投射型表示装置においては、本発明による第２の実施の形態による光変調装置を用いて投射型表示装置の各色の光変調素子に対する位置合わせを行う場合を示したが、その他、図１において説明した第１の実施の形態による光変調装置、またこの図１に示す例においてミラーを設ける場合など、その他種々の構成とすることができる。
更にまた、上述の各レンズ、光学系、モニター手段等は、上述の例に限定されることなく、種々の構成の光学レンズ、光学部品を適用し得ることはいうまでもない。
【００４３】
【発明の効果】
上述したように、本発明による光変調装置によれば、高解像化に有利な一次元型構成の光変調素子を用いる場合において、この光変調素子の長手方向と直交する方向の位置合わせを行う第１の調整手段と、集光レンズの焦点距離方向の位置合わせを行う第２の調整手段と、光変調素子に対する斜め方向の位置合わせを行う第３の調整手段とをもうけることによって、簡単な構成をもって、一次元型の光変調素子の表面に光源からの光を精度良く位置合わせを行うことができ、これにより効率よく光を照射することができて、高解像で高出力の光変調装置を提供することができる。
【００４４】
特に、コリメート用の第１のレンズ、集光用の第２のレンズ２の間にミラーを設ける構成とする場合は、その光路の延長方向を適切な位置に調整することができ、装置の小型化を図ることができる。特に、ミラー及び第２のレンズのみを移動させることによって、光変調素子の長手方向と直交する幅方向の位置合わせを行うことができ、調整機構の簡易化、装置の小型化を図ることができる。
【００４５】
また、光変調素子として、少なくとも第１の面及び第２の面を有し、この第１の面及び第２の面を相対的に移動させることにより回折格子を構成して光変調されて成るいわゆるＧＬＶ型構成の光変調素子を用いる場合においても同様に、その素子表面への光の照射位置を精度良く合わせ、効率のよい光変調装置を簡単な構成で提供することができる。
更に、光源からの光を拡散する第３のレンズを設け、この第３のレンズに回転方向の位置合わせを行う調整手段を設けることによって、各調整手段の構成の簡易化、小型化を図ることができる。
【００４６】
また、本発明による光学調整方法によれば、一次元型構成の光変調素子に対して、光変調素子から出射された変調光をモニターすると共に、その長手方向と直交する幅方向の位置合わせを行う第１の調整と、集光レンズの焦点距離方向の位置合わせを行う第２の調整と、斜め方向の位置合わせを行う第３の調整とを行うことによって、簡単且つ確実に、精度良く光変調素子表面への位置合わせを行うことができ、光学部品の組み立て時の簡易化を図ることができる。
【００４７】
更に本発明による光変調装置、光学調整方法を投射型表示装置に適用することによって、その光学部品の組み立てが簡易な、高解像で高輝度、小型で調整機構の簡易な投射型表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光変調装置の一例の概略構成図である。
【図２】光変調装置の光学調整方法の説明図である。
【図３】光変調装置の一例の概略構成図である。
【図４】光変調装置の要部の概略構成図である。
【図５】投射型表示装置の一例の概略構成図である。
【図６】一次元型の光変調素子の一例の説明図である。
【符号の説明】
１ 第１のレンズ、２ 第２のレンズ、３ ミラー、４ 第３のレンズ、５ 第１の調整手段、６ 第２の調整手段、７ 第３の調整手段、１０ 光源、１３ 光変調素子、１４ ダイクロイックミラー、１５ ダイクロイックミラー、１７投影レンズ、１８ スキャナー、１９ スクリーン、２１ 光学系、２２ モニター手段、３０ａ 第１の面、３０ｂ 第２の面、３２ 共通電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に一次元型構成の光変調素子を用いる各種光学装置に適用して好適な光変調装置及びその光学調整方法、投射型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プロジェクタやプリンタなどの各種画像表示装置において、画像の解像度を上げる方法として、１次元の画像表示用光変調素子からの光束を光走査手段で走査しながら画像形成手段に投影し、２次元画像を形成する方法が知られている（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
この１次元の光変調素子として、米国シリコン・ライト・マシン（ＳＬＭ）社が開発したＧＬＶ（Grating Light Valve）が知られている(例えば特許文献２及び３参照。)。
【０００４】
このＧＬＶは、光の回折を利用した位相反射型の回折格子より構成される。ＧＬＶの一例としては、図６に示すように、例えば条帯状の第１の面３０ａと第２の面３０ｂとにより構成され、この第１の面３０ａ及び第２の面３０ｂを相対的に移動させることにより回折格子を構成する。図示の例では例えば３本の可動リボンより成る第１の面３０ａ及び３本の固定リボンより成る第２の面３０ｂが交互に配置されて６本のリボンより成るリボン素子として構成される。
【０００５】
このような構成のＧＬＶに対し、基板(図示せず)側の共通電極３２と第１の面３０ａとの間に適切な電圧を印加することによって、第１の面３０ａ、すなわち可動リボンが適切量基板側に移動して変形し、入射光に対する回折格子が構成される。
このＧＬＶにおける第１の面３０ａは、その幅及び長さがそれぞれ例えば２５μｍ、２００μｍ程度と微小なサイズであるため、高速なスイッチング動作が可能であるという利点を有する。更にまた広い帯域幅の表示、すなわち駆動電圧を変調して可動リボンの動作距離を制御し、これに対応して回折光の反射率を変化させ、光量の変化の高い変調度が実現できることから、高い解像度で、低い動作電圧及び小型の画像表示装置を提供することが可能である。
【０００６】
しかしながらこのような一次元型構成の光変調素子を用いて例えば表示装置を構成する場合、例えば図６において説明したような６本のリボン等より成るリボン素子が１画素相当とされて、このリボン素子がリボン幅方向に１０００個程度並置配列され、各素子の動作により変調された光が例えばガルバノミラー等の走査手段により走査されてスクリーン等に投影又は印刷などが行われる。
【０００７】
この場合、一次元型構成の光変調素子に対し、一次元の延長方向に一定の長さに成形され、これとは直交する方向には適切な幅をもって集光される長尺状の形状に光源からの光をビーム成形する必要があり、ＬＣＤ(液晶ディスプレイ)やマイクロミラーを用いるＤＬＰ（Digital Light Processing、テキサス・インスツルメンツ社登録商標）等の二次元型構成の光変調素子を用いる場合と比較すると、光学装置の配置構成が複雑となる(例えば特許文献４参照。)。
またその製造にあたって、プリズムやコリメートレンズ等の各種光学部品を、精度良く位置合わせして固定配置する必要があるため製造作業が煩雑となり、このような一次元型構成の光変調素子を用いて信頼性、安定性に優れた各種光学装置を構成するには、生産性、歩留まりの向上を図り難いという問題がある。
【０００８】
【特許文献１】
米国特許第５９８２５５３号
【特許文献２】
米国特許第３１６４８２４号
【特許文献３】
米国特許第５９４１５７９号
【特許文献４】
特開２００２−１６９１２３号公開公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題に鑑みて、一次元型構成の光変調素子を用いる場合においても複雑な光学調整を不要とし、簡単な構成の光学調整機構を設けることによって、より信頼性、安定性に優れた光変調装置、これを用いた投射型表示装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光源からの光を一次元型構成の光変調素子に照射して光変調する光変調装置において、光源と、光源からの光が入射される一次元型構成の光変調素子と、光源から第１の方向、例えば直交するＸ、Ｙ、Ｚ座標のＹ方向に拡散された光をコリメートする第１のレンズと、この第１のレンズから出射される光をその光軸方向及び第１の方向とほぼ直交する第２の方向（例えばＸ方向）に集光する第２のレンズと、光源からの光の光路に対し、第１のレンズ及び第２のレンズを、第２の方向（Ｘ方向）に移動させて位置調整を行う第１の調整手段と、第２のレンズをその光軸にほぼ沿う第３の方向（例えばＺ方向）に移動させて位置調整を行う第２の調整手段と、第２のレンズを第３の方向を回転軸とする回転方向に移動させて位置調整を行う第３の調整手段と、第２のレンズから出射され、光変調素子において変調して出射された光をモニターするモニター手段とを設ける。
【００１１】
また本発明は、光源からの光を一次元型構成の光変調素子に照射して光変調する光変調装置において、光源と、上記光源からの光が入射される一次元型構成の光変調素子と、上記光源から第１の方向（例えばＹ方向）に拡散された光をコリメートする第１のレンズと、上記第１のレンズから出射される光をその光軸方向及び上記第１の方向とほぼ直交する第２の方向（Ｘ方向）に集光する第２のレンズと、上記光源及び上記第１のレンズとの間に設けられ、上記光源からの光を第１の方向（Ｙ方向）に拡散する第３のレンズと、上記光源と上記第２のレンズとの間に設けられ、上記光源からの光を反射するミラーと、上記光源からの光の光路に対し、少なくとも上記ミラー及び上記第２のレンズを、上記第２の方向（Ｘ方向）に移動させて位置調整を行う第１の調整手段と、第２のレンズをその光軸にほぼ沿う第３の方向に移動させて位置調整を行う第２の調整手段と、第３のレンズをその光軸にほぼ沿う方向を回転軸とする回転方向に移動させて位置調整を行う第３の調整手段と、第２のレンズから出射され、光変調素子において変調して出射された光をモニターするモニター手段とを設ける。
【００１２】
更に本発明は、上述の各構成による光変調装置において、光源と第２のレンズとの間に、光源からの光を反射するミラーを設け、少なくともこのミラーと第２のレンズとを第１の調整手段により第２の方向（Ｘ方向）に移動して位置調整を行う構成とする。
【００１３】
また更に本発明は、上述の構成による光変調装置を用いて好適な光学調整方法を提供するものである。すなわち、光源からの第１の方向（例えばＹ方向）に拡散された光をコリメートする第１のレンズと、第１のレンズから出射される光をその光軸方向及び第１の方向とほぼ直交する第２の方向（例えばＸ方向）に集光する第２のレンズとを設け、第２のレンズから出射され、一次元型構成の光変調素子において変調して出射された光をモニターして、少なくとも光源からの光の光路に対し、第１のレンズ及び第２のレンズを、第２の方向に移動させて位置調整を行う第１の調整と、第２のレンズをその光軸にほぼ沿う第３の方向に移動させて位置調整を行う第２の調整と、第２のレンズを第３の方向を回転軸とする回転方向に移動させて位置調整を行う第３の調整とを行う。
【００１４】
更に本発明は、光源からの第１の方向に拡散された光をコリメートする第１のレンズと、第１のレンズから出射される光をその光軸方向及び第１の方向とほぼ直交する第２の方向に集光する第２のレンズと、を設ける。更に、光源と第１のレンズとの間に光源からの光を第１の方向に拡散する第３のレンズと、光源と上記第２のレンズとの間に光源からの光を反射するミラーと、を設ける。そして第２のレンズから出射され、光変調素子において変調して出射された光をモニターして、光源からの光の光路に対し、少なくともミラー及び第２のレンズを第２の方向に移動させて位置調整を行う第１の調整と、第２のレンズをその光軸にほぼ沿う第３の方向に移動させて位置調整を行う第２の調整と、第３のレンズを第３の方向を回転軸とする回転方向に移動させて位置調整を行って第３の調整とを行うものとする。
【００１５】
また本発明による投射型表示装置は、上述の各構成による光変調装置を用いて投射型表示装置を構成するものである。
【００１６】
上述したように、本発明は、一次元型構成の光変調素子を用いる光変調装置において、光源からの光を、光変調素子の一次元形状の長手方向となる第１の方向(例えばY方向とする)にコリメートし、且つその幅方向には所定の幅をもって集光した細長いビーム形状として光変調素子に照射させるもので、一次元形状の光変調素子に対して精度良く、且つ、上述したように調整手段を設けた光学系から出射される光を一旦光変調素子に照射し、ここからの変調光をモニター手段によってモニターすることによって、光変調素子にビーム照射する位置に対し、長尺方向と直交する幅方向、焦点距離方向(奥行き方向)、更に回転方向の位置調整を簡単且つ精度良く行うことができるものである。
【００１７】
即ち本発明は、光源からの光を第１の方向に拡散して第１のレンズによりコリメートして、第２のレンズにより光変調素子に光を照射するものであるが、まず光源からの光は第１のレンズにより一次元光変調素子の長手方向の長さに調整される。
そして、この第１の方向（例えばＹ方向）とほぼ直交する第２の方向(例えばX方向とする)に第１の調整手段により移動させて、光変調素子の長手方向と直交する横方向の位置の第１の調整を行う。さらに、第２のレンズをその光軸方向に沿う第３の方向（例えばＺ方向）に第２の調整手段により移動させて焦点距離を調整する第２の調整を行う。そして、この第２のレンズの回転、ないしは光源からの光を拡散する第３のレンズを光源と第１のレンズとの間に設ける場合はこの第３のレンズの回転を第３の調整手段により行い、光変調素子に照射される回転方向のずれ、すなわち光変調素子の長手方向から斜めにずれた場合の３の調整を行う。
【００１８】
このように、本発明においてはモニター手段を設けて光変調素子から出射される光をモニターすると共に、照射位置の３方向の位置ずれを上述の第１〜第３の調整を行うことによって、精度良く調整することができる。また、これら調整手段は、各レンズ等の位置調整を行う例えば水平方向移動手段や回転手段を設けるのみの簡易な構成であることから、簡単な装置構成の光変調装置、光学調整方法を提供することができる。
特に、ミラーを設けて光路を例えば９０°変換する場合は、このミラーと第２のレンズのみを第２の方向に移動させて第２の方向の位置調整をすることができることから、装置構成のより簡易化、小型化を図ることができる。
【００１９】
このように、本発明によれば、一次元型の光変調素子を用いる光変調装置において、その光変調素子への光源からの光を確実に適切なビーム形状をもって照射させることが光学装置の組み立て後に可能であり、このような光学部品の組み立て構成作業の簡易化を図ると共に、生産性の向上、歩留まりの向上を図ることができる。
更に、このような光変調装置を用いて投射型表示装置を構成する場合は、高解像度での表示が可能であり、且つその光学系の組み立て調整が簡易で生産性に優れた投射型表示装置を提供することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下本発明による各実施の形態について詳細に説明するが、本発明は以下の各例に限定されることなく、その他種々の変形、変更が可能であることはいうまでもない。
【００２１】
（１）第１の実施の形態
図１に本発明の一実施の形態による光変調装置の構成図を示す。図１に示す例は、光源１０からの光を一次元型構成の光変調素子１３に入射して光変調する光変調装置であって、例えば半導体レーザが一次元状に配列されたいわゆるアレイ状レーザ等の光源１０を用いる。この場合、光源１０からの光は、第１の方向、例えば矢印Ｘ、Ｙ及びＺで示す座標においてＹ方向（図示の例では図１の紙面に直交する方向）に拡散される。そしてこの光変調装置においては、少なくともこの第１の方向に拡散された光Ｌをコリメートするコリメートレンズ等より成る第１のレンズ１と、この第１のレンズ１から出射される光をその光軸方向及び第１の方向とほぼ直交する第２の方向（Ｚ方向）に集光するシリンドリカルレンズ等より成る第２のレンズ２とを設ける構成とする。
【００２２】
そして、本実施の形態においては、少なくとも光源からの光の光路を、第２の方向、図示の例では図１の紙面において上下方向である矢印ａで示す方向に移動させて位置調整を行う第１の調整手段５と、第２のレンズ２をその光軸にほぼ沿う第３の方向、図示の例では横方向である矢印ｂで示す方向に移動させて位置調整を行う第２の調整手段６と、第２のレンズ２を第３の方向を回転軸とする矢印ｃで示す回転方向に移動させて位置調整を行う第３の調整手段７と、第２のレンズ２から出射され、光変調素子１３において変調して出射された光をモニターするモニター手段２２とを設ける構成とする。
【００２３】
光変調素子１３としては、例えば前述の図６において説明したようなＧＬＶ型構成の一次元型光変調素子を用いることができる。すなわち、例えば少なくとも第１の面及び第２の面を有し、この第１の面と第２の面とを相対的に移動させることにより回折格子を構成して光変調される構成とすることができる。具体的には、例えば６本の条帯状のリボン素子を例えば３本ずつの可動リボンと固定リボンとを交互に配置して基板上に構成する。そして、基板側の共通電極と可動リボンとの間に適切な電圧を印加することによって、可動リボンが適切量基板側に移動して変形し、入射光に対する回折格子を構成して、光変調を行う構成とする。尚、図示の例では、光変調素子１３とモニター手段２２との間に、光変調素子１３から出射された変調光を調整する光学系２１を設けた場合を示す。
この光学系２１は、例えば光変調素子１３を上述の回折格子を設ける構成のＧＬＶ型光変調素子とする場合は、変調された±１次回折光を合成するとか、不要な次数の回折光を除去するオフナーリレー光学系、シュリーレンフィルターなどにより構成とすることができる。また、その他の構成による１次元型構成の光変調素子を用いる場合、この光変調素子からの出射光をモニター手段２２に効率よく入射させる光学系を適用することができる。
また、モニター手段２２としては、例えば積分球及びフォトディテクター等により構成することができる。
尚、このようなモニター手段２２に入射される変調光は、例えば最も輝度の強い変調光を用いることが望ましい。
【００２４】
次に、このような構成による光変調装置の光学調整方法について図２を参照して説明する。図２Ａ（ａ）〜（ｃ）は、一次元状の光変調素子１３上に照射された光の照射位置Ｓの位置ずれ態様の例を模式的に示したもので、一次元型光変調素子１３の長手方向をＹ、幅方向をＸとして示す。すなわち、図２Ａにおいては各一点鎖線Ｘ及びＹは、上述の図１におけるＸ軸及びＹ軸方向と同一の方向を示す。
図２Ａ（ａ）の例では照射スポットＳが斜めに照射された場合で、上述の第３の調整手段による矢印ｃで示す回転方向の移動による第３の調整によって、図２Ａ（ｄ）に示すように所望の位置に照射位置Ｓを調整することが可能となる。
【００２５】
また、図２Ａ（ｂ）の例は、照射位置Ｓが横方向にずれた場合で、上述の第１の調整手段による矢印ａで示す横方向の移動による第１の調整によって、同様に図２Ａ（ｄ）に示す所望の位置に調整することができる。
また図２Ａ（ｃ）の例は、集光レンズである第２のレンズ２による焦点距離がずれた場合の照射位置Ｓを示す。この場合は第２のレンズ２の光軸方向である矢印ｂで示す方向の移動による第２の調整によって、焦点距離を精度良く調整し、同様に図２Ａ（ｄ）に示す位置に合わせることができる。
【００２６】
具体的には、モニター手段２２によって、照射位置（例えばＸまたはＹ方向）に対する例えばフォトディテクタ等の検出パワーを図２Ｂ（ａ）〜（ｄ）に示すようにモニターすることによって、調整手段の選択及び調整量の制御を行うことができる。即ち、図２Ｂ（ａ）に示すように凸状の波形を示す場合は、図２Ａ（ａ）において説明した回転方向の第３の調整手段による位置合わせ、図２Ｂ（ｂ）に示すようにパワーがほぼ０となる場合は、図２Ａ（ｂ）において説明した横方向の第１の調整手段による位置合わせ、図２Ｂ（ｃ）に示すようにパワーが低く一定となる場合は、図２Ａ（ｃ）において説明した焦点距離方向の第２の調整手段による位置合わせをそれぞれ行う。このような調整動作により、図２Ｂ（ｄ）に示すように、適切な位置に照射した場合の検出状態である一定の高いパワーとなるまで調整し、これにより精度良く位置合わせを行うことができることとなる。
【００２７】
このような本発明構成による光変調装置、またこれを用いた光学調整方法によれば、簡単な構成で精度良く各方向への独立した位置合わせが可能であり、一次元型構成の光変調素子に光源からの光を効率よく照射させることができる。この場合、ビーム形状や強度分布などビームプロファイルは変化せず安定性に優れている。従って、このような本発明を利用することによって、高解像で高輝度の表示装置や印字装置、また通信機器に適用する場合は例えば高密度で高出力の光通信装置を提供することができることとなる。
またその製造にあたって、プリズムやコリメートレンズ等の各種光学部品を、精度良く位置合わせして固定配置する必要がなくなり、このような一次元型構成の光変調素子を用いて信頼性、安定性に優れた各種光学装置を生産性、歩留まりよく製造することができることとなる。
【００２８】
また、図示しないが、上述の第１の実施の形態において、光源１０と第２のレンズ２との間、具体的には第１のレンズと第２のレンズとの間に、光源１０からの光を反射するミラーを設ける構成とすることもできる。この場合光源１０の位置は、このミラーによって例えば９０°光路方向を変換するときは、図１において上方向または下方向に配置され、ミラーに向かって即ちＺ方向に沿って照射され、横方向のＸ方向に反射される。そして、このミラーと第２のレンズ２のみを第１の調整手段５により第２の方向、即ち図１において矢印ａで示す上下方向に移動することによって、精度良くＸ方向の第１の調整を行うことができる。
【００２９】
このような構成とする場合、第１の調整手段５をミラー及び第２のレンズのみを移動させる構成とすることができることから、その装置構成がより簡易化され、また装置の小型化を図ることができる。
【００３０】
（２）第２の実施の形態
次に、本発明による第２の実施の形態の一例について図３の構成図を参照して詳細に説明する。図３において、図１と対応する部分には、同一符号を付して重複説明を省略する。
この例では、図３に示すように、光源１０からの光を第１の方向、図示の例では紙面に垂直なＹ方向に拡散させるシリンドリカルレンズ等より成る第３のレンズ４を設ける構成とするものである。
【００３１】
このように、一方向に光を拡散させる第３のレンズ４を設ける場合は、通常の半導体レーザ等の点状の光源を用いることができる。この場合の横方向、即ち図１におけるＺ方向から見た構成図を図４に模式的に示す。図４において、図３に対応する部分には、同一符号を付して重複説明を省略する。光源からの光Ｌは、この第３のレンズ４によって拡散するが、そのＹ方向の拡がりは、第３のレンズ４と第１のレンズ１との距離を適切に選定することによって、調整することができる。
【００３２】
またこの図３に示す例では、第１のレンズ１と第２のレンズ２との間に、光路を例えば９０°変換するミラー３を設けた場合を示す。このようにミラー３を設ける構成とすることによって、前述の第１の実施の形態の変形例と同様に、このミラー３と第２のレンズ２のみを第１の調整手段により第２の方向、即ち矢印ａで示す第２の方向に移動させる第２の調整を行うことができる。従って、この部分の装置構成を簡易化し、また全体の装置構成の小型化を図ることができる。
【００３３】
この場合、第２の調整手段６は第２のレンズ２を図３の紙面において上下方向である矢印ｂで示す第３の方向に移動させることによって、この第２のレンズ２の焦点距離方向の位置調整を行うことができる。
また、第３のレンズ４を設ける本実施の形態では、光源からの光Ｌの回転方向の調整を、第３のレンズ４の矢印ｃで示す回転を行う第３の調整手段を設けて行うことができる。この場合、第２のレンズ２に設ける調整機構が簡易化され、より簡単な装置構成とすることができる。
【００３４】
そしてこの図３に示す例において、光変調素子１３により光変調されて出射された光を、光学系２１を介してモニター手段２２に入射して、上述の図２において説明した例と同様の調整方法をもって、光変調素子への照射位置の調整を行うことができることはいうまでもない。
この例においても同様に、小型で簡易な調整機構つき光変調装置を構成することができ、また光学部品等の複雑な位置合わせを不要として、信頼性、安定性の高い光変調装置の生産性、歩留まりの向上を図ることができる。
【００３５】
なお、この実施の形態においても、ミラー３を設けることなく、光源からの光Ｌを１つの光路に沿って光変調素子１３に照射させる構成とすることもできる。この場合は、第１の調整手段５によって、第１〜第３のレンズ１，２及び４、必要に応じて光源１０を第２の方向（Ｘ方向）に移動して第１の調整を行うものとする。この場合においても、各調整手段５〜７の調整によって、光変調素子１３への光の照射位置の精度良い制御を行うことができる。
【００３６】
（３）第３の実施の形態
次に、本発明による光変調装置及び光学調整方法を、投射型表示装置に適用した場合の実施の形態の一例について図５を参照して詳細に説明する。この例においては、図３において説明した第２の実施の形態の一例を投射型表示装置に適用した場合を示す。
図５において、１０Ｒ、１０Ｇ及び１０Ｂはそれぞれ赤、緑及び青色レーザ等の光源であり、ここから出射されたレーザビームは、それぞれシリンドリカルレンズ等より成る第１の方向、この例においては図５の紙面と直交する方向に拡散する第３のレンズ４Ｒ４Ｇ及４Ｂにより拡散されて、コリメートレンズ等より成る第１のレンズ１Ｒ、１Ｇ及び１Ｂにより所定の長さの平行光に調整される。そして、各色に対応したミラー１１Ｒ、１１Ｇ及び１１Ｂによって、その配置位置により適切な方向に反射されて、シリンドリカルレンズ等より成る第２のレンズ２Ｒ、２Ｇ及び２Ｂ等により集光されて、例えばＧＬＶ等の一次元型構成の光変調素子１３Ｒ、１３Ｇ及び１３Ｂに、所定の幅及び長さをもったビームとして入射される。
【００３７】
ここで、各色に対応する光の光学系に、それぞれ第１の調整手段５Ｒ、５Ｇ及び５Ｂ、第２の調整手段６Ｒ、６Ｇ及び６Ｂ、第３の調整手段７Ｒ、７Ｇ及び７Ｂを設ける。各調整手段の移動方向は、図３において説明した例と同様に選定することができる。すなわち、第１の調整手段により、各光変調素子の幅方向の位置調整、第２の調整手段により、各光変調素子の集光レンズの焦点距離方向の位置調整、第３の調整手段により、各光変調素子の一次元方向の長手方向から傾いた回転方向の位置調整を行うことができる。
【００３８】
そして、各光変調素子１３Ｒ、１３Ｇ及び１３Ｂからの変調光は、例えばダイクロイックミラー１４、１５を介して１本の光束に集束され、上述の各実施の形態において説明した例と同様に、例えばオフナーリレー光学系及びシュリーレンフィルター等より成る空間フィルターを構成する光学系２１を介して切り替えミラー２３に入射される。ここで、モニター手段２２により位置調整を行う場合は切り替えレンズ２３により光をモニター手段２２に入射させるようにする。また、位置調整が終了して投影を行う場合には、切り替えミラー２３を例えば回転させるなどによって光学系２１から出射され、例えば破線ｂで示す結像面で結像された像を投影レンズ１７に入射させ、この投影レンズ１７から出射された像を、スキャナー１８により矢印ｇで示すようにスクリーン１９の横方向に走査照射して、画像を投影することができる。
【００３９】
例えば上述のＧＬＶ素子の代表的な構成例では、３本ずつの固定リボンと可動リボンとが交互に配置されるものであるが、光変調素子１０Ｒ、１０Ｂ及び１０Ｇとして、リボンの幅方向にＧＬＶ素子を画素数分、例えば１０８０個配置して一次元型構成の光変調素子を構成することができる。
この１次元状の光変調素子に対し、上述の第１のレンズにより長手方向に所定の長さ、第２のレンズにより幅方向に所定の幅をもって照射されるようにレーザ光等のビーム形状を調整し、各光変調素子１０Ｒ、１０Ｇ及び１０Ｂに画像信号に対応した電圧を印加することにより、各光変調素子から回折されて変調される変調光は、１次元状の所定の画素サイズ(長さ及び幅)を有し、画像信号に対応して変調されたビームとなる。これに対し、投影レンズ１７により結像された像をスキャナー１８により矢印ｇで示す方向に走査することによって、スクリーン１９上に２次元画像として表示される。
【００４０】
そしてこの場合においても、上述の図２において説明した調整方法を適用することによって、各光源からの光をそれぞれ各色の光変調素子の適切な位置に照射させるように精度良く位置合わせを行うことができる。
【００４１】
このように、本発明を適用して投射型表示装置を構成することによって、投射型表示装置の光学部品の組み立てを簡易化すると共に、その位置合わせをモニター手段によって精度良く行うことができ、高解像で高輝度、且つ小型の投射型表示装置を適用することが可能となる。またその製造にあたって光学部品の組み立て作業の簡易化を図ることができ、生産性、歩留まりの向上を図ることができる。
【００４２】
尚、上述の投射型表示装置においては、本発明による第２の実施の形態による光変調装置を用いて投射型表示装置の各色の光変調素子に対する位置合わせを行う場合を示したが、その他、図１において説明した第１の実施の形態による光変調装置、またこの図１に示す例においてミラーを設ける場合など、その他種々の構成とすることができる。
更にまた、上述の各レンズ、光学系、モニター手段等は、上述の例に限定されることなく、種々の構成の光学レンズ、光学部品を適用し得ることはいうまでもない。
【００４３】
【発明の効果】
上述したように、本発明による光変調装置によれば、高解像化に有利な一次元型構成の光変調素子を用いる場合において、この光変調素子の長手方向と直交する方向の位置合わせを行う第１の調整手段と、集光レンズの焦点距離方向の位置合わせを行う第２の調整手段と、光変調素子に対する斜め方向の位置合わせを行う第３の調整手段とをもうけることによって、簡単な構成をもって、一次元型の光変調素子の表面に光源からの光を精度良く位置合わせを行うことができ、これにより効率よく光を照射することができて、高解像で高出力の光変調装置を提供することができる。
【００４４】
特に、コリメート用の第１のレンズ、集光用の第２のレンズ２の間にミラーを設ける構成とする場合は、その光路の延長方向を適切な位置に調整することができ、装置の小型化を図ることができる。特に、ミラー及び第２のレンズのみを移動させることによって、光変調素子の長手方向と直交する幅方向の位置合わせを行うことができ、調整機構の簡易化、装置の小型化を図ることができる。
【００４５】
また、光変調素子として、少なくとも第１の面及び第２の面を有し、この第１の面及び第２の面を相対的に移動させることにより回折格子を構成して光変調されて成るいわゆるＧＬＶ型構成の光変調素子を用いる場合においても同様に、その素子表面への光の照射位置を精度良く合わせ、効率のよい光変調装置を簡単な構成で提供することができる。
更に、光源からの光を拡散する第３のレンズを設け、この第３のレンズに回転方向の位置合わせを行う調整手段を設けることによって、各調整手段の構成の簡易化、小型化を図ることができる。
【００４６】
また、本発明による光学調整方法によれば、一次元型構成の光変調素子に対して、光変調素子から出射された変調光をモニターすると共に、その長手方向と直交する幅方向の位置合わせを行う第１の調整と、集光レンズの焦点距離方向の位置合わせを行う第２の調整と、斜め方向の位置合わせを行う第３の調整とを行うことによって、簡単且つ確実に、精度良く光変調素子表面への位置合わせを行うことができ、光学部品の組み立て時の簡易化を図ることができる。
【００４７】
更に本発明による光変調装置、光学調整方法を投射型表示装置に適用することによって、その光学部品の組み立てが簡易な、高解像で高輝度、小型で調整機構の簡易な投射型表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光変調装置の一例の概略構成図である。
【図２】光変調装置の光学調整方法の説明図である。
【図３】光変調装置の一例の概略構成図である。
【図４】光変調装置の要部の概略構成図である。
【図５】投射型表示装置の一例の概略構成図である。
【図６】一次元型の光変調素子の一例の説明図である。
【符号の説明】
１ 第１のレンズ、２ 第２のレンズ、３ ミラー、４ 第３のレンズ、５ 第１の調整手段、６ 第２の調整手段、７ 第３の調整手段、１０ 光源、１３ 光変調素子、１４ ダイクロイックミラー、１５ ダイクロイックミラー、１７投影レンズ、１８ スキャナー、１９ スクリーン、２１ 光学系、２２ モニター手段、３０ａ 第１の面、３０ｂ 第２の面、３２ 共通電極
Claims (14)
- 光源と、
上記光源からの光が入射される一次元型構成の光変調素子と、
上記光源から第１の方向に拡散された光をコリメートする第１のレンズと、
上記第１のレンズから出射される光をその光軸方向及び上記第１の方向とほぼ直交する第２の方向に集光する第２のレンズと、
上記光源からの光の光路に対し、上記第１のレンズ及び上記第２のレンズを、上記第２の方向に移動させて位置調整を行う第１の調整手段と、
上記第２のレンズをその光軸にほぼ沿う第３の方向に移動させて位置調整を行う第２の調整手段と、
上記第２のレンズを上記第３の方向を回転軸とする回転方向に移動させて位置調整を行う第３の調整手段と、
上記第２のレンズから出射され、上記光変調素子において変調して出射された光をモニターするモニター手段と、が設けられて成る
光変調装置。 - 光源と、
上記光源からの光が入射される一次元型構成の光変調素子と、
上記光源から第１の方向に拡散された光をコリメートする第１のレンズと、
上記第１のレンズから出射される光をその光軸方向及び上記第１の方向とほぼ直交する第２の方向に集光する第２のレンズと、
上記光源と上記第２のレンズとの間に設けられ、上記光源からの光を反射するミラーと、
上記光源からの光の光路に対し、少なくとも上記ミラー及び上記第２のレンズを、上記第２の方向に移動させて位置調整を行う第１の調整手段と、
上記第２のレンズをその光軸にほぼ沿う第３の方向に移動させて位置調整を行う第２の調整手段と、
上記第２のレンズを上記第３の方向を回転軸とする回転方向に移動させて位置調整を行う第３の調整手段と、
上記第２のレンズから出射され、上記光変調素子において変調して出射された光をモニターするモニター手段と、が設けられて成る
光変調装置。 - 上記光変調素子は、少なくとも第１の面及び第２の面を有し、上記第１の面及び第２の面を相対的に移動させることにより回折格子を構成して光変調されて成る請求項１記載の光変調装置。
- 上記光変調素子は、少なくとも第１の面及び第２の面を有し、上記第１の面及び第２の面を相対的に移動させることにより回折格子を構成して光変調されて成る請求項２記載の光変調装置。
- 上記光源からの光を上記第１の方向に拡散する第３のレンズが上記光源及び上記第１のレンズとの間に設けられて成る請求項２記載の光変調装置。
- 上記光源からの光を上記第１の方向に拡散する第３のレンズが上記光源及び上記第１のレンズとの間に設けられて成る請求項４記載の光変調装置。
- 光源と、
上記光源からの光が入射される一次元型構成の光変調素子と、
上記光源から第１の方向に拡散された光をコリメートする第１のレンズと、
上記第１のレンズから出射される光をその光軸方向及び上記第１の方向とほぼ直交する第２の方向に集光する第２のレンズと、
上記光源と上記第１のレンズとの間に設けられ、上記光源からの光を第１の方向に拡散する第３のレンズと、
上記光源と上記第２のレンズとの間に設けられ、上記光源からの光を反射するミラーと、
上記光源からの光の光路に対し、少なくとも上記ミラー及び上記第２のレンズを、上記第２の方向に移動させて位置調整を行う第１の調整手段と、
上記第２のレンズをその光軸にほぼ沿う第３の方向に移動させて位置調整を行う第２の調整手段と、
上記第３のレンズをその光軸にほぼ沿う方向を回転軸とする回転方向に移動させて位置調整を行う第３の調整手段と、
上記第２のレンズから出射され、上記光変調素子において変調して出射された光をモニターするモニター手段と、が設けられて成る
光変調装置。 - 上記光変調素子は、少なくとも第１の面及び第２の面を有し、上記第１の面及び第２の面を相対的に移動させることにより回折格子を構成して光変調されて成る請求項７記載の光変調装置。
- 光源からの第１の方向に拡散された光をコリメートする第１のレンズと、
上記第１のレンズから出射される光をその光軸方向及び上記第１の方向とほぼ直交する第２の方向に集光する第２のレンズとを設け、
上記第２のレンズから出射され、一次元型構成の光変調素子において変調して出射された光をモニターして、
上記光源からの光の光路に対し、少なくとも上記第１のレンズ及び上記第２のレンズを、上記第２の方向に移動させて位置調整を行う第１の調整と、
上記第２のレンズをその光軸にほぼ沿う第３の方向に移動させて位置調整を行う第２の調整と、
上記第２のレンズを上記第３の方向を回転軸とする回転方向に移動させて位置調整を行う第３の調整とを行う
光変調装置の光学調整方法。 - 光源からの第１の方向に拡散された光をコリメートする第１のレンズと、
上記第１のレンズから出射される光をその光軸方向及び上記第１の方向とほぼ直交する第２の方向に集光する第２のレンズと、
上記光源と上記第２のレンズとの間に、上記光源からの光を反射するミラーと、を設け、
上記第２のレンズから出射され、一次元型構成の光変調素子において変調して出射された光をモニターして、
上記光源からの光の光路に対し、少なくとも上記ミラー及び上記第２のレンズを上記第２の方向に移動させて位置調整を行う第１の調整と、
上記第２のレンズをその光軸にほぼ沿う第３の方向に移動させて位置調整を行う第２の調整と、
上記第２のレンズを上記第３の方向を回転軸とする回転方向に移動させて位置調整を行う第３の調整とを行う
光変調装置の光学調整方法。 - 上記光源からの光を上記第１の方向に拡散する第３のレンズを上記光源及び上記第１のレンズとの間に設ける請求項１２記載の光変調装置の光学調整方法。
- 光源からの第１の方向に拡散された光をコリメートする第１のレンズと、
上記第１のレンズから出射される光をその光軸方向及び上記第１の方向とほぼ直交する第２の方向に集光する第２のレンズと、
上記光源と上記第１のレンズとの間に上記光源からの光を上記第１の方向に拡散する第３のレンズと、
上記光源と上記第２のレンズとの間に上記光源からの光を反射するミラーと、を設け、
上記第２のレンズから出射され、上記光変調素子において変調して出射された光をモニターして、
上記光源からの光の光路に対し、少なくとも上記ミラー及び上記第２のレンズを、上記第２の方向に移動させて位置調整を行う第１の調整と、
上記第２のレンズをその光軸にほぼ沿う第３の方向に移動させて位置調整を行う第２の調整と、
上記第３のレンズを上記第３の方向を回転軸とする回転方向に移動させて位置調整を行う第３の調整とを行う
光変調装置の光学調整方法。 - 光源からの光を一次元型構成の光変調素子に照射して光変調を行い、光変調された光を投射して表示する投射型表示装置において、
上記光源から第１の方向に拡散された光をコリメートする第１のレンズと、
上記第１のレンズから出射される光をその光軸方向及び上記第１の方向とほぼ直交する第２の方向に集光する第２のレンズと、
上記光源からの光の光路に対し、上記第１のレンズ及び上記第２のレンズを、上記第２の方向に移動させて位置調整を行う第１の調整手段と、
上記第２のレンズをその光軸にほぼ沿う第３の方向に移動させて位置調整を行う第２の調整手段と、
上記第２のレンズを上記第３の方向を回転軸とする回転方向に移動させて位置調整を行う第３の調整手段と、
上記第２のレンズから出射され、上記光変調素子において変調して出射された光をモニター時に切り替えミラーにより入射してモニターするモニター手段と、が設けられて成る
投射型表示装置。 - 光源からの光を一次元型構成の光変調素子に照射して光変調を行い、光変調された光を投射して表示する投射型表示装置において、
上記光源から第１の方向に拡散された光をコリメートする第１のレンズと、
上記第１のレンズから出射される光をその光軸方向及び上記第１の方向とほぼ直交する第２の方向に集光する第２のレンズと、
上記光源及び上記第１のレンズの間に設けられ、上記光源からの光を第１の方向に拡散する第３のレンズと、
上記光源と上記第２のレンズとの間に設けられ、上記光源からの光を反射するミラーと、
上記光源からの光の光路に対し、少なくとも上記ミラー及び上記第２のレンズを、上記第２の方向に移動させて位置調整を行う第１の調整手段と、
上記第２のレンズをその光軸にほぼ沿う第３の方向に移動させて位置調整を行う第２の調整手段と、
上記第３のレンズをその光軸にほぼ沿う方向を回転軸とする回転方向に移動させて位置調整を行う第３の調整手段と、
上記第２のレンズから出射され、上記光変調素子において変調して出射された光をモニター時に切り替えミラーにより入射してモニターするモニター手段と、が設けられて成る
投射型表示装置。
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