JP5134924B2 - 投射型映像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、投射型映像表示装置を提供する技術に関する。

３板式投射型映像表示装置においては、色分離された各色光が対応する液晶パネルに至る光路の光学距離（以下、適宜「光路長」いう）が異なり、少なくとも一つの色の光の光路長が他の色の光の光路長に比べ長くなる。そこで、光路長が長くなる色の光の光路にリレー光学系を用いて光路長の補正を行っており、例えば、特許文献１に開示がある。

特開２００４−２２６８１４号公報

ところで、特許文献１の課題の項で指摘されているように、リレー光学系で照明光の光束が上下、左右反転されるため、色分離光学系からの射出光がリレー光学系を経て照射される液晶パネルと、色分離光学系からの射出光がリレー光学系を経ずに直接照射される液晶パネルとでは、液晶パネルに照射される光束の照度分布が上下、左右逆転する。

このため、光源などに照度分布の偏りがあった場合には、その偏りがリレー光学系を経て照射される液晶パネルと、その他の液晶パネルとで反対になって現れる。すなわち、相対的に高い照度の光が照射される部位が対称の位置に存在することになる。

言い換えれば、リレー光学系を経て照射される液晶パネル上で相対的に高い照度の光が照射される部位と、その他の液晶パネル上で相対的に弱い照度の光が照射される部位とが投射面上で合成されることになるため、照度バランスが崩れ、表示画像に色むらが発生するという事情があった。

そこで、特許文献１では、その図１で、照度分布の不均一により発生した色むらを低減するために、第２のリレーレンズの近傍に、遮光手段を配置し、該遮光手段で光量調整する技術が開示されている。ここで、色分離されたＲ，Ｇ，Ｂの光路のうちＢ光路にリレー光学系を配置した場合について考える。

上記特許文献１の場合、図１２ｃに示すように、Ｂ光の光量が大幅に低下することになる（遮光前の照度分布を点線、遮光された照度分布を実線で示す）。そのため、色のバランスが崩れ、Ｒ光，Ｇ光，Ｂ光を重ね合わせた白の色目（ホワイトバランス）が悪くなるという問題が生じる。

本発明の課題は、上記した事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ホワイトバランスを劣化させることなく、色むらを低減した投射型映像表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、投射型映像表示装置は、リレー光学系として、第１リレーレンズ及び第２リレーレンズを有し、前記第１リレーレンズが回転調整手段を有する構成とした。

前記回転調整手段の構成を以下に説明する。

先ず、前記リレー光学系に、前記光源からの光を受ける第１リレーレンズと、前記第１リレーレンズを経た光を反射する反射ミラーと、前記反射ミラーからの光を受ける第２リレーレンズとを設ける。

そして、前記光源から第１リレーレンズに向う光の光軸方向をＺ軸とし、前記反射ミラーから第２リレーレンズに向う光の光軸方向をＸ軸とし、前記Ｚ軸と前記Ｘ軸との両者に垂直である方向をＹ軸とする。

前記回転調整手段は、第１リレーレンズを保持する保持部材と、前記保持部材を支持する基体、基体上部とを備え、前記基体上部は、前記Ｚ軸と前記Ｘ軸に略平行な面とし、前記基体上部は、当該基体上部の前記保持部材に接する面を球状とし、また、前記基体は、当該基体の前記保持部材に接する面を球状とする。

前記基体上部は、Ｚ軸方向に延在する開口部を有し、前記保持部材の前記基体上部に接する側には固定部材の入る固定用穴が設けられ、当該開口部を経て固定部材を前記固定用穴に通すことで前記保持部材を固定する。

前記保持部材を前記開口部に沿って、Ｚ軸方向に移動することで、第１リレーレンズのＸ軸回りの角度を変更し、前記保持部材を前記固定部材を中心として回転することで、Ｙ軸回りの角度を変更するようにするものである。

また、上記角度の変更に対して、Ｘ軸回りとＹ軸回りとの関係を入替えても良い。その場合には、前記基体上部は、前記Ｚ軸と前記Ｙ軸に略平行な面とし、
前記保持部材を前記開口部に沿って、Ｚ軸方向に移動することで、第１リレーレンズのＹ軸回りの角度を変更し、前記保持部材を前記固定部材を中心として回転することで、Ｘ軸回りの角度を変更するようになるものである。

なお、前記保持部材の前記基体上部に接する球状面と、前記基体上部の前記保持部材に接する球状面とが同じ曲率とするようにする。または、前記保持部材の前記基体上部に接する球状面と、前記基体上部の前記保持部材に接する球状面とが同じ回転中心を中心とする球状面とするようにするものでもよい。

以上のように、本発明によれば、光源側に照度分布の偏りが生じている場合でもホワイトバランスを劣化させることなく、色むらを低減した投射型映像表示装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図を参照して説明する。なお、本発明は、図示例に限定されるものではなく、各図において、同一な部分には同一符号を付して、一度説明したものについては、その説明を省略する。

図１は、本実施の形態に係る投射型映像表示装置の光学系の模式構成図である。ここでは、映像表示素子として、液晶パネルを用いている。

図１に示すように、投射型映像表示装置の光学系は、基体５００に装着された照明光学系１００と、色分離光学系２００と、リレー光学系３００と、２枚のコンデンサレンズ１３，１４と、３枚の液晶パネル３０，３１，３２と、色合成プリズム３３と、投射レンズ３４とを備えている。

そして、これらの光学素子は、基体５００に装着されて、光学ユニット６００を構成し、光学ユニット６００は、液晶パネルを駆動する駆動回路（図示せず）や電源回路（図示せず）とともに、図示しない筐体に搭載され、投射型映像表示装置を構成する。

照明光学系１００には、光源としてリフレクタ２内に収納されたランプ１が備えられている。リフレクタ２の形状に制限はないが、ここでは一例として、ランプ１を背後側から覆うように配置された、回転放物面形状の反射面を示している。

また、リフレクタ２の光の出射方向には、円形ないし、多角形の出射開口が形成されている。ランプ１は、超高圧水銀ランプ，メタルハライドランプ，キセノンランプ，水銀キセノンランプ，ハロゲンランプ等の白色ランプを用いることができる。

リフレクタ２から出射される光の出射方向には、第１アレイレンズ３が配置されており、第１アレイレンズ３の光出射面側には第２アレイレンズ４が配置されている。また、第２アレイレンズ４の光出射面側には、偏光変換素子５が配置されている。

第１アレイレンズ３は、照明光軸１０００の延在する方向から見て液晶パネルとほぼ相似な矩形形状を有する複数のレンズセルがマトリクス（２次元）状に配設されたもので、光源から入射した光を複数のレンズセルで複数の光に分割して、効率よく第２アレイレンズ４と偏光変換素子５を通過するように導くようになっている。即ち、第１アレイレンズ３は、ランプ１と第２アレイレンズ４の各レンズセルとが光学的に共役な関係になるように設計されている。

第２アレイレンズ４は、第１アレイレンズ３と同様に、一方のレンズ面に照明光軸１０００の延在する方向から見て矩形形状の複数のレンズセルがマトリクス状に配設されており、第２アレイレンズ４は、構成するレンズセルそれぞれが対応する第１アレイレンズ３のレンズセルの形状を液晶パネル３０，３１，３２に投影（写像）するようになっている。

偏光変換素子５は第２アレイレンズ４から出射された光を所定の偏光方向に揃えるようになっている。

偏光変換素子５の光出射面側には、集光レンズ６が配置されている。第１アレイレンズ３の各レンズセルと液晶パネル３０，３１，３２とが、光学的に共役な関係になるように設計されているので、第１アレイレンズ３で複数に分割された光束は、第２アレイレンズ４と集光レンズ６によって、ある照度分布を持った照明が液晶パネル３０，３１，３２上に重畳して投影される。

なお、上述したランプ１、第１アレイレンズ３、第２アレイレンズ４、偏光変換素子５、及び集光レンズ６を備えたものを照明光学系１００とし、オプチカルインテグレータは、第１アレイレンズ３、第２アレイレンズ４、偏光変換素子５及び集光レンズ６からなる。照明光学系１００により、光源から出射された偏光方向がランダムな光を所定偏光方向に揃えながら、液晶パネルを均一照明することが可能となる。

集光レンズ６の光出射面側には、ダイクロイックミラー１０が配置されている。ダイクロイックミラー１０は、Ｒ光を反射し、Ｇ光、及びＢ光を透過させるようになっている。

ダイクロイックミラー１０により反射されたＲ光の進行方向には、反射ミラー１２が配置されており、反射ミラー１２によって反射されたＲ光の進行方向には、コンデンサレンズ１４が配置されている。コンデンサレンズ１４は、Ｒ光を集光するようになっており、コンデンサレンズ１４の光出射面側には、画像表示素子である液晶パネル３０が配置されている。液晶パネル３０の光出射面側には、色合成プリズム３３が配置されている。

また、ダイクロイックミラー１０を透過したＧ光及びＢ光の進行方向には、ダイクロイックミラー１１が配置されている。ダイクロイックミラー１１は、Ｇ光を反射し、Ｂ光を透過させるようになっている。ダイクロイックミラー１１により反射されたＧ光の進行方向には、コンデンサレンズ１３が配置されており、コンデンサレンズ１３のＧ光の出射面側には、液晶パネル３１が配置されている。そして、Ｇ光用の液晶パネル３１の光出射面側には、色合成プリズム３３が配置されている。

ダイクロイックミラー１１を透過したＢ光の進行方向には、第１リレーレンズ２０が配置されている。第１リレーレンズ２０の光出射面側には、反射ミラー２３が配置されている。反射ミラー２３により反射されたＢ光の進行方向には、第２リレーレンズ２１が配置されており、第２リレーレンズ２１の出射面側には、反射ミラー２４が配置されている。

反射ミラー２４により反射されたＢ光の進行方向には、第３リレーレンズ２２が配置されている。そして、第３リレーレンズ２２の光出射面側には、Ｂ光用の液晶パネル３２が配置されており、液晶パネル３２の光出射面側には、色合成プリズム３３が配置されている。

色合成プリズム３３は、液晶パネル３０，３１，３２から入光したＲ光、Ｇ光、及びＢ光からカラー画像を合成し、合成したカラー画像を出射するようになっている。色合成プリズム３３のカラー画像出射面側には、例えばズームレンズからなる投射レンズ３４が配置されており、投射レンズ３４は、入射したカラー画像を図示しないスクリーン上に拡大投影するようになっている。

なお、色分離光学系２００には、ダイクロイックミラー１０，１１及び反射ミラー１２が備えられており、リレー光学系３００には、第１リレーレンズ２０、反射ミラー２３、第２リレーレンズ２１、反射ミラー２４、及び第３リレーレンズ２２を備えられている。

また、投射型映像表示装置においては、光源から出射された光より、まずＲ光を分離した後に、Ｇ光とＢ光を分離しているが、本発明の実施例においては、光源から出射された光を分離する順序に制限はない。光源から出射された光から、まずＧ光またはＢ光を分離した後に、残りの二色の光を分離することとしてもよい。そして、リレーする光は、Ｂ光に限らず、Ｒ光やＧ光であってもよい。

なお、リレー光学系３００は、光源からＲ光用の液晶パネル３０までの光学距離（以下、光学距離を「光路長」といい、例えば、Ｒ光の光路長をＲ光路長という）および光源からＧ光用の液晶パネル３１までの光路長（Ｇ光路長）に対して、光源からＢ光用液晶パネルまでの光路長（Ｂ光路長）が長いので、これを補正するためのものである。

また、Ｂ光路上の第１リレーレンズ２０の近傍には、照明光学系１００により第１アレイレンズ３の各レンズセルの像が重畳した仮想液晶表示像３５０が結像する。この仮想液晶表示像３５０をＢ光用の液晶パネル３２にリレー（写像）するのがリレー光学系３００の目的である。すなわち、リレー光学系３００の中間レンズである第２リレーレンズ２１は、仮想液晶表示像３５０をＢ光用の液晶パネル３２上に写像する。つまり、仮想液晶表示像３５０と液晶パネル３２は、物と像の関係にある。

また、リレー光学系３００の入射側レンズである第１リレーレンズ２０は、液晶パネル３２上に結像する像の照度が隅々まで均一となるように、仮想液晶表示像３５０を通過した光を第２リレーレンズ２１に集光する。第２リレーレンズ２１上には第２アレイレンズ４上に形成された複数のアーク像が形成される。つまり、第２アレイレンズ４と第２リレーレンズ２１は物と像の関係にある。

また、第１リレーレンズ２０には、回転調整手段３３０が設けられている。回転調整手段３３０は、第１リレーレンズ２０の光軸を照明光軸１０００に対して傾けることでＢ光用に用いている液晶パネル３２上の照度分布の偏りを調整するものである。

以下、図を用いて回転調整手段３３０の一例について詳細に説明する。ここでは、説明を容易とするために、直交座標系を用いる。ここで用いる直交座標系は、照明光軸１０００の延在する方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸に直交する面内で、重力方向と平行な方向をＹ軸方向とする。そして、Ｚ軸に直交する面内で、Ｙ軸方向と直行する方向をＸ軸方向とする。以下において用いる直交座標系もここで用いる直交座標系と同様のものとする。

勿論、前記直交座標系に限定されるものではない。例えば、光源から第１リレーレンズ２０に向う光の光軸方向である照明光軸１０００の延在する方向をＺ軸とし、前記第１リレーレンズ２０を経た光を反射ミラー２３で反射させて、第２リレーレンズ２１の方へ向って反射させる場合において、前記反射ミラー２３から前記第２リレーレンズ２１に向う光の方向をＸ軸とし、前記Ｚ軸と前記Ｘ軸との両者に垂直である方向をＹ軸とするものであっても良い。この場合には、前記Ｚ軸と前記Ｘ軸とは、必ずしも垂直でなくとも良いものである。

図２は、第１リレーレンズ２０の回転調整手段３３０の近傍（ここでは仮想液晶表示像３５０から反射ミラー２３を通り第２リレーレンズ２１を通るまで）を光学ユニット６００から抜き出した斜視図である。図２の（ａ）は基体上蓋５１０を取り付けた様子であり、図２の（ｂ）は、説明のため、この基体上蓋５１０を取り除いた図である。図に示すように、第１リレーレンズ２０や第２リレーレンズ２１などの光学部品は基体５００の所定位置に配置され、基体上蓋(前記基体上部)５１０により覆い隠されるようになっている。

回転調整手段３３０は、第１リレーレンズ２０が取り付けられた保持部材１１００、基体上蓋５１０、ネジ(前記固定部材)１００１にて構成される。また、基体上蓋５１０の第１リレーレンズ２０部の上面１２００には、Ｚ軸方向に長い穴となっている固定用長穴(前記開口部)１１０３及び２つの回転調整用長穴１１０１、１１０２を有する。保持部材１１００（第１リレーレンズ２０）を回転調整した後に、ネジ１００１により固定用長穴１１０３部で基体上蓋５１０に保持部材１１００が固定保持されている。以下、各部品について説明する。

図３は、保持部材１１００の斜視図である。回転中心１００８は、第１リレーレンズ２０を調整する際の回転中心であり詳細は後述する。回転中心１００８は照明光軸１０００上にあり、この回転中心１００８を通り、Ｙ軸に平行な軸を１００６、Ｘ軸に平行な軸を１００７とする。また、軸１００６回りの回転をθy、軸１００７回りの回転をθxとする。

保持部材１１００は、第１リレーレンズ２０をその側縁部にて保持し、第１リレーレンズ２０を透過する有効光を遮らないようにしている。１００５は調整当てつけ面であり、保持部材１１００の上面であり、回転中心１００８を中心とする球面形状である。この調整当てつけ面１００５には、締結ネジ穴１００２が設けてあり、ネジ１００１にて基体上蓋５１０に固定保持される。さらに調整当てつけ面１００５には、保持穴１００３、１００４が設けられている。

図４は、基体上蓋５１０の第１リレーレンズ２０近傍を切り出したものである。基体上蓋５１０には、上記したように固定用長穴１１０３、回転調整用長穴１１０１、１１０２が設けられている。固定用長穴１１０３は、Ｚ軸方向に長い穴となっており、ネジ１００１のネジ山外径より少し大きな穴幅としている。

さらに基体上蓋５１０の上面１２００は円柱状となっており、その中心は回転中心１００８を通る軸１００７の軸上としている。また、基体上蓋５１０の保持部材１１００側の形状は、図４（ｂ）に示すように、球状面１１０４が設けられており、上記調整当てつけ面１００５と同じ曲率の球状である。

図２においては、基体上蓋５１０がＺ軸とＸ軸に略平行な面とし、固定用長穴１１０３が設けられている。そして、保持部材１１００を固定用長穴１１０３に沿って、Ｚ軸方向に移動することで、第１リレーレンズ２０のＸ軸回りの角度を変更、調整し、保持部材１１００をネジ１００１を中心として回転することで、Ｙ軸回りの角度を変更、調整するものを例示している。

しかしながら、上記角度の変更、調整に対して、Ｘ軸回りとＹ軸回りとの関係を入替えても良い。その場合には、基体上蓋５１０がＺ軸とＹ軸に略平行な面とし、固定用長穴１１０３を設け、保持部材１１００を固定用長穴１１０３に沿って、Ｚ軸方向に移動することで、第１リレーレンズ２０のＹ軸回りの角度を変更、調整し、保持部材１１００をネジ１００１を中心として回転することで、Ｘ軸回りの角度を変更、調整するようにするものでも良い。

次に、図５〜図７を用いて、回転調整手段３３０の調整方法について説明する。

図５は、調整治具１３００を保持部材１１００に取り付けた状態の斜視図であり、図５（ｂ）は内部を説明するために基体上蓋５１０を取り除いた図である。図５に示すように、調整治具１３００は、チャック部材１２０１、１２０２、ゴニオステージ１２０４、１２０５からなり、ゴニオステージ１２０５は図示しない治具などに固定されている。チャック部材１２０１、１２０２がそれぞれ保持穴１００３、１００４と結合することにより、調整治具１３００で保持部材１１００を回転調整することができる。

図６は、調整治具１３００を示す図である。前記したようにチャック部材１２０１、１２０２は、保持部材１１００の保持穴１００３、１００４（図示せず）と結合することが可能であり、チャック部材１２０１、１２０２を図中矢印方向に開閉することで保持部材１１００と結合、開放することができる。

図７は、第１リレーレンズ２０の回転中心１００８にて照明光軸１０００に垂直な平面で切った断面図である。図のように、チャック部材１２０１、１２０２は保持部材１１００の保持穴１００３、１００４と結合している。図７はチャック部材１２０１、１２０２が閉じた状態を示しており、図７の状態から、チャック部材１２０１、１２０２をネジ１００１から離れる方向に開くことで保持部材１００３、１００４との結合から開放を行う。

また、図に示すようにチャック部材１２０１、１２０２は、基体上蓋５１０に設けられた調整用長穴１１０１、１１０２から挿入することで、調整後にチャック部材１２０１、１２０２を開き、保持部材１１００を解放した後、調整治具１３００を取り外すことが可能となっている。このとき、調整用長穴１１０１、１１０２は、チャック部材１２０１、１２０２に干渉しない程度の長さと幅で穴が開いている。また、調整後ネジ１００１で締結を行うと、保持部材１１００の球状面１００５と基体上蓋５１０の球状面１１０４が密着し、強い保持が行えるようになっている。

図８は、調整治具にて回転調整を行っている様子を示す図である。調整治具１３００を後述する所定位置に配置することで、ゴニオステージ１２０４、１２０５の動作に連動し第１リレーレンズ２０が回転できることを表している。

図９（ａ）は、調整治具１３００を上面から見た図であり、第１リレーレンズ２０を回転中心１００８でθy回転させる場合の例である。図のように、ゴニオステージ１２０４は点線矢印方向（θy方向）に回転できる向きに調整治具１３００に組みつけている。調整治具１３００はチャック部材１２０１、１２０２にて保持部材１１００と結合されているため、調整治具１３００が移動することによって、保持部材１１００も移動する。

ここで、ゴニオステージ１２０４の回転中心を第１リレーレンズ２０の回転中心１００８と合わせる。これにより、ゴニオステージ１２０４が回転移動することにより調整治具１３００の角度θyが変わると、第１リレーレンズ２０も回転中心１００８の位置が移動することなく角度θyが変わる。図９（ｂ）は、調整治具１３００を側面から見ており、第１リレーレンズ２０を回転中心１００８でθx回転させる場合の例である。図のように、ゴニオステージ１２０５は点線矢印方向（θx方向）に回転できる向きに調整治具１３００に組みつけている。

また、図９（ａ）と同様に、ゴニオステージ１２０５の回転中心を第１リレーレンズ２０の回転中心１００８と合わせることにより、ゴニオステージ１２０５の回転移動により調整治具１３００の角度θxが変わると、第１リレーレンズ２０も回転中心１００８が移動することなく角度θxが変わる。これは、前述したθy方向の回転とは独立して行われる。

調整治具１３００により、第１リレーレンズ２０を調整した後、チャック部材１２０１、１２０２と保持部材１１００との結合を解除することにより、調整治具１３００を取り外すことが可能となる。すなわち、第１リレーレンズ２０の回転調整を行うときに、調整治具１３００を用い、調整後は取り外すことにより、調整機構を光学ユニット６００に設ける必要が無く、光学ユニット６００の小型化を図ることが可能となる。

次に、第１リレーレンズ２０を回転調整することによる照度分布変化について説明する。図１０及び図１１は、リレー光学系の第１リレーレンズ２０からＢ光用の液晶パネル３２までの要部構成図を拡大し、直線的に表した照明光軸１０００を含むＸＺ断面図である。図１０（ａ）は、第１リレーレンズ２０をレンズ面が照明光軸１０００に対して直交するように配置した場合を示す光線図であり、図１１（ａ）は、第１リレーレンズ２０を回転中心１１０８回りに回転させた場合を示す光線図である。

図１０において、第１リレーレンズ２０に入射した光は、第１リレーレンズ２０で集光され、第２リレーレンズ２１近傍に焦点を結ぶ。第２リレーレンズ２１を通過後、発散した光線は、第３リレーレンズ２２で照明光軸１０００に平行となり、液晶パネル３２に入射する。第２リレーレンズ２１は、第１リレーレンズ２０の近傍にできた仮想液晶表示像３５０の照度がＸ軸方向において均一な像を、液晶パネル３２上に写像する役目を果たしている。

ここで、第１リレーレンズ２０面近傍にできる液晶パネルに相似な矩形形状の仮想液晶表示像３５０面上の照明光軸１０００を含むＸＺ断面における任意の点をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅとする。そして、矩形形状の仮想液晶表示像３５０面上で、点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，ＥからＸ軸に平行に伸ばした直線で分割される領域の符号を、それぞれＧ_AB，Ｇ_BC，Ｇ_CD，Ｇ_DEと表すものとする。

例えばＧ_ABは点Ａと点Ｂの間の領域を表す。また、領域Ｇ_AB，Ｇ_BC，Ｇ_CD，Ｇ_DEに含まれる光量をそれぞれ、符号Ｆ１，Ｆ2，Ｆ3，Ｆ4で表すものとする。また、仮想液晶表示像３５０面上の各点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを通過した光線が、液晶パネル３２と交わる点を、図１０（ａ）においては各々Ａ'，Ｂ'，Ｃ'，Ｄ'，Ｅ'とし、図１１ａにおいては各々Ａ''，Ｂ''，Ｃ''，Ｄ''，Ｅ''とする。

ＡＢ，ＢＣ，ＣＤ，ＤＥ間の距離が等しいとすると、図１０（ｂ）に示す照度分布のように仮想液晶表示像３５０面上の照度分布は均一であるから、光量Ｆ１，Ｆ2，Ｆ3，Ｆ4はそれぞれ等しくなる。従って、領域Ｇ_AB，Ｇ_BC，Ｇ_CD，Ｇ_DEの各照度の関係は、図１０（ｂ）で示すようになり、数１で表すことができる。

Ｆ１÷Ｓ_AB＝Ｆ2÷Ｓ_BC＝Ｆ3÷Ｓ_CD＝Ｆ4÷Ｓ_DE ・・・（数１）
但し、Ｓ_AB，Ｓ_BC，Ｓ_CD，Ｓ_DEはそれぞれ領域Ｇ_AB，Ｇ_BC，Ｇ_CD，Ｇ_DEの面積を表す。

第１リレーレンズ２０のレンズ面が照明光軸１０００に対して傾いていない場合、Ａ'Ｂ'，Ｂ'Ｃ'，Ｃ'Ｄ'，Ｄ'Ｅ'間の距離は等しく、また、光量Ｆ１，Ｆ2，Ｆ3，Ｆ4もそれぞれ等しいため、液晶パネル上の照度分布も均一となる。従って、領域Ｇ_AB，Ｇ_BC，Ｇ_CD，Ｇ_DEに対応した液晶パネル上における領域Ｇ_A'B'，Ｇ_B'C'，Ｇ_C'D'，Ｇ_D'E'の各照度は、図１０（ｃ）に示すようになり、数２で表すことができる。但し、領域Ｇ_A'B'，Ｇ_B'C'，Ｇ_C'D'，Ｇ_D'E' の面積をＳ_A'B'，Ｓ_B'C'，Ｓ_C'D'，Ｓ_D'E'で示す。

Ｆ１÷Ｓ_A'B'＝Ｆ2÷Ｓ_B'C'＝Ｆ3÷Ｓ_C'D'＝Ｆ4÷Ｓ_D'E' ・・・（数２）
なお、図１０（ｂ）のグラフの横軸は、仮想液晶表示像３５０面上のＸ軸方向における位置を意味し、縦軸は仮想液晶表示像３５０面上のＸ軸方向の位置における照度の高さを示す。また、図１０（ｃ）のグラフの横軸は、液晶パネル３２のＸ軸方向における位置を意味し、縦軸は液晶パネル３２のＸ軸方向の位置における照度の高さを示す。

次に、第１リレーレンズ２０のレンズ面を照明光軸１０００に対して傾けた場合の照度分布を表す。第１リレーレンズ２０を図１１（ａ）のように傾けた場合、ＡＢ，ＢＣ，ＣＤ，ＤＥ間の距離は等しいため、図１１（ｂ）に示す照度分布のように仮想液晶表示像３５０面上の照度分布は均一であるが、距離Ａ''Ｂ''， Ｂ''Ｃ''， Ｃ''Ｄ''， Ｄ''Ｅ''は等しくなく、Ａ''Ｂ''＞Ｂ''Ｃ''＞Ｃ''Ｄ''＞Ｄ''Ｅ''となる。

光量Ｆ１，Ｆ2，Ｆ3，Ｆ4は全て等しいため、液晶パネル上の照度分布は数３で示すことができ、図１１（ｃ）の照度分布のような不均一な分布となる。但し、領域Ｇ_A''B''，Ｇ_B''C''，Ｇ_C''D''，Ｇ_D''E'' の面積をＳ_A''B''，Ｓ_B''C''，Ｓ_C''D''，Ｓ_D''E''で示す。

Ｆ１÷Ｓ_A''B''＜Ｆ2÷Ｓ_B''C''＜Ｆ3÷Ｓ_C''D''＜Ｆ4÷Ｓ_D''E'' ・・・（数３）
なお、図１１（ｂ）のグラフの横軸は、仮想液晶表示像３５０面上のＸ軸方向における位置を意味し、縦軸は仮想液晶表示像３５０面上のＸ軸方向の位置における照度の高さを示す。また、図１１（ｃ）のグラフの横軸は、液晶パネル３２のＸ軸方向における位置を意味し、縦軸は液晶パネル３２のＸ軸方向の位置における照度の高さを示す。

上記より、第１リレーレンズ２０を照明光軸１０００に対して傾斜させることで、液晶パネル３２に投影される光の照度分布の勾配を調整することができる。つまり、ランプ光源のばらつき等で、Ｆ１，Ｆ2，Ｆ3，Ｆ4の光量が不均一となって色むらが生じても、第１リレーレンズ２０を照明光軸１０００上の回転中心１００８回りに回転させて、所定方向に傾けることで、光量を減らすことなく、Ｂ光の照度分布の形状をＲ光，Ｇ光の照度分布の形状と同じになるように補正することが可能となり、色むらを低減できる。

上述したように第１リレーレンズ２０を回転調整することで、光量の低下させることなく、色のバランスを保つことができ、ホワイトバランスを劣化させることなく、色むらを低減できる。

次に、本実施の形態に係る投射型映像表示装置の作用について説明する。

投射型映像表示装置の電源を投入すると、ランプ１から出射された光は、リフレクタ２の反射面に反射して第１アレイレンズ３に照射される。第１アレイレンズ３に照射された光は、第１アレイレンズ３の複数のレンズセルで複数の光に分割された後に第２アレイレンズ４に照射される。第２アレイレンズ４に照射された光は、第２アレイレンズ４の複数のレンズセルを透過した後に、偏光変換素子５に照射される。

偏光変換素子５に照射された光は、所定の方向に偏光方向が揃えられた後に、集光レンズ６に照射される。集光レンズ６に照射された光は、集光された後にダイクロイックミラー１０に照射される。ダイクロイックミラー１０に照射された光のうち、Ｒ光は反射され、Ｇ光及びＢ光は透過する。

ダイクロイックミラー１０に反射したＲ光は、反射ミラー１２により反射された後にコンデンサレンズ１４に照射される。コンデンサレンズ１４により集光されえたＲ光は、液晶パネル３０に照射され、液晶パネル３０透過したＲ光は色合成プリズム３３に入射する。

一方、ダイクロイックミラー１０を透過したＧ光及びＢ光はダイクロイックミラー１１に照射される。ダイクロイックミラー１１に照射されたＧ光及びＢ光うち、Ｇ光はダイクロイックミラー１１に反射され、Ｂ光は、ダイクロイックミラー１１を透過する。ダイクロイックミラー１１に反射したＧ光は、コンデンサレンズ１３に照射され、集光された後に液晶パネル３１に照射される。液晶パネル３１に照射され、液晶パネル３１を透過したＧ光は、色合成プリズム３３に照射される。

ダイクロイックミラー１１を透過したＢ光は、第１リレーレンズ２０に照射される。第１リレーレンズ２０を保持する保持部材１１００は、当てつけ面１００５を基体上蓋５１０の球状面１１０４に当て、ネジ１００１で仮固定する。基体上蓋５１０は基体５００に取り付ける。

次に、調整治具１３００を適当な位置に配置し、チャック部材１２０１、１２０２を、調整用長穴１１０１、１１０２から挿入して保持部材１１００の保持穴１００３、１００４と結合させる。調整治具１３００のゴニオステージ１２０４、１２０５を回転調整することにより、第１リレーレンズ２０がθx,θy方向に調整され、パネル３２の照度分布をパネル３０、３１の照度分布に近づける。即ち、回転調整手段３３０により第１リレーレンズ２０の照明光軸１０００に対して傾斜させなかった場合のスクリーン上の照度分布が図１２（ｂ）のように、Ｂ光の照度分布がＲ光及びＧ光の照度分布と左右逆の照度分布を持つ場合に、回転調整手段３３０を調整して第１リレーレンズ２０を照明光軸１０００に対して所定の角度傾斜させる。

そして、Ｂ光の照度分布がスクリーン上に投影された際に、Ｂ光の照度分布とＲ光及びＧ光の照度分布が同様になるように、保持部材１１００を回転させて第１リレーレンズ２０の照明光軸１０００に対する傾斜角度を定める。その後にネジ１００１により保持部材１１００の位置を固定しておく。ネジ１００１を締結した後、チャック部材１２０１、１２０２を開いて保持部材１１００から離し、調整治具１３００を取り除く。

上述したように照明光軸１０００に対して所定角度傾斜した第１リレーレンズ２０において照度分布を調整され、第１リレーレンズ２０を透過したＢ光は、第２リレーレンズ２１近傍に集光された後、第２リレーレンズを通過後、発散しながら第３リレーレンズ２２に照射される。第３リレーレンズ２２に照射されたＢ光は、第３リレーレンズ２２で照明光軸１０００に平行とされた後に、液晶パネル３２に照射され、液晶パネル３２を透過したＢ光は、色合成プリズム３３に入射する。

液晶パネルを透過したＲ光，Ｇ光，Ｂ光は、色合成素子である色合成プリズム３３によってカラー映像として合成された後、投射レンズ３４を通過し、図示しないスクリーンに到達する。液晶パネル３０，３１，３２上に光強度変調で形成された光学像は、投射レンズ３４によりスクリーン上に拡大投影される。

以上のように、本実施の形態に係る投射型映像表示装置によれば、照度分布の偏りがあっても、リレー光学系の入射側レンズである第１リレーレンズ２０を、回転調整手段３３０で、照明光軸１０００に対して所定角度傾斜させること、即ち、所定の方向に回転調整することにより、液晶パネル３２に投射される光の照度分布を調整してホワイトバランスの劣化を防ぎながら照度分布の偏りに起因する色むらを低減することができる。

また、上記実施形態によって、色むら調整の他、以下のような効果が得られる。
（１）回転中心１００８を通る軸１００６上に保持部材１１００の締結箇所１００２を有し、基体上蓋５１０の上面１２００が回転中心１００８を通るＸ軸１００７を原点とする円柱状にすることで、保持部材１１００がθx、θy回転を行った場合にネジ１００１が固定用長穴１１０３上を通るため、θx、θyの２つの調整をネジ１００１の１本のみで保持部材１１００を固定することができる。また、固定部品の削減及び固定機構スペースの削減により投射型映像表示装置を小型にすることができる。
（２）保持部材１１００の締結面１００５と基体５１０の球状面１１０４共に、回転中心１００８を中心とする球面形状を有することで、保持部材１１００をθx、θyの調整を行っても回転中心１００８は移動することなく色むら調整が行える。また、球状で接しているため、θx、θy調整を行っても締結力を一定にすることができる。

実施例１の投射型映像表示装置では、調整治具１３００を用いて回転調整を行ったが、実施例２の投射型映像表示装置では、調整治具１３００の代わりに構造部品を使って回転調整を行う。説明を簡易にするため、実施例１で用いた符号、座標系をそのまま用いる。

図１３は、第１リレーレンズ２０の第２回転調整手段１６００の近傍（仮想液晶表示像３５０から反射ミラー２３を通り第２リレーレンズ２１を通るまで）を光学ユニット６００から抜き出した斜視図である。図１３（ａ）の１５００は基体上蓋であり、図１３（ｂ）は、説明のため、この基体上蓋１５００を取り除いた図である。実施例１と同様に、第１リレーレンズ２０などの光学部品は基体５００の所定位置に配置され、基体上蓋１５００により覆い隠されるようになっている。

また、図１３（ｂ）に示すように、回転調整部材１４００のチャック部材１３０４、１３０５と保持部材１１００の保持穴１００３、１００４とを結合している。第２回転調整手段１６００は、基体上蓋１５００、ネジ１００１、保持部材１１００、回転調整部材１４００にて構成される。

図１４は、回転調整部材１４００の斜視図である。回転調整部材１４００は、ネジ止め底面部１３０１と、球状面１３０２とネジ通し穴１３０３と、チャック部材１３０４、１３０５から成り、以下に説明する。

ネジ止め底面部１３０１は、ネジ１００１が回転調整部材１４００で面当てとなるように平面となっている。球状面１３０２は、第１リレーレンズ２０の回転中心１００８を中心とした球面状である。ネジ通し穴１３０３は、ネジ１００１を通すための穴であり、ネジ１００１のネジ径より少し大きい穴となっている。チャック部材１３０４、１３０５は、保持部材１１００の保持穴１００３，１００４と結合する。

図１５は、保持部材１１００及び回転調整部材１４００が取り付く基体上蓋１５００である。上部の曲面が回転調整部材１４００の球状面１３０２と同じ曲率となる球状面１４０１がある。基体上蓋１５００の各部は、実施例１の基体上蓋５１０と球状面１４０１が異なり、その他は同様であるため各部の名称・符号は基体上蓋５１０と同じとし、説明は省略する。

図１６（ａ）は回転中心１００８からＸＹ平面を取った断面図であり、図１６（ｂ）は回転中心１００８からＹＺ平面を取った断面図である。図のように、チャック部材１３０４、１３０５は保持部材１１００の保持穴１００３、１００４と結合している。これは、保持部材１４００の材質を弾性体とし、チャック部材１３０４、１３０５が矢印方向に弾性変形することで、保持部材１１００の保持穴１００３、１００４へ挿入及び結合する。

以下、第１リレーレンズ２０の回転方法を、図１６を用いて説明する。

まず、基体上蓋１５００を挟むようにして、保持部材１１００と回転調整部材１４００を結合する。次に、回転調整部材１４００を球状面１３０２と球状面１４０１が常に密着した状態で動かすことで、第１リレーレンズ２０をθx方向及びθy方向に動かす。これは、球状面１００５、球状面１１０４、球状面１３０２及び球状面１４０１の中心を回転中心１００８と合わせることで、θx、θy方向の回転を行うことができる。

θx、θy方向に動かした後は、ネジ１００１をネジ通し穴１３０３に通し、締結ネジ穴１００２で締めることで、ネジ止め底面部１３０１までネジが回り、締結する。以上により、第１リレーレンズ２０をθx、θy方向に回転した後、固定する。

実施例２の形態に係る投射型映像表示装置の作用については、調整治具１３００を第１リレーレンズ２０の回転移動に使っていること以外は実施例１と同じであり、調整治具１３００の代わりに回転調整部材１４００を手で動かすことで回転移動を行う。

よって、投影型映像表示装置の作用についての説明は省略する。以上、回転調整部材１４００を用いた回転移動手段により、照度分布の偏りがあっても、第１リレーレンズ２０を第２回転調整手段１６００で回転調整することにより、液晶パネル３２に投射される光の照度分布を調整してホワイトバランスの劣化を防ぎながら照度分布の偏りに起因する色むらを低減することができる。

また、上記実施形態によって、実施例１に挙げた効果の他、以下のような効果が得られる。
（１）回転調整部材１４００のネジ止め底面部１３０１を設けることにより、θx、θyの回転調整を行ってもネジ１００１を面全体で圧力をかけて固定することができ、実施例１による線領域への圧力をかけた固定よりも安定した保持力で、より強い締結力を得ることができる。
（２）回転調整部材１４００を手による調整が行えることで、色むら調整を簡易に行うことができる。
（３）回転調整部材１４００にチャック部材１３０４、１３０５と、保持部材１１００に保持穴１００３、１００４とを形成することで、保持部材１１００と回転調整部材１４００を簡易的に取り付けることが出来る。これにより、投射型映像表示装置を組み立てる際に、色むらの調整工程までネジ１００１を取り付ける必要が無く、工具を用いずに取り付けることができるため、生産に適している。

本実施の形態に係る投射型映像表示装置の光学系の模式構成図。 第１リレーレンズの回転調整手段の要部を基体から抜き出した図。 実施例１における第１リレーレンズの回転調整手段の１部品図である、第１リレーレンズを保持する部材を示す図。 実施例１における第１リレーレンズの回転調整手段の１部品図である、第１リレーレンズの回転調整をガイドし、第１リレーレンズを固定する部材を示す図。 実施例１における第１リレーレンズの回転調整手段の構成図。 実施例１における第１リレーレンズの回転調整手段の１部品図である、回転調整手段の外部調整構成図。 実施例１における第１リレーレンズの回転調整手段の断面図。 実施例１における第１リレーレンズの回転調整手段の回転調整を行っている図。 実施例１における第１リレーレンズの回転調整手段の上面・側面構成図。 第１リレーレンズのレンズ面が照明光軸に対して直交するように配置した場合の要部概略図と照度分布を表す図。 第１リレーレンズのレンズ面を照明光軸に対して所定角度傾斜させた状態を表す要部概略図と照度分布を表す図。 照度分布の状態を表した図。 第１リレーレンズの第２回転調整手段の要部を基体から抜き出した図。 実施例２における第１リレーレンズの第２回転調整手段の１部品図である、回転調整構造部材を示す図。 実施例２における第１リレーレンズの第２回転調整手段の１部品図である、第１リレーレンズの回転調整をガイドし、第１リレーレンズを固定する部材を示す図。 実施例２における第１リレーレンズの回転調整手段の断面図。

符号の説明

１…ランプ、２…リフレクタ、３…第１アレイレンズ、４…第２アレイレンズ、５…偏光変換素子、６…集光レンズ、１０、１１…ダイクロイックミラー、１２…反射ミラー、１３、１４…コンデンサレンズ、２０…第１リレーレンズ、２１…第２リレーレンズ、２２…第３リレーレンズ、２３、２４…反射ミラー、３０、３１、３２…液晶パネル、３３…色合成プリズム、３４…投射レンズ、１００…照明光学系、２００…色分離光学系、３００…リレー光学系、３３０…回転調整手段、３５０…仮想液晶表示像、５００…光学ユニットの基体、５１０…光学ユニットの基体の上蓋、６００…光学ユニット、１０００…照明光軸、１００１…ネジ、１００２…締結箇所、１００３、１００４…保持穴、１００５…締結面、１００６…回転軸（Y軸）、１００７…回転軸（X軸）、１００８…回転中心、１１００…保持部材、１１０１、１１０２…調整用長穴、１１０３…固定用長穴、１１０４…球状面、１２００…上面、１２０１、１２０２…チャック部材、１２０４、１２０５…ゴニオステージ、１３００…調整治具、１３０１…ネジ止め底面部、１３０２…球状面、１３０３…ネジ用通し穴、１３０４、１３０５…チャック部材、１４００…回転調整部材、１４０１…球状面、１５００…基体上蓋、１６００…第２回転調整手段

Claims (5)

1. 光源と、
   前記光源から出射された光の照度分布を変更するオプチカルインテグレータと、
   前記オプチカルインテグレータからの光を複数の光に分離する色分離光学系と、
   前記色分離光学系で分離された光をリレーするリレー光学系と、を備え、
   前記リレー光学系は、前記色分離光学系からの光を受ける第１リレーレンズと、前記第１リレーレンズを経た光を反射する反射ミラーと、前記反射ミラーからの光を受ける第２リレーレンズと、を備え、
   前記第１リレーレンズは、前記光源から出射された光の照明光軸に対する、当該第１リレーレンズの傾斜角度を調整する回転調整手段を備え、
   前記光源から前記第１リレーレンズに向う光の光軸方向をＺ軸とし、
   前記反射ミラーから前記第２リレーレンズに向う光の光軸方向をＸ軸とし、
   前記Ｚ軸及び前記Ｘ軸に垂直な方向をＹ軸とし、
   前記回転調整手段は、前記第１リレーレンズを保持する保持部材と、前記保持部材を支持する基体と、を備え、
   前記基体の上部は前記Ｚ軸と前記Ｘ軸に略平行な面とし、前記基体の前記保持部材に接する面を球状とし、
   前記基体の上部は、前記Ｚ軸方向に延在する開口部を有し、
   前記保持部材の、前記基体の上部に接する側に、固定部材が入る固定用穴を設け、
   前記開口部を経て前記固定部材を前記固定用穴に通すことで前記保持部材を固定し、
   前記保持部材を、前記開口部に沿って前記Ｚ軸方向に移動することで、前記第１リレーレンズのＸ軸回りの角度を変更し、
   前記保持部材を、前記固定部材を中心として回転することで、前記Ｙ軸回りの角度を変更する、投射型映像表示装置。
2. 光源と、
   前記光源から出射された光の照度分布を変更するオプチカルインテグレータと、
   前記オプチカルインテグレータからの光を複数の光に分離する色分離光学系と、
   前記色分離光学系で分離された光をリレーするリレー光学系と、を備え、
   前記リレー光学系は、前記色分離光学系からの光を受ける第１リレーレンズと、前記第１リレーレンズを経た光を反射する反射ミラーと、前記反射ミラーからの光を受ける第２リレーレンズと、を備え、
   前記第１リレーレンズは、前記光源から出射された光の照明光軸に対する、当該第１リレーレンズの傾斜角度を調整する回転調整手段を備え、
   前記光源から前記第１リレーレンズに向う光の光軸方向をＺ軸とし、
   前記反射ミラーから前記第２リレーレンズに向う光の光軸方向をＸ軸とし、
   前記Ｚ軸及び前記Ｘ軸に垂直な方向をＹ軸とし、
   前記回転調整手段は、前記第１リレーレンズを保持する保持部材と、前記保持部材を支持する基体と、を備え、
   前記基体の上部は前記Ｚ軸と前記Ｙ軸に略平行な面とし、前記基体の前記保持部材に接する面を球状とし、
   前記基体の上部は、前記Ｚ軸方向に延在する開口部を有し、
   前記保持部材の、前記基体の上部に接する側に、固定部材が入る固定用穴を設け、
   前記開口部を経て前記固定部材を前記固定用穴に通すことで前記保持部材を固定し、
   前記保持部材を、前記開口部に沿って前記Ｚ軸方向に移動することで、前記第１リレーレンズのＹ軸回りの角度を変更し、
   前記保持部材を、前記固定部材を中心として回転することで、前記Ｘ軸回りの角度を変更する、投射型映像表示装置。
3. 前記保持部材の前記基体の上部に接する面が球状である、請求項１又は２記載の投射型映像表示装置。
4. 前記保持部材の前記基体の上部に接する球状面と、前記基体の上部の前記保持部材に接する球状面とが同じ曲率である、請求項１又は２記載の投射型映像表示装置。
5. 前記保持部材の前記基体の上部に接する球状面と、前記基体の上部の前記保持部材に接する球状面とが同じ回転中心を中心とする球状面である、請求項１又は２記載の投射型映像表示装置。

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