JPH0519386A

JPH0519386A - 画像合成投影装置

Info

Publication number: JPH0519386A
Application number: JP3263364A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Tejima; 康幸手島; Nobutaka Minefuji; 延孝峯藤; Yasunori Arai; 保則新井; Takayuki Iizuka; 隆之飯塚
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1991-07-08
Filing date: 1991-07-08
Publication date: 1993-01-29

Abstract

(57)【要約】【目的】光透過型の複数の液晶パネルを透過した光束
を、それぞれの液晶パネルに対応するコンデンサレン
ズ、光束合成手段および投影レンズを介して合成投影す
る画像投影装置において、複数の液晶パネルによる像を
正確に一致させて合成することができる画像合成投影装
置を得ること。【構成】コンデンサレンズを、対応する液晶パネルの
光束出射側に配置し、かつこのコンデンサレンズを、光
軸と直交する方向に位置調節する位置調節手段または
（および）コンデンサレンズ光軸の正規光軸に対する傾
斜角度を調整するチルト調整機構を設けた画像合成投影
装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、光透過型の画像パネル、例えば
液晶パネルを用いた画像合成投影装置に関する。

【０００２】

【従来技術およびその問題点】例えば三板式液晶カラー
プロジェクタは、光源からの白色光束をダイクロイック
ミラーによって赤、緑、青の三色の光束に分光し、この
三色の光束を、それぞれ赤、緑、青の画像情報を表示す
る三枚の液晶パネルに入射させ、この光束を各液晶パネ
ルに対応するコンデンサレンズ等の光束合成手段および
投影レンズを介して、スクリーン上に投影し、カラー画
像を得る。従来装置においては、液晶パネルの光束入射
側にコンデンサレンズが配置されていた。

【０００３】一方、液晶パネルは、入射する光束が平行
光束でないと、光線の角度差により、光の透過率にばら
つきが生じること（透過率の角度依存性）が知られてい
る。従って従来装置のように、液晶パネルの入射側にコ
ンデンサレンズを配置すると、コンデンサレンズによる
集束光が液晶パネルに入射するため、この透過率の角度
依存性が生じ、好ましくない。そこで、最近のこの種の
画像合成投影装置では、液晶パネルの光束出射側にコン
デンサレンズを配置して、液晶パネルに平行光束を入射
させ、出射した光束をコンデンサレンズで集光する構成
がとられている。

【０００４】ところが、このように液晶パネルの出射側
にコンデンサレンズを配置すると、次の新たな問題が生
じることが明らかとなった。すなわち、三板式液晶プロ
ジェクタでは、三枚の液晶パネルによる像を正確に一致
させないと、明瞭な画像が得られない。液晶パネルの出
射側にコンデンサレンズを配置した場合、コンデンサレ
ンズの光軸の投影レンズ光軸からのずれは、特に歪曲収
差に影響が表われる。この場合の歪曲収差は非対称性を
有するため、三枚の液晶パネルそれぞれにおいて、コン
デンサレンズの光軸の正規光軸からのずれ量が異なる
と、三枚の液晶パネルの投影像の形が異なり、投影像を
正碓に一致させることができず、その合成像は、非常に
見苦しい。

【０００５】また台形歪に着目すると、三色の液晶パネ
ル、各液晶パネルに対応するコンデンサレンズ、および
三色の像を合成して投影する投影レンズ等に、取付誤差
がある場合、三色の台形歪が生じ、これらが投影面で重
ならない状態が生じる。従来、この複数の台形歪を除去
し、あるいは重ねるためには、各要素を正確に位置合わ
せする以外に方法がなく、非常に煩雑な調整作業を必要
とした。

【０００６】これに対し、液晶パネルの入射側にコンデ
ンサレンズを配置した場合には、コンデンサレンズ光軸
の正規光軸からのずれは、理論的には照明ムラの原因と
なる。しかし、光軸ずれに対する許容値は大きく、また
歪曲収差および台形歪に対する悪影響は生じない。この
ため従来の画像合成投影装置においては、コンデンサレ
ンズの位置調整について、何ら考慮が払われていなかっ
た。

【０００７】

【発明の目的】本発明は、このような背景に鑑み、複数
の液晶パネルの出射側にそれぞれコンデンサレンズを配
置する画像合成投影装置において、複数の液晶パネルに
よる像を正確に一致させて合成することができる画像合
成投影装置を得ることを目的とする。本発明は特に、複
数のコンデンサレンズによる歪曲収差を含む像、または
（および）台形歪を含む像を、正確に一致させる調整を
簡単に行なうことができる画像合成投影装置を得ること
を目的とする。

【０００８】

【発明の概要】本発明は、その一態様によると、光透過
型の複数の画像パネルを透過した光束を、それぞれの画
像パネルに対応するコンデンサレンズ、光束合成手段お
よび投影レンズを介して合成投影する画像合成投影装置
において、コンデンサレンズを、対応する画像パネルの
光束出射側に配置したこと、およびこのコンデンサレン
ズを、光軸と直交する方向に位置調節する位置調節手段
を設けたことを特徴としている。

【０００９】各コンデンサレンズを光軸と直交する方向
に位置調整可能とすると、歪曲収差を含む複数の像を同
じ形状にすることができ、さらに調整された各コンデン
サレンズと画像パネルを一体にして、それぞれの画像パ
ネルの光軸と直交する方向の相対位置を調整することに
より、複数の像を容易に正確に重ねあわせることができ
る。コンデンサレンズとしては、球面レンズ、非球面レ
ンズ、あるいはフレネルレンズ等を用いることができ
る。

【００１０】さらにコンデンサレンズとして、投影レン
ズ光軸に対して偏心した光軸を有する偏心レンズを用い
ることができる。この偏心レンズによれば、液晶パネル
に対して斜めに光束を入射させて優れた光学特性を得る
ことができ、かつその偏心量の設定により、上記と同様
の作用効果が得られる。

【００１１】また本発明は、別の態様によると、光透過
型の複数の画像パネルを透過した光束を、それぞれの画
像パネルに対応するコンデンサレンズ、光束合成手段お
よび投影レンズを介して合成投影する画像合成投影装置
において、コンデンサレンズを、対応する画像パネルの
光束出射側に配置したこと、およびこのコンデンサレン
ズ光軸の正規光軸に対する傾斜角度を調整するチルト調
整機構を設けたことを特徴としている。このようなチル
ト調整機構を設けると、台形歪を修正する調整を簡単に
行なうことができる。

【００１２】本発明の画像合成投影装置は、調整後の状
態において捕らえれば、コンデンサレンズの光軸と投影
レンズの光軸とが不一致であることに特徴がある。ある
いはさらに画像パネルの中心が投影レンズの光軸からず
れていると捕らえることもできる。

【００１３】

【実施例】以下図示実施例について本発明を説明する。
図１は、本発明が対象とする画像合成投影装置の一例を
示すもので、白色照明光を発する光源１０から発した平
行光束は、コールドミラー１１で反射した後、Ｒダイク
ロイックミラー１２およびＢダイクロイックミラー１３
によって反射および分離される。

【００１４】Ｒダイクロイックミラー１２は、Ｒ（赤）
成分のみを反射し、その反射光は、アルミミラー１４で
反射した後、Ｒ液晶ユニット１５に入射する。Ｒ液晶ユ
ニット１５を出た光束は、Ｒ成分を透過するＢダイクロ
イックミラー１６およびＢ（青）成分およびＲ成分を透
過するＧダイクロイックミラー１７を透過した後、投影
レンズ１８に入射する。

【００１５】Ｂダイクロイックミラー１３は、Ｂ成分の
みを反射し、その反射光は、Ｂ液晶ユニット２０に入射
する。Ｂ液晶ユニット２０を出た光束は、Ｂダイクロイ
ックミラー１６で反射し、Ｇダイクロイックミラー１７
を透過した後、投影レンズ１８に入射する。

【００１６】一方、Ｒダイクロイックミラー１２および
Ｂダイクロイックミラー１３を透過した光束は、Ｇ
（緑）液晶ユニット２１に入射し、アルミミラー２２お
よびＧダイクロイックミラー１７で反射した後、投影レ
ンズ１８に入射する。

【００１７】Ｒ液晶ユニット１５は、Ｒ液晶パネル１５
Ｐと、このＲ液晶パネル１５Ｐの出射側に配置されたコ
ンデンサレンズ１５Ｌを有している。同様に、Ｂ液晶ユ
ニット２０は、Ｂ液晶パネル２０Ｐと、このＢ液晶パネ
ル２０Ｐの出射側に配置されたコンデンサレンズ２０Ｌ
を有し、Ｇ液晶ユニット２１は、Ｇ液晶パネル２１Ｐ
と、このＧ液晶パネル２１Ｐの出射側に配置されたコン
デンサレンズ２１Ｌを有している。Ｒ液晶パネル１５Ｐ
は、投影すべきカラー画像の赤色の画像情報を出力し、
Ｂ液晶パネル２０Ｐは青色の画像情報を出力し、Ｇ液晶
パネル２１Ｐは緑色の画像情報を出力する。そして、こ
れらの画像情報が、以上の光学系により重ね合わされ、
投影レンズ１８を介してスクリーン上に投影される。

【００１８】コンデンサレンズ１５Ｌ、２０Ｌおよび２
１Ｌはそれぞれ、Ｒ液晶パネル１５Ｐ、２０Ｐおよび２
１Ｐの出射側に配置されている。つまり、コンデンサレ
ンズ１５Ｌ、２０Ｌおよび２１Ｌには、光源１０からの
平行光束が入射し、従って、これらは光線の角度による
透過率変化（減少）を生じることがない。またこれらの
コンデンサレンズ１５Ｌ、２０Ｌおよび２１Ｌは、対応
する液晶パネル１５Ｐ、２０Ｐおよび２１Ｐを透過した
光束をそれぞれ投影レンズ１８の瞳に集光させる。

【００１９】各液晶ユニット１５（２０、２１）は、コ
ンデンサレンズ１５Ｌ（２０Ｌ、２１Ｌ）を光軸と直交
する方向に位置調節する位置調節機構を備えている。図
４および図５は、その第一の実施例を示すもので、平行
平面板からなる基板２５には、開口２６が形成され、こ
の開口２６の一側に各液晶パネル１５Ｐ（２０Ｐ、２１
Ｐ）が固定されている。基板２５には、開口２６の他側
に、コンデンサレンズ１５Ｌ（２０Ｌ、２１Ｌ）が接触
しており、上下の板ばね２７によって、該開口２６に挟
着されている。板ばね２７は、一端を固定ねじ２９によ
って基板２５に固定したものである。従って、この板ば
ね２７の力に抗し、基板２５表面に沿ってコンデンサレ
ンズ１５Ｌ（２０Ｌ、２１Ｌ）を移動させることによ
り、該レンズを光軸Ｏと直交する方向に位置調節するこ
とができる。

【００２０】図６および図７は、位置調節機構の別の例
を示す。この実施例は、コンデンサレンズ１５Ｌ（２０
Ｌ、２１Ｌ）の支持機構が異なるだけで、基本構成は図
４および図５の実施例と同じである。コンデンサレンズ
１５Ｌ（２０Ｌ、２１Ｌ）は、その外縁部三か所に、遊
孔３０を有し、この遊孔３０に、基板２５に螺合固定さ
れた固定ねじ３１が挿通されている。固定ねじ３１の頭
部３１ａとワッシャ３２との間には、圧縮ばね３３が挿
入されていて、コンデンサレンズ１５Ｌ（２０Ｌ、２１
Ｌ）を基板２５側に押し付けている。従って、この実施
例によれば、遊孔３０と固定ねじ３１との間のクリアラ
ンスだけ、コンデンサレンズ１５Ｌ（２０Ｌ、２１Ｌ）
を光軸Ｏと直交する方向に位置調節することができる。

【００２１】図２および図３は、図１の光学系による合
成投影像について、特にコンデンサレンズ１５Ｌ、２０
Ｌおよび２１Ｌの歪曲収差に着目した調節後と調節前の
模式図である。いま各液晶ユニット１５、２０および２
１のいずれか一つのコンデンサレンズの光軸Ｏが正規の
光軸上に位置しているとし、そのときの歪曲収差を含む
像が、図３に実線で示す像Ｘとして表われているとす
る。これに対し、他の２つのコンデンサレンズの光軸Ｏ
が正規光軸からずれていると、その像は、歪曲収差の非
対称性により、破線で示す像Ｙ、および二点鎖線で示す
像Ｚとして表われ、像Ｘと一致しない。像Ｙは、光軸Ｏ
が短辺方向にずれた場合、像Ｚは、同長辺方向にずれた
場合を示している。このように三色の像が一致しない
と、合成像は非常に見苦しい像となる。

【００２２】本発明によると、このような三色の像のず
れを簡単に調整することができる。すなわち、上の例で
は像Ｙおよび像Ｚについてのコンデンサレンズを光軸と
直交する所定の方向に動かし、像Ｘに重ねる調整を行な
う。すなわち図４および図５の実施例では、板ばね２７
の力に抗し基板２５表面に沿わせて、また図６および図
７の実施例では、圧縮ばね３３の力に抗し、同様に基板
２５の表面に沿わせて、コンデンサレンズ１５Ｌ、２０
Ｌまたは２１Ｌを光軸Ｏと直交する所定の方向に動かせ
ばよい。調整が完了すると、図２のように、三つの像
Ｘ、Ｙ、Ｚが重なる。この調整は、投影像を見ながら行
なうことができる。

【００２３】図８は、本発明を適用する画像合成投影装
置の他の例を示すものである。この画像合成投影装置
は、画像合成手段として、ダイクロイックプリズム４０
を用いたもので、図１の装置と同一の構成要素には同一
の符号を付している。ダイクロイックプリズム４０は、
図示例では、互いに直交するＲ反射面４１とＢ反射面４
２を有する周知のもので、これによって合成された像が
投影レンズ１８を介してスクリーン４４に投影される。

【００２４】この例においても、各液晶ユニット１５、
２０および２１内のコンデンサレンズ１５Ｌ、２０Ｌお
よび２１Ｌは、例えば図４ないし図７に示す機構によ
り、それぞれその光軸Ｏと直交する方向に位置調整可能
である。従って、先の実施例と同じ作用を得ることがで
きる。

【００２５】以上の実施例のように、コンデンサレンズ
と投影レンズとの間に、光軸と直交する方向のシフト系
を設けることにより、投影系の中心をコンデンサレンズ
光軸とずれた位置に歪なく投影することができる。

【００２６】図９は、本発明の別の実施例を示す。この
実施例は、特開昭６２−１９８３４号広報で提案された
偏心レンズを用いた光学系を本発明に適用したものであ
る。液晶パネルは、平行光を斜めに入射させた方がその
光学特性が良い。そこで、同図に示すように、液晶パネ
ル１５Ｐ、２０Ｐおよび２１Ｐに対して、対応する色の
光束Ｆを斜めに入射させるとともに、これらの液晶パネ
ルの光束出射側に、コンデンサレンズとしての偏心フレ
ネルレンズ１５Ｆ、２０Ｆおよび２１Ｆを配置し、これ
らの偏心フレネルレンズを通過した光束を単一の投影レ
ンズ１８に入射させている。偏心フレネルレンズ１５
Ｆ、２０Ｆおよび２１Ｆの光軸ＯＦは、投影レンズ１８
の光軸Ｏに対して距離ｅだけ偏心している。図では、三
枚の液晶パネル１５Ｐ、２０Ｐおよび２１Ｐの像の合成
光学系は省略している。勿論偏心フレネルレンズは、フ
レネル以外の偏心レンズでもよい。

【００２７】この実施例によれば、コンデンサレンズと
して偏心フレネルレンズを用いることにより小型化がで
き、この偏心フレネルレンズ１５Ｆ、２０Ｆおよび２１
Ｆの偏心量（コンデンサレンズ１８との偏心量）を調整
（設定）することにより、先の実施例と同様に、三枚の
液晶パネル１５Ｐ、２０Ｐおよび２１Ｐの形状を同一と
することができ、正しい合成画像を得ることができる。

【００２８】次に図１０ないし図１３は、コンデンサレ
ンズ１５Ｌ、２０Ｌおよび２１Ｌによる台形歪を重ねる
ためのチルト調整機構５０の原理を示すものである。コ
ンデンサレンズ１５Ｌ、２０Ｌおよび２１Ｌは、先の実
施例と同じく、液晶パネル１５Ｐ、２０Ｐおよび２１Ｐ
の光線出射側に配置されている。そしてこのコンデンサ
レンズ１５Ｌ、２０Ｌおよび２１Ｌは、正規光軸Ｏ（該
コンデンサレンズ光軸ＣＯ）と直交する、直交二軸Ｐお
よびＱを中心にそれぞれ回動調整可能となっている。こ
のような回動調整機構自体は各種知られており、本発明
は、調整機構自体の構成を問うものではないので、図示
を省略する。このように、コンデンサレンズ１５Ｌ、２
０Ｌおよび２１Ｌにチルト機構５０を設けると、台形歪
を除去し、あるいはその方向を調整することが可能とな
る。

【００２９】図１３は、３色の台形歪が重ならない場合
の模式図である。この図では、実線、破線、および二点
鎖線で示す台形歪Ｄ１、Ｄ２およびＤ３が重なっていな
い。従来装置においては、このような不一致な台形歪が
生じた場合、コンデンサレンズ、液晶パネル、投影レン
ズ等の要素の位置を正確に再調整する以外に方法がなか
った。ところが本発明によると、チルト機構５０によっ
てコンデンサレンズ１５Ｌ、２０Ｌおよび２１Ｌの光軸
ＣＯの方向を変化させることにより、この台形歪を修正
することができ、像を重ね合わせることができる。従っ
て、簡単に台形歪の調整ができる。

【００３０】チルト機構５０は、図１０に示すように、
コンデンサレンズ１５Ｌ、２０Ｌおよび２１Ｌのみを可
動にしても、図１１に示すように、液晶パネル１５Ｐ、
２０Ｐおよび２１Ｐが一体に回動するようにしてもよ
い。

【００３１】図１４は、従来例を示す。この従来例は、
図１に対応するもので、各液晶パネル１５Ｐ、２０Ｐお
よび２１Ｐの入射側にコンデンサレンズ１５Ｌ、２０Ｌ
および２１Ｌが位置している。この従来例では、各液晶
パネル１５Ｐ、２０Ｐおよび２１Ｐに、平行光束でなく
角度を持った光が入射するので、透過率に角度異存性が
生じる。一方、コンデンサレンズ１５Ｌ、２０Ｌおよび
２１Ｌの光軸と直交する方向へのずれは、照明光の集光
位置が投影レンズ１８の光軸からシフトすることに相当
し、照明ムラの原因となるが、このずれは許容度が高
く、また本発明が問題としたような像の位置ずれは生じ
ない。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明の画像合成投影装置
によれば、複数の像を合成投影する画像合成投影装置に
おいて、各透過型画像パネルに対応するコンデンサレン
ズを、画像パネルの光束出射側に配置したため、画像パ
ネルに平行光束を入射させることができ、従って、画像
パネルの光束透過率を角度異存性のない良好なものとす
ることができる。そして、このコンデンサレンズを、光
軸と直交する方向に位置調節する位置調節手段を設けた
ので、歪曲収差の非対称性を修正することができ、複数
の画像を正しく重ね合わせて、高精度の画像を得ること
ができる。請求項５および６の画像合成投影装置によれ
ば、複数の投影像の台形歪をなくし、あるいは少なくと
も重ねる調整をチルト調整機構によって簡単に行なうこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の対象とする投影装置の一例を示す光学
系統図である。

【図２】図１の投影装置による歪曲収差の例を示す正面
図である。

【図３】図１の投影装置による歪曲収差の他の例を示す
正面図である。

【図４】本発明の画像調整装置の一実施例を示す正面図
である。

【図５】図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【図６】本発明の画像調整装置の他の実施例を示す正面
図である。

【図７】図６のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

【図８】本発明の対象とする投影装置の他の例を示す光
学系統図である。

【図９】本発明の画像調整装置の他の実施例を示す光学
系統図である。

【図１０】本発明の画像合成投影装置の他の実施例を示
す要部の斜視図である。

【図１１】図１０の装置によるコンデンサレンズのチル
トの状態を誇張して示す光学図である。

【図１２】コンデンサレンズと液晶パネルを同時にチル
トさせる状態を誇張して示す光学図である。

【図１３】複数の液晶パネルによる像の台形歪が重なら
ない状態を誇張して示す正面図である。

【図１４】従来の投影装置の光学系統図である。

【符号の説明】

１０光源１２１３１６１７ダイクロイックミラー１５２０２１液晶ユニット１５Ｐ２０Ｐ２１Ｐ液晶パネル１５Ｌ２０Ｌ２１Ｌコンデンサレンズ１５Ｆ２０Ｆ２１Ｆ偏心フレネルレンズ２５基板２６開口２７板ばね２９固定ねじ３０遊孔３１固定ねじ３２ワッシャ３３圧縮ばね４０ダイクロイックプリズム５０チルト機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者飯塚隆之東京都板橋区前野町２丁目36番９号旭光学工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光透過型の複数の画像パネルを透過した
光束を、それぞれの画像パネルに対応するコンデンサレ
ンズ、光束合成手段および投影レンズを介して合成投影
する画像合成投影装置において、上記コンデンサレンズが、対応する画像パネルの光束出
射側に配置されていること、および、このコンデンサレンズを、光軸と直交する方向に位置調
節する位置調節手段を有すること、を特徴とする画像合
成投影装置。
【請求項２】光透過型の複数の画像パネルを透過した
光束を、それぞれの画像パネルに対応するコンデンサレ
ンズ、光束合成手段および投影レンズを介して合成投影
する画像合成投影装置において、上記コンデンサレンズが、対応する画像パネルの光束出
射側に配置されていること、および、このコンデンサレンズが、投影レンズ光軸に対して偏心
した光軸を有する偏心レンズからなっていること、を特
徴とする画像合成投影装置。
【請求項３】光透過型の複数の画像パネルを透過した
光束を、それぞれの画像パネルに対応するコンデンサレ
ンズ、光束合成手段および投影レンズを介して合成投影
する画像合成投影装置において、上記コンデンサレンズの光軸と、投影レンズの光軸とが
不一致であることを特徴とする画像合成投影装置。
【請求項４】請求項２または３において、画像パネル
の中心が投影レンズの光軸からずれている画像合成投影
装置。
【請求項５】光透過型の複数の画像パネルを透過した
光束を、それぞれの画像パネルに対応するコンデンサレ
ンズ、光束合成手段および投影レンズを介して合成投影
する画像合成投影装置において、上記コンデンサレンズが、対応する画像パネルの光束出
射側に配置されていること、および、このコンデンサレンズ光軸の正規光軸に対する傾斜角度
を調整するチルト調整機構を有すること、を特徴とする
画像合成投影装置。
【請求項６】請求項５において、チルト調整機構は、
コンデンサレンズとこれに対応する画像パネルとを一体
に回動させる画像合成投影装置。