WO2018042523A1 - 合成光学系、投写型表示装置及び光軸調整方法 - Google Patents

合成光学系、投写型表示装置及び光軸調整方法 Download PDF

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light source
optical system
combining
adjustment
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Inventor
俊介 岡澤
Original Assignee
Ｎｅｃディスプレイソリューションズ株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details

Definitions

  • the present invention relates to a combining optical system that combines a plurality of lights, a projection display device including the combining optical system, and an optical axis adjustment method for the combining optical system.
  • a projection display device in order to suppress a decrease in the brightness of the projected image and to prevent a portion of the image from being lost around the projected image, the light emitted from the light source is irradiated according to the video signal. Therefore, it is necessary to accurately irradiate an image forming element that modulates light. Therefore, relatively high positioning accuracy is required for optical components such as lenses, mirrors, and prisms arranged on the optical path from the light source to the image forming element.
  • Patent Documents 1 and 2 describe optical component positioning technology.
  • a lens that finally determines an irradiation region for an image forming element is attached so as to be adjustable in a direction orthogonal to the optical axis (X, Y direction) and an optical axis direction (Z direction).
  • X, Y direction the optical axis
  • Z direction an optical axis direction
  • an L-shaped guide hole is provided in a support member that supports an optical component (fluorescent unit), and the optical component is fixed to the pedestal through the guide hole so that the position of the optical component can be adjusted.
  • the structure made is described.
  • Patent Document 2 discloses a structure for fixing an optical component (fluorescence unit) as close as possible to a condensing lens that emits light from a light source to the optical component so as not to contact the condensing lens. Is shown. Therefore, the technique described in Patent Document 2 is not for adjusting the position of the optical component with high accuracy.
  • JP 10-115803 A Japanese Patent Laying-Open No. 2015-166804
  • the synthesis optical system of the present invention is a synthesis optical system that synthesizes the light emitted from the first light source and the light emitted from the second light source, A housing, A synthetic optical element that reflects the light emitted from the first light source and the light emitted from the second light source and emits the light in the same direction; A first light source relay lens for guiding light emitted from the first light source to the combining optical element; A second light source relay lens for guiding light emitted from the second light source to the combining optical element; A combined relay lens that guides the combined light output from the combining optical element to an optical component;
  • the synthetic relay lens has a plurality of lenses, and an adjustment lens arranged at a position closest to the optical component among the plurality of lenses is movable.
  • the projection display device of the present invention is The synthetic optical system; An optical component on which light emitted from the synthetic optical system is incident; An image forming element irradiated with light emitted from the optical component; A projection optical system for projecting light modulated by the image forming element; Is provided.
  • the optical axis adjustment method of the present invention is an optical axis adjustment method of a composite optical system, An illuminometer is placed instead of the synthetic prism, Emitting laser light for adjusting the optical axis toward the combining prism through the combining relay lens; In this method, the adjustment lens is moved in a direction orthogonal to the optical axis to maximize the luminance of the laser light detected by the illuminometer.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a projection display apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration example of the combining optical system illustrated in FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a configuration example of an axis adjusting device used in the axis adjusting process of the adjusting laser beam.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of the adjustment laser beam axis adjustment process.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a configuration example of an optical axis adjusting device used in the optical axis adjusting step of the combining optical system.
  • FIG. 6 is a plan view showing a configuration example of the optical axis adjusting jig shown in FIG. FIG.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of the optical axis adjustment process of the combining optical system.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an example of an adjustment mechanism of the adjustment lens.
  • FIG. 9 is a schematic diagram illustrating an example of an adjustment mechanism of the adjustment lens.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of the projection display apparatus of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration example of the combining optical system shown in FIG.
  • the projection display apparatus shown in FIG. 1 includes a first light source 1a, a second light source 1b, a combining optical system 2, a light tunnel 3, a condensing lens 4, a light modulation unit 5, and a projection optical system 6.
  • a xenon lamp, an ultrahigh pressure mercury lamp, or a semiconductor light emitting element such as a laser diode or an LED (Light Emitting Diode) is used.
  • the first light source 1a, the second light source 1b, and the combining optical system 2 can be detached from the projection display device.
  • the combining optical system 2 combines and outputs the light emitted from the first light source 1a and the second light source 1b.
  • the projection display apparatus shown in FIG. 1 is a configuration example using combined light obtained by combining light emitted from two light sources in order to obtain brighter projection light.
  • the projection display device shown in FIG. 1 shows an example in which light emitted from two light sources is combined. However, the projection display device may be configured to combine light emitted from three or more light sources.
  • the light tunnel 3 makes the luminance distribution of the light output from the combining optical system 2 uniform and outputs it.
  • the condensing lens 4 condenses the light emitted from the light tunnel 3 and irradiates the light modulator 5.
  • a hollow object is used for the light tunnel 3, but a solid rod integrator may be used.
  • the light modulator 5 includes an image forming element, and forms an image corresponding to the irradiated light by optically modulating the irradiated light by the image forming element in accordance with a video signal supplied from a video processing circuit (not shown). .
  • a DMD Digital Micro-mirror Device
  • a liquid crystal panel, or the like is used as the image forming element.
  • the projection optical system 6 projects the image formed on the light modulation unit 5 onto the screen 7.
  • the combining optical system 2 includes a first light source relay lens group 21, a second light source relay lens group 22, a combining prism 23, and a combining light relay lens 24.
  • the light emitted from the first light source 1a is guided onto or near the combining prism 23 by the first light source relay lens group 21 to form an image of the first light source (first light source image).
  • the light emitted from the second light source 1b is guided onto or near the combining prism 23 by the second light source relay lens group 22 to form an image of the second light source (second light source image).
  • the combining prism 23 reflects the light emitted from the first light source 1 a and the light emitted from the second light source 1 b in the same direction and enters the combined light relay lens 24.
  • the combining prism 23 is an example of a combining optical element. Note that two reflecting mirrors may be used instead of the combining prism 23.
  • the combined light relay lens 24 forms an image of the first light source image and the second light source image formed on or near the combining prism 23 on or near the incident surface of the light tunnel 3.
  • the first light source relay lens group 21 includes a plano-convex lens L1-Ry11 and a biconvex lens L1-Ry12.
  • the second light source relay lens group 32 includes a plano-convex lens L2-Ry11 and a biconvex lens L2-Ry12.
  • the composite light relay lens 24 includes three plano-convex lenses Ry21, Ry22, and Ry23.
  • the optical path from the first light source 1a to the combining prism 23 is folded by the first reflecting mirror M1, and the optical path from the second light source 1b to the combining prism 23 is folded by the second reflecting mirror M2. Further, the optical path from the combining prism 23 to the light tunnel 4 is folded using the third reflecting mirror M3 and the fourth reflecting mirror M4. By using these reflecting mirrors M1 to M4, the synthesis optical system 3 can be downsized.
  • the first light source relay lens group 21, the second light source relay lens group 22, the synthesis prism 23, and the relay lens group 24 shown in FIG. 2 are housed in a predetermined housing and installed on the optical path shown in FIG. Is fixed.
  • the plano-convex lens Ry23 closest to the light tunnel 4 adjusts the optical axis from the composite prism 23 to the light tunnel 4. Used as an adjustment lens. Therefore, the adjustment lens (plano-convex lens Ry23) is installed so as to be movable in a direction ( ⁇ X direction, ⁇ Y direction) orthogonal to the optical axis.
  • the first light source image and the second light source image formed on or near the combining prism 23 shown in FIG. 2 are connected on or near the incident surface of the light tunnel 3. It is necessary to adjust the optical axis from the combining prism 23 to the light tunnel 4 so as to image. Therefore, in this embodiment, laser light (adjustment laser light) is incident from the emission side (light tunnel 4 side) of the synthesis optical system 2, and the adjustment laser light is emitted at the position of the synthesis prism 23 shown in FIG.
  • the plano-convex lens Ry23 (adjustment lens) included in the composite light relay lens 24 is moved in the direction ( ⁇ X direction, ⁇ Y direction) orthogonal to the optical axis so that the luminance of the composite light relay lens 24 is maximized.
  • the optical axis adjustment method of the present embodiment has two stages: an axis adjustment process for adjustment laser light used for optical axis adjustment, and an optical axis adjustment process by an adjustment lens using the adjustment laser light after axis adjustment.
  • FIG. 3 is a perspective view showing an example of the configuration of an axis adjustment device used in the axis adjustment process of the adjustment laser beam
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of the axis adjustment process of the adjustment laser beam.
  • the 3 includes a laser oscillator 101 that emits an adjustment laser beam, a first stage 102 that adjusts the inclination of the adjustment laser beam emitted from the laser oscillator 101 in the vertical direction with respect to the axial direction, and The second stage 103 for adjusting the adjustment laser light emitted from the laser oscillator 101 in the direction (X direction, Y direction) orthogonal to the axis thereof, and the adjustment laser light emitted from the laser oscillator 101
  • a first target 104 and a second target 105 serving as reference positions used for axis adjustment, and a control unit 10 that controls operations of the laser oscillator 101, the first stage 102, and the second stage 103 are provided.
  • the laser oscillator 101 is attached to the first stage 102, and the first stage 102 including the laser oscillator 101 is attached on the second stage 103.
  • the first target 104 and the second target 105 are provided with pinholes for allowing the adjustment laser light to pass through.
  • the first target 104 and the second target 105 have respective pinholes from the adjustment lens to the synthesis prism 23.
  • an optical sensor is installed in the vicinity of the pinhole included in the first target 104 and the second target 105, and it is detected by the optical sensor whether the adjustment laser beam has passed through the pinhole.
  • the control unit 10 controls the on / off operation of the drive current for the laser oscillator 101, the tilt adjustment of the laser oscillator 101 by the first stage 102, and the movement adjustment of the laser oscillator 101 by the second stage 103.
  • the control unit 10 detects whether or not the adjustment laser light has passed through the pinhole by an optical sensor included in the first target 104 and the second target 105 when adjusting the axis of the adjustment laser light.
  • Each of the first stage 102 and the second stage 103 is operated so as to pass through the pinhole.
  • the control unit 10 can be realized by an information processing device (computer) including a CPU (Central Processing Unit) that executes processing according to a program and a storage device.
  • CPU Central Processing Unit
  • step S1 when adjusting the axis of the adjustment laser light, the control unit 10 turns on the adjustment laser light by the laser oscillator 101 (step S1), and the adjustment laser light causes the pinhole of the first target 104 to be turned on.
  • the laser oscillator 101 is moved in the X direction and the Y direction by the second stage 103 so as to pass (step S2).
  • step S3 the control unit 10 determines whether or not the adjustment laser light passes through the pinhole of the first target 104 (step S3), and the adjustment laser light does not pass through the first target 104. Returns to the process of step S2 and repeats the adjustment process by the second stage 103.
  • the control unit 10 determines whether the adjustment laser light passes through the pinhole of the second target 105 (step) S4).
  • the control unit 10 adjusts the tilt of the laser oscillator 101 by the first stage 102, returns to the process of step S 2, and returns to the laser oscillator by the second stage 103.
  • the adjustment process in the X direction and the Y direction 101 is repeated. If the adjustment laser light passes through the second target 105, the process is terminated.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a configuration example of an optical axis adjustment device used in the optical axis adjustment step of the synthetic optical system
  • FIG. 6 is a plan view showing a configuration example of the optical axis adjustment jig shown in FIG. It is.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of the optical axis adjustment process of the combining optical system.
  • FIG. 6 shows a configuration example of the optical axis adjustment jig 110 viewed from the plano-convex lens Ry21 side that constitutes the composite light relay lens 24 shown in FIG.
  • the synthesis prism 23 of the synthesis optical system 2 is removed, and the optical axis adjustment jig 110 is installed at the removed part, and the axis adjustment is completed.
  • the laser oscillator 101 is disposed on the emission side of the synthesis optical system 2. Since the adjustment laser light has its axes adjusted with respect to the first target 104 and the second target in the axis adjustment step, the laser oscillator 101, the first stage 102, and the second stage are disposed on the emission side of the synthesis optical system 2.
  • a first target 104 is installed together with 103.
  • the adjustment laser light emitted from the laser oscillator 101 is irradiated to a later-described passage hole 204 of the optical axis adjustment jig 110 or the vicinity thereof through the first target 104 and the composite optical relay lens 24.
  • the optical axis adjusting jig 110 has a configuration in which a shielding plate 202 and an illuminance meter 203 are fixed to a holder 201 whose outer shape and dimensions match those of the synthetic prism 23.
  • the shielding plate 202 is provided with a passage hole 204, and the adjustment laser light emitted from the laser oscillator 101 and passed through the composite light relay lens 24 of the composite optical system 2 is incident on the illuminometer 203 through the passage hole 204.
  • the holder 201 is fixed to a housing (not shown) of the combining optical system 2 by a fixing screw 205 so that the passage hole 204 is positioned at the emitting portion of the combining prism 23.
  • the plano-convex lens Ry23 provided in the composite optical relay lens 24 shown in FIG. 2 is used as an adjustment lens.
  • the control unit 10 emits laser light for adjusting the optical axis from the adjustment lens (plano-convex lens Ry23) toward the synthesis prism 23 via the synthesis light relay lens 24 during the optical axis adjustment process of the synthesis optical system 2.
  • the adjustment lens is moved by a driving device that shifts in a direction (X direction, Y direction) perpendicular to the optical axis to be adjusted, and the luminance of the laser light detected by the illuminometer 203 is maximized.
  • the control unit 10 when adjusting the optical axis of the synthesis optical system 2, the control unit 10 turns on the adjustment laser light by the laser oscillator 101 (step S11), and the adjustment lens (Ry23) of the synthesis optical system 2 Is shifted in the X direction (step S12), and it is determined whether or not the value of the illuminance meter 203 is the maximum luminance (step S13). If the value of the illuminometer 203 is not the maximum luminance, the process returns to step S12 and is repeated until the value of the illuminometer 203 reaches the maximum luminance.
  • control unit 10 shifts the adjustment lens (Ry23) of the synthesis optical system 2 in the Y direction (step S14), and determines whether or not the value of the illuminometer 203 is the maximum luminance (step S15). ). If the value of the illuminometer 203 is not the maximum luminance, the process returns to step S14 and is repeated until the value of the illuminometer 203 reaches the maximum luminance.
  • FIGS. 8 and 9 are schematic diagrams illustrating an example of an adjustment mechanism of the adjustment lens.
  • FIG. 8 shows an example of an adjustment mechanism for shifting the adjustment lens in the Y direction (vertical direction)
  • FIG. 9 shows an example of an adjustment mechanism for shifting the adjustment lens in the X direction (direction perpendicular to the vertical direction).
  • Show. 8 and 9 show an example of a mechanism for manually shifting in the Y direction and the X direction. If a known driving device for moving the structure in the Y direction and the X direction is attached to the mechanism shown in FIGS. 8 and 9, the control mechanism 10 can control the adjusting mechanism.
  • the adjustment lens (Ry23) is held by a support member 301, and one end of a screw 303 is rotatably inserted into a guide 302 attached to the support member 301.
  • the other end of the screw 303 is fixed to a holding member 304 that holds the support member 301 in a slidable manner.
  • the adjusting lens held by the support member 301 can be shifted in the Y direction with respect to the holding member 304 by rotating the screw 303 as shown in FIG.
  • the holding member 304 shown in FIG. 8 is further attached to the case 305 of the synthesis optical system 2 so as to be slidable in the X direction.
  • the holding member 304 is provided with a notch 306 for shifting the holding member 304 with the case 305 as a fulcrum.
  • the holding member 304 can be moved in the X direction with respect to the case 305 by rotating, for example, the tip 307 of the minus driver in contact with the notch 306.
  • the adjustment mechanism of the adjustment lens is not limited to the mechanism shown in FIGS. 8 and 9, and any other mechanism may be adopted.
  • the adjustment laser beam is adjusted in axis, and the adjusted adjustment laser beam is incident from the emission side (light tunnel 4 side) of the synthesis optical system 2 and is combined as shown in FIG.
  • the adjustment lens included in the composite light relay lens 24 is arranged in a direction ( ⁇ X direction, ⁇ Y direction) perpendicular to the optical axis so that the luminance of the adjustment laser light is maximized at the position of the prism 23. adjust. Therefore, unlike the technique described in Patent Document 1, there is no need for a complicated adjustment mechanism for making the lens adjustable in three axial directions. Therefore, the optical axis from the combining prism 23 to the light tunnel 4 can be adjusted with a simple configuration.
  • the optical axis from the combining prism 23 to the light tunnel 4 can be adjusted with relatively high accuracy. Therefore, the optical axis from the combining prism 23 to the light tunnel 4 can be adjusted with relatively high accuracy and with ease.
  • the synthetic optical system 2 of the present invention can be detached from the projection display device, and the optical axis of the synthetic optical system 2 can be adjusted with a jig. Therefore, if the composite optical system 2 is created separately and its optical axis is adjusted, the assembly and adjustment of the projection display device are facilitated. Further, even when a failure occurs or fails in the combining optical system 2, another combining optical system 2 whose optical axis has been adjusted can be incorporated. In this way, the assembly of the projection display device is facilitated, and the operation cost can be reduced.

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Abstract

第１光源から出射された光と第２光源から出射された光とを合成する合成光学系は、筐体と、第１光源から出射された光と第２光源から出射された光とを反射し、同一方向へ出射する合成光学素子と、第１光源から出射された光を合成光学素子まで導く第１光源用リレーレンズと、第２光源から出射された光を合成光学素子まで導く第２光源用リレーレンズと、合成光学素子から出力される合成後の光を光学部品に導く合成リレーレンズとを有し、合成リレーレンズは複数のレンズを有し、複数のレンズのうち光学部品に最も近い位置に配置される調整レンズが移動可能になっている。

Description

合成光学系、投写型表示装置及び光軸調整方法
　本発明は、複数の光を合成する合成光学系、合成光学系を備える投写型表示装置及び合成光学系の光軸調整方法に関する。
　投写型表示装置において、投写画像の明るさの低下を抑制するため、また投写映像の周辺で画像の一部が欠けないようにするには、光源で発光された光を映像信号にしたがって照射光を光変調する画像形成素子上に正確に照射する必要がある。そのため、光源から画像形成素子までの光路上に配置されるレンズ、ミラー、プリズム等の光学部品には、比較的高い位置決め精度が要求される。
　光学部品の位置決め技術については、例えば特許文献１や２に記載されている。
　特許文献１では、画像形成素子に対する照射領域を最終的に決定するレンズを、その光軸と直交する方向（Ｘ、Ｙ方向）及び光軸方向（Ｚ方向）にそれぞれ調整可能に取り付けることで、画像形成素子に対する光源からの光の照射領域を微調整することが記載されている。
　また、特許文献２には、光学部品（蛍光ユニット）を支持する支持部材にＬ字状のガイド穴を設け、該ガイド穴を通して光学部品を台座に固定することで、光学部品の位置を調整可能にした構造が記載されている。
　しかしながら、特許文献１に記載された技術では、レンズを３軸方向に調整可能に取り付けるために複雑な調整機構が必要となる。そのため、該調整機構を含む投写型表示装置のコストが上昇する課題がある。
　一方、特許文献２は、光学部品（蛍光ユニット）を、該光学部品に対して光源からの光を照射する集光レンズにできるだけ近づけつつ、該集光レンズと接触しないように固定するための構造を示したものである。そのため、特許文献２に記載された技術は、高い精度で光学部品の位置を調整するためのものではない。
特開平１０－１１５８０３号公報 特開２０１５－１６６８０４号公報
　本発明は、比較的高い精度で簡易に光学部品の光軸を調整できる合成光学系、投写型表示装置及び光軸調整方法を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため本発明の合成光学系は、第１光源から出射された光と第２光源から出射された光とを合成する合成光学系であって、
　筐体と、
　前記第１光源から出射された光と前記第２光源から出射された光とを反射し、同一方向へ出射する合成光学素子と、
　前記第１光源から出射された光を前記合成光学素子まで導く第１光源用リレーレンズと、
　前記第２光源から出射された光を前記合成光学素子まで導く第２光源用リレーレンズと、
　前記合成光学素子から出力される前記合成後の光を光学部品に導く合成リレーレンズと、を有し、
　前記合成リレーレンズは複数のレンズを有し、前記複数のレンズのうち前記光学部品に最も近い位置に配置される調整レンズが移動可能になっている構成である。
　一方、本発明の投写型表示装置は、
　上記合成光学系と、
　前記合成光学系から出射した光が入射する光学部品と、
　前記光学部品から出射した光が照射される画像形成素子と、
　前記画像形成素子で変調された光を投射する投写光学系と、
を備える。
　本発明の光軸調整方法は、合成光学系の光軸調整方法であって、
　前記合成プリズムの代わりに照度計を配置し、
　前記合成リレーレンズを介して前記合成プリズムに向けて前記光軸を調整するためのレーザ光を出射させ、
　前記光軸と直交する方向に前記調整レンズを移動させて、前記照度計で検出される前記レーザ光の輝度を最大とする方法である。
図１は、本発明の投写型表示装置の一構成例を示すブロック図である。 図２は、図１に示した合成光学系の一構成例を示す模式図である。 図３は、調整用レーザ光の軸調整工程で用いる軸調整装置の一構成例を示す斜視図である。 図４は、調整用レーザ光の軸調整工程の一例を示すフローチャートである。 図５は、合成光学系の光軸調整工程で用いる光軸調整装置の一構成例を示す斜視図である。 図６は、図５に示した光軸調整用治具の一構成例を示す平面図である。 図７は、合成光学系の光軸調整工程の一例を示すフローチャートである。 図８は、調整レンズの調整機構の一例を示す模式図である。 図９は、調整レンズの調整機構の一例を示す模式図である。
　次に本発明について図面を用いて説明する。
　図１は本発明の投写型表示装置の一構成例を示すブロック図であり、図２は図１に示した合成光学系の一構成例を示す模式図である。
　図１に示す投写型表示装置は、第１光源１ａ、第２光源１ｂ、合成光学系２、ライトトンネル３、集光レンズ４、光変調部５及び投写光学系６を備える。
　第１光源１ａ及び第２光源１ｂには、キセノンランプ、超高圧水銀ランプ、あるいはレーザダイオードやＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の半導体発光素子が用いられる。また、第１光源１ａと、第２光源１ｂと、合成光学系２は、それぞれ投写型表示装置から取り外しができるようになっている。
　合成光学系２は、第１光源１ａ及び第２光源１ｂで発光された光を合成して出力する。図１に示す投写型表示装置は、より明るい投写光を得るために、２つの光源で発光された光を合成した合成光を用いる構成例である。図１に示す投写型表示装置では、２つの光源で発光された光を合成する例を示しているが、投写型表示装置は３つ以上の光源で発光された光を合成する構成でもよい。
　ライトトンネル３は、合成光学系２から出力された光の輝度分布を均一にして出力する。
　集光レンズ４は、ライトトンネル３から出射された光を集光し、光変調部５に照射する。
　ここではライトトンネル３に中空の物を用いているが、中実のロッドインテグレータを用いてもよい。
　光変調部５は、画像形成素子を備え、不図示の映像処理回路から供給される映像信号にしたがって照射光を該画像形成素子により光変調することで、該照射光に対応する画像を形成する。画像形成素子には、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）や液晶パネル等が用いられる。
　投写光学系６は、光変調部５に形成された画像をスクリーン７へ投写する。
　図２で示すように、合成光学系２は、第１光源用リレーレンズ群２１、第２光源用リレーレンズ群２２、合成プリズム２３及び合成光リレーレンズ２４を備える。
　第１光源１ａから出射された光は、第１光源用リレーレンズ群２１により合成プリズム２３上またはその近傍に導かれて第１光源の像（第１光源像）が形成される。同様に、第２光源１ｂから出射された光は、第２光源用リレーレンズ群２２により合成プリズム２３上またはその近傍に導かれて第２光源の像（第２光源像）が形成される。
　合成プリズム２３は、第１光源１ａから出射された光と第２光源１ｂから出射された光とを同一方向へ反射し、合成光リレーレンズ２４へ入射する。合成プリズム２３は、合成光学素子の一例である。なお、合成プリズム２３に代えて、２枚の反射鏡を用いてもよい。
　合成光リレーレンズ２４は、合成プリズム２３上またはその近傍に形成された第１光源像及び第２光源像をライトトンネル３の入射面上またはその近傍に結像させる。
　第１光源用リレーレンズ群２１は、平凸レンズＬ１－Ｒｙ１１及び両凸レンズＬ１－Ｒｙ１２を備える。第２光源用リレーレンズ群３２は、平凸レンズＬ２－Ｒｙ１１及び両凸レンズＬ２－Ｒｙ１２を備える。合成光リレーレンズ２４は、３枚の平凸レンズＲｙ２１，Ｒｙ２２及びＲｙ２３を備える。
　第１光源１ａから合成プリズム２３までの光路は第１反射鏡Ｍ１で折り返され、第２光源１ｂから合成プリズム２３までの光路は第２反射鏡Ｍ２で折り返されている。また、合成プリズム２３からライトトンネル４までの光路は第３反射鏡Ｍ３及び第４反射鏡Ｍ４を用いて折り返されている。これら反射鏡Ｍ１～Ｍ４を用いることで合成光学系３の小型化を実現している。
　図２に示す第１光源用リレーレンズ群２１、第２光源用リレーレンズ群２２、合成プリズム２３及びリレーレンズ群２４は、所定の筐体に収容されて図２に示す光路上にそれぞれ設置されて固定されている。但し、後述するように、合成光リレーレンズ２４が備える平凸レンズＲｙ２１，Ｒｙ２２及びＲｙ２３のうち、ライトトンネル４に最も近い平凸レンズＲｙ２３は、合成プリズム２３からライトトンネル４までの光軸を調整するための調整レンズとして用いる。そのため、該調整レンズ（平凸レンズＲｙ２３）は、その光軸と直交する方向（±Ｘ方向、±Ｙ方向）へ移動可能に設置される。
　このような構成において、本実施形態では、図２に示した合成プリズム２３上またはその近傍に形成された第１光源像及び第２光源像が、ライトトンネル３の入射面上またはその近傍で結像するように、合成プリズム２３からライトトンネル４までの光軸を調整する必要がある。そのため、本実施形態では、合成光学系２の出射側（ライトトンネル４側）からレーザ光（調整用レーザ光）を入射し、図２に示した合成プリズム２３の位置にて該調整用レーザ光の輝度が最大となるように、合成光リレーレンズ２４が備える平凸レンズＲｙ２３（調整レンズ）を、その光軸に対して直交する方向（±Ｘ方向、±Ｙ方向）に移動させる。
　次に本発明の光軸調整方法について図面を用いて説明する。
　本実施形態の光軸調整方法は、光軸調整に用いる調整用レーザ光の軸調整工程と、軸調整後の調整用レーザ光を用いた調整レンズによる光軸調整工程との２段階がある。
　図３は、調整用レーザ光の軸調整工程で用いる軸調整装置の一構成例を示す斜視図であり、図４は、調整用レーザ光の軸調整工程の一例を示すフローチャートである。
　図３に示す軸調整装置は、調整用レーザ光を出射するレーザ発振器１０１と、レーザ発振器１０１から出射された調整用レーザ光の軸方向に対する鉛直方向の傾きを調整するための第１ステージ１０２と、レーザ発振器１０１から出射される調整用レーザ光を、その軸と直交する方向（Ｘ方向、Ｙ方向）へ調整するための第２ステージ１０３と、レーザ発振器１０１から出射される調整用レーザ光の軸調整に用いる基準位置となる第１ターゲット１０４及び第２ターゲット１０５と、レーザ発振器１０１、第１ステージ１０２及び第２ステージ１０３の動作を制御する制御部１０とを備える。
　レーザ発振器１０１は、第１ステージ１０２に取り付けられ、レーザ発振器１０１を含む第１ステージ１０２は第２ステージ１０３上に取り付けられる。第１ターゲット１０４及び第２ターゲット１０５には、調整用レーザ光を通過させるためのピンホールが設けられ、第１ターゲット１０４及び第２ターゲット１０５は、それぞれのピンホールが調整レンズから合成プリズム２３までの光軸と一致する位置にそれぞれ配置される。第１ターゲット１０４及び第２ターゲット１０５が備えるピンホールの近傍には、例えば光センサが設置され、該光センサにより調整用レーザ光がピンホールを通過したか否かが検出される。
　制御部１０は、レーザ発振器１０１に対する駆動電流のオン／オフ動作、第１ステージ１０２によるレーザ発振器１０１の傾き調整、第２ステージ１０３によるレーザ発振器１０１の移動調整を制御する。
　制御部１０は、調整用レーザ光の軸調整時、第１ターゲット１０４及び第２ターゲット１０５が備える光センサによって、調整用レーザ光がピンホールを通過したか否かを検出し、調整用レーザ光が該ピンホールを通過するように第１ステージ１０２及び第２ステージ１０３をそれぞれ動作させる。制御部１０は、プログラムにしたがって処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）及び記憶装置を備えた情報処理装置（コンピュータ）で実現できる。
　図４に示すように、調整用レーザ光の軸調整時、制御部１０は、レーザ発振器１０１により調整用レーザ光を点灯させ（ステップＳ１）、調整用レーザ光が第１ターゲット１０４のピンホールを通過するように第２ステージ１０３によりレーザ発振器１０１をＸ方向及びＹ方向にそれぞれ移動させる（ステップＳ２）。
　続いて、制御部１０は、調整用レーザ光が第１ターゲット１０４のピンホールを通過しているか否かを判定し（ステップＳ３）、調整用レーザ光が第１ターゲット１０４を通過していない場合はステップＳ２の処理に戻って第２ステージ１０３による調整処理を繰り返す。
　一方、調整用レーザ光が第１ターゲット１０４のピンホールを通過している場合、制御部１０は、調整用レーザ光が第２ターゲット１０５のピンホールを通過しているか否かを判定する（ステップＳ４）。調整用レーザ光が第２ターゲット１０５を通過していない場合、制御部１０は、第１ステージ１０２によりレーザ発振器１０１の傾きを調整し、ステップＳ２の処理に戻って、第２ステージ１０３によりレーザ発振器１０１のＸ方向及びＹ方向の調整処理を繰り返す。調整用レーザ光が第２ターゲット１０５を通過している場合は処理を終了する。
　図５は合成光学系の光軸調整工程で用いる光軸調整装置の一構成例を示す斜視図であり、図６は図５に示した光軸調整用治具の一構成例を示す平面図である。図７は、合成光学系の光軸調整工程の一例を示すフローチャートである。
　図６は、図５に示す合成光リレーレンズ２４を構成する平凸レンズＲｙ２１側から見た光軸調整用治具１１０の構成例を示している。
　図５に示すように、合成光学系２の光軸調整工程では、合成光学系２の合成プリズム２３を取り外し、該取り外した部位に光軸調整用治具１１０を設置し、軸調整が終了したレーザ発振器１０１を合成光学系２の出射側に配置する。調整用レーザ光は、軸調整工程にて第１ターゲット１０４及び第２ターゲットに対する軸が調整されているため、合成光学系２の出射側には、レーザ発振器１０１、第１ステージ１０２及び第２ステージ１０３と共に、第１ターゲット１０４を設置する。この場合、レーザ発振器１０１から出射された調整用レーザ光は、第１ターゲット１０４及び合成光リレーレンズ２４を介して光軸調整用治具１１０の後述する通過穴２０４またはその近傍に照射される。
　図６に示すように、光軸調整用治具１１０は、合成プリズム２３と外形及び寸法が一致するホルダー２０１に遮蔽板２０２及び照度計２０３が固定された構成である。遮蔽板２０２には、通過穴２０４が設けられ、レーザ発振器１０１から出射され、合成光学系２の合成光リレーレンズ２４を通過した調整用レーザ光は、該通過穴２０４を通して照度計２０３に入射される。
　ホルダー２０１は、合成プリズム２３の出射部に通過穴２０４が位置するように、固定用ネジ２０５により合成光学系２の不図示の筐体に固定される。
　光軸調整用治具１１０に対する合成光学系２の光軸調整には、図２に示した合成光リレーレンズ２４が備える平凸レンズＲｙ２３を調整レンズとして用いる。制御部１０は、合成光学系２の光軸調整工程時、調整レンズ（平凸レンズＲｙ２３）から合成プリズム２３に向けて合成光リレーレンズ２４を介して光軸を調整するためのレーザ光を出射させ、調整する光軸と直交する方向（Ｘ方向、Ｙ方向）にシフトさせる駆動装置により調整レンズを移動させて、照度計２０３で検出されるレーザ光の輝度を最大とする。
　図７に示すように、合成光学系２の光軸調整時、制御部１０は、レーザ発振器１０１により調整用レーザ光を点灯させ（ステップＳ１１）、合成系光学系２の調整用レンズ（Ｒｙ２３）をＸ方向にシフトさせて（ステップＳ１２）、照度計２０３の値が最大輝度であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。照度計２０３の値が最大輝度でない場合はステップＳ１２の処理に戻って照度計２０３の値が最大輝度となるまで繰り返す。
　次に、制御部１０は、合成系光学系２の調整用レンズ（Ｒｙ２３）をＹ方向にシフトさせ（ステップＳ１４）、照度計２０３の値が最大輝度であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。照度計２０３の値が最大輝度でない場合はステップＳ１４の処理に戻って照度計２０３の値が最大輝度となるまで繰り返す。
　図８及び図９は、調整レンズの調整機構の一例を示す模式図である。
　図８は調整レンズをＹ方向（鉛直方向）にシフトさせるための調整機構の一例を示し、図９は調整レンズをＸ方向（鉛直方向と直交す方向）にシフトさせるための調整機構の一例を示している。
　図８及び図９は、手動によりＹ方向及びＸ方向にシフトさせる機構例を示しているが。図８及び図９に示す機構にＹ方向及びＸ方向に構造物を移動させる周知の駆動装置を取り付ければ、制御装置１０により調整機構の制御が可能である。
　図８に示すように、調整用レンズ（Ｒｙ２３）は支持部材３０１で保持され、該支持部材３０１に取り付けられたガイド３０２にスクリュー３０３の一端が回転可能に挿入されている。スクリュー３０３の他端は、支持部材３０１をスライド可能に保持する保持部材３０４に固定されている。
　このような構成では、図８に示すようにスクリュー３０３を回転させることで、支持部材３０１で保持された調整レンズを保持部材３０４に対してＹ方向にシフトさせることができる。
　図９に示すように、図８に示した保持部材３０４は、さらに合成系光学系２のケース３０５に対してＸ方向へスライド可能に取り付けられている。保持部材３０４には、ケース３０５を支点に保持部材３０４をシフトさせるための切欠き部３０６が設けられている。このような構成では、切欠き部３０６に、例えばマイナスドライバの先端部３０７を当接させて回転させることで保持部材３０４をケース３０５に対してＸ方向に移動させることができる。
　調整レンズの調整機構は、図８及び９に示した機構に限定されるものではなく、その他のどのような機構を採用してもよい。
　本実施形態によれば、調整用レーザ光の軸調整を実施し、軸調整後の調整用レーザ光を合成光学系２の出射側（ライトトンネル４側）から入射し、図２に示した合成プリズム２３の位置にて該調整用レーザ光の輝度が最大となるように、合成光リレーレンズ２４が備える調整レンズを、その光軸に対して直交する方向（±Ｘ方向、±Ｙ方向）に調整する。そのため、特許文献１に記載された技術のようにレンズを３軸方向に調整可能にするための複雑な調整機構を必要としない。したがって、簡易な構成で合成プリズム２３からライトトンネル４までの光軸を調整できる。また、調整レンズから合成プリズム２３に向けて合成光リレーレンズ２４を介して光軸を調整するためのレーザ光を出射し、該レーザ光の輝度が最大となるように調整レンズを移動させるため、比較的高い精度で合成プリズム２３からライトトンネル４までの光軸を調整できる。
　よって、比較的高い精度で、かつ簡易に、合成プリズム２３からライトトンネル４までの光軸を調整できる。
　本願発明の合成光学系２は、投写型表示装置から取り外しができるようになっており、さらに合成光学系２の光軸は治具で調整できる。よって、合成光学系２を別に作成し、その光軸を調整しておけば、投写型表示装置の組み立てと調整が容易になる。また、合成光学系２に不具合が生じたり故障した場合でも、光軸を調整済みの他の合成光学系２を組み込むことができる。このように投写型表示装置の組み立てが楽になり、作業コストが低減できる。
　以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されものではない。本願発明の構成や詳細は本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更が可能である。

Claims (8)

  1. 　第１光源から出射された光と第２光源から出射された光とを合成する合成光学系であって、
    　筐体と、
    　前記第１光源から出射された光と前記第２光源から出射された光とを反射し、同一方向へ出射する合成光学素子と、
    　前記第１光源から出射された光を前記合成光学素子まで導く第１光源用リレーレンズと、
    　前記第２光源から出射された光を前記合成光学素子まで導く第２光源用リレーレンズと、
    　前記合成光学素子から出力される前記合成後の光を光学部品に導く合成リレーレンズと、を有し、
    　前記合成リレーレンズは複数のレンズを有し、前記複数のレンズのうち前記光学部品に最も近い位置に配置される調整レンズが移動可能になっている合成光学系。
  2. 　前記合成光学素子が取り外し可能である、請求項１に記載の合成光学系。
  3. 　前記合成光学素子は、プリズム若しくは２枚の反射鏡である、請求項１または２に記載の合成光学系。
  4. 　請求項１記載の合成光学系と、
    　前記合成光学系から出射した光が入射する光学部品と、
    　前記光学部品から出射した光が照射される画像形成素子と、
    　前記画像形成素子で変調された光を投射する投写光学系と、
    を備える投写型表示装置。
  5. 　前記合成光学系が取り外し可能である、請求項４に記載の投写型表示装置。
  6. 　前記第１光源若しくは前記第２光源の少なくとも一方が取り外し可能である、請求項４または５に記載の投写型表示装置。
  7. 　前記光学部品はライトトンネルである、請求項４乃至６のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
  8. 　請求項１記載の合成光学系の光軸調整方法であって、
    　前記合成プリズムの代わりに照度計を配置し、
    　前記合成リレーレンズを介して前記合成プリズムに向けて前記光軸を調整するためのレーザ光を出射させ、
    　前記光軸と直交する方向に前記調整レンズを移動させて、前記照度計で検出される前記レーザ光の輝度を最大とする、光軸調整方法。
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