(57)【要約】【課題】高ダイナミックレンジを実現する光学系に対する熱の影響を低減し、光学系の有する高ダイナミックレンジ特性を維持する光変調装置、及びプロジェクタを提供することである。【解決手段】光変調装置１００は、光源としてのランプ３１からの光を変調する第１光変調素子としてのライトバルブ５１と、ライトバルブ５１からの光を変調する第２光変調素子としてのライトバルブ８１と、ライトバルブ５１とライトバルブ８１との間に配置されるリレーレンズ部７０と、ライトバルブ５１、リレーレンズ部７０およびライトバルブ８１を所定の位置で一体に固定する固定部材２００とを有する。また、プロジェクタ１は、この光変調装置１００を用いて構成される。【選択図】図３
2008083499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を変調し、当該変調した光を射出する光変調装置であって、
前記光源からの光を変調する第１光変調素子と、
前記第１変調素子からの光を変調する第２光変調素子と、
前記第１光変調素子と前記第２光変調素子との間に配置されるリレーレンズ部と、
前記第１光変調素子、前記リレーレンズ部および前記第２光変調素子を所定の位置で一体に固定する固定部材とを有することを特徴とする光変調装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光変調装置であって、
赤色光、緑色光、青色光を各々変調する３つの前記第１光変調素子と、
３つの前記第１光変調素子を各々収容する第１光変調素子収容部と、
３つの前記第１光変調素子から射出された各色光を合成する色合成光学素子と、
前記第１光変調素子収容部を保持して前記色合成光学素子に前記第１光変調素子が所定の位置となるように固定する第１光変調素子固定部と、
前記色合成光学素子を固定し、前記固定部材に固定する色合成光学素子固定部と、
前記第２光変調素子を収容する第２光変調素子収容部と、
前記第２光変調素子収容部を保持して前記固定部材に前記第２光変調素子が所定の位置となるように固定する第２光変調素子固定部とを有することを特徴とする光変調装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光変調装置であって、
前記第１光変調素子は、光学調整を行い、前記色合成光学素子に固定することを特徴とする光変調装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光変調装置であって、
前記第２光変調素子は、前記第１光変調素子と前記色合成光学素子と前記リレーレンズ部とを通して射出された射出光を用いて光学調整を行なうことを特徴とする光変調装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の光変調装置であって、
前記リレーレンズ部は、当該リレーレンズ部の重心近傍で前記固定部材に固定されることを特徴とする光変調装置。
【請求項６】
請求項２〜請求項５のいずれか一項に記載の光変調装置であって、
前記色合成光学素子固定部は、プラスチック部材で形成されていることを特徴とする光変調装置。
【請求項７】
請求項２〜請求項６のいずれか一項に記載の光変調装置であって、
前記第２光変調素子固定部は、プラスチック部材で形成されていることを特徴とする光変調装置。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の光変調装置であって、
前記固定部材は、金属部材で形成されていることを特徴とする光変調装置。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の光変調装置であって、
前記第２光変調素子から射出した光を偏光する射出側偏光素子と、
前記射出側偏光素子を前記固定部材に固定する射出側偏光板固定部とを有することを特徴とする光変調装置。
【請求項１０】
プロジェクタであって、
光を射出する光源装置と、
請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の光変調装置と、
前記光変調装置から射出した光学像を投射する投射部とを有することを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のプロジェクタであって、
前記投射部は、前記第１光変調素子および前記第２光変調素子に対し、光学調整機構を有することを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からの光を変調し、変調した光を射出する光変調装置、及び光変調装置を有するプロジェクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＥＬ（Electro-luminescence）ディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、プロジェクタ等の電子ディスプレイ装置における画質改善は目覚しく、解像度、色域については人間の視覚特性にほぼ匹敵する性能を有する装置が実現されつつある。しかし、ディスプレイ装置における輝度ダイナミックレンジの再現範囲は、人間の視覚で一度に知覚し得る輝度ダイナミックレンジの範囲に比べて狭く、加えてシャドウ部やハイライト部の階調が不足しているため、表示画像のリアリティや迫力に対して物足りなさを感じることになる。
【０００３】
なお、ディスプレイ装置の中でも、液晶プロジェクタや、ＤＬＰ（登録商標）（Digital Light Processing）プロジェクタといった投射型表示装置（プロジェクタ）は、大画面表示が可能であり、臨場感ある表示画像を再現する上で効果的なディスプレイ装置である。この分野で、輝度ダイナミックレンジの拡大や諧調数の増大を実現するために、特許文献１のような提案がなされている。
【０００４】
特許文献１での画像表示装置またはプロジェクタは、表示画像データに基づき光源からの光を変調して画像を表示する装置であり、光源からの光を変調する第１光変調素子と、第１光変調素子からの光を変調する第２光変調素子とを備えている。また、第１光変調素子と第２光変調素子との間にリレーレンズを配する。この構成により、光学的に直列に配置された２つの光変調素子（第１光変調素子と第２光変調素子）を介して、２段階の画像形成過程によって光源からの光を変調する。その結果、輝度ダイナミックレンジの拡大と階調数の増大を実現することができる。また、リレーレンズを配することにより、光学収差の低減が可能となる。つまり、第１光変調素子からの光を、第２光変調素子へと比較的高い精度で伝達できるので、第１光変調素子で変調された光学像が高い精度で第２光変調素子の一面に結像する。そのため、輝度低下や輝度むらが小さく、ダイナミックレンジが広く、階調特性に優れた表示画像を得ることができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３４５８６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記、特許文献１の構成を採用して、プロジェクタなどを製品化した場合、第１光変調素子、リレーレンズ、第２光変調素子は、その他の光学系を構成する光学素子などを含めて、共通の収容ケースの、各々の場所に収容されることが一般的である。このように、１つの収容ケースに第１光変調素子、リレーレンズ、第２光変調素子および他の光学系を構成する光学素子が収容される構成とした場合、温度変化により、収容ケースが膨張・収縮し、各々の光学素子の間隔に伸縮が発生してしまう。それにより、本来の光学系が有する輝度低下や輝度むらが小さく、ダイナミックレンジが広く、階調特性に優れた表示画像を得ることが妨げられてしまうという課題があった。
【０００７】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、高ダイナミックレンジを実現する光学系に対する熱の影響を低減し、光学系の有する高ダイナミックレンジ特性を維持する光変調装置、及びプロジェクタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した目的を達成するために、本発明の光変調装置は、光源からの光を変調し、当該変調した光を射出する光変調装置であって、光源からの光を変調する第１光変調素子と、第１変調素子からの光を変調する第２光変調素子と、第１光変調素子と第２光変調素子との間に配置されるリレーレンズ部と、第１光変調素子、リレーレンズ部および第２光変調素子を所定の位置で一体に固定する固定部材とを有することを特徴とする。
【０００９】
このような光変調装置によれば、固定部材により、第１光変調素子、リレーレンズ部および第２光変調素子を所定の位置で固定することにより、固定部材を基準として、第１光変調素子とリレーレンズ部と第２光変調素子とを一体にユニット化して固定することができる。
このように構成された光変調装置に対して、リレーレンズ部と第１光変調素子との距離、およびリレーレンズ部と第２光変調素子との距離を精度良く位置決めすることができる。つまり、リレーレンズ部と第１光変調素子とのフランジバック、及びリレーレンズ部を中心として第１光変調素子と第２光変調素子との共役距離を精度良く確保することができる。また、温度負荷が加わった場合に、他の光学素子と共通の収容ケースによる固定ではないため、膨張・収縮の影響を最小限とすることができ、フランジバックや共役距離の変化を最小限とすることが可能となる。従って、高ダイナミックレンジを実現する光学系に対する温度の影響を低減し、光学系の有する高ダイナミックレンジ特性を維持する光変調装置を実現できる。
【００１０】
また、上述した光変調装置において、赤色光、緑色光、青色光を各々変調する３つの第１光変調素子と、３つの第１光変調素子を各々収容する第１光変調素子収容部と、３つの第１光変調素子から射出された各色光を合成する色合成光学素子と、第１光変調素子収容部を保持して色合成光学素子に第１光変調素子が所定の位置となるように固定する第１光変調素子固定部と、色合成光学素子を固定し固定部材に固定する色合成光学素子固定部と、第２光変調素子を収容する第２光変調素子収容部と、第２光変調素子収容部を保持して固定部材に第２光変調素子が所定の位置となるように固定する第２光変調素子固定部とを有することが望ましい。
【００１１】
光源からの光を分離（分光）して３色（赤色光、緑色光、青色光）とした各色光に対応して変調する３つの第１光変調素子は、第１光変調素子収容部に収容され、第１光変調素子固定部を介して、第１光変調素子から射出された各色光を合成する色合成光学素子に、第１光変調素子が所定の位置となるように固定される。そして、この色合成光学素子は、色合成光学素子固定部に固定される。そしてこの色合成光学素子固定部は固定部材に固定される。また、第２光変調素子は、第２光変調素子収容部に収容され、第２光変調素子固定部により、固定部材に第２光変調素子が所定の位置となるように固定される。
【００１２】
このような構成により、光変調装置は、固定部材を基準に、第１光変調素子とリレーレンズ部と第２光変調素子とを一体にユニット化して固定することができ、上記と同様の効果を奏することができる。
【００１３】
また、上述した光変調装置において、第１光変調素子は、光学調整を行い、色合成光学素子に固定することが望ましい。
第１光変調素子は、光学調整を行い、色合成光学素子に固定されることにより、フランジバックを精度良く確保することができる。また、３つの第１光変調素子を構成する画素に対して対応する画素同士を一致させるアライメントを行うことで、画素ズレ、画像ボケ、輝度変化および色ムラなどの発生を低減させることができる。
【００１４】
また、上述した光変調装置において、第２光変調素子は、第１光変調素子と色合成光学素子とリレーレンズ部とを通して射出された射出光を用いて光学調整を行なうことが望ましい。
これにより、リレーレンズ部を中心として第１光変調素子と第２光変調素子との共役距離を精度良く確保することができる。また、この調整により、画素ズレ、画像ボケ、輝度変化および色ムラなどの発生を低減させることができる。
【００１５】
また、上述した光変調装置において、リレーレンズ部は、当該リレーレンズ部の重心近傍で固定部材に固定されることが望ましい。
このような構成により、各種レンズ群で構成されるリレーレンズ部の大きさや重量に影響されずに、リレーレンズ部を固定部材に安定して固定することができる。
【００１６】
また、上述した光変調装置において、色合成光学素子固定部は、プラスチック部材で形成されていることが望ましい。
このような構成により、第１光変調素子で発生した熱が色合成光学素子に伝熱した場合にも、その熱が固定部材に伝熱することを抑制することができる。
【００１７】
また、上述した光変調装置において、第２光変調素子固定部は、プラスチック部材で形成されていることが望ましい。
このような構成により、第２光変調素子で発生した熱が固定部材に伝熱することを抑制することができる。
【００１８】
また、上述した光変調装置において、固定部材は、金属部材で形成されていることが望ましい。
このような構成により、固定部材が剛性を有することができるため、例えば、リレーレンズ部などを確実に安定して固定できる。また、固定部材に温度負荷が加わった場合において、膨張・収縮の影響を小さくすることができるため、フランジバックや共役距離の変化を小さくすることが可能となる。従って、高ダイナミックレンジを実現する光学系に対する温度の影響を更に低減し、光学系の有する高ダイナミックレンジ特性を維持する光変調装置を実現できる。
【００１９】
また、上述した光変調装置において、第２光変調素子から射出した光を偏光する射出側偏光素子と、射出側偏光素子を固定部材に固定する射出側偏光板固定部とを有するこが望ましい。
このような構成により、第２光変調素子から射出された光の偏光軸方向を射出側偏光素子で制御することにより、更に高いコントラストや輝度を得ることができる。また、射出側偏光素子を固定部材に固定することで、光変調装置を例えばプロジェクタに組み込む場合において、作業性を向上できる。
【００２０】
上述した目的を達成するために、本発明のプロジェクタは、光を射出する光源装置と、上記のいずれかに記載の光変調装置と、光変調装置から射出した光学像を投射する投射部とを有することを特徴とする。
【００２１】
このようなプロジェクタによれば、光を射出する光源装置と、上述したいずれかの光変調装置をプロジェクタに用いることにより、光変調装置への温度の影響を低減し、光学系の有する高ダイナミックレンジ特性を有した光学像を投射部から投射することができるため、大画面表示を行なって臨場感ある表示画像を再現することができる。
【００２２】
また、上述したプロジェクタにおいて、投射部は、第１光変調素子および第２光変調素子に対し、光学調整機構を有することが望ましい。
このようなプロジェクタによれば、投射部は、光学調整機構を有することにより、光変調装置を構成する第１光変調素子および第２光変調素子に対して、例えばフランジバックを精度良く調整することが可能となり、輝度変化および色ムラなどの発生を更に低減させ、高ダイナミックレンジ特性を有した光学像を投射部から投射することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（実施形態）
【００２４】
図１は、本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの光学系の構成を示す模式図である。
図１を参照して、プロジェクタ１の光学系５の構成および動作を説明する。
なお、プロジェクタ１は、光学系５を収納する光学部品用筐体７、電源部（図示省略）、回路構成部（図示省略）、冷却構成部（図示省略）などを、プロジェクタ１の外装を構成する筐体８内部に収容している。また、プロジェクタ１の外観形状は、略直方体形状となっている。
【００２５】
図１に示すように、プロジェクタ１の光学系５は、光源装置３０と照明光学系４０と第１光変調部５０と色合成光学部６０とリレーレンズ部７０と第２光変調部８０と投射部９０とから構成される。また、照明光学系４０は、インテグレータ照明光学系４１、色分離光学系４２およびリレー光学系４３から構成される。
【００２６】
なお、光学部品用筐体７には、光源装置３０と照明光学系４０とが収容されている。また、第１光変調部５０、色合成光学部６０、リレーレンズ部７０および第２光変調部８０は光変調装置１００として一体に構成されユニット化されている。そして、その光変調装置１００は、光学部品用筐体７に収容される構成となっている。なお、本実施形態での光学系５を構成する照明光学系４０は、使用する光学系により、適宜変更や省略など行なうことができる。また、光変調装置１００に関しては後述する。
【００２７】
このような光学系５を備えたプロジェクタ１は、光源装置３０から射出された光を照明光学系４０（インテグレータ照明光学系４１）で輝度分布を均一化する。そして、インテグレータ照明光学系４１を射出した光の波長領域のうち、Ｒ（赤色）光、Ｇ（緑色）光、Ｂ（青色）光の３原色に色分離する。そして、色分離したＲ光、Ｇ光、Ｂ光を第１光変調部５０で変調する。変調したＲ光、Ｇ光、Ｂ光は、色合成光学部６０で合成して光学像を形成する。この光学像は、リレーレンズ部７０でリレーされる。リレーされた光学像は、第２光変調部８０で全波長領域の輝度が変調される。そして、変調された光学像は、投射部９０からスクリーン（図示省略）などの投射面に投射される。
【００２８】
光学系５の構成と動作を説明する。
光源装置３０は、光源としての放電式のランプ３１と、防爆ガラス３２と、ランプ３１と防爆ガラス３２とを収容して固定する光源用筐体３３を備えて構成されている。また、ランプ３１は、放電により発光して光を放射状に射出する発光管３１ａと、発光管３１ａから射出された放射状の光を略平行光として照明光学系４０の方向に射出するリフレクタ３１ｂとを有して構成されている。なお、本実施形態では、ランプ３１（発光管３１ａ）として、高圧水銀ランプを採用し、リフレクタ３１ｂとして、放物面鏡を採用している。なお、ランプ３１としては、高圧水銀ランプに限らず、例えばメタルハライドランプやハロゲンランプ等を採用してもよい。また、リフレクタ３１ｂとして放物面鏡を採用しているが、これに限らず、楕円面鏡からなるリフレクタの射出面に平行化凹レンズを配置した構成を採用してもよい。
【００２９】
照明光学系４０を構成するインテグレータ照明光学系４１は、光源装置３０から射出された光の輝度を照明光軸Ｌ（一点鎖線で図示）に直交する面内において均一にするための光学系である。このインテグレータ照明光学系４１は、第１レンズアレイ４１ａ、第２レンズアレイ４１ｂ、偏光変換素子４１ｃ、および重畳レンズ４１ｄを備えて構成される。
【００３０】
第１レンズアレイ４１ａは、照明光軸Ｌ方向から見て略矩形状の輪郭を有する小レンズがマトリクス状に配列された構成を有している。各小レンズは、光源装置３０から射出された光を部分光束に分割し、照明光軸Ｌに沿った方向に射出する。
【００３１】
第２レンズアレイ４１ｂは、第１レンズアレイ４１ａと略同様の構成であり、小レンズがマトリクス状に配列された構成を有する。この第２レンズアレイ４１ｂは、重畳レンズ４１ｄとともに、第１レンズアレイ４１ａの各小レンズの像を後述する第１光変調素子としてのライトバルブ５１上に結像させる機能を有する。
【００３２】
偏光変換素子４１ｃは、第１レンズアレイ４１ａおよび第２レンズアレイ４１ｂにより分割された各部分光束の偏光方向を略一方向の偏光光束に変換する（揃える）光学素子である。本実施形態での偏光変換素子４１ｃは、照明光軸Ｌに対して傾斜配置される偏光分離膜（図示省略）および反射膜（図示省略）を交互に配列した構成を備えている。偏光分離膜は、各部分光束に含まれるＰ偏光光束およびＳ偏光光束のうち、一方の偏光光束を透過し、他方の偏光光束を反射する。反射された他方の偏光光束は、反射膜によって曲折され、一方の偏光光束の射出方向、すなわち照明光軸Ｌに沿った方向に射出される。射出された偏光光束は、偏光変換素子４１ｃの光束射出面（図示省略）に配設される位相差板（図示省略）によって偏光され、ほぼ全ての偏光光束の偏光方向が一方向の偏光光束として揃えられる。
【００３３】
偏光光束を変調するタイプのライトバルブ５１を用いたプロジェクタ１では、一方向の偏光光束しか利用できないため、ランダムな方向の偏光光束を放射する発光管３１ａからの光束の略半分が利用されない。このため、偏光変換素子４１ｃを用いることにより、光源装置３０から射出された光を略一方向の偏光光束に変換することにより、第１光変調部５０における光の利用効率を高めている。
【００３４】
重畳レンズ４１ｄは、偏光変換素子４１ｃによって略一方向の偏光光束に変換された複数の部分光束を集光して第１光変調部５０の後述する３つのライトバルブ５１の画像形成領域上に重畳させる光学素子である。この重畳レンズ４１ｄから射出された光束は、色分離光学系４２に射出される。
【００３５】
色分離光学系４２は、２枚のダイクロイックミラー４２ａ，４２ｂと、反射ミラー４２ｃとを備える。インテグレータ照明光学系４１から射出された複数の部分光束は、２枚のダイクロイックミラー４２ａ，４２ｂにより、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の３原色の色光に分離（分光）される。
【００３６】
リレー光学系４３は、入射側レンズ４３ａと、リレーレンズ４３ｃと、反射ミラー４３ｂ，４３ｄとを備えている。このリレー光学系４３は、本実施形態では、色分離光学系４２で分離された色光であるＢ光を第１光変調部５０の後述するＢ光用のライトバルブ５１Ｂまで、強度分布をほぼ保存された状態で、かつ光損失を殆ど伴うことなく導く機能を有している。
【００３７】
その際、色分離光学系４２のダイクロイックミラー４２ａでは、インテグレータ照明光学系４１から射出された光束のうち、Ｇ光成分とＢ光成分とを透過し、Ｒ光成分は反射する。ダイクロイックミラー４２ａによって反射したＲ光は、反射ミラー４２ｃで反射し、平行化レンズ４１ｅを通って、Ｒ光用のライトバルブ５１Ｒに到達する。この平行化レンズ４１ｅは、第２レンズアレイ４１ｂから射出された各部分光束をその中心軸（主光線）に対して略平行な光束に変換する。その変換した光束の角度分布を狭めて、Ｒ光用のライトバルブ５１Ｒの表示特性を向上させる機能を有している。Ｂ光およびＧ光用のライトバルブ５１Ｂ，５１Ｇの光入射側に設けられた平行化レンズ４１ｅも同様である。
【００３８】
また、ダイクロイックミラー４２ａを透過したＢ光とＧ光のうち、Ｇ光は、ダイクロイックミラー４２ｂによって反射し、平行化レンズ４１ｅを通って、Ｇ光用のライトバルブ５１Ｇに到達する。一方、Ｂ光は、ダイクロイックミラー４２ｂを透過してリレー光学系４３を通り、更に平行化レンズ４１ｅを通って、Ｂ光用のライトバルブ５１Ｂに到達する。なお、Ｂ光にリレー光学系４３が用いられているのは、Ｂ光の光路の長さが他の色光の光路の長さよりも長いため、光の発散等による光の利用効率の低下を防止するためである。すなわち、入射側レンズ４３ａに入射した部分光束をそのまま、平行化レンズ４１ｅに伝えるためである。なお、リレー光学系４３には、３つの色光のうちのＢ光を通す構成としたが、これに限らず、例えば、Ｒ光を通す構成としても良い。
【００３９】
第１光変調部５０は、入射された光束を画像情報に基づいて変調して光学像（カラー画像）を形成する。この第１光変調部５０は、色分離光学系４２で分離された各色光が入射される入射側の偏光素子としての３つの入射側偏光板５２（Ｒ光用入射側偏光板５２Ｒ、Ｇ光用入射側偏光板５２Ｇ、Ｂ光用入射側偏光板５２Ｂ）を備える。また、各入射側偏光板５２の後段に設置される第１光変調素子としての３つのライトバルブ５１（Ｒ光用ライトバルブ５１Ｒ、Ｇ光用ライトバルブ５１Ｇ、Ｂ光用ライトバルブ５１Ｂ）を備える。また、各ライトバルブ５１の後段に設置される射出側の偏光素子としての３つの射出側偏光板５３（Ｒ光用射出側偏光板５３Ｒ、Ｇ光用射出側偏光板５３Ｇ、Ｂ光用射出側偏光板５３Ｂ）とを備える。
【００４０】
ライトバルブ５１（５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂ）は、透過型の高温ポリシリコンＴＦＴ（Thin Film Transistor）をスイッチング素子として用いたものであり、対向配置される一対の透明基板内に液晶を密封封入して構成されている。そして、このライトバルブ５１は、入射側偏光板５２を介して入射する光束を画像情報に基づいて変調して光学像を内包した変調光を形成して射出する。
【００４１】
入射側偏光板５２は、色分離光学系４２で分離された各色光のうち、一方向の偏光光束を透過させ、その他の光束を吸収するものであり、本実施形態では、平面矩形状の透明な基板の平面に密着固定される。また、射出側偏光板５３も、入射側偏光板５２と同様に平面矩形状の透明な基板の平面に密着固定され、ライトバルブ５１から射出された光束のうち、所定方向の偏光光束を透過させ、その他の光束を吸収するものであり、透過させる偏光光束の偏光軸は、入射側偏光板５２において透過させる偏光光束の偏光軸に対して直交するように設定されている。
【００４２】
色合成光学部６０は、色合成光学素子として、１つのクロスダイクロイックプリズム６１を備える。クロスダイクロイックプリズム６１は、射出側偏光板５３から射出され、色光毎に変調された光学像を内包する変調光を合成して、カラーの光学像を形成する光学素子である。このクロスダイクロイックプリズム６１は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなしている。そして、直角プリズム同士を貼り合わせた略Ｘ字状の界面には、界面に沿って誘電体多層膜が形成されている。略Ｘ字状の一方の誘電体多層膜は、赤色光を反射するものであり、他方の誘電体多層膜は、青色光を反射するものであり、赤色光及び青色光は対応する誘電体多層膜によって反射され曲折される。また、緑色光は双方の誘電体多層膜を透過する。これにより、Ｒ光及びＢ光の進行方向をＧ光の進行方向に揃えることができ、３つの色光が合成される。クロスダイクロイックプリズム６１によって合成された光学像は、リレーレンズ部７０の方向に射出される。
【００４３】
リレーレンズ部７０は、クロスダイクロイックプリズム６１で合成されたライトバルブ５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂからの光学像（光強度分布）を、後述する第２光変調部８０を構成するライトバルブ８１の表面上に伝達する光学素子である。
【００４４】
図２は、リレーレンズ部の概略構成を示す図である。
ここで、図２を参照して、リレーレンズ部７０の構成および動作を説明する。
リレーレンズ部７０は、各色光の光変調用のライトバルブ５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂの光学像をライトバルブ８１の画素面に結像するものであって、図２に示すように、開口絞り７１に対して略対称に配置された前段レンズ群７０ａおよび後段レンズ群７０ｂからなる等倍結像レンズである。また、液晶の視野角特性を考慮して両側テレセントリック特性を有することが望ましい。前段レンズ群７０ａおよび後段レンズ群７０ｂは、複数の凸レンズおよび凹レンズを含んで構成されている。ただし、レンズの形状、大きさ、配置間隔および枚数、テレセントリック性、倍率その他のレンズ特性は、要求される特性によって適宜変更され得るものであり、図２の例に限定されるものではない。リレーレンズ部７０は、多数枚のレンズから構成されるので、収差補正がよく、各色光の光変調用のライトバルブ５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂで形成される輝度分布を正確にライトバルブ８１に伝達することができる。
【００４５】
図１に戻り、リレーレンズ部７０から射出された射出光としての光学像の光束は、第２光変調部８０を構成する第２光変調素子としてのライトバルブ８１の表示面上に伝達する。
【００４６】
第２光変調素子としてのライトバルブ８１は、前述したライトバルブ５１と同等の構成からなり、入射した光の全波長領域の輝度を画像情報に基づいて変調し、最終的な光学像を内包した変調光を射出する。射出された最終的な光学像を内包した変調光は、第２光変調部８０を構成し射出側偏光素子としての射出側偏光板８３により、偏光されて、投射部９０に射出される。
【００４７】
投射部９０は、投射レンズ９１を含めた図示しない複数のレンズ群で構成され、ライトバルブ８１の表示面上に形成された光学像を、図示しないスクリーン上に投射してカラー画像を表示する。
【００４８】
ここで、第１光変調素子としてのライトバルブ５１（５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂ）および第２光変調素子としてのライトバルブ８１はいずれも透過光の強度を変調し、その変調度合いに応じた光学像を内包する点では同じである。しかし、後者のライトバルブ８１は全波長域の光（白色光）を変調するのに対して、前者のライトバルブ５１（５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂ）は色分離光学系４２であるダイクロイックミラー４２ａ，４２ｂで分離された特定波長領域の光（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光など）を変調する点で両者は異なっている。従って、ライトバルブ５１（５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂ）で行われる光強度変調を色変調、ライトバルブ８１で行われる光強度変調を輝度変調と便宜的に呼称して区別する。
【００４９】
また、同様の観点から、以下の説明ではライトバルブ５１（５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂ）を色変調ライトバルブ、ライトバルブ８１を輝度変調ライトバルブと呼称して区別する場合がある。なお、本実施形態では、色変調ライトバルブと輝度変調ライトバルブとは、同じ解像度を有している。なお、色変調ライトバルブの解像度が、輝度変調ライトバルブに対して高くても良いし、また、その逆であっても良い。
【００５０】
このように、本実施形態でのプロジェクタ１では、第１光変調素子としてのライトバルブ５１（５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂ）で光学像（画像）を形成した変調光を用いて、最終的な表示画像を第２光変調素子としてのライトバルブ８１で形成する形態を採用している。そして、直列に配置された２つの光変調素子（色変調ライトバルブ及び輝度変調ライトバルブ）を介して、２段階の画像形成過程によって光源としてのランプ３１からの光を変調する。その結果、プロジェクタ１は、輝度ダイナミックレンジの拡大と階調数の増大を実現している。
【００５１】
本実施形態での光変調装置１００は、第１光変調素子としてのライトバルブ５１（５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂ）と、クロスダイクロイックプリズム６１と、リレーレンズ部７０と第２光変調素子としてのライトバルブ８１とを一体に構成しユニット化している。言い換えれば、光変調装置１００は、上述した輝度ダイナミックレンジの拡大と階調数の増大を実現するための重要な光学部品を一体に構成しユニット化している。
【００５２】
図３は、光変調装置の概略側面図である。図４は、光変調装置の概略組立図である。
なお、本実施形態の場合、光変調装置１００を構成するクロスダイクロイックプリズム６１の３方の側面部には、３つのライトバルブ５１（５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂ）が固定されるのであるが、説明をわかり易くするために、Ｇ光用のライトバルブ５１Ｇのみを図示している。
図３、図４を参照して、光変調装置１００の構成を説明する。
【００５３】
図３、図４に示すように、光変調装置１００は、固定部材２００をベースとして、固定部材２００の所定の位置に、第１光変調部５０、色合成光学部６０、リレーレンズ部７０および第２光変調部８０を各々固定することにより、一体に構成され、ユニット化されている。
【００５４】
光学素子としての構成は、本実施形態の場合、第１光変調素子としてのライトバルブ５１（５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂ）と、射出側偏光板５３（５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂ）と、色合成光学素子としてのクロスダイクロイックプリズム６１と、リレーレンズ部７０と、第２光変調素子としてのライトバルブ８１と、射出側偏光板８３とで構成されている。
【００５５】
図３を参照して、概略の光変調装置１００の構成を説明する。
第１光変調素子としてのライトバルブ５１（５１Ｇ）は、第１光変調素子収容部としての色変調ライトバルブ収容枠１１０に収容される。そして、色変調ライトバルブ収容枠１１０は、色変調ライトバルブ固定枠１３０により、クロスダイクロイックプリズム６１の側面部にライトバルブ５１（５１Ｇ）に対する光学調整を行い固定される。色変調ライトバルブ固定枠１３０には、射出側偏光板５３（５３Ｇ）も固定される。
【００５６】
この構成は、Ｒ光用ライトバルブ５１Ｒ、Ｂ光用ライトバルブ５１Ｂに対してもライトバルブ５１Ｇと同様に構成されて、クロスダイクロイックプリズム６１の他の側面部に各々、ライトバルブ５１Ｒ，５１Ｂに対する光学調整を行い固定される。Ｒ光用射出側偏光板５３Ｒ、Ｂ光用射出側偏光板５３Ｂも同様に固定される。なお、クロスダイクロイックプリズム６１のＲ光用ライトバルブ５１Ｒ、Ｇ光用ライトバルブ５１Ｇ、Ｂ光用ライトバルブ５１Ｂを固定する側面部を側面部６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂとする。
【００５７】
また、クロスダイクロイックプリズム６１は、色合成光学素子固定部としてのプリズム固定板１６０により、底面部を固定されて、固定部材２００の所定の位置に固定される。
【００５８】
リレーレンズ部７０は、側面側に形成した固定用突起７６を固定部材２００に形成した固定用突設部２３０に固定することにより固定部材２００に固定される。
【００５９】
第２光変調素子としてのライトバルブ８１は、第２光変調素子収容部としての輝度変調ライトバルブ収容枠１２０に収容される。そして、輝度変調ライトバルブ収容枠１２０は、輝度変調ライトバルブ固定枠１４０により、ライトバルブ８１に対する光学調整を行い固定部材２００の所定の位置に固定される。また、射出側偏光板８３は、射出側偏光板固定枠１５０により、固定部材２００の所定の位置に固定される。
以上のように光変調装置１００は構成されている。
【００６０】
図４を参照して、光変調装置１００の詳細な構成と組立て方法を説明する。
最初に、ライトバルブ５１（５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂ）をクロスダイクロイックプリズム６１に固定するまでの説明を行なう。
【００６１】
色変調ライトバルブ収容枠１１０は、収容枠本体１１１と押え板１１７とで構成されている。収容枠本体１１１は、平面矩形状で箱状に形成され、一段突出した部分に光束が通過する矩形状の開口部１１２が形成されている。また、収容枠本体１１１の４つのコーナ部には、円形の貫通孔となる調整用孔１１３が各々形成されている。また、左右（Ｘ方向）の側面部には、後述する押え板１１７の係合片１１８と係合する断面楔状の突起１１４が各々形成されている。また、収容枠本体１１１の上部側面部には、ライトバルブ５１（５１Ｇ）を駆動するために、制御基板からの駆動信号を伝達するケーブル５５を案内するための切欠部１１５が形成されている。
【００６２】
また、収容枠本体１１１は、熱伝導率の高いアルミニウム合金で形成されている。なお、アルミニウム合金の他、熱伝導率の高いマグネシウム合金などの金属材料や、熱伝導率の高い合成樹脂で形成しても良い。このような材料で形成されることにより、ライトバルブ５１での発熱に対して放熱効率を向上させることができる。
【００６３】
押え板１１７は、図示は省略する概略矩形状の平板部材で形成され、４つのコーナ部を切り欠かいた形状となっている。また左右（Ｘ方向）の端面部には、収容枠本体１１１に形成される突起１１４と係合するための係合片１１８が略垂直に屈曲されて各々形成されている。
【００６４】
以上のように形成された収容枠本体１１１にライトバルブ５１（５１Ｇ）を収容し、後方から押え板１１７でライトバルブ５１（５１Ｇ）を押圧しながら押え板１１７の係合片１１８を突起１１４に係合させることにより、ライトバルブ５１（５１Ｇ）が色変調ライトバルブ収容枠１１０に収容されて固定される。
【００６５】
色変調ライトバルブ固定枠１３０は、矩形状の平板形状を有する固定枠本体１３１を有し、この固定枠本体１３１に光束が通過する矩形状の開口部１３２が形成されている。また、開口部１３２の左右（Ｘ方向）の縁辺には、光束の入射方向に立設し、先端が左右の外周方向に曲折した射出側偏光板固定部１３３が一対形成されている。また、固定枠本体１３１の４つのコーナ部には各々、円柱形状を有する固定用ピン１３４が光束の入射方向に突接して設けられている。この固定用ピン１３４は、色変調ライトバルブ収容枠１１０に形成する調整用孔１１３と嵌合するように配設される。なお、色変調ライトバルブ固定枠１３０は、熱伝導率の低いプラスチック部材で形成されており、ライトバルブ５１で発生する熱が色変調ライトバルブ固定枠１３０を介してクロスダイクロイックプリズム６１に伝熱することを防止している。
【００６６】
射出側偏光板５３（５３Ｇ）は、透明な矩形状の基板５８の面に貼付される。また、その基板５８を色変調ライトバルブ固定枠１３０の２つの射出側偏光板固定部１３３の面に貼付する。これにより、射出側偏光板５３（５３Ｇ）が色変調ライトバルブ固定枠１３０に固定される。なお、本実施形態では、基板５８として、熱伝導率の高いサファイア基板を用いている。なお、サファイア基板の他に水晶基板を用いても良い。
【００６７】
クロスダイクロイックプリズム６１を固定するプリズム固定板１６０は、矩形状の板状に形成されるプリズム固定板本体１６１を有している。また、プリズム固定板本体１６１の対角に位置する２つのコーナ部から、対角線状に延設され、先端に略円板形状を有する案内用脚１６２が１対形成される。またその円板形状部には、案内用孔１６２ａが各々形成されている。また、プリズム固定板本体１６１の対角に位置する他の２つのコーナ部から、対角線状に延設され、先端に略円板形状を有する固定用脚１６３が１対形成される。またその円板形状部には、固定用孔１６３ａが各々形成されている。なお、プリズム固定板１６０は、熱伝導率の低いプラスチック部材で形成されており、ライトバルブ５１で発生する熱がプリズム固定板１６０を介して固定部材２００に伝熱することを防止している。このように構成されるプリズム固定板１６０の上面に、クロスダイクロイックプリズム６１の底面が所定の位置となるように、紫外線硬化剤を用いて固定する。
【００６８】
クロスダイクロイックプリズム６１を固定したプリズム固定板１６０は、固定部材２００に形成する案内用突起２１０にプリズム固定板１６０の案内用孔１６２ａを嵌合させて載置する。それにより、固定部材２００に形成される固定用ネジ孔２２０にプリズム固定板１６０の固定用孔１６３ａが位置する。ここで、固定用ネジ３００を用いて、固定用孔１６３ａに挿嵌し、固定用ネジ孔２２０にネジ締めすることにより、プリズム固定板１６０が固定部材２００に固定される。
【００６９】
リレーレンズ部７０は、レンズ群７０ａ，７０ｂを収容する筒状の筐体７５を備えている。そして、その筐体７５は、リレーレンズ部７０の略重心位置に相対する筐体７５の側面で、照明光軸Ｌの方向にお互いが平行となる固定用突起７６が一対突接して形成されている。また、各固定用突起７６には、１つの案内用孔７８と、２つの固定用孔７９が形成されている。
【００７０】
固定部材２００には、リレーレンズ部７０の各固定用突起７６に対応させて、リレーレンズ部７０を固定するための基台となる矩形状の断面を有し柱状に形成される一対の固定用突設部２３０が突設される。また、各固定用突設部２３０の天面には、１つのリレーレンズ部案内用突起２３１と、２つのリレーレンズ部固定用ネジ孔２３２が形成される。
【００７１】
ここで、各リレーレンズ部案内用突起２３１に、リレーレンズ部７０の各案内用孔７８を嵌合させてリレーレンズ部７０を固定用突設部２３０の天面に載置する。そして、固定用ネジ３１０を用いて、各固定用孔７９に挿嵌し、リレーレンズ部固定用ネジ孔２３２にネジ締めすることにより、リレーレンズ部７０が固定部材２００に固定される。
なお、この構成により、リレーレンズ部７０は、リレーレンズ部７０の重心近傍で固定部材２００に固定されることになる。
【００７２】
ここまで組立てられた光変調装置１００を用いて、各ライトバルブ５１（５１Ｇ，５１Ｒ，５１Ｂ）をクロスダイクロイックプリズム６１の側面部６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂに光学調整を行ないながら固定することになる。
【００７３】
ここで、ライトバルブ５１（５１Ｇ，５１Ｒ，５１Ｂ）に対する光学調整および固定手順を説明する。
ここでの光学調整とは、各ライトバルブ５１（５１Ｇ，５１Ｒ，５１Ｂ）を構成する画素に対して、対応する画素同士を一致させるアライメントと、リレーレンズ部７０のバックフォーカス面内に各ライトバルブ５１（５１Ｇ，５１Ｒ，５１Ｂ）のフォーカス面（液晶面）を合せ込むバックフォーカス調整をいう。
【００７４】
最初に、前述した状態の光変調装置１００を調整装置（図示省略）に設置する。次に、上述したように、Ｇ光用ライトバルブ５１Ｇに対して、色変調ライトバルブ固定枠１３０の固定用ピン１３４に紫外線硬化剤を塗布し、色変調ライトバルブ固定枠１３０の調整用孔１１３を嵌合する。また、色変調ライトバルブ固定枠１３０の固定枠本体１３１のクロスダイクロイックプリズム６１と相対する裏面側にも紫外線硬化剤を塗布して、クロスダイクロイックプリズム６１の側面部６１Ｇに仮固定する。仮固定とは、紫外線硬化剤の初期粘着力で、仮に固定することである。この状態で、色変調ライトバルブ収容枠１１０を調整装置のチャッキング部（図示省略）に設置する。
【００７５】
次に、調整装置の光源により、色変調ライトバルブ収容枠１１０の前方から緑色光を射出して、Ｇ光用ライトバルブ５１Ｇ、クロスダイクロイックプリズム６１およびリレーレンズ部７０を介して射出される画像を用いて、リレーレンズ部７０のバックフォーカス面内にＧ光用ライトバルブ５１Ｇのフォーカス面（液晶面）を合せ込む。なお、この調整は、チャッキング部が色変調ライトバルブ収容枠１１０を保持して６軸方向に移動させて調整を行なう。なお、Ｇ光用ライトバルブ５１Ｇを構成する画素が所定の位置に位置するようにアライメントも行なう。
【００７６】
６軸方向とは、図４に示す座標系を用いて説明すると、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の３軸方向の調整と、ＸＹ平面方向、ＹＺ平面方向、ＺＸ平面方向の３軸方向を示している。この６軸方向の調整を行なう。
【００７７】
このようにして、Ｇ光用ライトバルブ５１Ｇの光学調整が終了した場合、紫外線を照射して、調整用孔１１３と固定用ピン１３４、及び、色変調ライトバルブ固定枠１３０とクロスダイクロイックプリズム６１の側面部６１Ｇとを固定する。これにより、Ｇ光用ライトバルブ５１Ｇがクロスダイクロイックプリズム６１の側面部６１Ｇに本固定される。
【００７８】
次に、Ｂ光用ライトバルブ５１Ｂに対して、Ｇ光用ライトバルブ５１Ｇと同様に、クロスダイクロイックプリズム６１の側面部６１Ｂに仮固定し、光学調整を行なう。この場合、Ｂ光用ライトバルブ５１Ｂを収容する色変調ライトバルブ収容枠１１０の前方からも光を射出する。そして、Ｂ光用ライトバルブ５１Ｂ、クロスダイクロイックプリズム６１およびリレーレンズ部７０を介して射出される画像を用いて、先に固定されたＧ光用ライトバルブ５１Ｇの各画素の位置を基準として、Ｂ光用ライトバルブ５１Ｂを構成する各画素を、対応するＧ光用ライトバルブ５１Ｇの画素と一致させるアライメントと、Ｇ光用ライトバルブ５１Ｇと同様のバックフォーカス調整とを行なう。この場合もＧ光用ライトバルブ５１Ｇと同様に、６軸方向の調整を行う。光学調整が終了した場合。紫外線を同様に照射して、Ｂ光用ライトバルブ５１Ｂをクロスダイクロイックプリズム６１の側面部６１Ｂに本固定する。
【００７９】
次に、Ｒ光用ライトバルブ５１Ｒに対して、Ｇ光用ライトバルブ５１Ｇと同様に、クロスダイクロイックプリズム６１の側面部６１Ｒに仮固定し、調整を行なう。Ｂ光用ライトバルブ５１Ｂと同様に、Ｇ光用ライトバルブ５１Ｇの対応する各画素の位置と一致するように、Ｒ光用ライトバルブ５１Ｒを収容する色変調ライトバルブ収容枠１１０の前方から赤色光を射出する（この場合、青色光用には光は射出しない）。そして、Ｒ光用ライトバルブ５１Ｒ、クロスダイクロイックプリズム６１およびリレーレンズ部７０を介して射出される画像を用いて、光学調整を行なう。この場合もＧ光用ライトバルブ５１Ｇと同様に、６軸方向の調整を行う。光学調整が終了した場合。紫外線を同様に照射して、Ｒ光用ライトバルブ５１Ｒをクロスダイクロイックプリズム６１の側面部６１Ｒに本固定する。
【００８０】
以上により、各色光用のライトバルブ５１（５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂ）は、光学調整（アライメント及びバックフォーカス調整）が完了し、クロスダイクロイックプリズム６１に固定されることになる。
【００８１】
次に、第２光変調素子としてのライトバルブ８１の固定方法と光学調整を説明する。
ライトバルブ８１を収容する第２光変調素子収容部としての輝度変調ライトバルブ収容枠１２０の構成を説明する。
【００８２】
輝度変調ライトバルブ収容枠１２０は、略上述した色変調ライトバルブ収容枠１１０と同様の構成となっている。輝度変調ライトバルブ収容枠１２０は、収容枠本体１２１と押え板１２７とで構成されている。収容枠本体１２１と押え板１２７は、色変調ライトバルブ収容枠１１０の収容枠本体１１１と押え板１１７とに対応している。
【００８３】
収容枠本体１２１は、開口部１２２、調整用孔１２３、突起１２４および切欠部１２５などが収容枠本体１１１の開口部１１２、調整用孔１１３、突起１１４および切欠部１１５などと同様に形成されている。また、押え板１２７は、係合片１２８などが押え板１１７の係合片１１８などと同様に形成されている。
【００８４】
以上のように形成された収容枠本体１２１にライトバルブ８１を収容し、後方から押え板１２７でライトバルブ８１を押圧しながら押え板１２７の係合片１２８を突起１２４に係合させることにより、ライトバルブ８１が輝度変調ライトバルブ収容枠１２０に収容されて固定される。なお、ライトバルブ８１には、ライトバルブ８１を駆動するために、制御基板からの駆動信号を伝達されるケーブル５６が接続されており、切欠部１２５から上方に伸びている。
【００８５】
輝度変調ライトバルブ固定枠１４０は、矩形状の平板形状を有する固定枠本体１４１を有し、この固定枠本体１４１に光束が通過する矩形状の開口部１４２が形成されている。また、固定枠本体１４１の４つのコーナ部には各々、円柱形状を有する固定用ピン１４４が光束の射出方向に突接して設けられている。この固定用ピン１４４は、輝度変調ライトバルブ収容枠１２０に形成する調整用孔１２３と嵌合するように配設される。そして、固定枠本体１４１の下端面の両端部には、矩形板状の固定部１４５が一対形成されている。また、固定部１４５の面部には、固定用孔１４６が各々形成されている。なお、輝度変調ライトバルブ固定枠１４０は、熱伝導率の低いプラスチック部材で形成され、ライトバルブ８１で発生する熱が輝度変調ライトバルブ固定枠１４０を介して固定部材２００に伝熱することを防止している。
【００８６】
なお、固定部材２００には、この輝度変調ライトバルブ固定枠１４０を固定する位置に相対して、固定用ネジ孔２４０が形成されている。ここで、輝度変調ライトバルブ固定枠１４０の固定部１４５を固定部材２００に載置して、固定部材２００に形成される固定用ネジ孔２４０に輝度変調ライトバルブ固定枠１４０の固定用孔１４６を位置させる。そして、固定用ネジ３２０を用いて、固定用孔１４６に挿嵌し、固定用ネジ孔２４０にネジ締めすることにより、輝度変調ライトバルブ固定枠１４０が固定部材２００に固定される。
【００８７】
射出側偏光板固定枠１５０は、矩形状の平板形状を有する固定枠本体１５１を有し、この固定枠本体１５１に光束が通過する矩形状の開口部１５２が形成されている。また、固定枠本体１５１の下端面の両端部には、矩形板状の固定部１５５が一対形成されている。また、固定部１５５の面部には、固定用孔１５６が各々形成されている。なお、射出側偏光板固定枠１５０は、熱伝導率の低いプラスチック部材で形成され、射出側偏光板８３で発生する熱が射出側偏光板固定枠１５０を介して固定部材２００に伝熱することを防止している。
【００８８】
射出側偏光板８３は、透明な矩形状の基板５９の面に貼付される。また、その基板５９を射出側偏光板固定枠１５０の固定枠本体１５１の面に貼付する。これにより、射出側偏光板８３が射出側偏光板固定枠１５０に固定される。なお、本実施形態では、基板５９として、熱伝導率の高いサファイア基板を用いている。なお、サファイア基板の他に水晶基板を用いても良い。
【００８９】
なお、固定部材２００には、この射出側偏光板固定枠１５０を固定する位置に相対して、固定用ネジ孔２５０が形成されている。ここで、射出側偏光板固定枠１５０の固定部１５５を固定部材２００に載置して、固定部材２００に形成される固定用ネジ孔２５０に射出側偏光板固定枠１５０の固定用孔１５６を位置させる。そして、固定用ネジ３３０を用いて、固定用孔１５６に挿嵌し、固定用ネジ孔２５０にネジ締めすることにより、射出側偏光板固定枠１５０が固定部材２００に固定される。
【００９０】
ここまで組立てられた光変調装置１００を用いて、ライトバルブ８１を輝度変調ライトバルブ固定枠１４０に光学調整を行ないながら固定することになる。
【００９１】
ここで、ライトバルブ８１対する光学調整および固定手順を説明する。
ここでの光学調整とは、リレーレンズ部７０から射出された射出光としての全波長域の光（白色光）を構成する画素に対して、ライトバルブ８１の対応する画素を一致させるアライメントと、リレーレンズ部７０のフォーカス面内にライトバルブ８１のフォーカス面（液晶面）を合せ込むフォーカス調整をいう。
【００９２】
最初に、前述した各ライトバルブ５１（５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂ）が光学調整されて、クロスダイクロイックプリズム６１に固定され、輝度変調ライトバルブ固定枠１４０と、射出側偏光板８３が貼付された射出側偏光板固定枠１５０とが固定部材２００に固定された状態の光変調装置１００を調整装置（図示省略）に設置する。次に、輝度変調ライトバルブ固定枠１４０の固定用ピン１４４に紫外線硬化剤を塗布し、輝度変調ライトバルブ収容枠１２０の調整用孔１２３を嵌合する。この状態で、輝度変調ライトバルブ収容枠１２０を調整装置のチャッキング部（図示省略）に設置する。
【００９３】
次に、各色光用の色変調ライトバルブ収容枠１１０の前方から、対応する各色光の光を射出する。そして、ライトバルブ８１から射出される画像を用いて、リレーレンズ部７０を介して射出される光束を構成する画素が、輝度変調ライトバルブ８１を構成する各画素の所定の位置に位置するようにアライメントを行なう。また、フォーカス調整も行なう。なお、この調整は、チャッキング部が輝度変調ライトバルブ収容枠１２０を保持して６軸方向に移動させて調整を行なう。
【００９４】
ここで、６軸方向の調整とは、色変調ライトバルブ５１での６軸方向の調整と同様である。なお、各色変調ライトバルブ５１（５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂ）は前述したように光学調整が完了しており各画素が一致している。そして、この光学調整でリレーレンズ部７０と輝度変調ライトバルブ８１との共役距離が調整され、リレーレンズ部７０から射出された光学像は、輝度変調ライトバルブ８１の画素面で結像される。
【００９５】
輝度変調ライトバルブ８１の調整が終了した場合。紫外線を照射して、調整用孔１２３と固定用ピン１４４とを固定する。それにより、ライトバルブ８１を収容する輝度変調ライトバルブ収容枠１２０が輝度変調ライトバルブ固定枠１４０に本固定される。
以上により、光変調装置１００が完成する。
【００９６】
なお、上述したように、固定部材２００は、光変調装置１００を構成する光学素子を固定するための部材であり、剛性を有する部材が好ましい。また、光学素子の固定位置が熱により変化させないために、プラスチック部材に対して線膨張係数の低い金属部材を用いることが好ましい。本実施形態では、インバー合金の板材を加工して使用している。なお、リレーレンズ部７０を固定するための固定用突設部２３０などは、他の金属部材を用いている。
【００９７】
なお、完成した光変調装置１００は、光学部品用筐体７の所定の位置に収容され、ねじ固定される。
【００９８】
図５は、投写部の概略断面図である。
図５を参照して、投射部９０の固定構造を説明する。
【００９９】
投射部９０は、筐体９５の内部に投射レンズ９１を含め投射レンズ群を収容し固定している。この筐体９５は、入射側の端部近傍に、円板状に形成されたフランジ９６を有している。そして、投射部９０は、入射側に設置される円筒状の投射部保持部材４００により保持される。詳細には、投射部保持部材４００の端部の内面側に突出して形成される保持部４１０を有し、保持部４１０の所定の場所に形成される固定用ネジ孔４１１を複数有している。一方、筐体９５のフランジ９６において、この固定用ネジ孔４１１に相対する位置に固定用孔９７が形成される。
【０１００】
投射部９０を投射部保持部材４００に固定する場合には、投射部９０のフランジ９６に形成される固定用孔９７を、投射部保持部材４００の保持部４１０に形成される固定用ネジ孔４１１に合せて、固定用ネジ３５０でネジ締めすることにより、固定される。
【０１０１】
この場合、本実施形態では、保持部４１０とフランジ９６との間に、光学調整機構としてのスペーサ５００を設置してネジ締めすることにより、フランジバック調整を行なっている。スペーサ５００は、所定の板厚を有し、中心に円形の貫通孔を有する円板形状に形成されている。所定の板厚として、本実施形態では略０．１ｍｍ程度の板厚のスペーサ５００を用いている。
【０１０２】
フランジバック調整は、投射部９０のバックフォーカス面内に第１光変調素子としてのライトバルブ５１および第２光変調素子としてのライトバルブ８１のフォーカス面（液晶面）を合せ込む調整である。
【０１０３】
本実施形態では、光変調装置１００と投射部９０とを調整装置（図示省）に設置して、ライトバルブ５１の入射側から各色光の光を射出させ、投射部９０から投射する光学像を利用して、投射部９０を前後方向に移動して調整することにより、バックフォーカス調整を行う。バックフォーカス調整が終了した場合、ライトバルブ８１と投射部９０のフランジ９６との距離を測定し、実際に測定に用いた光変調装置１００をプロジェクタ１に組み込む。そして、投射部９０を組み立てる場合に、ライトバルブ８１と投射部９０のフランジ９６との距離が測定した距離となるように、保持部４１０とフランジ９６との間をスペーサ５００を用いて調整する。このようにして、バックフォーカス調整が行われ、適正な共役距離を確保して投射部９０が固定される。
【０１０４】
上述した、実施形態によれば以下の効果が得られる。
（１）本実施形態の光変調装置１００によれば、固定部材２００を基準として、第１光変調素子としての色変調ライトバルブ５１と、リレーレンズ部７０と、第２光変調素子としての輝度変調ライトバルブ８１とを一体にユニット化して固定することができる。詳細には、光源装置３０からの光を色分離光学系４２で分離（分光）して３色（赤色光、緑色光、青色光）とした各色光に対応して変調する３つの色変調ライトバルブ５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂは、色変調ライトバルブ収容枠１１０に収容され、色変調ライトバルブ固定枠１３０を介して、クロスダイクロイックプリズム６１に、色変調ライトバルブ５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂが所定の位置となるように固定される。そして、このクロスダイクロイックプリズム６１は、プリズム固定板１６０に固定される。そして、このプリズム固定板１６０は固定部材２００に固定される。また、輝度変調ライトバルブ８１は、輝度変調ライトバルブ収容枠１２０に収容され、輝度変調ライトバルブ固定枠１４０により、固定部材２００に輝度変調ライトバルブ８１が所定の位置となるように固定される。
【０１０５】
このような光変調装置１００によれば、リレーレンズ部７０と色変調ライトバルブ５１との距離、及びリレーレンズ部７０と輝度変調ライトバルブ８１との距離を精度良く位置決めすることができる。つまり、リレーレンズ部７０と色変調ライトバルブ５１とのフランジバック、及びリレーレンズ部７０を中心として色変調ライトバルブ５１と輝度変調ライトバルブ８１との共役距離を精度良く確保することができる。また、温度負荷が加わった場合に、他の光学素子と共通の収容ケースによる固定ではないため、膨張・収縮の影響を最小限とすることができ、フランジバックや共役距離の変化を最小限とすることが可能となる。従って、高ダイナミックレンジを実現する光学系に対する温度の影響を低減し、光学系の有する高ダイナミックレンジ特性を維持する光変調装置１００を実現できる。
【０１０６】
（２）本実施形態の光変調装置１００によれば、色変調ライトバルブ５１は、光学調整を行い、クロスダイクロイックプリズム６１に固定するため、リレーレンズ部７０に対するフランジバックを精度良く確保することができる。また、各色光の色変調ライトバルブ５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂの画素位置を一致させるアライメントにより、画素ズレ、画像ボケ、輝度変化および色ムラなどの発生を低減させることができる。
【０１０７】
（３）本実施形態の光変調装置１００によれば、輝度変調ライトバルブ８１は、色変調ライトバルブ５１とクロスダイクロイックプリズム６１とリレーレンズ部７０とを通して射出された射出光を用いて光学調整を行なうため、リレーレンズ部７０を中心として色変調ライトバルブ５１と輝度変調ライトバルブ８１との共役距離を精度良く確保することができる。また、リレーレンズ部７０から射出された射出光を構成する画素に対して、輝度変調ライトバルブ８１の対応する画素を一致させるアライメントにより、画素ズレ、画像ボケ、輝度変化および色ムラなどの発生を低減させることができる。
【０１０８】
（４）本実施形態の光変調装置１００によれば、リレーレンズ部７０は、リレーレンズ部７０の重心近傍に形成される固定用突起７６により、固定部材２００に固定されるため、各種レンズ群で構成されるリレーレンズ部７０の大きさや重量に影響されずに、リレーレンズ部７０を固定部材２００に安定して固定することができる。
【０１０９】
（５）本実施形態の光変調装置１００によれば、プリズム固定板１６０は、プラスチック部材で形成されているため、熱伝導率が金属部材よりも低く、また、その中でも熱伝導率の低いプラスチック部材で形成されているため、色変調ライトバルブ５１で発生した熱がクロスダイクロイックプリズム６１に伝熱した場合にも、その熱が固定部材２００に伝熱することを抑制することができる。また、色変調ライトバルブ固定枠１３０も同様のプラスチック部材で形成されるため、色変調ライトバルブ５１で発生した熱がクロスダイクロイックプリズム６１に伝熱することを抑制することができる。また、輝度変調ライトバルブ固定枠１４０も同様のプラスチック部材で形成されるため、輝度変調ライトバルブ８１で発生した熱が固定部材２００に伝熱することを抑制することができる。また、射出側偏光板固定枠１５０も同様のプラスチック部材で形成されるため、射出側偏光板８３で発生した熱が固定部材２００に伝熱することを抑制することができる。
【０１１０】
（６）本実施形態の光変調装置１００によれば、固定部材２００は、金属部材で形成されている。これにより、固定部材２００が剛性を強化することができるため、リレーレンズ部７０をはじめ、他の光学素子を確実に安定して固定できる。また、金属部材の有する線膨張係数は、一般にプラスチック部材に比較して小さい。それにより、固定部材２００に温度負荷が加わった場合において、プラスチック部材に比較して膨張・収縮の影響を小さくすることができるため、フランジバックや共役距離の変化を小さくすることが可能となる。従って、高ダイナミックレンジを実現する光学系に対する温度の影響を更に低減し、光学系の有する高ダイナミックレンジ特性を維持する光変調装置１００を実現できる。なお、金属部材の中でも線膨張係数の低い金属部材で形成され、本実施形態では、インバー合金により形成されるため、温度負荷に対する膨張・収縮の影響を更に小さくすることができ、フランジバックや共役距離の変化を更に小さくすることが可能となる。
【０１１１】
（７）本実施形態の光変調装置１００は、射出側偏光板８３と射出側偏光板８３を固定部材２００に固定する射出側偏光板固定枠１５０とを有しているため、輝度変調ライトバルブ８１から射出された光の偏光軸方向を射出側偏光板８３で制御することにより、更に高いコントラストや輝度を得ることができる。また、射出側偏光板８３を固定部材２００に固定することで、光変調装置１００をプロジェクタ１に組み込む場合において、作業性を向上できる。
【０１１２】
（８）本実施形態のプロジェクタ１は、上述した効果を奏する光変調装置１００を有するため、光変調装置１００への温度の影響を低減し光学系の有する高ダイナミックレンジ特性を有した光学像を投射部９０から投射することができ、大画面表示を行なって臨場感ある表示画像を再現することができる。
【０１１３】
（９）本実施形態のプロジェクタ１は、投射部９０において、光学調整機構としてスペーサ５００を設置してフランジバック調整を行なっている。これにより、光変調装置１００を構成する色変調ライトバルブ５１および輝度変調ライトバルブ８１に対して、フランジバックを精度良く調整することが可能となり、輝度変化および色ムラなどの発生を更に低減させ、高ダイナミックレンジ特性を有した光学像を投射部９０から投射することができる。
【０１１４】
（１０）本実施形態の光変調装置１００は、高ダイナミックレンジ特性を実現する色変調ライトバルブ５１、リレーレンズ部７０および輝度変調ライトバルブ８１を、固定部材２００により一体にユニット化している。そのため、画素位置調整やバックフォーカス調整などの高精度な光学調整を行なう場合、このユニットの中で、各々の光学素子間におけるこれらの高精度な調整を効率的に行なうことができる。また、プロジェクタ１などへの組み込みにおいても、取回しが楽になり、プロジェクタ１の組立性の向上を図ることができる。また、光変調装置１００が故障した場合においても、ユニットで交換ができるため、メンテナンス性が向上する。
従来は、色変調ライトバルブ５１、リレーレンズ部７０および輝度変調ライトバルブ８１は、その他の光学系を構成する光学素子などを含めて、共通の収容ケースに収容されることが一般的であった。そのため、色変調ライトバルブ５１、リレーレンズ部７０、輝度変調ライトバルブ８１に対して光学調整を行う場合に、他の光学素子が調整用の治具の動作を妨げることや、収容ケースによって調整用の治具などの動作を妨げることなどが発生し、光学調整などの作業性が低下していた。しかし、本実施形態の光変調装置１００により、高精度な調整を効率的に行なえ、作業性が向上するメリットは大変大きい。
【０１１５】
（１１）本実施形態の光変調装置１００は、色変調ライトバルブ５１とクロスダイクロイックプリズム６１との後段に、リレーレンズ部７０を介して輝度変調ライトバルブ８１を配置する。そして、色変調ライトバルブ５１から輝度変調ライトバルブ８１までの間において、これらの光学素子を固定部材２００に固定させるための部材を極力少なくしてユニット化しているため、２つの光変調素子間の距離を短くすることができる。これにより、伝達光の光学収差を低減し、結像（伝達）精度を向上している。
【０１１６】
（１２）本実施形態の光変調装置１００は、射出側偏光板５３，８３を固定する基板５８，５９として、熱伝導性の高いサファイア基板を用いている。従って、入射光により、射出側偏光板５３，８３で発生する熱がサファイア基板に伝熱し易く、また、サファイア基板で放熱し易くなるため、射出側偏光板５３，８３の品質劣化を防止して光学特性を長期間維持することが可能となる。
【０１１７】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。
【０１１８】
（変形例１）前記実施形態の光変調装置１００において、固定部材２００は、インバー合金を用いているが、これに限らず、アルミニウム合金やマグネシウム合金などの金属部材を用いることもできる。
【０１１９】
（変形例２）前記実施形態の光変調装置１００において、輝度変調ライトバルブ８１を保持固定する輝度変調ライトバルブ固定枠１４０と、射出側偏光板８３を固定する射出側偏光板固定枠１５０とは別体の固定枠として形成している。しかし、色変調ライトバルブ固定枠１３０のような形態を採用することで、輝度変調ライトバルブ８１と射出側偏光板８３とを１つの固定枠に固定することも可能である。
【０１２０】
（変形例３）前記実施形態におけるプロジェクタ１は、フロントタイプのプロジェクタ１であるが、リアタイプのプロジェクタとしても適用できる。
【０１２１】
（変形例４）前記実施形態における光変調装置１００は、透過型の光変調素子を用いて構成したが、これに限らず、色変調ライトバルブまたは輝度変調ライトバルブをＤＭＤ（Digital Micromirror Device）などの反射型の光変調素子で構成することもできる。
【０１２２】
（変形例５）前記実施形態において、光学系５は、光源装置３０に白色光を射出する単体の光源（ランプ３１）を用い、この白色光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光の３原色の光に分離（分光）している。しかし、これに限らず、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の３原色にそれぞれ対応した、赤色の光を射出する光源、緑色の光を射出する光源および青色の光を射出する光源の３つの光源を用い、白色光を分離する手段（色分離光学系４２）を取り除いた構成としても良い。
【０１２３】
（変形例６）前記実施形態において、光学系５は、３つの色変調ライトバルブ５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂを用いる、いわゆる３板方式を採用しているが、これに限らず、単板方式を採用しても良い。
【０１２４】
（変形例７）前記実施形態において、光学系５は、色変調ライトバルブ５１および輝度変調ライトバルブ８１を用いて光の輝度を２段階に変調するように構成したが、これに限らず、輝度変調ライトバルブを２セット用いて光の輝度を２段階に変調するように構成することもできる。
【０１２５】
（変形例８）前記実施形態の光変調装置１００において、リレーレンズ部７０の前段または後段に、変調光の偏光状態を補償する偏光補償光学系を備えることでも良い。偏光補償光学系としては、例えば、レクチファイアなどを採用することが好ましい。レクチファイアにより、主として偏光の振動面の回転（偏光面回転）を補償することが可能となる。
【０１２６】
（変形例９）前記実施形態において、光学系５は、色変調ライトバルブ５１の射出側に射出側偏光板５３を用いて、輝度変調ライトバルブ８１の入射側には、偏光板を用いていない。これに限らず、色変調ライトバルブ５１の射出側には射出側偏光板５３を用いず、輝度変調ライトバルブ８１の入射側に偏光板を用いる構成とすることもできる。なお、色変調ライトバルブ５１の射出側と輝度変調ライトバルブ８１の入射側との双方に偏光板を用いることもできる。
【０１２７】
本発明を実施するための最良の形態を、上記記載で開示しているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して図示し、かつ、説明しているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、上述した実施形態に対し、詳細な構成部材や、構成部材の形状・材質・数量などにおいて、当業者が様々な変形（変更ならびに改良）を加えることができるものである。従って、詳細な構成部材や、構成部材の形状・材質・数量などにおいて、当業者が様々な変形を加えることにより実施する場合も本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの光学系の構成を示す模式図。
【図２】リレーレンズ部の概略構成。
【図３】光変調装置の概略側面図。
【図４】光変調装置の概略組立図。
【図５】投写部の概略断面図。
【符号の説明】
【０１２９】
１…プロジェクタ、５…光学系、５１…第１光変調素子としてのライトバルブ、６１…クロスダイクロイックプリズム、７０…リレーレンズ部、８１…第２光変調素子としてのライトバルブ、８３…射出側偏光板、９０…投射部、１００…光変調装置、１１０…色変調ライトバルブ収容枠、１２０…輝度変調ライトバルブ収容枠、１３０…色変調ライトバルブ固定枠、１４０…輝度変調ライトバルブ固定枠、１５０…射出側偏光板固定枠、１６０…プリズム固定板、２００…固定部材、５００…光学調整機構としてのスペーサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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