(57)【要約】【課題】第１の光変調素子と第２の光変調素子を高精度に位置合わせすることで表示画像の画質向上を図りつつ、輝度ダイナミックレンジの拡大と階調数の増大を実現できる画像表示装置における第１光変調素子と第２光変調素子の位置調整方法を提供する。【解決手段】本発明の位置調整方法は、第１光変調素子とリレー光学系と第２光変調素子との光軸方向相対位置をずらしながらモアレのパターンの変化を観察し、前記３つの光学部材の光軸方向の相対位置を調整する光軸方向位置調整工程と、第１、第２光変調素子の相対位置をずらしながらモアレのパターンの変化を観察することにより、第１、第２光変調素子の平行度を調整する平行度調整工程と、第１、第２光変調素子の回転相対位置をずらしながらモアレをなくすことにより、第１、第２光変調素子の回転相対位置を調整する回転相対位置調整工程と、を備えている。【選択図】図２
2008083533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有し、前記光源から射出された光を変調する第１光変調素子と、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有し、前記第１光変調素子から射出された光を変調する第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、前記第１光変調素子による光学像を前記第２光変調素子上に結像するリレー光学系と、が備えられた画像表示装置における前記第１光変調素子と前記第２光変調素子との位置調整方法であって、
前記第１光変調素子と前記リレー光学系と前記第２光変調素子との光軸方向の相対位置をずらしながらモアレのパターンの変化を観察することによって、前記第１光変調素子と前記リレー光学系と前記第２光変調素子との光軸方向の相対位置を調整する光軸方向位置調整工程と、
前記光軸方向位置調整工程の後に、前記第１光変調素子と前記第２光変調素子との相対位置をずらしながら前記モアレのパターンの変化を観察することによって、前記第１光変調素子と前記第２光変調素子との平行度を調整する平行度調整工程と、
前記平行度調整工程の後に、前記第１光変調素子と前記第２光変調素子との回転相対位置をずらしながら前記モアレをなくすことによって、前記第１光変調素子と前記第２光変調素子との回転相対位置を調整する回転相対位置調整工程と、
を備えたことを特徴とする画像表示装置における第１光変調素子と第２光変調素子の位置調整方法。
【請求項２】
前記光軸方向位置調整工程の前に、前記第１光変調素子と前記第２光変調素子との回転相対位置をずらすことによって、前記モアレのパターンの出現本数を増大させるモアレパターン増大工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置における第１光変調素子と第２光変調素子の位置調整方法。
【請求項３】
前記光軸方向位置調整工程の後に、前記リレー光学系の倍率をずらしながら前記モアレのパターンの変化を観察することによって、前記リレー光学系の倍率を調整するリレー倍率調整工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置における第１光変調素子と第２光変調素子の位置調整方法。
【請求項４】
前記回転相対位置調整工程の後に、前記第１光変調素子と前記第２光変調素子のそれぞれに水平・垂直調整用パターンを表示して、前記第１光変調素子と前記第２光変調素子との水平・垂直位置を調整する水平・垂直位置調整工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の画像表示装置における第１光変調素子と第２光変調素子の位置調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１光変調素子、第２光変調素子の２つの光変調素子を備えた画像表示装置において、第１光変調素子と第２光変調素子との位置調整方法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ましく、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。しかしながら、輝度ダイナミックレンジについてみると、その再現範囲は１〜１０２［nit］程度の範囲であり、また階調数は８ビットが一般的である。一方、人間の視覚は、一度に知覚し得る輝度ダイナミックレンジの範囲が１０−２〜１０４［nit］程度あり、また輝度弁別能力は０．２［nit］でこれを階調数に換算すると１２ビット相当といわれている。このような視覚特性を経由して現在のディスプレイ装置の表示画像を見ると、輝度ダイナミックレンジの狭さが目立ち、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、視聴者は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】
また、映画やゲーム等で使用されるＣＧ（Computer Graphics）では、人間の視覚に近い輝度ダイナミックレンジや階調特性を表示データ（以下、ＨＤＲ（High Dynamic Range）表示データという）に持たせて描写のリアリティを追求する動きが主流になりつつある。ところが、それを表示するディスプレイ装置の性能が不足しているため、ＣＧコンテンツが本来有する表現力を充分に発揮できないという課題がある。
さらに、次期ＯＳ（Operating System）においては、１６ビット色空間の採用が予定されており、現在の８ビット色空間と比較してダイナミックレンジや階調数が飛躍的に増大する。そのため、１６ビット色空間を生かすことができる高ダイナミックレンジ、高階調の電子ディスプレイ装置の実現への要求が高まると予想される。
【０００４】
ディスプレイ装置の中でも、液晶プロジェクタや、ＤＬＰ（Digital Light Processing、商標）プロジェクタといった投写型表示装置（プロジェクタ）は、大画面表示が可能であり、表示画像のリアリティや迫力を再現する上で効果的なディスプレイ装置である。この分野では上記の課題を解決するために、以下に述べる提案がなされている。
【０００５】
プロジェクタにおける輝度ダイナミックレンジ拡大のための基本的な構成は、光源からの射出光束を赤色、緑色および青色の各色光に分離し、分離した色光を第１の光変調素子で変調して所望の照明光量分布を形成し、変調された各色光をダイクロイックプリズムによって合成した後、リレー光学系によって第２の光変調素子上に伝達し、第２の光変調素子によって輝度を調節した上で照明するというものである。光変調素子としては、光伝搬特性が独立に制御可能な画素構造を有し、二次元的な透過率分布を制御し得る透過型変調素子が用いられている。例えば、第１，第２光変調素子として液晶ライトバルブを用いたものが、下記の特許文献１に開示されている。
【０００６】
いま、暗表示の透過率が０．２％、明表示の透過率が６０％の光変調素子を使用する場合を考える。光変調素子単体では、輝度ダイナミックレンジは、６０／０．２＝３００となる。上記ディスプレイ装置は、輝度ダイナミックレンジが３００の２段の光変調素子を光学的に直列に配置することに相当するので、理論上は３００×３００＝９００００の輝度ダイナミックレンジを実現することができる。また、階調数についてもこれと同等の考えが成り立ち、８ビット階調の光変調素子を光学的に直列に配置することにより８ビットを超える階調数を得ることができる。
なお、第１光変調素子及び第２光変調素子は、映像信号から作られた変調信号によってそれぞれ別個に駆動される。  
【特許文献１】特開２００５−２５０４４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１記載の２変調系の投写型表示装置において、第１光変調素子で変調した光を第２光変調素子で正確に変調するには、第１光変調素子および第２光変調素子が光（照明光や変調光）の光軸に対して高精度に位置合わせされている必要がある。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設置する場合には、第１光変調素子と第２光変調素子とさらにリレーレンズを光軸に対して高精度に位置合わせする必要がある。
これに反して、仮に第１光変調素子と第２光変調素子の設置位置が光軸に対してずれている場合には、第１光変調素子から射出された光の第２光変調素子における照射領域がずれてしまい、光を正確に変調することができなくなる。この結果、モアレや色ムラが発生するなど、画質が大きく劣化するという問題がある。ところが、第１光変調素子と第２光変調素子を高精度に位置合わせするのに効率の良い方法が今まで提案されていなかった。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、第１の光変調素子と第２の光変調素子を高精度に位置合わせすることで表示画像の画質の向上を図りつつ、輝度ダイナミックレンジの拡大と階調数の増大を実現できる画像表示装置における第１光変調素子と第２光変調素子の位置調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明者は、第１、第２光変調素子を備えた画像表示装置（以下、２変調系の画像表示装置と称することもある）を開発する過程において、各光変調素子の表示面内での回転方向の位置合わせに比べて、光軸に垂直な軸を中心とする回転方向の位置合わせ（いわゆる第１、第２光変調素子の平行度の調整）が難しいことを経験している。ところが、第１、第２光変調素子の位置ズレによって生じるモアレのパターンの変化を観察しながら位置調整を行うことによって、第１、第２光変調素子の平行度の調整が効率良くかつ高精度に行えることを見い出した。より具体的には、第１光変調素子とリレー光学系と第２光変調素子との光軸方向の相対位置を変化させると、モアレのパターンの歪みの度合いが変わることを発見した。また、第１光変調素子と第２光変調素子の平行度を変化させると、画面内におけるモアレのフォーカス分布（フォーカスが合った領域、合っていない領域それぞれの位置）やフォーカス分布の移動方向が変わることを発見した。本願発明者は、以上のような経験に基づき、下記の本発明の構成に思い至った。なお、本願発明者は、どのような種類の位置ズレが生じたときにモアレのパターンがどのように変化するかについて実際の光学系を用いて確認するとともに、シミュレーションでも確認している。このシミュレーション結果については後述する。
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明の画像表示装置における第１光変調素子と第２光変調素子の位置調整方法は、光源と、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有し、前記光源から射出された光を変調する第１光変調素子と、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有し、前記第１光変調素子から射出された光を変調する第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、前記第１光変調素子による光学像を前記第２光変調素子上に結像するリレー光学系と、が備えられた画像表示装置における第１光変調素子と第２光変調素子との位置調整方法であって、前記第１光変調素子と前記リレー光学系と前記第２光変調素子との光軸方向の相対位置をずらしながらモアレのパターンの変化を観察することによって、前記第１光変調素子と前記リレー光学系と前記第２光変調素子との光軸方向の相対位置を調整する光軸方向位置調整工程と、前記光軸方向位置調整工程の後に、前記第１光変調素子と前記第２光変調素子との相対位置をずらしながら前記モアレのパターンの変化を観察することによって、前記第１光変調素子と前記第２光変調素子との平行度を調整する平行度調整工程と、前記平行度調整工程の後に、前記第１光変調素子と前記第２光変調素子との回転相対位置をずらしながら前記モアレをなくすことによって、前記第１光変調素子と前記第２光変調素子との回転相対位置を調整する回転相対位置調整工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の位置調整方法によれば、まず、第１光変調素子、リレー光学系、第２光変調素子の相互の光軸方向の相対位置をずらしながらモアレのパターンの変化（より具体的にはパターンの歪み具合の変化）を観察することで、上記３つの光学要素の光軸方向の相対位置を調整する（光軸方向位置調整工程）。次に、第１光変調素子と第２光変調素子との相対位置をずらしながらモアレのパターンの変化（より具体的にはモアレのフォーカス分布やフォーカス分布の移動方向の変化）を観察することによって、上記２つの光変調素子間の平行度を調整する（平行度調整工程）。以上の２つの工程により、比較的困難な平行度の調整が的確に行えるため、次に、モアレをなくすように第１光変調素子と第２光変調素子との回転相対位置をずらすことによって、両者の回転相対位置を調整することができる（回転相対位置調整工程）。以上により、第１光変調素子と第２光変調素子の高精度な位置合わせを実現することができる。
【００１２】
例えば半導体製造プロセス等でよく知られているように、第１、第２光変調素子のそれぞれに位置合わせパターンを設け、これらを相互に合わせ込むようにして位置合わせを行う方法も考えられる。この方法を２変調系の画像表示装置に適用した場合、第２光変調素子の後段で重畳される２つの位置合わせパターンの像で位置合わせの良否を判断することになる。ところが、第１、第２光変調素子の間にリレー光学系が介在しており、特に第１光変調素子の位置合わせパターンの像がリレー光学系を介することで認識されにくくなるため、微妙な位置ズレの判断が付きにくく、この方法では高精度な位置合わせが困難であった。これに対して、本発明の方法は、第１、第２光変調素子がもともとマトリクス状に配置された画素に由来する格子構造を有しているため、特別なパターンを設けなくても、位置ズレが生じた場合にはモアレが生じる。そして、モアレのパターンは、第１光変調素子、リレー光学系、第２光変調素子の光軸方向の相対位置、第１光変調素子と第２光変調素子との平行度等のパラメータの変化に比較的敏感に影響を受ける。したがって、モアレのパターンを観察することで光学要素の各種調整を高精度に行うことができる。
【００１３】
また、前記光軸方向位置調整工程の前に、前記第１光変調素子と前記第２光変調素子との回転相対位置をずらすことによって、前記モアレのパターンの出現本数を増大させるモアレパターン増大工程をさらに備えることが望ましい。
第１、第２光変調素子の間にわずかな位置ズレがあってもモアレは発生するが、モアレパターン（縞）の出現本数は少ない。その状態のままで本発明の各工程を実施すると、モアレの出現パターンの変化が捉えにくいため、各光学要素の調整が行いにくく、また、精度も低下してしまう。そこで、本発明の上記各工程を実施する前に、一旦第１光変調素子と第２光変調素子との回転相対位置をずらすと、モアレパターン（縞）の出現本数が元の状態よりも増大する。よって、この工程により、次工程以降でのモアレのパターン変化がより顕著になり、位置ズレの有無や程度を的確に判断できるようになる。
【００１４】
また、前記光軸方向位置調整工程の後に、前記リレー光学系の倍率をずらしながら前記モアレのパターンの変化を観察することによって、前記リレー光学系の倍率を調整するリレー倍率調整工程をさらに備えることが望ましい。
この構成によれば、第１、第２光変調素子の相対的な位置関係のみならず、リレー光学系の倍率も高精度に調整することができる。
【００１５】
また、前記回転相対位置調整工程の後に、前記第１光変調素子と前記第２光変調素子のそれぞれに水平・垂直調整用パターンを表示して、前記第１光変調素子と前記第２光変調素子との水平・垂直位置を調整する水平・垂直位置調整工程をさらに備えることが望ましい。
この構成によれば、第１，第２光変調素子の光軸方向の位置合わせあるいは平行度の調整が終了した後、各光変調素子の表示面内での水平方向、垂直方向の位置合わせを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施の形態を図１〜図９を参照しつつ説明する。
本実施形態の画像表示装置は、第１光変調素子および第２光変調素子に液晶ライトバルブを用いた２変調方式の投写型画像表示装置の例である。
図１は本実施形態の投写型画像表示装置の概略構成図（平面図）である。
【００１７】
まず最初に、図１を用いて投写型画像表示装置の構成について説明する。
本実施形態の投写型画像表示装置１は、光源１０と、均一照明系２０と、色変調部３０（青色光用液晶ライトバルブ４０Ｂ，緑色光用液晶ライトバルブ４０Ｇ，赤色光用液晶ライトバルブ４０Ｒの３つの液晶ライトバルブ（第１光変調素子）と、それぞれのライトバルブに配置された入射側偏光子（不図示）、出射側偏光子（不図示）とを含む。なお、以下の説明ではこれらの液晶ライトバルブを総称して色変調ライトバルブ４０と呼ぶこともある）と、リレーレンズ６０（リレー光学系）と、入射側偏光子７０と、輝度変調部としての液晶ライトバルブ８０（第２光変調素子、以下、輝度変調ライトバルブと呼ぶこともある）と、出射側偏光子９０と、投写レンズ１００（投写光学系）と、を備えている。
【００１８】
均一照明系２０は、光源１０から入射した光の輝度分布を均一化するものである。色変調部３０は、均一照明系２０から入射した光の波長領域のうちのＲ、Ｇ、Ｂ３原色の光の輝度をそれぞれ変調するものである。リレーレンズ６０は、色変調部３０により変調された光を輝度変調ライトバルブ８０に伝達するものである。輝度変調ライトバルブ８０は、リレーレンズ６０から入射した光の全波長領域の輝度を変調するものである。投写レンズ１００は、輝度変調ライトバルブ８０により変調された光をスクリーン２００に投写するものである。
【００１９】
光源１０は、高圧水銀ランプやキセノンランプ等からなるランプ１１と、ランプ１１からの射出光を反射するリフレクタ１２とを備えている。均一照明系２０は、各々が複数のマイクロレンズからなる第１フライアイレンズ２１、第２フライアイレンズ２２と、偏光変換素子２３と、集光レンズ２４とから構成されている。均一照明系２０では、光源１０から射出された光の光束断面における輝度分布が第１フライアイレンズ２１、第２フライアイレンズ２２により均一化される。さらに、第１フライアイレンズ２１、第２フライアイレンズ２２を通過した光は、偏光変換素子２３により色変調部３０の液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの入射偏光方向に偏光変換され、その偏光が集光レンズ２４により集光されて色変調部３０に向けて射出される。偏光変換素子２３は、例えば、ＰＢＳアレイと、１／２波長板とで構成されており、不定偏光状態の光束を特定の直線偏光に変換する。
【００２０】
色変調部３０は、光分離手段としての２つのダイクロイックミラー３１，３２と、３つのミラー３３，３４，３５（反射ミラー）と、５つのフィールドレンズ（レンズ３６、リレーレンズ３７、平行化レンズ３８Ｂ，３８Ｇ，３８Ｒ）と、３つの液晶ライトバルブ４０Ｂ，４０Ｇ，４０Ｒと、クロスダイクロイックプリズム５０とから構成されている。
【００２１】
ダイクロイックミラー３１，３２は、光源１０から射出された光（白色光）を、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色光に分離（分光）するものである。Ｒ光透過ダイクロイックミラー３１は、ガラス板等にＢ光およびＧ光を反射し、Ｒ光を透過する性質のダイクロイック膜を形成したものであり、光源１０からの白色光に含まれるＢ光およびＧ光を反射し、Ｒ光を透過する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー３２は、ガラス板等にＧ光を反射し、Ｂ光を透過する性質のダイクロイック膜を形成したものであり、Ｒ光透過ダイクロイックミラー３１で反射したＧ光およびＢ光のうち、Ｇ光を反射して平行化レンズ３８Ｇに伝達し、青色光を透過してレンズ３６に伝達する。
【００２２】
リレーレンズ３７はレンズ３６近傍の光（光強度分布）を平行化レンズ３８Ｂ近傍に伝達するもので、レンズ３６はリレーレンズ３７に光を効率良く入射させる機能を有する。また、レンズ３６に入射したＢ光は、その強度分布がほぼ保存された状態で、かつ、光損失をほとんど伴うことなく空間的に離れた液晶ライトバルブ４０Ｂに伝達される。
平行化レンズ３８Ｂ，３８Ｇ，３８Ｒは、対応する液晶ライトバルブ４０Ｂ，４０Ｇ，４０Ｒに入射する各色光を略平行化して、液晶ライトバルブ４０Ｂ，４０Ｇ，４０Ｒを透過した光を効率良くリレーレンズ６０に入射させる機能を有している。そして、ダイクロイックミラー３１，３２で分光されたＲＧＢ３原色の光は、上述したミラー（反射ミラー３３，３４，３５）およびフィールドレンズ（レンズ３６、リレーレンズ３７、平行化レンズ３８Ｂ，３８Ｇ，３８Ｒ）を介して液晶ライトバルブ４０Ｂ，４０Ｇ，４０Ｒに入射する。
【００２３】
液晶ライトバルブ４０Ｂ，４０Ｇ，４０Ｒは、画素電極およびこれを駆動するための薄膜トランジスタや薄膜ダイオード等のスイッチング素子がマトリクス状に形成されたガラス基板と、全面にわたって共通電極が形成されたガラス基板との間にＴＮ（Twisted Nematic）型液晶を挟み込むとともに、外面に偏光板を配置したアクティブマトリクス型の液晶表示素子である。液晶ライトバルブ４０Ｂ，４０Ｇ，４０Ｒは、電圧無印加状態で白／明（透過）状態、電圧印加状態で黒／暗（非透過）状態となるノーマリーホワイトモード、またはその逆のノーマリーブラックモードで駆動され、印加電圧値に応じて明暗間の階調がアナログ制御される。液晶ライトバルブ４０Ｂは、入射されたＢ光を表示画像データに基づいて光変調し、光学像を内包した変調光を射出する。液晶ライトバルブ４０Ｇは、入射されたＧ光を表示画像データに基づいて光変調し、光学像を内包した変調光を射出する。液晶ライトバルブ４０Ｒは、入射されたＲ光を表示画像データに基づいて光変調し、光学像を内包した変調光を射出する。
【００２４】
クロスダイクロイックプリズム５０は、４つの直角プリズムが貼り合わされた構造からなり、その内部には、Ｂ光を反射する誘電体多層膜５２（Ｂ光反射ダイクロイック膜）およびＲ光を反射する誘電体多層膜５１（Ｒ光反射ダイクロイック膜）が断面Ｘ字状に形成されている。そして、液晶ライトバルブ４０ＧからのＧ光を透過し、液晶ライトバルブ４０ＲからのＲ光と液晶ライトバルブ４０ＢからのＢ光とを反射させてこれらの３色の光を合成し、カラー画像を形成する。
【００２５】
リレーレンズ６０は、クロスダイクロイックプリズム５０で合成された液晶ライトバルブ４０Ｂ，４０Ｇ，４０Ｒの光学像（光強度分布）を後段の液晶ライトバルブ８０の画素面（光入射面）上に結像するものであり、液晶ライトバルブ４０Ｂ，４０Ｇ，４０Ｒで形成された光束輝度分布を正確に液晶ライトバルブ８０に伝達する。リレーレンズ６０は、開口絞りに対して略対称に配置された前段レンズ群、後段レンズ群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、後段レンズ群は、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が、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る。
【００２６】
液晶ライトバルブ８０は、上述した液晶ライトバルブ４０Ｂ，４０Ｇ，４０Ｒと同様の構成を有する透過型液晶ライトバルブである。液晶ライトバルブ４０Ｂ，４０Ｇ，４０Ｒの光学像の輝度をさらに変調するためのものである。そして、輝度変調された画像光が投写レンズ１００に入射され、投写レンズ１００に入射された光束は、投写レンズ１００を介してスクリーン２００（被投写面）上に拡大表示される。
【００２７】
以下、上記構成の投写型画像表示装置において、色変調ライトバルブ４０と輝度変調ライトバルブ８０との位置調整方法について説明する。
ここでは、位置調整方法について、図２のフローチャートを参照しつつ工程順を追って説明する。またそれと同時に、各種位置ズレとモアレパターンとの関係に関するシミュレーション結果を図４〜図９に示す。
【００２８】
なお、以下の説明に登場する回転の形態を表す「roll」、「yow」、「pitch」の意味は図３に示す通りである。すなわち、「roll」は光軸を回転軸とする表示面内での回転（ｚ軸を回転軸とする回転）、「yow」および「pitch」はともに光軸に直交する方向を回転軸とし、回転軸同士が互いに直交する回転（「yow」：ｙ軸を回転軸とする回転、「pitch」：ｘ軸を回転軸とする回転）、である。
【００２９】
まず最初に、輝度変調ライトバルブ８０をroll方向に回転させ、モアレを発生させる（図２のステップＳ１、モアレパターン増大工程）。
このとき、シミュレーション上は正規の位置からroll方向に回転させ、意図的にモアレを発生させることになるが、実際の光学系上ではライトバルブのわずかな位置ズレに起因して最初からモアレが発生していることが十分に考えられる。ところが、位置ズレが小さければモアレパターン（縞）の出現本数は少ないが、その状態から輝度変調ライトバルブ８０をroll方向に適度に回転させることによって、モアレパターン（縞）の出現本数を増やすことができる。これにより、以下の工程でのモアレのパターン変化がより見えやすくなり、位置ズレの有無や程度を的確に判断できるようになる。
なお、上記工程に先行あるいは並行して、モアレパターンが最も明瞭に見えるように、輝度変調ライトバルブ８０を光軸に沿って前後させる。これは、色変調ライトバルブ４０の像がほぼ輝度変調ライトバルブ８０上に結像するようにするためのフォーカス合わせである。色変調ライトバルブ４０の像が輝度変調ライトバルブ８０上でデフォーカス状態にあると、色変調ライトバルブ４０の画素格子像はボケてしまい、輝度変調ライトバルブ８０の画素格子との間に発生するモアレパターンも不明瞭なボケたものとなる。この結果、正確な位置調整が困難になる。一方、フォーカスが合っていると、モアレパターンは明瞭なくっきりとしたものとなり、位置調整が容易になる。
なお、ここで言うモアレパターンの明瞭・不明瞭とは、モアレパターンの可視度（visibility）とほぼ同義の表現であると理解されたい。
図４は、輝度変調ライトバルブ８０をroll方向に０．５°回転させたときのモアレのパターンＭを示している。
【００３０】
以下、図４に示したモアレのパターンＭがroll回転以外の位置ズレによってどのように変化するかをシミュレーションする。したがって、以下に示す図５〜図９は、全て輝度変調ライトバルブ８０をroll方向に０．５°回転させた状態を前提としている。
まず、モアレのパターンの歪み状態を観察しながら、リレーレンズ６０のワーキング・ディスタンス（色変調ライトバルブ４０からリレーレンズ６０までの距離、Working Distance, 以下、ＷＤと略記する）を調整し、歪みが最も小さくなるようにする（図２のステップＳ２、光軸方向位置調整工程）。
リレーレンズのＷＤのずれはその各種収差特性に影響を与えるが、本発明者はそのうち歪曲収差への影響に着目した。ＷＤが適正値からわずかにずれただけでも歪曲収差が変化し、それに伴ってモアレパターンも変化する。図５はＷＤを適正値＋１．２ｍｍに設定したときのモアレのパターンＭを示している。この図に示す通り、ＷＤがずれるとモアレ縞が大きく歪むことがわかる。また、図示は省略するが、本発明者は本条件におけるモアレのパターンを実際の光学系でも確認しており、シミュレーション結果と良く一致している。
すなわち、モアレのパターンが図５に示すように歪んでいたならば、図４の理想状態に近づけるべく歪みが最も小さくなる状態になるまでリレーレンズ６０のＷＤを調整する。
【００３１】
次に、モアレのパターンの傾き状態を観察しながら、リレーレンズ６０の近軸倍率を調整し、傾きが最も小さくなるようにする（図２のステップＳ３、リレー倍率調整工程）。
本発明者はリレーレンズの近軸倍率のわずかな変化に伴い、モアレ縞の傾きが大きく変化することに着目した。図６はリレーレンズの近軸倍率を０．９９９倍、図７はリレーレンズの近軸倍率を１．０００倍（適正値）、図８はリレーレンズの近軸倍率を１．００１倍にそれぞれ設定したときのモアレのパターンＭを示している。これらの図に示す通り、リレーレンズの近軸倍率が適正値からずれると、モアレ縞が大きく傾くことがわかる。
すなわち、モアレのパターンが図６や図８に示すように傾いていたならば、図７のように傾きが最も小さくなる状態になるまでリレーレンズ６０の近軸倍率を調整する。
なお、本来の理想的な設定倍率が０．９９９倍であるような場合には、図６のモアレ縞の傾きに近づけるように近軸倍率を調整してやればよい。
上記した近軸倍率の調整はリレーレンズ６０内部の所定のレンズ間隔の調整により行われる。この所定のレンズ間隔としては、間隔を変化させても結像性能に与える影響は小さいながら、倍率を変化させやすい間隔が選ばれる。また、リレーレンズ６０にはそのための調整リング等が設けられている。
【００３２】
次に、モアレのパターンが明瞭に見える領域の大きさや位置を観察しながら、輝度変調ライトバルブ８０のyow方向の回転位置およびpitch方向の回転位置を調整し、画面全体でモアレのパターンが全体的に均一かつ明瞭に見えるようにする（図２のステップＳ４、平行度調整工程）。
例えば輝度変調ライトバルブ８０が適正位置からpitch方向に回転していた（ずれていた）とすると、色変調ライトバルブ４０の像がpitch方向の上下でデフォーカス状態となり、その中間位置ではフォーカスが合った状態となる。この結果、図９に示すように、例えば画面の中央付近ではモアレのパターンが明瞭に見える（領域：Ｍａ）が、画面の上下では不明瞭に見える状態（領域：Ｍｂ）となる。また、輝度変調ライトバルブ８０が適正位置からyow方向に回転していた（ずれていた）とすると、色変調ライトバルブ４０の像がyow方向の左右でデフォーカス状態となり、例えば画面の中央付近では明瞭に見えるが、画面の左右では不明瞭な状態となる。
したがって、モアレのパターンの画面内での明瞭さ（visibility）の分布とその分布が動く方向を観察しながら輝度変調ライトバルブ８０をyow方向あるいはpitch方向に回転させることによって、画面内で明瞭さ（visibility）の分布ができるだけ均一になるまでyow方向あるいはpitch方向の回転位置を調整する。
【００３３】
次に、モアレのパターンが見えなくなるように、輝度変調ライトバルブ８０のroll方向の回転位置を調整する（図２のステップＳ５、回転相対位置調整工程）。
シミュレーション上は輝度変調ライトバルブの適正位置が既にわかっているため、ステップＳ１で輝度変調ライトバルブをroll方向に０．５°回転させたものを元に戻すだけでモアレを消すことができる。一方、実際の光学系では、モアレのパターンが最も見えにくくなる位置まで輝度変調ライトバルブをroll方向に回転させればよい。その結果、例えばステップＳ１で回転させた角度以上、輝度変調ライトバルブをroll方向に回転させる必要がある場合も考えられる。
【００３４】
最後に、モアレが消えたところで色変調ライトバルブ４０と輝度変調ライトバルブ８０のそれぞれに水平・垂直調整用パターンを表示しつつ、色変調ライトバルブ４０と輝度変調ライトバルブ８０の水平方向（ｘ方向）の位置、垂直方向（ｙ方向）の位置をそれぞれ調整する（図２のステップＳ６、水平・垂直位置調整工程）。
以上により、色変調ライトバルブ４０と輝度変調ライトバルブ８０との位置合わせが完了する。
【００３５】
本実施形態の色変調ライトバルブ４０と輝度変調ライトバルブ８０の位置調整方法は、輝度変調ライトバルブ８０をroll方向に回転させて意図的にモアレが多く発生した状態を作っておき、その上でモアレのパターンの変化状態を観察しながら、リレーレンズ６０のＷＤや倍率、色変調ライトバルブ４０と輝度変調ライトバルブ８０の面内回転位置や平行度の調整等を行うものである。そして、モアレのパターンの変化状態を観察することで、従来困難であった平行度の調整を的確に行うことができるため、色変調ライトバルブ４０と輝度変調ライトバルブ８０とを高精度に位置合わせすることができる。
【００３６】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施形態で例示した投写型画像表示装置の各光学系の具体的な構成については適宜変更が可能である。また、リレーレンズを光軸方向に移動させて調整する例、輝度変調ライトバルブを回転させて調整する例で説明したが、色変調ライトバルブ、リレーレンズ、輝度変調ライトバルブの３つの光学系間の相対的な位置が合えばよいため、上記の例以外、例えば色変調ライトバルブや輝度変調ライトバルブを光軸方向に移動させたり、色変調ライトバルブを回転させたりして調整する方法でも良い。また、ライトバルブの位置調整を行う際には、入出射側の偏光子がライトバルブと一体となった状態でライトバルブの位置調整を行っても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態の投写型表示装置の概略構成を示す平面図である。
【図２】本実施形態の位置調整方法を工程順に示すフローチャートである。
【図３】輝度変調ライトバルブの回転の形態を説明するための図である。
【図４】輝度変調ライトバルブをroll回転させたときのモアレのシミュレーション結果を示す図である。
【図５】リレーレンズのＷＤを変化させたときのモアレのシミュレーション結果を示す図である。
【図６】リレーレンズの倍率を変化させたときのモアレのシミュレーション結果を示す図である。
【図７】リレーレンズの倍率が適正値であるときのモアレのシミュレーション結果を示す図である。
【図８】リレーレンズの倍率を変化させたときのモアレのシミュレーション結果を示す図である。
【図９】輝度変調ライトバルブがpitch方向にずれているときのモアレのシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１…投写型画像表示装置（プロジェクタ）、１０…光源、４０，４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂ…色変調ライトバルブ（第１光変調素子）、６０…リレーレンズ（リレー光学系）、８０…輝度変調ライトバルブ（第２光変調素子）、１００…投写レンズ。
【図１】
2008083533.tif 000003
【図２】
2008083533.tif 000004
【図３】
2008083533.tif 000005
【図４】
2008083533.tif 000006
【図５】
2008083533.tif 000007
【図６】
2008083533.tif 000008
【図７】
2008083533.tif 000009
【図８】
2008083533.tif 000010
【図９】
2008083533.tif 000011