(57)【要約】  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。
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【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１１５８０３号公報
【特許文献２】特開２０１５−１６６８０４号公報
【発明の概要】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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】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】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】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】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】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】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】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】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。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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2018042523.tif 000013
2018042523.tif 000014
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