JP2004341396A - 光学デバイスの組立製造方法及び投射表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】組立製造のコストが低く、また精度よく且つ頑強に偏光ビームスプリッタと光学ガラスベース材とを固定できる光学デバイスの組立製造方法及び投射表示装置を提供する。
【解決手段】偏光ビームスプリッタ１０２，１０３，１０４，１０５に紫外線硬化型接着剤１０２ｓ，１０３ｓ，１０４ｓ，１０５ｓを塗布して光学ガラスベース材２０ａに保持（ａ）する。そして、光学位置調整を実施しながら紫外線照射機３０により光学ガラスベース材２０ａを透過させるように紫外線を照射して固定する（ｂ）ようにする。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型の空間光変調素子を用いた投射表示装置の光学デバイスの組立製造方法及び投射表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラー投射表示装置は、白色光から３原色光に係るＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の色光を分解して対応色の空間光変調素子に導き、当該空間光変調素子で映像信号に応じて光変調された色光を合成して投射し、スクリーン上にカラー映像を表示させるものである。
【０００３】
カラー投射表示装置は、それに適用される空間光変調素子の種類によって次にあげる３種類に大別される。透過型の空間光変調素子を適用したもの、反射型の空間光変調素子を適用したもの、またＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）を適用したものがある。
【０００４】
透過型の空間光変調素子及びＤＭＤは、光学構成が比較的簡単にできるために小型化が容易であるが高解像度化に難がある。一方、反射型の空間光変調素子は高解像度化に有利であるが光学構成が複雑となるために小型化に難がある。
【０００５】
特に、反射型の空間光変調素子を適用した投射表示装置は、空間光変調素子に照射される入射光と当該空間光変調素子で変調された反射光とを分離するために偏光ビームスプリッタを必要とする。高コントラストを実現するためには一つの空間光変調素子に対して、通常２つ以上の偏光ビームスプリッタを作用させるために、これが反射型の投射表示装置の光学構成を複雑にしていた。
【０００６】
このような反射型の空間光変調素子における光学構成の課題を解決し構成を小型化した色分解合成光学系が、提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この色分解合成光学系は、複数の偏光ビームスプリッタを至近距離に配置して光学ガラスベース等に接着固定をし、光学系を構成することにより小型化を達成している。
【０００７】
上述の光学部品の接着固定には、紫外線を照射することで硬化する、いわゆる紫外線硬化型接着剤が用いられる。この紫外線硬化型接着剤は、ガラス、金属、セラミックスなどに優れた接着力を持ち、高い光学的透過性があり、また屈折率が約１．５と代表的光学ガラスであるＢＫ７、石英ガラスとほぼ同一のためレンズ、プリズムの接着に広く使用されている。さらには、高い耐熱性もあることから、高出力の光源を用いるカラー投射表示装置の光学デバイスの接着固定に使用されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−２２８８０９公報（第１図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述の特許文献１に提案されてい光学デバイスは、複数の偏光ビームスプリッタを至近距離に配置してセラミックスベースに固定し光学系の小型化を達成している。セラミックスベースに偏光ビームスプリッタを固定する際、紫外線硬化型接着剤を用いるわけだが、セラミックスベースは光を透過しないため偏光ビームスプリッタの側面側から紫外線を照射しなければならず、複数の工程が必要となり、工数が増大し組立製造コストが高いという問題があった。
【００１０】
また、それぞれの偏光ビームスプリッタの取り付け精度を確保したのち固定する工程を繰り返すので、工程毎に取り付け精度を調整しなければならず、組立製造工程が複雑になるという問題があった。
【００１１】
本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、反射型空間光変調素子と、偏光ビームスプリッタと、カラー偏光フィルタとを光学ガラスベース材に固定した構成の光学デバイスにおいて、偏光ビームスプリッタに反射型空間光変調素子と、カラー偏光フィルタとを接着固定する。その後偏光ビームスプリッタに紫外線硬化型接着剤を塗布して光学ガラスベース材に保持し、光学位置調整を実施しながら光学ガラスベース材を透過させるように紫外線を照射して固定する。こうすることにより、一工程で光学位置調整工程及び紫外線照射工程を行うことが可能であり、しかも均一に紫外線硬化型接着剤に紫外線を照射することができるので、組立製造の工数が減少し組立製造コストが低く、また精度よく且つ頑強に偏光ビームスプリッタと光学ガラスベース材とを固定できる光学デバイスの組立製造方法及び投射表示装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の１）〜２）記載の手段よりなる。
すなわち、
１）少なくとも反射型空間光変調素子と、偏光ビームスプリッタと、カラー偏光フィルタとから成り、
これら反射型空間光変調素子と、偏光ビームスプリッタと、カラー偏光フィルタとを光学ガラスベース材に侠持固定するように組立製造する光学デバイスの組立製造方法であって、
前記反射型空間光変調素子とカラー偏光フィルタとをそれぞれ対応する前記偏光ビームスプリッタに固定する工程と、
前記反射型空間光変調素子とカラー偏光フィルタとを固定した偏光ビームスプリッタを、紫外線硬化型接着剤を介して前記光学ガラスベース材に仮り保持する工程と、
前記仮り保持した偏光ビームスプリッタと光学ガラスベース材とを光軸方向に対する光学位置調整を行いながら、前記光学ガラスベース材の外方より該光学ガラスベース材を透過するように紫外線を照射して固定する工程とを含み、
前記光学ガラスベース材の外方より紫外線を照射して固定する工程を一工程で行うことを特徴とする光学デバイスの組立製造方法。
２）１）に記載の組立製造方法により組立製造された光学デバイスを色分解合成光学系に用いたことを特徴とする投射表示装置。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の組立製造方法が適用される光学デバイス、及び投射表示装置の発明の実施の形態につき、好ましい実施例により説明する。
図１は、その方法で組立製造される光学デバイス及び投射表示装置の第１の実施例で、光学構成を示した概略平面図である。
色分解合成光学系２９０（図中破線で囲まれた部分）は、立方体または角柱状の第１，第２，第３，第４の偏光ビームスプリッタ１０２，１０３，１０４，１０５を、その偏光分離面１２１，１３１，１４１，１５１が略Ｘ字状に交差するように配置したものであり、さらに、第１の偏光ビームスプリッタ１０２の入射側の透光面（第１の偏光ビームスプリッタの左側面）、及び第４の偏光ビームスプリッタ１０５の出射側の透光面（第４の偏光ビームスプリッタの右側面）には、共にＧ光の偏波面を９０°回転する機能を有するＧ用カラー偏光フィルタ１０６，１７を、また、第１と第３の偏光ビームスプリッタ１０２，１０４間及び第３と第４の偏光ビームスプリッタ１０４，１０５間には、共にＲ光の偏波面を９０°回転させる機能を有するＲ用カラー偏光フィルタ１０８，１９を備えており上記構成要素は透明な接合部材（例えば、接着剤）１８３で接合して一体化されいる。
【００１４】
実施例１に適用される投射表示装置３００は次のように動作する。
光源１７１から発した不定偏光の白色光は第１の偏光板１８１に入射する。そして、Ｓ偏光のみが第１の偏光板１８１を透過して、Ｇ用カラー偏光フィルタ１０６に入射する。
Ｇ用カラー偏光フィルタ１０６はＧ光のみの偏波面を９０°回転させる波長選択性偏光変換手段であるため、Ｇ用カラー偏光フィルタ１０６を透過するＧ光（図１の実線）に係るＳ偏光はＰ偏光に変換される。また、Ｇ用カラー偏光フィルタ１０６はＲ光（図１の破線）及びＢ光（図１の２点鎖線）に対しては何ら作用しないため、それらはＳ偏光のままである。
以後、それぞれの色光について個別にその光路及び偏波面の変移について説明する。
【００１５】
先ず、Ｇ用カラー偏光フィルタ１０６を透過したＰ偏光のＧ光（実線）は、第１及び第２の偏光ビームスプリッタ１０２，１０３の偏光分離面１２１，１３１を透過直進して、第２の偏光ビームスプリッタ１０３の透光面１０３ｃより出射してＧ対応の反射型空間光変調素子１６１に入射する。そして、当該反射型空間光変調素子１６１においてＧ対応の映像信号に応じた光変調を受けて反射される。
【００１６】
光変調されて生成したＧ光のＳ偏光成分は、第２の偏光ビームスプリッタ１０３の偏光分離面１３１で反射され、第４の偏光ビームスプリッタ１０５に入射する。そして、第４の偏光ビームスプリッタ１０５の偏光分離面１５１において反射され、第４の偏光ビームスプリッタ１０５の透光面１０５ｃより出射し、後段に配置したＧ用カラー偏光フィルタ１０７に入射する。
Ｇ用カラー偏光フィルタ１０７は前述したようにＧ光に係る偏波面を９０°回転させる機能を有するものであるので、Ｇ光のＳ偏光はＰ偏光に変換されて出射する。
【００１７】
次に、Ｒ光（破線）について説明する。Ｇ用カラー偏光フィルタ１０６を透過したＳ偏光のＲ光は、第１の偏光ビームスプリッタ１０２の偏光分離面１２１で反射されＲ用カラー偏光フィルタ１０８に入射する。ここで、Ｒ用カラー偏光フィルタ１０８はＲ光の偏波面を９０°回転させる波長選択性偏光変換手段であるため、Ｒ光はＳ偏光からＰ偏光に偏光変換されてこれを出射し、第３の偏光ビームスプリッタ１０４に入射する。さらに、Ｐ偏光のＲ光は第３の偏光ビームスプリッタ１０４の偏光分離面１４１を直進透過しての透光面１０４ｂより出射し、Ｒ対応の反射型空間光変調素子１６２に入射する。そして、当該反射型空間光変調素子１６２においてＲ対応の映像信号に応じた光変調を受けて反射される。
【００１８】
光変調されて生成したＲ光のＳ偏光成分は、第３の偏光ビームスプリッタ１０４の偏光分離面１４１で反射され、Ｒ用カラー偏光フィルタ１０９に入射する。当該Ｒ用カラー偏光フィルタ１０９において、Ｒ光のＳ偏光成分はＰ偏光に偏光変換されて第４の偏光ビームスプリッタ１０５に入射する。そして、第４の偏光ビームスプリッタ１０５の偏光分離面１５１を透過直進して、第４の偏光ビームスプリッタ１０５の透光面１０５ｃより出射し、後段に配置したＧ用カラー偏光フィルタ１０７に入射する。
Ｇ用カラー偏光フィルタ１０７はＲ光には何ら作用せず、Ｒ光はＰ偏光のままこれを出射する。
【００１９】
次に、Ｂ光（２点鎖線）について説明する。Ｇ用カラー偏光フィルタ１０６を透過したＳ偏光のＢ光は、第１の偏光ビームスプリッタ１０２の偏光分離面１２１で反射されＲ用カラー偏光フィルタ１０８に入射する。ここで、Ｒ用カラー偏光フィルタ１０８は上記したようにＲ光のみに作用しＢ光には何ら作用しないため、Ｂ光は偏光変換されることなくＳ偏光のままこれを出射し、第３の偏光ビームスプリッタ１０４に入射する。
【００２０】
Ｓ偏光のＢ光は第３の偏光ビームスプリッタ１０４の偏光分離面１４１で反射され透光面１０４ａより出射し、Ｂ対応の反射型空間光変調素子１６３に入射する。そして、当該反射型空間光変調素子１６２においてＢ対応の映像信号に応じた光変調を受けて反射される。
【００２１】
光変調されて生成したＢ光のＰ偏光成分は、第３の偏光ビームスプリッタ１０４の偏光分離面１４１を透過直進しＲ用カラー偏光フィルタ１９に入射する。当該Ｒ用カラー偏光フィルタ１０９は前述したようにＢ光に対しては何ら作用しないため、Ｂ光はＰ偏光のままこれを出射して第４の偏光ビームスプリッタ１０５に入射する。そして、第４の偏光ビームスプリッタ１０５の偏光分離面１５１を透過直進して、第４の偏光ビームスプリッタ１０５の透光面１０５ｃより出射し、後段に配置したＧ用カラー偏光フィルタ１０７に入射する。
Ｇ用カラー偏光フィルタ１０７は前述したように、Ｇ光のみに作用しＢ光には何ら作用しないため、Ｂ光はＰ偏光のままこれを出射する。
このようにして、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の偏波面はＰ偏光に揃えられて、投射レンズ１９１を介して図示せぬスクリーンにカラー映像を拡大表示する。
【００２２】
次に、図２を用いて本実施例に適用される光学デバイスの概略構成図を説明する。同図は、第１〜第４の偏光ビームスプリッタ１０２，１０３，１０４，１０５と光学ガラスベース２０ａ，２０ｂと空間光変調素子１６１，１６２，１６３の組み立て図を示している。
空間光変調素子１６１，１６２，１６３、およびカラー偏光フィルタ１０６，１０７，１０８，１０９をそれぞれ偏光ビームスプリッタ１０２，１０３，１０４，１０５に位置調整された状態で固定する。説明を分りやすくするため同図にカラー偏光フィルタは示していない。
【００２３】
前述の光学部品が固定された第１〜第４偏光ビームスプリッタ１０２，１０３，１０４，１０５は、光学ガラスベース２０ａの平面である偏光ビームスプリッタ接合面にそれぞれ２つの三角プリズムの上面をそろえた状態で紫外線硬化型接着剤１０２ｓ，１０３ｓ，１０４ｓ，１０５ｓを介して接着される。同様に、第１〜第４偏光ビームスプリッタ１０２，１０３，１０４，１０５は、それぞれ２つの三角プリズムの底面をそろえた状態で光学ガラスベース２０ｂの平面である偏光ビームスプリッタ接合面に紫外線硬化型接着剤２０ｓを介して接着される。そして、これらの光学部品を光学デバイスとして一体化して、図示されていない投射表示装置のシャーシに固定する。
【００２４】
次に、図３を用いて偏光ビームスプリッタと光学ガラスベースとの固定方法について説明する。同図（ａ）は、光学ガラスベース２０ａ上面側から見た概観図である。実線で示した光学ガラスベース２０ａに、１点鎖線で示す紫外線硬化型接着剤１０２ｓ，１０３ｓ，１０４ｓ，１０５ｓを塗布して、破線で示す第１〜第４偏光ビームスプリッタ１０２，１０３，１０４，１０５が接着されるようにする。この際、光学ガラスベース２０ａと第１〜第４偏光ビームスプリッタ１０２，１０３，１０４，１０５とは図示しない固定冶具により位置決めを行い、正確に偏光分離面が光軸に対して４５度となるようにする。
【００２５】
この紫外線硬化型接着剤を塗布して位置を調整した偏光ビームスプリッタと光学ガラスベースとに対して、（ｂ）に示すように紫外線照射機３０を用いて塗布した紫外線硬化型接着剤１０２ｓ，１０３ｓ，１０４ｓ，１０５ｓに一斉に紫外線を照射するようにする。こうすることで、紫外線硬化型接着剤１０２ｓ，１０３ｓ，１０４ｓ，１０５ｓには均等に紫外線が照射され一回の工程で固定が均一に行われると同時に、光学部品の位置合わせ調整が一度の工程で行われるので、高精度の光学デバイスを組立製造することができる。
【００２６】
さらに上述の工程の後、偏光ビームスプリッタの他方の接合面である光学ガラスベース２０ｂに、紫外線硬化型接着剤２０ｓを塗布して、第１〜第４偏光ビームスプリッタ１０２，１０３，１０４，１０５を接合して紫外線照射機３０により一斉に紫外線を照射するようにする。この工程における偏光ビームスプリッタと光学ガラスベースとの位置調整は、偏光ビームスプリッタの光軸と光学ガラスベースの高さとを調整するだけでよい。
このようにして、本実施例に適用される光学デバイスを組立製造する。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、反射型空間光変調素子と、偏光ビームスプリッタと、カラー偏光フィルタとを光学ガラスベース材に固定した構成の光学デバイスにおいて、偏光ビームスプリッタに反射型空間光変調素子と、カラー偏光フィルタとを接着固定する。その後偏光ビームスプリッタに紫外線硬化型接着剤を塗布して光学ガラスベース材に保持し、光学位置調整を実施しながら光学ガラスベース材を透過させるように紫外線を照射して固定する。
こうすることにより、一工程で光学位置調整工程及び紫外線照射工程を行うことが可能であり、しかも均一に紫外線硬化型接着剤に紫外線を照射することができるので、組立製造の工数が減少し組立製造コストが低く、また精度よく且つ頑強に偏光ビームスプリッタと光学ガラスベース材とを固定できる光学デバイスの組立製造方法及び投射表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に適用される光学デバイス及び投射表示装置の概略平面図である。
【図２】本発明の実施例に適用される光学デバイスの概略組立図である。
【図３】本発明の実施例に適用される光学ガラスベースと偏光ビームスプリッタとの固定方法を示した図である。
【符号の説明】
３００…投射表示装置
２９０…色分解合成光学系
１０６，１０７…Ｇ用カラー偏光フィルタ
１０８，１０９…Ｒ用カラー偏光フィルタ
１７１…光源
１８１…第１の偏光手段
１８２…第２の偏光手段
１９１…投射レンズ
１０２…第１の偏光ビームスプリッタ（入射側偏光ビームスプリッタ）
１０３…第２の偏光ビームスプリッタ（主偏光ビームスプリッタ）
１０４…第３の偏光ビームスプリッタ（主偏光ビームスプリッタ）
１０３ｃ，１０４ａ，１０４ｂ…透光面
１０５…第４の偏光ビームスプリッタ（出射側偏光ビームスプリッタ）
１６１，１６２，１６３…空間光変調素子
１２１，１３１，１４１，１５１…偏光分離面
２０ａ，２０ｂ…光学ガラスベース
２０ｓ，１０２ｓ，１０３ｓ，１０４ｓ，１０５ｓ…紫外線硬化型接着剤
３０…紫外線照射機

Claims (2)

1. 少なくとも反射型空間光変調素子と、偏光ビームスプリッタと、カラー偏光フィルタとから成り、
   これら反射型空間光変調素子と、偏光ビームスプリッタと、カラー偏光フィルタとを光学ガラスベース材に侠持固定するように組立製造する光学デバイスの組立製造方法であって、
   前記反射型空間光変調素子とカラー偏光フィルタとをそれぞれ対応する前記偏光ビームスプリッタに固定する工程と、
   前記反射型空間光変調素子とカラー偏光フィルタとを固定した偏光ビームスプリッタを、紫外線硬化型接着剤を介して前記光学ガラスベース材に仮り保持する工程と、
   前記仮り保持した偏光ビームスプリッタと光学ガラスベース材とを光軸方向に対する光学位置調整を行いながら、前記光学ガラスベース材の外方より該光学ガラスベース材を透過するように紫外線を照射して固定する工程とを含み、
   前記光学ガラスベース材の外方より紫外線を照射して固定する工程を一工程で行うことを特徴とする光学デバイスの組立製造方法。
2. 請求項１に記載の組立製造方法により組立製造された光学デバイスを色分解合成光学系に用いたことを特徴とする投射表示装置。

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