JP2006003826A - 光学装置及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 周囲環境変化の大きな条件下で、接着剤が収縮する応力が発生しても、液晶パネルが固定されているブラケットに内部応力による歪が発生することもなく、液晶パネルの画素ずれを回避し、投影画像を向上することのできる光学装置及びプロジェクタを得る。
【解決手段】 ダイクロイックプリズム２１の光入射面の三面に対峙し、液晶パネル２２,２３,２４が保持手段を介して画素位置が調整された後、接着固定され一体に設けられる光学プリズムユニットにおいて、液晶パネル２２,２３,２４の保持手段は、液晶パネルがブラケット３０に固定され、ブラケット３０がダイクロイックプリズム２１の各光入射面外周部に複数設けられた被固定部に接着固定される構成であって、ブラケット３０に液晶パネルの画素位置の調整後、接着固定時に発生する接着剤の収縮によるブラケット３０に内部応力の影響を受けない応力吸収孔３５を設けた。
【選択図】 図３

Description

本発明は、複数の色光を色光毎に画像情報に応じて変調する液晶パネルと、液晶パネルで変調された色光を合成するダイクロイックプリズムとが一体化された光学装置及び、この光学装置を採用したプロジェクタに関する。

従来から、光源から射出された光束をダイクロイックミラー等を用いた色分離光学系によって三原色の赤、緑、青の色光に分離すると共に、液晶パネルにより色光毎に画像情報に応じて変調し、画像変調後の各色光をダイクロイックプリズムで合成し、投写レンズを介してカラー画像を拡大投写する、いわゆる三板式のプロジェクタが知られている（例えば、特許文献１参照）。

上述したプロジェクタでは、各液晶パネルは投写レンズのバックフォーカスの位置になければならない。また、１個の表示画素は赤、緑、青の三原色の混色により形成されるので、より鮮明な画像を得るために各表示パネル間での画素ずれ、投写レンズからの距離のずれの発生を防止する必要がある。このため、プロジェクタの製造時において、各液晶パネルを投写レンズのバックフォーカスの位置に正確に配置するフォーカス調整、各液晶パネルの画素を一致させるレジストレーション調整を行わなければならない。

従って、従来では液晶パネルのフォーカス調整やレジストレーション調整を行った後、ダイクロイックプリズムの光入射面に対峙するように液晶パネルを一体に固定する光学装置が採用されている。

このようなダイクロイックプリズムと液晶パネルとを一体化した従来の光学装置としては、液晶パネルが収納される保持枠の四隅に孔を形成し、この孔４つの孔に対応してダイクロイックプリズム側の四隅に４つのピンが突設された保持部材を接着剤等により固定し、保持部材のピンに保持枠の孔を挿入すると共に、孔内に接着剤を充填した状態において、液晶パネルをバックフォーカス調整及びレジストレーション調整を行い、調整の後、接着剤を固化し液晶パネルを固定するようにしている。

図６に上述した光学プリズムユニットの一例を示す。なお、ここではダイクロイックプリズムの一つの光入射面に対して赤色、緑色、青色いずれかの液晶パネルが対峙している様子を表している。ダイクロイックプリズム１０１の上下に対応する位置に、左右一対のピン１０２を一体化した支持部材１０３を設け、この支持部材１０３をダイクロイックプリズムの上下にそれぞれ固定している。

液晶パネル１０４は保持部材である金属板からなるブラケット１０５にパネルの三つのねじ挿入孔１０６から挿入した図示しないねじにより固定されている。そして、液晶パネル１０４はブラケット１０５の四隅にバーリング等で形成したフランジを有する孔１０７をダイクロイックプリズム１０１側からの四つのピン１０３に挿入され、この孔１０７内に例えば、ＵＶ硬化型の接着剤を充填した後、接着剤を硬化させることでダイクロイックプリズム１０１と液晶パネル１０４とを一体化させるものである。
特開２００３−１２１９３１号公報

しかし、上述した構成の光学装置は、接着剤の硬化時のそれ自身の収縮力によって、ブラケット１０５の孔１０７の周囲に接着部を中心に細い矢印で示すように金属の内部応力が発生する。特に、複数の接着箇所のうち、水平方向の位置関係にある接着箇所は各接着部それぞれに収縮方向の応力が発生し、この結果、ブラケット１０５は白抜き矢印で示すように水平方向に内部応力による歪が発生する。

なお、ＵＶ硬化型の接着剤は、硬化時の収縮率の小さなものを使えば環境変化の影響による画素位置ずれを無くすことが可能になるが、硬化収縮率を下げたことによる副作用で接着強度が低下すれば、プリズムブロックの強度不足で画素位置ずれが発生する要因になる。また、他の副作用としてＵＶ接着剤の未硬化時、粘度が低くサラサラの状態になると、現行の接着方式そのものが不可能になる。

上述した歪は、液晶プロジェクタや光学プリズムユニットを低温から高温の周囲環境変化の大きな条件下で使用すると、ＵＶ接着剤の硬化収縮時に発生した歪が液晶パネルに微小な変化を起こす。例えば、赤色、緑色、青色の液晶パネルで合成されたときのひとつの画素を例にとると図７に示すように赤色、緑色、青色の画素が水平方向に画素ずれするという原因となり、液晶プロジェクタの投影画像を著しく悪化させるという問題が発生した。この問題への対策としては、液晶パネルを固定しているブラケット１０５を例えば、アルミ等のダイキャストで製造することで部品強度を高めることが考えられるが、この場合、板金部品と比較するとコスト高になるという問題もある。

なお、部品単体の製造工程で発生する内部応力は、アニ−ル処理を行うことによって解消させることができるが、プリズムブロックの製造工程で発生する内部応力への対策を行うことは困難である。

本発明は、かかる問題に鑑みなされたもので、低温から高温の周囲環境変化の大きな条件下で、接着剤が収縮する応力が発生した内部応力で液晶パネルが固定されているブラケットに内部応力の影響を与えない吸収作用を持たせ、これにより、ブラケットに歪が発生することもなく、液晶パネルの画素ずれを無くすことができ、投影画像を向上することのできる光学装置及びプロジェクタを得ることを目的とするものである。

上記の課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明による請求項１に記載の光学装置は、複数の色光を色光毎に画像情報に応じて変調する複数の液晶パネルと、液晶パネルで変調された各色光を合成するダイクロイックプリズムとを有し、液晶パネルがダイクロイックプリズムの光入射面の三面に保持手段を介して対峙し、液晶パネルの画素位置が調整された後、保持手段が接着固定され一体に設けられる光学プリズムユニットからなる光学装置において、液晶パネルは固定枠体に固定され、固定枠体の複数箇所をダイクロイックプリズムの各光入射面外周部の被固定部に接着剤により接着固定される構成であって、固定枠体に接着固定時に発生する接着剤の収縮による内部応力の影響を受けない応力吸収手段を設けたことを特徴とする。

また、本発明による請求項２に記載の光学装置は、応力吸収手段は、固定枠体の接着箇所の間の該固定枠体部分に形成された応力吸収用の孔であることを特徴とする。

また、本発明による請求項３に記載の光学装置は、応力吸収手段は、固定枠体の接着箇所の間の該固定枠体部分に形成された応力吸収用の切欠凹部であることを特徴とする。

また、本発明による請求項４に記載の光学装置は、応力吸収手段の大きさは固定枠体の接着箇所の間隔、接着剤の硬化収縮率で決定されることを特徴とする。

また、本発明による請求項５に記載のプロジェクタは、複数の色光を色光毎に画像情報に応じて変調する複数の液晶パネルと、液晶パネルで変調された各色光を合成するダイクロイックプリズムとを有し、液晶パネルがダイクロイックプリズムの光入射面の三面に保持手段を介して対峙し、液晶パネルの画素位置が調整された後、保持手段が接着固定され一体に設けられる光学プリズムユニットと、ダイクロイックプリズムによって合成された画像を投写する投写レンズとを備えたプロジェクタにおいて、液晶パネルは固定枠体に固定され、固定枠体の複数箇所をダイクロイックプリズムの各光入射面外周部の被固定部に接着剤により接着固定される構成であって、固定枠体に、接着固定時に発生する接着剤の収縮による内部応力の影響を受けない応力吸収手段を設けた光学プリズムユニットを含む
ことを特徴とする。

また、本発明による請求項６に記載のプロジェクタは、応力吸収手段は、固定枠体の接着箇所の間の該固定枠体部分に形成された応力吸収用の孔であることを特徴とする。

また、本発明による請求項７に記載のプロジェクタは、応力吸収手段は、固定枠体の接着箇所の間の該固定枠体部分に形成された応力吸収用の切欠凹部であることを特徴とする。

本発明の光学装置及びプロジェクタによれば、周囲環境変化の大きな条件下にあっても液晶パネルが固定される固定枠体の内部応力による歪の発生が回避できることから、液晶パネルの画素ずれが生じることなく、プロジェクタの投影画像を著しく向上することができる。また、固定枠体自体、安価な材料を使用しての製造が可能になり、低コスト化が可能である。

以下、本発明による光学装置及びプロジェクタの最良の形態を、液晶パネルが三板式の液晶プロジェクタを例にとって図面を参照して説明する。

図１は液晶プロジェクタの光学系を模式的に示した全体図である。
液晶プロジェクタ１は光源２及びインテグレータレンズ３，４と、全反射ミラー６，７，１０、赤色光及び緑色光を透過し青色光のみを反射するダイクロイックミラー８、緑色光のみを反射するダイクロイックミラー９、集光レンズ１１，１２，１３，１４，１５,１６で構成され、光源２からの白色光を赤色、青色、緑色に色分解し、色分解された各色を集光する照射光学ユニットと、青色、緑色及び赤色にそれぞれ対応し入射偏光板１７ａ,１７ｂ,１７ｃを透過して集光された光を画像情報に応じて変調する青色用の液晶パネル２２，緑色用の液晶パネル２３,赤色用の液晶パネル２４及び、変調された各光を出射偏光板１８ａ,１８ｂ,１８ｃを透過し各光を色合成するダイクロイックプリズム２１からなる光学プリズムユニット２０と、色合成された光を拡大投影する投射レンズ１９からなる投影光学ユニットで構成されている。

上述した液晶プロジェクタ１によれば、光源２から出射された白色光は、照射光学ユニットにより青色、緑色及び赤色の三原色に色分解され、それぞれ対応する液晶パネル２２，２３，２４で変調され、それぞれ青色用の画像、緑色用の画像及び赤色用の画像が形成される。そして、液晶パネル２２，２３，２４により形成された各画像は、ダイクロイックプリズム２１により合成され、合成されたカラー画像は投影レンズ１６によりスクリーン１７上へ投影されるようになっている。

各液晶パネル２２，２３，２４は、ダイクロイックプリズム２１の三面の光入射面２１ａ，２１ｂ，２１ｃに本発明の特徴部分である応力吸収手段を備えた固定枠体であるブラケット３０を介在し、それぞれ所定の間隔を隔てて対峙され、投射レンズのバックフォーカスに一致するように光軸方向にブラケット位置を調整すると共に、青色、緑色及び赤色の各液晶パネルの画素位置（レジストレーション調整）を一致させるように調整を行ったあと、ブラケット３０をプリズム２１に接着され一体に固定されるものである。

図２にダイクロイックプリズム２１と、各液晶パネル２２，２３，２４と、液晶パネル２２，２３，２４が固定されるブラケット３０とをそれぞれ分離した外観斜視図を示し、図３はダイクロイックプリズム２１に液晶パネル２２，２３，２４を一体化したプリズムブロックの外観斜視図、図４は同じく平面図を示す。

ここで、液晶パネル２２はダイクロイックプリズム２１の光入射面２１ａに対応し、液晶パネル２３はダイクロイックプリズム２１の光入射面２１ｂに対応し、そして、液晶パネル２４はダイクロイックプリズム２１の光入射面２１ｃに対応している。なお、ダイクロイックプリズム２１の残りの一面２１ｄはダイクロイックプリズム２１により合成された各液晶パネル２２，２３，２４からの各画像を射出する光射出面である。

また、各液晶パネル２２，２３，２４の構造は同一であるので、ここでは液晶パネル２２を例にとって説明する。液晶パネル２２は駆動基板（例えば、複数のライン上の電極と、画素を構成する電極と、これらの間に電気的に接続されたＴＦＴ素子とが形成されたガラス基板）と、対向基板（例えば、共通電極が形成されたガラス基板）との間に液晶が封入されたものであり、これらのガラス基板の間から図示しないが信号制御用のフレキ基板が引き出されているものである。

以下にブラケット３０の好ましい実施の形態を詳細に説明する。
ブラケット３０はステンレス等の金属材の板金から構成され、このブラケット３０の中央部には液晶パネル２２の画素領域が対応する窓孔３１が開口している。ブラケット３０には液晶パネル２２が三つのねじ挿通孔３３を通じブラケット３０のねじ孔３４に図示しないねじでねじ止めされ固定される。また、ブラケット３０には上,下方向にフランジ３０ａ, ３０ａが張り出し、フランジ３０ａ, ３０ａの四隅にそれぞれ円筒状の孔３２が形成されている。

ここで、フランジ３０ａの四つの円筒状の孔３２のうち、上方の二つの孔３２と、下方の二つの孔３２の間の中央のフランジ３０ａ部分には応力吸収手段としてこの例では、縦方向にやや長い長孔状の応力吸収孔３５が形成されている。なお、下方のフランジ３０ａの応力吸収孔３５は図では見えない。

上述したブラケット３０は、液晶パネル２２が固定された状態において、四つの各孔３２がダイクロイックプリズム２１側に接着等により固定されたピン一体型のフレーム３６（フレーム３６はダイクロイックプリズム２１の各光入射面２１ａ,２１ｂ,２１ｃの上下面にそれぞれ一体に形成されている）から突出した四つのピン３７に挿入され、そして、各孔３２内に例えば、ＵＶ硬化型の接着剤が充填され、前述で説明したように液晶パネル２２をバックフォーカス調整や、赤色、青色、緑色の各色の画素調整が行われる。

かくして、液晶パネルのバックフォーカス調整、画素調整後、各孔３２内に充填された接着剤はＵＶ照射により硬化され、プリズムブロックが構成されるものであるが、接着剤は硬化時にそれ自身の収縮力によって、図６の細い矢印で示すように中心方向に引っ張られることになる。ここで、接着部Ａ、Ｂについて着目すると、接着部Ａ、Ｂはそれぞれの方向に対しては、ブラケット３０の外形エッジや窓孔３１のエッジに近いため、接着剤の硬化収縮力が作用しても影響を及ぼすことはない。しかし、接着部Ａ、Ｂが水平方向に連設されるブラケット３０には接着剤の硬化収縮によって対向する内部応力が白抜き矢印で示すように水平方向に発生するが、この内部応力はブラケット３０のフランジ３０ａに形成した応力吸収孔３５で吸収される。詳しくは、応力吸収孔３５の形状を変形させることで内部応力が吸収されることになり、液晶パネルが固定されているブラケット３０部分に歪が発生するのを回避することができる。

すなわち、本発明は、低温から高温の周囲環境変化の大きな条件下でのプリズムブロックの製造工程において、ダイクロイックプリズム２１に液晶パネルが固定されたブラケット３０の接着時、接着剤の硬化時の収縮力によりブラケット３０自体に内部応力による歪が生じたとしても、液晶パネルにはブラケット３０の内部応力による影響を受けることもなく、したがって、液晶パネルに水平方向の画素ずれが生じることなくプロジェクタの投影画像を著しく向上することができるというものである。

また、ブラケット３０は上記応力対策を施した形状にすれば、安価な金属材を使用しての部品製造が可能になることから、プリズムブロックの低コスト化が図れる。

応力吸収孔３５は、上述したような縦長状の形状に限定するものではなく、横長状の形状であってもよい。さらに、丸孔形状等、孔の数は任意である。

しかし、応力吸収孔３５の大きさは、ブラケット３０が接着固定される円筒状の孔３２の間隔（ピッチ）や接着剤の硬化収縮率によって決められる。例えば、孔３２の間隔が狭くなれば、接着部の硬化収縮量は変わらないので、接着剤硬化時に発生する対向内部応力による歪は大きくなる。その場合は、応力吸収孔の径を大きくすればよい。または、応力吸収孔の数を増やすことでも同様の効果を得ることができる。

ブラケット３０に開けられる応力吸収孔３５は、図２で示したフランジ３０ａの位置に限らず、上側と下側の円筒状の孔３２の間のブラケット３０ｂの部分に仮想線で示すように所定形状及び大きさの応力吸収孔３５ａを開けるようにしてもよい。これによって、ブラケット３０ｂの部分に生じる内部応力による歪を応力吸収孔３５ａによって吸収し、液晶パネルの垂直方向の画素ずれを回避することができる。

また、応力吸収手段は、孔形状に限らず図５に示すようにブラケット３０が接着固定される円筒状の孔３２,３２の間のフランジ３０ａ部分を切り欠いた応力吸収切欠凹部３８に形成するようにしてもよい。このような形状の場合であっても接着剤の硬化時に生じるブラケット３０の内部応力による歪が応力吸収切欠凹部３８によって吸収することができ、液晶パネルの画素ずれの影響を回避できる。

本発明は、上述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。

本発明に記載した光学装置及びプロジェクタは透過型の液晶パネルの場合について説明したが、透過型の液晶パネルに限るものでなく、反射型の液晶パネルを使用した光学装置及びプロジェクタにも広く適用可能である。

本発明の実施の形態におけるプロジェクタの光学系を模式的に示したブロック図である。 本発明の実施の形態におけるダイクロイックプリズムとブラケットと液晶パネルとを分離した状態の外観斜視図である。 ダイクロイックプリズムに液晶パネルを一体化したプリズムブロックの外観斜視図である。 同じくプリズムブロックの平面図である。 応力吸収手段の別の例のブラケットの斜視図である。 従来例のプリズムブロックの問題点を説明するための外観斜視図である。 液晶パネルの画素ずれを説明するための図である。

符号の説明

１…プロジェクタ、２１…ダイクロイックプリズム、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ…光入射面、２２，２３，２４…液晶パネル、３０,３０ｂ…ブラケット、３０ａ…ブラケットのフランジ、３２…円筒状の孔、３５,３５ａ…応力吸収孔、３７…プリズム側のピン、３８…応力吸収切欠凹部

Claims (7)

1. 複数の色光を色光毎に画像情報に応じて変調する複数の液晶パネルと、上記液晶パネルで変調された各色光を合成するダイクロイックプリズムとを有し、上記液晶パネルが上記ダイクロイックプリズムの光入射面の三面に保持手段を介して対峙し、上記液晶パネルの画素位置が調整された後、上記保持手段が接着固定され一体に設けられる光学プリズムユニットからなる光学装置において、
   上記液晶パネルは固定枠体に固定され、上記固定枠体の複数箇所を上記ダイクロイックプリズムの各光入射面外周部の被固定部に接着剤により接着固定される構成であって、上記固定枠体に、接着固定時に発生する接着剤の収縮による内部応力の影響を受けない応力吸収手段を設けたことを特徴とする光学装置。
2. 上記応力吸収手段は、上記固定枠体の接着箇所の間の該固定枠体部分に形成された応力吸収用の孔であることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 上記応力吸収手段は、上記固定枠体の接着箇所の間の該固定枠体部分に形成された応力吸収用の切欠凹部であることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
4. 上記応力吸収手段の大きさは、上記固定枠体の接着箇所の間隔、接着剤の硬化収縮率で決定されることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
5. 複数の色光を色光毎に画像情報に応じて変調する複数の液晶パネルと、上記液晶パネルで変調された各色光を合成するダイクロイックプリズムとを有し、上記液晶パネルが上記ダイクロイックプリズムの光入射面の三面に保持手段を介して対峙し、上記液晶パネルの画素位置が調整された後、上記保持手段が接着固定され一体に設けられる光学プリズムユニットと、
   上記ダイクロイックプリズムによって合成された画像を投写する投写レンズと、
   を備えたプロジェクタにおいて、
   上記液晶パネルは固定枠体に固定され、上記固定枠体の複数箇所を上記ダイクロイックプリズムの各光入射面外周部の被固定部に接着剤により接着固定される構成であって、上記固定枠体に、接着固定時に発生する接着剤の収縮による内部応力の影響を受けない応力吸収手段を設けた光学プリズムユニットを含む
   ことを特徴とするプロジェクタ。
6. 上記応力吸収手段は、上記固定枠体の接着箇所の間の該固定枠体部分に形成された応力吸収用の孔であることを特徴とする請求項５に記載のプロジェクタ。
7. 上記応力吸収手段は、上記固定枠体の接着箇所の間の該固定枠体部分に形成された応力吸収用の切欠凹部であることを特徴とする請求項５に記載のプロジェクタ。

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