JP2007041544A - 光学素子の保持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】保持による歪み及び熱膨張による歪みがなく高制度に光学素子を保持する。
【解決手段】光学素子１４と、光学素子を保持する保持部材１８と、光学素子を保持部材に固定する固定部材５０ａ〜５０ｃ，５１ａ〜５１ｃとからなる。光学素子は、３つのＸ方向取付基準部２８ａ〜２８ｃと周縁部から突出する３つの耳部２７ａ〜２７ｃとを有し、耳部に３つのＹ，Ｚ方向取付基準部２９ａ，２９ｂ，３２を有する。保持部材は、光学素子の３つのＸ方向取付基準部が当接する３つの当たり面４８ａ〜４８ｃと、光学素子の３つのＹ，Ｚ方向取付基準部が当接する３つの位置決め部４９ａ〜４９ｃとを有する。固定部材は、３つのＸ方向取付基準部を３つの当たり面に付勢する３つのＸ方向押さえばね５１ａ〜５１ｃと、３つのＹ，Ｚ方向取付基準部を３つの位置決め部に付勢する３つのＹ，Ｚ方向押さえばね５０ａ〜５０ｃとからなる。
【選択図】図８

Description

本発明は、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）等の反射型画像形成素子や透過型液晶素子等の透過型画像形成素子を備えたリアプロジェクションテレビ、ビデオプロジェクタ等の投射型画像表示装置等の光学系に使用される光学素子の保持構造に関する。

従来、自由曲面ミラーを高精度に成形するために、特許文献１には、成形品の肉厚差を少なくしたミラーが記載されている。同文献１の図８に記載のように、このミラーは略台形の有効領域に対し、四角形の外形形状を有し、反射面の中央上部及び左右下部付近の外形形状が有効領域に対し余裕をもっている。また余裕のある上部中央付近にゲートを有している。

しかしながら、このような曲面ミラーは、ミラー体積が必要以上に大きいため、成形時間がかかり、コストの点で不利になる。また、ミラー外形が大きくなるとともに、他の部品との干渉が生じやすく、投射ユニットを小型化することが困難になる。特に超薄型（例えば、６０インチ画面で厚さ３０ｃｍ以下）のリアプロジェクションテレビに用いる場合には、投射ユニットの大きさが厚さに大きな影響を及ぼす。

一方、光学素子の保持構造として、例えば特許文献２には、ミラーの裏面にダボを設けてハウジングの丸孔に挿入するとともに、ミラーの端部にダボを設けてハウジングの溝に収容する構造が提案されている。しかし、この構造では、ミラー裏面にボスを設けるので、金型が複雑になるうえ、成形時にミラー面側に形状のヒケが発生する。このボスを設ける構造は、レンズには適用できない。また、膨張時にミラーのダボと溝とで噛み込みが生じる。さらに、光学面に略垂直なＸ方向の位置補正が困難である。特許文献３では、光学素子を保持するホルダに、光学素子をＸ，Ｙ方向に付勢するクランプと、Ｚ方向に付勢するクランプとを設けたものが提案されている。しかし、この構造では、ホルダへの規制面とクランプにより付勢を加える面が光学面を挟んで位置しているので、保持により光学面に歪みが発生するという問題がある。
特開平１１−１２５８６４号公報 特開２００２−３４１２２９号公報 米国特許第６６５４１８６号明細書

本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたもので、保持による歪み及び熱膨張による歪みがなく高制度に光学素子を保持することができる光学素子の保持構造を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、
光学素子と、前記光学素子を保持する保持部材と、前記光学素子を前記保持部材に固定する固定部材とからなる光学素子の保持構造において、
前記光学素子は、該光学素子の光学面に略垂直なＸ方向の取付基準となる３つのＸ方向取付基準部と周縁部から突出する３つの耳部とを有し、前記耳部に前記Ｘ方向に直角なＹ，Ｚ方向の取付基準となる３つのＹ，Ｚ方向取付基準部を有し、
前記保持部材は、前記光学素子の３つのＸ方向取付基準部が当接する３つの当たり面と、前記光学素子の３つのＹ，Ｚ方向取付基準部が当接する３つの位置決め部とを有し、
前記固定部材は、前記光学素子の３つのＸ方向取付基準部を前記保持部材の３つの当たり面に付勢する３つのＸ方向押さえばねと、前記光学素子の３つのＹ，Ｚ方向取付基準部を前記保持部材の３つの位置決め部に付勢する３つのＹ，Ｚ方向押さえばねとからなるものである。

前記固定部材の押さえばねが前記光学素子を付勢する位置は、前記光学部材と前記保持部材とが当接する位置と相対する位置にあることが好ましい。

前記耳部のＹ，Ｚ方向取付基準部と、前記前記固定部材のＹ，Ｚ方向押さえばねが前記光学素子を付勢する位置とは、互いに略平行な面であることが好ましい。

前記光学素子のＸ方向取付基準部は、球面突部であることが好ましい。

前記光学素子のＸ方向取付基準部の突出量は０．５ｍｍ以下であることが好ましい。

前記光学素子のＹ，Ｚ方向取付基準部は、光軸に平行な面からなり、該面は前記光学素子の略中心を通ることが好ましい。

本発明の他の特徴は、光学素子の保持構造に関し、以下の通りである。
（１）前記光学素子の耳部は、周縁領域の左右対称位置に１対配置し、該１対の耳部の下端面を光学素子のＹ方向（上下方向）の取付基準とし、該取付基準は前記光学素子の図心と該図心から光学素子の上端の間の１／２の位置との間に位置している。
これにより、取付基準より上方の熱膨張を抑え、投射画像の歪みの発生を押さえることができる。
（２）前記光学素子の耳部は、周縁領域の下端位置に配置し、該耳部の側端面を光学素子のＺ方向（左右方向）の取付基準とし、該取付基準は光学面の中心線寄りに位置している。
これにより、Ｚ方向取付基準を中心とする光学素子のＺ方向の熱膨張をほぼ同じにすることができ、光学素子のＺ方向の熱変形の差により投射画像の歪みを押さえることができる。

（３）前記光学素子の耳部は、周縁領域の下端位置に配置し、前記耳部を光学素子の成形時のゲートとした。
これにより、光学素子の上端を保持する必要がなく、自由端にしておくことが可能となり、光学素子を後方に傾斜して投射型画像表示装置に組み込んだときに、装置の厚み増大させることがない。
また、光学素子の下端の耳部をゲートとすることで、光学面と反対側の面をゲートとする場合に比べて、樹脂のウネリ等の光学面に与える影響が少なく、高精度で成形することができる。

上記（１）〜（３）の光学素子の保持構造は、光学面の裏面に従来（特許文献２）のようなダボが存在しないので、成形時にひけを発生させる可能性がなく、金型が簡単になる。また、周縁領域に耳部を設けるので、反射型（ミラー）だけでなく透過型の光学素子（レンズ、補正板）にも適用することができる。さらに、耳部の端面をＹ，Ｚ方向の取付基準にしているので、熱膨張時に噛み込みがないし、光学面に略垂直なＸ方向の位置補正も容易である。

本発明によれば、光学面に略垂直なＸ方向を３点で受けてその相対する位置を付勢し、Ｙ，Ｚ方向を耳部の端面において線で受けてその相対する位置を付勢しているので、保持による歪みが少ないし、熱膨張による歪みも少ないという効果を有している。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
なお、以下の実施形態において、Ｘ方向は、光学素子の光学面（ミラーの場合はミラー面、レンズの場合はレンズ面）に略垂直な方向をいい、Ｙ方向はＸ方向に垂直な方向、Ｚ方向はＸ方向に垂直でかつＹ方向に垂直な方向をいう。

図１は本発明の自由曲面ミラーを備えた投射型画像表示装置の実施形態であるリアプロジェクションテレビ（リアプロＴＶ）１を示す。リアプロＴＶ１のケーシング２内には、反射型画像形成素子の一例であるデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）３、このＤＭＤ３に照明光を照射する照明光学系４、及びＤＭＤ３で反射された投射光、すなわち画像光を拡大投射する投射光学系５が収容されている。また、ケーシング２の前面上方には、投射光学系５で拡大された画像が２枚の平面ミラー６Ａ，６Ｂを介して投射されるスクリーン７が配設されている。

投射光学系５は、ＤＭＤ３側から順に、凹面ミラー８、可変絞り機構９、第１収差補正板１０、凸面ミラー１１、第２収差補正板１２、第１自由曲面ミラー１３、及び第２自由曲面ミラー１４が配置されており、ＤＭＤ３からの画像光はこの順でスクリーン７側へ導かれる。

前記ＤＭＤ３と投射光学系５は、図２に示す投射光学系ユニット１５に保持されている。投射光学系ユニット１５は、下側台座部品１６と上側台座部品１７からなっている。下側台座部品１６には、凹面ミラー８、可変絞り機構９、第１収差補正板１０、凸面ミラー１１、第２収差補正板１２が保持され、上側台座部品１７には、第１及び第２自由曲面ミラー１３，１４が保持されている。第２自由曲面ミラー１４は、上側台座部品１７に取り付けられる保持部品１８に保持されている。

次に、本発明の自由曲面ミラーの一実施形態である前記第２自由曲面ミラー（以下、単に自由曲面ミラーという。）１４について詳細に説明する。

図３は、自由曲面ミラー１４を示す。自由曲面ミラー１４は、流動性（ＭＦＲ；Melt Flow Rate）が２０以上、耐熱性（ガラス転移点温度Ｔｇ）が１３０℃以上，熱変形温度が１１５℃以上、吸湿率が０．０１％以下のシクロオレフィンポリマー（例えば、ＺＥＯＮＥＸ，ＺＥＯＮＯＲ（日本ゼオンの登録商標）等の熱可塑性樹脂からなり、射出成形により１ｍｍ〜５ｍｍの範囲の均一厚さの曲面板状に成形されている。吸湿率が０．０１％以下の成形材を使用することで、吸湿による面形状変化を抑えることができる。また、成形後に、自由曲面ミラー１４をアニールすることで内部応力が除去されている。自由曲面ミラー１４は、有効領域の面積が１８００ｍｍ^２以上のものであり、３５００ｍｍ^２以上、５０００ｍｍ^２以上のものも可能である。

自由曲面ミラー１４の有効領域２１は、凸の自由曲面で形成され、１点鎖線で示すように、上辺２１ａと、上辺２１ａの両端から下方に互いに接近するように延びる左右辺２１ｂ，２１ｃと、該左辺２１ｂの下端から右斜め下方に中心線まで延びる左下辺２１ｄと、右辺２１ｃの下端から左斜め下方に中心線まで延びて左下辺２１ｄと接続する右下辺２１ｅとからなる略五角形をなしている。

前記有効領域２１の外側には、ほぼ一定幅の周辺領域２２が形成され、この周辺領域２２のさらに外側には周縁領域２３が形成されている。周縁領域２３は自由曲面又はそれに近い面からなっている。周縁領域２３の外形は、有効領域２１の外周に沿って形成され、有効領域２１とほぼ同じ略五角形をなしている。周縁領域２３の角部２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄは、肉厚ｔより大きな曲率半径Ｒ、好ましくは１．５ｔ≦Ｒ≦６ｔ、さらに好ましくは、２ｔ≦Ｒ≦４ｔの曲率半径を有している。本実施形態では、肉厚５ｍｍで、角部２４ａ，２４ｂはＲ＝１５、角部２４ｃはＲ＝２０である。このため、角部２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄにおける成形樹脂の流動性がよく、成形性が良い。また、周縁領域２３の縁には、ミラー面に垂直方向のリブは全く形成されていない。このようなリブは、樹脂の流動性を悪化させ、離型時に型に食い込んで成形面の精度を低下させる。本実施形態の自由曲面ミラー１４は、このようなリブがないので、リブがあるものに比べて、成形樹脂の流動性がよいうえ、離型性がよく、ミラー面の面精度が向上する。

前記周縁領域２３のうち左右辺の周縁領域２３は、上辺及び左右下辺の周縁領域２３よりも幅広に形成され、内側の自由曲面部２５と、外側の平面部２６とからなっている。自由曲面部２５の上端は上辺の周縁領域２３の自由曲面と連続し、自由曲面部２５の下端は左右下辺の周縁領域２３と連続している。自由曲面部２５と平面部２６は、図４に示すように、滑らかな面で連続している。

前記左右辺の周縁領域２３の平面部２６の縁には、矩形の第１耳部２７ａと第２耳部２７ｂがそれぞれＺ方向に向かって突設されている。第１耳部２７ａと第２耳部２７ｂの正面は、前記平面部と面一の平面からなり、自由曲面ミラー１４の第１，第２Ｘ方向取付基準面２８ａ，２８ｂとなっている。第１耳部２７ａと第２耳部２７ｂの下端面は、自由曲面ミラー１４の第１，第２Ｙ方向取付基準面２９ａ，２９ｂとなっている。第１，第２Ｙ方向取付基準面２９ａ，２９ｂは、前記有効領域２１の図心３０と該図心３０から有効領域２１の上端の間の１／２の位置３１との間の範囲内、好ましくは図心３０に位置している。このように、第１，第２Ｙ方向取付基準面２９ａ，２９ｂを有効領域２１の上寄りにする理由は、以下の通りである。自由曲面ミラー１４は図１に示すように上辺部の入反射角が下辺部よりも大きく感度が大きいので、動作中の熱膨張による自由曲面の僅かな変位がスクリーン７上の投射画像に歪みを生じさせる。本実施形態では、第１，第２Ｙ方向取付基準面２９ａ，２９ｂを有効領域２１の図示より上方に設けることで、第１，第２Ｙ方向取付基準面２９ａ，２９ｂより上方の熱膨張が抑えられ、スクリーン７上の投射画像の歪みを押さえることができる。

また、前記左右辺の周縁領域２３の左右下辺の縁には、矩形の第３耳部２７ｃが下方に向かって突設されている。第３耳部２７ｃの正面は、平面からなり、自由曲面ミラー１４の第３Ｘ方向取付基準面２８ｃとなっている。第３耳部２７ｃの左側端面は、自由曲面ミラー１４のＺ方向取付基準面３２となっている。第３耳部２７ｃの幅を小さくすることで、Ｚ方向取付基準面３２をできるだけ中心線に近づけて左右の熱膨張をほぼ同じにし、スクリーン７上の投射画像の歪みを押さえることができる。第３耳部２７ｃは、中心線上に位置し、幅５ｍｍ以上、１５ｍｍ以下で形成することが好ましい。なお、この第３耳部２７ｃの右側端面又は下端面は自由曲面ミラー１４の成型時に成形樹脂のゲートとされたところである。前記耳部２７ａ，２７ｂ，２７ｃのＹ，Ｚ方向取付基準面２９ａ，２９ｂ，３２は、自由曲面ミラー１４のほぼ中心を通る面である。また、耳部２７ａ，２７ｂ，２７ｃのＹ，Ｚ方向取付基準面２９ａ，２９ｂ，３２と、その反対側の相対する面とは、互いに平行である。

自由曲面ミラー１４の裏面は、正面の有効領域２１の曲面とほぼ相補する凹の自由曲面で形成されている。

以上のように、自由曲面ミラー１４は、有効領域２１の外周に沿って外形を形成しているので、有効領域２１の面積が１８００ｍｍ^２以上の大型であるにも拘わらず、外形が必要以上に大きくならず、無駄がない。特に、ミラーの有効領域が略三角形や略台形（本実施形態の略五角形も略台形に含まれる）の場合に、有効領域に沿って外形を形成するとより大きな効果が得られる。また、外形の角部２４ａ〜２４ｅを肉厚より大きな曲率半径で形成したので、成形樹脂の流動性がよく、成形性が良好である。

図５は、自由曲面ミラー１４の他の形態を示す。図５（ａ）は、左右辺の周縁領域２３に、図３に示す実施形態のように平面部２６を設けずに、左右辺の周縁領域２３を全幅にわたって自由曲面又はそれに近い曲面で形成したものである。図５（ｂ）は、図５（ａ）の左右辺の周縁領域２３をさらに耳部２７ａまで連続させて、該耳部２７ａの正面の一部を平面にしてＸ方向取付基準面２８ａとしたものである。このように、左右辺の周縁領域２３に平面部を無くすことで、成形樹脂の流動性をさらに向上し、成形性を良くすることができる。

図６は、自由曲面ミラー１４のさらに他の形態を示す。この自由曲面ミラー１４は、図３に示す自由曲面ミラー１４の左右辺の周縁領域２３における自由曲面部２５の下端領域と平面部２６の下端領域の間に斜線ハッチングで示す略三角形状の遷移部３３を設けたものである。この遷移部３３は平面で形成されている。図３に示す自由曲面ミラー１４では、自由曲面部２５の下端領域と平面部２６の下端領域の間は、図７（ａ）に示すように、自由曲面部２５と平面部２６が急な角度で交わる部分である。この部分に、図７（ｂ）に示すように、平面からなる遷移部３３を設けることで、応力集中を回避し、反りの発生を防止している。

続いて、前記構成の自由曲面ミラー１４の保持部品１８への取付構造について説明する。

図８において、自由曲面ミラー１４の保持部品１８は、合成樹脂で形成され、基部４１と、該基部４１の両端から斜め後方に延びる左右の腕部４２ａ，４２ｂと、該左右腕部４２ａ，４２ｂの背面の略中間部を連結する補強部４３とからなっている。

基部４１の底面には、図９に示すように、中央に突起４４が突設されるとともに、後部に金属製の取付プレート４５が取り付けられている。取付プレート４５と基部４１の両端部には、合計３つの取付孔４６が形成されている。基部４１の上面には自由曲面ミラー１４の第３耳部２７ｃが位置する第３凹部４７ｃが形成され、該第３凹部４７ｃの前側の壁は当該第３耳部２７ｃの第３Ｘ方向取付基準面２８ｃが当接する第３当たり面４８ｃとなっている。この第３当たり面４８ｃは、凸面（例えば球面）で形成されている。また第３凹部４７ｃには、第３位置決め突起４９ｃが突設され、この第３位置決め突起４９ｃに対向して第３押さえばね（Ｚ方向押さえばね）５０ｃが固着されている。また、第３押さえばね５０ｃの近傍には、第３耳部２７ｃを第３当たり面４８ｃに押し付けて固定する第３固定金具（Ｘ方向押さえばね）５１ｃがねじ孔５２ｃに取り付けられるようになっている。

左右の腕部４２ａ，４２ｂの上部には、自由曲面ミラー１４の第１，第２耳部２７ａ，２７ｂが位置する第１、第２凹部４７ａ，４７ｂが形成され、該第１，第２凹部４７ａ，４７ｂの前側の壁は当該第１，第２耳部２７ａ，２７ｂの第１，第２Ｘ方向取付基準面２８ａ，２８ｂが当接する第１，第２当たり面４８ａ，４８ｂとなっている。この第１，第２当たり面４８ａ，４８ｂも、凸面（例えば球面）で形成されている。また第１，第２凹部４７ａ，４７ｂには、第１，第２位置決め突起４９ａ，４９ｂが突設され、この第１，第２位置決め突起４９ａ，４９ｂに対向して第１，第２押さえばね（Ｙ方向押さえばね）５０ａ，５０ｂが固着されている。また、第１，第２押さえばね５０ａ，５０ｂの近傍には、第１，第２耳部２７ａ、２７ｂを第１，第２当たり面４８ａ，４８ｂに押し付けて固定する第１，第２固定金具（Ｘ方向押さえばね）５１ａ，５１ｂがねじ孔５２ａ，５２ｂ（それぞれ２箇所）に取り付けられるようになっている。

前記自由曲面ミラー１４を保持部品１８に取り付けるには、まず、自由曲面ミラー１４を後方に傾けた状態で保持部品１８に上方から差し込み、第３耳部２７ｃを第３凹部４７ｃの第３押さえばね５０ｃと第３位置決め突起４９ｃとの間に挿入する。続いて、自由曲面ミラー１４を前方に押して第１，第２耳部２７ａ，２７ｂを第１，第２凹部４７ａ，４７ｂの第１，第２押さえばね５０ａ，５１ｂと第１，第２位置決め突起４９ａ，４９ｂとの間に挿入する。これにより、自由曲面ミラー１４は、第１，第２押さえばね５０ａ，５０ｂが第１，第２耳部２７ａ、２７ｂの２箇所の第１，第２Ｙ方向取付基準面２９ａ，２９ｂと相対する位置を付勢することにより、第１，第２Ｙ方向取付基準面２９ａ，２９ｂが第１，第２位置決め突起４９ａ，４９ｂに押し付けられることで、Ｙ方向に位置決めされる。また、第３押さえばね５０ｃが第３耳部２７ｃの１箇所のＺ方向取付基準面３２と相対する位置を付勢することにより、Ｚ方向取付基準面３２が第３位置決め突起４９ｃに押し付けられることで、Ｚ方向に位置決めされる。

次に、第１〜第３固定金具５１ａ〜５１ｃを所定位置に取り付け、第１〜第３耳部２７ａ〜２７ｃのＸ方向基準面２８ａ〜２８ｃと相対する位置を付勢することで、Ｘ方向基準面２８ａ〜２８ｃを第１〜第３当たり面４８ａ〜４８ｃに押し付ける。これにより、Ｘ方向基準面２８ａ〜２８ｃが凸面からなる第１〜第３当たり面４８ａ〜４８ｃに点接触し、図２に示すように、自由曲面ミラー１４は保持部品１８にＸ方向に高精度で位置決めして簡単に取り付けることができる。

このようにして、保持部品１８に保持された自由曲面ミラー１４は、図２に示すように、基部４１の突起４４を上側台座部品１７の長孔５３に挿入し、３つの取付孔４６を上側台座部品１７の対応する取付孔５４に合致させて、図示しないねじをねじ込むことで、上側台座部品１７に固定することができる。

上側台座部品１７に固定された保持部品１８の自由曲面ミラー１４は、図９に示すように後方に倒れた状態になるため、保持部品１８の上辺が２点鎖線１８’で示すように自由曲面ミラー１４の上端よりも上方に突出していると、保持部品１８の突出分だけリアプロＴＶ１の厚み方向の寸法が増大する。そこで、本実施形態では、第３のＸ方向取付基準面２８ｃとＺ方向取付基準面３２を有する第３耳部２７ｃを自由曲面ミラー１４の上辺でなく下辺に設けて、しかもこの下辺の第３耳部２７ｃにゲート位置を設ける一方、上辺を全く自由端にしておくことで、保持部品１８の上端を自由曲面ミラー１４の上辺よりも下方に位置させて、自由曲面ミラー１４の上端がリアプロＴＶ１の厚み方向の寸法を決定するようにして、リアプロＴＶ１の薄型化を図っている。

なお、図８の実施形態では、押さえばね５０ａ，５０ｂ，５０ｃと固定金具５１ａ，５１ｂ，５１ｃは、別体に形成されているが、図１０に示すように、これらを一体にした固定金具５５ａ，５５ｂ，５５ｃとすることで、部品点数を減少し、取付作業を簡単にすることができる。すなわち、これらの固定金具５５ａ，５５ｂ，５５ｃは、細長い第１基部５６と該第１基部５６の長手方向の一辺から垂直に延びる第２基部５７からなる略Ｔ字形の形状を有する。第２基部５７には、スリットを形成することにより第１基部５６から第２基部５７に沿って延びる押さえばね片（Ｘ方向押さえばね）５８が設けられている。第２基部５７の一片には、第２基部５７の面に垂直に延びる固定ばね片（Ｙ，Ｚ方向押さえばね）５９が設けられている。そして、これらの固定金具５５ａ，５５ｂ，５５ｃを保持部品１８のねじ孔５２ａ，５２ｂ，５２ｃに取り付けることで、自由曲面ミラー１４の保持部品１８に対するＹ，Ｚ方向の位置決めと固定を同時に行うことができる。

なお、第２基部５７は、固定ばね片５９が設けられる基部としてだけではなく、耐衝撃用のストッパーの作用も併せ持つ。例えば、投射光学系ユニット１５に落下等による衝撃が発生した場合、第２基部５７が無ければ、Ｘ方向押さえばね５８は自由曲面ミラー１４の重量に耐えかねて塑性変形を起こし、自由曲面ミラー１４が脱落してしまう可能性がある。前記変形例の構成では、第２基部５７はＸ方向押さえばね５８よりも剛性が大きいため、衝撃発生時に自由曲面ミラー１４のＸ方向の移動を抑制し、Ｘ方向押さえばね５８の塑性変形を防止する作用を持つ。本変形例では、このようなストッパーは、Ｘ方向押さえばね５８に対してのみ用いているが、固定ばね片５９や、図８の実施形態の第１〜第３固定金具５１ａ〜５１ｃに用いてもよい。

図８の実施形態及び図１０の変形例では、固定金具が３箇所に分離しているが、図１１に示すように、これらを一体にした１つの固定部材６１を用いて、前記第２収差補正板１２（以下、単に補正板という）を投射光学系ユニット１５の下側台座部品１６に取り付けることで、部品点数をさらに減少し、取付作業をより簡単にすることができる。

補正板１２は、前記自由曲面ミラー１４の外形と異なり、上辺と下辺が互いに平行な直線からなり、左辺と右辺は外向きに突出するように湾曲している。補正板１２には、前記自由曲面ミラー１４と同様、左右辺の縁に第１，第２耳部６２ａ，６２ｂ、下辺の縁に第３耳部６２ｃが設けられている。補正板１２の裏面には、図１２，図１３に示すように、上辺中央、左辺下部、及び右辺下部に、それぞれ第１，第２，第３Ｘ方向取付基準面６３ａ，６３ｂ，６３ｃが球面凸部で形成されている。この球面凸部の代わりに平面突部でもよい。これらの突部の突出量は０．５ｍｍ以下が好ましい。第１，第２耳部６２ａ，６２ｂの下端面は、第１，第２Ｙ方向取付基準面６４ａ，６４ｂ、第３耳部７２ｃの図１１において左側端面はＺ方向取付基準面６５となっている。これらの耳部６２ａ，６２ｂ，６２ｃのＹ，Ｚ方向取付基準面６４ａ，６４ｂ，６５は、補正板１２のほぼ中心を通る面である。また、耳部６２ａ，６２ｂ，６２ｃのＹ，Ｚ方向取付基準面６４ａ，６４ｂ，６５と、それらの反対側の相対する面とは、互いに平行である。

下側台座部品１６には、上面が傾斜しており、前記補正板１２を保持するための保持部６６が形成されている。保持部６６は略矩形で、中央に前記補正板１２の外形と相似でやや小さな開口部６７が形成されている。開口部６７の上縁中央の上面、左縁下部の上面、及び右縁下部の上面には、前記第１，第２，第３Ｘ方向取付基準面６３ａ，６３ｂ，６３ｃが当接する第１，第２，第３当たり面６８ａ，６８ｂ，６８ｃが平面突部又は球面突部で形成されている。

開口部６７の左側及び右側には、Ｙ方向に延びる突条６９ａ，６９ｂが形成され、その先端は円筒面で形成され、前記第１，第２Ｙ方向取付基準面６４ａ，６４ｂが当接する第１，第２位置決め部７０ａ，７０ｂとなっている。また、開口部６７の下側には、Ｚ方向に延びる突条６９ｃが形成され、その先端は円筒面で形成され、前記Ｚ方向取付基準面６５が当接する第３位置決め部７０ｃとなっている。

保持部６６の４角部には、固定部材６１が載置されるボス７１が形成され、その先端に固定部材６１を取り付けるためのねじ孔７２が形成されている。下側の２つのボス７１のねじ孔７２の近傍には、位置決め用の突起７３が形成されている。

固定部材６１は、板ばね材料からなり、略矩形で、中央に前記補正板１２の外形と相似でやや小さな開口部７４が形成されている。開口部７４の上縁中央、左縁下部、及び右縁下部には、固定部材６１にスリットを形成することにより第１，第２，第３押さえばね（Ｘ方向押さえばね）７５ａ，７５ｂ，７５ｃが設けられ、各押さえばね７５ａ，７５ｂ，７５ｃの先端部が、補正板１２の第１，第２，第３Ｘ方向取付基準面６３ａ，６３ｂ，６３ｃを保持部６６の第１，第２，第３当たり面６８ａ，６８ｂ，６８ｃに押し付けるようになっている。

固定部材６１の左側縁及び右側縁には、９０°に折り曲げられた折曲げ縁７６ａ，７６ｂが形成され、該折曲げ縁７６ａ，７６ｂの上端は図１４に示すようにさらに９０°に折り曲げられて水平方向に延びる第４，第５押さえばね（Ｙ方向押さえばね）７７ａ，７７ｂが設けられている。同様に、固定部材６１の下側縁には、９０°に折り曲げられた折曲げ縁７６ｃが形成され、該折曲げ縁７６ｃの右端は図１４に示すようにさらに９０°に折り曲げられて垂直方向に延びる第６押さえばね（Ｚ方向押さえばね）７７ｃが設けられている。これらの第１，第２，第３押さえばね７７ａ，７７ｂ，７７ｃは、補正板１２の第１，第２Ｙ方向取付基準面６４ａ，６４ｂ及びＺ方向取付基準面６５を保持部６６の第１，第２，第３位置決め部７０ａ，７０ｂ，７０ｃに押し付けるようになっている。

固定部材６１の４角部には、取付片７８が形成され、各取付片７８にねじ孔７９が形成されている。下側の２つの取付片７８のねじ孔７９の近傍には、さらに位置決め用のねじ孔８０が形成されている。

前記補正板１２を下側台座部品１６の保持部６６に取り付けるには、まず、補正板１２を保持部６６の傾斜面に載置して、第１，第２耳部６２ａ，６２ｂの２箇所の第１，第２Ｙ方向取付基準面６４ａ，６４ｂを第１，第２位置決め部７０ａ，７０ｂに接触させ、第３耳部６２ｃのＺ方向取付基準面６５を第３位置決め部７０ｃに接触させる。さらに、補正板１２の第１，第２，第３Ｘ方向取付基準面６３ａ，６３ｂ，６３ｃを保持部６６の第１，第２，第３当たり面６８ａ，６８ｂ，６８ｃに接触させる。次に、固定部材６１を補正板１２の上に載置して、第１，第２，第３押さえばね７５ａ，７５ｂ，７５ｃを、補正板１２の第１，第２，第３当たり面６８ａ，６８ｂ，６８ｃと相対する位置に接触させ、また第４，第５，第６押さえばね７７ａ，７７ｂ，７７ｃを、補正板１２の第１，第２耳部６２ａ，６２ｂの２箇所の第１，第２Ｙ方向取付基準面６４ａ，６４ｂ、第３耳部６２ｃのＺ方向取付基準面６５と相対する位置に接触させる。そして、この状態で、固定部材６１のねじ孔７９から保持部６６のねじ孔７２にねじ８１をねじ込んで、固定部材６１を固定する。

これにより、第１，第２，第３押さえばね７５ａ，７５ｂ，７５ｃにより、補正板１２のＸ方向基準面６３ａ，６３ｂ，６３ｃが保持部６６の第１、第２、第３当たり面６８ａ，６８ｂ，６８ｃに点接触することで、補正板１２は保持部６６にＸ方向に位置決めされる。また、補正板１２は、第４，第５押さえばね７７ａ，７７ｂにより、第１，第２耳部６２ａ，６２ｂの２箇所の第１，第２Ｙ方向取付基準面６４ａ，６４ｂが第１，第２位置決め部７０ａ，７０ｂに線接触することで、Ｙ方向に位置決めされるとともに、第３押さえばね７７ｃにより、第３耳部６２ｃの１箇所のＺ方向取付基準面６５が第３位置決め部７０ｃに線接触することで、Ｚ方向に位置決めされる。この結果、図１５に示すように、補正板１２は保持部６６にＸ方向、Ｙ，Ｚ方向に、高精度で位置決めして簡単に取り付けることができる。

前記自由曲面ミラー１４及び補正板１２の保持構造では、光学面に略垂直なＸ方向を３点で受けてその相対する位置を付勢し、Ｙ，Ｚ方向を耳部の端面において線で受けてその相対する位置を付勢しているので、保持による歪みが少ないし、熱膨張による歪みも少ない。

なお、本発明は、自由曲面を有するミラーに限らず、例えば、反射面形状が回転対称形であっても反射面の中心に回転対称軸がないミラー、回転対称軸がミラー外形内にないミラー等の光学素子にも適用することができる。

本発明の自由曲面ミラーを備えた投射型画像表示装置の実施形態であるリアプロジェクションテレビの断面図。 図１のリアプロジェクションテレビの投射光学系ユニットの分解斜視図。 （ａ）自由曲面ミラーの正面図、（ｂ）右側面図、（ｃ）底面図。 図３（ａ）のＩＶ−ＩＶ線断面図。 （ａ）自由曲面ミラーの他の実施形態の一部正面図、（ｂ）自由曲面ミラーのさらに他の実施形態の一部正面図。 （ａ）自由曲面ミラーのさらに他の実施形態の正面図、（ｂ）底面図。 （ａ）遷移部を形成する前の図６（ａ）のＶＩＩ―ＶＩＩ線断面図、（ｂ）遷移部を形成した後の図６（ａ）のＶＩＩ―ＶＩＩ線断面図。 自由曲面ミラーの保持部品の分解斜視図。 自由曲面ミラーの保持部品の側面図。 図８の押さえばねと固定金具の変形例による固定金具を示す斜視図。 補正板の取付構造を示す分解斜視図。 補正板の裏面図。 図１２の部分拡大断面図。 固定部材の裏面図。 補正板を下側台座部品の保持部に取り付けた状態を示す斜視図。

符号の説明

１２ 第２収差補正板（光学素子）
１４ 第２自由曲面ミラー（光学素子）
１８ 保持部品
２７ａ〜２７ｃ 耳部
２８ａ〜２８ｃ Ｘ方向取付基準面
２９ａ，２９ｂ Ｙ方向取付基準面
３２ Ｚ方向取付基準面
４８ａ〜４８ｃ 当たり面
４９ａ〜４９ｃ 位置決め突起
５０ａ〜５０ｂ 押さえばね（Ｙ方向押さえばね）
５０ｃ 押さえばね（Ｚ方向押さえばね）
５１ａ〜５１ｃ 固定金具
５５ａ〜５５ｃ 固定金具
６１ 固定部材
６２ａ〜６２ｃ 耳部
６３ａ〜６３ｃ Ｘ方向取付基準面
６４ａ，６４ｂ Ｙ方向取付基準面
６５ Ｚ方向取付基準面
６６ 保持部
６８ａ〜６８ｃ 当たり面
７０ａ〜７０ｃ 位置決め部
７５ａ〜７５ｃ 押さえばね（Ｘ方向押さえばね）
７０ａ〜７０ｂ 押さえばね（Ｙ方向押さえばね）
７０ｃ 押さえばね（Ｚ方向押さえばね）

Claims (9)

1. 光学素子と、前記光学素子を保持する保持部材と、前記光学素子を前記保持部材に固定する固定部材とからなる光学素子の保持構造において、
   前記光学素子は、該光学素子の光学面に略垂直なＸ方向の取付基準となる３つのＸ方向取付基準部と周縁部から突出する３つの耳部とを有し、前記耳部に前記Ｘ方向に直角なＹ，Ｚ方向の取付基準となる３つのＹ，Ｚ方向取付基準部を有し、
   前記保持部材は、前記光学素子の３つのＸ方向取付基準部が当接する３つの当たり面と、前記光学素子の３つのＹ，Ｚ方向取付基準部が当接する３つの位置決め部とを有し、
   前記固定部材は、前記光学素子の３つのＸ方向取付基準部を前記保持部材の３つの当たり面に付勢する３つのＸ方向押さえばねと、前記光学素子の３つのＹ，Ｚ方向取付基準部を前記保持部材の３つの位置決め部に付勢する３つのＹ，Ｚ方向押さえばねとからなることを特徴とする光学素子の保持構造。
2. 前記固定部材の押さえばねが前記光学素子を付勢する位置は、前記光学部材と前記保持部材とが当接する位置と相対する位置にあることを特徴とする請求項１に記載の光学素子の保持構造。
3. 前記耳部のＹ，Ｚ方向取付基準部と、前記前記固定部材のＹ，Ｚ方向押さえばねが前記光学素子を付勢する位置とは、互いに略平行な面であることを特徴とする請求項２に記載の光学素子の保持構造。
4. 前記光学素子のＸ方向取付基準部は、球面突部であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光学素子の保持構造。
5. 前記光学素子のＸ方向取付基準部の突出量は０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の光学素子の保持構造。
6. 前記光学素子のＹ，Ｚ方向取付基準部は、光軸に平行な面からなり、該面は前記光学素子の略中心を通ることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光学素子の保持構造。
7. 前記光学素子の耳部は、周縁領域の左右対称位置に１対配置し、該１対の耳部の下端面を光学素子のＹ方向の取付基準とし、該取付基準は前記光学素子の図心と該図心から光学素子の上端の間の１／２の位置との間に位置していることを特徴とする請求項１に記載の光学素子の保持構造。
8. 前記光学素子の耳部は、周縁領域の下端位置に配置し、該耳部の側端面を光学素子のＺ方向の取付基準とし、該取付基準は光学面の中心線寄りに位置していることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光学素子の保持構造。
9. 前記光学素子の耳部は、周縁領域の下端位置に配置し、前記耳部を光学素子の成形時のゲートとしたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光学素子の保持構造。
   

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