JP2007057754A - クロスダイクロイックプリズム、光学装置、プロジェクタ、およびクロスダイクロイックプリズムの製造治具 - Google Patents

Abstract

【課題】良質な画質の画像を投影可能なクロスダイクロイックプリズム、光学装置、プロジェクタ、およびクロスダイクロイックプリズムの製造治具を提供すること。
【解決手段】クロスダイクロイックプリズム３４では、ダイクロイックプリズム３４１の頂角が９０度未満に形成され、接着層３４４が外側から中心部に向かって厚み寸法が薄く形成されている。これにより、クロスダイクロイックプリズム３４の中心部においてダイクロイックプリズム３４１の頂角が互いに近接するので、この中心部の波長選択性反射膜が設けられない部分が小さくなる。したがって、クロスダイクロイックプリズム３４に光が入射した際、反射膜形成面３４２Ｂに形成された波長選択性反射膜３４３にて所定の波長の光を反射させることができ、良質な画質のカラー画像を形成できる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、複数個の三角柱プリズムを備えたクロスダイクロイックプリズム、このクロスダイクロイックプリズムを備えた光学装置、この光学装置を備えたプロジェクタ、およびクロスダイクロイックプリズムの製造治具に関する。

従来、プロジェクタなどに内蔵される光学装置に組み込まれ、所定の波長の光を透過させてその他の波長の光を反射させるクロスダイクロイックプリズムが知られている（例えば特許文献１）。

この特許文献１に記載のものは、頂角が９０度で、頂角を形成する２面のうち一方の面に波長選択性反射膜が施された直角二等辺三角柱のダイクロイックプリズムを４つ接着させたクロスダイクロイックプリズムである。このクロスダイクロイックプリズムでは、４つのダイクロイックプリズムの波長選択性反射膜が十字状に直交するように波長選択性反射膜が施されている面と施されていない面とを対向配置し、その間に接着剤を封入して均一に接着層が形成されるように固着している。この時、波長選択性反射膜の厚さと接着剤による接着層の厚さとの合計分だけ互いのダイクロイックプリズムを接着層に対して平行方向に相対的にシフトさせ、選択性反射膜が同一平面上に位置するようにした構成が示されている。

特開２００３−１７７２２３号公報（第４頁ないし第５頁、および図２ないし図４参照）

ところで、特許文献１に記載のような従来のダイクロイックプリズムでは、４つのダイクロイックプリズムを配置して接着剤を均一に封入して接着層を形成する。このため、４つのダイクロイックプリズムの頂角が集合するクロスダイクロイックプリズムの中心位置にも均一に接着層が形成され、この中心位置の接着層には波長選択性反射膜が設けられない部分が生じてしまう。このような波長選択性反射膜が設けられない部分に光が透過すると、色分離および色合成がされないまま透過してしまうため、このクロスダイクロイックプリズムにより投影される画像の色ずれ、画質の低下などが生じる場合があるという問題が一例として挙げられる。

本発明は、良質な画質の画像を投影可能なクロスダイクロイックプリズム、光学装置、プロジェクタ、およびクロスダイクロイックプリズムの製造治具を提供することを目的とする。

本発明のクロスダイクロイックプリズムは、頂角を挟んで第１面と第２面とが設けられるとともに前記頂角同士を中心に近接配置し底面部を外側に配置した複数個の三角柱プリズムと、これらの三角柱プリズムの前記第１面にそれぞれ形成された波長選択性反射膜と、隣り合う前記三角柱プリズムの互いに対向する前記波長選択性反射膜と第２面との間に介装され前記三角柱プリズム同士を互いに接着固定する接着層とを備えたクロスダイクロイックプリズムであって、前記複数個の三角柱プリズムのうち少なくとも１個の三角柱プリズムの頂角が９０度未満であり、この三角柱プリズムと隣り合う三角柱プリズムとの第１面と第２面との間に介装された前記接着層が外側から中心部に向かって厚み寸法が薄くなることを特徴とする。

この発明によれば、三角柱プリズムの頂角が９０度未満に形成され、接着層が外側から中心部に向かって厚み寸法が薄く形成されている。これにより、クロスダイクロイックプリズムの中心位置において三角柱プリズムの頂角が互いに近接若しくは接触して、この中心位置の波長選択性反射膜が設けられない部分が小さくなる。
したがって、このようなクロスダイクロイックプリズムに光を入射した場合に、中心位置においても所定の波長の光を波長選択性反射膜にて反射させることが可能となる。よって、色ずれや画質低下を防止でき、良好な画質のカラー画像を投射することが可能となる。

また、本発明では、クロスダイクロイックプリズムは、前記三角柱プリズムは４個あり、これらの三角柱プリズムの全ての頂角がそれぞれ９０度未満であり、前記接着層は、略十字状に連続して形成されるとともに、外側から中心部に向かって厚み寸法が薄く形成されていることが好ましい。

この発明によれば、４個の三角柱プリズムの頂角のそれぞれが９０度未満に形成され、接着層が十字状に連続して形成されるとともに、外側から中心部に向かって厚み寸法が薄く形成されている。これにより、４個の三角柱プリズムのそれぞれの頂点を中心部にて接触または近接させることが可能となる。したがって４個の三角柱プリズムのそれぞれに入射した光が中心部を通過する際に、波長選択性反射膜に対応する所定の波長の光を確実に反射させることが可能となる。
よって、クロスダイクロイックプリズムにより投射されるカラー画像の画質を良好にすることが可能となる。

さらに、本発明のクロスダイクロイックプリズムでは、前記頂角をθとした場合、８７度≦θ＜９０度であることが好ましい。

この発明では、頂角の角度θが８７度≦θ＜９０度に形成されている。ここで、頂角の角度θが８７度未満である場合、外側の接着層の厚み寸法が大きくなりすぎるため、クロスダイクロイックプリズムの製造時に接着剤の量が多くなり、接着作業も困難になる。また、接着層は三角柱プリズムの屈折率と同一の屈折率となる素材にて形成されることが好ましいが、このような素材を選定することは困難である。
このため、接着剤としては三角柱プリズムと略同じ屈折率の素材を用いることが一般的になるが、この場合、接着層の厚みが大きくなるに従い、屈折率の違いにより、光路のずれが大きくなり、クロスダイクロイックプリズムから投射されるカラー画像の画質に影響がでる虞がある。
これに対して、三角柱プリズムの頂角の角度θの大きさを８７度≦θ＜９０度とすることで、三角柱プリズムの頂角同士を接触または近接させることができるとともに、接着層の厚み寸法をも小さくでき、接着層と三角柱プリズムとの屈折率の差を十分無視できる大きさにすることができる。従って、クロスダイクロイックプリズムの製造性が良好になるとともに、投射されるカラー画像の画質低下をも抑制できる。

そして、本発明のクロスダイクロイックプリズムは、前記三角柱プリズムの頂角以外の２つの角部のうちいずれか一方の角部の角度が４５度であることが好ましい。

この発明では、三角柱プリズムの頂角以外の２つの角部のうちいずれか一方が４５度に形成されている。これにより、従来の断面二等辺三角形の三角柱プリズムの頂角を挟む二辺のうち、いずれか一方を切断または研磨などするだけで容易に頂角が９０度未満となる三角柱プリズムを作成することが可能となる。

また、本発明のクロスダイクロイックプリズムは、前記三角柱プリズムは、４個全てが同一形状であることが好ましい。

この発明では、４個の三角柱プリズムが全て同一形状に形成されている。これにより、これらの三角柱プリズムからクロスダイクロイックプリズムを作成する際に製造が簡単になる。

さらに、本発明のクロスダイクロイックプリズムは、前記４個の三角柱プリズムのうち互いに対向する２個の三角柱プリズムの第１面に形成された波長選択性反射膜は略同一平面内に位置していることが好ましい。

この発明では、波長選択性反射膜が同一平面内に位置している。このため、クロスダイクロイックプリズムに入射した波長選択性反射膜で反射される所定波長の光の反射される位置がずれることがないので、投射されるカラー画像に色ずれや画質低下などの問題が起こる虞がない。

そして、本発明の光学装置は、上述したようなクロスダイクロイックプリズムと、このクロスダイクロイックプリズムの外側に位置している４面のうち３面にそれぞれ近接配置される液晶パネルと、前記クロスダイクロイックプリズムのうち残り１面に対向配置される投射レンズとを備えたことを特徴とする。
また、本発明のプロジェクタは、上記光学装置を備えたことを特徴とする。

これらの発明によれば、光学装置およびプロジェクタは、上述したようなクロスダイクロイックプリズムと、このクロスダイクロイックプリズムの外側に位置している４面のうち３面に対向配置される液晶パネルと、クロスダイクロイックプリズムの残りの１面に対向配置される投射レンズとを備えている。これにより、液晶パネルから入射した光をクロスダイクロイックプリズムにて良好に色合成してカラー画像を形成し、このカラー画像を投射レンズから投射させることが可能となる。したがって、このようなカラー画像を投射することで、投射された画質を良好にできる。

そして、本発明のクロスダイクロイックプリズムを製造する治具は、前記頂角を挟んで第１面と第２面とが設けられ前記第１面に予め波長選択性反射膜が形成された三角柱プリズムの２個を互いに波長選択性反射膜と第２面とを対向させた状態で並べる基準面を備え、この基準面は、一方の三角柱プリズムの波長選択性反射膜と対向する第１基準平面と、他方の三角柱プリズムの第２面と対向する第２基準平面と、これらの第１基準平面と第２基準平面との間に形成され前記２個の三角柱プリズムの頂角同士が近接配置される接合部とを備え、前記第２基準平面は前記第１基準平面に対して、直角と前記頂角の角度差に等しい傾斜角を有して形成されることを特徴とする。

この発明によれば、クロスダイクロイックプリズムを製造する治具は、２個の三角柱プリズムを互いに波長選択性反射膜と第２面とを対向させた状態で並べる基準面を備え、この基準面はさらに、一方の三角柱プリズムの波長選択性反射膜と対向する第１基準平面と、他方の三角柱プリズムの第２面と対向する第２基準平面と、が設けられている。そして、この第１基準平面と第２基準平面との間には前記２個の三角柱プリズムの頂角同士が近接配置される接合部が設けられ、第２基準平面が第１基準平面に対して直角と前記頂角の角度差に等しい傾斜角で傾斜して形成されている。これにより、第１基準平面および第２基準平面にそれぞれ三角柱プリズムを載置して接合部にて頂角同士を合わせた際に、第１基準平面に載置された三角柱プリズムの第２面と第２基準平面に載置された三角柱プリズムの波長選択性反射膜との間に頂角から外側から中心部に近づくにつれて厚み寸法が小さくなる隙間が生じる。従って、この隙間に接着剤を注入することにより、容易にプリズムペアを作成することができる。また、第２基準平面の傾斜角度を頂角の角度θに応じて、（９０−θ）度に設定することで、２つの三角柱プリズムの第１面が直交する状態に配置させることが可能となる。したがって、容易に断面略正方形のクロスダイクロイックプリズムに対応するプリズムペアを作成することができる。

以下、本発明の一実施の形態に係るプロジェクタについて図面に基づいて説明する。

［プロジェクタの構成］
図１は、本発明の一実施の形態に係るプロジェクタの内部に設けられる光学系を模式的に示す図である。図２は、クロスダイクロイックプリズムを模式的に示す斜視図である。図３は、ダイクロイックプリズムの光軸面での断面を模式的に示す断面図である。図４は、クロスダイクロイックプリズムの光軸面での断面を模式的に示す断面図である。

図１において、プロジェクタ１は、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調し、スクリーン等の投射面上に拡大投射する。このプロジェクタ１は、図示しない外装ケースと、光学ユニット２と、図示しない電源ユニットおよび冷却ユニットとを含んで構成される。

光学ユニット２は、インテグレータ照明光学系２１と、色分離光学系２２と、リレー光学系２３と、光学装置３と、光学部品用筐体２５とに機能的に大別される。

インテグレータ照明光学系２１は、光源から射出された光束を照明光軸直交面内における照度を均一にするための光学系である。このインテグレータ照明光学系２１は、光源装置２１１、第１レンズアレイ２１２、第２レンズアレイ２１３、偏光変換素子２１４、及び重畳レンズ２１５を備えて構成される。

光源装置２１１は、光源ランプ２１６およびリフレクタ２１７を備えている。そして、光源ランプ２１６から射出された放射状の光束は、リフレクタ２１７で反射されて略平行光束とされ、外部へと射出される。本実施の形態では、光源ランプ２１６として、高圧水銀ランプを採用し、リフレクタ２１７として、放物面鏡を採用している。なお、光源ランプ２１６としては、高圧水銀ランプに限らず、例えばメタルハライドランプやハロゲンランプ等を採用してもよい。また、リフレクタ２１７として放物面鏡を採用しているが、これに限らず、楕円面鏡からなるリフレクタの射出面に平行化凹レンズを配置した構成を採用してもよい。

第１レンズアレイ２１２は、照明光軸方向から見てほぼ矩形状の輪郭を有する小レンズがマトリクス状に配列された構成を具備する。各小レンズは、光源ランプ２１６から射出された光束を部分光束に分割し、照明光軸方向に射出する。

第２レンズアレイ２１３は、第１レンズアレイ２１２と略同様の構成であり、小レンズがマトリクス状に配列された構成を具備する。この第２レンズアレイ２１３は、重畳レンズ２１５とともに、第１レンズアレイ２１２の各小レンズの像を光学装置３の後述する液晶パネル３１上に結像させる機能を有する。

偏光変換素子２１４は、第２レンズアレイ２１３からの光を略１種類の偏光光に変換するものであり、これにより、光学装置３での光の利用効率が高められている。具体的に、偏光変換素子２１４によって略１種類の偏光光に変換された各部分光束は、重畳レンズ２１５によって最終的に光学装置３の後述する液晶パネル３１上にほぼ重畳される。偏光光を変調するタイプの液晶パネル３１を用いたプロジェクタでは、１種類の偏光光しか利用できないため、ランダムな偏光光を発する光源ランプ２１６からの光束の略半分が利用されない。このため、偏光変換素子２１４を用いることにより、光源ランプ２１６から射出された光束を略１種類の偏光光に変換し、光学装置３における光の利用効率を高めている。なお、このような偏光変換素子２１４は、例えば、特開平８−３０４７３９号公報に紹介されている。

色分離光学系２２は、２枚のダイクロイックミラー２２１，２２２と、反射ミラー２２３とを備える。インテグレータ照明光学系２１から射出された複数の部分光束は、２枚のダイクロイックミラー２２１，２２２により赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の色光に分離される。

リレー光学系２３は、入射側レンズ２３１と、リレーレンズ２３３と、反射ミラー２３２，２３４とを備える。このリレー光学系２３は、色分離光学系２２で分離された色光である青色光を光学装置３の後述する青色光用の液晶パネル３１まで導く機能を有している。

この際、色分離光学系２２のダイクロイックミラー２２１では、インテグレータ照明光学系２１から射出された光束のうち、青色光成分と緑色光成分とは透過し、赤色光成分は反射する。ダイクロイックミラー２２１によって反射した赤色光は、反射ミラー２２３で反射し、フィールドレンズ２１８を通って、後述する赤色光用の液晶パネル３１に到達する。このフィールドレンズ２１８は、第２レンズアレイ２１３から射出された各部分光束をその中心軸（主光線）に対して平行な光束に変換する。他の緑色光、青色光用の液晶パネル３１の光入射側に設けられたフィールドレンズ２１８も同様である。

また、ダイクロイックミラー２２１を透過した青色光と緑色光のうちで、緑色光は、ダイクロイックミラー２２２によって反射し、フィールドレンズ２１８を通って、後述する緑色光用の液晶パネル３１に到達する。一方、青色光は、ダイクロイックミラー２２２を透過してリレー光学系２３を通り、さらにフィールドレンズ２１８を通って、後述する青色光用の液晶パネル３１に到達する。

なお、リレー光学系２３には、３つの色光のうちの青色光を通す構成としたが、これに限らず、例えば、赤色光を通す構成としてもよい。

光学装置３は、入射された光束を画像情報に応じて変調してカラー画像（光学像）を形成し、形成したカラー画像を拡大投射する。この光学装置３は、図１に示すように、３つの液晶パネル３１（赤色光用の液晶パネルを３１Ｒ、緑色光用の液晶パネルを３１Ｇ、青色光用の液晶パネルを３１Ｂとする）と、これら液晶パネル３１の光束入射側および光束射出側にそれぞれ対向配置される入射側偏光板３２および光学変換板３３と、クロスダイクロイックプリズム３４と、ヘッド体４と、投射レンズ５とを備える。そして、これらのうち、３つの液晶パネル３１、３つの光学変換板３３、およびクロスダイクロイックプリズム３４は一体化され、光学装置本体３０を構成する。なお、光学装置本体３０は、具体的な構成は後述するが、液晶パネル３１、光学変換板３３、およびクロスダイクロイックプリズム３４以外に、液晶パネル３１を保持する保持枠、第２光学変換板３３Ｂを保持するとともに液晶パネル３１をクロスダイクロイックプリズム３４に取り付ける保持部材等を備える。

入射側偏光板３２は、偏光変換素子２１４で偏光方向が略一方向に揃えられた各色光が入射され、入射された光束のうち、偏光変換素子２１４で揃えられた光束の偏光軸と略同一方向（第１偏光方向）の偏光光のみ透過させ、その他の光束を吸収するものである。この入射側偏光板３２は、図示を省略するが、透光性基板上に偏光膜が貼付された構成を有している。なお、本実施形態では、入射側偏光板３２を光学装置本体３０と別体で構成しているが、光学装置本体３０と一体化する構成を採用してもよい。また、透光性基板を用いずに、偏光膜をフィールドレンズ２１８に貼り付ける構成を採用してもよい。

液晶パネル３１は、図示は省略するが、一対の透明なガラス基板に電気光学物質である液晶が密閉封入された構成を有し、前記制御基板から出力される駆動信号に応じて、前記液晶の配向状態が制御され、入射側偏光板３２から射出された偏光光束の偏光方向を変調する。

光学変換板３３は、第１光学変換板３３Ａと、第２光学変換板３３Ｂとから構成されている。

第１光学変換板３３Ａは、前述の入射側偏光板３２と略同様の構成を有し、入射された光束のうち、所定方向（第２偏光方向）の偏光光のみを透過させ、その他の光束を吸収するものである。

第２光学変換板３３Ｂは、液晶パネル３１から射出された光束のうち、所定方向の偏光光のみを透過させ、その他の光束を吸収するとともに、液晶パネル３１から射出された光束の視野角を拡大する。

クロスダイクロイックプリズム３４は、光学変換板３３から入射される赤色光、青色光、および緑色光を合成してカラー画像を形成し、投射レンズ５に出射する。なお、クロスダイクロイックプリズム３４の詳細な説明については後述する。

投射レンズ５は、先端部分が図示しない外装ケースから露出可能に配置され、クロスダイクロイックプリズム３４にて形成されたカラー画像を拡大投射する。この投射レンズ５は、筒状の鏡筒内に複数のレンズが収納された組レンズとして構成されている。また、この投射レンズ５には、複数のレンズの相対位置を変更するレバーが設けられ、投射像のフォーカス調整、および倍率調整可能に構成されているものであってもよい。

ヘッド体４は、例えばアルミニウム合金またはマグネシウム合金等の金属材料から構成され、光学装置本体３０および投射レンズ５を一体化するとともに、一体化したユニットを光学部品用筐体２５に対して取り付けるものである。

光学部品用筐体２５は、合成樹脂製の成形品であり、内部に所定の照明光軸が設定され、上述した光学部品３１〜３４を照明光軸に対する所定位置に配置する。なお、光学部品用筐体２５は、合成樹脂製の成形品に限らず、その他、金属製部材から構成してもよい。

［クロスダイクロイックプリズムの構成］
クロスダイクロイックプリズム３４は、光学変換板３３から射出された各色光がそれぞれ入射される３つの入射端面を備え、色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成する光学素子である。このクロスダイクロイックプリズム３４は、図２に示すように、４つの三角柱プリズムとしてのダイクロイックプリズム３４１を貼り合わせて平面視正方形状に形成されている。すなわち、赤色光用の液晶パネル３１Ｒからの赤色光が入射する赤色光側ダイクロイックプリズム３４１Ａと、青色光用の液晶パネル３１Ｂからの青色光が入射する青色光側ダイクロイックプリズム３４１Ｂと、緑色光が入射する緑色光側ダイクロイックプリズム３４１Ｃと、合成された光が出射する投射レンズ側ダイクロイックプリズム３４１Ｄと、が張りつけられて平面視正方形状に形成されている。

これらのダイクロイックプリズム３４１は、図３に示すように、光学変換板３３からの光が入射または投射レンズ５に光を出射する入出射面３４２Ａと、波長選択性反射膜が設けられる第１面としての反射膜形成面３４２Ｂと、他のダイクロイックプリズム３４１との間で接着剤が注入される第２面としての接着面３４２Ｃと、を備えている。これらの入出射面３４２Ａ、反射膜形成面３４２Ｂ、および接着面３４２Ｃは平坦に研磨され、表面における光の乱反射等がない状態に形成されている。また、このダイクロイックプリズム３４１では、入出射面３４２Ａに対向する頂角の角度θが８７度以上９０度未満に形成され、入出射面３４２Ａおよび反射膜形成面３４２Ｂの挟角の角度γが４５度に形成され、接着面３４２Ｃおよび入出射面３４２Ａの挟角の角度βが４５度＜β≦４８度に形成されている。これにより、反射膜形成面３４２Ｂの面積は接着面３４２Ｃの面積よりも大きくなる。ここで、ダイクロイックプリズム３４１の頂角が８７度よりも小さく形成されている場合、接着面３４２Ｃと隣り合うダイクロイックプリズム３４１との距離が開きすぎるため、接着層３４４（図４参照）が大きくなってしまうため、接着剤とダイクロイックプリズム３４１との屈曲率の差の影響が大きくなって投射される画像の画質低下を招く虞がある。また、接着剤のコストも高くなり、製造性も悪くなってしまう。

また、各ダイクロイックプリズム３４１の反射膜形成面３４２Ｂには、所定の波長の光を反射してその他の光を透過させる波長選択性反射膜３４３が形成されている。具体的には、図４に示すように、赤色光側ダイクロイックプリズム３４１Ａの反射膜形成面３４２Ｂ、および青色光側ダイクロイックプリズム３４１Ｂの反射膜形成面３４２Ｂには、青色光のみを反射する青色光反射膜３４３Ａが形成され、緑色光側ダイクロイックプリズム３４１Ｃおよび投射レンズ側ダイクロイックプリズム３４１Ｄには、赤色光のみを反射する赤色光反射膜３４３Ｂが形成されている。これらの波長選択性反射膜３４３は、誘電多層膜を蒸着することにより形成されている。また、これらの波長選択性反射膜３４３のうち、赤色光側ダイクロイックプリズム３４１Ａおよび青色光側ダイクロイックプリズム３４１Ｂに形成される青色光反射膜３４３Ａは、同一平面内に位置し、同様に、緑色光側ダイクロイックプリズム３４１Ｃおよび投射レンズ側ダイクロイックプリズム３４１Ｄに形成される赤色光反射膜３４３Ｂも、同一平面内に位置している。

そして、クロスダイクロイックプリズム３４は、図４に示すように、これらのダイクロイックプリズム３４１の頂角同士を中心位置で当接させた状態で、各接着面３４２Ｃとこれらの接着面３４２Ｃに対向するダイクロイックプリズム３４１との間に接着剤を注入し、接着層３４４を形成することで図２に示すような平面視正方形状に形成されている。すなわち、赤色光側ダイクロイックプリズム３４１Ａの接着面３４２Ｃおよび緑色光側ダイクロイックプリズム３４１Ｃの反射膜形成面３４２Ｂの間、緑色光側ダイクロイックプリズム３４１Ｃの接着面３４２Ｃおよび青色光側ダイクロイックプリズム３４１Ｂの反射膜形成面３４２Ｂの間、青色光側ダイクロイックプリズム３４１Ｂの接着面３４２Ｃおよび投射レンズ側ダイクロイックプリズム３４１Ｄの反射膜形成面３４２Ｂの間、投射レンズ側ダイクロイックプリズム３４１Ｄの接着面および赤色光側ダイクロイックプリズム３４１Ａの反射膜形成面３４２Ｂの間にそれぞれ接着剤を注入して接着層３４４を形成する。なお、図４において、波長選択性反射膜３４３および接着層３４４は、説明のため厚み寸法を大きく表示しているが、実際にはダイクロイックプリズム３４１の表面に膜状に形成されるものであり、ダイクロイックプリズム３４１の大きさに対して微小寸法に形成されている。

以上の構成により、クロスダイクロイックプリズム３４は、赤色光側ダイクロイックプリズム３４１Ａに入射した赤色光を赤色光反射膜３４３Ｂで投射レンズ側ダイクロイックプリズム３４１Ｄに反射させ、青色光側ダイクロイックプリズム３４１Ｂに入射した青色光を青色光反射膜３４３Ａで投射レンズ側に反射させ、緑色光側ダイクロイックプリズム３４１Ｃから入射した緑色光をそのまま投射レンズ側ダイクロイックプリズムに透過させて、各色光を合成してカラー画像を形成し、投射レンズ側ダイクロイックプリズム３４１Ｄの入出射面３４２Ａから出射する。

［クロスダイクロイックプリズムの製造］
次に上述したようなクロスダイクロイックプリズム３４の製造方法について、図５ないし図７に基づいて説明する。図５は、クロスダイクロイックプリズムを製造する製造治具およびこの製造治具に載置されたダイクロイックプリズムの概略を模式的に示す斜視図である。図６は、クロスダイクロイックプリズムの製造工程を示す図であり、（Ａ）は赤色光側ダイクロイックプリズムおよび投射レンズ側ダイクロイックプリズムを接着するプリズムペア成形工程を示す図、（Ｂ）は青色光側ダイクロイックプリズムおよび緑色光側ダイクロイックプリズムを接着するプリズムペア成形工程を示す図、（Ｃ）は（Ａ）および（Ｂ）の接着工程で製造されたプリズムをさらに接着する接着工程を示す図である。図７は、接着工程で接着固定されたクロスダイクロイックプリズムを示す斜視図である。なお、図５および図６においては、説明を分かり易くするため、図４と同様に波長選択側反射膜３４３および接着層３４４の厚み寸法は実際よりも誇張して大きく表示している。

クロスダイクロイックプリズム３４を製造するためには、先ず、４つのダイクロイックプリズム３４１を製作する。これには、例えばガラスにて形成される断面直角二等辺三角形の三角柱のダイクロイックプリズム３４１を、図３に示すような頂角の角度が８７度以上９０度未満で、かつ入出射面３４２Ａおよび反射膜形成面３４２Ｂの挟角の角度が４５度となるように研磨する。

次に、このようにして製作されたダイクロイックプリズム３４１の反射膜形成面３４２Ｂの表面に、誘電多層膜を蒸着して、波長選択性反射膜３４３を形成する（波長選択性反射膜成形工程）。具体的には、赤色光側ダイクロイックプリズム３４１Ａおよび青色光側ダイクロイックプリズム３４１Ｂの反射膜形成面３４２Ｂには、青色光を反射する青色光反射膜３４３Ａを蒸着により形成し、緑色光側ダイクロイックプリズム３４１Ｃおよび投射レンズ側ダイクロイックプリズム３４１Ｄの反射膜形成面３４２Ｂには、赤色光を反射する赤色光反射膜３４３Ａを蒸着により形成する。

この後、図５に示すような製造治具１００に各ダイクロイックプリズム３４１を載置する。この製造治具１００は、２つのダイクロイックプリズム３４１を接着するための治具であり、例えばガラスなどにて形成されている。そして、製造治具１００は、平面状の第１基準平面１０１と、この第１基準平面１０１の面に対して直角と頂角の角度差に等しい傾斜角で傾斜した平面状の第２基準平面１０２と、を備えた基準面１００Ａを備えている。これらの第１基準平面１０１および第２基準平面１０２は、表面全体が研磨されてオプティカルフラットに形成されている。また、これらの第１基準平面１０１および第２基準平面１０２の間には、第１基準平面１０１の面から波長選択性反射膜３４３の厚み寸法分だけ垂直に立ち上がる接合部としての段差部１０３が形成されている。なお、第２基準平面１０２の第１基準平面１０１に対する傾斜角度は、ダイクロイックプリズム３４１の頂角の角度に応じて形成されている。すなわち、第２基準平面１０２の傾斜角度は、９０度からダイクロイックプリズム３４１の頂角の角度θを差し引いた角度、すなわち０度よりも大きく３度以下に形成されている。

そして、このような製造治具１００の第１基準平面１０１に、図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示すように、ダイクロイックプリズム３４１（本実施形態では、投射レンズ側ダイクロイックプリズム３４１Ｄおよび緑色側ダイクロイックプリズム３４１Ｃ）の反射膜形成面３４２Ｂを対向させて載置する。さらに、第２基準平面１０２に、ダイクロイックプリズム３４１（本実施形態では、赤色光側ダイクロイックプリズム３４１Ａおよび青色光側ダイクロイックプリズム３４１Ｂ）の接着面を対向させて配置する。この後、第２基準平面１０２に載置されたダイクロイックプリズム３４１を第２基準平面１０２のオプティカルフラット面上で第１基準平面１０１側に移動させて、ダイクロイックプリズム３４１の頂角同士が接触する状態とする。そして、第１基準平面１０１に載置されたダイクロイックプリズム３４１の接着面３４２Ｃおよび第２基準平面１０２に載置されたダイクロイックプリズム３４１の波長選択性反射膜３４３との間に接着剤を注入する。この状態でさらに第２基準平面１０２に載置されたダイクロイックプリズム３４１を第１基準平面１０１側に位置出しして接着剤をダイクロイックプリズム３４１間に充填させ、接着層３４４を形成する。これにより、２つのダイクロイックプリズム３４１が接着されたプリズムペア３４５が作成される（プリズムペア成形工程）。

この後、上記において作成された２つのプリズムペア３４５を組み合わせて、図６（Ｃ）に示すように、赤色光側ダイクロイックプリズム３４１Ａの接着面３４２Ｃおよび緑色光側ダイクロイックプリズム３４１Ｃの反射膜形成面３４２Ｂの隙間、青色光側ダイクロイックプリズム３４１Ｂの接着面３４２Ｃおよび投射レンズ側ダイクロイックプリズム３４１Ｄの反射膜形成面３４２Ｂの隙間に接着剤を注入し接着層３４４を形成する。これには、例えば、２つのプリズムペア３４５の両端位置３４６（図７参照）において、接着層３４４が形成される位置に図示しない保持部材を挿入し、プリズムペア３４５の位置を決定し、接着剤を注入して接着層３４４を形成する。これにより図７に示すような柱状のクロスダイクロイックプリズム３４７が形成される。この後、この柱状のクロスダイクロイックプリズム３４７を光学装置３に装着可能な大きさに切断（図７中破線で示す）する。
以上により本実施形態のクロスダイクロイックプリズム３４が製造される。

［実施形態の作用効果］
上述したような本実施形態のプロジェクタ１のクロスダイクロイックプリズム３４では、ダイクロイックプリズム３４１の頂角が９０度未満に形成され、接着層３４４が外側から中心部に向かって厚み寸法が薄く形成されている。このため、クロスダイクロイックプリズム３４の中心部においてダイクロイックプリズム３４１の頂角が互いに近接若しくは接触して、この中心部の波長選択性反射膜が設けられない部分が小さくなる。したがって、このようなクロスダイクロイックプリズム３４に光を入射した場合に、中心部においてもダイクロイックプリズム３４１の頂角が前述のように配置されていると、このダイクロイックプリズム３４１の反射膜形成面３４２Ｂに形成された波長選択性反射膜３４３にて所定の波長の光を反射させることができる。よって、このようなクロスダイクロイックプリズム３４にて光合成されたカラー画像は、色ずれすることや画質が低下することがなく、良好な画質のカラー画像を投射できる。

また、４個のダイクロイックプリズム３４１の頂角のそれぞれが９０度未満に形成され、接着層が十字状に連続して形成されるとともに、外側から中心部に向かって厚み寸法が薄く形成されている。このため、４個のダイクロイックプリズム３４１のそれぞれの頂点を中心部にて接触または近接させることが可能となる。このため、４個のダイクロイックプリズム３４１のそれぞれに入射した光が中心部を通過する際に、波長選択性反射膜３４３に対応する所定の波長の光を確実に反射させることができる。従って、クロスダイクロイックプリズム３４により投射されるカラー画像の画質を良好にできる。

さらに、ダイクロイックプリズム３４１の頂角の角度θが８７度≦θ＜９０度に形成されている。このため、ダイクロイックプリズム３４１の頂角同士を接触または近接させることができるとともに、接着層３４４の全体的な厚み寸法も、接着層３４４とダイクロイックプリズム３４１の屈折率の差を十分無視できる大きさにすることができる。従って、クロスダイクロイックプリズム３４の製造性が良好になるとともに、投射されるカラー画像の画質低下をも抑制できる。

そして、ダイクロイックプリズム３４１の入出射面３４２Ａおよび反射膜形成面３４２Ｂの挟角の角度γが４５度に形成されている。このため、従来の断面二等辺三角形のダイクロイックプリズムの接着面を切断または研磨などするだけで、容易に頂角が９０度未満となるダイクロイックプリズム３４１を作成することができる。

また、４個のダイクロイックプリズム３４１が全て同一形状に形成されている。このため、これらのダイクロイックプリズム３４１からクロスダイクロイックプリズム３４を作成する際に製造が簡単になり、製造性を向上できる。また、４つの接着層３４４の大きさも同一形状に形成されるので、接着層３４４による屈折率の違いも同じとなり、色合成および色分離が良好に実施できる。

さらに、波長選択性反射膜３４３のうち、赤色光側ダイクロイックプリズム３４１Ａおよび青色光側ダイクロイックプリズム３４１Ｂに形成される青色光反射膜３４３Ａは、同一平面内に位置し、同様に、緑色光側ダイクロイックプリズム３４１Ｃおよび投射レンズ側ダイクロイックプリズム３４１Ｄに形成される赤色光反射膜３４３Ｂも、同一平面内に位置している。このため、波長選択性反射膜３４３のずれや段差により光の反射される位置のずれが発生せず、波長選択性反射膜３４３は、良好に所定波長の光を反射させることができる。したがって、色ずれや画質低下を防止でき、良好な画質のカラー画像を投射することができる。

そして、クロスダイクロイックプリズム３４の製造において、波長選択性反射膜成形工程で、ダイクロイックプリズム３４１の反射膜形成面３４２Ｂにそれぞれ波長選択性反射膜３４３を形成し、プリズムペア成形工程で、２個のダイクロイックプリズム３４１を互いに波長選択性反射膜３４３が形成される反射膜形成面３４２Ｂと接着面３４２Ｃとを対向させた状態で、
一方のダイクロイックプリズム３４１を製造治具１００の第１基準平面１０１に反射膜形成面３４２Ｂを対向させて載置し、他方のダイクロイックプリズム３４１を製造治具１００の第２基準平面１０２に接着面３４２Ｃを対向させて載置し、接着層３４４を外側から中心部に向かって厚み寸法が薄くするように形成している。このため、上述したように、光を入射した場合に、中心部においても所定の波長の光を波長選択性反射膜３４３にて反射させることができるクロスダイクロイックプリズム３４を容易にかつ正確に製造することができる。

そして、製造治具１００は、一方のダイクロイックプリズム３４１の波長選択性反射膜３４３と対向する第１基準平面１０１と、他方のダイクロイックプリズム３４１の接着面３４２Ｃと対向する第２基準平面１０２と、が設けられている。そして、この第１基準平面１０１と第２基準平面１０２との間には載置した２個のダイクロイックプリズム３４１の頂角同士が近接配置される段差部１０３が設けられ、第２基準平面１０２が第１基準平面１０１に対して所定の角度で傾斜して形成されている。このため、これらの第１基準平面１０１および第２基準平面１０２にそれぞれダイクロイックプリズム３４１を載置して段差部１０３にて頂角同士を近接または接触させた際に、第１基準平面１０１に載置されたダイクロイックプリズム３４１の接着面３４２Ｃと第２基準平面１０２に載置されたダイクロイックプリズム３４１の波長選択性反射膜３４３との間に外側から中心部に近づくにつれて厚み寸法が小さくなる隙間が生じる。したがって、この隙間に接着剤を注入することにより、容易にプリズムペア３４５を作成することができる。また、第２基準平面１０１の傾斜角度を頂角の角度θに応じて、（９０−θ）度に設定することで、２つのダイクロイックプリズム３４１の反射膜形成面３４２Ｂが直交する状態で配置できる。したがって、容易に断面略正方形のクロスダイクロイックプリズム３４に対応するプリズムペア３４５を作成することができる。

［実施形態の変形例］
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

例えば、上記実施の形態では、４個のダイクロイックプリズム３４１を組み合わせてクロスダイクロイックプリズム３４を形成する例を示したが、これに限定されない。例えば、３個のダイクロイックプリズム３４１を組み合わせたクロスダイクロイックプリズムや、４個以上のダイクロイックプリズム３４１を組み合わせたクロスダイクロイックプリズムを形成してもよい。

また、上記実施の形態では、ダイクロイックプリズム３４１は、頂角の角度θが８７度≦θ＜９０度に形成されている例を示したが、８７度未満に形成されていてもよい。ただし、前述したように接着剤の屈折率がダイクロイックプリズム３４１と異なる場合、屈折率の差により光路が変わってしまうため、画質が悪化などの虞がある。このような場合、ダイクロイックプリズム３４１の屈折率を同等の屈折率を有する接着剤を用いることで光路のずれなどをなくすことができる。

さらに、上記実施の形態において、ダイクロイックプリズム３４１の入出射面３４２Ａおよび反射膜形成面３４２Ｂの挟角の角度γが４５度に形成されているが、これに限らない。例えば、ダイクロイックプリズム３４１の頂角の角度θが８７度に形成され、入出射面３４２Ａおよび反射膜形成面３４２Ｂの挟角の角度γが４３度に形成され、入出射面３４２Ａおよび接着面３４２Ｃの角度βが５０度に形成されていてもよい。ただし、クロスダイクロイックプリズム３４を製造する際に、入出射面３４２Ａと液晶パネル３１から入射する光の光軸とが直交しないため、屈折率の差により光軸が屈折してしまう虞がある。このような場合、入出射面３４２Ａの表面にダイクロイックプリズム３４１と同等の屈折率を有する透明接着剤を形成するなどすればよい。

本発明を実施するための最良の構成などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。

したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部若しくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

本発明は、プロジェクタに内蔵される光学装置のクロスダイクロイックプリズムに利用することができる。

本発明の一実施の形態に係るプロジェクタの内部に設けられる光学系を模式的に示す図である。 本実施の形態のクロスダイクロイックプリズムを模式的に示す斜視図である。 本実施の形態のダイクロイックプリズムの光軸面での断面を模式的に示す断面図である。 クロスダイクロイックプリズムの光軸面での断面を模式的に示す断面図である。 クロスダイクロイックプリズムを製造する製造治具およびこの製造治具に載置されたダイクロイックプリズムの概略を模式的に示す斜視図である。 クロスダイクロイックプリズムの製造工程を示す図であり、（Ａ）は赤色光側ダイクロイックプリズムおよび投射レンズ側ダイクロイックプリズムの接着するプリズムペア成形工程を示す図、（Ｂ）は青色光側ダイクロイックプリズムおよび緑色光側ダイクロイックプリズムを接着するプリズムペア成形工程を示す図、（Ｃ）は（Ａ）および（Ｂ）の接着工程で製造されたプリズムペアをさらに接着する接着工程を示す図である。 接着工程で接着固定されたクロスダイクロイックプリズムを示す斜視図である。

符号の説明

１…プロジェクタ、３…光学装置、５…投射レンズ、３１…液晶パネル、３４…クロスダイクロイックプリズム、１００…製造治具、１００Ａ…基準面、１０１…第１基準平面、１０２…第２基準平面、１０３…接合部としての段差部、３４１…三角柱プリズムとしてのダイクロイックプリズム、３４２Ｂ…第１面としての反射膜成形面、３４２Ｃ…第２面としての接着面、３４３…波長選択性反射膜、３４４…接着層。

Claims (9)

1. 頂角を挟んで第１面と第２面とが設けられるとともに前記頂角同士を中心に近接配置し底面部を外側に配置した複数個の三角柱プリズムと、これらの三角柱プリズムの前記第１面にそれぞれ形成された波長選択性反射膜と、隣り合う前記三角柱プリズムの互いに対向する前記波長選択性反射膜と第２面との間に介装され前記三角柱プリズム同士を互いに接着固定する接着層とを備えたクロスダイクロイックプリズムであって、
   前記複数個の三角柱プリズムのうち少なくとも１個の三角柱プリズムの頂角が９０度未満であり、この三角柱プリズムと隣り合う三角柱プリズムとの第１面と第２面との間に介装された前記接着層が外側から中心部に向かって厚み寸法が薄くなる
   ことを特徴とするクロスダイクロイックプリズム。
2. 請求項１に記載されたクロスダイクロイックプリズムにおいて、
   前記三角柱プリズムは４個あり、これらの三角柱プリズムの全ての頂角がそれぞれ９０度未満であり、前記接着層は、略十字状に連続して形成されるとともに、外側から前記中心部に向かって厚み寸法が薄く形成されている
   ことを特徴とするクロスダイクロイックプリズム。
3. 請求項１または請求項２に記載されたクロスダイクロイックプリズムにおいて、
   前記頂角をθとした場合、８７度≦θ＜９０度である
   ことを特徴とするクロスダイクロイックプリズム。
4. 請求項３に記載されたクロスダイクロイックプリズムにおいて、
   前記三角柱プリズムの頂角以外の２つの角部のうちいずれか一方の角部の角度が４５度である
   ことを特徴とするクロスダイクロイックプリズム。
5. 請求項２から請求項４のいずれかに記載されたクロスダイクロイックプリズムにおいて、
   前記三角柱プリズムは、４個全てが同一形状である
   ことを特徴とするクロスダイクロイックプリズム。
6. 請求項２から請求項５のいずれかに記載されたクロスダイクロイックプリズムにおいて、
   前記４個の三角柱プリズムのうち互いに対向する２個の三角柱プリズムの第１面に形成された波長選択性反射膜は略同一平面内に位置している
   ことを特徴とするクロスダイクロイックプリズム。
7. 請求項２から請求項６のいずれかに記載されたクロスダイクロイックプリズムと、
   このクロスダイクロイックプリズムの外側に位置している４面のうち３面にそれぞれ近接配置される液晶パネルと、
   前記クロスダイクロイックプリズムのうち残り１面に対向配置される投射レンズと、
   を備えていることを特徴とする光学装置。
8. 請求項７に記載された光学装置を備えたことを特徴とするプロジェクタ。
9. 請求項２から請求項６のいずれかに記載されたクロスダイクロイックプリズムを製造する製造治具であって、
   前記頂角を挟んで第１面と第２面とが設けられ前記第１面に予め波長選択性反射膜が形成された三角柱プリズムの２個を互いに波長選択性反射膜と第２面とを対向させた状態で並べる基準面を備え、この基準面は、一方の三角柱プリズムの波長選択性反射膜と対向する第１基準平面と、他方の三角柱プリズムの第２面と対向する第２基準平面と、これらの第１基準平面と第２基準平面との間に形成され前記２個の三角柱プリズムの頂角同士が近接配置される接合部とを備え、
   前記第２基準平面は前記第１基準平面に対して、直角と前記頂角の角度差に等しい傾斜角を有して形成されることを特徴とするクロスダイクロイックプリズムの製造治具。

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