JP2007078784A - 画像投射光学ユニットおよび画像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 耐衝撃性に優れ、長期的に高精度な光学素子ユニットの固定ができるようにした画像投射光学ユニットを提供する。
【解決手段】 画像投射光学ユニットは、光源１からの光を色分解して複数の画像形成素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂに導く機能および該複数の画像形成素子からの光を色合成して投射レンズ５に導く機能のうち少なくとも一方を有する光学素子ユニットを有する。また、画像投射状態にて重力方向に延びる第１の面３１ｆを有し、光学素子ユニットを該第１の面への接着により支持するベース部材３１とを有する。ベース部材およびベース部材に取り付けられた補強板７５は、光学素子ユニットを重力方向において支える第２の面３２ａ，７５ｂを有する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、色分解光学系および色合成光学系のうち少なくとも一方を構成する光学素子ユニットを用いた画像投射光学ユニットおよびこれを備えた画像投射装置に関する。

画像投射装置には、特許文献１，２に示すように、色分解又は色合成を行うための複数のプリズムを上下方向に配置したいわゆる縦型配置のプリズムユニットを用いたものがある。

プリズムユニットは、光源からの光を、原画を形成する液晶パネル等の画像形成素子に色分解して導いたり、画像形成素子からの画像光を投射レンズに導いたりする光学系である。このため、画像投射装置に衝撃が加わっても、照明光学系や投射レンズに対して光軸ずれが生じないことが必要である。

従来は、上記のような縦型配置のプリズムユニットをベース部材に対して固定する場合は、プリズムをセラミック部材に接着し、該セラミック部材をベース部材に対して位置決めしてビス止めしている（特許文献３参照）。
特開２００４-６１５６９号公報（段落００１７〜００１９、図１（ａ）） 特開２００４-１５７２５２号公報（図１） 特開２００４-９３９５４号公報（図1）

しかしながら、特許文献３にて提案のプリズムユニットの固定方法においては、セラミック部材をベース部材にビス止めしているものの、プリズムはその片面がセラミック部材に接着されているだけである。すなわち、プリズムの大きな重量を確実に支える構造を有していない。このため、衝撃によってプリズムとセラミック部材との接着が剥がれたり、接着剤の経時変形によってプリズムの上下位置がずれたりする可能性がある。

そこで、本発明では、耐衝撃性に優れ、長期的に高精度な光学素子ユニットの固定ができるようにした画像投射光学ユニットを提供することを目的としている。

本発明の一側面としての画像投射光学ユニットは、光源からの光を色分解して複数の画像形成素子に導く機能および該複数の画像形成素子からの光を色合成して投射レンズに導く機能のうち少なくとも一方を有する光学素子ユニットと、画像投射状態にて重力方向に延びる第１の面を有し、光学素子ユニットを該第１の面への接着により支持するベース部材とを有する。そして、ベース部材は、光学素子ユニットを重力方向において支える第２の面を有することを特徴とする。

また、本発明の他の側面としての画像投射ユニットは、光源からの光を色分解して複数の画像形成素子に導く機能および該複数の画像形成素子からの光を色合成して投射レンズに導く機能のうち少なくとも一方を有する光学素子ユニットと、画像投射状態にて重力方向に延びる第１の面を有し、該第１の面に前記光学素子ユニットが接着されるベース部材とを有する。さらに、ベース部材に取り付けられ、光学素子ユニットを重力方向において支える第２の面を備えた支持部材とを有することを特徴とする。

本発明によれば、光学素子ユニットの重量を受ける第２の面をベース部材に設けたり、該第２の面を有する部材をベース部材に取り付けたりすることで、ベース部材の垂直面である第１の面に接着した光学素子ユニットの重量を確実に支えることができる。このため、光学素子ユニットの耐衝撃性を向上させることができるとともに、光学素子ユニットを長期にわたって高精度に保持することができる。したがって、いわゆる縦型配置の光学素子ユニットを備えた画像投射光学ユニットの光学性能を長期にわたって維持することができる。

以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例１である画像投射装置の構成を示している。図１において、１は光源ランプ、２はランプ１を保持するランプホルダー、３はランプホルダー２の前面に取り付けられる防爆ガラス、４は該防爆ガラス３をランプホルダー２との間で挟み込むガラス押さえである。

αはランプ１からの光を後述する色分解合成光学系に導く照明光学系である。βは照明光学系αから射出した光をＲＧＢの３色に分離して後述する３つの液晶パネルに導き、かつ該液晶パネルからの３つの画像光を合成する色分解合成光学系である。５は色分解合成光学系βからの射出光を図示しないスクリーン（被投射面）に投射する投射レンズである。

６はランプ１、照明光学系αおよび色分解合成光学系βを収納するとともに、投射レンズ鏡筒（以下、単に投射レンズという）５が固定される光学ボックス（画像投射光学ユニット）である。該光学ボックス６には、ランプ１の周囲を囲むランプ周辺部材としてのランプケース部材６ａが設けられている。

７は光学ボックス６内に照明光学系α、色分解合成光学系βを収納した状態で蓋をする光学ボックス蓋、８は電源、９は電源フィルタである。１０は電源８とともにランプ１を点灯するためのバラスト電源である。１１は電源８からの電力により液晶パネルを駆動したりランプ１の点灯指令を出力する回路基板である。

１２Ａ，１２Ｂは後述する外装キャビネット２１の吸気口２１ａから空気を吸い込むことで、色分解合成光学系β内の液晶パネル等の素子を冷却する光学系冷却ファンＡおよび冷却ファンＢである。１３は光学系冷却ファン１２Ａ，１２Ｂからの冷却風を色分解合成光学系β内の液晶パネル等の素子に送るＲＧＢダクトＡである。

１４はランプ１に対して冷却風を吹き付け、ランプ１を冷却するランプ冷却ファンである。１５はランプ冷却ファン１４を保持しつつ、冷却風をランプ１に送るランプダクトＡである。１６はランプ冷却ファン１４をランプダクトＡとの間に挟み、ランプダクトＡ１５と合わせてダクトを構築するランプダクトＢである。

１７は外装キャビネット２１に設けられた吸気口２１ｂから空気を吸い込むことで、電源８とバラスト電源１０内に冷却風を流通させ、これらを同時に冷却する電源冷却ファンである。

１８は排気ファンであり、該排気ファン１８はランプ冷却ファン１４からランプ１に吹き付けられ、ランプ１を冷却した後の熱風を排出する。

１９はランプ排気ルーバーＡ、２０はランプ排気ルーバーＢである。これらは、ランプ１からの光が装置外部に漏れないような遮光機能を有している。

外装キャビネット（外装ケース下部）２１は、光学ボックス６等を収納する。外装キャビネット２１には、光学ボックス６等を収納した状態で外装キャビネット蓋（外装ケース上部）が取り付けられる。

２３は側板Ａ、２４は側板Ｂである。外装キャビネット２１には上述した吸気口２１ａ、２１ｂが形成されており、側板Ｂ２４には上述した排気口２４ａが形成されている。

２５は各種信号を取り込むコネクタが搭載されるインターフェース基板である。２６は側板Ａ２３の内側に取り付けられたインターフェース補強板である。

２７はランプ１からの排気を排気ファン１８まで導き、装置内部に排気の熱を放散させないようにするためのランプ排気ボックスである。該ランプ排気ボックス２７はランプ排気ルーバーＡ１９とランプ排気ルーバーＢ２０を保持する。

２８はランプ蓋である。該ランプ蓋２８は、外装キャビネット２１の底面に着脱自在に設けられており、図示を省略したビスにより固定されている。また、２９はセット調整脚である。該セット調整脚２９は、外装キャビネット２１に固定されており、その脚部２９ａの高さを調整可能となっている。脚部２９ａの高さ調整により、装置本体の傾斜角度を調整できる。

３０は外装キャビネット２１の吸気口２１ａ外側に取り付けられる不図示のフィルタを保持するＲＧＢ吸気プレートである。

３１は色分解合成光学系βを保持するプリズムベース（ベース部材）である。３２は、色分解合成光学系βを構成する各光学素子と反射型液晶パネルを冷却するために冷却ファン１２Ａ，１２Ｂからの冷却風を導くダクト形状部を有するボックスサイドカバーである。３３はボックスサイドカバー３２と合わさってダクトを形成するＲＧＢダクトＢである。

３４は色分解合成光学系β内に配置されたＲＧＢ基板であり、該ＲＧＢ基板３４は、反射型液晶パネルとフレキシブル基板を介して接続されされている。また、ＲＧＢ基板３４は、回路基板１１にも接続されされている。３５はＲＧＢ基板３４に電気ノイズが入り込まないようにするための電磁シールド機能を有するのＲＧＢ基板カバーである。

次に、前述したランプ１、照明光学系α、色分解合成光学系β、画像形成素子としての反射型液晶パネルおよび投射レンズ５にて構成される画像投射光学ユニットの光学構成について図２を用いて説明する。図２（Ａ）は、該画像投射光学ユニットの平面図、図２（Ｂ）は側面図である。以下、図２（Ａ）の紙面に直交する方向および図２（Ｂ）の左右方向を垂直方向といい、図２（Ａ）の紙面に平行な方向および図２（Ｂ）の紙面に直交する方向を水平方向という。

図２（Ａ），（Ｂ）において、４１は連続スペクトルで白色光を発光する発光管、４２は発光管４１からの光を所定の方向に集光するリフレクタである。発光管４１とリフレクタ４２により光源としてのランプ１が形成される。

４３ａは水平方向において屈折力を有する複数のシリンドリカルレンズで構成された第１のシリンダアレイである。４３ｂは第１のシリンダアレイ４３ａを構成する個々のシリンドリカルレンズに対応した複数のシリンドリカルレンズを有する第２のシリンダアレイである。４４は紫外線吸収フィルタ、４５は無偏光光を所定の偏光光に揃える偏光変換素子である。

４６は垂直方向において屈折力を有するシリンドリカルレンズで構成されたフロントコンプレッサである。４７は光軸を８８度変換するための全反射ミラーである。

４３ｃは垂直方向において屈折力を有する複数のシリンドリカルレンズアレイで構成された第３のシリンダアレイである。４３ｄは第３のシリンダアレイ４３ｃを構成する個々のシリンドリカルレンズに対応した複数のシリンドリカルレンズを有する第４のシリンダアレイである。

５０は色座標を所定値に調整するために特定波長域の色をランプ１に戻すためのカラーフィルタである。４８はコンデンサーレンズである。４９は垂直方向において屈折力を有するシリンドリカルレンズで構成されたリアコンプレッサである。以上により照明光学系αが構成される。

５８は青（Ｂ）と赤（Ｒ）の波長領域の光を反射し、緑（Ｇ）の波長領域の光を透過するダイクロイックミラーである。５９は透明基板に偏光素子を貼り付けたＧ用の入射側偏光板であり、Ｐ偏光光のみを透過する。６０はＰ偏光光を透過し、Ｓ偏光光を反射する第１の偏光ビームスプリッタであり、偏光分離面を有する。

６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂはそれぞれ、入射した光を反射するとともに画像変調する赤用の反射型液晶パネル、緑用の反射型液晶パネルおよび青用の反射型液晶パネルである。これら液晶パネルは、画像形成素子や画像変調素子等とも称される。該液晶パネル６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂには、これらを駆動する駆動回路１１０が接続されており、該駆動回路１１０には、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤプレーヤー、ビデオデッキ、テレビチューナー等の画像情報供給装置１２０が接続されている。駆動回路１１０は、画像情報供給装置１２０からの映像（画像）情報を受け、該映像情報に応じて液晶表示素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂに原画像を形成させる。

６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂはそれぞれ、赤用の１／４波長板、緑用の１／４波長板、青用の１／４波長板である。６４ａはＲ光の色純度を高めるためにオレンジ光をランプ１に戻すトリミングフィルタである。６４ｂは透明基板に偏光素子を貼り付けたＲＢ用の入射側偏光板であり、Ｐ偏光のみを透過する。

６５はＲ光の偏光方向を９０度変換し、Ｂ光の偏光方向は変換しない色選択性位相差板である。６６はＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する第２の偏光ビームスプリッタであり、偏光分離面を有する。

６８ＢはＢ用射出側偏光板（偏光素子）であり、Ｂ光のＳ偏光のみを整流する。６８ＧはＳ偏光のみを透過させるＧ用射出側偏光板である。６９はＲ，Ｂ光を透過し、Ｇ光を反射するダイクロイックプリズムである。以上のダイクロイックミラー５８からダイクロイックプリズム６９により、色分解合成光学系βが構成される。

ここで、Ｐ偏光とＳ偏光について説明する。偏光変換素子４５は、Ｐ偏光をＳ偏光に変換するが、ここでいうＰ偏光とＳ偏光は偏光変換素子４５を基準とした偏光光である。一方、ダイクロイックミラー５８に入射する光は、偏光ビームスプリッタ６０，６６を基準として考えるので、Ｐ偏光である。偏光変換素子４５から射出された光はＳ偏光であるが、同じＳ偏光を、ダイクロイックミラー５８に入射する光としてはＰ偏光として本実施例では説明する。

次に光学的な作用を説明する。発光管４１から発した光はリフレクタ４２により所定の方向に集光される。リフレクタ４２は放物面形状を有しており、放物面の焦点位置からの光は放物面の対称軸に平行な光束となる。但し、発光管４１からの光源は理想的な点光源ではなく有限の大きさを有しているので、集光する光束には放物面の対称軸に平行でない光の成分も多く含まれている。これらの光束は、第１のシリンダアレイ４３ａに入射する。第１のシリンダアレイ４３ａに入射した光束はそれぞれのシリンドリカルレンズに応じた複数の光束（垂直方向に延びる帯状の複数の光束）に分割され、集光される。そして、これらの分割光束は、紫外線吸収フィルタ４４を介して第２のシリンダアレイ４３ｂを経て、複数の光源像を偏光変換素子４５の近傍に形成する。

偏光変換素子４５は、偏光分離面と反射面と１／２波長板とを有する。複数の光源像からの光束は、各光束に対応した偏光分離面に入射し、該偏光分離面を透過するＰ偏光成分と該偏光分離面で反射するＳ偏光成分とに分離される。反射されたＳ偏光成分は反射面で反射し、Ｐ偏光成分と同じ方向に射出する。一方、透過したＰ偏光成分は、１／２波長板を透過してＳ偏光成分と同じ偏光成分に変換される。これにより、偏光方向が揃った光（Ｓ偏光）が偏光変換素子４５から射出する。

偏光変換された複数の分割光束（垂直方向に延びる帯状の複数の光束）は、フロントコンプレッサ４６を介して反射ミラー４７にて反射し、第３のシリンダアレイ４３ｃに入射する。第３のシリンダアレイ４３ｃに入射した光束はそれぞれのシリンドリカルレンズに応じた複数の光束（水平方向に延びる帯状の複数の光束）に分割されて集光される。そして、これらの分割光束は、第４のシリンダアレイ４３ｄを経て、コンデンサーレンズ４８を介してリアコンプレッサ４９に至る。

ここで、フロントコンプレッサ４６、コンデンサーレンズ４８およびリアコンプレッサ４９の光学的作用の関係で、複数の分割光束の矩形像は互いに重なり合い、矩形の均一な照明エリアを形成する。この照明エリアには、液晶パネル６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂが配置されている。

次に、リアコンプレッサ４６を射出したＳ偏光は、ダイクロイックミラー５８に入射する。ダイクロイックミラー５８は、Ｂ（４３０〜４９５ｎｍ）とＲ（５９０〜６５０ｎｍ）の光は反射し、Ｇ（５０５〜５８０ｎｍ）の光は透過する。

次に、Ｇの光路について説明する。ダイクロイックミラー５８を透過したＧ光は、入射側偏光板５９に入射する。Ｇ光はダイクロイックミラー５８によって分解された後もＰ偏光（偏光変換素子４５を基準とした場合はＳ偏光）となっている。そして、Ｇ光は、入射側偏光板５９から射出した後、第１の偏光ビームスプリッタ６０に対してＰ偏光として入射し、その偏光分離面を透過してＧ用の反射型液晶パネル６１Ｇへと至る。

Ｇ用の反射型液晶パネル６１Ｇにおいて、Ｇ光は画像変調されて反射される。画像変調されたＧ反射光のうちＰ偏光成分は、再び第１の偏光ビームスプリッタ６０の偏光分離面を透過して光源側に戻され、投射光から除去される。

一方、画像変調されたＧ反射光のうちＳ偏光成分は、第１の偏光ビームスプリッタ６０の偏光分離面で反射され、投射光としてダイクロイックプリズム６９に向かう。このとき、すべての偏光成分をＰ偏光に変換した状態（黒を表示した状態）において、第１の偏光ビームスプリッタ６０とＧ用の反射型液晶パネル６１Ｇとの間に設けられた１／４波長板６２Ｇの遅相軸を所定の方向に調整する。これにより、第１の偏光ビームスプリッタ６０とＧ用の反射型液晶パネル６１Ｇで発生する偏光状態の乱れの影響を小さく抑えることができる。第１の偏光ビームスプリッタ６０から射出したＧ光は、第３の偏光ビームスプリッタ６９に対してＳ偏光として入射し、ダイクロイックプリズム６９のダイクロイック膜面で反射されて投射レンズ５へと至る。

一方、ダイクロイックミラー５８を反射したＲ光およびＢ光は、ダイクロイックミラー５８によって分解された後もＰ偏光となっている。Ｒ光とＢ光は、トリミングフィルタ６４ａでオレンジ光をカットされた後、６４ｂの入射側偏光板から射出し、色選択性位相差板６５に入射する。色選択性位相差板６５は、Ｒ光のみ偏光方向を９０度回転させる作用を有する。これにより、Ｒ光はＳ偏光として、Ｂ光はＰ偏光として第２の偏光ビームスプリッタ６６に入射する。Ｓ偏光として第２の偏光ビームスプリッタ６６に入射したＲ光は、第２の偏光ビームスプリッタ６６の偏光分離面で反射され、Ｒ用の反射型液晶パネル６１Ｒへと至る。また、Ｐ偏光として第２の偏光ビームスプリッタ６６に入射したＢ光は、第２の偏光ビームスプリッタ６６の偏光分離面を透過してＢ用の反射型液晶パネル６１Ｂへと至る。

Ｒ用の反射型液晶パネル６１Ｒに入射したＲ光は、画像変調されて反射される。画像変調されたＲ反射光のうちＳ偏光成分は、再び第２の偏光ビームスプリッタ６６の偏光分離面で反射されて光源側に戻され、投射光から除去される。一方、画像変調されたＲ反射光のうちＰ偏光成分は第２の偏光ビームスプリッタ６６の偏光分離面を透過して投射光としてダイクロイックプリズム６９に向かう。

また、Ｂ用の反射型液晶パネル６１Ｂに入射したＢ光は、画像変調されて反射される。画像変調されたＢ反射光のうちＰ偏光成分は、再び第２の偏光ビームスプリッタ６６の偏光分離面を透過して光源側に戻され、投射光から除去される。一方、画像変調されたＢの反射光のうちＳ偏光成分は第２の偏光ビームスプリッタ６６の偏光分離面で反射して投射光としてダイクロイックプリズム６９に向かう。

このとき、第２の偏光ビームスプリッタ６６とＲ用，Ｂ用の反射型液晶パネル６１Ｒ，６１Ｂとの間に設けられた１／４波長板６２Ｒ，６２Ｂの遅相軸を調整することにより、Ｇ光と同じようにＲ，Ｂ光それぞれの黒表示の調整を行うことができる。

こうして１つの光束に合成されて第２の偏光ビームスプリッタ６６から射出したＲ，Ｂ投射光のうちＢ光は、射出側偏光板６８Ｂで検光されてダイクロイックプリズム６９に入射する。また、Ｒ光はＰ偏光のまま偏光板６８Ｂを透過し、ダイクロイックプリズム６９に入射する。

射出側偏光板６８Ｂで検光されることにより、Ｂ投射光は、第２の偏光ビームスプリッタ６６とＢ用の反射型液晶パネル６１Ｂと１／４波長板６２Ｂとを通ることによって生じた無効な成分をカットされた光となる。

そして、ダイクロイックプリズム６９に入射したＲとＢの投射光は、ダイクロイックプリズム６９のダイクロイック膜面を透過し、該ダイクロイック膜面にて反射したＧ光と合成されて投射レンズ５に至る。

そして、合成されたＲ，Ｇ，Ｂの投射光は、投射レンズ５によってスクリーンなどの投射面に投射される。

以上説明した光路は反射型液晶パネルが白表示の場合であるため、以下、反射型液晶パネルが黒表示の場合での光路を説明する。まず、Ｇの光路について説明する。

ダイクロイックミラー５８を透過したＧ光のＰ偏光は、入射側偏光板５９に入射し、その後、第１の偏光ビームスプリッタ６０に入射して偏光分離面を透過し、Ｇ用の反射型液晶パネル６１Ｇへと至る。しかし、反射型液晶パネル６１Ｇが黒表示であるため、Ｇ光は画像変調されないまま反射される。このため、反射型液晶パネル６１Ｇで反射された後もＧ光はＰ偏光のままである。したがって、再び第１の偏光ビームスプリッタ６０の偏光分離面を透過し、入射側偏光板５９を透過して光源側に戻され、投射光から除去される。

次に、ＲとＢの光路について説明する。ダイクロイックミラー５８を反射したＲ光とＢ光のＰ偏光は、入射側偏光板６４ｂに入射する。Ｒ光とＢ光は、入射側偏光板６４ｂから射出した後、色選択性位相差板６５に入射する。色選択性位相差板６５は、Ｒ光のみ偏光方向を９０度回転させる作用を有する。これによりＲ光はＳ偏光として、Ｂ光はＰ偏光として第２の偏光ビームスプリッタ６６に入射する。

Ｓ偏光として第２の偏光ビームスプリッタ６６に入射したＲ光は、第２の偏光ビームスプリッタ６６の偏光分離面で反射され、Ｒ用の反射型液晶パネル６１Ｒへと至る。また、Ｐ偏光として第２の偏光ビームスプリッタ６６に入射したＢ光は、第２の偏光ビームスプリッタ６６の偏光分離面を透過してＢ用の反射型液晶パネル６１Ｂへと至る。

ここで、Ｒ用の反射型液晶パネル６１Ｒは黒表示であるため、Ｒ用の反射型液晶パネル６１Ｒに入射したＲ光は画像変調されないまま反射される。このため、Ｒ用の反射型液晶パネル６１Ｒで反射された後もＲ光はＳ偏光のままである。したがって、再び第１の偏光ビームスプリッタ６０の偏光分離面で反射し、入射側偏光板６４ｂを通過して光源側に戻され、投射光から除去される。これにより、黒表示となる。

一方、Ｂ用の反射型液晶パネル６１Ｂに入射したＢ光はＢ用の反射型液晶パネル６１Ｂが黒表示であるため、画像変調されないまま反射される。このため、Ｂ用の反射型液晶パネル６１Ｂで反射された後もＢ光はＰ偏光のままである。したがって、再び第１の偏光ビームスプリッタ６０の偏光分離面を透過し、色選択性位相差板６５によりＰ偏光に変換され、入射側偏光板６４ｂを透過して光源側に戻されて投射光から除去される。以上が、反射型液晶パネルを使用した画像投射光学ユニットの光学構成である。

次に、図３から図６を用いて、本実施例におけるプリズムユニット（光学素子ユニット）の固定構造について説明する。

プリズムユニットは、第１の偏光ビームスプリッタ６０と、第２の偏光ビームスプリッタ６６と、ダイクロイックプリズム６９とを含む。７０は第１の中間部材、７１は第２の中間部材である。これら中間部材７０，７１は、ガラスやセラミック等により形成されている。

ダイクロイックプリズム６９は、第２の中間部材７１における所定の設計位置に接着剤を用いて固定されている。２つの第１の中間部材７０は、第２の中間部材７１に接着剤にて固定されている。偏光ビームスプリッタ６０，６６はそれぞれ、第１の中間部材７０に接着剤にて固定されている。

偏光ビームスプリッタ６０，６６は、ダイクロイックプリズム６９の位置を基準として位置が決定されている。これら３つのプリズムは高い相対的位置精度で固定されている。このため、第１および第２の中間部材７０，７１には、ガラスやセラミック等、強固で、温度変動により接着剤剥がれが発生しずらい材質（具体的には、プリズムと腺膨張係数が近い材質）を選定している。

仮に第２の中間部材７１をポリカーボネートなどのエンジニアリングプラスチックで製作すると、温度変化によって変形が発生し、偏光ビームスプリッタ６０，６６により保持された反射型液晶パネル６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂの相対的位置関係が崩れる。これにより、投射画像においていわゆる画素ずれが発生する可能性がある。また、通常の使用状態（画像投射状態）において、装置の内部温度は常温に対して数十度高くなるので、ガラスにより形成されたプリズムとポリカーボネートとの膨張長さの違いにより、接着剤層が剥離するおそれがある。

このため、本実施例では、前述した材料で中間部材７０，７１を形成することで、第２の中間部材７１を基準として３つのプリズム６０，６６，６９を一体的に強固かつ高精度に保持したプリズムユニットを実現している。

本実施例のプリズムユニットは、図２（Ｂ）にも示すように、３つのプリズム６０，６６，６９を垂直平面上に配置したいわゆる縦型配置のプリズムユニットである。そして、本実施例では、図５に示すように、第２の中間部材７１のプリズム接着面とは反対側の垂直面７１ａを、プリズムベース３１の垂直面（第１の面）３１ｆに接着剤により固定する方法を採用している。より正確に言えば、プリズムベース３１の垂直面３１ｆの一部に形成された凹部３１ｅに接着剤７７ａを充填し、該凹部３１ｅ以外の垂直面３１ｆと第２の中間部材７１の垂直面７１ａとを当接させて固定している。

プリズムベース３１は高い剛性を有する方がよいが、プリズムユニットや投射レンズ５を位置決めしながら保持する構成が必要であるために形状が複雑である。このため、プリズムベース３１はエンジニアリングプラスチックを用いて形成されている。プリズムベース３１をエンジニアリングプラスチックで形成すると、ガラスやセラミックを用いて形成されたプリズムユニットとの腺膨張の違いによる接着剤の剥離を回避するために、あまり強固な接着剤を使用することができない。したがって、本実施例では、凹部３１ｅに充填する接着剤として、シリコン系の比較的柔らかな接着剤７７ａを用いている。

ここで、シリコン系の接着剤でも、接着面に対して直交する方向には十分な強固さを持つ。しかし、接着面に沿った方向（つまりは垂直方向）にはあまり強固ではない。このため、プリズムユニットは、その大きな重量によってプリズムベース３１に対して垂直方向にずれる可能性がある。特に、接着剤７７ａの経時変形により、長期的に見て徐々にプリズムユニットがプリズムベース３１に対してずれる可能性がある。また、装置に衝撃が加わった場合には、該接着剤７７ａが剥がれる可能性がある。

このため、本実施例では、該接着剤７７ａ以外でもプリズムユニットの重量を支えるために、以下のような構造を有する。

図４〜図６において、プリズムユニットは、プリズムベース３１に側方から挿入される。以下、図４〜図６において、図５における左側に相当する側を奥側といい、右側に相当する側を手前側という。また、図５は図４におけるＶ−Ｖ線での断面図である。

プリズムユニットのプリズムベース３１に対する位置決めは、ダイクロイックプリズム６９の奥側の角部６９ａをプリズムベース３１の奥側の隅部３１ａに当接させることで行う。

７５は補強板である。７６は補強板７５をプリズムベース３１の手前側の部分に固定するためのビスである。補強板７５には、水平方向に曲げられた曲げ部（第２の面）７５ｂが設けられており、該曲げ部７５ｂは、ダイクロイックプリズム６９の手前側の下面に当接し、ダイクロイックプリズム６９を受けている。

プリズムベース３１の隅部（第２の面）３１ａは、前述したようにダイクロイックプリズム６９の位置決め機能を有するほか、ダイクロイックプリズム６９の角部６９ａを受けることで、垂直方向（下方）へプリズムユニットがずれることを抑止する。すなわち、ダイクロイックプリズム６９の重量を支える面として機能する。

プリズムベース３１に奥側から手前側に延びるように形成された腕部３１ｂには、該プリズムベース３１を成型する際の型抜きのためのテーパが付いているため、ダイクロイックプリズム６９の手前側の角部６９ｂには当接しない。このため、ダイクロイックプリズム６９の手前側の下面に、補強板７５の曲げ部７５ｂを当接させている。隅部３１ａと曲げ部７５ｂとにより、ダイクロイックプリズム６９の両端支持構造を実現できる。

補強板７５はビス７６によってプリズムベース３１に固定されるときに、プリズムベース３１に形成されたビス穴が有する遊び分の位置調節が可能であり、曲げ部７５ｂがダイクロイックプリズム６９の角部６９ｂに確実に当接するように位置調節しながらビス締め固定すればよい。

本実施例において、ダイクロイックプリズム６９は３つのプリズム６０，６６，６９のうち最も重量が大きい。このため、上記支持構造によりダイクロイックプリズム６９を支持することで、プリズムユニット全体とプリズムベース３１との接着部（接着剤７７ａ）への負荷を低減し、耐衝撃性と長期的な位置精度をより確実に向上させることができる。また、ダイクロイックプリズム６９の第２の中間部材７１からの接着剥がれ等を防止する上でも有効である。

なお、本実施例のように補強板７５を用いる以外にも、プリズムベース３１の腕部３１ｂとダイクロイックプリズム６９の下面との間に、楔状の部材を詰めて接着したり比較的硬い接着剤を充填したりすることでも、同様の両端支持構造を実現できる。

また、画像投射装置の使用形態としては、上下を逆さにして天井に取り付ける天吊り状態がある。以下、この天吊り状態での位置精度維持のための構成について説明する。

図５において、天吊り状態においては、図の上方へプリズムユニットがずれる可能性が生じる。このため、プリズムベース３１の天井面（天吊り状態では底面となる）３１ｃ，３１ｄに比較的硬い接着剤７７ｃ，７７ｄを充填する。これにより、プリズムベース３１の天井面３１ｃ，３１ｄとダイクロイックプリズム６９の隙間を埋めて、両端支持構造を実現する。

奥側の天井面３１ｃとダイクロイックプリズム６９との間には、これらの寸法公差によって隙間が生じる場合がほとんどである。また、手前側の天井面３１ｄとダイクロイックプリズム６９との間には、上記寸法公差に加えて、天井面３１ｄに設けられるプリズムベース成型用の抜きテーパによって必ず隙間が発生する。このため、天井面３１ｃ，３１ｄを天吊り状態でのダイクロイックプリズム６９の支持部として使用できない。したがって、この隙間に接着剤７７ｃ，７７ｄを充填することで、天吊り状態でのダイクロイックプリズム６９の支持部を形成することができる。

接着剤を充填する以外に、隙間を埋める楔状部材やスペーサーシム等の剛体部品を挟み込んで接着してもよい。

さらに、他の方法として、補強板７５と同様の部品をプリズムベース３１にビス止めして、その水平方向の曲げ部をダイクロイックプリズム６９の上面（天吊り状態では下面）に当接させる方法を採用してもよい。

以上説明したように、本実施例によれば、プリズムユニットの重量を、プリズムベース３１の垂直面３１ｆに設けた接着剤７７ａだけでなく、プリズムベース３１における他の部分３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄや補強板７５の曲げ部７５ｂで受ける。このため、プリズムベース３１に対するプリズムユニットの固定構造の耐衝撃性を向上させることができるとともに、長期にわたる位置精度の信頼性を向上させることができる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明は該実施例の構成に限定されず、請求項に記載した内容の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本実施例では、色分解機能と色合成機能を有するプリズムユニットについて説明したが、本発明はこれらの機能のうち少なくとも一方を有するプリズムユニットをベース部材に固定する場合にも適用することができる。

本発明の実施例である画像投射装置の分解斜視図。 実施例の画像投射光学ユニットの構成を示す平面図および側面図。 実施例のプリズムユニットを示す斜視図。 実施例のプリズムユニットをプリズムベースに固定した状態を示す側面図。 図４のＶ−Ｖ線での断面図。 実施例のプリズムユニットをプリズムベースに固定した状態を示す斜視図。

符号の説明

１ ランプ
５ 投射レンズ
３１ プリズムベース
３１ａ 隅部
６０ 第１の偏光ビームスプリッタ
６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂ 反射型液晶パネル
６６ 第２の偏光ビームスプリッタ
６９ ダイクロイックプリズム
７０，７１ 中間部材
７５ 補強板
７５ｂ 曲げ部

Claims (10)

1. 光源からの光を色分解して複数の画像形成素子に導く機能および該複数の画像形成素子からの光を色合成して投射レンズに導く機能のうち少なくとも一方を有する光学素子ユニットと、
   画像投射状態にて重力方向に延びる第１の面を有し、前記光学素子ユニットを前記第１の面への接着により支持するベース部材とを有し、
   前記ベース部材は、前記光学素子ユニットを重力方向において支える第２の面を有することを特徴とする画像投射光学ユニット。
2. 前記第２の面は、前記光学素子ユニットの前記ベース部材に対する位置決め機能を有することを特徴とする請求項１に記載の画像投射光学ユニット。
3. 光源からの光を色分解して複数の画像形成素子に導く機能および該複数の画像形成素子からの光を色合成して投射レンズに導く機能のうち少なくとも一方を有する光学素子ユニットと、
   画像投射状態にて重力方向に延びる第１の面を有し、該第１の面に前記光学素子ユニットが接着されるベース部材と、
   前記ベース部材に取り付けられ、前記光学素子ユニットを重力方向において支える第２の面を備えた支持部材とを有することを特徴とする画像投射光学ユニット。
4. 前記支持部材は、前記ベース部材に対して位置調節が可能に取り付けられていることを特徴とする請求項３に記載の画像投射光学ユニット。
5. 前記第２の面は、前記光学素子ユニットに対して前記第１の面の側とは反対側の領域に設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の画像投射光学ユニット。
6. 前記光学素子ユニットは複数の光学素子を含み、
   前記第２の面は、前記複数の光学素子のうち少なくとも１つの光学素子を重力方向において支えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の画像投射光学ユニット。
7. 前記第２の面は、前記複数の光学素子のうち最も重量の大きい光学素子を重力方向において支えることを特徴とする請求項６に記載の画像投射光学ユニット。
8. 前記光学素子ユニットは、複数の光学素子と、複数のプリズムが固定される中間部材とを有し、
   該中間部材が前記ベース部材に接着されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の画像投射光学ユニット。
9. 請求項１から８のいずれか１つに記載の画像投射光学ユニットを有することを特徴とする画像投射装置。
10. 請求項９に記載の画像投射装置と、
    該画像投射装置に画像情報を供給する画像情報供給装置とを有することを特徴とする画像投射システム。