JP2009036931A - 光学部品の接着構造 - Google Patents

Abstract

【課題】熱膨張や熱収縮によって光学部品に発生する応力を低減して、光学的な悪影響や破壊の発生を抑制することが可能な光学部品の接着構造を提供する。
【解決手段】光学部品２を、該光学部品とは熱膨張係数の異なる接着対象物４に接合するようにした光学部品の接着構造において、前記光学部品の接着面２ａと前記接着対象物の接着面４ａの内のいずれか一方の接着面に窪み部１２が設けられ、窪み部１２はその底面が平面状を呈し、それに連続する周側面が開口側に向けて底部の径より大きくなるようにする。また、他方の接着面には、接着剤６を介して窪み部１２に嵌合するための突起部１４が設けられる。これにより、熱膨張や熱収縮によって光学部品に発生する応力を低減して、光学的な悪影響や破壊の発生を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、投射型画像表示装置等に用いられる光学部品を接着剤により固定ベースに接着する際の光学部品の接着構造に関する。

一般に、プロジェクタなどの投射型表示装置や液晶表示装置や光ピックアップ等を用いた光ディスク記録再生装置等には偏光ビームスプリッタ、反射鏡、プリズム、レンズ等の各種の光学部品が用いられている。そして、これらの光学部品は用途によっては、固定ベース側へ強固に接合されなければならず、その場合には、接着のために一般的に接着剤が用いられている（例えば特許文献１〜３）。

ここで光学部品の従来の接着構造の一例について説明する。図１０は接着対象物に接着された光学部分を示す斜視図、図１１は従来の接着構造の部分を示す部分拡大断面図である。
図１０及び図１１において、符号２は前述したようなプリズム等の光学部品であり、符号４はこの光学部品２を接着する固定ベースなどの接着対象物である。図示例の場合には、光学部品２の平面状の接着面２ａと接着対象物４の平面状の接着面４ａのいずれか一方に接着剤６を部分的に塗布するなどして、上記平面状の接着面２ａ、４ａ同士を接着剤６により接着するようにしている。

特開平７−３１１９５１号公報 特開２００４−１７７８９４号公報 特開２００５−６２４３２号公報

ところで、上述したような構成では、一般的には光学部品２と接着対象物４の熱膨張係数は互いに異なっており、このように光学部品２と接着対象物４の熱膨張係数が互いに異なっている場合には、それぞれの熱膨張量や熱収縮量の差から光学部品２において接着剤６を塗布してある部分と塗布していない部分との境界部分８に応力が発生する。この時の状態を図１２に示す。図１２は接着構造の部分に発生する応力の状態を示す部分拡大断面図である。

図１２に示すように、接着対象物４の熱膨張、熱収縮により光学部品２には接着剤６を介して接着面２ａの面内方向に大きな応力１０が作用する。そして、この応力は接着面２ａの接着剤６が塗布された全ての面で面内方向への圧縮力、或いは引張力となり、特に、接着剤６に対する境界部分８において大きな応力となる。この結果、上記境界部分８に発生する高応力部は光学的に悪影響を与えるばかりではなく、光学部品２を破壊してしまう危険性がある。

本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、熱膨張や熱収縮によって光学部品に発生する応力を低減して、光学的な悪影響や破壊の発生を抑制することが可能な光学部品の接着構造を提供することにある。

請求項１に係る発明は、光学部品を、該光学部品とは熱膨張係数の異なる接着対象物に接着するようにした光学部品の接着構造において、
前記光学部品の接着面と前記接着対象物の接着面の内のいずれか一方の接着面に凹部が設けられ、前記凹部はその底部が平面状を呈し、それに連続する周側面が開口側に向けて前記底部の径より大きくなるようテーパ形状を呈すると共に、前記他方の接着面には、接着剤を介して前記凹部に嵌合するための前記凹部に対応した形状を有する凸部が設けられた構成としたことを特徴とする光学部品の接着構造である。
この場合、例えば請求項２に記載したように、前記接着剤は、前記凹部の開口外縁部まで充填されている。

本発明の光学部品の接着構造によれば、熱膨張や熱収縮によって光学部品に発生する応力を低減して、光学的な悪影響や破壊の発生を抑制することができる。

以下に、本発明に係る光学部品の接着構造の好適な一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る光学部品の接着構造の部分を示す部分拡大断面図、図２は窪み部が形成された光学部品を示す斜視図、図３は図２に示す光学部品の断面図、図４は突起部が形成された接着対象物を示す斜視図、図５は図４に示す接着対象物の部分拡大断面図、図６は光学部品の接着構造の部分に作用する応力の状態を示す図である。尚、図１０乃至図１２に示す構成と同一構成部分については同一参照符号を付して説明する。

図１に示すように、光学部品２の接着面２ａとベース部材等になる接着対象物４の接着面４ａとの一部分に、接着剤６を介在させて、両者は接着されている。上記光学部品２と接着対象物４は互いに構成材料が異なることから、両者の熱膨張係数は前述したように互いに異なっており、光学部品２は例えば石英ガラスよりなり、接着対象物４は、例えば、代表的なものとして金属（アルミ等）よりなる。

この場合、ここでは上記光学部品２の接着面２ａに、その側面が傾斜面となった円形の凹部状の窪み部（凹部）１２（図２及び図３参照）が設けられており、これに対して、上記接着対象物４の接着面４ａに、上記窪み部１２に嵌合するようにその側面が傾斜面となった円形の凸部状の突起部（凸部）１４（図４及び図５参照）が設けられている。尚、図３及び図５中には、その一部の拡大図が併記されている。

具体的には、上記光学部品２の窪み部１２は、図２及び図３に示すように図中において上方へ凹部状に窪んでおり、この窪み部１２の底面（天井面）１２ａは円形の平面になっている。そして、この窪み部１２の側面１２ｂは、図中では下方向へ拡開するように、断面直線状のテーパ面となっている。そして、上記底面１２ａと側面１２ｂとの境界部は、その断面が略円弧状になった曲面１２ｃとなっている。すなわち、上記底面１２ａと側面１２ｂとは、この曲面１２ｃによって滑らかな状態で接続されている。この曲面１２ｃの曲率半径Ｒ１は、この窪み部１２の深さＨ１の２〜１０倍程度の大きさに設定されている。この結果、この窪み部１２の開口外縁部（周囲）１６の直径は、上記底面１２ａの直径よりも大きくなっている。

上記接着対象物６の突起部１４は、図４及び図５に示すように図中において上方へ凸部状に突起しており、この突起部１４の上面１４ａは円形の平面になっている。そして、この突起部１４の側面１４ｂは、図中では上方向へ縮径するように、断面直線状のテーパ面となっている。そして、上記上面１４ａと側面１４ｂとの境界部は、その断面が略円弧状になった曲面１４ｃとなっている。すなわち、上記上面１４ａと側面１４ｂとは、この曲面１４ｃによって滑らかな状態で接続されている。これにより、この突起部１４は台形状に形成されることになる。この曲面１４ｃの曲率半径Ｒ２は、この突起部１４の高さＨ２の２〜１０倍程度の大きさに設定されている。この結果、この突起部１４の外縁部（周囲）１８の直径は、上記上面１４ａの直径よりも大きくなっている。

そして、上記窪み部１２と突起部１４との間に介在される上記接着剤６は、上記窪み部１２の開口外縁部１６まで充填された状態となっている。この接着剤６が上記開口外縁部１６よりも外側の更に広い平坦な領域まで達すると、本発明の応力の低減効果が半減してしまい、また接着剤６が上記開口外縁部１６よりも少な過ぎる場合にも本発明の応力の低減効果が半減してしまう。この接着剤６の充填領域は、上記窪み部１２の曲面１２ｃ及び側面１２ｂ（開口外縁部１６を含む）の範囲内に設定するのがよい。

上述のように、光学部品１２に窪み部１２を形成すると共に、この側面１２ｂをテーパ面状に傾斜させ、他方、接着対象物４に上記窪み部１２に嵌装される突起部１４を形成すると共に、この側面１２ｂをテーパ面状に傾斜させることで、接着時に発生する応力を分散させることができるので、熱膨張係数に差がある光学部品２と接着対象物６の熱膨張量および熱収縮量の差により発生する光学部品２の歪みを、従来の接着方法と比較して低減させることができる。また、光学部品２の窪み部１２の底面１２ａと側面１２ｂの境界を曲面１２ｃとなるように形成したので、発生する応力が一層緩和され、光学部品２の歪みを一層低減させる効果がある。

この時の光学部品２の接着構造に作用する応力の状況を図６に示す。図６に示すように、光学部品２と接着対象物４が熱膨張、或いは熱収縮すると、両者の熱膨張係数の差に起因して、両接着面の平面方向に沿った応力１０が発生することになる。ここで、上記光学部品２の窪み部１２の側面１２ｂに発生した応力は、この側面１２ｂの面内方向に沿った応力１０ａと、この側面１２ｂに垂直な方向に沿った応力１０ｂとに分散されることになり、この結果、この接着剤６の外周端部分に発生する応力が低減することになるので、上述したように、光学部品２が歪むことがなくて光学的な悪影響が生ずることを防止できるのみならず、この光学部品２自体が破壊することも防止することができる。

ここで本発明に係る光学部品の接着構造における応力の分布の状況を観測したので、その評価結果について説明する。図７は光学部品の接着構造の観測方法を説明する説明図、図８は光学部品の接着構造にける応力の分布を示す図面代用写真であり、図８（Ａ）は光学部品の従来の接着構造を示し、図８（Ｂ）は光学部品の本発明の接着構造を示す。

図７に示すように、ここでは接着対象物４の下方より突起部１４と窪み部１２の周辺部を観測している。尚、応力の観測には、Ｘ線応力測定法を用いた。
図８（Ａ）に示すように、従来の接着構造の場合には、応力の高い部分が発生しているのに対して、図８（Ｂ）に示す本発明の接着構造の場合には、応力が分散されて応力の高い部分が発生しておらず、応力が低くなっていることを確認することができた。

尚、上記実施例の場合には、光学部品２に窪み部１２を設け、接着対象物４に突起部１４を設けるように構成したが、これに限定されず、両者を逆に設けてもよく、すなわち、光学部品２に突起部１４を設け、接着対象物４に窪み部１２を設けるようにしてもよい。

次に、上記した本発明の光学部品の接着構造を、投射表示装置に適用した例について説明する。
まず、図９を用いて適用される反射型空間光変調素子を用いた投射表示装置の構成と、その動作の一例について説明する。
同図において、例えば超高圧水銀ランプであるランプ１１０より発せられた光は、インテグレータ光学系（フライアイレンズ）１１２ａ，１１２ｂ、ＰＳ合成プリズム１１３を透過してコールドミラー１０２に入射される。コールドミラー１０２で反射され光はダイクロイックミラー１０３に入射される。ダイクロイックミラー１０３に入射された光の内、赤色（Ｒ）光はダイクロイックミラー１０３を透過してミラー１０５に入射される。このＲ光はミラー１０５で反射されて偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳと記す）１１９に入射される。

ダイクロイックミラー１０３に入射された光の内、青色（Ｂ）／緑色（Ｇ）光はダイクロイックミラー１０３で反射されてダイクロイックミラー１０４に入射される。ダイクロイックミラー１０４に入射された光の内、Ｇ光はダイクロイックミラー１０４で反射されてＰＢＳ１２０に入射される。ダイクロイックミラー１０４に入射された光の内、Ｂ光はダイクロイックミラー１０４を透過してＰＢＳ１２１に入射される。

ＰＢＳ１１９に入射されたＲ光はその接合面でＳ波成分のみが反射し、空間光変調素子１２５ｒに入射される。空間光変調素子１２５ｒに入射されたＳ波成分は空間光変調素子１２５ｒで反射してＰ波成分となり、ＰＢＳ１１９の接合面を透過して合成プリズム１２２に入射される。一方、ＰＢＳ１２０に入射されたＧ光はその接合面でＳ波成分のみが反射し、空間光変調素子１２５ｇに入射される。空間光変調素子１２５ｇに入射されたＳ波成分は空間光変調素子１２５ｇで反射してＰ波成分となり、ＰＢＳ１２０の接合面を透過して合成プリズム１２２に入射される。

ＰＢＳ１２１に入射されたＢ光は、その接合面でＳ波成分のみが反射し、空間光変調素子１２５ｂに入射される。空間光変調素子１２５ｂに入射されたＳ波成分は空間光変調素子１２５ｂで反射してＰ波成分となり、ＰＢＳ１２１の接合面を透過して合成プリズム１２２に入射される。なお、空間光変調素子１２５ｒ，１２５ｇ，１２５ｂには、周知のように、映像に応じた電圧がかけられ、入射されたＲ，Ｇ，Ｂ光がそれぞれ変調される。

合成プリズム１２２に入射されたＲ，Ｇ，Ｂ光は合成プリズム１２２によって合成され、投射レンズ１２３によってスクリーン１２４に投射される。このようにして、スクリーン１２４上に映像が表示される。

金属基準ベース１５０には、それぞれＰＢＳ１１９、ＰＢＳ１２０、ＰＢＳ１２１、合成プリズム１２２が、接着面１０９ｓ，１２０ｓ，１２１ｓ，１２２ｓを介して接着固定されており、この接着面１１９ｓ，１２０ｓ，１２１ｓ，１２２ｓが上述の説明のような本発明の接着構造を有している。
これにより、ＰＢＳ１１９，１２０１２１や合成プリズム１２２は、接着面１０９ｓ，１２０ｓ，１２１ｓ，１２２ｓにおいて、熱膨張や熱収縮によって発生する応力が低減されて、光学的な悪影響や破壊の発生が抑制される。

本発明に係る光学部品の接着構造の部分を示す部分拡大断面図である。 窪み部が形成された光学部品を示す斜視図である。 図２に示す光学部品の断面図である。 突起部が形成された接着対象物を示す斜視図である。 図４に示す接着対象物の部分拡大断面図である。 光学部品の接着構造の部分に作用する応力の状態を示す図である。 光学部品の接着構造の観測方法を説明する説明図である。 光学部品の接着構造にける応力の分布を示す図面代用写真である。 本発明の光学部品の接着構造を、投射表示装置に適用した構成の一例を示した図である。 接着対象物に接着された光学部分を示す斜視図である。 従来の接着構造の部分を示す部分拡大断面図である。 接着構造の部分に発生する応力の状態を示す部分拡大断面図である。

符号の説明

２…光学部品、２ａ…接着面、４…接着対象物、４ａ…接着面、６…接着剤、１０…応力、１２…窪み部（凹部）、１２ａ…底面、１２ｂ…側面、１２ｃ…曲面、１４…突起部（凸部）、１４ａ…上面、１４ｂ…側面、１４ｃ…曲面、１６，１８…開口外縁部、１１０…光源ランプ、１１１…リフレクタ、１１２ａ，１１２ｂ…インテグレータ光学系（フライアイレンズ）、１１３…ＰＳ合成プリズム、１１４…フィールドレンズ、１１５…液晶デバイス、１０２…コールドミラー、１０３，１０４…ダイクロイックミラー、１０５…ミラー、１２５ｒ，１２５ｇ，１２５ｂ…空間光変調素子、１１９，１２０，１２１…偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、１２２…合成プリズム、１２３…投射レンズ、１２４…スクリーン、１５０…金属基準ベース

Claims (2)

1. 光学部品を、該光学部品とは熱膨張係数の異なる接着対象物に接着するようにした光学部品の接着構造において、
   前記光学部品の接着面と前記接着対象物の接着面の内のいずれか一方の接着面に凹部が設けられ、前記凹部はその底部が平面状を呈し、それに連続する周側面が開口側に向けて前記底部の径より大きくなるようテーパ形状を呈すると共に、前記他方の接着面には、接着剤を介して前記凹部に嵌合するための前記凹部に対応した形状を有する凸部が設けられた構成としたことを特徴とする光学部品の接着構造。
2. 前記接着剤は、前記凹部の開口外縁部まで充填されていることを特徴とする請求項１記載の光学部品の接着構造。

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