JP4569113B2

JP4569113B2 - プロジェクタ

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Publication number: JP4569113B2
Application number: JP2004014540A
Authority: JP
Inventors: 啓代田
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2004-01-22
Filing date: 2004-01-22
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2024-01-22
Also published as: JP2005208318A; CN100480843C; US20050162621A1; US7147333B2; CN1645247A

Description

本発明は、各色の光束を合成する色合成プリズムあるいは光束を色分解する色分解プリズムの周辺に液晶パネル等の画像表示素子を一体に保持させたプロジェクタに関する。

白色光を分解して得られる赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）ごとに画像表示素子を備え、画像表示素子によって画像情報が付与された各色の光束を合成してスクリーン上に投映する三板式プロジェクタが知られている。例えば、画像表示素子として透過型の液晶パネルを備えた三板式液晶プロジェクタでは、２種類のダイクロイック面が直交したクロスダイクロイックプリズムによって各液晶パネルを透過した三色の光束を合成している。クロスダイクロイックプリズムは直方体形状を有し、液晶パネルはクロスダイクロイックプリズムの三方の側面に正対してそれぞれ配置され、合成された光束は残る側面から投映レンズに向かって出射される。また、他にも、偏光ビームスプリッタによって色分解した光束をその側面に正対して配置された反射型の液晶パネルに入射させる三板式液晶プロジェクタが知られている（特許文献１参照）。

上述のようなプロジェクタにおいては、液晶パネルをクロスダイクロイックプリズムや偏光ビームスプリッタのような直方体形状の光学素子と一体に保持させる機構が公知である（例えば特許文献２，３参照）。例えば、特許文献２記載のものでは、プリズムの側面に接着される枠体を不要とするために、プリズムの側面に接着される平坦面を形成した固定ピンを設け、液晶パネルに固定ピンを貫通させる開口部を形成し、この開口部と固定ピンを接着剤で固定し、固定ピンをプリズムの側面に接着して液晶パネルを固定している。また、特許文献３記載のものでは、クロスダイクロイックプリズムの側面に液晶パネルを接着していた従来の手法を改良し、プリズムの上下の各底面に接着された天板と台板とによって液晶パネルをネジ止め又は接着して保持させている。

特開２００３−２９３３１号公報特開２０００−２２１５８８号公報特許３３６０８０４号明細書

しかしながら、上記公報に記載された従来の機構は、クロスダイクロイックプリズムの底面に台板等を直に接着する構成であるため、両者の間に介在する接着層の厚みが正確に均一でないと、プリズムが台板の上で直立せずに傾斜してしまうことがある。これにより、プリズムから出射される光束の進路に狂いが生じると、液晶パネルの取付け位置を調整しても本来の投映性能が得られなくなり、プリズムに接着された台板や液晶パネルを取り外してこれらを組み立て直さなければならず、多大な手間を要するという欠点がある。

本発明は、上記欠点を考慮してなされたもので、台板及びクロスダイクロイックプリズム等を精度よく組み立てることができ、分解や再組み立てによる手間を軽減することが可能なプロジェクタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、側面から入射した光束をその偏光特性及び波長に応じて入射時と異なる方向に出射するダイクロイック面を有する柱状のプリズムと、入射した光束に画像情報を付与する画像表示素子と、前記プリズムを２つの底面の一方から支持する台座とを備え、前記２つの底面の他方に配置される第１のブラケット部材と、前記プリズムと前記台座との間に配置される第２のブラケット部材とによって前記画像表示素子が前記側面に正対するように前記プリズムと一体に保持されており、前記台座には前記第２のブラケット部材を位置決めするための突出部が設けられ、前記第２のブラケット部材には前記突出部を貫通させる開口部が設けられ、前記突出部は、前記プリズムの底面を支持する支持面を有するとともに前記第２のブラケット部材と前記プリズムとの間に接着層を設けるための空間をなす高さに形成されていることを特徴とする。

また、前記接着層が紫外線硬化樹脂によって形成されていることを特徴とする。

また、前記第１及び第２のブラケット部材は、前記プリズムの底面と平行に前記側面の外側に突出した保持腕を有し、前記画像表示素子には前記保持腕を貫通させた状態で接着剤を注入するための間隙を有する取付け穴が設けられていることを特徴とする。

また、前記第１及び第２のブラケット部材は同一形状であり、前記第１のブラケット部材は前記開口部の周縁に沿って接着剤が塗布されることにより前記プリズムの底面に固着されていることを特徴とする。

本発明によれば、クロスダイクロイックプリズム等の柱状のプリズムを取付ける台座に、プリズムを支持する支持面を有する突出部を設けることにより、プリズムを台座に密接させた状態で接着層を形成するための空間が形成され、プリズムを台座に直接位置決めしてから固定できるから、接着層の厚みの偏りによってプリズムが台座に対して傾いて取付けられる組み立てミスが発生しない。また、画像表示素子を保持する第２のブラケット部材が前記突出部によって容易に位置決め可能であり、ブラケット部材を台座に固定する工程とプリズムを台座に固定する工程とが同時に行えるから組み立て作業に要する時間を減らすことができる。光学的に研磨されたプリズムの側面に枠体等を接着するものに比べてプリズムのサイズを小さくでき、製造コストを抑えることができる。

接着層を形成する材料として紫外線硬化樹脂を用いることにより、プリズムの側面と枠部材とをエポキシ樹脂で接着したり、プリズムの底面と台板とをシリコーン樹脂で接着する等の従来の手法に比べて、接着時間（硬化時間）の大幅な短縮が可能となる。

プリズムの２つの底面にそれぞれ設けられる第１及び第２のブラケット部材を同一形状とすることで製造コストを抑えることができる。台座により固定されない第１のブラケット部材はプリズムに接着する必要があるが、突出部を貫通させるための開口部を利用し、この開口部に接着剤を塗布することで、第１のブラケット部材をプリズムの底面に密接させた状態で固定できる。

画像表示素子を第１及び第２のブラケット部材に固定するために、各ブラケット部材に設けた保持腕が遊挿される取付け穴を画像表示素子に設けているから、取付け穴と保持腕との間隙の大きさの範囲で画像表示素子を動かすことができ、画像表示素子の取付け位置の調整が容易に行える。

図１において、液晶プロジェクタ１０には、照明光源１１と、複数の反射鏡１２と、ダイクロイックミラー１３及び１４、３枚の透過型の液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂと、クロスダイクロイックプリズム１６、投映レンズ１７が設けられている。照明光源１１から放射される白色の高輝度光は、照明光学系（図示なし）を介して照度の均一な光束に変換され、ダイクロイックミラー１３に入射する。

ダイクロイックミラー１３は、白色光に含まれる青色光（Ｂ光）を透過し、赤色光（Ｒ光）、緑色光（Ｇ光）を反射することによりＢ光を分離する。分離されたＢ光は液晶パネル１５Ｂに入射する。ダイクロイックミラー１３を反射したＲ光及びＧ光は、ダイクロイックミラー１４に入射する。ダイクロイックミラー１４はＲ光を透過し、Ｇ光を反射してＲ光とＧ光を分離する。Ｒ光とＧ光は、それぞれ液晶パネル１５Ｒと液晶パネル１５Ｇに入射する。

液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂでは、それぞれ入射したＲ光、Ｇ光、Ｂ光に画像情報が付与される。液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂを透過した各光束は、クロスダイクロイックプリズム１６に入射する。クロスダイクロイックプリズム１６は、４つの直角プリズムを組み合わせて構成され、Ｒ光を反射するＲ光反射面１６ａと、Ｂ光を反射するＢ光反射面１６ｂの２種類のダイクロイック面を有している。Ｒ光反射面１６ａとＢ光反射面１６ｂは互いに直交している。

液晶パネル１５Ｒを透過したＲ光は、Ｒ光反射面１６ａによって投映レンズ１７に向かって直角方向に反射される。液晶パネル１５Ｇを透過したＧ光は、Ｒ光反射面１６ａ及びＢ光反射面１６ｂを透過して直進し、投映レンズ１７に入射する。液晶パネル１５Ｂを透過したＢ光は、Ｂ光反射面１６ｂによって投映レンズ１７に向かって直角方向に反射される。投映レンズ１７は、クロスダイクロイックプリズム１６によって合成された各色の光束を拡大投映してスクリーン上に結像させる。

図２において、液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂは、液晶素子本体１８ａが保護枠１８ｂに覆われた構成をしている。各液晶パネルはクロスダイクロイックプリズム１６と一体に保持され、プリズムユニット１９を形成している。プリズムユニット１９では、直方体形状をしたクロスダイクロイックプリズム１６の側面に、各液晶素子本体１８の画面を正対させて各液晶パネルが配置されている。

図３において、クロスダイクロイックプリズム１６の上側底面と下側底面には、上ブラケット２０と下ブラケット２１がそれぞれ配置される。上ブラケット２０及び下ブラケット２１はともに略正方形の薄板形状をした同一形状の部材である。また、上ブラケット２０及び下ブラケット２１は、金属製又はプラスチック製のものが用途に応じて使い分けられ、それぞれ板金プレス加工又はプラスチック成形によって製造される。上ブラケット２０及び下ブラケット２１には、それぞれ円形及び略三角形状の複数の開口部２０ａ及び２１ａが形成されており、略正方形の各辺を延長する方向に突出した３対の保持腕２０ｂ及び２１ｂが設けられている。

液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂは、保持腕２０ｂ及び２１ｂを介して上ブラケット２０及び下ブラケット２１に取付けられる。液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂには、保持腕２０ｂ及び２１ｂを貫通させる４つの取付け穴２２がそれぞれ設けられている。取付け穴２２は、長方形をした液晶画面の四隅に近接するように設けられており、保持腕２０ｂ及び２１ｂを貫通させた状態で接着剤が充填されることにより各液晶パネルが上ブラケット２０及び下ブラケット２１に固定される。

台板２４は、反射鏡１２やダイクロイックミラー１３及び１４が取付けられた光学ユニットに対し、クロスダイクロイックプリズム１６を固定するためのインターフェースとして機能する。なお、クロスダイクロイックプリズム１６は、台板２４のように光学ユニットに対して分離可能なものに限らず、光学ユニットと一体のマウント状構造をした台座に固定されるようにしてもよい。台板２４は、その上部に円柱状及び略三角柱形状の突出部２５が複数設けられている。突出部２５は、円柱状をした３つの突出部２５が他の突出部よりも高く形成されており、その上部先端にクロスダイクロイックプリズム１６の底面を支持するためのステージとなる平坦な支持面２５ａを有する。また、台板２４の上部には、複数の突出部２５によって略放射状に複数の溝が形成される。

突出部２５を平面視したときの二次元形状は、下ブラケット２１に設けられた開口２１ａと同一の形状である。下ブラケット２１は開口部２１ａを介して台板２４の上部で突出部２５に嵌合し、台板２４に対する位置決めがなされて台板２４とクロスダイクロイックプリズム１６の間に挟まれるように取付けられる。

図４において、突出部２５は、その高さが下ブラケット２１の厚みに比べて大きく、クロスダイクロイックプリズム１６と下ブラケット２１との間には接着剤として用いられる紫外線硬化樹脂が充填された接着層２８が形成されている。接着層２８によりクロスダイクロイックプリズム１６と下ブラケット２１が台板２４に固定される。一方、上ブラケット２０は、クロスダイクロイックプリズム１６の上側底面に密接させた状態で開口２０ａの周縁に沿って接着剤が塗布されることによりクロスダイクロイックプリズム１６に固定されている。上ブラケット２０は、台板２４によって位置決めされた下ブラケット２１を基準として固定される位置が決定される。

液晶パネル１５Ｒは、上ブラケット２０及び下ブラケット２１が固定された後に、それぞれの保持腕２０ｂ，２１ｂを取付け穴２２に貫通させて、取付け穴２２に注入した接着剤を硬化させることによりクロスダイクロイックプリズム１６と一体に保持される。これは液晶パネル１５Ｇ，１５Ｂについても同様である。取付け穴２２は、その大きさが保持腕２０ｂ及び２１ｂに比べて大きく、各液晶パネルを上下方向及び左右方向に動かすことができる。これは、各色の投映画像を画素レベルで合致させるために各液晶パネルの取付け位置を調整するための構造である。

次に液晶パネル１５Ｒ〜１５Ｂをクロスダイクロイックプリズム１６に固定する際の手順について説明する。図５に示すように、下ブラケット２１は台板２４に取付けられる。下ブラケット２１は、その開口部２１ａの形状と突出部２５の各々の形状とが一致するように取付ける向きが定められる。突出部２５は開口部２１ａを貫通して下ブラケット２１に嵌合する。突出部２５の支持面２５ａは下ブラケット２１から突出し、その上にクロスダイクロイックプリズム１６が載せられる。

図６に示すように、クロスダイクロイックプリズム１６は突出部２５に密接し、台板２４に対して正確に直立して支持される。また、上ブラケット２０をクロスダイクロイックプリズム１６の上に載せて下ブラケット２１を基準とした位置決めを行う。台板２４、下ブラケット２１、クロスダイクロイックプリズム１６、上ブラケット２０が順に積み重ねられた構造体を治具等を用いて上下から挟持するなどして各々が動かないように仮固定しておく。この状態で、下ブラケット２１とクロスダイクロイックプリズム１６の間の空間に接着剤である紫外線硬化樹脂を注入する。上ブラケット２０には開口部２０ａに紫外線硬化樹脂が塗布される。そして、上記構造体に紫外線を照射することにより接着剤を硬化させ、台板２４、下ブラケット２１、クロスダイクロイックプリズム１６、上ブラケット２０を同時に接着する。

そして、クロスダイクロイックプリズム１６及び台板２４に上ブラケット２０と下ブラケットを固定した構造体に液晶パネルを取付ける。このとき、上ブラケット２０及び下ブラケット２１の保持腕２０ｂ，２１ｂを各液晶パネルの取付け穴２２に貫通させ、特殊な治具等を用いて各液晶パネルが動かないように保持させておく。この状態で液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂに各色の照明光を与え、各液晶パネルを駆動させて画像を投映させる。液晶パネル１５Ｒ〜１５Ｂは、保持腕２０ｂ及び２１ｂと取付け穴２２の大きさの差分だけ移動させることができるので、各色の画像がスクリーン等の投映面上で合致させて色ズレ等が解消されるように、各液晶パネルを保持した治具を操作して液晶パネルの取付け位置を調整する。

液晶パネルの取付け位置を調整し、各液晶パネルから投映された画像を合致させた後、保持腕２０ｂ，２１ｂが貫通している取付け穴２２に接着剤である紫外線硬化樹脂を注入する。接着剤の注入後に紫外線を照射し、上ブラケット２０及び下ブラケット２１に液晶パネル１５Ｒ〜１５Ｂを固着させることによりプリズムユニット１９の組み立てが完了する。

プリズムユニット１９の組み立てが完了すると、投映性能の最終検査が行われる。ここでは、接着剤が硬化する過程で液晶パネルが調整時の位置から偶発的に移動して、投映画像に色ズレが発生していないかどうか等が確認される。この検査によって投映性能に異常があると確認された場合、プリズムユニット１９を分解し、再組み立てが行われる。

三枚の液晶パネル１５Ｒ〜１５Ｂをクロスダイクロイックプリズム１６から分離するには、保持腕２０ｂ及び２１ｂを切断する。各液晶パネルは、保持腕２０ｂ，２１ｂの切断された一部と硬化した接着剤を取付け穴２２から押し出して除去することにより、再組み立てが可能な状態になる。液晶パネルを分離した後、保持腕２０ｂ及び２１ｂが切断された上ブラケット２０及び下ブラケット２１は、工具等を用いた機械的手段又は溶剤等を用いた化学的手段によりクロスダイクロイックプリズム１６及び台板２４から分離される。さらに、クロスダイクロイックプリズム１６の底面及び台板２４の突出部２５に付着した接着剤を洗浄除去すると、各部品が再組み立ての可能な状態に再生される。再組み立てを行う際は、上ブラケット２０及び下ブラケット２１を新品に交換するだけでよく安価で済み、上述の手順で同様にプリズムユニット１９が組み立てられる。

なお、上記実施形態では、画像表示素子として液晶パネルを用い、三色の光束を合成するクロスダイクロイックプリズムを備えた透過型液晶プロジェクタについてのみ説明しているが、本発明はこれに限られず、デジタルマイクロミラーデバイス等の他の照明型画像表示素子や反射型画像表示素子、あるいは自発光型表示素子を用いるプロジェクタに適用することができる。また、光束を色分離又は色合成するプリズムとしては、直方体形状のクロスダイクロイックプリズムに限られず、ダイクロイック面が１つのプリズム（偏光ビームスプリッタ）や２つのダイクロイック面が非直交となっているプリズム側面が球面状に研磨されたクロスダイクロイックプリズム等でもよい。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図７において、台板３０は、下ブラケット３１に形成された４つの第１開口部３１ａに嵌合する円柱形状の第１突出部３０ａと、第１突出部３０ａよりも高く形成された３つの第２突出部３０ｂとが設けられている。下ブラケット３１には第２突出部３０ｂと嵌合する第２開口部３１ｂが適所に設けられている。第２突出部３０ｂは、下ブラケット３１が台板３０に取り付けられると下ブラケット３１の上方に突出し、クロスダイクロイックプリズム１６の下側底面を支持する。

クロスダイクロイックプリズム１６の上側底面には、３つの上ブラケット３２が設けられる。上ブラケット３２には、液晶パネル３３が取付けられる取付け枠３４と接着される接着面３２ａと、接着剤が塗布されて上ブラケット３１をクロスダイクロイックプリズム１６に固着するための開口部３２ｂが設けられている。取付け枠３４には、上ブラケット３２の枠接着面３２ａに接着される上脚部３４ａと、下ブラケット３１の保持枠接着面３１ｃに接着される下脚部３４ｂとが形成されている。３つの取付け枠３４は、クロスダイクロイックプリズム１６の３つの側面にそれぞれ正対して３つの液晶パネル３３をそれぞれ保持する。

上記構成の各部品を組み立てる工程について説明する。下ブラケット３１の第１開口部３１ａを台板３０の第１突出部３０ａと嵌合させ、下ブラケット３１を台板３０に取り付けることにより下ブラケット３１の位置決めがなされる。下ブラケット３１を取付けた台板３０の上にクロスダイクロイックプリズム１６を配置し、第２突出部３０ｂの先端の支持面上に載せる。下ブラケット３１の枠接着面３１ｃと平行になるようにクロスダイクロイックプリズム１６の側面の向きを定める。第２突出部３０ｂによってクロスダイクロイックプリズム１６の下側底面と下ブラケット３１との間に形成される空間に接着剤を充填して硬化することにより、台板３０に下ブラケット３１とクロスダイクロイックプリズム１６が同時に固定される。

下ブラケット３１の枠接着面３１ｃと上ブラケット３２の枠接着面３２ａが同一平面上に位置するように、上ブラケット３２をクロスダイクロイックプリズム１６の上側底面に配置し、開口部３２ｂに接着剤を塗布して硬化させ、上ブラケット３２を固着する。３つの上ブラケット３２は１つずつ順に固定され、全ての上ブラケット３２が固定されると取付け枠３４を下ブラケット３１及び上ブラケット３２取付けられるようになる。

液晶パネル３３が取付けられた取付け枠３４は、その上脚部３４ａと下脚部３４ｂに接着剤が塗布され、下ブラケット３１及び上ブラケット３２の枠接着面３１ｃ，３２ａと上脚部３４ａと下脚部３４ｂを密着させる。前述した第１の実施形態と同様にして、投映画像を参照しながら三枚の液晶パネルの取付け位置を調整し、接着剤を硬化させることにより、全ての液晶パネルが下ブラケット３１及び上ブラケット３２を介してクロスダイクロイックプリズム１６に一体保持される。

プロジェクタの構成を示す概略図である。プリズムに一体保持された液晶パネルの斜視図である。液晶パネルをプリズムに一体保持する機構を示す分解斜視図である。台板と各ブラケットとプリズムの配置を示す断面図である。台板に下ブラケットを取付けた際の斜視図である。台板と各ブラケットとプリズムを固定した際の斜視図である。第２実施形態を示す分解斜視図である。

符号の説明

１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ，３３液晶パネル
１６クロスダイクロイックプリズム
２０，３２上ブラケット
２１，３１下ブラケット
２０ａ，２１ａ開口部
２０ｂ，２１ｂ保持腕
２２取付け穴
２４，３０台板
２５突出部
２８接着層
３０ａ第１突出部
３０ｂ第２突出部
３１ａ第１開口部
３１ｂ第２開口部
３１ｃ，３２ａ枠接着面
３２ｂ開口部

Claims

側面から入射した光束をその偏光特性及び波長に応じて入射時と異なる方向に出射するダイクロイック面を有する柱状のプリズムと、入射した光束に画像情報を付与する画像表示素子と、前記プリズムを２つの底面の一方から支持する台座とを備え、
前記２つの底面の他方に配置される第１のブラケット部材と、前記プリズムと前記台座との間に配置される第２のブラケット部材とによって前記画像表示素子が前記側面に正対するように前記プリズムと一体に保持されており、
前記台座には前記第２のブラケット部材を位置決めするための突出部が設けられ、前記第２のブラケット部材には前記突出部を貫通させる開口部が設けられ、前記突出部は、前記プリズムの底面を支持する支持面を有するとともに前記第２のブラケット部材と前記プリズムとの間に接着層を設けるための空間をなす高さに形成されていることを特徴とするプロジェクタ。
前記接着層が紫外線硬化樹脂によって形成されていることを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ。
前記第１及び第２のブラケット部材は、前記プリズムの底面と平行に前記側面の外側に突出した保持腕を有し、前記画像表示素子には前記保持腕を貫通させた状態で接着剤を注入するための間隙を有する取付け穴が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のプロジェクタ。
前記第１及び第２のブラケット部材は同一形状であり、前記第１のブラケット部材は前記開口部の周縁に沿って接着剤が塗布されることにより前記プリズムの底面に固着されていることを特徴とする請求項１ないし３にいずれか１つ記載のプロジェクタ。