JP4736550B2 - Optical device and projection display apparatus using the same - Google Patents
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Description
本発明は、反射型空間光変調素子及び反射型空間光変調素子の周辺光学部材が一体となった光学デバイス及びこれを用いた投射表示装置に関する。 The present invention relates to an optical device in which a reflective spatial light modulator and a peripheral optical member of the reflective spatial light modulator are integrated, and a projection display apparatus using the optical device.
カラー投射表示装置は、白色光源から3原色光に係るR(赤)、G(緑)、B(青)の色光を分解して対応色の空間光変調素子に導き、当該空間光変調素子で映像信号に応じて光変調された色光を合成して投射し、スクリーン上にカラー映像を表示させるものである。 The color projection display device decomposes R (red), G (green), and B (blue) color lights related to the three primary color lights from a white light source and leads them to the corresponding spatial light modulation elements. Color light modulated according to the video signal is synthesized and projected to display a color video on the screen.
上述のカラー投射表示装置において、反射型の空間光変調素子を用いる投射表示装置では、分解した色光を反射型の空間光変調素子に入射させて光変調させ、その変調された色光を合成するために複数の偏光ビームスプリッタを組み合わせてなる光学系を有している。 In the above-described color projection display device, in a projection display device using a reflective spatial light modulation element, the decomposed color light is incident on the reflective spatial light modulation element to modulate the light, and the modulated color light is synthesized. And an optical system formed by combining a plurality of polarizing beam splitters.
この反射型の空間光変調素子を用いる投射表示装置では、偏光ビームスプリッタ、あるいはその他の光学部品等における光路中の複屈折により、シェーディング(色むら)が発生するという課題が存在する。すなわち、光源からの光が偏光ビームスプリッタを構成するガラスに照射されることによりガラスが温度上昇し、それによる歪みが光学的異方性を発生させて複屈折が生じることによるものである。その課題を解決するために、光弾性係数の小さなガラスを偏光ビームスプリッタに使用するということが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 In the projection display device using this reflective spatial light modulation element, there is a problem that shading (color unevenness) occurs due to birefringence in the optical path of a polarizing beam splitter or other optical components. That is, the temperature of the glass rises when the light from the light source is irradiated onto the glass constituting the polarizing beam splitter, and the resulting distortion causes optical anisotropy and birefringence. In order to solve the problem, it has been proposed to use a glass having a small photoelastic coefficient for a polarizing beam splitter (see, for example, Patent Document 1).
また、反射型の空間光変調素子を用いる投射表示装置において、高コントラストを実現するためには一つの空間光変調素子に対して、通常2つ以上の偏光ビームスプリッタを作用させるために、これが反射型の投射表示装置の光学構成を複雑にしていた。そこで、2枚のセラミックスベースの間に4個の偏光ビームスプリッタを至近距離に配置して接着固定を行い光学系を構成することにより、1つの反射型空間光変調素子に対して3個の偏光ビームスプリッタを作用させていながら、比較的簡易な光学構成とすることができ、高コントラストな投射表示装置が実現できるものが提案されている(例えば、特許文献2参照。)。 In addition, in a projection display device using a reflective spatial light modulation element, in order to achieve high contrast, normally two or more polarization beam splitters act on one spatial light modulation element. The optical configuration of the type projection display device was complicated. Therefore, by arranging four polarizing beam splitters between two ceramic bases at a close distance and fixing them to form an optical system, three polarized light beams are formed for one reflective spatial light modulator. While a beam splitter is operated, a device that has a relatively simple optical configuration and can realize a high-contrast projection display device has been proposed (for example, see Patent Document 2).
ところで、特許文献1の提案においては、光弾性係数の小さなガラスを偏光ビームスプリッタに使用するということが開示されている。具体的には、波長0.4μm〜0.7μmの入射光に対し、その光弾性定数の絶対値が1.5×10-8cm2/N以下の透光性材料からなる部材から構成するというものである。しかしながら、これらの構成でも、その光弾性係数が0ではないため、シェーディングが発生するという課題が残在する。
By the way, in the proposal of
また、特許文献2の提案においては、4個の偏光ビームスプリッタ等の光学部材をセラミックベースに挟み込む構造をとっている。従って、偏光ビームスプリッタとセラミックベースの熱膨張係数を極力近似した値として構成したとしても、挟み込む構造のために、応力が発生しやすく、シェーディングが残存するという問題があった。
さらに、反射型空間光変調素子を保持する板金部材は鉄とステンレスの構成であったため、光源からの長時間の照射による温度変化にさらされると歪みを生じ、レジストレーションが変化するという問題があった。
The proposal of Patent Document 2 adopts a structure in which four optical members such as a polarizing beam splitter are sandwiched between ceramic bases. Therefore, even if the thermal expansion coefficients of the polarizing beam splitter and the ceramic base are configured as approximate values as much as possible, there is a problem that stress is easily generated and shading remains due to the sandwiched structure.
Furthermore, since the sheet metal member that holds the reflective spatial light modulation element has a structure of iron and stainless steel, there is a problem in that it is distorted when exposed to a temperature change due to long-time irradiation from a light source, and the registration changes. It was.
本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、シェーディングの発生、及びレジストレーションの変化を低減し、高画質を得ることができる光学デバイス及びこれを用いた投射表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an optical device that can reduce the occurrence of shading and registration changes and obtain high image quality, and a projection display apparatus using the optical device. And
本発明は、上記課題を解決するために、以下の1)〜3)に記載の手段よりなる。
すなわち、
1)アルミベース(1)と、前記アルミベース(1)の上に固定されるガラスベース(2a)と、前記ガラスベースの上に固定される2個のガラススペーサ(2b)と、2つの三角柱形状のガラスプリズムを偏光分離薄膜面を介して互いに接着した偏光ビームスプリッタであって、前記ガラスプリズムの三角形の底面がガラスベース上に固定された2個の第1および第4の偏光ビームスプリッタ(102、105)と、2つの三角柱形状のガラスプリズムを偏光分離薄膜面を介して互いに接着し、前記第1および第4の偏光ビームスプリッタよりも小さな第2および第3の偏光ビームスプリッタであって、前記第2および第3の偏光ビームスプリッタの前記ガラスプリズムの三角形の底面が、前記ガラススペーサに固定され、前記第1および第4の偏光ビームスプリッタの高さ方向の中心と前記第2および第3の偏光ビームスプリッタの高さ方向の中心が略一致するようにされるとともに前記第1および第4の偏光ビームスプリッタに隣接配置される前記第2および第3の偏光ビームスプリッタ(103、104)と、前記第2および第3の偏光ビームスプリッタの側面に配置される反射型空間光変調素子(161、162、163)と、を備えること特徴とする投射表示装置用光学デバイス。
2)1)記載の投射表示装置用光学デバイスにおいて、
前記第2および第3の偏光ビームスプリッタ(103、104)の片方のガラスプリズムの上面に固定されている第1の支持部材(4a)と、前記第1の支持部材に固定されている第2の支持部材(5)と、前記第2および第3の偏光ビームスプリッタの片方のガラスプリズムの底面に固定されている第3の支持部材(4b)と、前記第2の支持部材の一方の端部であって前記第1の支持部材と前記第2の支持部材が固定されている他方の端部と反対側にある前記一方の端部に第4の支持部材(6)の一方の端部が固定されるとともに、他方の端部が前記第3の支持部材に固定されているとともに、前記反射型空間光変調素子を保持している前記第4の支持部材(6)とを備え、前記第2の支持部材の熱膨張係数は前記第4の支持部材の熱膨張係数より大きいことを特徴とする投射表示装置用光学デバイス。
3)1)、または、2)に記載の投射表示装置用光学デバイスを色分解合成光学系に用いたことを特徴とする投射表示装置。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention comprises means described in the following 1) to 3).
That is,
1) Aluminum base (1), glass base (2a) fixed on the aluminum base (1), two glass spacers (2b) fixed on the glass base, and two triangular prisms A polarizing beam splitter in which glass prisms having a shape are bonded to each other through a polarization separating thin film surface, and two first and fourth polarizing beam splitters (the bottom surfaces of the triangles of the glass prism are fixed on a glass base) 102, 105) and two triangular prism-shaped glass prisms are bonded to each other through a polarization separation thin film surface, and are second and third polarizing beam splitters smaller than the first and fourth polarizing beam splitters. , triangular base of the second and third of the glass prisms of the polarization beam splitter is secured to the Garasusupe Sa, the first and The center in the height direction of the four polarizing beam splitters and the center in the height direction of the second and third polarizing beam splitters are substantially coincided with each other and are disposed adjacent to the first and fourth polarizing beam splitters. The second and third polarizing beam splitters (103, 104), and reflective spatial light modulators (161, 162, 163) disposed on the side surfaces of the second and third polarizing beam splitters, An optical device for a projection display device.
2) In the optical device for a projection display device according to 1),
A first support member (4a) fixed to the upper surface of one glass prism of the second and third polarizing beam splitters (103, 104), and a second support member fixed to the first support member. A support member (5), a third support member (4b) fixed to the bottom surface of one of the glass prisms of the second and third polarizing beam splitters, and one end of the second support member One end of the fourth support member (6) at the one end on the opposite side of the other end to which the first support member and the second support member are fixed And the other end is fixed to the third support member, and the fourth support member (6) holding the reflective spatial light modulator is provided, The thermal expansion coefficient of the second support member is the thermal expansion coefficient of the fourth support member. Optical device for a projection display device characterized by greater than coefficients.
3) A projection display device characterized by using the optical device for a projection display device according to 1) or 2) in a color separation / synthesis optical system.
本発明の光学デバイス及びこれを用いた投射表示装置によれば、光軸に直交する断面の高さが異なる複数の偏光ビームスプリッタを、その断面の高さが大きい偏光ビームスプリッタをガラスベースの上に、小さな偏光ビームスプリッタは、前記ガラスベースに同一材質のガラス板を積層し、光軸を設計上必要な位置に合致させ配置することにより、金属ベース直接各偏光ビームスプリッタを設置しないでガラスベース、ガラス板を介していることで、熱的に金属ベースと遮断する効果を得ている。
すなわち、各偏光ビームスプリッタを全て、ガラス材料の上に固定することで、応力を極力低減させている。これによりシェーディングが低減されるという効果を奏するものである。
また、光学部品の固定部材の線膨張係数を合わせることにより環境の温度が変化した際の熱膨張差が減少し、その結果歪みが減少するので、レジストレーションが安定するという効果を奏するものである。
According to the optical device of the present invention and the projection display apparatus using the optical device, a plurality of polarizing beam splitters having different cross-sectional heights orthogonal to the optical axis are arranged on the glass base. In addition, a small polarizing beam splitter is formed by laminating a glass plate made of the same material on the glass base and arranging the optical axis so as to match the position required for the design. By using the glass plate, the effect of thermally blocking from the metal base is obtained.
That is, the stress is reduced as much as possible by fixing all the polarization beam splitters on the glass material. This produces an effect that shading is reduced.
Further, by matching the linear expansion coefficient of the fixing member of the optical component, the difference in thermal expansion when the temperature of the environment changes is reduced, and as a result, distortion is reduced, so that the registration is stabilized. .
以下、本発明に係る光学デバイス及びこれを用いた投射表示装置の発明を実施するための最良の形態につき、好ましい実施例により説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the invention of an optical device according to the present invention and a projection display apparatus using the same will be described with reference to preferred embodiments.
図1は、本実施例に適用される光学デバイスの概略構成図を示したものである。光学デバイス30は、2個の直角三角柱を偏光分離面を介して張り合わせた形状の立方体または角柱状の偏光分離素子として作用する第1,第2,第3の偏光ビームスプリッタ102,103,104、偏光合成素子として作用する第4の偏光ビームスプリッタ105を、その偏光分離面121,131,141,151が全体として略X字状の如くに配置したものである。さらに図示しないが、第1の偏光ビームスプリッタ102の入射側の透光面(第1の偏光ビームスプリッタの上側面)には、R光とG光との偏波面を90度回転する機能を有する第1のカラー偏光子を、第1と第2の偏光ビームスプリッタ102,103間には、G光の偏波面を90°回転する機能を有する第2のカラー偏光子を備えている。また、第2と第4の偏光ビームスプリッタ103,105間には、R光の偏波面を90°回転する機能を有する第3のカラー偏光子、第3と第4の偏光ビームスプリッタ104,105間には、B光の偏波面を90°回転させる機能を有する第4のカラー偏光子を備えている。
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of an optical device applied to this embodiment. The
本実施例に適用される光学デバイス30は次のように動作する。図2を用いて説明するが、説明をわかりやすくするため主要光学部品を抜粋している。
それぞれ図示しない光源から発した不定偏光の白色光はインテグレータ光学系に入射する。そして、白色光が均一化されるとともにS偏光にそろえられ第1のカラー偏光子に入射する。第1のカラー偏光子はR光とG光との偏波面を90°回転させる波長選択性偏光変換手段であるため、第1のカラー偏光子を透過するR光とG光とに係るS偏光はP偏光に変換される。また、第1のカラー偏光子は、B光に対しては何ら作用しないため、それらはS偏光のままである。
以後、それぞれの色光について個別にその光路及び偏波面の変移について説明する。
The
Indefinitely polarized white light emitted from a light source (not shown) is incident on the integrator optical system. Then, the white light is made uniform and aligned with the S-polarized light and enters the first color polarizer. Since the first color polarizer is wavelength selective polarization conversion means for rotating the planes of polarization of the R light and the G light by 90 °, the S polarization according to the R light and the G light transmitted through the first color polarizer. Is converted to P-polarized light. Further, since the first color polarizer has no effect on the B light, they remain S-polarized light.
Hereinafter, the transition of the optical path and the plane of polarization of each color light will be described individually.
先ず、第1のカラー偏光子を透過したP偏光のG光は、第1の偏光ビームスプリッタ102の偏光分離面121を透過直進して、第2のカラー偏光子(不図示)に入射する。第2のカラー偏光子はG光の偏波面を90°回転させる波長選択性偏光変換手段であるため、第2のカラー偏光子を透過するG光に係るP偏光はS偏光に変換される。第2のカラー偏光子を透過したS偏光のG光は、第2の偏光ビームスプリッタ103に入射され、第2の偏光ビームスプリッタ103の偏光分離面131において反射され透光面103aより出射し、G対応の反射型空間光変調素子161に入射する。そして、当該反射型空間光変調素子161においてG対応の映像信号に応じた光変調を受けて反射される。
First, the P-polarized G light that has passed through the first color polarizer travels straight through the
光変調されて生成したG光のP偏光成分は、第2の偏光ビームスプリッタ103の偏光分離面131を透過直進して、第3のカラー偏光子(不図示)に入射する。第3のカラー偏光子は、R光の偏波面を90°回転させる波長選択性偏光変換手段であるため、G光に対しては何ら作用せずG光のP偏光成分はP偏光のまま透過直進して、第4の偏光ビームスプリッタ105に入射する。そして、第4の偏光ビームスプリッタ105の偏光分離面151を透過直進して、第4の偏光ビームスプリッタ105の透光面105cより出射する。
The P-polarized component of the G light generated by the light modulation travels straight through the
次に、R光について説明する。第1のカラー偏光子を透過したP偏光のR光は、第1の偏光ビームスプリッタ102の偏光分離面121を透過直進して、第2のカラー偏光子に入射する。第2のカラー偏光子はG光の偏波面を90°回転させる波長選択性偏光変換手段であるため、R光に対しては何ら作用せず、R光はP偏光のまま第2の偏光ビームスプリッタ103に入射される。第2の偏光ビームスプリッタ103に入射されたP偏光のR光は、第2の偏光ビームスプリッタ103の偏光分離面131を透過直進して透光面103bより出射してR対応の反射型空間光変調素子162に入射する。そして、当該反射型空間光変調素子162においてR対応の映像信号に応じた光変調を受けて反射される。
Next, the R light will be described. The P-polarized R light transmitted through the first color polarizer passes straight through the
光変調されて生成したR光のS偏光成分は、第2の偏光ビームスプリッタ103の偏光分離面131で反射され、第3のカラー偏光子に入射する。当該カラー偏光子は、R光の偏波面を90°回転させる波長選択性偏光変換手段であるため、R光のS偏光成分はP偏光に偏光変換されて第4の偏光ビームスプリッタ105に入射する。そして、第4の偏光ビームスプリッタ105の偏光分離面151を透過直進して、第4の偏光ビームスプリッタ105の透光面105cより出射する。
The S-polarized component of the R light generated by the light modulation is reflected by the
次に、B光について説明する。第1のカラー偏光子は、B光に対しては何ら作用しないため、B光はS偏光のままであるので、S偏光のB光は、第1の偏光ビームスプリッタ102の偏光分離面121で反射され、第3の偏光ビームスプリッタ104に入射する。
Next, the B light will be described. Since the first color polarizer does not act on the B light, the B light remains as S-polarized light. Therefore, the S-polarized B light is reflected on the
S偏光のB光は第3の偏光ビームスプリッタ104の偏光分離面141で反射され透光面104dより出射し、B対応の反射型空間光変調素子163に入射する。そして、当該反射型空間光変調素子162においてB対応の映像信号に応じた光変調を受けて反射される。
The S-polarized B light is reflected by the
光変調されて生成したB光のP偏光成分は、第3の偏光ビームスプリッタ104の偏光分離面141を透過直進し第4のカラー偏光子に入射する。当該カラー偏光子は、前述したようにB光の偏波面を90°回転させる波長選択性偏光変換手段であるためB光のP偏光成分はS偏光に偏光変換されて第4の偏光ビームスプリッタ105に入射する。そして、第4の偏光ビームスプリッタ105の偏光分離面151で反射され、第4の偏光ビームスプリッタ105の透光面105cを透過し投射レンズ130より出射する。
The P-polarized component of the B light generated by the light modulation passes through the
図3を用いて、光学デバイス30の構成を詳細に説明する。説明のため、第1の偏光ビームスプリッタ102、第4の偏光ビームスプリッタ105、G対応の反射型空間光変調素子161の部分に着目したものである。同図に示すように、アルミベース1の上に、ガラス板2aを積層し、その上にガラス製の第1の偏光ビームスプリッタ102、第4の偏光ビームスプリッタ105を配置する。ガラス板には青板ソーダガラスを使用している。
The configuration of the
表1は、各種材料の熱伝導率(単位:w/mK)を示すものである。アルミは、熱伝導率が高いため、直接接していると熱伝導によりアルミ側のガラスが冷却され、各偏光ビームスプリッタが上下非対称に冷却される。そのために、複屈折が発生しやくなる。従って、上述した理由により、シェーディングの問題が発生する。そこで、熱伝導率が低く、かつ後述するように、各偏光ビームスプリッタのガラスと同じ熱膨張率となるガラスを各偏光ビームスプリッタとアルミベース1の間に挟む構造とする。
Table 1 shows the thermal conductivity (unit: w / mK) of various materials. Since aluminum has a high thermal conductivity, when it is in direct contact, the glass on the aluminum side is cooled by heat conduction, and each polarization beam splitter is cooled asymmetrically in the vertical direction. Therefore, birefringence is likely to occur. Therefore, the shading problem occurs for the reason described above. Therefore, as described later, a glass having a low thermal conductivity and the same thermal expansion coefficient as that of each polarizing beam splitter is sandwiched between each polarizing beam splitter and the
光学ガラスの熱伝導率は、0.546〜1.126(w/mK)の範囲である。光学ガラスは、アルミ等の金属に比べて約200分の1の熱伝導であり、アルミナ、窒化ケイ素、ALN等のセラミックと比較しても最も熱伝導は小さいことがわかる。 The thermal conductivity of the optical glass is in the range of 0.546 to 1.126 (w / mK). It can be seen that the optical glass has a thermal conductivity of about 1/200 that of a metal such as aluminum, and the thermal conductivity is the smallest compared with ceramics such as alumina, silicon nitride, and ALN.
また、4つの偏光ビームスプリッタは、その寸法を異ならせている。具体的には、照明エリアの大きい光路には大きな偏光ビームスプリッタ102,105を、照明エリアの小さな光路には小さな偏光ビームスプリッタ103,104を用いる。これは、光源からの照明光は反射型空間光変調素子の有効画素エリアに向かって収束され、その変調された変調光はコーンアングルを有しているため、投射レンズに向かって拡散していくからである。すなわち、反射型空間光変調素子が取り付けられている偏光ビームスプリッタ103,104においては、およそ反射型空間光変調素子の有効画素エリア分のサイズがあればよく、これに対して、光源側、あるいは投射レンズ側に設置される偏光ビームスプリッタ102,105ではそれより大なるサイズが必要となる。
The four polarizing beam splitters have different dimensions. Specifically, large
このとき、大きな方のサイズに統一させると、大きい偏光ビームスプリッタに小さい照明エリアの光が照射された場合、ガラスの中で光が照射される場所と照射されない場所が出来、不均一に温度上昇し、複屈折が発生しやすいため光路に応じた大きさとしている。 At this time, if the size of the larger one is unified, when light from a small illumination area is irradiated onto a large polarizing beam splitter, there will be places in the glass where light is irradiated and where light is not irradiated, resulting in uneven temperature rise. However, since the birefringence easily occurs, the size is set according to the optical path.
そして、小さな偏光ビームスプリッタ103,104は、上記のガラス板2aの上に同一材質のガラス板2bを積層し、光軸を合致させ配置する。アルミベース1の上に直接各偏光ビームスプリッタを設置しないでガラス板2a,2bを介していることで、熱的にアルミベース1と遮断する効果を得る。
The small
また、各偏光ビームスプリッタを全て、ガラス板の上に固定することで、応力を極力低減させている。ガラス板2a,2bは青板ソーダガラスを用いている。後述するように、光学ガラスのガラス板2a,2bの熱膨張係数とそれぞれ偏光ビームスプリッタのガラスの熱膨張は殆ど等しい値であり、応力が極力低減される。
Moreover, the stress is reduced as much as possible by fixing each polarization beam splitter on the glass plate. As the
偏光ビームスプリッタ103の上下面には、それぞれ第1の支持部材であるL型のレジベース4a,第3の支持部材であるL型のレジベース4bが接着されている。下側のレジベース4bの下部には2本のガイドピン4b1が設けられている。上側レジベース4aには真鍮製の部材で形成された第2の支持部材であるフォーカスアジャスタ5がネジ留めされる。フォーカスアジャスタ5には、ガイドピン61を受けるために2箇所個のピン孔が空いている。
The upper and lower surfaces of the
ここで、レジベース4a,4bは、偏光ビームスプリッタ103を構成する2個の直角三角柱ガラスの片側の直角三角柱1030のみに固定する。2個の直角三角柱ガラス1030,1031にまたがって固定すると、2個の直角三角柱ガラスの加熱状況の違いにより、2個の直角三角柱ガラス1030,1031が異なる膨張をしているために、歪みが多くなるからである。
すなわち、偏光ビームスプリッタ103はその偏光分離面131によって光を選択反射をしている結果、2個の直角三角柱ガラス1030,1031を通過する光量がそれぞれ異なるからである。
Here, the
That is, the
反射型空間光変調素子161は、反射型液晶素子13、アパーチャアセンブリ11、アパーチャパッキン12、波長板ホルダ9、トップパッキン8、トッププレート7により組み立てられている。アパーチャアセンブリ11は、反射型液晶の画素に対応する所のみに光を照射するための開口である。アパーチャパッキン12は塵等の侵入を防ぐものである。波長板ホルダは波長板10を保持するものである。トップパッキン8は、じゃばら状になっている面側が偏光ビームスプリッタ103に接しており、反射型液晶素子13の周りを密封して、塵の侵入を防止するために設けられている。トッププレート7は、これらのアセンブリを保持するためのものである。
The reflective spatial
反射型空間光変調素子161は、レジストレーション・フォーカス調整システムを用いて画像を投映しながら、画面のフォーカス及びレジストレーションを調整する。
フォーカスの設定は、第4の支持部材であるレジプレート6の上側に立ててある2カ所のガイドピン61および、下側のレジベース4bに立てられている2カ所のガイドピン4b1をそれぞれ、フォーカスアジャスタ5の2つのピン孔および、レジプレート6下部の2つのピン孔に貫通させ、フォーカスが合った状態で、ピン孔に接着剤を注入し、スタッドとピン孔を接着固定する。
The reflective spatial
The focus is set by adjusting the two guide pins 61 standing on the upper side of the registration plate 6 as the fourth support member and the two guide pins 4b1 standing on the lower registration base 4b. 5 is passed through the two pin holes at the bottom of the registration plate 6, and an adhesive is injected into the pin hole in a focused state, and the stud and the pin hole are bonded and fixed.
レジストレーションの設定は次のように行う。まず、トッププレート7をレジプレート6といざりさせ(摺動させて位置をずらすこと)て、3色のレジストレーションが合致した状態にする。その状態に保持したま、レジプレート上側孔とトッププレート下側孔に接着剤を注入して、トッププレート7とレジプレート6を固定する。 Registration is set as follows. First, the top plate 7 is brought into contact with the registration plate 6 (sliding the position is shifted) so that the registration of the three colors is matched. While maintaining this state, the top plate 7 and the registration plate 6 are fixed by injecting an adhesive into the registration plate upper hole and the top plate lower hole.
フォーカスアジャスタ5は、上下の各2本のガイドピン61,4b1間の取り付けピッチのバラツキを調整するために設けている。 The focus adjuster 5 is provided in order to adjust the variation in the mounting pitch between the two upper and lower guide pins 61 and 4b1.
次に、従来は素子を保持する板金部材は鉄とステンレスの構成であった。すなわち、レジベース4a,4bは鉄製であり、レジプレート6、トッププレート7、アパーチャアセンブリ11の部材は反射型液晶素子13の近傍に配置されるため、防錆性能や加工精度の点からSUS(ステンレス)が使用されていた。
Next, conventionally, a sheet metal member for holding an element has a structure of iron and stainless steel. That is, the
表2は、各種材料の熱膨張係数を比較したものである。各種光学ガラスは、その組成によらず熱膨張係数はほぼ等しい。しかしながら、ガラス材料に比べて、金属材料の熱膨張係数は大きく、また、金属種類によってもその値は異なることがわかる。
それら、従来の構造とその材質では、熱膨張係数に関して、以下に示す不具合が存在していたことが明らかになった。(以下の議論において、熱膨張係数は(*10-6/K)を単位とする。)
Table 2 compares the thermal expansion coefficients of various materials. Various optical glasses have substantially the same thermal expansion coefficient regardless of their compositions. However, it can be seen that the thermal expansion coefficient of the metal material is larger than that of the glass material, and the value varies depending on the metal type.
It has been clarified that the conventional structure and its material have the following problems regarding the thermal expansion coefficient. (In the following discussion, the coefficient of thermal expansion is in units of (* 10-6 / K).)
図3において、偏光ビームスプリッタ103とそれに取りつけた上下のレジベース4a,4bおよび、フォーカスアジャスタ5の熱膨張係数に着目すると、偏光ビームスプリッタ103のガラス、青板フロートガラス2a,2bの熱膨張係数はともにほぼ等しく約8.1である。また、レジベース4a,4bの熱膨張係数は、12.1である。
In FIG. 3, focusing on the thermal expansion coefficients of the
一方、それらに対向して、反射型液晶素子13を取りつけるために設けられるレジプレート6、トッププレート7やアパーチャアセンブリ11の部材の熱膨張係数は、17.3である。
すなわち、偏光ビームスプリッタ側に存在する部材(ガラス、鉄)の熱膨張係数の平均は、「8.1と12.1の間の値」であるのに対し、反射型液晶素子13側に存在するレジプレート6、トッププレート7やアパーチャアセンブリ11の部材の熱膨張係数は17.3である。両者の間には、およそ、7程度の熱膨張係数の差が存在する。
On the other hand, the thermal expansion coefficient of the members of the registration plate 6, the top plate 7 and the
That is, the average thermal expansion coefficient of the members (glass, iron) existing on the polarizing beam splitter side is “a value between 8.1 and 12.1”, whereas the registration plate 6 existing on the reflective liquid crystal element 13 side. The coefficient of thermal expansion of the members of the top plate 7 and the
よって、偏光ビームスプリッタ103側の熱膨張率がレジプレート6側の熱膨張係数に比べて、小さく、その結果として、長時間の温度変化にさらされると歪みを生じ、レジストレーションが変化する問題が明らかになった。
すなわち、そのような状態では、画面のフォーカス及びレジストレーションを調整して3色の画面のレジストレーションが一致している状態のあとで、温度変化が生じた場合に、レジずれ(3色のレジストレーションがずれる現象)が発生する。例えば、温度が上昇すると、偏光ビームスプリッタ103側に比べて、反射型液晶素子13側のレジプレート6が膨張する。逆に温度が低下すると、反射型液晶素子13側のレジプレート6が相対的に収縮する。そういった熱ストレスが蓄積されていくうちに、偏光ビームスプリッタ103に対しての反射型液晶素子13の位置が微妙にずれてくる場合がある。そのずれは、3色の光に対応する各偏光ビームスプリッタにおいてずれの方向が一致しない場合、レジずれの現象となる。
Therefore, the coefficient of thermal expansion on the
That is, in such a state, when a change in temperature occurs after adjusting the focus and registration of the screen to match the registration of the three color screens, the registration shift (three-color registration Phenomenon). For example, when the temperature rises, the registration plate 6 on the reflective liquid crystal element 13 side expands compared to the
そこで、本実施例は、構造上の線膨張係数を合わせることにより、歪みを緩和させレジストレーションの安定を図るようにした。この目的を達成するための手段として、フォーカス・アジャスタ5を鉄材質から真鍮に換えるものである。 Therefore, in this embodiment, the linear expansion coefficient on the structure is matched to reduce the distortion and stabilize the registration. As a means for achieving this object, the focus adjuster 5 is changed from iron material to brass.
本実施例に適用される真鍮の熱膨張は20である。その結果、偏光ビームスプリッタ103側に存在する部材(ガラス、鉄、真鍮)の熱膨張係数の平均は、「8.1と12.1の間の値」であったものが、反射型液晶素子13側のレジプレート6等の熱膨張係数17.1に近づく。それによって、環境の温度が変化した際の熱膨張差が減少することにより、歪みが減少し、結果としてレジずれが低減する。
The thermal expansion of brass applied to this embodiment is 20. As a result, the average coefficient of thermal expansion of the members (glass, iron, brass) existing on the
実験では、「−20度→70度ヒートサイクル」10回後のレジストレーションずれは、従来最大0.5画素であったものが今回の実施例では最大0.3画素に低減した。 In the experiment, the registration deviation after 10 times of “−20 degrees → 70 degrees heat cycle” was reduced from a maximum of 0.5 pixels to 0.3 pixels in the present embodiment.
上述のように、フォーカスアジャスタを真鍮部材にすることにより線膨張の均一化を達成し、歪みを緩和させレジストレーションの安定化という効果を得ることができた。 As described above, the use of a brass adjuster as the focus adjuster achieves uniform linear expansion, reduces distortion, and achieves the effect of stabilizing registration.
図5を用いて、本実施例に適用される投射表示装置の概略構成図を説明する。投射表示装置50は、外装キャビネット53内に光学デバイス30、ミラー51、スクリーン52を設置している。光学デバイス30の第4の偏光ビームスプリッタ105の透光面105cより出射したR光、G光、B光は、投射レンズ130を透過し、ミラー51で反射されスクリーン52にカラー映像を拡大表示する。
The schematic block diagram of the projection display apparatus applied to a present Example is demonstrated using FIG. In the projection display device 50, an
30…光学デバイス
1…アルミベース
5…フォーカスアジャスタ
6…レジプレート
7…トッププレート
11…アパーチャアセンブリ
13…反射型液晶素子
161,162,163…反射型空間光変調素子
102,103,104,105…偏光ビームスプリッタ
121,131,141,151…偏光分離面、
1030,1031…直角三角柱ガラス
50…投射表示装置
53…外装キャビネット
51…ミラー
52…スクリーン
30 ...
1030, 1031 ... right triangular prism glass 50 ...
Claims (3)
前記アルミベースの上に固定されるガラスベースと、
前記ガラスベースの上に固定される2個のガラススペーサと、
2つの三角柱形状のガラスプリズムを偏光分離薄膜面を介して互いに接着した偏光ビームスプリッタであって、前記ガラスプリズムの三角形の底面がガラスベース上に固定された2個の第1および第4の偏光ビームスプリッタと、
2つの三角柱形状のガラスプリズムを偏光分離薄膜面を介して互いに接着し、前記第1および第4の偏光ビームスプリッタよりも小さな第2および第3の偏光ビームスプリッタであって、前記第2および第3の偏光ビームスプリッタの前記ガラスプリズムの三角形の底面が、前記ガラススペーサに固定され、前記第1および第4の偏光ビームスプリッタの高さ方向の中心と前記第2および第3の偏光ビームスプリッタの高さ方向の中心が略一致するようにされるとともに前記第1および第4の偏光ビームスプリッタに隣接配置される前記第2および第3の偏光ビームスプリッタと、
前記第2および第3の偏光ビームスプリッタの側面に配置される反射型空間光変調素子と、
を備えること特徴とする投射表示装置用光学デバイス。 An aluminum base,
A glass base fixed on the aluminum base;
Two glass spacers fixed on the glass base;
A polarizing beam splitter in which two triangular prism-shaped glass prisms are bonded to each other via a polarization separation thin film surface, and two first and fourth polarized light beams each having a triangular bottom surface fixed on a glass base. A beam splitter,
Two triangular prism-shaped glass prisms are bonded to each other through a polarization separation thin film surface, and the second and third polarization beam splitters are smaller than the first and fourth polarization beam splitters. 3 of triangular base of the glass prisms of the polarization beam splitter, fixed to said Garasusupe Sa, the first and fourth said height direction of the center of the polarization beam splitter of the second and third polarization beam splitter The second and third polarizing beam splitters, the height direction centers of which are substantially coincident with each other and disposed adjacent to the first and fourth polarizing beam splitters;
A reflective spatial light modulator disposed on a side surface of the second and third polarizing beam splitters;
An optical device for a projection display device.
前記第1の支持部材に固定されている第2の支持部材と、
前記第2および第3の偏光ビームスプリッタの片方のガラスプリズムの底面に固定されている第3の支持部材と、
前記第2の支持部材の一方の端部であって前記第1の支持部材と前記第2の支持部材が固定されている他方の端部と反対側にある前記一方の端部に第4の支持部材の一方の端部が固定されるとともに、他方の端部が前記第3の支持部材に固定されているとともに、前記反射型空間光変調素子を保持している前記第4の支持部材とを備え、
前記第2の支持部材の熱膨張係数は前記第4の支持部材の熱膨張係数より大きいことを特徴とする請求項1記載の投射表示装置用光学デバイス。 A first support member fixed to the upper surface of one of the glass prisms of the second and third polarizing beam splitters;
A second support member fixed to the first support member;
A third support member fixed to the bottom surface of one of the glass prisms of the second and third polarizing beam splitters;
A fourth end of the second support member is located at one end of the second support member, which is on the opposite side of the other end to which the first support member and the second support member are fixed. The support member has one end fixed, the other end fixed to the third support member, and the fourth support member holding the reflective spatial light modulator; With
The optical device for a projection display device according to claim 1, wherein a thermal expansion coefficient of the second support member is larger than a thermal expansion coefficient of the fourth support member.
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