JP5487834B2 - Color prism unit and image projection apparatus - Google Patents
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本発明は、カラープリズムユニット及び画像投影装置に関する。 The present invention relates to a color prism unit and an image projection apparatus.
デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)等の反射型画像表示素子を備えるカラー画像投影装置(プロジェクタ)では、照明光の色分解と投影光の色合成のために、カラープリズムユニットが使用されている。カラープリズムユニットは、微小な間隔(エアギャップ)が介在するように組み合わせた複数のプリズムを備える。これらのエアギャップは投影光の光軸に対して傾斜している。また、個々のエアギャップを形成するプリズムの2つの表面の一方には、色分解のためのダイクロイックコート層が設けられている。一般に、エアギャップを形成するプリズムの2つの表面は、いずれも平面で互いに平行に配置されている。 In a color image projector (projector) including a reflective image display element such as a digital micromirror device (DMD), a color prism unit is used for color separation of illumination light and color synthesis of projection light. The color prism unit includes a plurality of prisms combined so that a minute interval (air gap) is interposed. These air gaps are inclined with respect to the optical axis of the projection light. In addition, a dichroic coat layer for color separation is provided on one of the two surfaces of the prism forming each air gap. In general, the two surfaces of the prism forming the air gap are both flat and parallel to each other.
エアギャップは投影光の光軸に対して傾斜しているため、結像方向による集光位置の差異である非点隔差が生じる。例えば、エアギャップを通過する投影光は、投影光の光軸とエアギャップの法線方向を含む面内とこの面に対して垂直な面内とでは集光位置が異なる。この非点隔差は結像性能を低下させ、スクリーンに投影された画像中のフレア発生の原因にもなる。 Since the air gap is inclined with respect to the optical axis of the projection light, an astigmatism difference that is a difference in condensing position depending on the imaging direction occurs. For example, the projection light passing through the air gap has a different light collection position in a plane including the optical axis of the projection light and the normal direction of the air gap and in a plane perpendicular to the plane. This astigmatic difference degrades the imaging performance and also causes flare in the image projected on the screen.
カラープリズムユニットにおける非点隔差は、色光(赤、緑、青)毎に異なるほか、エアギャップの厚みが厚い程(エアギャップを形成する2つの表面間の間隔が広い程)大きくなる。従って、非点隔差抑制のためにはエアギャップの厚みは可能な限り薄いことが好ましい。しかし、エアギャップの厚みを過度に薄く設定した場合、光エネルギの吸収によるプリズムの熱膨張により、エアギャップを形成する2つの表面間の間隔が狭まって互いに接触し、エアギャップが潰れて機能しなくなる。 The astigmatic difference in the color prism unit differs for each color light (red, green, and blue), and becomes larger as the thickness of the air gap is thicker (the wider the distance between the two surfaces forming the air gap). Therefore, the thickness of the air gap is preferably as thin as possible in order to suppress the astigmatic difference. However, if the thickness of the air gap is set too thin, the thermal expansion of the prism due to the absorption of light energy causes the space between the two surfaces forming the air gap to narrow and contact each other, causing the air gap to collapse and function. Disappear.
前述のようにエアギャップを形成する2つの表面の一方にはダイクロイックコート層が設けられているので、光エネルギの吸収が特に顕著であり、熱膨張に起因するエアギャップの潰れが生じやすい。従って、熱膨張に起因するエアギャップの潰れ防止のためには、エアギャップの厚みをある程度厚く設定する必要がある。また、投影画像の高精細化の要求に応えるため、照明光の強度は高くなる傾向がある。高強度の照明光を使用する場合、プリズムの熱膨張も顕著となるので、エアギャップの潰れに対して十分な対策を採る必要がある。 As described above, since the dichroic coat layer is provided on one of the two surfaces forming the air gap, absorption of light energy is particularly remarkable, and the air gap is easily crushed due to thermal expansion. Therefore, in order to prevent the air gap from collapsing due to thermal expansion, it is necessary to set the thickness of the air gap to a certain extent. Further, the intensity of illumination light tends to increase in order to meet the demand for higher definition of projected images. When high-intensity illumination light is used, the thermal expansion of the prism becomes significant, so that it is necessary to take sufficient measures against the collapse of the air gap.
特許文献1には、プリズムの2つの表面(平面)で形成されるエアギャップを楔形としたカラープリズムユニットが開示されている。この楔形のエアギャップは、プリズムの熱膨張によるエアギャップの潰れ防止に有効なエアギャップの厚みを確保しつつ、非点隔差を抑制することを意図している。しかし、エアギャップが楔形であると、エアギャップの厚みが厚い領域(エアギャップを形成する2つの表面間の間隔が広い領域)では、非点隔差を効果的に抑制できない。
特許文献2には、プリズムを形成する2つの表面間の間隔を、プリズム間を接合するための接着剤で充填したエアギャップレスのカラープリズムユニットが開示されている。このエアギャップレスは、非点収差回避を意図している。しかし、特にカラープリズムユニットをシネマ用等の高輝度のプロジェクタに使用する場合、高強度の照明光に対する接着剤の耐熱性、耐光性は信頼性に欠ける。また、エアギャップレスの場合、プリズム間の接合面積、つまり接着剤の塗布面積が大きいので接着剤中の気泡の排出や混入防止が困難である。この点で、エアギャップレスのカラープリズムユニットは製造性が著しく劣る。
本発明は、熱膨張に起因するエアギャップの潰れの防止と非点隔差の効果的な抑制を実現するカラープリズムユニットを提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the color prism unit which implement | achieves prevention of the collapse of the air gap resulting from a thermal expansion, and effective suppression of an astigmatic difference.
本発明は、複数のプリズムから構成され、照明光を複数の色光に分解して複数の反射型画像表示素子に入射させ、前記複数の反射型画像表示素子からの投影光を合成して投影光学系へ射出させ、かつ前記複数の反射型画像表示素子からの非投影光を前記投影光とは異なる方向に射出させるカラープリズムユニットであって、
前記複数のプリズムのうちの1つが有する第1の表面と前記複数のプリズムのうちの他の1つが有する第2の表面とがスペーサを挟み込んで互いに対向して、前記第1の表面と前記第2の表面の間に前記投影光の光軸に対して傾斜したエアギャップが形成され、
前記第1及び第2の表面のうちの一方に、特定の色光を反射して他の特定の色光を透過させるダイクロイックコート層が形成され、
前記スペーサは、前記第1及び第2の表面のいずれにおいても前記照明光、前記投影光、及び前記非投影光のいずれも通過も反射もしない非有効領域のうち、前記ダイクロイックコート層が前記特定の色光の前記投影光を反射して前記他の特定の色光の前記投影光を透過させる投影光有効領域と、前記ダイクロイックコート層が前記特定の色光の前記非投影光を反射して前記他の特定の色光の前記非投影光を透過させる非投影光有効領域との間の箇所に配置されると共に、前記非有効領域のうち前記投影光有効領域と前記非投影光有効領域とが並ぶ方向の両端部に配置されている、カラープリズムユニットを提供する。
The present invention is composed of a plurality of prisms, decomposes illumination light into a plurality of color lights and makes them incident on a plurality of reflective image display elements, and synthesizes projection light from the plurality of reflective image display elements to project projection optics. A color prism unit that emits light to the system and emits non-projection light from the plurality of reflective image display elements in a direction different from the projection light,
A first surface of one of the plurality of prisms and a second surface of the other one of the plurality of prisms face each other with a spacer interposed therebetween, so that the first surface and the first surface An air gap inclined with respect to the optical axis of the projection light is formed between the two surfaces,
A dichroic coat layer that reflects specific color light and transmits other specific color light is formed on one of the first and second surfaces,
The spacer includes the dichroic coat layer in the non-effective area in which neither the illumination light, the projection light, nor the non-projection light passes or reflects on any of the first and second surfaces. A projection light effective area that reflects the projection light of the specific color light and transmits the projection light of the other specific color light; and the dichroic coat layer reflects the non-projection light of the specific color light and the other light disposed at a location between the non-projection light effective area for transmitting the non-projection light of a specific color light Rutotomoni, the direction and the projection optical effective region and the non-projection light effective area are arranged within the non-active area Provided is a color prism unit disposed at both ends .
非有効領域のうち投影光有効領域と非投影光有効領域の間の箇所は2つのプリズムの第1及び第2の表面の両端部から離れた位置にあるので、プリズムの熱膨張によるエアギャップの潰れが生じやすい。かかるプリズムの熱膨張によるエアギャップが潰れ生じやすい箇所の近傍にスペーサを配置することで、エアギャップ潰れを効果的に防ぐことができる。熱膨張によるエアギャップの潰れを防止できるので、エアギャップの厚みを薄く設定でき、傾斜したエアギャップに起因する非点隔差を効果的に抑制し、良好な投影画像が得られる。 Of the non-effective area, the point between the effective area of the projection light and the effective area of the non-projection light is located away from both ends of the first and second surfaces of the two prisms. Crushing easily occurs. By disposing a spacer in the vicinity of a portion where the air gap due to thermal expansion of the prism is likely to be crushed, the air gap can be effectively prevented from being crushed. Since the collapse of the air gap due to thermal expansion can be prevented, the thickness of the air gap can be set thin, the astigmatic difference due to the inclined air gap can be effectively suppressed, and a good projection image can be obtained.
前記投影光有効領域と前記非投影光有効領域とが並ぶ方向の両端部に配置された前記スペーサは、前記非有効領域のうち前記非投影光有効領域側の端部に配置されたスペーサと、前記非有効領域のうち前記ダイクロイックコート層が前記特定の色光の前記照明光を反射して前記他の色光の前記照明光を透過させる照明光有効領域側の端部に配置されたスペーサとを含むことが好ましい。 The spacers arranged at both ends in the direction in which the projection light effective area and the non-projection light effective area are arranged are spacers arranged at the end part on the non-projection light effective area side of the non-effective area, The dichroic coat layer of the ineffective area includes a spacer disposed at an end of the illumination light effective area side that reflects the illumination light of the specific color light and transmits the illumination light of the other color light. It is preferable.
2つのプリズムの第1及び第2の表面の両端部にもスペーサを配置することで、プリズムの熱膨張によるエアギャップの潰れをより確実に防止できる。 By disposing spacers at both ends of the first and second surfaces of the two prisms, it is possible to more reliably prevent the air gap from being crushed due to the thermal expansion of the prisms.
前記ダイクロイックコート層が形成されている領域は、前記スペーサが配置されている箇所を含むことが好ましい。 The region where the dichroic coat layer is formed preferably includes a portion where the spacer is disposed.
この構成により、ダイクロイックコート層の厚みの影響を受けることなく、エアギャップの厚みを高精度で設定できる。 With this configuration, the thickness of the air gap can be set with high accuracy without being affected by the thickness of the dichroic coat layer.
前記ダイクロックコート層は、Al 2 O 3 又はその混合物を含むことが好ましい。 The dichroic coat layer preferably contains Al 2 O 3 or a mixture thereof.
ダイクロイックコート層が熱伝導率の高いAl 2 O 3 を含むことにより、吸収した熱をプリズムの表面全体に速く伝達させて局所的な熱膨張を抑制できるので、エアギャップの潰れをより効果的に防止できる。 By including Al 2 O 3 with high thermal conductivity in the dichroic coat layer, the absorbed heat can be quickly transferred to the entire surface of the prism, and local thermal expansion can be suppressed. Can be prevented.
前記第1及び第2の表面のうち前記ダイクロイックコート層が形成されている表面は、前記エアギャップに対して凹面であることが好ましい。 Of the first and second surfaces, the surface on which the dichroic coat layer is formed is preferably concave with respect to the air gap.
ダイクロイックコート層を形成した表面を凹面とすることで、ダイクロイックコート層の熱吸収による熱膨張に起因する凸面化をキャンセルする効果が得られ、エアギャップの潰れをより効果的に防止できる。 By making the surface on which the dichroic coat layer is formed concave, an effect of canceling the convex surface due to thermal expansion due to heat absorption of the dichroic coat layer can be obtained, and the collapse of the air gap can be more effectively prevented.
また、本発明は、前述のカラープリズムユニットを備える画像投影装置を提供する。 The present invention also provides an image projection apparatus comprising the aforementioned color prism unit.
熱膨張によるカラープリズムユニットのエアギャップの潰れを確実に防止して高い信頼性を確保しつつ、このエアギャップの厚みを薄く設定できるので、非点隔差を効果的に抑制してフレアの極め小さい良好な投影画像を実現する画像投影装置が得られる。 The air gap of the color prism unit due to thermal expansion can be reliably prevented to ensure high reliability, and the thickness of the air gap can be set thin, effectively reducing astigmatic difference and minimizing flare. An image projection apparatus that realizes a good projection image can be obtained.
本発明のカラープリズムユニットでは、エアギャップを形成する第1及び第2の表面の間に介在するスペーサが非有効領域のうち投影光有効領域と非投影光有効領域の間の箇所に配置されているので、プリズムの熱膨張に起因するエアギャップの潰れを効果的に防止できる。また、熱膨張に起因する潰れの防止できるので、エアギャップの厚みを薄くできるため、非点隔差を効果的に抑制できる。 In the color prism unit of the present invention, the spacer interposed between the first and second surfaces forming the air gap is disposed at a position between the projection light effective region and the non-projection light effective region in the non-effective region. Therefore, the collapse of the air gap due to the thermal expansion of the prism can be effectively prevented. Moreover, since the crushing resulting from thermal expansion can be prevented, the thickness of the air gap can be reduced, so that the astigmatic difference can be effectively suppressed.
(第1実施形態)
図1及び図2を参照すると、第1実施形態の画像投影装置(プロジェクタ)1は、照明光学系2、内部全反射(TIR)プリズムユニット3、カラープリズムユニット4、反射型画像表示素子の一例であって光変調を行うデジタルマイクロミラーデバイス(DMD)5B,5R,5G、及び投影光学系6を備える。照明光学系2からの照明光は、TIRプリズムユニット3で全反射されてカラープリズムユニット4に入射する。カラープリズムユニット4に入射した照明光は、青、赤、及び緑の色光に分解された後、対応するDMD5B〜5Gに入射する。個々のDMD5B〜5Gに照射された照明光(色光)は、DMD5B〜5Gが備える後述のマイクロミラーの角度に応じて投影光又は非投影光として反射される。DMD5B〜5Gからの投影光は、カラープリズムユニット4で合成された後、TIRプリズムユニット3を透過して、複数のレンズ等から成る投影光学系6により図示しないスクリーンに投影される。一方、非投影光はカラープリズムユニット4を経て、TIRプリズム3から外れた方向に射出される。
(First embodiment)
1 and 2, an image projection apparatus (projector) 1 according to a first embodiment is an example of an illumination
図1を参照すると、照明光学系2は、光源11、リフレクタ12、ロッドインテグレータ13、集光レンズ14、リレー光学系15、及びエントランスレンズ16を備える。光源11は超高圧水銀ランプであり、白色光を発生させる。リフレクタ12は光源11を取り囲むように配置され、回転楕円面である反射面を有している。光源11の後方には、ロッドインテグレータ13が長手方向を光軸に沿うように配置されている。光源11は回転楕円面の一方の焦点位置に配置されており、ここから出た光は他方の焦点位置に集光されて、ロッドインテグレータ13の一端の入射面より入射する。ロッドインテグレータ13に入射した光は、ここで内面反射を繰り返し、均一な光量分布となって他端の射出面より射出する。ロッドインテグレータ13の射出面直後に集光レンズ14が配置されており、さらに後方にはリレー光学系15が配置されている。ロッドインテグレータ13から射出した光は、集光レンズ14で効率よくリレー光学系15に導かれ、TIRプリズムユニット3の入射側に配置されたエントランスレンズ16を介してTIRプリズムユニット3に入射し、カラープリズムユニット4を経てDMD5B〜5Gを略テレセントリックで均一に照明する。
Referring to FIG. 1, the illumination
図1及び図3から図7を参照すると、TIRプリズムユニット3はいずれも概ね三角柱状で3つの表面(側面)を有する光学ガラス製の第1プリズム21と第2プリズム22を備える。
Referring to FIGS. 1 and 3 to 7, the
第1プリズム21は、互いに鋭角をなす入射出面21aとギャップ形成面21bを備える。また、第1プリズム21は、入射出面21aとギャップ形成21bを接続する入射面21cを備える。入射出面21aはDMD5B〜5Gからカラープリズムユニット4を経て投影光学系6に向かう投影光の光軸に対して、概ね垂直な姿勢で配置されている。ギャップ形成面21bは投影光学系6に向かう投影光の光軸に対して傾斜する姿勢で配置されている。第2プリズム22は互いに鋭角をなす射出面22aとギャップ形成面22bとを備える。また、第2プリズム22は、射出面22aとギャップ形成面22bを接続する表面22cを備える。
The
第1プリズム21と第2プリズム22は、ギャップ形成面21b,22bが微小な間隔を隔てて対向するように組み合わせられている。そのため、ギャップ形成面21b,22bの間には、DMD5B〜5Gからカラープリズムユニット4を経て投影光学系6に向かう投影光の光軸に対して傾斜したエアギャップ23が形成されている。本実施形態では、エアギャップ23は投影光軸に対して33°傾斜している。なお、前述のように第1プリズム21の入射出面21aは投影光学系6に向かう投影光の光軸に対して概ね垂直であるので、エアギャップ23は入射出面21aの法線に対して傾斜している。
The
このTIRプリズムユニット3によって、照明光と投影光の分離が行われる。
The
まず、照明光学系2から射出されて入射面21cから入射した照明光は、第1プリズム21のギャップ形成面21bで全反射する(ギャップ形成面21bは全反射面として機能する。)。このときの照明光のギャップ形成面21bに対する入射角は48.5°である。本実施形態では、照明光のFナンバーは2.7であり、主光線に対して空気中で片側約10.7°、プリズム中で片側約7.0°の角度分布を持つ。一方、第1及び第2プリズム22を構成する光学ガラスの屈折率は、n=1.52なので、ギャップ形成面21bにおける全反射条件はエアギャップ23を満たしている空気との界面に対する入射角が約41.1°以上となる。故に、照明光は全反射条件を満たし、ギャップ形成面21bで全反射する。ギャップ形成面21bで全反射した照明光は、入射出面21aから射出されてカラープリズムユニット4に入射する。
First, the illumination light emitted from the illumination
一方、カラープリズムユニット4で合成された投影光は、入射出面21aからTIRプリズムユニット3の第1プリズム21に入射し、エアギャップ23に入射角33°で入射する。このとき、照明光と同じく投影光のFナンバーも2.7であり、主光線に対して空気中で片側約10.7°、プリズム中で片側約7.0°の角度分布を持つが、ここでは全反射条件を満たさない。従って、投影光はエアギャップ23を透過して第2プリズム22の射出面22aから射出され、投影光学系6によって図示しないスクリーンに投影される。
On the other hand, the projection light synthesized by the
図4及び図5に最も明瞭に示すように、エアギャップ23の厚みは一定ではなく、周辺領域より中央領域の方が厚みが厚い。具体的には、ギャップ形成面21b,22bのうち第1プリズム21のギャップ形成面21bは平面であるが、第2プリズム22のギャップ形成面22bの投影光が通過する領域はエアギャップ23に対して窪んだ凹面24である。本実施形態では、ギャップ形成面22bの凹面24は、DMD5B〜5Gからカラープリズムユニット4を介してTIRプリズムユニット3に入射した投影光学系6に向かう投影光の光軸と、エアギャップ23の法線N1とを含む第1仮想平面P1と、エアギャップ23の法線N1を含み仮想平面P1に対して垂直な第2仮想平面P2の両方で概ね同一の曲率を有する凹球面状である。エアギャップ23の法線N1は、エアギャップ23を平面に近似した場合の法線である。
As shown most clearly in FIGS. 4 and 5, the thickness of the
エアギャップ23は周辺領域より中央領域で厚みが厚くなっている。そのため、エアギャップ23の厚みを薄く設定しても、第1及び第2プリズム21,22を構成する光学ガラスやギャップ形成面21b,22bの表面に設けられた反射防止コート等の熱吸収によるプリズム21,22の熱膨張によって、ギャップ形成面21b,22bが互いに接触してエアギャップ23が潰れるのを防ぐことができる。熱膨張によるエアギャップ23の潰れを防止できるので、エアギャップ23の厚みを薄く設定することができる。その結果、エアギャップ23が投影光の光軸に対して傾斜していることに起因する非点隔差を効果的に抑制でき、フレアの発生もかなり抑えられた良好な投影画像が得られる。
The
前述のように、エアギャップ23が周辺領域より中央領域で厚みが厚くなるように第2プリズム22のギャップ形成面22bに凹面24を設け、この凹面24は第1及び第2仮想平面P1,P2の両方で曲率を有している。図8は、ギャップ形成面22bが第1仮想平面P1において曲率を有しない場合の投影光のエアギャップ23からエアギャップ形成面22bへの入射角度θi’と、本実施形態のようにギャップ形成面22bが第1仮想平面P1において曲率を有する場合のエアギャップ23かギャップ形成面22bへの入射角度θiの比較を示す。この図8から、入射角θi’よりも入射角θiは小さい。そのため、ギャップ形成面22bが第1仮想平面P1において曲率を有しない場合の仮想平面P1での非点隔差ε’よりも、本実施形態のようにギャップ形成面22bが第1仮想平面P1において曲率を有する場合の非点隔差εが小さい。このように、ギャップ形成面22bが第1仮想平面P1において曲率を有することは、非点隔差をキャンセルする効果がある。従って、ギャップ形成面22bは第1仮想平面P1での曲率が第2仮想平面P2での曲率よりも大きいことが好ましい。例えば、図11Aに示すように、第2プリズム22のギャップ形成面22bの凹面24の形状を第1仮想平面P1でのみ曲率を有し、第2仮想平面P2では曲率を有さない円筒面状であってもよい。また、図11Bに示すように、第2プリズム22のギャップ形成面22b全体を第1仮想平面P1でのみ曲率を有し、第2仮想平面P2では曲率を有さない円筒面状としてもよい。
As described above, the
図3、図6、及び図7に示すように、本実施形態では、エアギャップ23を形成するギャップ形成面21b,22bの4隅にそれぞれスペーサ25を配置し、これらのスペーサ25を挟み込んだギャップ形成面21b,22bを4箇所に塗布した接着剤26で接合することで、第1プリズム21と第2プリズム22を互いに組み付けている。接着剤26は耐熱性の点でエポキシ系が好ましい。本実施形態では、スペーサ25と接着剤26は凹面24の外側の領域、つまりギャップ形成面21b,22bがいずれも平面の領域に配置されている。具体的には、ギャップ形成面21b,22bの図3において上隅付近の2箇所にそれぞれスペーサ25が配置され、これらのスペーサ25の下側に接着剤26が塗布されている。また、ギャップ形成面21b,22bの図3において左下隅付近に1個のスペーサ25が配置され、その下側に接着剤26が塗布されている。さらに、ギャップ形成面21b,22bの図3において右下隅付近に1個のスペーサ25が配置それ、その上側に接着剤26が塗布されている。接着剤26がスペーサ25にかからないようにプリズム21,22を貼り合わせており、接着剤26の厚みがエアギャップ23の厚みに影響しないようになっている。
As shown in FIGS. 3, 6, and 7, in the present embodiment, spacers 25 are arranged at the four corners of the
スペーサ25は互い36mmから40mm程度の間隔をあけて配置することが好ましい。後述するように2.5μmであるスペーサ25の厚みに対し、スペーサ25間の配置間隔を36mmから40mm程度しかあけていない(スペーサ25を比較的近接して配置している)ことも、エアギャップ23の潰れを防止する効果を有している。
The
本実施形態では、スペーサ25は一定の厚み2.5μmを有するパラジウム系アラミドフィルム(東レ社の商品名ミクトロン)を例えば一辺5mmの正方形に切断したものである。このスペーサ25を挟み込んだ状態で、ギャップ形成面21b,22bを接着剤26で貼り合わせることで、極めて薄いエアギャップ23を形成している。
In this embodiment, the
パラジウム系アラミドフィルムの他、ポリフェニレンサルファイドフィルム(東レ社の商品名トレリナ)、ポリエステルフィルム(東レ社の商品名ルミラー)、又は、ポリイミドフィルム(デュポン社の商品名カプトン)等を適切な形状及び寸法に切断したものをスペーサ25として用いてもよい。パラジウム系アラミドフィルム、ポリフェニレンサルファイドフィルム、又はポリイミドフィルムを使用すれば、極めて薄いフィルムを寸法精度よく安定して製造でき、薄いエアギャップ23を安価に精度よく実現できる。また、比較的高温となりやすい画像投影装置1では、耐熱性があるパラジウム系アラミドフィルム、ポリフェニレンサルファイドフィルム、ポリイミドフィルム等がスペーサ25として適している。
Other than palladium-based aramid films, polyphenylene sulfide film (trade name Torelina, Toray Industries, Inc.), polyester film (trade name Lumirror, Toray Industries, Inc.), or polyimide film (trade name, Kapton, DuPont) in suitable shapes and dimensions What was cut may be used as the
一般的に、スペーサとして、微小な粒子が混ぜ込まれたビーズ接着剤が用いられるが、ビーズ接着剤では、一定の厚みを保つことは困難で、厚みにばらつきが生じ、エアギャップの平行度も悪化する傾向がある。本実施形態のような厚みが一定のフィルム状のスペーサ25を用いることにより、厚みの安定性、平行度の安定性を得ることができる。
Generally, a bead adhesive mixed with fine particles is used as a spacer, but it is difficult to maintain a constant thickness with a bead adhesive, resulting in variations in thickness and parallelism of the air gap. There is a tendency to get worse. By using the film-
スペーサ25と接着剤26の配置は、図3、図6、及び図7に限定されない。例えば、図12Aに示すように、エアギャップ23の4隅付近にスペーサ25を配置し、それらのスペーサ25の外側に接着剤26を配置してもよい。また、ギャップ形成面21b,22bに接着剤26を塗布するのではなく、図12Bに示すように、プリズム21,22の両端面に例えばガラス製の連結部材27を配置し、これらの連結部材27をそれぞれプリズム21,22の端面と接着剤等で接続することで、プリズム21,22を接合してもよい。
The arrangement of the
図5を参照してスペーサ25の厚みtとエアギャップ23の周辺領域と中央領域の厚みの差δとの関係について説明する。スペーサ25が1μm以上5μm以下の範囲の均一な厚みtを有し、エアギャップ23の中央領域と周辺領域での厚みの差δを0.3μm以上6μm以下とすることが好ましい。厚みtと差δをこの範囲に設定することで、エアギャップ23の最大厚みTmaxは1.3μm以上11μm以下となり、エアギャップ23の厚みを確保しつつ十分に薄くなるので、エアギャップ潰れを防ぎつつ投影光の光軸に対して傾斜したエアギャップ23に起因する非点隔差を効果的に抑制できる。スペーサ25が1μm以上3μm以下の範囲の均一な厚みtを有し、エアギャップ23の中央領域と周辺領域での厚みの差δを3μm以上6μm以下とすることがより好ましい。厚みtと差δをこの範囲に設定することで、エアギャップ23の厚みは4μm以上9μm以下となり、エアギャップ23の厚みをより確保しつつさらに薄くなるので、エアギャップ潰れを十分防ぎ、投影光の光軸に対して傾斜したエアギャップ23に起因する非点隔差をさらに効果的に抑制できる。
The relationship between the thickness t of the
前述のように本実施形態では、TIRプリズムユニット3の第2プリズム22のギャップ形成面22bに凹面24を設けている。図9を参照すると、ギャップ形成面22bはHe−Neレーザ(波長は633nm)の光を用いたときのニュートンフリンジ28の数が例えば−1本以上−20本以下となる凹面24に研磨される(ニュートンフリンジ28の数は凹面を負、凸面を正の本数で数える。)。このように研磨することで、エアギャップ23の中央領域の周辺領域に対する厚みの差δ(図5を併せて参照)が0.3μm以上6μm以下となる。研磨後にスペーサ25を介在させてエアギャップ形成面21b,22bを突き合わせるように、第1及び第2プリズム21,22が互いに固定される。ニュートンフリンジ28による測定を利用して凹面24を研磨することで、周辺領域よりも中央領域で厚みの厚いエアギャップ23を有するTIRプリズムユニット3が容易かつ確実に得られる。後述するように第1プリズム21のギャップ形成面21bに凹面を形成する場合にも、ニュートンフリンジによる測定を利用して研磨を行うことで、所望の凹面が容易かつ確実に得られる。
As described above, in this embodiment, the
図10A〜図10Jは、TIRプリズムユニット3のエアギャップ23に関する種々の代案を示す。
10A to 10J show various alternatives related to the
図10A、図10Fの例では、第1プリズム21のギャップ形成面21bと第2プリズム22のギャップ形成面22bの両方に凹面24を形成している。図10Aの例では凹面24がギャップ形成面21b,22bの光が通過する領域にのみ形成されているのに対して、図10Fの例では、ギャップ形成面21b,22b全体を凹面24としている。図10A、図10Fの例のようにギャップ形成面21b,22bの両方に凹面24を形成することで、エアギャップ23の潰れをより効果的に防止できると共に、ギャップ形成面21b,22bの両方について熱膨張による凸面化をキャンセルする効果が得られる。
10A and 10F, the
図10A,図10Fのような場合、エアギャップ形成面21b,22bがエアギャップを形成する領域(以下、エアギャップ領域と呼ぶ)において、エアギャップ形成面21b,22bを、平面に対しニュートンフリンジの数が−1本から−10本(凹面)となるように研磨すると、エアギャップ形成面21bとエアギャップ形成面22bとのニュートンフリンジの数の和が−2本から−20本となり、エアギャップ23の中央領域の周辺領域に対する厚みの差は0.6μm以上6μm以下となる。また、エアギャップ形成面21b、22bを平面に対しニュートンフリンジの数が−5本から−10本(凹面)となるように研磨すると、エアギャップ形成面21bとエアギャップ形成面22bとのニュートンフリンジの数の和が−10本から−20本となり、エアギャップ23の中央領域の周辺領域に対する厚みの差は3μm以上6μm以下となる。
10A and 10F, when the air
図10B、図10Gの例では、第2プリズム22のギャップ形成面22bに凹面24を形成し、第1プリズム21のギャップ形成面21bに凹面24よりも曲率の小さい凸面29を形成している。図10Bの例では凹面24や凸面29がギャップ形成面21b,22bの光が通過する領域にのみ形成されているのに対して、図10Gの例ではギャップ形成面21b,22b全体が凹面24や凸面29となっている。
10B and 10G, the
図10B,図10Gのような場合、エアギャップ領域において、エアギャップ形成面21bを平面に対しニュートンフリンジの数が4本から10本(凸面)となるように研磨し、エアギャップ形成面22bを平面に対しニュートンフリンジの数が−11本から−16本(凹面)となるように研磨すると、エアギャップ形成面21bとエアギャップ形成面22bとのニュートンフリンジの数の和が−1本から−20本となり、エアギャップ23の中央領域の周辺領域に対する厚みの差は0.3μm以上6μm以下となる。
10B and 10G, in the air gap region, the air
図10C、図10Hの例では、第1プリズム21のギャップ形成面21bに凹面24を形成し、第2プリズム22のギャップ形成面22bは全体を平面としている。図10Cの例ではギャップ形成面21bの光が通過する領域にのみ凹面24が形成されているのに対して、図10Hの例ではギャップ形成面21bの全体が凹面24となっている。
10C and 10H, the
図10C,図10Hのような場合、エアギャップ領域において、エアギャップ形成面21bを平面に対しニュートンフリンジの数が−3本から−18本(凹面)となるように研磨し、エアギャップ形成面22bを平面に対しニュートンフリンジの数が±2本以内(略平面)で研磨すると、エアギャップ形成面21bとエアギャップ形成面22bとのニュートンフリンジの数の和が−1本から−20本となり、エアギャップ23の中央領域の周辺領域に対する厚みの差は0.3μm以上6μm以下となる。また、エアギャップ領域において、エアギャップ形成面21bを平面に対しニュートンフリンジの数が−12本から−18本(凹面)となるように研磨し、エアギャップ形成面22bを、平面に対しニュートンフリンジの数が±2本の間で研磨すると、エアギャップ形成面21bとエアギャップ形成面22bのニュートンフリンジの数の和が−10本から−20本となり、エアギャップ23の中央領域の周辺領域に対する厚みの差3μm以上6μm以下となる。
10C and 10H, in the air gap region, the air
図10D、図10Iの例では、第1プリズム21のギャップ形成面21bに凹面24を形成し、第2プリズム22のギャップ形成面22bに凹面24よりも曲率の小さい凸面29を形成している。図10Dの例では凹面24や凸面29がギャップ形成面21b,22bの光が通過する領域にのみ形成されているのに対して、図10Iの例ではギャップ形成面21b,22b全体が凹面24や凸面29となっている。
10D and 10I, the
図10D,図10Iのような場合、エアギャップ領域において、エアギャップ形成面21bを平面に対しニュートンフリンジの数が−11本から−16本(凹面)となるように研磨し、エアギャップ形成面22bを平面に対しニュートンフリンジの数で4本から10本(凸面)となるように研磨すると、エアギャップ形成面21bとエアギャップ形成面22bとのニュートンフリンジの数の和が−1本から−20本となり、エアギャップ23の中央領域の周辺領域に対する厚みの差は0.3μm以上6μm以下となる。
In the case of FIG. 10D and FIG. 10I, in the air gap region, the air
図10Eの例では、第1プリズム21のギャップ形成面21bと第2プリズム22のギャップ形成面22bの光が通過する領域にのみ凹面24を設け、その周辺の平面部分をスペーサを介することなく突き合わせて、第1及び第2プリズム21,22を貼り合わせている。
In the example of FIG. 10E, the
第1プリズム21はエアギャップ23で全反射される照明光が照明光学系2から入射するので熱負荷の方が大きく、熱膨張が生じやすい。従って、図10A,10C〜10E,10F,10H,10Iの例のように第1プリズム21が有する照明光の全反射面であるギャップ形成面21bに凹面24を形成することで、エアギャップ23の潰れを効果的に防止できる。また、ギャップ形成面21bを凹面24とすることで、熱膨張によるギャップ形成面21bの凸面への変形を防止できる。この点でもエアギャップ23の潰れを効果的に防止でき、良好な投影画像が得られる。図4、及び図10Aから図10Iで示した種々の構成のうち、エアギャップ形成面21bとエアギャップ形成面22bとは、略平面と凹面の組み合わせ、あるいは、ともに凹面の組み合わせであることが好ましい。特に、エアギャップ形成面21bとエアギャップ形成面22bがともに凹面の場合が最も好ましい。
In the
図1及び図2を参照すると、カラープリズムユニット4は、TIRプリズムユニット3の図において右側に配置されており、概ね三角柱状である青プリズム31、同様に概ね三角柱状である赤プリズム32、及びブロック状の緑プリズム33がこの順で図において右側に順次配置されて互いに組み合わされている。
Referring to FIGS. 1 and 2, the
青プリズム31は、鋭角をなす入射出面31aと青ダイクロイック面31b(青ダイクロイックコート層38が形成されている。)を備える。また、青プリズム31は青色用のDMD5Bが対向して配置された青入射出面31cを備える。赤プリズム32は、青プリズム31の青ダイクロイック面31bに対向して配置された赤ギャップ形成面32aと、この赤ギャップ形成面32aと鋭角をなす赤ダイクロイック面32b(赤ダイクロイックコート層39が形成されている。)とを備える。また、赤プリズム32は赤色用のDMD5Rが対向した配置された赤入射出面32cを備える。緑プリズム33は、赤ダイクロイック面32bに対向して配置された緑ギャップ形成面33aと、この緑ギャップ形成面33aと鋭角をなすように対向する緑入射出面33cを備える。緑入射出面33cと対向して緑色用のDMD5Gが配置されている。
The
青プリズム31と赤プリズム32との間、具体的には青ダイクロイック面31bと赤ギャップ形成面32aとの間には、エアギャップ34が設けられている。このエアギャップ34は投影光の光軸に対し28.5°傾斜しており、投影光の光軸とエアギャップ34の法線からなる面は、TIRプリズムユニット3のエアギャップ23の法線N1と投影光の光軸からなる面(第1仮想平面P1)に対して直交している。また、赤プリズム32と緑プリズム33との間、具体的には赤ダイクロイック面32bと緑ギャップ形成面33aとの間に、エアギャップ35が設けられている。このエアギャップ35は投影光の光軸に対し11.5°傾斜しており、投影光軸とエアギャップ35の法線からなる面は、同様に第1仮想平面P1に対して直交している。
An air gap 34 is provided between the
図13は、赤プリズム32の赤ギャップ形成面32a(青プリズム31の青ダイクロイック面31bと対向している)を図2の矢印A1で示すように青プリズム31側から見た図である。また、図14は、赤プリズム32の赤ダイクロイック面32bを図2の矢印A2で示すように緑プリズム33側から見た図である。カラープリズムユニット4が備えるエアギャップ34,35は、照明光と投影光を透過させると共に、迷光・ゴースト等の発生を防ぐために非投影光も透過させるので、図13及び図14に最も明瞭に示すようにエアギャップ34,35の領域は細長い形状となっている。
FIG. 13 is a view of the red gap forming surface 32a of the red prism 32 (opposing the blue dichroic surface 31b of the blue prism 31) as viewed from the
以下、図2、図13、及び図14を参照して、カラープリズムユニット4における照明光、投影光、及び非投影光の光路を説明する。
Hereinafter, the optical paths of illumination light, projection light, and non-projection light in the
照明光の光路は以下の通りである。まず、TIRプリズムユニット3からの照明光は、入射出面31aから青プリズム31に入射する。青プリズム31に入射した照明光のうち、青色光は青ダイクロイック面31bで反射され、他の緑色光及び赤色光は青ダイクロイック面31bを透過する(図13の照明光有効領域EI)。青ダイクロイック面31bで反射された青色光は、入射出面31aで全反射され、青プリズム31の青入射出面31cより射出して、青色用のDMD5Bを照明する。青ダイクロイック面31bを透過した照明光のうち、赤色光は赤ダイクロイック面32bで反射され、緑色光は赤ダイクロイック面32bを透過する(図14の照明光有効領域EI’)。赤ダイクロイック面32bで反射された赤色光は、青ダイクロイック面31bに隣接するエアギャップ34により全反射され(図13の照明光全反射領域RI)、赤プリズム32の赤入射出面32cより射出して、赤色用のDMD5Rを照明する。赤ダイクロイック面32bを透過した緑色光は、緑プリズム33の緑入射出面33cより射出して、緑色用のDMD5Gを照明する。
The optical path of the illumination light is as follows. First, the illumination light from the
ここで、各DMD5B〜5Gの偏向角は±12°であり、図2に示す投影光軸は各DMD5B〜5G(緑用DMDで例示)に垂直即ち法線方向となり、照明光軸は法線に対して24°を成すように設定されている。具体的には、各色の照明光は対応するDMD5B〜5Gを入射角24°で照明する。DMD5B〜5Gが備えるマイクロミラー(投影画像の各画素に対応する)は、照明光軸側に12°傾いた状態で照明光を反射することにより、DMD5B〜5Gに垂直な方向に投影光を射出する。また、マイクロミラーは照明光軸側とは逆方向に12°傾いた状態で照明光を反射することにより、射出角48°で非投影光を射出する。このマイクロミラーの傾斜方向の切り替えにより光変調が行われる。 Here, the deflection angles of the DMDs 5B to 5G are ± 12 °, and the projection optical axes shown in FIG. 2 are perpendicular to the DMDs 5B to 5G (illustrated as green DMDs), that is, normal directions, and the illumination optical axes are normal lines. Is set to be 24 °. Specifically, the illumination light of each color illuminates the corresponding DMDs 5B to 5G at an incident angle of 24 °. The micro mirrors (corresponding to each pixel of the projection image) provided in the DMDs 5B to 5G emit the projection light in a direction perpendicular to the DMDs 5B to 5G by reflecting the illumination light in a state inclined by 12 ° toward the illumination optical axis side. To do. Further, the micromirror emits non-projection light at an emission angle of 48 ° by reflecting the illumination light in a state inclined by 12 ° in the direction opposite to the illumination optical axis side. Light modulation is performed by switching the tilt direction of the micromirror.
各DMD5B〜5Gから射出された投影光の光路は以下の通りである。青色用のDMD5Bで反射された青色の投影光は、青入射出面31cに入射して入射出面31aで全反射され、その後、青ダイクロイック面31bで反射される(図13の投影光有効領域EP)。赤色用のDMD5Rで反射された赤色の投影光は、赤入射出面32cに入射して、青ダイクロイック面31bに隣接するエアギャップ34により全反射され(図13の投影光全反射領域RP)、その後、赤ダイクロイック面32bで反射され(図14の投影光有効領域EP’)、さらに青ダイクロイック面31bを透過する(図13の投影光有効領域EP)。緑色用DMD5Gで反射された緑色の投影光は、緑入射出面33cに入射して、赤ダイクロイック面32b(図14の投影光有効領域EP’)と青ダイクロイック面31b(図13の投影光有効領域EP)を透過する。青色、赤色、及び緑色の各投影光は同一光軸に合成され、入射出面31aから射出されて、TIRプリズムユニット3に入射する。
The optical path of the projection light emitted from each DMD 5B to 5G is as follows. The blue projection light reflected by the blue DMD 5B enters the blue incident / exit surface 31c, is totally reflected by the incident / exit surface 31a, and then is reflected by the blue dichroic surface 31b (projected light effective area EP in FIG. 13). . The red projection light reflected by the red DMD 5R is incident on the red incident / exit surface 32c, and is totally reflected by the air gap 34 adjacent to the blue dichroic surface 31b (projected light total reflection region RP in FIG. 13). Then, it is reflected by the red dichroic surface 32b (projection light effective region EP ′ in FIG. 14) and further passes through the blue dichroic surface 31b (projection light effective region EP in FIG. 13). The green projection light reflected by the green DMD 5G is incident on the green incident / exit surface 33c, and the red dichroic surface 32b (projection light effective region EP ′ in FIG. 14) and the blue dichroic surface 31b (projection light effective region in FIG. 13). EP) is transmitted. The blue, red, and green projection lights are combined on the same optical axis, emitted from the entrance / exit surface 31a, and enter the
各DMD5B〜5Gから射出された非投影光の光路は以下の通りである。青色用のDMD5Bで反射された青色の非投影光は、青入射出面31cに入射して入射出面31aで全反射され、その後、青ダイクロイック面31bで反射される(図13の非投影光有効領域ENP)。赤色用のDMD5Rで反射された赤色の非投影光は、赤入射出面32cに入射して、エアギャップ34により全反射され(図13の非投影光全反射領域RNP)、その後、赤ダイクロイック面32bで反射され(図14の非投影光有効領域ENP’)、さらに青ダイクロイック面31bを透過する(図13の非投影光有効領域ENP)。緑色用DMD5Gで反射された緑色の非投影光は、緑入射出面33cに入射して、赤ダイクロイック面32b(図14の非投影光有効領域ENP’)と青ダイクロイック面31b(図13の非投影光有効領域ENP)を透過する。青色、赤色、及び緑色の各投影光は、入射出面31aからTIRプリズムユニット3に入射しない方向に射出される。
The optical path of the non-projection light emitted from each DMD 5B to 5G is as follows. The blue non-projection light reflected by the blue DMD 5B enters the blue incident / exit surface 31c, is totally reflected by the incident / exit surface 31a, and then is reflected by the blue dichroic surface 31b (non-projection light effective region in FIG. 13). ENP). The red non-projection light reflected by the red DMD 5R enters the red incident / exit surface 32c and is totally reflected by the air gap 34 (non-projection light total reflection region RNP in FIG. 13), and then the red dichroic surface 32b. Is reflected (non-projection light effective area ENP ′ in FIG. 14) and further passes through the blue dichroic surface 31b (non-projection light effective area ENP in FIG. 13). The green non-projection light reflected by the green DMD 5G is incident on the green incident / exit surface 33c, and the red dichroic surface 32b (non-projection light effective area ENP ′ in FIG. 14) and the blue dichroic surface 31b (non-projection in FIG. 13). The light effective area ENP) is transmitted. The blue, red, and green projection lights are emitted from the incident / exit surface 31a in directions that do not enter the
エアギャップ34は、スペーサ36を挟み込んだ青ダイクロイック面31b(青プリズム31)と赤ギャップ形成面32a(赤プリズム32)を接着剤37で接合することで形成している。同様に、エアギャップ35は、スペーサ36を挟み込んだ赤ダイクロイック面32b(赤プリズム32)と緑ギャップ形成面33a(緑プリズム33)を接着剤37で接合することで形成している。本実施形態では、スペーサ36は7.5μmの均一な厚みを有するポリイミドフィルムを一辺5mmの正方形に切断したものを使用している。
The air gap 34 is formed by bonding a blue dichroic surface 31 b (blue prism 31) sandwiching the
図13を参照すると、エアギャップ34では、破線を付して示す非有効領域NE(青ダイクロイック面31bと赤ギャップ形成面32aのいずれにおいても照明光、投影光、及び非投影光のいずれも通過も反射もしない領域)のうち、投影光有効領域EP(前述のように青ダイクロイック面31bで青色の投影光が反射される一方、赤色及び緑色の投影光は透過する領域)と、非投影光有効領域ENP(前述のように青ダイクロイック面31bで青色の非投影光が反射される一方、赤色及び緑色の非投影光は透過する領域)との間に一対のスペーサ36が配置されている。非有効領域NEのうち投影光有効領域EPと非投影光有効領域ENPの間の箇所は青ダイクロイック面31b(青プリズム31)と赤ギャップ形成面32a(赤プリズム32)の長手方向の両端部から離れた位置にあるので、青プリズム31や赤プリズム32の熱膨張によるエアギャップ34の潰れが生じやすい。従って、この箇所にスペーサ36を配置することで、熱膨張によるエアギャップ34の潰れを防止できる。潰れを防止できるのでエアギャップ34の厚みを薄く設定できるため、エアギャップ34が投影光の光軸に傾斜していることに起因する非点隔差を効果的に抑制し、良好な投影画像が得られる。なお、スペーサ36はエアギャップ34の短手方向の両端に一対設けられているが、いずれか1箇所でもエアギャップ34の潰れを防止する効果はある。ただし、短手方向の両端2箇所に設けるほうが、エアギャップ34の潰れを防止する効果がより高いので好ましい。
Referring to FIG. 13, in the air gap 34, the non-effective area NE indicated by a broken line (all of the illumination light, the projection light, and the non-projection light pass through both the blue dichroic surface 31b and the red gap formation surface 32a). Projection light effective area EP (area where blue projection light is reflected by blue dichroic surface 31b as described above, and red and green projection light is transmitted), and non-projection light A pair of
また、エアギャップ34では、非有効領域NEのうち非投影光有効領域ENP側の端部と、照明光有効領域EI(前述のように青ダイクロイック面31bで青色の照明光が反射される一方、赤色及び緑色の照明光が透過する領域)側の端部にも、それぞれ一対のスペーサ36が配置されている。このように、青ダイクロイック面31b(青プリズム31)と赤ギャップ形成面32a(赤プリズム32)の長手方向の両端部にもスペーサ36を配置することで、青プリズム31や赤プリズム32の熱膨張によるエアギャップ34の潰れをより確実に防止できる。なお、スペーサ36はエアギャップ34の長手方向のそれぞれの端部に一対設けられているが、長手方向の端部のいずれか一方は1箇所にのみスペーサ36を配置する構成でもエアギャップ34の潰れを防止する効果はある。ただし、長手方向の両端部にそれぞれ一対のスペーサを設けるほうが、エアギャップ34の潰れを防止する効果がより高いので好ましい。
Further, in the air gap 34, the end of the non-effective area NE on the non-projection light effective area ENP side and the illumination light effective area EI (while blue illumination light is reflected by the blue dichroic surface 31b as described above, A pair of
図14を参照すると、エアギャップ35では、破線を付して示した非有効領域NE’(赤ダイクロイック面32bと緑ギャップ形成面33aのいずれにおいても照明光、投影光、及び非投影光のいずれも通過も反射もしない領域)のうち、投影光有効領域EP’(前述のように赤ダイクロイック面32bで赤色の投影光が反射される一方、緑色の投影光は透過する領域)と、非投影光有効領域ENP’(前述のように赤ダイクロイック面32bで赤色の非投影光が反射される一方、緑色の非投影光は透過する領域)との間に一対のスペーサ36が配置されている。非有効領域NE’のうち投影光有効領域EP’と非投影光有効領域ENP’の間の箇所は赤ダイクロイック面32b(赤プリズム32)と緑ギャップ形成面33a(緑プリズム33)の長手方向の両端部から離れた位置にあるので、赤プリズム32や緑プリズム33の熱膨張によるエアギャップ35の潰れが生じやすい。従って、この箇所にスペーサ36を配置することで、熱膨張によるエアギャップ35の潰れを防止できる。潰れを防止できるのでエアギャップ35の厚みを薄く設定でき、エアギャップ35が投影光の光軸に傾斜していることに起因する非点隔差を効果的に抑制し、良好な投影画像が得られる。
Referring to FIG. 14, in the air gap 35, any of the non-effective area NE ′ (shown with a broken line), which is any of illumination light, projection light, and non-projection light, in any of the red dichroic surface 32 b and the green gap formation surface 33 a Of the projection light effective area EP ′ (the area in which the red projection light is reflected by the red dichroic surface 32b and the green projection light is transmitted) as described above, and the non-projection A pair of
また、エアギャップ35では、非有効領域NE’のうち非投影光有効領域ENP’側の端部と、照明光有効領域EI’(前述のように赤ダイクロイック面32bで赤色の照明光が反射される一方、緑色の照明光が透過する領域)側の端部にも、それぞれ一対のスペーサ36が配置されている。このように、赤ダイクロイック面32b(赤プリズム32)と緑ギャップ形成面33a(緑プリズム33)の長手方向の両端部にもスペーサ36を配置することで、赤プリズム32や緑プリズム33の熱膨張によるエアギャップ34の潰れをより確実に防止できる。
Further, in the air gap 35, red illumination light is reflected by the end of the non-projection effective region ENP ′ side of the non-effective region NE ′ and the illumination effective region EI ′ (the red dichroic surface 32b as described above. On the other hand, a pair of
図13に示すように、エアギャップ34では、青ダイクロイック面31bの青ダイクロイックコート層38が形成された領域は、スペーサ36が配置されている領域を含む。同様に、図14に示すように、エアギャップ35では、赤ダイクロイック面32bの赤ダイクロイックコート層39が形成された領域は、スペーサ36が配置されている領域を含む。このようにダイクロイックコート層38,39が形成された領域がスペーサ36が配置された箇所を含むことで、ダイクロイックコート層38,39の厚みの影響を受けることなく、エアギャップ34,35の厚みを設定できる。
As shown in FIG. 13, in the air gap 34, the region where the blue
ダイクロイックコート層38,39は、Al 2 O 3 又はその混合物を含む。高い熱伝導率を有するAl 2 O 3 をダイクロイックコート層38,39に含有させることで、吸収した熱をカラープリズムユニット4の表面全体に速く伝達させて局所的な熱膨張を抑制できるので、エアギャップ34,35の潰れをより効果的に防止できる。
The dichroic coat layers 38 and 39 include Al 2 O 3 or a mixture thereof. By containing Al 2 O 3 having high thermal conductivity in the dichroic coat layers 38 and 39, the absorbed heat can be quickly transmitted to the entire surface of the
図2を参照すると、青及び赤ダイクロイック面31b,32bの光の通過する領域は、それぞれエアギャップ34,35に対して凹面としている。ダイクロイックコート層38,39を形成した青及び赤ダイクロイック面31b,32bは熱吸収が顕著である。青及び赤ダイクロイック面31b,32bを凹面とすることで、ダイクロイックコート層38,39の熱膨張に起因する凸面化をキャンセルする効果が得られ、エアギャップ34,35の潰れをより効果的に防止できる。例えば、青及び赤ダイクロイック面31b,32bは、He−Neレーザ(波長は633nm)の光を用いたときのニュートンフリンジの数が例えば−6本以上−10本以下の凹面に研磨される。 Referring to FIG. 2, the light passing regions of the blue and red dichroic surfaces 31b and 32b are concave with respect to the air gaps 34 and 35, respectively. The blue and red dichroic surfaces 31b and 32b on which the dichroic coat layers 38 and 39 are formed have remarkable heat absorption. By making the blue and red dichroic surfaces 31b and 32b concave, the effect of canceling the convexity caused by the thermal expansion of the dichroic coat layers 38 and 39 can be obtained, and the collapse of the air gaps 34 and 35 can be prevented more effectively. it can. For example, the blue and red dichroic surfaces 31b and 32b are polished into concave surfaces having a number of Newton fringes of, for example, -6 or more and -10 or less when a He-Ne laser (wavelength is 633 nm) is used.
(第2実施形態)
図15及び図16は、第2実施形態の画像投影装置1を示す。
(Second Embodiment)
FIG.15 and FIG.16 shows the
図15を参照すると、本実施形態では、TIRプリズムユニット3のスペーサ25’が第1実施形態とは異なる。
Referring to FIG. 15, in this embodiment, the
本実施形態におけるスペーサ25’は、TIRプリズムユニット3を構成する2つのプリズム21,22のうち小さい方のプリズムである第2プリズム22のギャップ形成面22bに膜厚5μmのSiO2膜を作成することにより形成される。具体的には、プリズム21の第2ギャップ形成面22bのスペーサ25’を配置する箇所以外を覆うマスクを装着し、蒸着、或いは、スパッタリングによってSiO2膜を形成する。その後、プリズム21,22を例えば接着剤により互いに貼り合わせる。スペーサ25’の形成箇所は、第1実施形態のスペーサ25と同様である(例えば図3、図6、及び図7参照)。膜厚5μmに対してスペーサ25’の間隔は27mmから50mm程度とすることが好ましい。第1実施形態と同様に、接着剤はスペーサ25’にかからない位置に塗布され、接着剤の厚みがエアギャップ23の厚みに影響しないようになっている。
The
本実施形態のように、成膜によりスペーサ25’を形成することにより、エアギャップ23の厚み精度、平行度の精度がより一層向上する。また、スペーサ25’は第2プリズム22と一体となっているので、プリズム21,22の貼り合わせ時の作業性も非常に良好である。
By forming the
SiO2以外に、Al2O3、Nb2O5、TiO2等の蒸着材料、Al等の金属材料を用いて、成膜タイプのスペーサ25’を形成してもよい。
In addition to SiO 2 , a
本実施形態では、第2プリズム22のギャップ形成面22bは、平面に対しニュートンフリンジの数で±2本の間で、凹面や凸面への形状ズレを許容した範囲で研磨される。一方、第1プリズム21のギャップ形成面21bは、平面に対しHe−Neレーザ(波長は633nm)の光を用いたときのニュートンフリンジの数で−12本から−18本の間で、エアギャップ23に対して凹面形状となるよう研磨されており、貼り合わしてエアギャップ23を形成したとき、エアギャップ23の厚みは周辺領域より中央領域が3μm以上6μm以下程度厚くなっている。このようにエアギャップ23の中央領域の厚みを周辺領域の厚みよりも十分大きく設定することにより、熱膨張によるエアギャップ23の潰れをより効果的に防止できる。
In the present embodiment, the gap forming surface 22b of the
TIRプリズムユニット3のうち、照明光が通過する第1プリズム21のほうが、熱の影響を受けやすい。しかし、第1プリズム21のギャップ形成面21bを凹面形状とすることで、熱膨張によるエアギャップ形成面21bの凸面への変形を防止できる。この点でも、エアギャップ23の潰れを効果的に防止でき、良好な投影画像が得られる。
Of the
本実施形態はカラープリズムユニット4の構成が第1実施形態と異なる。具体的には、本実施形態におけるカラープリズムユニット4は、TIRプリズムユニット3の図において右側に配置されており、概ね三角柱状であるクリアプリズム41、同様に概ね三角柱状である赤プリズム32’と青プリズム31’、及びブロック状の緑プリズム33’がこの順で図において右側に順次配置されて互いに組み合わされている。
This embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the
クリアプリズム41は互いに鋭角をなす入射出面41aとギャップ形成面41bを備える。赤プリズム32’はクリアプリズム41のギャップ形成面41bに対向して配置された赤ギャップ形成面32a’と、この赤ギャップ形成面32a’と鋭角をなす赤ダイクロイック面32b’(赤ダイクロイックコート層39’が設けられている)とを備える。また、赤プリズム32’は赤色用のDMD5Rが対向して配置された赤入射出面32c’を備える。青プリズム31’は赤プリズム32’の赤ダイクロイック面32b’に対向して配置された青ギャップ形成31a’と、このギャップ形成31a’と鋭角をなす青ダイクロイック面31b’(青ダイクロイックコート層38’が設けられている)を備える。また、青プリズム31’は青色用のDMD5Bが対向した配置された青入射出面31c’を備える。緑プリズム33’は青プリズム31’の青ダイクロイック面31b’に対向して配置された緑ギャップ形成面33a’と、緑色用のDMD5Gが対向した配置された緑入出射面33c’を備える。
The clear prism 41 includes an incident / exit surface 41a and a gap forming surface 41b that form an acute angle with each other. The
クリアプリズム41のギャップ形成面41bと赤プリズム32’の赤ギャップ形成面32a’との間には、エアギャップ42が設けられている。このエアギャップ42は投影光の光軸に対し18°傾斜している。また、投影光の光軸とエアギャップ42の法線からなる面は、TIRプリズムユニット3のエアギャップ23の法線N1と投影の光軸からなる面(図3に示す第1仮想平面P1)と直交している。
An air gap 42 is provided between the gap forming surface 41 b of the clear prism 41 and the red gap forming surface 32 a ′ of the
赤プリズム32’の赤ダイクロイック面32b’と青プリズム31’の青ギャップ形成面31a’との間には、エアギャップ43が設けられている。このエアギャップ43は投影光の光軸に対し18°傾斜している。また、投影光の光軸とエアギャップ43の法線からなる面は、TIRプリズムユニット3のエアギャップ23の法線N1と投影光の光軸からなる面(第1仮想平面P1)と直交している。18度の傾斜方向は、クリアプリズム41と赤プリズム32’によるエアギャップ42の傾き方向とは逆方向である。
An air gap 43 is provided between the red dichroic surface 32b 'of the red prism 32' and the blue gap forming surface 31a 'of the blue prism 31'. The air gap 43 is inclined by 18 ° with respect to the optical axis of the projection light. Further, the surface made up of the optical axis of the projection light and the normal line of the air gap 43 is orthogonal to the surface made of the normal line N1 of the
青プリズム31’の青ダイクロイック面31b’と緑プリズム33’の緑ギャップ形成面33a’との間には、エアギャップ44が設けられている。このエアギャップ44も投影光の光軸に対し18°傾斜している。また、投影光の光軸とエアギャップ44の法線からなる面は、同様にTIRプリズムユニット3のエアギャップ23の法線N1と投影光の光軸からなる面(第1仮想平面P1)と直交している。18度の傾斜方向は、クリアプリズム41と赤プリズム32’によるエアギャップ42の傾き方向と同じ方向である。
An air gap 44 is provided between the blue dichroic surface 31b 'of the blue prism 31' and the green gap forming surface 33a 'of the green prism 33'. The air gap 44 is also inclined by 18 ° with respect to the optical axis of the projection light. Similarly, the surface composed of the optical axis of the projection light and the normal line of the air gap 44 is similar to the surface composed of the normal line N1 of the
第1実施形態と同様に、本実施形態におけるカラープリズムユニット4が備えるエアギャップ42〜44も照明光と投影光を透過させると共に、迷光・ゴースト等の発生を防ぐために非投影光も透過させるので、細長い形状となっている(図13及び図14参照)。これらのエアギャップ42〜44には、TIRプリズムユニット3と同様、厚み10μmのSiO2膜からなるスペーサ36’が形成されている。スペーサ36’は、エアギャップ42〜44の非有効領域(図13,14の符号NE,NE’参照)の両端部の4箇所(4隅)に加え、投影有効領域(図13,図14の符号EP,EP’参照)と非投影光有効領域(図13,図14の符号ENP,ENP’参照)の間の箇所(2箇所)に配置されている。これらの箇所にスペーサ36’を配置することで、細長いエアギャップ42,43,44の熱膨張時の潰れを確実に防止している。
As in the first embodiment, the air gaps 42 to 44 included in the
カラープリズムユニット4における照明光の光路は以下の通りである。TIRプリズムユニット3からの照明光は、入射出面41aからクリアプリズム41に入射し、さらにエアギャップ42を介して赤プリズム32’に入射する。赤ダイクロイック面32b’で照明光のうち赤色光が反射され、他の緑色光及び青色光は赤ダイクロイック面32b’を透過する。赤ダイクロイック面32b’で反射された赤色光は、エアギャップ42により全反射され、赤入射出面32c’より射出してDMD5Rを照明する。一方、赤ダイクロイック面32b’を透過した緑色光と青色光のうち、青色光は青ダイクロイック面31b’で反射され、緑色光は青ダイクロイック面31b’を透過する。青ダイクロイック面31b’で反射された青色光は、エアギャップ43により全反射され、青入射出面31c’より射出して、DMD5Bを照明する。青ダイクロイック面31b’を透過した緑色光は、緑プリズム33’の緑入射出面33c’より射出して、DMD5Gを照明する。
The optical path of the illumination light in the
カラープリズムユニット4における投影光の光路は以下の通りである。赤色用のDMD5Rで反射された赤色の投影光は、赤入射出面32c’から入射してエアギャップ42で全反射された後、赤ダイクロイック面32b’で反射される。また、青色用のDMD5Bで反射された青色の投影光は、青入射出面31c’に入射して、エアギャップ43により全反射された後、青ダイクロイック面31b’で反射され、さらに赤ダイクロイック面32b’を透過する。さらに、緑色用のDMD5Gで反射された緑色の投影光は、緑入射出面33c’に入射して、青ダイクロイック面31b’と赤ダイクロイック面32b’を透過する。そして、これら赤色、青色、及び緑色の各投影光は、同一光軸に合成され、クリアプリズム41の入射出面41aから射出して、TIRプリズムユニット3に入射する。なお、カラープリズムユニット4における非投影光の光路は、通過及び反射する位置が図において上方であり、クリアプリズム41の入射出面41aからTIRプリズムPRから外れた方向に向かう方向に射出される点を除いて投影光と同様である。
The optical path of the projection light in the
第2実施形態のその他の構成及び作用は第1実施形態と同様である。図10A〜図10I、図11A,11B、及び図12A,12Bの構成は、第2実施形態でも採用可能である。 Other configurations and operations of the second embodiment are the same as those of the first embodiment. The configurations of FIGS. 10A to 10I, FIGS. 11A and 11B, and FIGS. 12A and 12B can also be employed in the second embodiment.
1 画像投影装置
2 照明光学系
3 内部全反射(TIR)プリズムユニット
4 カラープリズムユニット
5B,5R,5G デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)
6 投影光学系
11 光源
12 リフレクタ
13 ロッドインテグレータ
14 集光レンズ
15 リレー光学系
16 エントランスレンズ
21 第1プリズム
21a 入射出面
21b ギャップ形成面
21c 入射面
22 第2プリズム
22a 射出面
22b ギャップ形成面
22c 表面
23 エアギャップ
24 凹面
25,25’ スペーサ
26 接着剤
27 連結部材
28 ニュートンフリンジ
29 凸面
31,31’ 青プリズム
31a 入射出面
31b 青ダイクロイック面
31c 青入射出面
31a’ 青ギャップ形成面
31b’ 青ダイクロイック面
31c’ 青入射出面
32,32’ 赤プリズム
32a 赤ギャップ形成面
32b 赤ダイクロイック面
32c 赤入射出面
32’a 赤ギャップ形成面
32b’ 赤ダイクロイック面
32c’ 赤入射出面
33,33’ 緑プリズム
33a 緑ギャップ形成面
33c 緑入射出面
33a’ 緑ギャップ形成面
33c’ 緑入射出面
34,35 エアギャップ
36,36’ スペーサ
37 接着剤
38,38’ 青ダイクロイックコート層
39,39’ 赤ダイクロイックコート層
41 クリアプリズム
41a 入射出面
41b ギャップ形成面
42,43,44 エアギャップ
N1 法線
P1 第1仮想平面
P2 第2仮想平面
t スペーサ25の厚み
δ エアギャップ23の周辺領域と中央領域の厚みの差
Tmax エアギャップの最大厚み
θi,θi’ 入射角度
ε,ε’ 非点隔差
NE,NE’ 非有効領域
EI,EI’ 照明光有効領域
EP,EP’ 投影光有効領域
ENP,ENP’ 非投影光有効領域
RI 照明光全反射領域
RP 投影光全反射領域
RNP 非投影光全反射領域
DESCRIPTION OF
6 Projection optical system 11 Light source 12 Reflector 13 Rod integrator 14 Condensing lens 15 Relay optical system 16 Entrance lens 21 First prism 21a Incident exit surface 21b Gap forming surface 21c Incident surface 22 Second prism 22a Ejecting surface 22b Gap forming surface 22c Surface 23 Air gap 24 Concave surface 25, 25 'Spacer 26 Adhesive 27 Connecting member 28 Newton fringe 29 Convex surface 31, 31' Blue prism 31a Incident exit surface 31b Blue dichroic surface 31c Blue incident exit surface 31a 'Blue gap forming surface 31b' Blue dichroic surface 31c ' Blue incident exit surface 32, 32 'Red prism 32a Red gap forming surface 32b Red dichroic surface 32c Red incident exit surface 32'a Red gap forming surface 32b' Red dichroic surface 32c 'Red incident exit surface 33, 3 'Green prism 33a Green gap forming surface 33c Green incident exit surface 33a' Green gap forming surface 33c 'Green incident exit surface 34,35 Air gap 36,36' Spacer 37 Adhesive 38,38 'Blue dichroic coat layer 39,39' Red dichroic Coat layer 41 Clear prism 41a Incident exit surface 41b Gap forming surface 42, 43, 44 Air gap N1 Normal line P1 First virtual plane P2 Second virtual plane t Spacer 25 thickness δ The thickness of the peripheral region and the central region of the air gap 23 Difference Tmax Maximum thickness of air gap θi, θi ′ Incident angle ε, ε ′ Astigmatic difference NE, NE ′ Non-effective area EI, EI ′ Illuminating light effective area EP, EP ′ Projected light effective area ENP, ENP ′ Non-projected light Effective area RI Total illumination area for illumination light RP Total reflection area for projection light RNP Non-projection light total reflection area
Claims (6)
前記複数のプリズムのうちの1つが有する第1の表面と前記複数のプリズムのうちの他の1つが有する第2の表面とがスペーサを挟み込んで互いに対向して、前記第1の表面と前記第2の表面の間に前記投影光の光軸に対して傾斜したエアギャップが形成され、
前記第1及び第2の表面のうちの一方に、特定の色光を反射して他の特定の色光を透過させるダイクロイックコート層が形成され、
前記スペーサは、前記第1及び第2の表面のいずれにおいても前記照明光、前記投影光、及び前記非投影光のいずれも通過も反射もしない非有効領域のうち、前記ダイクロイックコート層が前記特定の色光の前記投影光を反射して前記他の特定の色光の前記投影光を透過させる投影光有効領域と、前記ダイクロイックコート層が前記特定の色光の前記非投影光を反射して前記他の特定の色光の前記非投影光を透過させる非投影光有効領域との間の箇所に配置されると共に、前記非有効領域のうち前記投影光有効領域と前記非投影光有効領域とが並ぶ方向の両端部に配置されている、カラープリズムユニット。 Composed of a plurality of prisms, the illumination light is decomposed into a plurality of color lights and incident on a plurality of reflective image display elements, and the projection lights from the plurality of reflective image display elements are combined and emitted to a projection optical system. And a color prism unit for emitting non-projection light from the plurality of reflective image display elements in a direction different from the projection light,
A first surface of one of the plurality of prisms and a second surface of the other one of the plurality of prisms face each other with a spacer interposed therebetween, so that the first surface and the first surface An air gap inclined with respect to the optical axis of the projection light is formed between the two surfaces,
A dichroic coat layer that reflects specific color light and transmits other specific color light is formed on one of the first and second surfaces,
The spacer includes the dichroic coat layer in the non-effective area in which neither the illumination light, the projection light, nor the non-projection light passes or reflects on any of the first and second surfaces. A projection light effective area that reflects the projection light of the specific color light and transmits the projection light of the other specific color light; and the dichroic coat layer reflects the non-projection light of the specific color light and the other light disposed at a location between the non-projection light effective area for transmitting the non-projection light of a specific color light Rutotomoni, the direction and the projection optical effective region and the non-projection light effective area are arranged within the non-active area Color prism unit arranged at both ends .
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