WO2015133260A1

WO2015133260A1 - プロジェクション装置、光学接合部品の製造方法、および、光学接合部品

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Publication number: WO2015133260A1
Application number: PCT/JP2015/054215
Authority: WO
Inventors: 増渕　友一; みゆき寺本; 澤井　靖昌
Original assignee: コニカミノルタ株式会社
Priority date: 2014-03-07
Filing date: 2015-02-17
Publication date: 2015-09-11
Also published as: JPWO2015133260A1

Abstract

　このプロジェクション装置（１０）は、高輝度光源（１０Ａ）と、高輝度光源（１０Ａ）から出射された光を照明光にする照明光学系（１０Ｂ）と、照明光学系（１０Ｂ）から出射された照明光を投影光にする投影光学系（１０Ｃ）とを備え、照明光学系（１０Ｂ）および投影光学系（１０Ｃ）の少なくともいずれか一方は、シリコンを主成分とし、硬化後にシリカガラスを形成する材料を接合剤に用いて接合された光学接合部品（１３，１７）を含む。

Description

プロジェクション装置、光学接合部品の製造方法、および、光学接合部品

　この発明は、プロジェクション装置、光学接合部品の製造方法、および、光学接合部品に関する。

　プロジェクション装置には、インテグレータロッド、プリズム、クロスプリズム、偏光ビームスプリッタ、接合レンズ、複合型非球面レンズ、その他の光学部品が用いられている。特開平１１－２８１８０６号公報（特許文献１）には、有機材料の樹脂接着剤を用いた光学ブロックが開示されている。特開２０１１－２３３５９１号公報（特許文献２）には、オプティカルコンタクトでガラスロッドを接合する光学ガラスロッドが開示されている。

　特開２００６－０２１９４４号公報（特許文献３）には、乾燥温度が５００度で平面ガラスを接合する方法が開示されている。特開２００６－３０１５８５号公報（特許文献４）では、面精度（ＰＶ）が０．５μｍ以下、表面粗さ（Ｒａ)が０．５ｎｍ以下の加工精度のプリズムをオプティカルコンタクトで接合するクロスダイクロイックプリズムが開示されている。特開２００２－０８８３１８号公報（特許文献５）には、親水処理されたガラス基板を水ガラスで接合するマイクロガラスチップが開示されている。

特開平１１－２８１８０６号公報特開２０１１－２３３５９１号公報特開２００６－０２１９４４号公報特開２００６－３０１５８５号公報特開２００２－０８８３１８号公報

　上記した光学部品を製造する際に用いられる接合剤は樹脂であるため、耐光性、耐熱性が弱く、ハイパワー光源、レーザ光源を用いた装置で用いることは困難である。たとえば、プロジェクション装置においては、光源から発せられる熱により装置自体が高温になるため、接合剤が樹脂の場合には、耐熱性の限界から、光学部品の性能が安定しない状態となる。

　また、光学部品を製造する際に接合剤を用いないオプティカルコンタクトを用いた場合には、樹脂に比べて耐光性、耐熱性は優れている。しかし、接合面の面精度、面粗さは高い精度が必要であり、製作温度も高温となるため、製作の難易度が高い。また、オプティカルコンタクトの前に、接合部材がコーティングされている場合、高温等の作製条件により、分光特性に不具合を生じる可能性も考えられる。

　したがって、本発明は上記課題を解決することにあり、容易に製造できる耐光性、耐熱性に優れる光学部品を備える、プロジェクション装置、光学接合部品の製造方法、および、光学接合部品を提供することを目的とする。

　この発明に基づいたプロジェクション装置のある局面においては、高輝度光源と、上記高輝度光源から出射された光を照明光にする照明光学系と、上記照明光学系から出射された照明光を投影光にする投影光学系とを備え、上記照明光学系および投影光学系の少なくともいずれか一方は、シリコンを主成分とし、硬化後にシリカガラスを形成する材料を接合剤に用いて接合された光学接合部品を含む。

　他の形態においては、上記照明光学系は、上記光学接合部品としてインテグレータロッドを有し、上記インテグレータロッドは、第１ロッドおよび第２ロッドを有し、上記第１ロッドと上記第２ロッドとは、上記接合剤を用いて接合されている。

　他の形態においては、上記第１ロッドおよび上記第２ロッドは石英である。
　他の形態においては、上記投影光学系は、上記光学接合部品としてプリズムを有し、上記プリズムは、第１プリズムおよび第２プリズムを有し、上記第１プリズムと上記第２プリズムとの間に、上記接合剤を用いたスペーサーを部分的に配置することで、上記第１プリズムと上記第２プリズムとの間にエアギャップが形成された状態で、上記第１プリズムと上記第２プリズムとが接合されている。

　他の形態においては、上記投影光学系は、上記光学接合部品として色合成のクロスプリズムを有し、上記クロスプリズムは、第１ピース、第２ピース、第３ピースおよび第４ピースを有し、上記第１ピース、上記第２ピース、上記第３ピース、および、上記第４ピースは、上記接合剤を用いて接合されている。

　他の形態においては、上記投影光学系は、上記光学接合部品として偏光ビームスプリッタを有し、上記偏光ビームスプリッタは、第１プリズムおよび第２プリズムを有し、上記第１プリズムと上記第２プリズムとは、上記接合剤を用いて接合されている。

　他の形態においては、上記投影光学系は、接合レンズを有し、上記接合レンズは、第１レンズおよび第２レンズを有し、上記第１レンズおよび上記第２レンズは、上記接合剤を用いて接合されている。

　他の形態においては、上記接合剤は、水ガラス（ケイ酸ナトリウム）、Ｓｉ―Ｏを主鎖に持つ材料、または、Ｓｉ―Ｎを主鎖に持つポリシラザンを主成分に持つ材料である。

　この発明に基づいたプロジェクション装置の他の局面においては、高輝度光源と、上記高輝度光源から出射された光を照明光にする照明光学系と、上記照明光学系から出射された照明光を投影光にする投影光学系とを備え、上記投影光学系は、複合型非球面レンズを含み、上記複合型非球面レンズは、第１レンズおよび上記第１レンズに接合する第２レンズを有し、上記第２レンズは、硬化後にシリカガラスを形成する材料で形成されている。

　他の形態においては、硬化後にシリカガラスを形成する上記材料は、水ガラス（ケイ酸ナトリウム）、Ｓｉ―Ｏを主鎖に持つ材料、または、Ｓｉ―Ｎを主鎖に持つポリシラザンを主成分に持つ材料である。

　この発明に基づいた光学接合部品の製造方法においては、プロジェクション装置に用いる光学接合部品の製造方法であって、第１光学部品および第２光学部品を準備する工程と、上記第１光学部品および上記第２光学部品の接合面の一方の中心部に硬化前の接合剤を塗布する工程と、上記第１光学部品および上記第２光学部品の接合面を擦り合せながら上記接合面の全面に上記接合剤を薄く広げる工程と、１００℃以上２００℃以下にて上記接合剤を加熱硬化させて上記第１光学部品および上記第２光学部品を接合する工程とを備え、上記接合剤は、シリコンを主成分とし、硬化後にシリカガラスを形成する材料である。

　この発明に基づいた光学接合部品においては、高輝度光源と、上記高輝度光源から出射された光を照明光にする照明光学系と、上記照明光学系から出射された照明光を投影光にする投影光学系と、を備えるプロジェクション装置の上記照明光学系および投影光学系の少なくともいずれか一方に用いられる光学接合部品であって、複数のケイ酸塩ガラスと、該ケイ酸塩ガラスは、シリコンを主成分とした硬化後にシリカガラスを形成する材料を接合剤に用いて接合されている。

　この発明によれば、接合剤を用いた光学部品を含み、接合剤が耐光性、耐熱性に優れ、光学部品を容易に製造することができるプロジェクション装置、光学接合部品の製造方法、および、光学部品の提供を可能とする。

実施の形態１におけるプロジェクション装置の全体構成を示す模式図である。実施の形態１におけるプロジェクション装置の照明光学系に用いられるインテグレータロッドの構造を示す図である。実施の形態２におけるプロジェクション装置の他の投影光学系の構成を示す模式図である。実施の形態３におけるプロジェクション装置の全体構成を示す模式図である。実施の形態３におけるプロジェクション装置に用いられるクロスプリズムの構造を示す図である。実施の形態４におけるプロジェクション装置の全体構成を示す模式図である。実施の形態５におけるプロジェクション装置に用いられる投影装置の構成を示す模式図である。実施の形態５における投影装置に用いられる接合レンズの構成を示す断面図である。実施の形態５における投影装置に用いられる接合レンズの製造工程を示すフロー図である。実施の形態５における投影装置に用いられる接合型非球面レンズの構成を示す断面図である。各実施の形態の接合剤に用いられる水ガラスの分子式を示す図である。各実施の形態の接合剤に用いられるオルガノシロキサンの加水分解における化学反応式を示す図である。各実施の形態の接合剤に用いられるオルガノシロキサンの脱アルコール反応における化学反応式を示す図である。各実施の形態の接合剤に用いられるパーヒドロポリシラザンの加水分解における化学反応式を示す図である。実施例における光学接合部品の信頼性試験データを示す図である。

　この発明に基づいた実施の形態におけるプロジェクション装置について、以下、図を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。

　（実施の形態１）
　まず、図１を参照して本実施の形態におけるプロジェクション装置１０の概略構成について説明する。プロジェクション装置１０は、光源１０Ａ、照明光学系１０Ｂ、投影光学系１０Ｃを備える。

　光源１０Ａには、高輝度光源１１が用いられる。高輝度光源としては、ハイパワー光源、レーザ光源が挙げられる。以下に示す実施の形態においても同様である。照明光学系１０Ｂは、カラーホイール１２、インテグレータロッド１３、レンズ１４、全反射ミラー１５、およびレンズ１６を有する。投影光学系１０Ｃは、ＴＩＲプリズム（内部全反射プリズム）１７および投影装置１９を有する。ＴＩＲプリズム１７を挟んで投影装置１９とは反対側には、反射型画像表示素子１８が設けられている。

　高輝度光源１１から出射された光Ｌ１は、照明光学系１０ＢによりＴＩＲプリズム１７に導かれ、反射型画像表示素子１８に表示された画像が投影装置１９により、外部に設けられたスクリーン等に映し出される。

　（ＴＩＲプリズム１７）
　ＴＩＲプリズム１７は、２つの三角形を組み合わせたプリズムであり、第１プリズム１７ａおよび第２プリズム１７ｂを有する。第１プリズム１７ａおよび第２プリズム１７ｂの接合面には、通常ミクロンオーダーレベルの隙間からなるエアギャップＡＧが形成されている。

　本実施の形態のＴＩＲプリズム１７においては、このエアギャップＡＧを形成するためのスペーサー１７Ｃとして、シリコンを主成分とし、硬化後にシリカガラスを形成する材料を用いた接合剤が用いられている。第１プリズム１７ａと第２プリズム１７ｂとは、このスペーサー１７Ｃにより接合され、ＴＩＲプリズム１７は、光学接合部品を構成する。スペーサー１７Ｃは、第１プリズム１７ａおよび第２プリズム１７ｂの接合面の周囲に、部分的に線状または島状に設けられる。

　接合剤として機能するスペーサー１７Ｃとして、硬化後にシリカガラスを形成する材料としては、水ガラス（ケイ酸ナトリウム）、Ｓｉ―Ｏを主鎖に持つ材料、または、Ｓｉ―Ｎを主鎖に持つポリシラザンを主成分に持つ材料が挙げられる。水ガラス（ケイ酸ナトリウム）は、水分を蒸発させることでシリカガラスに硬化できる。濃度は、～５０重量％、加熱温度が、～１００℃である。Ｓｉ―Ｏを主鎖に持つ材料、および、Ｓｉ―Ｎを主鎖に持つポリシラザンを主成分に持つ材料は、水分を吸収することでシリカガラスに硬化できる。詳細は後述する。

　第１プリズム１７ａおよび第２プリズム１７ｂの接合面に、接合剤としてのスペーサー１７Ｃを用いた場合、第１プリズム１７ａおよび第２プリズム１７ｂは石英やホウケイ酸塩ガラス等のケイ酸塩ガラスで形成されていることから、光学的な問題の発生を回避することができる。さらに、光源として、高輝度光源１１を用いた場合でも、樹脂を用いた接合剤に比較して、スペーサー１７Ｃは、耐光性、耐熱性に優れ、ＴＩＲプリズム１７の光学特性を安定させることが可能となる。

　また、従来の樹脂を用いたスペーサーの場合には、強度が十分でない場合には、第１プリズム１７ａおよび第２プリズム１７ｂの結合状態を維持するために、別部材による補強部材を設ける場合があったが、接合剤としてのスペーサー１７Ｃを用いた場合には、第１プリズム１７ａおよび第２プリズム１７ｂの結合状態を安定させることができるため、別部材による補強部材を設ける必要がない。

　なお、エアギャップＡＧの隙間は、通常ミクロンオーダーレベルであることから、上記の接合剤中に、隙間の大きさに相当するビーズを混入させておくとよい。

　（インテグレータロッド１３）
　次に、図２を参照して、インテグレータロッド１３の構造について説明する。このインテグレータロッド１３は、全体として柱状形状を有し、光軸方向に沿って、第１ロッド１３Ａおよび第２ロッド１３Ｂを有している。

　本実施の形態のインテグレータロッド１３においては、第１ロッド１３Ａの一方の接合面と第２ロッド１３Ｂの一方の接合面とは、硬化後にシリカガラスを形成する材料を用いた接合剤１３Ｃにより接合され一本の光学接合部品を構成する。

　硬化後にシリカガラスを形成する材料としては、上記ＴＩＲプリズム１７と同様に、水ガラス（ケイ酸ナトリウム）、Ｓｉ―Ｏを主鎖に持つ材料、または、Ｓｉ―Ｎを主鎖に持つポリシラザンを主成分に持つ材料が挙げられる。水ガラス（ケイ酸ナトリウム）は、水分を蒸発させることでシリカガラスに硬化できる。濃度は、～５０重量％、加熱温度が、～１００℃である。Ｓｉ―Ｏを主鎖に持つ材料、および、Ｓｉ―Ｎを主鎖に持つポリシラザンを主成分に持つ材料は、水分を吸収することでシリカガラスに硬化できる。詳細は後述する。

　反射型画像表示素子１８を用いた場合、照明分布を均一にするためには、インテグレータロッド１３の光軸方向の長さを長くする必要があるが、一本のロッドで作成するには、加工面積が大きくなり加工難易度が高くなる。

　ロッドの両端面のコーティング時には、ロッドを立てた状態で、ロッドをコーティング装置にセッティングする必要があるが、ロッドが長くなると、ロッドのコーティング装置へのセッティングが困難になる。ロッドを複数本に分割し、各ロッドの両端面をコーティングする方法も考えられるが、コーティング等による各端面での光量ロスが発生する。

　上述した本実施の形態のインテグレータロッド１３においては、第１ロッド１３Ａの一方の接合面と第２ロッド１３Ｂの一方の接合面とは、接合剤１３Ｃにより接合され一本の光学接合部品を構成している。

　第１ロッド１３Ａおよび第２ロッド１３Ｂはそれぞれ石英やホウケイ酸塩ガラス等のケイ酸塩ガラスで構成されていることから、第１ロッド１３Ａおよび第２ロッド１３Ｂと接合剤１７Ｃとの光学特性は同一であり、各端面での光量ロスの発生を抑制することができる。さらに、光源として、高輝度光源１１を用いた場合でも、接合剤１３Ｃは、樹脂を用いた接合剤に比較して、耐光性、耐熱性に優れ、インテグレータロッド１３の光学特性を安定させることが可能となる。

　（実施の形態２）
　次に、図３を参照して、本実施の形態におけるプロジェクション装置に用いられる他の投影光学系の構成について説明する。実施の形態１におけるプロジェクション装置との相違点は、ＴＩＲプリズム１７に代わり、色分解合成プリズム（３色分解合成プリズム）１７Ａが用いられている。なお、ＴＩＲプリズム１７と投影装置１９との間に、この色分解合成プリズム１７Ａを配置しても良い。

　色分解合成プリズム１７Ａは、第１プリズム１７１、第２プリズム１７２、および第３プリズム１７３を有している。第１プリズム１７１のプリズム端面１７１ａに対向する位置には、第１反射型画像表示素子１８Ｂが配置されている。第２プリズム１７２のプリズム端面１７２ａに対向する位置には、第２反射型画像表示素子１８Ｒが配置されている。第３プリズム１７３のプリズム端面１７３ａに対向する位置には、第３反射型画像表示素子１８Ｇが配置されている。

　本実施の形態では、たとえば、第１反射型画像表示素子１８Ｂに青色画像表示素子を用い、第２反射型画像表示素子１８Ｒに赤色画像表示素子を用い、第３反射型画像表示素子１８Ｇに緑色画像表示素子を用いている。色合成された光は、プリズム端面１７１ｂから投影装置１９に向けて出光する。

　第１プリズム１７１および第２プリズム１７２の接合面には、通常ミクロンオーダーレベルの隙間からなるエアギャップＡＧが形成されている。本実施の形態の色分解合成プリズム１７Ａにおいては、このエアギャップＡＧを形成するためのスペーサー１７Ｃとして、シリコンを主成分とし、硬化後にシリカガラスを形成する材料を用いた接合剤が用いられている。

　第１プリズム１７１および第２プリズム１７２とは、このスペーサー１７Ｃにより接合され、色分解合成プリズム１７Ａは、光学接合部品を構成する。スペーサー１７Ｃは、第１プリズム１７１および第２プリズム１７２の接合面の周囲に、部分的に線状または島状に設けられる。

　第１プリズム１７１および第２プリズム１７２の接合面に、接合剤としてのスペーサー１７Ｃを用いた場合、第１プリズム１７１および第２プリズム１７２は石英やホウケイ酸塩ガラス等のケイ酸塩ガラスで形成されていることから、光学的な問題の発生を回避することができる。さらに、光源として、高輝度光源１１を用いた場合でも、樹脂を用いた接合剤に比較して、スペーサー１７Ｃは、耐光性、耐熱性に優れ、色分解合成プリズム１７Ａの光学特性を安定させることが可能となる。

　また、従来の樹脂を用いたスペーサーの場合には、強度が十分でない場合には、第１プリズム１７１および第２プリズム１７２の結合状態を維持するために、別部材による補強部材を設ける場合があったが、接合剤としてのスペーサー１７Ｃを用いた場合には、第１プリズム１７１および第２プリズム１７２の結合状態を安定させることができるため、別部材による補強部材を設ける必要がない。

　（実施の形態３）
　まず、図４および図５を参照して本実施の形態におけるプロジェクション装置２０の概略構成について説明する。プロジェクション装置２０は、光源２０Ａ、照明光学系２０Ｂ、投影光学系２０Ｃを備える。基本的構成は、上記実施の形態１のプロジェクション装置２０と同じであるが、クロスプリズム３３を用いている点が相違する。

　光源２０Ａには、高輝度光源２１が用いられる。照明光学系２０Ｂは、レンズアレイ２２、レンズ２３、ダイクロイックミラー２３Ａ，２３Ｂ、レンズ２４，２９、全反射ミラー２５，２６，３０、レンズ２７，２８，３１を有する。投影光学系２０Ｃは、第１透過型画像表示素子３２Ｂ、第２透過型画像表示素子３２Ｒ、第３透過型画像表示素子３２Ｇ、色合成用のクロスプリズム３３、および、投影装置１９を有する。

　クロスプリズム３３のプリズム端面３３ａに対向する位置には、第１透過型画像表示素子３２Ｂが配置され、プリズム端面３３ｂに対向する位置には、第２透過型画像表示素子３２Ｇが配置され、プリズム端面３３ｃに対向する位置には、第３透過型画像表示素子３２Ｒが配置されている。

　本実施の形態では、たとえば、第１透過型画像表示素子３２Ｂに青色画像表示素子を用い、第２透過型画像表示素子３２Ｇに緑色画像表示素子を用い、第３透過型画像表示素子３２Ｒに赤色画像表示素子を用いている。色合成された光は、プリズム端面３３ｄから投影装置１９に向けて出光する。

　図５に示すように、クロスプリズム３３は、第１三角プリズム３３１、第２三角プリズム３３２、第３三角プリズム３３３、および、第４三角プリズム３３４が貼り合わされて作られている。第１三角プリズム３３１の一つの斜面には、ダイクロイックコートＤＣ１が貼着され、第３三角プリズム３３３の一つの斜面には、ダイクロイックコートＤＣ２が貼着され、第４三角プリズム３３４の二つの斜面には、ダイクロイックコートＤＣ３，ＤＣ４が貼着されている。第２三角プリズム３３２の二つの斜面には、ダイクロイックコートＤＣは、貼着されていない。

　第１三角プリズム３３１、第２三角プリズム３３２、第３三角プリズム３３３、および、第４三角プリズム３３４の接合には、シリコンを主成分とし、硬化後にシリカガラスを形成する材料を接合剤に用いている。これにより、クロスプリズム３３は、光学接合部品を構成する。

　硬化後にシリカガラスを形成する材料としては、水ガラス（ケイ酸ナトリウム）、Ｓｉ―Ｏを主鎖に持つ材料、または、Ｓｉ―Ｎを主鎖に持つポリシラザンを主成分に持つ材料が挙げられる。水ガラス（ケイ酸ナトリウム）は、水分を蒸発させることでシリカガラスに硬化できる。濃度は、～５０重量％、加熱温度が、～１００℃である。Ｓｉ―Ｏを主鎖に持つ材料、および、Ｓｉ―Ｎを主鎖に持つポリシラザンを主成分に持つ材料は、水分を吸収することでシリカガラスに硬化できる。詳細は後述する。

　ここで、クロスプリズム３３の製造において、第１三角プリズム３３１、第２三角プリズム３３２、第３三角プリズム３３３、および、第４三角プリズム３３４を結合させる際には、クロスプリズム３３の中心部へのダイクロイックコートＤＣの周り込みが発生しないようように注意する必要がある。

　従来の接合剤に樹脂材料を用いた各プリズムの接合においては、ダイクロイックコートＤＣのプリズムへのコーティング時の高熱に接合剤が熱的に耐えることができないため、先に各プリズムにダイクロイックコートＤＣのコーティングを行なった後に、樹脂材料を用いた接合剤を用いて各プリズムの接合を行なっていた。そのため、クロスプリズム３３の中心部へのダイクロイックコートＤＣの周り込みが不可避的に発生し、クロスプリズム３３の中心部での光学特性に影響を与える可能性があった。

　しかし、本実施の形態おける、シリコンを主成分とし、硬化後にシリカガラスを形成する材料を接合剤に用いた場合には、ダイクロイックコートＤＣのプリズムへのコーティング時の高熱に接合剤が熱的に耐えることができる。

　そこで、本実施の形態では、たとえば、第４三角プリズム３３４にダイクロイックコートＤＣ４をコーティングした後に、第１三角プリズム３３１および第４三角プリズム３３４を本実施の形態おける接合剤を用いて接合した後に、第１三角プリズム３３１に対するダイクロイックコートＤＣ１および第４三角プリズム３３４に対するダイクロイックコートＤＣ３のコーティングを同時に行なうことができる。その結果、ダイクロイックコートＤＣ１およびダイクロイックコートＤＣ３のコーティング時におけるダイクロイックコートＤＣの周り込みを回避させることが可能となる。

　また、光源として、高輝度光源２１を用いた場合でも、クロスプリズム３３に接合に用いた本実施の形態おける接合剤は耐光性、耐熱性に優れていることから、クロスプリズム３３の光学特性を安定させることが可能となる。その結果、投影装置１９に用いられる投射レンズのレンズバッグを小さくすることが可能となり、投影装置１９の小型化・コストダウンを図ることが可能となる。

　（実施の形態４）
　次に、図６を参照して本実施の形態におけるプロジェクション装置４０の概略構成について説明する。プロジェクション装置４０は、光源４０Ａ、照明光学系４０Ｂ、投影光学系４０Ｃを備える。基本的構成は、上記実施の形態１のプロジェクション装置２０と同じであるが、偏光ビームスプリッタ４８を用いている点が相違する。

　光源４０Ａには、高輝度光源４１が用いられる。照明光学系４０Ｂは、カラーホイール４２、レンズ４３、レンズアレイ４４、レンズ４５、全反射ミラー４６、およびレンズ４７を有する。投影光学系４０Ｃは、偏光ビームスプリッタ４８および投影装置１９を有する。偏光ビームスプリッタ４８を挟んで投影装置１９とは反対側には、反射型画像表示素子４９が設けられている。

　高輝度光源１１から出射された光Ｌ３は、照明光学系４０Ｂにより偏光ビームスプリッタ４８に導かれ、反射型画像表示素子４９に表示された画像が投影装置１９により、外部に設けられたスクリーン等に映し出される。

　（偏光ビームスプリッタ４８）
　偏光ビームスプリッタ４８は、２つの三角形を組み合わせたプリズムであり、第１プリズム４８ａおよび第２プリズム４８ｂを有する。第１プリズム４８ａおよび第２プリズム４８ｂの接合面である斜面には、偏光膜（図示省略）がコーティングされている。第１プリズム４８ａおよび第２プリズム４８ｂの接合面は、シリコンを主成分とし、硬化後にシリカガラスを形成する材料を用いた接合剤により略全面が接合されている。

　第１プリズム４８ａおよび第２プリズム４８ｂの接合面に、本実施の形態の接合剤を用いた場合、第１プリズム４８ａおよび第２プリズム４８ｂには一般に「ＢＫ７」と呼ばれる光学ガラスで形成され、第１プリズム４８ａおよび第２プリズム４８ｂと接合剤との光学特性は略同一となり、光学的な問題の発生を回避することができる。さらに、光源として、高輝度光源１１を用いた場合でも、樹脂を用いた接合剤に比較して、接合剤は、耐光性、耐熱性に優れ、偏光ビームスプリッタ４８の光学特性を安定させることが可能となる。

　また、高輝度光源４１を用いるプロジェクション装置に、接合剤に従来の樹脂を用いた偏光ビームスプリッタを用いることは困難であった。しかし、本実施の形態では、上記構成の偏光ビームスプリッタ４８を用いることが可能となるため、照明光学系４０Ｂの小型化・コストダウンを図ることが可能となる。また、投影装置１９に用いられる投射レンズのレンズバッグを小さくすることが可能となり、投影装置１９の小型化・コストダウンを図ることが可能となる。

　（実施の形態５）
　次に、図７を参照して、上記した各実施の形態におけるプロジェクション装置に用いられる投影装置１９の内部構成について説明する。投影装置１９は、たとえば、上記実施の形態４のプロジェクション装置４０の場合においては、偏光ビームスプリッタ４８側から、レンズ１９１，１９２、接合レンズ１９３、レンズ１９４，１９５、絞り１９６、レンズ１９７，１９８，１９９、複合型非球面レンズ２００、およびレンズ２０３が、光軸に沿って配置されている。以下では、接合レンズ１９３および複合型非球面レンズ２００の構造について説明する。

　（接合レンズ１９３）
　図８を参照して、接合レンズ１９３の構造について説明する。この接合レンズ１９３は、第１レンズ１９３ａおよび第２レンズ１９３ｂを有し、第１レンズ１９３ａおよび第２レンズ１９３ｂは、接合剤１９３Ｃを用いて接合されている。接合剤１９３Ｃには、硬化後にシリカガラスを形成する材料が用いられている。また、第１レンズ１９３ａおよび第２レンズ１９３ｂの端面部分には、内面反射防止膜１９３ｄが形成されている。

　（接合レンズ１９３の製造工程）
　次に、図９を参照して、接合レンズ１９３の製造工程について説明する。なお、以下では、光学接合部品の一例として接合レンズ１９３の製造工程を説明するが、接合レンズに限定されるものではない。まず、光学部材（第１レンズ１９３ａおよび第２レンズ１９３ｂ）の接合面を清掃し（Ｓ１０）、第１レンズ１９３ａおよび第２レンズ１９３ｂを準備する。次に、光学部材の一方の接合面の中心部に、本実施の形態における硬化前の接合剤１９３Ｃを塗布する（Ｓ２０）。

　接合剤１９３Ｃを塗布した光学部材の一方の接合面に、もう一方の光学部材の接合面を貼り合せる（Ｓ３０）。第１レンズ１９３ａおよび第２レンズ１９３ｂの接合面を擦り合せながら、気泡を抜き、接合面の全面に接合剤１９３Ｃを薄く広げる（Ｓ４０）。

　貼り合せ制度を調整の上、位置精度治具に第１レンズ１９３ａおよび第２レンズ１９３ｂをセッティングする（Ｓ５０）。常温から４５℃以下の温度で、１時間以内の加熱を実施し、接合剤１９３Ｃを仮硬化させる（Ｓ６０）。接合剤１９３Ｃのはみ出しを清掃する。接合剤１９３Ｃを、１００℃以上２００℃以下の温度範囲に加熱し、接合剤１９３Ｃを本硬化させる（Ｓ７０）。これにより、第１レンズ１９３ａと第２レンズ１９３ｂとが接合され、光学接合部品である接合レンズ１９３が完成する。

　従来、接合レンズを製造する場合に、第１レンズと第２レンズとの接合には、紫外線硬化樹脂が用いられていた。紫外線硬化樹脂では、短波長領域の内部透過率が低いガラスを接合する場合には、硬化に長時間を要していた。しかし、本実施の形態における接合剤１９３ｂを用いた場合には、詳細は後述するが、水分の吸収、蒸発、加熱により硬化するため、ガラスの内部透過率に依存することなく、接合剤１９３Ｃを硬化することができる。

　また、図８に示したように、第１レンズ１９３ａおよび第２レンズ１９３ｂの端面部分に炭素膜等からなる内面反射防止膜１９３ｄを設ける場合、紫外線硬化樹脂が熱に弱いため、内面反射防止膜１９３ｄを焼結するには、４０℃の温度で１５時間必要であった。しかし、本実施の形態における接合剤１９３Ｃは耐熱性を有することから、１２０℃での焼結が可能となり、１時間で内面反射防止膜１９３ｄを焼結させることが可能になる。

　また、光源として、高輝度光源１１を用いた場合でも、樹脂を用いた接合剤に比較して、接合剤は、耐光性、耐熱性に優れ、接合レンズ１９３の光学特性を安定させることが可能となる。

　さらに、上記した製造工程においては、接合面の全面に硬化前の接合剤１９３ｂを薄く広げることで、接合面を均一に加熱硬化することができるとともに、同一のガラス種のレンズを接合する場合には、ガラス基材および接合剤の熱膨張差による、ガラス基材の割れ、および、接合剤の端部における凹みの発生を抑制することが可能となる。

　さらに、第１レンズ１９３ａおよび第２レンズ１９３ｂにコーティングを施す場合にも、コーティング温度よりも低温で接合剤１９３ｂを加工硬化させることができるため、第１レンズ１９３ａおよび第２レンズ１９３ｂにコーティングを施した後に、第１レンズ１９３ａおよび第２レンズ１９３ｂを接合剤１９３ｂを用いて接合した場合でも、接合剤１９３ｂの分光特性に影響を与えることなく、容易に耐光性、耐熱性に優れた接合レンズ１９３の製造を可能とする。

　なお、上述した接合レンズ１９３の製造方法は、接合レンズ１９３の製造方法に限定されることなく、同様の構成を備える光学接合部品の製造方法として広く適用することが可能である。したがって、第１レンズ１９３ａを第１光学部品とし、第２レンズ１９３ｂを第２光学部品とした場合において、図９に示す製造工程を採用することで、第１光学部品と第２光学部品とが接合される光学接合部品を製造することが可能である。

　（複合型非球面レンズ２００）
　図１０を参照して、複合型非球面レンズ２００の構造について説明する。この複合型非球面レンズ２００は、第１レンズ２０１およびこの第１レンズ２０１に接合する第２レンズ２０２を有する。第１レンズ２０１はガラス材で形成され、第２レンズ２０２は、硬化後にシリカガラスを形成する材料で形成されている。第２レンズ２０２は、成形用型を用いて、第１レンズ２０１の一方面側に成形される。

　従来、複合型非球面レンズの第２レンズ２０２には、樹脂成形品が多く用いられていた。しかし、樹脂成形品からなる第２レンズ２０２の場合には、耐光性、耐熱性に劣るため、高輝度光源を用いるプロジェクション装置に用いることは困難であった。

　しかし、本実施の形態における複合型非球面レンズ２００は、第２レンズ２０２には硬化後にシリカガラスを形成する材料が用いられている。その結果、第２レンズ２０２は、耐光性、耐熱性に優れることから、本実施の形態における複合型非球面レンズ２００を、高輝度光源を用いるプロジェクション装置に用いることが可能となる。その結果、投影装置１９に用いられる投射レンズを小さくすることが可能となり、投影装置１９の小型化・コストダウンを図ることが可能となる。

　（硬化後にシリカガラスを形成する材料）
　以下、図１１から図１４を参照して、上記各実施の形態において用いる硬化後にシリカガラスを形成する材料について説明する。硬化後にシリカガラスを形成する材料としては、水ガラス（ケイ酸ナトリウム）、Ｓｉ―Ｏを主鎖に持つ材料、または、Ｓｉ―Ｎを主鎖に持つポリシラザンを主成分に持つ材料が挙げられる。

　（水ガラス（ケイ酸ナトリウム））
　図１１に、水ガラス（ケイ酸ナトリウムまたはケイ酸ソーダ）の分子式を示す。水ガラスは、日本工業規格（ＪＩＳＫ１４０８）において規定されており、単一の化合物ではなく、ＳｉＯ_２（無水ケイ酸）とＮａ_２Ｏ（酸化ソーダ）とがいろいろな比率で混合している液体である。組成式中のｎは、モル比を示し、Ｎａ_２ＯとＳｉＯ_２の混合比率を表している。モル比は、１．３以上を用いるのが好ましい。

　水ガラスは、シリコンを主成分とし、常温では液体であるが所定温度以上に加熱すると水分を蒸発させて硬化しシリカガラスを形成する。水ガラスの特性については、図１５を参照しながら後述する。後述する試験では日本工業規格（ＪＩＳＫ１４０８）において規定される、ケイ酸ソーダ（モル比：３．１～３．３）を用いた。

　（Ｓｉ―Ｏを主鎖に持つ材料）
　図１２および図１３に、Ｓｉ―Ｏを主鎖に持つ材料として、オルガノキシロキサン（官能基Ｒは、メチル基、フェニル基等）を示す。図１２に示す反応式は、オルガノキシロキサンの空気中の水分による加水分解の反応を示している。オルガノキシロキサンを加熱することで、加水分解の反応は促進される。図１３に示す反応式は、オルガノキシロキサンの脱アルコール反応により、シリカガラス（ポリシロキサン硬化体）が形成される反応を示している。オルガノキシロキサンを加熱することで、脱アルコール反応は促進される。オルガノキシロキサンの特性については、図１５を参照しながら後述する。

　（Ｓｉ―Ｎを主鎖に持つポリシラザンを主成分に持つ材料）
　図１４に、Ｓｉ―Ｎを主鎖に持つポリシラザンを主成分に持つ材料として、パーヒドロポリシラザンを示す。図１４に示す反応式では、パーヒドロポリシラザンが所定温度以上に加熱されることで、空気中の水分により加水分解し、シリカガラスが形成される反応を示している。パーヒドロポリシラザンの特性については、図１５を参照しながら後述する。

　（光学接合部品の信頼性試験データ）
　図１５に、光学接合部品の信頼性試験データを示す。試験片として、接合面の面積が２０ｍｍ×１０ｍｍの石英ガラス同士を、接合剤として、「水ガラス（ケイ酸ナトリウム）」、「Ｓｉ―Ｏを主鎖に持つ材料としてオルガノキシロキサン」、および、「Ｓｉ―Ｎを主鎖に持つ材料としてパーヒドロポリシラザン」を用いた場合について試験を行なった。

　高温試験条件としては、加熱温度および時間は、４５０℃－３０分、３２０℃－１２０分、１５０℃－１２０分、および、１２０℃－１２０分の４種類の試験を行なった。高温高湿試験は、６０℃－９０％の下、１９２時間の条件で行なった。熱衝撃試験は、－３０℃から７０℃の温度変化を０．５時間で実施し、１００回温度変化を行なった。煮沸試験は、１００℃の水に６０分間浸漬させる試験と、水蒸気下に１２０分間放置する試験を行なった。促進耐光性試験として、紫外線カーボンアーク灯を９６時間照射した。ランプ実照射試験として、１９２時間実施した。

　図１５の表中で、評価「Ａ」は、何ら問題が生じない結果を示し、評価「Ｂ」は、使用する上では問題がないものの、石英ガラスの接合面に曇りの発生が確認された場合を示す。「Ｓｉ―Ｏを主鎖に持つ材料としてオルガノキシロキサン」の場合は、すべての試験で「ＯＫ」を得ることができた。「Ｓｉ―Ｎを主鎖に持つポリシラザンを主成分に持つ材料としてパーヒドロポリシラザン」の場合は、「４５０℃－３０分」の高温試験を除き、すべての試験が「Ａ」評価であった。「水ガラス（ケイ酸ナトリウム）」は、１２０℃－１２０分の高温試験、高温高湿試験、熱衝撃試験、煮沸試験、促進耐光性試験、および、ランプ実照射試験で「Ａ」評価が得られた。

　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　１０，２０，４０　プロジェクション装置、１０Ａ，２０Ａ，４０Ａ　光源、１０Ｂ，２０Ｂ，４０Ｂ　照明光学系、１０Ｃ，２０Ｃ，４０Ｃ　投影光学系、１１，２１，４１　高輝度光源、１２，４２　カラーホイール、１３　インテグレータロッド、１３Ａ　第１ロッド、１３Ｂ　第２ロッド、１３Ｃ　接合剤、１４，１６，２３，２４，２７，２８，３１，４３，４５，４７，１９１，１９２，１９４，１９５，１９７，１９８，１９９，２０３　レンズ、１５　全反射ミラー、１７　ＴＩＲプリズム（内部全反射プリズム）、１７Ａ　色分解合成プリズム（３色分解合成プリズム）、１７ａ　第１プリズム、１７ｂ　第２プリズム、１７Ｃ　スペーサー、１８　反射型画像表示素子、１８Ｂ　第１反射型画像表示素子、１８Ｒ　第２反射型画像表示素子、１８Ｇ　第３反射型画像表示素子、１９　投影装置、２２，４４　レンズアレイ、２３Ａ，２３Ｂ　ダイクロイックミラー、２５，２６，３０　全反射ミラー、３２Ｂ　第１透過型画像表示素子、３２Ｒ　第２透過型画像表示素子、３２Ｇ　第３透過型画像表示素子、３３　クロスプリズム、３３ａ，３３ｂ，３３ｃ　プリズム端面、４６　全反射ミラー、４８　偏光ビームスプリッタ、４８ａ，１７１　第１プリズム、４８ｂ，１７２　第２プリズム、１７１ａ　プリズム端面、１７２ａ　プリズム端面、１７３　第３プリズム、１７３ａ　プリズム端面、１９３　接合レンズ、１９６　絞り、１９３ａ，２０１　第１レンズ、１９３ｂ，２０２　第２レンズ、１９３ｄ　内面反射防止膜、１９３Ｃ　接合剤、２００　複合型非球面レンズ、３３１　第１三角プリズム、３３２　第２三角プリズム、３３３　第３三角プリズム、３４３　第４三角プリズム、ＡＧ　エアギャップ、ＤＣ１～ＤＣ４　ダイクロイックコート。

Claims

　高輝度光源と、
　前記高輝度光源から出射された光を照明光にする照明光学系と、
　前記照明光学系から出射された照明光を投影光にする投影光学系と、を備え、
　前記照明光学系および投影光学系の少なくともいずれか一方は、シリコンを主成分とし、硬化後にシリカガラスを形成する材料を接合剤に用いて接合された光学接合部品を含む、プロジェクション装置。
　前記照明光学系は、前記光学接合部品としてインテグレータロッドを有し、
　前記インテグレータロッドは、第１ロッドおよび第２ロッドを有し、
　前記第１ロッドと前記第２ロッドとは、前記接合剤を用いて接合されている、請求項１に記載のプロジェクション装置。
　前記第１ロッドおよび前記第２ロッドは石英である、請求項２に記載のプロジェクション装置。
　前記投影光学系は、前記光学接合部品としてプリズムを有し、
　前記プリズムは、第１プリズムおよび第２プリズムを有し、
　前記第１プリズムと前記第２プリズムとの間に、前記接合剤を用いたスペーサーを部分的に配置することで、前記第１プリズムと前記第２プリズムとの間にエアギャップが形成された状態で、前記第１プリズムと前記第２プリズムとが接合されている、請求項１に記載のプロジェクション装置。
　前記投影光学系は、前記光学接合部品として色合成のクロスプリズムを有し、
　前記クロスプリズムは、第１ピース、第２ピース、第３ピースおよび第４ピースを有し、
　前記第１ピース、前記第２ピース、前記第３ピース、および、前記第４ピースは、前記接合剤を用いて接合されている、請求項１に記載のプロジェクション装置。
　前記投影光学系は、前記光学接合部品として偏光ビームスプリッタを有し、
　前記偏光ビームスプリッタは、第１プリズムおよび第２プリズムを有し、
　前記第１プリズムと前記第２プリズムとは、前記接合剤を用いて接合されている、請求項１に記載のプロジェクション装置。
　前記投影光学系は、接合レンズを有し、
　前記接合レンズは、第１レンズおよび第２レンズを有し、
　前記第１レンズおよび前記第２レンズは、前記接合剤を用いて接合されている、請求項１に記載のプロジェクション装置。
　前記接合剤は、水ガラス、Ｓｉ―Ｏを主鎖に持つ材料、または、Ｓｉ―Ｎを主鎖に持つポリシラザンを主成分に持つ材料である、請求項１から７のいずれか１項に記載のプロジェクション装置。
　高輝度光源と、
　前記高輝度光源から出射された光を照明光にする照明光学系と、
　前記照明光学系から出射された照明光を投影光にする投影光学系と、を備え、
　前記投影光学系は、複合型非球面レンズを含み、
　前記複合型非球面レンズは、第１レンズおよび前記第１レンズに接合する第２レンズを有し、
　前記第２レンズは、硬化後にシリカガラスを形成する材料で形成されている、プロジェクション装置。
　硬化後にシリカガラスを形成する前記材料は、水ガラス、Ｓｉ―Ｏを主鎖に持つ材料、または、Ｓｉ―Ｎを主鎖に持つポリシラザンを主成分に持つ材料である、請求項９に記載のプロジェクション装置。
　プロジェクション装置に用いる光学接合部品の製造方法であって、
　第１光学部品および第２光学部品を準備する工程と、
　前記第１光学部品および前記第２光学部品の接合面の一方の中心部に硬化前の接合剤を塗布する工程と、
　前記第１光学部品および前記第２光学部品の接合面を擦り合せながら前記接合面の全面に前記接合剤を薄く広げる工程と、
　１００℃以上２００℃以下にて前記接合剤を加熱硬化させて前記第１光学部品および前記第２光学部品を接合する工程と、
を備え、
　前記接合剤は、シリコンを主成分とし、硬化後にシリカガラスを形成する材料である、光学接合部品の製造方法。
　高輝度光源と、
　前記高輝度光源から出射された光を照明光にする照明光学系と、
　前記照明光学系から出射された照明光を投影光にする投影光学系と、を備えるプロジェクション装置の前記照明光学系および投影光学系の少なくともいずれか一方に用いられる光学接合部品であって、
　複数のケイ酸塩ガラスと、
　該ケイ酸塩ガラスは、シリコンを主成分とした硬化後にシリカガラスを形成する材料を接合剤に用いて接合されている、光学接合部品。