(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
斜面が互いに接着された４個の三角柱プリズムを備えたプリズムの製造方法であって、
前記４個の三角柱プリズムのうち、少なくとも隣接する２組の三角柱プリズムの材料および材料から製品までの熱過程を同一としたことを特徴とするプリズムの製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記隣接する２組の三角柱プリズムを同一の製造ロットとしたことを特徴とするプリズムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本特許はプロジェクターの三色画面の合成等に用いることが可能なプリズム、このプリズムを用いたプロジェクター、および、プリズムの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶プロジェクターはカラー液晶パネル一枚のみ用いる単板方式と、白黒画像を表現できる液晶パネルを三枚組み合わせて、それぞれに赤青緑の三原色を当て、光学的にその三枚の像を合成する三枚方式の二種類がある。このうち三枚方式は白色光源をダイクロイックミラーにより純度の高い三色に分け、その各色に液晶パネルいっぱいの画素を割り当てることができるので、高解像度で色調の良い画面が得られる。この際、三色の画像合成の方法は板硝子に誘電体の薄膜を付けたダイクロイックミラーを二枚用いて二色ずつ順次画面を合成する方法や、三角柱のプリズムの斜面にダイクロイック面を作りこのプリズムを四個貼り合わせほぼ立方体のプリズムとし、液晶パネルをそのプリズムの三面に配置して一度に三色合成する方法、また板硝子のダイクロイックミラーをＸ字型に設定し、周囲三面に液晶パネルを配置して一度に三色合成する方法、またそのＸ字型のダイクロイックミラーを液体内に入れたタイプもあった。このうち最初に記述した、ダイクロイックミラーを二枚使う方法については、投射レンズと液晶パネルとの間に二枚分のダイクロイックミラーを入れる必要があるので、投射レンズの焦点距離が短くできないといった課題がある。それに対して、プリズムを用いたり、Ｘ字型ミラーを使ったりする方法では液晶パネルと投射レンズの距離が短く設定できるので、投射レンズの焦点が短くでき、近くに大きな画面を映すことができる。従来は、三角柱のプリズムに関して、屈折率は材料、成形方法及び後加工でばらつくが特に制御をしていなかった。またＸ字型のミラーを使い、周囲を液体にすることについては、液体にジエチレングリコールを使っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし前記のような従来技術について、プリズム内で反射せず透過する液晶パネルについて中央部での解像度が落ちたり、三枚の液晶パネルの画面の大きさが合わなかったりするといった問題が生じた。
【０００４】
三角柱プリズムを四個貼り合わせた場合には、四個の三角柱プリズムにおいて隣接する三角柱プリズムの屈折率が異なると、プリズム内で反射せずに進む液晶パネルの像が、プリズム内のダイクロイック面で反射して進む液晶パネルの像よりも大きくまたは小さくなる。たとえばある液晶パネルに面した一組の向かい合う三角柱プリズムの屈折率が他の向かい合う三角柱プリズムよりも大きい場合には、その液晶パネルからでた光は、隣接する三角柱プリズムの界面で外側に屈折する。その結果プリズム内を透過する位置にある液晶パネルの中央部の像がぼける。また他の液晶パネルよりも画面が大きくなってしまう。数値を挙げれば光学材料としてのガラスの屈折率の公差は±０．０００５程度であるが、この範囲で屈折率がばらつくと液晶パネルが１インチ程度でＮＴＳＣのビデオ信号を映すことのできる画素サイズと同レベルの画面ズレやボケが生じる。
【０００５】
また、板硝子にダイクロイックコートをしてからＸ字型に組み合わせ、ジエチレングリコールを入れたものについては、四ヶ所のＸ字型ミラーに囲まれた部分の液体の温度が違うために屈折率が変わり、前記三角柱プリズムと同様の問題が生じた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、斜面が互いに接着された４個の三角柱プリズムを備えたプリズムの製造方法であって、前記４個の三角柱プリズムのうち、少なくとも隣接する２組の三角柱プリズムの材料および材料から製品までの熱過程を同一としたことを特徴とする。また、前記隣接する２組の三角柱プリズムを同一の製造ロットとしたことを特徴とする。つまり、前記隣接する２組の三角柱プリズムを、同じ硝材で、同じ時間に、同じ工程条件の元で、製造するようにしたことを特徴とする。特に材料である硝材が同じことと、成形、アニール等の材料から製品までの熱過程が同じことが必要である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１に本発明のプリズムの一実施例の平面図を示す。１、２、３、４は三角柱プリズム、８、９は光線である。三角柱プリズム１、２、３、４の接合面はダイクロイックコートをしたミラーであり、三角柱プリズム１、２、３の外側より入射された三色の光線を合成し、三角柱プリズム４方向から出射する。
【０００９】
この三角柱プリズム１、２、３、４は同一製造ロットである。つまり同じ硝材で同じ時間に同じ工程条件の元に製造されたものである。特に材料である硝材が同じことと、成形、アニール等の材料から製品までの熱過程が同じことが必要である。このようにすると屈折率の差が０．０００５以下で調整されている。この値は、屈折率を１．５とするとその０．０３％にあたる。このオーダーは、たとえばＩＣで５ｍｍのなか１ミクロンを制御するのに相当し、多くの工程の中で制御するのは極めて難しい。よって同じ製造ロットを選択するわけである。このように屈折率が揃うため、光線８、９の様にプリズム内を透過する光線は三角柱プリズムの接合面でほとんど屈折しない。そのため画面の中央がぼけることがない。
【００１０】
また三角柱プリズムの接合面を透過する光も反射する光も、そこでの光線の角度変化がないため、画面の大きさが色ごとで異なることはない。
【００１１】
図２に図１のプリズムを使った三色合成系の斜視図を示す。５は三角柱プリズムを四個貼り合わせたプリズム、６−Ｒ、６−Ｇ、６−Ｂは液晶パネル、７は投射レンズである。液晶パネル６−Ｒ、６−Ｇ、６−Ｂではそれぞれ赤緑青の画像が作られる。液晶パネル６−Ｒ、６−Ｇ、６−Ｂは例えば対角１インチとしＮＴＳＣの信号を表現するのに水平、垂直でともに５００画素、とすると画素ピッチは水平４０μｍ、垂直３０μｍとなる。この微細な画素にＴＦＴなどのスイッチング素子を付けて、光の制御をするわけである。それぞれの液晶パネルに赤色光、緑色光、青色光を照明し、プリズム５で三色の像を合成し、投射レンズ７にてスクリーン上へ拡大投影する。プリズム５はダイクロイックコートを斜面に施した三角柱プリズム１、２、３、４を貼り合わせて作ってある。このダイクロイックコートのために、三色の色合成ができる。本実施例ではこれらの三角柱プリズム１、２、３、４は屈折率の差がが０．０００５以下である。このため各色の画面サイズはこのプリズム５を通過する際に変化がない。つまり屈折率が１．５と１．５００５との三角柱プリズムが接しているとして、接合面に入射角４５度で光が入ると、出射角度は０．０１９度屈折する。プリズム５の各辺の長さが４０ｍｍとするとプリズム５の中を０．０１９度の広がりを持って通過すると１３μｍ光軸が移動する。これは画素ピッチの３分の１にあたる。画面としては問題ないレベルである。従来のままでは約１画素分色付きとして周囲にでてしまうものが本実施例ではなくなる。また屈折率の差を小さくしたことで液晶パネル６−Ｇの中央部のピンと位置が中央以外の部分のピンと位置と同じになる。例えば、中央部からでた光が左右に分かれるとする。つまり三角柱プリズム１、３、４と通る場合と、三角柱プリズム１、２、４と通る場合を考える。屈折率が三角柱プリズム１、４が同じ１．５、三角柱プリズム２、３は１．５００５とする。左右の光はともに三角柱プリズムの接合面でプリズム５の中央部方向に屈折する。これによりピンと位置は投射レンズ７に近い側に移動する。一方、中央部以外からでた光は三角柱プリズム１、２、４または三角柱プリズム１、３、４のどちらか片方のみ通る。つまりピンと位置は三角柱プリズムの屈折率によって変わらない。液晶パネル６−Ｇの中央部と中央以外のピンと位置は本実施例によれば約０．１ｍｍ程度となる。投射レンズ７の焦点深度からみて中央部にぼけがでない程度である。
【００１２】
以上のように本実施例によれば三色の画面サイズが同じであり、また液晶パネル６−Ｇの中央部の解像度が落ちない。中央部の解像度はビデオの画面を見る場合特に重要である。なお三角柱プリズム１、２、３、４の屈折率を合わせる方法として製造が同じロットよりプリズムを組み合わせて作るのは硝材、成形、研磨、加熱等についてほぼ同一の工程を経ることで、特性を揃えられるからである。
【００１３】
本実施例では三角柱プリズム四個について、屈折率を同じとしたが、隣接する二組の三角柱プリズムについて屈折率が同じであればよい。つまり三角柱プリズム１と２が同じロット、三角柱プリズム３と４が同じロットであり、三角柱プリズム１、２と三角柱プリズム３、４は違うロットであっても良い。
【００１４】
尚、図５に図１のプリズムを用いた液晶プロジェクターの光学系の構成図を示す。メタルハライドランプ５０で発光した光はリフレクター５１で反射し前方へ集光光線となって出射される。その後ダイクロイックミラー５２、５４で赤緑青の三色に分解され、アルミミラー５３、５５、５６によりそれらの三色は方向を変え、コンデンサーレンズ５８−Ｒ、５８−Ｇ、５８−Ｂ、偏光板５９−Ｒ、５９−Ｇ、５９−Ｂで直線偏光となって本実施例の液晶パネル６１−Ｒ、６１−Ｇ、６１−Ｂに照射される。液晶パネル６１−Ｒ、６１−Ｇ、６１−Ｂでは三色それぞれの映像信号にしたがって直線偏光が楕円偏光に変えられる。これを検光子である偏光板６１−Ｒ、６１−Ｇ、６１−Ｂで検出する。三色合成プリズム５７でそれら三色の画像情報を合成した後投射レンズ６２にてスクリーン６３に拡大投影する。ここで三色合成プリズム５７は隣接する２組の三角柱プリズムの屈折率を同じにしてあるので、液晶パネル６０−Ｒ、６０−Ｇ、６０−Ｂの画面サイズは等しくなる。また液晶パネル６０−Ｇの中央部のピンと位置が他の部分のピンと位置と等しくなり、中央部での解像度が保たれる。
【００１５】
（実施例２）
図３に本発明のプリズムの他の実施例の水平断面図を示す。また図４に図３のプリズムの垂直断面図を示す。２０、２１はダイクロイックミラーであり、板硝子表面に誘電体の薄膜を蒸着したもので、Ｘ字型ミラーを構成している。２２、２３、２４、２５はジエチレングリコールである。凍結防止のためにジエチレングリコールを用いてある。２６は熱導電性の部材であるアルミ枠、２７−Ｒ、２７−Ｇ、２７−Ｂは液晶パネル、２８−Ｒ、２８−Ｇ、２８−Ｂ、２９は透明の板硝子である窓、３０は投射レンズである。液晶パネル２７−Ｒ、２７−Ｇ、２７−Ｂで赤緑青に対応した画像を形成すると共にそれぞれに赤緑青の光を照明する。各画像をダイクロイックミラー２１、２２で合成して投射レンズ３０より拡大投影する。プリズムの構成としてはアルミ枠２６を窓２８−Ｒ、２８−Ｇ、２８−Ｂにより密閉した容器とし、その中にＸ字型に組み合わせたダイクロイックミラー２０、２１を入れ、ジエチレングリコールで中を満たす。ジエチレングリコール２２、２３、２４、２５を入れるのはＸ字型ミラーであるダイクロイックミラー２０、２１により非点収差が生じるのを防ぐと共に、液晶パネル２７−Ｒ、２７−Ｇ、２７−Ｂと窓２８−Ｒ、２８−Ｇ、２８−Ｂをカップリング剤３１−Ｒ、３１−Ｂ、３１−Ｇを通して熱的に結合し、液晶パネル２７−Ｒ、２７−Ｇ、２７−Ｂの熱をジエチレングリコール２２、２３、２４方向へ取り除くためである。ジエチレングリコール２２、２３、２４へ伝わった熱は、アルミ枠２６を通して空気中へ逃げていく。ここでジエチレングリコールの屈折率は１度につき０．０００３だけ変化する。したがって図１、２の実施例と同様に考えて、三色の画面サイズを等しくすることと、液晶パネル２７−Ｇの中央部の解像度を出すためにジエチレングリコール２２、２３、２４、２５を同じ温度に保つことが必要となる。このため、本実施例では共通部３２によってジエチレングリコール２２、２３、２４、２５が流動可能とした。これにより対流作用でジエチレングリコール２２、２３、２４内の温度が均一となる。また本実施例ではアルミ枠２６がジエチレングリコール２２、２３、２４、２５と接しているので、熱もアルミ枠２６を伝わって均一になる。以上のように本実施例ではＸ字型のダイクロイックミラー２０、２１により区切られたジエチレングリコールの温度が均一になるので、液晶パネル２７−Ｒ、２７−Ｇ、２７−Ｂの投影後の大きさが一定となる。また液晶パネル２７−Ｇを投影した際に中央部がぼけることもない。これにより光源として強い光を使っても熱による画面サイズの変化やボケが無くなり明るい液晶プロジェクターができる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、三角柱プリズムを四個貼り合わせたプリズムの製造方法において、少なくとも隣接する２組の三角柱プリズムの材料および材料から製品までの熱過程を同一にしたので、画素密度が高く、画面サイズの小さな液晶パネルを使ったコンパクトなプロジェクターを作ることができる。つまり三色の画像形成手段の投影時の画面サイズが同じとなり、また中央部でのボケもでないので、小型画像形成手段と小型プリズム、及び短焦点投射レンズの組み合わせで、小型高性能のプロジェクターができる。また少なくとも隣接する２組の三角柱プリズムを同一製造ロットとしたことも同様の効果がある。
【００１７】
また四つの透明の窓の内側にＸ字型ミラーを配置してその内部を液体で充填した液体型のプリズムにおいて、液体がＸ字型ミラーの間で流動可能とされており、または、容器の内部にダイクロイックミラーを配置してその内部を液体で充填した液体型のプリズムにおいて、前記液体が、前記容器と前記ダイクロイックミラーとの間に設けられた共通部を介して流動可能とされているので、液体の屈折率が同じになり、前記と同様に三色の画面サイズが同じとなり、中央部での解像度も維持できる。よって小型で高画素を持つプロジェクターができる。さらにＸ字型ミラーで区切られた四つの部分の液体が熱導伝性の部材で熱的に結合されているので画像形成手段に強い光が当たり、そこで発生した熱がプリズムへ伝わってもプリズムの液体の熱を均一に維持できる。また、放熱もしやすい。したがって強い光による明るい照明が可能となり、小型、高画素数、高輝度のプロジェクターができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプリズムの一実施例の平面図。
【図２】図１のプリズムを使った三色合成系の一実施例の斜視図。
【図３】本発明のプリズムの他の一実施例の水平断面図。
【図４】図３のプリズムの垂直断面図。
【図５】図１のプリズムを用いた液晶プロジェクターの光学系の構成図。
【符号の説明】
１、２、３、４          三角柱プリズム
５                      プリズム
６−Ｒ、６−Ｇ、６−Ｂ  液晶パネル
７                      投射レンズ
８、９                  光線
２０、２１                ダイクロイックミラー
２２、２３、２４、２５    ジエチレングリコール
２６                      アルミ枠
２７−Ｒ、２７−Ｇ、２７−Ｂ  液晶パネル
２８−Ｒ、２８−Ｇ、２８−Ｂ  窓
２９                      窓
３０                      投射レンズ
３１                      カップリング剤
５０        メタルハライドランプ
５１        リフレクター
５２        ダイクロイックミラー
５３        アルミミラー
５４        ダイクロイックミラー
５５        アルミミラー
５６        アルミミラー
５７        三色合成プリズム
５８−Ｒ，５８−Ｇ，５８−Ｂ      コンデンサーレンズ
５９−Ｒ，５９−Ｇ，５９−Ｂ      偏光板
６０−Ｒ，６０−Ｇ，６０−Ｂ      液晶パネル
６１−Ｒ，６１−Ｇ，６１−Ｂ      偏光板
６２        投射レンズ
６３        スクリーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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