(57)【要約】【課題】反射型空間光変調素子の脱着作業を行ってもレジストレーション調整の精度が維持でき、且つ頑強に反射型空間光変調素子とセラミックスベース材とを固定できる光学デバイスの製造方法及び投射表示装置を提供する。【解決手段】素子固定金具４１は、セラミックスベース２０ａ、２０ｂにセラミックス接着剤４３にて固定される。素子固定金具４１には、空間光変調素子固定用の突起４１ａが設けられている。次に、素子パッケージ１５に固定された空間光変調素子１６２は、素子パッケージ取り付け孔１５ａを空間光変調素子固定用の突起４１ａに挿入して、レジストレーション調整を実施しながら半田付け４２を行い固定するようにする。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも反射型空間光変調素子と、偏光ビームスプリッタと、カラー偏光フィルタとから成り、
これら反射型空間光変調素子と、偏光ビームスプリッタと、カラー偏光フィルタとをセラミックスベース材に固定するように製造する光学デバイスの製造方法であって、
前記偏光ビームスプリッタとカラー偏光フィルタとを前記セラミックスベース材によりそれぞれ上下方向から固定する工程と、
前記セラミックスベース材の外表面に接着剤を介して素子固定金具を固定する工程と、
前記反射型空間光変調素子を素子パッケージに固定する工程と、
前記素子固定金具と前記素子パッケージとを前記反射型空間光変調素子のレジストレーション調整をしながら半田付する固定工程と、
を含んで製造することを特徴とする光学デバイスの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の製造方法により製造された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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型の空間光変調素子を用いた投射表示装置の光学デバイスの製造方法及びこれを用いた投射表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラー投射表示装置は、白色光から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。
【０００３】
カラー投射表示装置は、それに適用される空間光変調素子の種類によって次にあげる３種類に大別される。透過型の空間光変調素子を適用したもの、反射型の空間光変調素子を適用したもの、またＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）を適用したものがある。
【０００４】
透過型の空間光変調素子及びＤＭＤは、光学構成が比較的簡単にできるために小型化が容易であるが高解像度化に難がある。一方、反射型の空間光変調素子は高解像度化に有利であるが光学構成が複雑となるために小型化に難がある。
【０００５】
特に、反射型の空間光変調素子を適用した投射表示装置は、空間光変調素子に照射される入射光と当該空間光変調素子で変調された反射光とを分離するために偏光ビームスプリッタを必要とする。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。
【０００６】
このような反射型の空間光変調素子における光学構成の課題を解決し構成を小型化した色分解合成光学系が、提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この色分解合成光学系は、複数の偏光ビームスプリッタを至近距離に配置してセラミックスベース等に接着固定をし、光学系を構成することにより小型化を達成している。
【０００７】
また、カラー投射表示装置においては、それに適用される空間光変調素子と色分解合成光学系光学部品とを精度よく位置合わせをして固定しなければならず、位置がずれると投射画像の画素ずれといった問題が起こる。これに対し、上述の特許文献１の光学デバイスでは、空間光変調素子をパッケージに収め、セラミックベース上に形成したメタライズ部に直に半田付けを行っている。各空間光変調素子の微妙な位置調整（レジストレーション・フォーカス等）をしながら半田固定を行うことにより、空間光変調素子とセラミックベースとが強固に接着されるため、経時変化や温度変化等に対し安定な光学デバイスを提供している。
【０００８】
しかし、半田付けはレジストレーションを実施しながら行うわけであるが、半田付けを行うには半田部分を数百度の温度環境にする必要があり、半田が溶けた状態でレジストレーション調整を実施しても、その後冷却時間にて接合部材の温度分布むらによってレジストレーションがずれてしまうという問題が発生した。これに対し、画素ずれの少ないレジストレーション調整が行うことができ、しかも空間光変調素子の確実な取り付けが可能である空間光変調素子取り付け装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−２２８８０９公報（第１図）
【００１０】
【特許文献２】
特開平１０−２３２４４７号公報（第１図）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、各空間光変調素子の接着は、半田が溶けた状態でレジストレーション調整を実施しながら行うわけであるが、冷却後レジストレーションがずれていた場合には再調整を行う必要があるため、半田付けを一旦引き剥がし再び半田付けを行うことが必要となる。
また、投射表示装置の空間光変調素子は、径時変化等で交換修理を行う場合がある。
こういったレジストレーション再調整時あるいはリペアを行う時は、空間光変調素子パッケージを脱着しなければならない。この脱着作業の際、半田固定部の再加熱と引き剥がし応力によりメタライズ部や接合部材の損傷を招くという問題があった。
【００１２】
また、メタライズ部はセラミックベースに密着しているため熱伝導が良好である。そのため位置再調整時やリペアを行う時など半田固定工程が長引くとセラミックベースの温度が上昇し、それによるセラミックベースの熱膨張が起こり、セラミックベースに固定されている光学部品の高精度な調整に狂いが生じてしまうという問題があった。
【００１３】
本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、反射型空間光変調素子と、偏光ビームスプリッタと、カラー偏光フィルタとをセラミックスから成るベース材に固定した光学デバイスにおいて、セラミックスベース材にセラミックス接着剤により素子固定金具を接着固定する。その後、素子パッケージと素子固定金具とをレジストレーション調整を実施しながら半田付けにて固定する。
こうすることにより、脱着作業を行ってもセラミックスベース及び素子パッケージに引き剥がし応力や熱の影響がおよばないのでレジストレーション調整の精度が維持でき、且つ頑強に反射型空間光変調素子とセラミックスベース材とを固定できる光学デバイスの製造方法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。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の１）〜２）記載の手段よりなる。
すなわち、
１）少なくとも反射型空間光変調素子と、偏光ビームスプリッタと、カラー偏光フィルタとから成り、
これら反射型空間光変調素子と、偏光ビームスプリッタと、カラー偏光フィルタとをセラミックスベース材に固定するように製造する光学デバイスの製造方法であって、
前記偏光ビームスプリッタとカラー偏光フィルタとを前記セラミックスベース材によりそれぞれ上下方向から固定する工程と、
前記セラミックスベース材の外表面に接着剤を介して素子固定金具を固定する工程と、
前記反射型空間光変調素子を素子パッケージに固定する工程と、
前記素子固定金具と前記素子パッケージとを前記反射型空間光変調素子のレジストレーション調整をしながら半田付する固定工程と、
を含んで製造することを特徴とする光学デバイスの製造方法。
２）１）に記載の製造方法により製造された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。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の方法が適用される光学デバイス、及び投射表示装置の発明の実施の形態につき、好ましい実施例により説明する。
図１は、その方法で製造される光学デバイス及び投射表示装置の第１の実施例で、光学構成を示した概略平面図である。
色分解合成光学系２９０（図中破線で囲まれた部分）は、立方体または角柱状の第１，第２，第３，第４の偏光ビームスプリッタ１０２，１０３，１０４，１０５を、その偏光分離面１２１，１３１，１４１，１５１が略Ｘ字状に交差するように配置したものであり、さらに、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左側面）、及び第４の偏光ビームスプリッタ１０５の出射側の透光面（第４の偏光ビームスプリッタの右側面）には、共にＧ光の偏波面を９０°回転する機能を有するＧ用カラー偏光フィルタ１０６，１７を、また、第１と第３の偏光ビームスプリッタ１０２，１０４間及び第３と第４の偏光ビームスプリッタ１０４，１０５間には、共にＲ光の偏波面を９０°回転させる機能を有するＲ用カラー偏光フィルタ１０８，１９を備えており上記構成要素は透明な接合部材（例えば、接着剤）１８３で接合して一体化されいる。
【００１６】
実施例１に適用される投射表示装置３００は次のように動作する。
光源１７１から発した不定偏光の白色光は第１の偏光板１８１に入射する。そして、Ｓ偏光のみが第１の偏光板１８１を透過して、Ｇ用カラー偏光フィルタ１０６に入射する。
Ｇ用カラー偏光フィルタ１０６はＧ光のみの偏波面を９０°回転させる波長選択性偏光変換手段であるため、Ｇ用カラー偏光フィルタ１０６を透過するＧ光（図１の実線）に係るＳ偏光はＰ偏光に変換される。また、Ｇ用カラー偏光フィルタ１０６はＲ光（図１の破線）及びＢ光（図１の２点鎖線）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。
【００１７】
先ず、Ｇ用カラー偏光フィルタ１０６を透過したＰ偏光のＧ光（実線）は、第１及び第２の偏光ビームスプリッタ１０２，１０３の偏光分離面１２１，１３１を透過直進して、第２の偏光ビームスプリッタ１０３の透光面１０３ｃより出射して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。
【００１８】
光変調されて生成したＧ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において反射され、第４の偏光ビームスプリッタ１０５の透光面１０５ｃより出射し、後段に配置したＧ用カラー偏光フィルタ１０７に入射する。
Ｇ用カラー偏光フィルタ１０７は前述したようにＧ光に係る偏波面を９０°回転させる機能を有するものであるので、Ｇ光のＳ偏光はＰ偏光に変換されて出射する。
【００１９】
次に、Ｒ光（破線）について説明する。Ｇ用カラー偏光フィルタ１０６を透過したＳ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で反射されＲ用カラー偏光フィルタ１０８に入射する。ここで、Ｒ用カラー偏光フィルタ１０８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光はＳ偏光からＰ偏光に偏光変換されてこれを出射し、第３の偏光ビームスプリッタ１０４に入射する。さらに、Ｐ偏光のＲ光は第３の偏光ビームスプリッタ１０４の偏光分離面１４１を直進透過しての透光面１０４ｂより出射し、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。
【００２０】
光変調されて生成したＲ光のＳ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で反射され、Ｒ用カラー偏光フィルタ１０９に入射する。当該Ｒ用カラー偏光フィルタ１０９において、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より出射し、後段に配置したＧ用カラー偏光フィルタ１０７に入射する。
Ｇ用カラー偏光フィルタ１０７はＲ光には何ら作用せず、Ｒ光はＰ偏光のままこれを出射する。
【００２１】
次に、Ｂ光（２点鎖線）について説明する。Ｇ用カラー偏光フィルタ１０６を透過した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Ｒ用カラー偏光フィルタ１０８に入射する。ここで、Ｒ用カラー偏光フィルタ１０８は上記したようにＲ光のみに作用しＢ光には何ら作用しないため、Ｂ光は偏光変換されることなくＳ偏光のままこれを出射し、第３の偏光ビームスプリッタ１０４に入射する。
【００２２】
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１０４ａ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。
【００２３】
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Ｒ用カラー偏光フィルタ１９に入射する。当該Ｒ用カラー偏光フィルタ１０９は前述したようにＢ光に対しては何ら作用しないため、Ｂ光はＰ偏光のままこれを出射して第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より出射し、後段に配置したＧ用カラー偏光フィルタ１０７に入射する。
Ｇ用カラー偏光フィルタ１０７は前述したように、Ｇ光のみに作用しＢ光には何ら作用しないため、Ｂ光はＰ偏光のままこれを出射する。
このようにして、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の偏波面はＰ偏光に揃えられて、投射レンズ１９１を介して図示せぬスクリーンにカラー映像を拡大表示する。
【００２４】
次に、図２を用いて、第１の実施例に適用される光学デバイスの概略構成図を説明する。同図は、第１〜第４の偏光ビームスプリッタ１０２，１０３，１０４，１０５とセラミックスベース２０ａ，２０ｂと空間光変調素子１６１，１６２，１６３の組み立て図を示している。セラミックスベース２０ａの偏光ビームスプリッタ接合面は平面であり、第１〜第４偏光ビームスプリッタ１０２，１０３，１０４，１０５は、それぞれ２つの三角プリズムの底面をそろえた状態で接着される。同様に、第１〜第４偏光ビームスプリッタ１０２，１０３，１０４，１０５は、それぞれ２つの三角プリズムの上面をそろえた状態でセラミックスベース２０ｂの平面である偏光ビームスプリッタ接合面に接着される。さらに、セラミックスベース２０ａ、２０ｂに矢印の方向に空間光変調素子１６１，１６２，１６３が固定され、これらの光学部品が光学デバイスとして一体化してシャーシ２１に固定される。
【００２５】
次に、図３を用いて第１の実施例に適用される光学デバイスの製造方法について説明する。ここでは、空間光変調素子１６２を例にとって説明する。素子固定金具４１をセラミックスベース２０ａ、２０ｂにセラミックス接着剤４３にて固定する。空間光変調素子１６２は、素子パッケージ１５に固定した状態で、素子パッケージ取り付け孔１５ａを素子固定金具４１に設けられた空間光変調素子固定用の突起４１ａに挿入する。ここで、図１の投射表示装置あるいは図示しないレジストレーション調整の冶具を用いて、空間光変調素子１６２による画像を投影してレジストレーション調整を行いながら突起４１ａと取り付け孔１５ａとを半田付け４２して固定する。。
【００２６】
図４を用いて第２の実施例について説明する。素子固定金具４５を、セラミックスベース２０ａ、２０ｂにセラミックス接着剤４３にて固定する。空間光変調素子１６２は、素子パッケージ１６に固定した状態で、素子パッケージ取り付け溝１６ａを素子固定金具４５に設けられた空間光変調素子固定用のピン４６に挿入する。ここで、図１の投射表示装置あるいは図示しないレジストレーション調整の冶具を用いて、空間光変調素子１６２による画像を投影してレジストレーション調整を行いながらピン４６と取り付け溝１６ａとを半田付け４２して固定する。
【００２７】
図５を用いて第３の実施例について説明する。素子固定金具４７を、セラミックスベース２０ａ、２０ｂにセラミックス接着剤４３にて固定する。空間光変調素子１６２は、素子パッケージ１８に固定した状態で、素子固定金具４７に当てる。ここで、図１の投射表示装置あるいは図示しないレジストレーション調整の冶具を用いて、空間光変調素子１６２による画像を投影してレジストレーション調整を行いながら素子固定金具４７と素子パッケージ１８とを半田付け４２して固定する。
【００２８】
各実施例のように、まず素子固定金具を、セラミックスベースにセラミックス接着剤にて固定することで、素子固定金具とセラミックスベースとの固定部における強度を確保し、且つ半田付けによる熱の影響を低減する。そして、素子パッケージを素子固定金具に半田付けするようにしたことで、適切なレジストレーション調整を行いながら空間光変調素子を固定することができ、脱着作業を行ってもセラミックスベース及び素子パッケージに引き剥がし応力や熱の影響がおよばないようにすることができる。
【００２９】
なお、各実施例において、素子固定金具と素子パッケージとの固定に半田付けを用いているが、有機溶剤で固定する構成としてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、反射型空間光変調素子と、偏光ビームスプリッタと、カラー偏光フィルタとをセラミックスベース材に固定した構成の光学デバイスにおいて、セラミックスベース材にセラミックス接着剤により素子固定金具を接着固定する。その後、反射型空間光変調素子を固定している素子パッケージをさらにレジストレーション調整を実施しながら半田付けにて素子固定金具に固定する。こうすることにより、脱着作業を行ってもセラミックスベース及び素子パッケージに引き剥がし応力や熱の影響がおよばないのでレジストレーション調整の精度が維持でき、且つ頑強に反射型空間光変調素子とセラミックスベース材とを固定できる光学デバイスの製造方法及び投射表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に適用される光学デバイス及びこれを用いた投射表示装置の概略平面図である。
【図２】第１の実施例に適用される光学デバイスの概略構成図である。
【図３】第１の実施例に適用されるセラミックスベースと空間光変調素子との固定を示した図である。
【図４】第２の実施例に適用されるセラミックスベースと空間光変調素子との固定を示した図である。
【図５】第３の実施例に適用されるセラミックスベースと空間光変調素子との固定を示した図である。
【符号の説明】
３００…投射表示装置
２９０…色分解合成光学系
１０６，１０７…Ｇ用カラー偏光フィルタ
１０８，１０９…Ｒ用カラー偏光フィルタ
１７１…光源
１８１…第１の偏光手段
１８２…第２の偏光手段
１９１…投射レンズ
１０２…第１の偏光ビームスプリッタ（入射側偏光ビームスプリッタ）
１０３…第２の偏光ビームスプリッタ（主偏光ビームスプリッタ）
１０４…第３の偏光ビームスプリッタ（主偏光ビームスプリッタ）
１０３ｃ，１０４ａ，１０４ｂ…透光面
１０５…第４の偏光ビームスプリッタ（出射側偏光ビームスプリッタ）
１６１，１６２，１６３…空間光変調素子
１２１，１３１，１４１，１５１…偏光分離面
２０ａ，２０ｂ…セラミックスベース
２１…シャーシ
４１，４５，４７…素子固定金具
４１ａ…素子固定用突起
１５，１６，１８…素子パッケージ
１５ａ…素子パッケージ取り付け孔
１６ａ…素子パッケージ取り付け溝
４２…半田付け
４３…セラミックス接着剤
【図１】
2004325917.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004325917.tif 000006
【図５】
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