(57)【要約】【課題】  より簡単な構成で光学素子間の相対的な位置関係が高精度に維持できる光学エンジンを提供することが可能となる。【解決手段】  投射表示装置に用いられる光学エンジンであって、色分離光学素子と、色合成光学素子と、前記色分離光学素子および前記色合成光学素子を一体的に保持する保持部材と、装置筐体側に固定されたベース部材と、を備え、前記保持部材と前記ベース部材は、１箇所で接着されていることを特徴とする。【選択図】  図３
2005308936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投射表示装置に用いられる光学エンジンであって、
色分離光学素子と、色合成光学素子と、前記色分離光学素子および前記色合成光学素子を一体的に保持する保持部材と、装置筐体側に固定されたベース部材と、を備え、
前記保持部材と前記ベース部材は、１箇所で接着されていることを特徴とする光学エンジン。
【請求項２】
該接着部は、前記保持部材により一体的に保持された光学ユニットにおける略重心位置を通る鉛直方向に平行な直線上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光学エンジン。
【請求項３】
前記保持部材は、前記ベース部材に対して吊り下げられていることを特徴とする請求項１または２に記載の光学エンジン。
【請求項４】
前記保持部材により一体的に保持された光学ユニットを、該接着部の側とは反対の側から押圧する押圧部材をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光学エンジン。
【請求項５】
前記押圧部材は、ウエーブワッシャおよびコイルスプリングのうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項４に記載の光学エンジン。
【請求項６】
前記保持部材はガラス板から成り、前記ベース部材は樹脂成形品から成ることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の光学エンジン。
【請求項７】
投射表示装置に用いられる光学エンジンであって、
色分離光学素子と、色合成光学素子と、前記色分離光学素子および前記色合成光学素子を一体的に保持する保持部材と、装置筐体側に固定されたベース部材と、を備え、
前記保持部材と前記ベース部材は、１箇所で強固に接着されており、その周囲の複数箇所で柔軟に接着されていることを特徴とする光学エンジン。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の光学エンジンと、前記光学エンジンからの光を投射する投射手段と、を備える投射表示装置。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の光学エンジンと、前記光学エンジンからの光を投射する投射手段と、を備える投射表示装置と、
前記投射表示装置に画像信号を供給する画像信号供給装置と、を具備する画像投射システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射表示装置（液晶プロジェクタ等の投射型画像表示装置）に関するものである。特に、投射表示装置に用いられる光学エンジンの保持構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、液晶プロジェクタにおける光学エンジンの保持構造について記載されている。特許文献１では、色分離光学素子および色合成光学素子を下側から支持する保持基材（保持部材に相当）を、基板部材（ベース部材に相当）に、ビスによって複数箇所で取付けることが開示されている。さらに、複数の取付け箇所のうちのある１箇所では固定的に取付け、他の箇所では移動可能な状態で取付けることで、熱膨張によって生じる保持基材と基板部材の相対的な位置変化にも対応できる旨が記載されている。
【特許文献１】特開平１０−１４３０８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１では、保持基板と基板部材の取付けにビスを用いており、ビスを締め付けた際に生じるビス留め応力を複数の取付け箇所で受けることとなり、保持基材自体が変形してしまう可能性がある。保持基材が変形してしまうと、下側から支持されている色分離光学素子と色合成光学素子の相対的な位置関係が崩れ、コンバージョンずれによる画質劣化を招いてしまう、という問題点がある。
【０００４】
これに対し、保持基材の変形を回避するために、保持基材の剛性を高めることが考えられる。例えば、保持基材の板厚を厚くしたり、保持基板を鋳造品で構成したりすることが考えられるが、装置重量が重くなったり、部品加工費が高くなったりしてしまう。また、保持基板の材料として軽量で高剛性なアルミニウムを用いたりすることも考えられるが、熱線膨張の観点から見るとあまり好ましいとは言えない。
【０００５】
そこで、本発明は、上記の問題点を解決するためのもので、より簡単な構成で光学素子間の相対的な位置関係が高精度に維持できる光学エンジンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の第１の側面に係る光学エンジンは、投射表示装置に用いられる光学エンジンであって、色分離光学素子と、色合成光学素子と、前記色分離光学素子および前記色合成光学素子を一体的に保持する保持部材と、装置筐体側に固定されたベース部材と、を備え、前記保持部材と前記ベース部材は、１箇所で接着されていることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の第２の側面に係る光学エンジンは、投射表示装置に用いられる光学エンジンであって、色分離光学素子と、色合成光学素子と、前記色分離光学素子および前記色合成光学素子を一体的に保持する保持部材と、装置筐体側に固定されたベース部材と、を備え、前記保持部材と前記ベース部材は、１箇所で強固に接着されており、その周囲の複数箇所で柔軟に接着されていることを特徴とする。
【０００８】
さらに、本発明には、上記の光学エンジンを備える投射表示装置や、その投射表示装置を備えた画像投射システムも含まれる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、より簡単な構成で光学素子間の相対的な位置関係が高精度に維持できる光学エンジンを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
（実施形態１）
図１には、本発明の実施形態１である液晶プロジェクタ（投射表示装置）の光学エンジンの構成を示している。
【００１１】
１は連続スペクトルで白色光を発光する光源で、主に超高圧水銀ランプなどが用いられる。
【００１２】
２は矩形のレンズをマトリックス状に配置した第１のフライアイレンズで、３は第１のフライアイレンズの個々のレンズに対応したレンズを有する第２のフライアイレンズである。
【００１３】
４は無偏光光を所定の偏光方向を有する光に揃える偏光変換素子で、５は光路を曲げる全反射ミラーである。６はフィールドレンズである。
【００１４】
７はＲ光（赤色光）とＢ光（青色光）を反射し、Ｇ光（緑色光）を透過するダイクロイックミラーである。８は偏光変換素子４でＳ偏光に変換されず、かつダイクロイックミラー７を通過する際に偏光が乱されたＰ偏光光を吸収するためのＧ用偏光板である。
【００１５】
９はＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射するＧ用偏光ビームスプリッタである。１０はＲ光、Ｇ光、Ｂ光を合成するための合成用偏光ビームスプリッタである。合成用偏光ビームスプリッタ１０は、ダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムに代用可能なものである。
【００１６】
１１は合成用偏光ビームスプリッタ１０により合成された光を、不図示のスクリーン等の被投射面に拡大投射するための投射レンズである。
【００１７】
１２はＧ用偏光板８と偏光軸方向が同じＲＢ用偏光板である。ＲＢ用偏光板１２も偏光変換素子４でＳ偏光に変換されず、かつダイクロイックミラー７を反射する際に偏光が乱されたＰ偏光を吸収するためのものである。
【００１８】
１３は波長選択性偏光回転素子Ｂであり、ＲＢ用偏光板１２を通過してきたＲ光とＢ光のうちＢ光の偏光方向のみを９０°回転させるためのものである。
【００１９】
１４はＲＢ用偏光ビームスプリッタで、波長選択性偏光回転素子Ｂ１３を通過してきたＳ偏光のままのＲ光を反射し、Ｐ偏光に変換されたＢ光を通過させることにより色分離を行う。
【００２０】
１５は波長選択性偏光回転素子Ｒで、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４から射出したＲＢ光のうちＲ光の偏光方向のみを９０°回転させるためのものであり、Ｒ光とＢ光の偏光方向はここで揃えられる。
【００２１】
１６は波長選択性偏光回転素子Ｒ１５にて偏光方向を揃えられたＲＢのＳ偏光光以外の偏光光を吸収する出側偏光板である。出側偏光板１６は、合成用偏光ビームスプリッタ１０に貼り付けられている。これは吸収した光が熱となり、出側偏光板１６が破損しないように、熱容量の大きな合成用偏光ビームスプリッタ１０に放熱するためと、例えば厚さ１．１ｍｍ程度の基板ガラスに貼り付けて単独で保持する場合に発生するであろうレジずれを防止するためである。
【００２２】
しかし、製造上やその他理由から、出側偏光板１６を偏光ビームスプリッタ１０に貼れない場合は、レジずれに考慮しつつ単独で保持してもよい。また、例えば、後述する、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５を間接保持部材（保持枠２２）を介して合成用偏光ビームスプリッタ１０に保持させるのと同様の方法を用いてもよい。
【００２３】
図２は、偏光ビームスプリッタであるプリズム９，１０，１４の結合状態を示すものである。
【００２４】
１７は合成用偏光ビームスプリッタ１０とＧ用偏光ビームスプリッタ９とＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４とを強固に接続するためのガラス板Ｌ（保持部材）である。１８はＧ用偏光ビームスプリッタ１０とガラス板Ｌ１７との隙間に入れるスペーサであるところのガラス板Ｓである。ガラス板Ｓ１８は、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４とガラス板Ｌ１７との間にも同様に入る。
【００２５】
このようにガラス板Ｌ１７とガラス板Ｓ１８により、合成用偏光ビームスプリッタ１０とＧ用偏光ビームスプリッタ９とＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４、すなわち、色分離光学素子と色合成光学素子は結合状態となり、多少の外力や、通常稼動時の温度上昇で、３個の偏光ビームスプリッタ９，１０，１４間の相対的な位置関係がずれないよう互いに強固に固定される。９，１０，１４，１７，１８のプリズムとガラス板はそれぞれ界面に接着剤を塗布して貼り合せることで固定されている。
【００２６】
図１において、２０は反射型液晶表示素子であり、本実施形態では、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光用にそれぞれ１個ずつの反射型液晶表示素子（以下、液晶パネルという）２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂが設けられている。
【００２７】
２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂは液晶パネル保持板であり、液晶パネル２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂを保持するための部材である。液晶パネル保持板２１Ｇは、Ｇ用偏光ビームスプリッタ９に接着固定され、液晶パネル保持板２１Ｒ，２１ＢはＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４に接着固定されている。
【００２８】
２２は波長選択性偏光回転素子Ｒ１５を合成用偏光ビームスプリッタ１０に保持するための保持枠である。図２では、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４に保持した例を示しており、どちらの形態でも光学的には問題ない。
【００２９】
２３は主に１７のガラス板Ｌにより一体化されたプリズムユニット（光学ユニット）を保持するためのベース（ベース部材）であり、プロジェクタの装置筐体側に固定されている。
【００３０】
ダイクロイックミラー７は、ベース２３に一体的に設けられた柱部２３ａ，２３ｂに形成された溝内に落とし込まれ、スポンジを挟むことによりガタなく保持されている。また、Ｇ用偏光板８は、柱部２３ｂとベース２３に一体的に設けられた壁部２３ｃに形成された溝内に落とし込まれ、所定量のガタつきを持たせて保持されている。
【００３１】
さらに、ＲＢ用偏光板１２と波長選択性偏光回転素子Ｂ１３は、柱部２３ｂとベース２３に一体的に設けられた柱部２３ｄにそれぞれ形成された溝内に落とし込まれ、所定量のガタつきを持たせて保持されている。
【００３２】
２４は光源１の冷却用のファンであり、光源ランプのバルブ温度を適温とするためと、プロジェクタの装置筐体内に高温の空気が留まらないようにするための排気用でもある。
【００３３】
図３はベース２３に保持される部品構成を説明する図である。
【００３４】
２８は１／４波長板で、ＲＧＢそれぞれの色光用に設けられている。１／４波長板は、偏光ビームスプリッタからの光の偏光を整える役割を持ち、黒表示状態に大きな影響を及ぼす。
【００３５】
３０は２８の１／４波長板を保持する波長板ホルダで、２９のビスにて固定される。
【００３６】
ここで、色分離および色合成や、画像表示についてさらに詳しく説明する。
【００３７】
照明系のうちコンデンサーレンズ６までで液晶パネル２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの画像有効範囲を均一な照度とするよう光学的に調整され、かつＳ偏光に揃えられた光源１からの白色光は、まず、ダイクロイックミラー７にてＧ光とＲＢの合成光とに分離される。
【００３８】
ダイクロイックミラー７を透過し、Ｇ用偏光板８で検光されたＳ偏光であるＧ光は、Ｇ用偏光ビームスプリッタ９の偏光分離面にて反射し、液晶パネル２０Ｇに入射する。液晶パネル２０Ｇに入射したＳ偏光は、黒表示の場合にはＳ偏光のままで反射され、辿ってきた経路を戻って光源１に向かう。白表示の場合は、液晶パネル２０ＧにてＰ偏光に変換され、Ｇ用偏光ビームスプリッタ９の偏光分離面を透過し、さらに合成用偏光ビームスプリッタ１０の偏光分離面も透過して投射レンズ１１に向かう。
【００３９】
一方、ダイクロイックミラー７にて反射されたＲＢの合成光は、ＲＢ用偏光板１２で検光され、波長選択性偏光回転素子Ｂ１３にてＢ光のみがＳ偏光からＰ偏光に変換される。波長選択性偏光回転素子Ｂ１３を通過したＲＢ光のうちＳ偏光であるＲ光は、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４の偏光分離面で反射して液晶パネル２０Ｒに入射し、Ｐ偏光であるＢ光はＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４の偏光分離面を透過して液晶パネル２０Ｂに入射する。このように、ＲＢ光はＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４にて色分離されて、それぞれ液晶パネル２０Ｒ，２０Ｂに入射する。
【００４０】
黒表示の場合のＲ光とＢ光は、Ｇ光と同様に、液晶パネル２０Ｒ，２０Ｂで偏光方向が変換されずに反射して、辿ってきた経路を戻り、光源１に向かう。白表示の場合のＲ光は、液晶パネル２０ＲにてＳ偏光からＰ偏光に変換され、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４の偏光分離面を透過し、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５を通過することでＳ偏光に変換され、出側偏光板１６で検光され、合成用偏光ビームスプリッタ１０の偏光分離面で反射して、投射レンズ（投射手段）１１に向かう。
【００４１】
また、白表示の場合のＢ光は、液晶パネル２０ＢにてＰ偏光からＳ偏光に変換され、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４の偏光分離面で反射し、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５を偏光変換されずに通過して、出側偏光板１６で検光され、合成用偏光ビームスプリッタ１０の偏光分離面にて反射し、投射レンズ１１に向かう。
【００４２】
このように、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４にてＲ光とＢ光が色合成され、合成用偏光ビームスプリッタ１０にてＲＢの合成光とＧ光が色合成されて白色光を形成する。
【００４３】
なお、ここでは、液晶パネル２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの全有効画素を同時に切り換えた場合について説明したが、画素毎に偏光を制御することで画像情報を再生することができる。そして、ＲＧＢの各色ごとに画像情報を再生制御することで、色合成されたカラー投射画像が得られる。
【００４４】
上述したような色分離光学素子と色合成光学素子の保持方法を、図３を用いて説明する。ガラス板Ｌ１７を介して一体化された偏光ビームスプリッタ９，１０，１４の光学ユニットは、ベース２３に対して、２３ｇで示す比較的狭小な範囲の接着部１箇所で接着される。
【００４５】
これは、ガラス板Ｌ１７の三角形の上面部全域を使用して接着することによる弊害を防ぐためである。ベース２３はポリカーボネート等の樹脂成形品であり、ガラス板Ｌ１７とは線膨張係数が異なる。装置筐体内部温度は約５０℃近くまで上昇し、接着時を常温と考えると約２５℃〜３０℃の温度変化が予想される。このような条件下では、接着部の面積が広いと、温度変化による膨張量の差で、内部応力が発生して接着部剥離が起こる可能性がある。この弊害を防止するために、本実施形態では、狭小な範囲の接着部１箇所で、ガラス板Ｌ１７（保持部材）とベース２３（ベース部材）を接着している。
【００４６】
さらに、狭小な接着部２３ｇは、光学ユニットにおける略重心位置の上部（すなわち、光学ユニットにおける略重心位置を通る鉛直方向に平行な直線上）にある。これは、ベース２３に対して接着部２３ｇを介して吊り下げられる光学ユニットが、接着部２３ｇを中心に回転しようとする応力を発生させないためである。これにより、接着部２３ｇには常時、真下（重力方向）に光学ユニットの重量のみの負荷がかかるだけで、回転モーメントが発生せず、狭小な接着面積でも耐えうる構成としたものである。
【００４７】
（実施形態２）
図４は、実施形態２を示す図である。本実施形態は実施形態１の変形例であり、実施形態１と同様な部分の説明は割愛する。
【００４８】
ガラス板Ｌ１７とベース２３の固定方法として、ガラス板Ｌ１７の上側全面を柔らかな接着剤を塗布してベース２３に固定する方法も考えられるが、ベース２３に対して９，１０，１４の光学ユニットが変位すると、投射レンズ１１との相対的な位置関係が崩れ、片ボケ等の画質劣化が発生してしまう。また、ベース２３の材料として、ガラス板Ｌ１７と略等しい線膨張係数を有する材料選定をすれば、強固な接着剤で、ガラス板Ｌ１７の上側全面を接着できるが、そのような材料は、鉄や合金などの重く高価なものとなってしまう。
【００４９】
そこで、本実施形態では、実施形態１で説明した強固な接着部に、柔軟な接着部を補助的に追加したものである。ベース２３側に、強固な接着部２３ｇの周囲を囲むように、テーパ状の穴部２３ｈを複数設け、このテーパ状の穴部２３ｈに柔らかな接着剤を塗布し、ガラス板Ｌ１７を補助的に接着している。
【００５０】
これにより広範囲な接着が実現され、接着強度を向上させながらも、熱膨張による応力も吸収できるのである。
【００５１】
（実施形態３）
図５は、実施形態３を示す図である。本実施例も実施形態１および２の変形例であり、同様な部分の説明は割愛する。
【００５２】
２５は、光源１から投射レンズ１１までの全ての光学部品を保持する筐体である。実施形態２で説明した図４の光学エンジンは、ベース２３にアッセンブリーされ、３個のビスで筐体２５に固定されている。２６は筐体２５の上蓋であり、２から６までの光学部品を振動、落下、衝撃等の際に押さえ込むものである。
【００５３】
３５はウエーブワッシャで、合成用偏光ビームスプリッタ１０と、２５ａで示す筐体底部との間に挟まれた形で置かれ、筐体底部２５ａに対して合成用偏光ビームスプリッタ１０を押圧している。
【００５４】
３６はコイルスプリングで、Ｇ用偏光ビームスプリッタ９と、２５ｂで示す筐体穴部との間に挟まれた形で置かれ、筐体穴部２５ｂに対してＧ用偏光ビームスプリッタ９を押圧している。同様に、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４の下部にもコイルスプリング３６を設けている。
【００５５】
ウエーブワッシャ３５は接着部２３ｇの真下に設けることで、光学ユニットを重心で安定的に支え、接着部２３ｇにかかる剥離力とこじり力を除去している。ウエーブワッシャ３５の押圧設定力は、ガラス板Ｌ１７から吊リ下げられる全ての部品の重量を少しだけ上回るものとする。また、コイルスプリング３６の押圧設定力は、Ｇ用偏光ビームスプリッタ９の１個分の重量をわずかに上回るものとしている。これらの押圧設定により、接着部２３ｇにかかる光学ユニットの重量を安定的に支えるが、不要な応力でベース２３の変形を回避することができる。
【００５６】
上述の実施形態によれば、以下のような効果が期待できる。
【００５７】
まず、高剛性な保持部材により一体的に保持された光学ユニットを、ベース部材に、比較的狭小な範囲な接着部１箇所で接着することで、線膨張係数の差による熱膨張時の接着部剥離を回避できるものである。これは実際には複雑で大柄になってしまうベース部材をプラスチックなどの安価で軽量なものにできる。
【００５８】
また光学ユニットを、接着部に剥離と逆方向の力が加わるように、光学素子の光軸を挟んで反対側からの押圧する押圧手段（ウエーブワッシャおよびコイルスプリングのうち少なくとも１つ）を設けることで、接着部には常に剥離とは逆方向の力が加わるようになり、接着強度の劣化を回避できる。
【００５９】
また、接着部を光学ユニットの略重心位置の上部または下部に設けることで、光学ユニットの自重バランスによる偏りにより発生する接着部へのこじり力を除去できる。このように、こじり力を除去することで、接着強度の劣化を回避でき、耐衝撃性を向上させることもできる。
【００６０】
さらに、光学ユニットの略重心位置の上部または下部の強固な接着部１箇所と、線膨張による応力を吸収可能な柔軟な接着部複箇所の両方を備えることで、より安定した接着が実現でき、レジずれには悪影響を与えず、片ボケ等を改善できる。
【００６１】
なお、上述の実施形態で説明した投射表示装置と、これに画像信号を供給する画像信号供給装置（例えば、パーソナルコンピュータ、ビデオカメラ、デジタルカメラ等）と、を組合せれば、会議や説明会や上映会等で好適な画像投射システムを提供することができる。このとき、反射型液晶表示装置と画像信号入力装置の間の通信は、通信ケーブルを介したものでも、無線ＬＡＮシステムを利用したものでも構わない。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】実施形態１の液晶プロジェクタの構成を示す平面図。
【図２】（ａ）偏光ビームスプリッタの一体化構成を説明する平面図と、（ｂ）その側面断面図。
【図３】（ａ）実施形態１の光学エンジンを説明する平面図と、（ｂ）その側面断面図。
【図４】（ａ）実施形態２の光学エンジンを説明する平面図と、（ｂ）その側面断面図。
【図５】（ａ）実施形態３の構成を説明する平面図と、（ｂ）その側面断面図。
【符号の説明】
【００６３】
１  光源
２  第１フライアイレンズ
３  第２フライアイレンズ
４  偏光変換素子
５  全反射ミラー
６  フィールドレンズ
７  ダイクロイックミラー
８  Ｇ用偏光板
９  Ｇ用偏光ビームスプリッタ
１０  合成用偏光ビームスプリッタ
１１  投射レンズ
１２  ＲＢ用偏光板
１３  波長選択性偏光回転素子Ｂ
１４  ＲＢ用偏光ビームスプリッタ
１５  波長選択性偏光回転素子Ｒ
１６  出側偏光板
１７  ガラス板
１８  ガラス板
２０  反射型液晶表示素子
２１  保持板
２２  保持枠
２３  ベース
２４  冷却ファン
２５  筐体
２６  上蓋
２８  １／４波長板
２９  ビス
３０  波長板ホルダ
３５  ウエーブワッシャ
３６  コイルスプリング
【図１】
2005308936.tif 000003
【図２】
2005308936.tif 000004
【図３】
2005308936.tif 000005
【図４】
2005308936.tif 000006
【図５】
2005308936.tif 000007