(57)【要約】【課題】接着剤硬化への障害が生じることを回避し、プリズムとライトバルブの結合を簡便かつ安定的に行うことができる画像表示装置を提供する。【解決手段】画像表示装置で、光変調素子と、該光変調素子の出射側に設けられるプリズムと、該プリズムを保持する保持部材と、該保持部材と前記光変調素子を結合する結合部材と、を有し、前記保持部材及び前記結合部材のうち一方の部材は外側に凸部を有し、前記一方の部材は前記凸部を介して前記保持部材及び前記結合部材のうち他方の部材の内側に保持される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光変調素子と、
該光変調素子の出射側に設けられるプリズムと、
該プリズムを保持する保持部材と、
該保持部材と前記光変調素子を結合する結合部材と、
を有し、
前記保持部材及び前記結合部材のうち一方の部材は外側に凸部を有し、前記一方の部材は前記凸部を介して前記保持部材及び前記結合部材のうち他方の部材の内側に保持されることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記結合部材の外側に前記凸部が設けられ、前記凸部を介して前記結合部材は前記保持部材の内側に保持されることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記保持部材、前記結合部材は、それぞれ２組設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記保持部材及び前記結合部材のうち前記他方の部材は、前記凸部が挿入される凹部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記保持部材及び前記結合部材のうち前記他方の部材は、一方の端部側、他方の端部側に前記凹部）をそれぞれ有し、中央部に前記結合部材の軸部が直接的または間接的に挿入される長穴部を有することを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記保持部材及び前記結合部材のうち前記一方の部材は、一方の端部側、他方の端部側に、それぞれ前記凸部を有し、
かつ、前記一方の端部側、前記他方の端部側に、それぞれ前記保持部材及び前記結合部材のうち前記他方の部材の内面と接着する第１面および前記光変調素子と接着する第２面を備える本体部を有し、
更に前記一方の端部側と前記他方の端部側の間にアーム部を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記凸部は斜面部を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記保持部材及び前記結合部材のうち前記他方の部材において、前記光変調素子の面倒れを抑止するために前記凹部と前記長穴部が異なる高さ位置にあることを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記保持部材及び前記結合部材のうち前記一方の部材における前記アーム部と前記凸部は、バネ性を備えることを特徴とする請求項６に記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記保持部材及び前記結合部材のうち前記一方の部材において、少なくとも前記本体部は透明であることを特徴とする請求項６に記載の画像表示装置。
【請求項１１】
前記光変調素子は反射型であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項１２】
前記プリズムは偏光ビームスプリッタであることを特徴とする請求項１１に記載の画像表示装置。
【請求項１３】
前記光変調素子は透過型であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項１４】
前記光変調素子は液晶パネルであることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項１５】
被投射面に前記光変調素子による画像を投射する投射光学系を有することを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置に関し、特にプロジェクタに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、画像表示装置としてのプロジェクタは、高画質化が図られてきている。特に、４Ｋテレビなどの影響でＰＣ（パーソナルコンピュータ）も高画質になるにつれ、プロジェクタにも高精細な画質が求められ始めている。一方、装置の大きさはそのままか小型化が求められているので、液晶パネル（ライトバルブ）は現状の大きさのままで画素ピッチがは小さいものが採用される傾向にある。Ｒ、Ｇ、Ｂ３枚の液晶パネルを有するプロジェクタの場合は、互いの位置ずれ（相対的位置ずれ）の許容量が小さく、ライトバルブの設置（固定化）には、非常に高い精度が求められる。
【０００３】
従来、光学素子としてのプリズムに対してライトバルブを高い位置精度で接着固定するため、ライトバルブとプリズム間のギャップを埋める結合部材（スペーサー）を用い、接着剤層の厚さを極力薄くする工夫がなされている（特許文献１）。接着層が厚いと、高温や低温環境に曝された時に、接着剤硬化時の歪が解放されて動く可能性が高い一方、接着剤層が薄ければ、歪も少なくレジずれ発生の可能性は低くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−５４１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、上述した従来技術においては、プリズムとライトバルブの結合をどのように行うか開示されておらず、結合部材（スぺーサー）の保持構造が実施例中に示されていないことから、接着されるまでは冶具等で保持し、片寄せ押圧するものと考えられる。
【０００６】
しかしながら、冶具で片寄せ押圧する場合、プリズムとパネル（ライトバルブ）のわずかなスペースに冶具を構成しなくてはならず、非常に困難である。また、ＵＶ接着剤（紫外線硬化型接着剤）を使用して結合部材を接着固定する場合、冶具はＵＶ光を阻害する可能性が大きく、接着剤硬化への障害が生じる可能性が大きい。そして、接着剤硬化への障害が生じると、硬化不良やずれなど信頼性と精度が劣化してしまう可能性がある。
【０００７】
また、治具を用いる場合は、押圧状態と押圧が開放される状態との間の変化が大きいという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、接着剤硬化への障害が生じることを回避し、プリズムとライトバルブの結合を簡便かつ安定的に行うことができる画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る画像表示装置は、光変調素子と、該光変調素子の出射側に設けられるプリズムと、該プリズムを保持する保持部材と、該保持部材と前記光変調素子を結合する結合部材と、を有し、前記保持部材及び前記結合部材のうち一方の部材は外側に凸部を有し、前記一方の部材は前記凸部を介して前記保持部材及び前記結合部材のうち他方の部材の内側に保持されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、接着剤硬化への障害が生じることを回避し、プリズムとライトバルブの結合を簡便かつ安定的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る画像表示装置に用いられる画像表示装置用ユニット（プリズム・パネルユニット）を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るプリズムユニットとパネルの分離図である。
【図３】本発明の実施形態に係るプリズム・パネルユニット分解図である。
【図４】本発明の実施形態に係るプリズムユニットの上面図と側面図である。
【図５】本発明の実施形態に係るプリズムとスペーサーの分離図である。
【図６】本発明の実施形態に係る  プリズムとスペーサーの装着過程図である。
【図７】本発明の実施形態に係る画像表示装置としてのプロジェクタの光学構成概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
《第１の実施形態》
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
（画像表示装置）
図７は、本発明の実施形態に係る画像表示装置としてのプロジェクタの光学構成概略図である。光源部５は、超高圧水銀ランプなどの高輝度光源であって連続スペクトルで白色光を発光する発光管と、光を所定の方向に集光するリフレクタとを有し、次段階の照明光学系６へ向けて照射する。照明光学系６は、シリンダアレイ等のガラス部材を有し、その光学的作用により、複数の光束に対し矩形状の像が重なった矩形状の均一な照明エリアが形成され、次段階の色分離合成光学系である光学部１を照明する。
【００１４】
光学部１は、青（Ｂ）と赤（Ｒ）の波長領域の光を反射し、緑（Ｇ）の波長領域の光を透過するダイクロイックミラー１００１を有する。緑（Ｇ）の波長領域の光に対しては、１／２波長板１００２、Ｓ偏光のみを透過する透明基板に偏光素子を貼着したＧ用の入射側偏光板１００３、偏光分離面を有しＰ偏光を透過しＳ偏光を反射する第１の偏光ビームスプリッタ１３Ｇが備わる。
【００１５】
光路を分岐するプリズムとしての第１の偏光ビームスプリッタ１３Ｇで反射されたＳ偏光は緑用の１／４波長板１２Ｇを介して円偏光とされ、ヒートシンク１１２Ｇの上に載置される緑用のライトバルブ１１１Ｇへ向かう。１／４波長板１２Ｇは、第１の偏光ビームスプリッタ１３Ｇと緑用のライトバルブ１１１Ｇとの間の光路中に設けられている。
【００１６】
緑用のライトバルブ１１１Ｇで反射された光は、緑用の１／４波長板１２Ｇを介してＰ偏光とされる。そして、第１の偏光ビームスプリッタ１３Ｇ、Ｐ偏光のみを透過させるＧ用出射側偏光板１０１０Ｇを透過して、ＲＢ光を透過しＧ光を反射するダイクロイックプリズム１０１１へ向かう。
【００１７】
ダイクロイックミラー１００１で反射されたＲとＢの光に対しては、Ｐ偏光のみを透過し透明基板に偏光素子を貼着したＲＢ用の入射側偏光板１００６、色選択性位相差板１００７が設けられている。色選択性位相差板１００７は、Ｒの光の偏光方向を９０度変換し、Ｂの光の偏光方向は変換しない機能を備えるため、赤（Ｒ）の波長領域の光はＳ偏光に変換され、青（Ｂ）の波長領域の光はＰ偏光のままで通過する。なお、色選択性位相差板１００７を通過した光路にＲの色純度を高めるためにオレンジ光をランプに戻すトリミングフィルタ１００８が設けられている。
【００１８】
そして、Ｐ偏光を透過しＳ偏光を反射し、光路を分岐もしくは合成するプリズムとしての第２の偏光ビームスプリッタ１３ＢＲにより、Ｓ偏光であるＲの光は反射する一方、Ｐ偏光であるＢの光は透過する。第２の偏光ビームスプリッタ１３ＢＲで反射されたＲの光は赤用の１／４波長板１２Ｒを介して円偏光とされ、ヒートシンク１１２Ｒの上に載置される赤用のライトバルブ１１１Ｒへ向かう。赤用のライトバルブ１１１Ｒで反射された光は、赤用の１／４波長板１２Ｒを介してＰ偏光とされる。
【００１９】
そして、第２の偏光ビームスプリッタ１３ＢＲ、ＢのＳ偏光のみを整流するＢ用出射側偏光板（偏光素子）１０１０Ｂ、ダイクロイックプリズム１０１１を透過して、投射光学系としての投射レンズ７に入射する。
【００２０】
一方、第２の偏光ビームスプリッタ１３ＢＲを透過したＢの光は青用の１／４波長板１２Ｂを介して円偏光とされ、ヒートシンク１１２Ｂの上に載置される青用のライトバルブ１１１Ｂへ向かう。青用のライトバルブ１１１Ｂで反射された光は、青用の１／４波長板１２Ｂを介してＰ偏光とされる。そして、第２の偏光ビームスプリッタ１３ＢＲで反射され、ＢのＳ偏光のみを整流するＢ用出射側偏光板（偏光素子）１０１０Ｂ、ダイクロイックプリズム１０１１を透過して、投射光学系としての投射レンズ７に入射する。
【００２１】
反射型液晶表示素子である赤用のライトバルブ１１１Ｒ、緑用のライトバルブ１１１Ｇ、青用のライトバルブ１１１Ｂは、入射した光を反射するとともに画像変調する。そして、上述した色分解合成光学系を用いることで、投射レンズ７により被投射面（スクリーン面）にライトバルブ１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂにおける画像がカラー画像として投射される。
【００２２】
（画像表示装置用ユニット）
図１は、本発明の実施形態に係る画像表示装置に用いられる画像表示装置用ユニット（プリズム・パネルユニット）を示す図である。１はプリズム（図７の偏光ビームスプリッタ１３ＢＲや１３Ｇに相当）で、２はプリズムに接着固定されている保持部材としての保持板である。３は液晶パネルユニット（光変調素子として反射型液晶パネルを備える）で、裏面にアルミ製のヒートシンクがある。４は結合部材（スペーサー）で、ＵＶ接着剤（紫外線硬化型接着剤）によってパネルユニットと保持板に接着されるように、透光（透明）な部材としてのアクリル材より成る。５はバネで、スペーサー４を液晶パネルユニット３の方向に押圧するための部材である。
【００２３】
ここで、保持版２、スペーサー４、バネ５は、図３に示すように上下方向に２組設けられている。
【００２４】
図２から図６を用いて、本実施形態に係るプリズム・パネルユニットの組立調整について、詳細に説明する。図２は、図１のプリズム・パネルユニットから液晶パネルユニット３が分離された状態を示す。これは、プリズム１にこれから液晶パネルユニット３を固着する状態を示している。プリズム１は、別な部材（不図示）に固定され位置が決められている。そして、このプリズム１に液晶パネルユニット３を精度良く固定するために、液晶パネルユニット３はロボットアーム等（不図示）に保持されている。
【００２５】
図３に示す状態は、プリズム１と保持板２は接着固定された状態（接合されて保持版２でプリズム１が保持された状態）であるが、その他の部材は分離した状態を示している。以下に示すように、本実施形態では、図３の状態から図２の状態にするときに、容易であって、かつ高精度化されている。
【００２６】
図２のように、スペーサー４を保持板２に保持（ホールド）するために、スペーサー４を保持板２の内側に包含するように入れる（いわゆる入れ子構造）。すなわち、図３でスペーサー４の軸部４Ｄが保持板２の長穴部２Ｄに入り込み（直接的もしくは間接的に挿入）、スペーサー４の外側に設けられる凸部４Ｃが保持板２の凹部２Ｃに引っかかる（挿入される）ことで保持される。スペーサー４は、わずかに光軸方向（ｚ方向）への自由度を有するが、バネ５を軸部４Ｄと長穴部２Ｄの間に挟み込む（軸部４Ｄが長穴部２Ｄに間接的に挿入される））ことで、光軸方向（ｚ方向）で液晶パネルユニット３側に片寄せられる。
【００２７】
凸部４Ｃと軸部４Ｄが、それぞれ凹部２ｃ、長穴部２Ｄに嵌り込む（挿入される）ことで、５軸方向の規制を行い、残る光軸方向の規制をバネ５によって行う。この５軸方向の規制は、保持板２は、一方の端部側、他方の端部側に凹部２Ｃをそれぞれ有し、中央部にスペーサー４の軸部４Ｄが挿入される長穴部２Ｄを有するが、これらが上下方向に２組（それぞれ計４個）設けられているために可能となっている。
【００２８】
ここで、液晶パネル３を精度良く固定するためには、スペーサー４にある程度の自由度が必要である。その自由度をどのように実現しているか、以下に述べる。
【００２９】
スペーサー４の凸部４Ｃは、凹部２Ｃの溝内を光軸方向（ｚ方向）にわずかに自由に移動できる。これは、液晶パネルの短辺方向（ｘ方向）の一方の端部側、他方の端部側共にである。加えて長穴部２Ｄは液晶パネル短辺方向の長穴なので、軸部４Ｄは光軸方向（ｚ方向）と、液晶パネル短辺方向（ｘ方向）に自由度を持つ。
【００３０】
スペーサー４は、図６に示すアーム部４Ｊ、本体部として結合本体部４ｋを備え、液晶パネルの短辺方向（ｘ方向）に結合本体部４ｋをバネ性のアーム部４Ｊを介して２つ連結した形態となっており、結合本体部４ｋを独立して光軸方向に移動可能とせしめている。そして、液晶パネル長辺方向（ｙ方向）に２組配置することで、液晶パネルは光軸方向への移動と、ヨー、ピッチ方向の傾き自由度を得られる。
【００３１】
スペーサー４の面４Ａ（図３）は液晶パネル面３Ａと面接触をするのだが、液晶パネル自体はスペーサー４の面４Ａに対して、滑りながら面平行方向に自由に移動できるので、結像面の縦、横、回転方向の自由度がある。つまり、液晶パネルはＵＶ接着されるまでは６軸方向に自由度を有することになる。
【００３２】
これにより、液晶パネルは自由に移動可能であるが、スペーサー４は保持版２の接着面となる内側の面２Ｂに対して倣うように移動し、面４Ａは面３Ａに常に平行であろうとする。このため、接着部の接着剤厚さが薄くでき、強固かつ高精度に液晶パネルの固定を行うことができる。接着剤層の厚さが薄いということは、ＵＶ硬化時に接着剤の収縮がほとんど発生しないので、調整した位置を維持したまま固定できる。接着剤層が厚い場合は、接着剤の収縮が発生し、ＵＶ硬化時に液晶パネルはずれた位置に移動してしまう。
【００３３】
いくら調整精度をサブミクロンレベルまで向上させても、この硬化過程にてミクロン単位でずれてしまっては、高精度固着を実現できなくなってしまう。また、製品が高温や低温環境に放置された場合に、接着剤内に留まっている内部歪が解放されてずれてしまうことがある。更に、接着剤層が厚い場合は、高温環境でガラス転移温度近くまで昇温してしまいずれることも考えられる。これに対し、接着剤層が薄ければ、たとえガラス転移点近くまで昇温しても変形する接着剤量が少ないので、ずれはほぼ零にできる。
【００３４】
図４は、保持板２にスペーサー４が保持されている状態を示す上面図と側面図である。上面図において、スペーサー２はバネ５で紙面上方向に片寄せられている。図４の側面図（図４の右側）は、スペーサー４が紙面上方向に外れてしまうのを規制する形態を示している。即ち、保持板２の凹部２Ｃにスペーサー４の凸部（爪形状部）４Ｃが嵌り込み、ｙ方向への移動を規制している。
【００３５】
また、長穴部２Ｄと軸部４Ｄも嵌合し、両端側の嵌合（凹部２Ｃと凸部４Ｃ）と合わせて３箇所嵌合しており、スペーサー４の結合本体部４ｋ（図６）は光軸方向（ｚ方向）だけに動き、回転等がなく、液晶パネルの面３Ａに対してほとんど平行状態を維持できる。
【００３６】
また、図４の上面図において、スペーサー４の左だけ、または右だけが少し多く沈みこむことがあるが、その場合は軸部４Ｄが長穴部２Ｄの長穴方向（ｘ方向）に移動することで追従可能とするものである。スペーサー４の面４Ａは計４箇所あるが、おのおの独立に沈みこめるので、液晶パネルの光軸方向だけでなく、ピッチとヨー方向にも追従可能である。
【００３７】
ここで、図４において、液晶パネルの面倒れ（お辞儀）が抑止されることを説明する。設計上の液晶パネル面をｍ０、両端側の嵌合位置（凸部４Ｃと凹部２Ｃ）を結ぶ面をｍ１、中央部の嵌合位置（軸部４Ｄと長穴部２Ｄ）を含むｍ０、ｍ１に平行な面をｍ２とする。
ここで、面ｍ１と面ｍ２は高さ位置が異なる（面ｍ０からの高さがそれぞれＨ１、Ｈ２）ため、ｍ０を回転軸とみなした場合の液晶パネルの回転（面倒れ）が抑えられることとなる。面ｍ１と面ｍ２が同じ高さの場合は、ｍ１を回転軸とみなした場合の液晶パネルの回転（面倒れ）が抑えられない。
【００３８】
次に、図５と図６を用いて、スペーサー４を保持板２に保持するまでを説明する。スペーサー４の面４Ｂは保持板２の内面２ＢとＵＶ接着剤にて接着され、面４Ａは液晶パネルの面３Ａ（図３）に同様にＵＶ接着剤で接着固定される。即ち、一方の端部側、他方の端部側において、スペーサー４における結合本体部４ｋ（図６）は、、それぞれ保持板２の内面２Ｂと接着する第１面としての面４Ｂおよび液所パネルと接着する第２面（としての面４Ａを備える。
【００３９】
ここで、保持板２にスペーサー４を装着する前に、ＵＶ接着剤を面４Ｂ部または面２Ｂに塗布しておく必要がある。しかし、スペーサー４（少なくともアーム部４ｊ、凸部４ｃ）は広がる方向にバネ性（弾性力）を有しており、そのまま保持板２に装着しようとすると、面４Ｂ面または面２Ｂに塗布されたＵＶ接着剤がこそげ落とされてしまう。そこで、本実施形態では、面４Ｃに斜面部（面取り部）４ＣＭを設けて、かつスペーサー４を保持板２の内側に包含する（保持させる）レイアウトを採っている。
【００４０】
図５は、これからスペーサーを２の保持板に保持させる状態にある。両端側の面４Ｂには既にＵＶ接着剤を塗布してある。この時、バネ５はスペーサー４に保持させておく。図５の状態から紙面下方向にスペーサーを下げていくと、図６の状態となる。斜面部４ＣＭが保持板２の内側の面２Ｂに当接することで、スペーサー２全体が内側に弾性変形し、面２Ｂに沿って下方向に移動していく。この時、面２Ｂに凸部４Ｃが当接するが、面４Ｂは当接しない。
【００４１】
つまり、面４Ｂに接着剤を塗布してあっても、面４Ｂは所望の位置になるまで当接せずに済む構造となっている。これにより、面４Ｂに塗布されたＵＶ接着剤は、面２Ｂの先端によりこそげ落とされずに済み、確実に面４Ｂと面２Ｂに残存するものである。また、本実施形態では、スペーサー４を保持板２の内側に包含する（保持させる）構造を採っているために、指一本でも簡単に装着可能としている。
【００４２】
そして、面４ＡにＵＶ接着剤を塗布してから、液晶パネル３を近づけると、面４Ａと面３Ａの間にＵＶ接着剤が入り込み、組立調整前の準備が完了となる。そして、その後の調整として、投射画像などを確認しながら、液晶パネルの位置を高精度に追い込む。液晶パネルの位置が決まったら、ＵＶ光を照射して面４Ｂと面２Ｂ間、および面４Ａと面３Ａ間に塗布されたＵＶ接着剤を同時に硬化させる。
【００４３】
スペーサー４はＵＶ光を通過できる透明体（透光体）であり、かつ連結部が弾性変形することが望ましいのでアクリル材等を選ぶと良い。アクリル材は一般的に、透明であっても樹脂なので、ＵＶ光を透過しずらいが、極力ＵＶ光を透過しやすいグレードを選択すると固着作業は問題無く終えられる。このようにして固着作業が完了したものが、図１に示される。
【００４４】
（本実施形態の効果）
本実施形態では、作業のし易さ、接着剤塗布の確実性、接着剤厚さのバラツキ要因を極力無くすことで、より安定して信頼性の高い液晶パネル調整保持構造が実現できる。即ち、パネルの固定に使用するスペーサー部材の接着を行うときに、スペーサー保持冶具を使わずに済むので、ＵＶ接着工程のＵＶ照射の障害にならない。これにより、ＵＶ接着剤の硬化が安定的かつ確実に行え、より高精度で信頼性の高いパネルの固定が実現できる。
【００４５】
そして、プリズムとパネルの相対的位置関係を高精度に固定でき、レジストレーションずれの発生が極めて少ない高画質な液晶プロジェクタの画像を提供できるものである。
【００４６】
（変形例）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００４７】
（変形例１）
上述した実施形態では、結合部材としてのスペーサー４の外側に凸部が設けられ、この凸部を介してスペーサー４は保持部材としての保持板２の内側に保持される構成とした。しかし、本発明はこれに限られず、保持部材と結合部材との内側と外側との関係が逆であっても良い。
【００４８】
（変形例２）
上述した実施形態では、光変調素子として反射型を説明したが、透過型であっても良い。
【符号の説明】
【００４９】
１・・プリズム、２・・保持板、３・・液晶パネルユニット、４・・スペーサー（結合部材）、４Ｃ・・凸部
【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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【図６】
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【図７】
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