JP3937349B2 - Optical unit, method for manufacturing the same, and projection display device - Google Patents
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Description
本発明は、例えば液晶表示パネル等の画像表示素子に対して光源からの出射光を偏光して照射するための光学ユニットおよび光学ユニットの製造方法、ならびにスクリーン等の投写面上に映像を投影する投写型表示装置に関する。 The present invention relates to an optical unit for polarizing and irradiating light emitted from a light source to an image display element such as a liquid crystal display panel, a method for manufacturing the optical unit, and an image projected onto a projection surface such as a screen. The present invention relates to a projection display device.
従来の投写型表示装置としては、画像信号が表示される液晶表示パネルを用いて、カラー画像をスクリーン等の投写面上に投写する投写型表示装置がある。図7は、従来の投写型表示装置が備える光学系の構成を示す平面図である。 As a conventional projection display device, there is a projection display device that projects a color image on a projection surface such as a screen using a liquid crystal display panel on which an image signal is displayed. FIG. 7 is a plan view showing a configuration of an optical system provided in a conventional projection display apparatus.
図7に示すように、光源110からの出射光は、レフレクタ120で反射され、第1のインテグレータ112、第2のインテグレータ113およびフィールドレンズ165によって輝度均一化される。また、光源110からの出射光は、フィールドレンズ165に入射する前に、偏光変換素子115によって、偏光分離と偏光変換が行われS偏光の光束にされている。偏光変換後の光束は、ダイクロイックミラー161で赤色光(R)のみが反射されて分離され、さらにダイクロイックミラー162で緑色光(G)のみが反射されて緑色光と青色光(B)とが分離される。
As shown in FIG. 7, the light emitted from the
赤色光(R)は、ダイクロイックミラー161で反射された後、反射ミラー171とコンデンサレンズ189Rを経て赤色液晶パネル191Rに入射する。緑色光(G)は、ダイクロイックミラー162で反射された後、コンデンサレンズ189Gを経て緑色液晶パネル191Gに入射する。青色光(B)は、ダイクロイックミラー162を透過した後、リレーレンズ181,182と反射ミラー172,173とから構成されたリレー光学系を経て、青色液晶パネル191Bに入射する。R,G,Bの各光は、各液晶表示パネル191R,191G,191Bによって光変調をうけ、変調された各光がクロスダイクロイックプリズム193で色合成される。色合成された後、各光は、投写レンズ194によって投写面(不図示)上に向けて投写され、投写面上に像を結ぶ。
The red light (R) is reflected by the
そして、画像表示素子として液晶表示板を用いた場合には、透過型および反射型の液晶表示板にかかわらず、偏光した光を用いることが表示原理となる。一方、投写映像は、その明るさや色合いが投写画面内で均一であることが強く求められている。これらの要求は、画像表示素子に入射する照明光の偏光状態、輝度の均一度、入射角度、照射位置等でほぼ定まり、光源からフィールドレンズまでの照明光学系を構成する各光学素子の位置精度によって設定で定まる。また、従来の照明光学系では、光源とリフレクタが一体化されており、また、光源であるランプが消耗品であるので、光源が交換可能である構成が前提となっている。 When a liquid crystal display panel is used as the image display element, the display principle is to use polarized light regardless of the transmissive and reflective liquid crystal display panels. On the other hand, it is strongly required that the projected image has a uniform brightness and color tone within the projection screen. These requirements are almost determined by the polarization state of illumination light incident on the image display element, uniformity of brightness, incident angle, irradiation position, etc., and the positional accuracy of each optical element constituting the illumination optical system from the light source to the field lens It depends on the setting. Moreover, in the conventional illumination optical system, since the light source and the reflector are integrated, and the lamp as the light source is a consumable item, it is assumed that the light source can be replaced.
一方、第1のインテグレータ、第2のインテグレータおよびフィールドレンズ等の相対位置を高精度に位置決めするために、第1のインテグレータ、第2のインテグレータおよびフィールドレンズ等に位置調整機構がそれぞれ付加され、各インテグレータレンズを移動可能に構成して、画像表示素子に入射する照明光の偏光状態、輝度の均一度、入射角度、照射位置等を組み付け後に調整できるようにされた構成が開示されている(例えば、特許文献1,2,3参照。)。
しかしながら、上述した従来の技術には、次のような問題がある。 However, the above-described conventional technology has the following problems.
上述の特許文献1には、第1のインテグレータ、第2のインテグレータおよびフィールドレンズ等の取り付け位置を、光軸に交差する方向に対して微調整することによって、照明光の状態を調整する技術が開示されている。従来の位置調整機構では、インテグレータ等を光軸に交差する方向に微調整するために、インテグレータ等が光軸方向に対して隙間をもって支持されることで、光軸に交差する方向に容易に移動させることが可能にされている。すなわち、従来の位置調整機構は、光軸方向に隙間が設けられていることによって、インテグレータ等の光軸方向に対する位置精度を充分に確保することが困難である。
In the above-mentioned
このため、第1のインテグレータと第2のインテグレータによって作られた光源像の偏光変換素子上における大きさや照射位置のばらつきが大きく、製造工程での最終製品の歩留まりを低下させる原因となっていた。さらに、従来の投写型表示装置は、位置調整機構を付加することによって、製造原価の増加を招き、製造コストがかさんでしまう不都合がある。 For this reason, the variation in the size and irradiation position of the light source image produced by the first integrator and the second integrator on the polarization conversion element is large, which causes a reduction in the yield of the final product in the manufacturing process. Further, the conventional projection display device has a disadvantage that the manufacturing cost is increased by adding the position adjusting mechanism, and the manufacturing cost is increased.
また、上述の特許文献2には、インテグレータをユニットケースに設けられた位置決め手段に付勢することで取り付けを行い、インテグレータを3軸方向に対して高精度に位置決めすることを実現する構成が開示されている。ユニットケースには、一体に成形あるいは加工することによって位置決め手段が設けられている。しかしかしながら、位置決め手段は、ユニットケースに溝が設けられ、ユニットケースの上部からこの溝内にインテグレータを差し込む構造にされている。このため、この位置決め手段は、溝の光軸方向の幅に、所定の寸法公差(遊び)を確保する必要があり、この寸法公差がインテグレータの光軸方向に対する位置精度の劣化を招く原因となっている。さらに、溝の深さを比較的大きく形成する必要があるので、成形用金型の作製時や射出成形等による成形時に、溝の寸法精度を保証することが困難である等の問題もある。このため、インテグレータ保持部材、弾性材料や板バネ等の部材を追加して用いることによって、これらの不都合を補って解決している。したがって、位置精度や部材原価等の面で問題がある。 In addition, the above-mentioned Patent Document 2 discloses a configuration that realizes positioning the integrator with high accuracy in the three axial directions by attaching the integrator by urging the positioning means provided in the unit case. Has been. The unit case is provided with positioning means by being integrally molded or processed. However, the positioning means has a structure in which a groove is provided in the unit case, and an integrator is inserted into the groove from the upper part of the unit case. For this reason, this positioning means needs to ensure a predetermined dimensional tolerance (play) in the width of the groove in the optical axis direction, and this dimensional tolerance causes deterioration of the positional accuracy of the integrator in the optical axis direction. ing. Further, since it is necessary to form the groove with a relatively large depth, there is a problem that it is difficult to guarantee the dimensional accuracy of the groove when forming a molding die or molding by injection molding or the like. For this reason, by using additional members such as an integrator holding member, an elastic material, and a leaf spring, these problems are compensated for. Therefore, there are problems in terms of position accuracy and member cost.
また、上述の特許文献3に開示されている構成も、インテグレータに位置調整機構が設けられているので、同様に、位置精度や部材原価等の面で問題がある。 Further, the configuration disclosed in Patent Document 3 described above also has a problem in terms of position accuracy, member cost, and the like because the integrator is provided with a position adjustment mechanism.
そこで、本発明は、第1および第2のレンズアレイ、遮光手段および偏光変換素子の相対位置の位置精度を向上し、投写映像の輝度、投写映像内での輝度の均一性を向上することができる光学ユニットおよびその製造方法、ならびに投写型表示装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention improves the positional accuracy of the relative positions of the first and second lens arrays, the light shielding means, and the polarization conversion element, and improves the brightness of the projected image and the uniformity of the brightness within the projected image. It is an object of the present invention to provide an optical unit that can be used, a manufacturing method thereof, and a projection display device.
上述した目的を達成するために、本発明に係る光学ユニットは、光源からの出射光が入射される第1のレンズアレイ、この第1のレンズアレイからの出射光が入射する第2のレンズアレイを有し光源からの出射光の輝度を均一化する輝度均一化光学系と、輝度均一化手段からの出射光の一部を選択的に遮光する遮光手段と、遮光手段からの出射光を偏光する偏光変換素子と、第1のレンズアレイおよび第2のレンズアレイを保持するホルダ部材とを備える。そして、ホルダ部材には、外周部の端面に、第1のレンズアレイを位置決めして固定する第1面が形成され、第1面と反対側の外周部の端面に、第2のレンズアレイと、遮光手段とを位置決めして固定する第2面が形成される。また、遮光手段には偏光変換素子が固定される。また、ホルダ部材は、一組の固定側型体および可動側型体を有する成形用型体を用いた射出成形によって形成される。さらに、第1面および第2面は、固定側型体および可動側型体の、固定側型体に対する可動側型体の移動方向に直交する成形面によってそれぞれ形成される。 In order to achieve the above-described object, an optical unit according to the present invention includes a first lens array on which light emitted from a light source is incident, and a second lens array on which light emitted from the first lens array is incident. A brightness uniformizing optical system for uniformizing the brightness of the light emitted from the light source, a light shielding means for selectively shielding a part of the light emitted from the brightness uniformizing means, and polarizing the light emitted from the light shielding means And a holder member that holds the first lens array and the second lens array. Then, the holder member, the end face of the outer peripheral portion, the first surface is formed for fixing tanning the first lens array position-decided, on the end surface of the outer peripheral portion of the first surface opposite a second lens an array, a second surface for fixing the shielding means tanning position-decided is formed. A polarization conversion element is fixed to the light shielding means. Further, the holder member is formed by injection molding using a molding die having a pair of fixed side die and movable side die. Further, the first surface and the second surface are formed by molding surfaces of the fixed-side mold body and the movable-side mold body that are orthogonal to the moving direction of the movable-side mold body with respect to the fixed-side mold body, respectively.
以上のように構成した本発明に係る光学ユニットによれば、ホルダ部材の第1面に、第1のレンズアレイが位置決めして固定され、ホルダ部材の第2面に、第2のレンズアレイと、偏光変換素子が固定された遮光手段とが位置決めして固定される。このため、この光学ユニットによれば、ホルダ部材を間に挟んで、第1のレンズアレイと第2のレンズアレイとの相対位置が位置決めされ、第1のレンズアレイ、第2のレンズアレイ、偏光変換素子が固定された遮光手段が高精度に位置決めされる。 According to the optical unit according to the present invention configured as described above, the first surface of the holder member, the first lens array is fixed tanning position-decided, on the second surface of the holder member, the second lens The array and the light shielding means to which the polarization conversion element is fixed are positioned and fixed. For this reason, according to this optical unit, the relative positions of the first lens array and the second lens array are positioned with the holder member interposed therebetween, and the first lens array, the second lens array, the polarization The light shielding means to which the conversion element is fixed is positioned with high accuracy.
また、本発明に係る光学ユニットが備えるホルダ部材は、一組の固定側型体および可動側型体を有する成形用型体を用いた射出成形によって形成され、第1面および第2面が固定側型体および可動側型体の、固定側型体に対する可動側型体の移動方向に直交する成形面によってそれぞれ形成されることによって、ホルダ部材の第1面および第2面が、高精度な寸法精度で容易に形成される。 Further, the holder member provided in the optical unit according to the present invention is formed by injection molding using a molding die having a pair of fixed side mold body and movable side mold body, and the first surface and the second surface are fixed. By forming the side mold body and the movable side mold body respectively by molding surfaces orthogonal to the moving direction of the movable side mold body relative to the fixed side mold body , the first surface and the second surface of the holder member are highly accurate. It is easily formed with dimensional accuracy.
また、本発明に係る投写型表示装置は、上述した本発明の光学ユニットと、この光学ユニットからの出射光が照射される画像表示素子とを備える。 A projection display device according to the present invention includes the above-described optical unit of the present invention and an image display element irradiated with light emitted from the optical unit.
また、本発明に係る光学ユニットの製造方法は、光源からの出射光が入射される第1のレンズアレイ、この第1のレンズアレイからの出射光が入射する第2のレンズアレイを有し光源からの出射光の輝度を均一化する輝度均一化光学系と、この輝度均一化光学系からの出射光の一部を選択的に遮光する遮光手段と、この遮光手段からの出射光を偏光する偏光変換素子と、第1のレンズアレイおよび第2のレンズアレイを保持するホルダ部材とを備える光学ユニットの製造方法において、ホルダ部材を一組の固定側型体および可動側型体を有する成形用型体を用いた射出成形によって形成する成形工程と、ホルダ部材の外周部の端面に形成された第1面に第1のレンズアレイを位置決めして固定する固定工程と、ホルダ部材の第1面の反対側の外周部の端面に形成された第2面に第2のレンズアレイを位置決めして固定する固定工程と、遮光手段に偏光変換素子を位置決めして固定する固定工程と、ホルダ部材の第2面に、偏光変換素子が固定された遮光手段を位置決めして固定する固定工程とを有する。成形工程では、第1面および第2面を、固定側型体および可動側型体の、固定側型体に対する可動側型体の移動方向に直交する成形面によってそれぞれ形成する。 The method for manufacturing an optical unit according to the present invention includes a first lens array into which light emitted from a light source is incident, and a second lens array into which light emitted from the first lens array is incident. A brightness uniformizing optical system for uniformizing the brightness of the emitted light from the light, a light shielding means for selectively shielding a part of the light emitted from the brightness uniformizing optical system, and polarizing the light emitted from the light shielding means In a method for manufacturing an optical unit comprising a polarization conversion element and a holder member for holding a first lens array and a second lens array, the holder member is for molding having a pair of fixed side mold body and movable side mold body a forming step of forming by injection molding using a mold member, a fixing step of fixing the first lens array position-decided rice on a first surface formed on the end surface of the outer peripheral portion of the holder member, the holder member On the other side of one side A fixing step of fixing by tanning the second lens array position-decided on a second surface which is formed on the end surface of the peripheral portion, and a fixing step of positioning and fixing the polarization conversion element in the light-shielding means, the holder member 2 And a fixing step of positioning and fixing the light shielding means on which the polarization conversion element is fixed . In the molding step, the first surface and the second surface are respectively formed by molding surfaces of the fixed-side mold body and the movable-side mold body that are orthogonal to the moving direction of the movable-side mold body relative to the fixed-side mold body .
以上のように本発明によれば、第1のレンズアレイおよび第2のレンズアレイを有する輝度均一化光学系から偏光変換素子までの相対位置の位置精度を高精度に確保することができる。このため、本発明によれば、光源からの出射光の光利用効率が向上され、投写映像の輝度、投写映像内での輝度の均一性を向上することができる。さらに、本発明によれば、部品点数の削減が図られ、製造コストを大幅に低減することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to ensure the positional accuracy of the relative position from the luminance uniformizing optical system having the first lens array and the second lens array to the polarization conversion element with high accuracy. For this reason, according to the present invention, the light use efficiency of the light emitted from the light source is improved, and the brightness of the projected image and the uniformity of the brightness within the projected image can be improved. Furthermore, according to the present invention, the number of parts can be reduced, and the manufacturing cost can be greatly reduced.
以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本実施形態の光学ユニットを示す斜視図であり、図2は光学ユニットを示す分解斜視図である。 FIG. 1 is a perspective view showing an optical unit of the present embodiment, and FIG. 2 is an exploded perspective view showing the optical unit.
本実施形態の光学ユニットは、投写面上に映像を投写するための投写型表示装置に適用され、光源からの出射光の輝度を均一化して画像表示素子に照射するための光学ユニットである。 The optical unit of the present embodiment is an optical unit that is applied to a projection display device for projecting an image on a projection surface and irradiates an image display element with uniform brightness of light emitted from a light source.
図1および図2に示すように、本実施形態の光学ユニット1は、光源10からの出射光が入射される第1のレンズアレイである第1のインテグレータ12と、この第1のインテグレータ12からの出射光が入射するレンズアレイである第2のインテグレータレンズ13とを有し、光源からの出射光の輝度を均一化する輝度均一化光学系であるインテグレータ光学系を備えている。また、この光学ユニット1は、インテグレータ光学系からの出射光の一部を選択的に遮光する遮光手段であるマスク14と、このマスク14からの出射光を偏光する偏光変換素子15と、第1のインテグレータ12および第2のインテグレータ13を保持するホルダ部材であるインテグレータホルダ11(以下、ITホルダ11と称する。)とを備える。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
第1および第2のインテグレータ12,13は、マトリックス状に配列された複数のレンズ群を有しており、いわゆるフライアイレンズである。第1のインテグレータ12は、ITホルダ11の外周部に形成された第1面Aに、3軸方向であるX,Y,Z軸方向に対して位置決めされて固定されている。第2のインテグレータ13、マスク14および偏光変換素子15は、ITホルダ11の第1面Aと反対側の外周部に形成された第2面Bに、X,Y,Z軸方向に対して位置決めされて固定されている。
The first and
第1のインテグレータ12と第2のインテグレータ13は、例えばシリコン系の接着剤によってITホルダ11の第1面Aおよび第2面Bに接合固定されている。偏光変換素子15には、マスク14が接着され、このマスク14を介してITホルダ11の第2面Bに固定ネジ16で固定されている。
The
その結果、第1のインテグレータ12、第2のインテグレータ13および偏光変換素子15は、ITホルダ11の第1面Aおよび第2面Bによって、互いの間隔を高精度かつ平行に保持されている。第1のインテグレータ12から偏光変換素子15までの光学系は、光源10からの光束を離散的にし、離散的にされた各々の光束に対して偏光変換を行うことにより、単一偏光の光を画像表示素子(不図示)に照射する機能を有している。
As a result, the
ここで、第1のインテグレータ12、第2のインテグレータ13および偏光変換素子15の光軸方向の間隔は、偏光変換素子15に結象する光源像の大きさや収差を定める重要な要因となっている。また、インテグレータ12,13等の各光学素子の光軸方向の間隔の他に、各光学素子の光軸に直交する方向に対する位置ズレも同様に重要である。これら各光学素子を最適な相対位置に配置することによって、光源10による照明光を効率良く画像表示素子に導くことができる。
Here, the distance in the optical axis direction between the
なお、最適な配置は、光学シミュレーション等によって求められる。本発明は、最適な光学素子の配置を実現するための具体的な構成および製造方法に関するものであり、上述の構成によって各光学素子を高精度に配置することができる。さらに、本発明に係る光学ユニットの構造では、取り付け金具を用いないこと、位置調整機構を用いないことが特徴でもあり、部品点数を極限にまで削減した構造である。このように、本発明による構造は工業的に極めて有益である。 The optimum arrangement is obtained by optical simulation or the like. The present invention relates to a specific configuration and manufacturing method for realizing an optimal arrangement of optical elements, and the optical elements can be arranged with high accuracy by the above-described configuration. Furthermore, the structure of the optical unit according to the present invention is characterized in that no mounting bracket is used and no position adjusting mechanism is used, and the number of parts is reduced to the limit. Thus, the structure according to the present invention is extremely useful industrially.
以下、本実施形態の光学ユニット1の構成について、更に詳細に説明する。
Hereinafter, the configuration of the
最初に、ITホルダ11について説明する。図3は、ITホルダの第1面を説明するための図であり、図4は、ITホルダの第2面を説明するための図である。
First, the
ITホルダ11は、例えばポリエーテルイミド(PEI)等の樹脂材料で射出成形することにより成形されている。射出成形とは、高温のシリンダーによって溶融された成形原料を成型用金型内に流し込み、この状態で一定時間冷却することで、樹脂材料が固められて成型品を成形する製法である。図示しないが、成型用金型は、成形機の中で、一組の固定側金型と可動側金型を有するの2つの基本構成を持つ鋼材の塊である。これらの固定側金型と可動側金型との間で、キャビティ、コアによって構成される成形空間内に樹脂材料を流し込んで製品を成形する。そして、成型品では、可動側金型と固定側金型の成形面に面した部位で、可動側金型の移動方向に直交する成形面で成形された部位の寸法精度が最も高くなる。
The
図2中のZ軸方向が、固体型金型に対して接離する可動側金型の移動方向を示している。図2に示すように、ITホルダ11の外周部には、第1面Aと、第2面Bが、型開き時の固定側金型に対する可動側金型の移動方向に直交する平面に平行な、固定側金型および可動側金型の各成形面によってそれぞれ形成されている。すなわち、これらの第1面A、第2面Bに成形された部品の寸法精度が高精度に確保されている。
The Z-axis direction in FIG. 2 indicates the moving direction of the movable-side mold that contacts and separates from the solid mold. As shown in FIG. 2, on the outer periphery of the
したがって、図3(a),(b)に示すように、ITホルダ11の第1面Aには、第1のインテグレータ12をX軸方向に対して位置決めするためのX基準部30aと、Y軸方向に対して位置決めするためのY基準部31aがそれぞれ形成されている。また、図4(a)〜(d)に示すように、ITホルダ11の第2面Bには、第2のインテグレータ13をX軸方向に対して位置決めするためのX基準部30bと、Y軸方向に対して位置決めするためのY基準部31bがそれぞれ形成されている。
Therefore, as shown in FIGS. 3A and 3B, the first surface A of the
さらに、ITホルダ11の第2面Bには、マスク14および偏光変換素子15をX,Y軸方向に対して位置決めするための基準ピン32,33がそれぞれ一体に形成されている。ITホルダ11の第1面A上には、第1のインテグレータ12を光軸方向であるZ軸方向に対して位置決めするための基準面をなすZ基準面34が形成されている。同様に、ITホルダ11の第2面B上には、第2のインテグレータ13をZ軸方向に対して位置決めするための基準面をなすZ基準面35と、マスク14および偏光変換素子15をZ軸方向に対して位置決めするための基準面をなすZ基準面36がそれぞれ形成されている。
Further, on the second surface B of the
これら3種類の各Z基準面34,35,36は、可動側金型の移動方向に直交し、固体側金型と可動側金型の各成形面に面した部位であるので、高精度に形成されている。また、例えば、第1のインテグレータ12がITホルダ11と当接する面全体を高精度に形成するのではなく、その四隅の一部のみにZ基準面34が形成されているので、Z基準面34の寸法精度がより一層保証されることになる。
Each of these three types of Z reference surfaces 34, 35, 36 is orthogonal to the moving direction of the movable mold and faces the molding surfaces of the solid mold and the movable mold, so that it is highly accurate. Is formed. In addition, for example, the entire surface where the
上述した従来の位置調整機構では、ITホルダに、Y軸方向に平行に溝が形成され、この溝に沿ってインテグレータ等を挿入する構造であったので、溝のZ軸方向の寸法公差に伴って、インテグレータ等のZ軸方向に対する位置精度を充分に確保することが困難であった。一方で、本実施形態では、ITホルダ11の固定側金型と可動側金型の成形面によって形成されたZ基準面34,35,36にインテグレータ等を当接させて固定する構造であるので、Z軸方向に対する位置精度が高精度に確保される。
In the conventional position adjusting mechanism described above, a groove is formed in the IT holder in parallel with the Y-axis direction, and an integrator or the like is inserted along the groove. Therefore, along with the dimensional tolerance of the groove in the Z-axis direction. Thus, it has been difficult to sufficiently secure the positional accuracy of the integrator or the like in the Z-axis direction. On the other hand, in the present embodiment, the integrator is brought into contact with and fixed to the Z reference surfaces 34, 35, and 36 formed by the molding surfaces of the fixed mold and the movable mold of the
次に、ITホルダ11への各光学素子の取り付け方法について説明する。第1のインテグレータ12は、厚さ2mm程度の耐熱ガラス(パイレックス:商標)からなり、外形が、横43mm程度、縦39mm程度の長方形に形成されている。第1のインテグレータ12には、横4mm程度、縦3mm程度のレンズが、横8行、縦10列の計80個形成されている。第2のインテグレータ13の形状も、第1のインテグレータ12と同一である。第1のインテグレータ12は、ITホルダ11の第1面Aに取り付けられる。
Next, a method for attaching each optical element to the
まず、ITホルダ11に対して第1のインテグレータ12を取り付ける際、ITホルダ11のZ基準面35上に、例えばシリコン系の接着剤を塗布し、第1のインテグレータ12をX基準部30aおよびY基準部31aに突き当て、Z基準面34に当接させて、この状態を保ったままで接着剤を硬化させることによって固定する。これよって、第1のインテグレータ12は、ITホルダ11の第1面Aに3軸方向に対して高精度に位置決めされて固定される。
First, when the
また、第2のインテグレータ13も、第1のインテグレータ12の取り付け方法と同様に、ITホルダ11の第2面Bに3軸方向に対して高精度に位置決めされて。接着剤を介して固定される。この状態で第1のインテグレータ12と第2のインテグレータ13は、ITホルダ11に対して機械的精度だけで位置決めされている。ITホルダ11には、X軸方向のX基準部30a,30b、Y軸方向のY基準部31a,31bおよびZ軸方向の各Z基準面34,35,36が高精度に形成されているので、このように各基準部30a,30b,31a,31b、Z基準面34,35,36にそれぞれ当接させることで、各第1および第2のインテグレータ12,13のX,Y,Z軸方向に対する相対位置を高精度に位置決めが可能になる。
The
マスク14は、厚さ0.5mm程度のアルミニウム合金製で、第2のインテグレータからの出射光の一部を選択的に通過させるためのスリット(間隙)が格子状に形成されている。マスク14は、スリットを偏光変換素子15の波長板がある部分に一致させるように、接着治具(不図示)を用いて偏光変換素子15に接着されて固定される。マスク14には、図2に示すように、取り付け基準穴40とネジ穴41がそれぞれ設けられている。図示しないが、接着治具には、マスク14の取り付け基準穴40に挿通される基準ピンと、偏光変換素子15が突き当てられるの突き当て基準面が形成されている。接着治具にマスク14を載置し、このマスク14上に偏光変換素子15を載置する。偏光変換素子25を接着治具の突き当て基準面に押し付け、シリコン系の接着剤でマスク14と偏光変換素子15とを接合固定する。このような固定方法によって、マスク14と偏光変換素子15がX,Y,Z軸方向に対して高精度に一体化される。
The
第1のインテグレータ12および第2のインテグレータ13をITホルダ11に固定した後、上述した固定方法で既に一体化されているマスク14と偏光変換素子15を取り付ける。マスク14の取り付け基準穴40には、ITホルダ11の基準ピン32が挿通され、この取り付け基準穴40と基準ピン32が係合することで、X軸方向およびY軸方向に対する位置精度が高精度に確保される。ITホルダ11の第2面Bの四隅に設けられたZ基準面36にマスク14を当接させることで、Z軸方向に対してマスク14および偏光変換素子15の位置精度が高精度に確保される。
After the
このように位置決めされた状態で、マスク14は、ネジ穴41に挿通される固定ネジ26によって、ITホルダ11にネジ止めされて固定される。なお、偏光変換素子15の波長板は、有機膜から構成されており、この有機膜が紫外線や熱に弱く劣化しやすい。このため、ITホルダ11に対する取り付け方法としてあえてネジ止めによる固定方法を採用しており、劣化したマスク14および偏光変換素子15を容易に交換することが可能にされている。
In this state of positioning, the
各基準部30a,30b,31a,31bおよび基準ピン32は、一体成形された1つの部材であるITホルダ11上に、成形時に同時かつ高精度に形成されている。これらの基準部30a,30b,31a,31bや基準ピン32によって、第1のインテグレータ12、第2のインテグレータ13および、マスク14と偏光変換素子15が互いに高精度に配置されるので、照明光学系の光利用効率を向上することができる。
Each of the
上述した光学ユニット1によれば、ITホルダ11の外周部に高精度に形成された第1面Aおよび第2面Bの、各Z基準面34,35,36、各基準部30a,30b,31a,31b、基準ピン32,33をそれぞれ基準として、第1および第2のインテグレータ12,13、マスク14、偏光変換素子15がX,Y,Z軸方向に対してそれぞれ位置決めされて固定されることで、第1および第2のインテグレータ12,13、マスク14、偏光変換素子15の相対位置を、高精度に位置決めすることができる。このため、光学ユニット1によれば、光損失部分が減少し、光源10からの出射光の光利用効率が向上され、投写映像の輝度、投写映像内での輝度の均一性を向上し、投写映像の明るさを5%程度向上することができる。さらに、光学ユニット1によれば、従来のようなインテグレータ等の位置調整機構が不要になり位置調整工程が省かれるので、部品点数の削減が図られ、製造コストの大幅な低減を実現することができる。
According to the
以上のように、ITホルダ11に第1および第2のインテグレータ12,13等が取り付けられて構成された光学ユニット1は、投写型表示装置が備える光学エンジン5内に組み込まれる。
As described above, the
図5に、光学エンジンの光学系の平面図を示す。図6に、光学エンジンに光学ユニットを組み込む状態の斜視図を示す。なお、光学エンジン5の光学系の構成は、光学ユニット1の構成を除いて、従来の投写型表示装置の光学系と構成が同一である。
FIG. 5 shows a plan view of the optical system of the optical engine. FIG. 6 is a perspective view showing a state in which the optical unit is assembled in the optical engine. The configuration of the optical system of the
図5に示すように、光源10からの出射光は、レフレクタ20で反射され、光学ユニット1の第1のインテグレータ12および第2のインテグレータ13、フィールドレンズ65によって輝度均一化される。また、光源10からの出射光は、フィールドレンズ65に入射する前に、偏光変換素子15によって、偏光分離と偏光変換が行われS偏光の光束にされている。偏光変換後の光束は、ダイクロイックミラー61で赤色光(R)のみが反射されて分離され、さらにダイクロイックミラー62で緑色光(G)のみが反射されて緑色光と青色光(B)とが分離される。
As shown in FIG. 5, the emitted light from the light source 10 is reflected by the reflector 20, and the luminance is made uniform by the
赤色光(R)は、ダイクロイックミラー61で反射された後、反射ミラー71とコンデンサレンズ89Rを経て赤色液晶パネル91Rに入射する。緑色光(G)は、ダイクロイックミラー62で反射された後、コンデンサレンズ89Gを経て緑色液晶パネル91Gに入射する。青色光(B)は、ダイクロイックミラー62を透過した後、リレーレンズ81,82と反射ミラー72,73とから構成されたリレー光学系を経て、青色液晶パネル91Bに入射する。R,G,Bの各光は、各液晶表示パネル91R,91G,91Bによって光変調をうけ、変調された各光がクロスダイクロイックプリズム93で色合成される。色合成された後、各光は、投写レンズ94によって投写面(不図示)上に向けて投写され、投写面上に像を結ぶ。
The red light (R) is reflected by the
また、光学ユニット1が備えるITホルダ11には、図4(d)に示すように、底面に、位置決めピン42および脚部43がそれぞれ設けられ、図4(c)に示すように、天面に、ネジ穴44が設けられている。位置決めピン42は、X軸方向に対して2箇所に設けられている。
Further, the
光学ユニット1を光学エンジン5内に組み込む際、ITホルダ11の位置決めピン42が、光学エンジン5の光学ベース(不図示)に設けられている位置決め穴(不図示)に係合される。これによって、光学ユニット1のX軸方向に対する位置決めが行われ、図6に示すように、光学ユニット1は、ネジ穴44に挿通される固定ネジ45によって、光学エンジン5に固定される。光学ユニット1の位置決めには、光学ユニット1における第1のインテグレータ12や第2のインテグレータ13の配置の位置精度と比較して、高精度が要求されないので、可動側金型の移動方向に直交する平面に平行な、固定側金型と可動側金型の成形面によって位置決めピン42が形成されなくても、光学性能の劣化には繋がらない。
When the
光学ユニット1の光軸による影響は、光学エンジン5の他の光学素子に設けられた調整機構によって調整される。光学エンジン5には、フィールドレンズ65、反射ミラー71、リレーレンズ82の光軸に対する位置をそれぞれ調整するための第1、第2および第3の調整機構51,52,53がそれぞれ設けられている。
The influence of the optical axis of the
したがって、光学エンジン5に光学ユニット1を組み込んだ後、図6に示すように、第1の調整機構51によってフィールドレンズ65の光軸に対する位置調整が行われ、第2の調整機構52によって反射ミラー71の光軸に対する位置調整が行われ、第3の調整機構53によってリレーレンズ82の光軸に対する位置調整が行われる。
Therefore, after the
1 光学ユニット
5 光学エンジン
10 光源
11 インテグレータホルダ
12 第1のインテグレータ
13 第2のインテグレータ
14 マスク
15 偏光変換素子
16 固定ネジ
20 リフレクタ
30a,30b X基準部
31a,31b Y基準部
32,33 基準ピン
34 第1のインテグレータ用のZ基準面
35 第2のインテグレータ用のZ基準面
36 マスクおよび偏光変換素子用のZ基準面
40 取り付け基準穴
41 ネジ穴
42 位置決めピン
43 脚部
44 固定ネジ穴
45 固定ネジ
51,52,53 光軸調整部
65 フィールドレンズ
61,62 ダイクロイックミラー
71,72,73 反射ミラー
81,82 リレーレンズ
89R,89G,89B コンデンサレンズ
91R,91G,91B 液晶パネル
93 クロスダイクロイックプリズム
94 投写レンズ
A 第1面
B 第2面
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記輝度均一化光学系からの出射光の一部を選択的に遮光する遮光手段と、
前記遮光手段からの出射光を偏光する偏光変換素子と、
前記第1のレンズアレイおよび前記第2のレンズアレイを保持するホルダ部材とを備え、
前記ホルダ部材には、外周部の端面に、前記第1のレンズアレイを位置決めして固定する第1面が形成され、前記第1面と反対側の外周部の端面に、前記第2のレンズアレイと、前記遮光手段とを位置決めして固定する第2面が形成され、
前記遮光手段には前記偏光変換素子が固定され、
前記ホルダ部材は、一組の固定側型体および可動側型体を有する成形用型体を用いた射出成形によって形成され、
前記第1面および前記第2面は、前記固定側型体および前記可動側型体の、前記固定側型体に対する前記可動側型体の移動方向に直交する成形面によってそれぞれ形成されている光学ユニット。 A first lens array on which light emitted from the light source is incident; and a second lens array on which light emitted from the first lens array is incident, and uniformizing the luminance of the light emitted from the light source Brightness uniformizing optical system,
A light shielding means for selectively shielding part of the light emitted from the brightness uniformizing optical system;
A polarization conversion element for polarizing the light emitted from the light shielding means;
A holder member for holding the first lens array and the second lens array;
Wherein the holder member, the end face of the outer peripheral portion, the first surface of the first lens array and fixed tanning position-decided is formed on the end surface of the outer peripheral portion opposite to the first surface, the second a lens array, a second surface for fixing the light shielding unit position-decided tanning and is formed,
The polarization conversion element is fixed to the light shielding means,
The holder member is formed by injection molding using a molding die having a set of a fixed side die and a movable side die,
The first surface and the second surface are respectively formed by molding surfaces of the fixed-side mold body and the movable-side mold body that are orthogonal to the moving direction of the movable-side mold body with respect to the fixed-side mold body . unit.
前記第2面には、前記遮光手段を位置決めして固定するための基準面が、前記第2のレンズアレイを位置決めして固定するための基準面から光軸方向に突出された位置に形成されている請求項5に記載の光学ユニット。 The light shielding means has a portion protruding from an outer peripheral portion of the polarization conversion element, and the protruding portion is fixed to a reference surface for positioning and fixing the light shielding means,
On the second surface, a reference surface for positioning and fixing the light shielding means is formed at a position protruding in the optical axis direction from the reference surface for positioning and fixing the second lens array. The optical unit according to claim 5 .
前記光学ユニットからの出射光が照射される画像表示素子と
を備える投写型表示装置。 The optical unit according to any one of claims 1 to 6 ,
A projection display device comprising: an image display element irradiated with light emitted from the optical unit.
前記ホルダ部材を一組の固定側型体および可動側型体を有する成形用型体を用いた射出成形によって形成する成形工程と、
前記ホルダ部材の外周部の端面に形成された第1面に、前記第1のレンズアレイを位置決めして固定する固定工程と、
前記ホルダ部材の前記第1面の反対側の外周部の端面に形成された第2面に、前記第2のレンズアレイを位置決めして固定する固定工程と、
前記遮光手段に前記偏光変換素子を位置決めして固定する固定工程と、
前記ホルダ部材の前記第2面に、前記偏光変換素子が固定された前記遮光手段を位置決めして固定する固定工程とを有し、
前記成形工程では、前記第1面および前記第2面を、前記固定側型体および前記可動側型体の、前記固定側型体に対する前記可動側型体の移動方向に直交する成形面によってそれぞれ形成する光学ユニットの製造方法。 Uniform brightness that has a first lens array into which light emitted from the light source is incident and a second lens array into which light emitted from the first lens array is incident, and uniformizes the luminance of the light emitted from the light source An optical system, a light shielding means for selectively shielding a part of the light emitted from the luminance uniforming optical system, a polarization conversion element for polarizing the light emitted from the light shielding means, the first lens array, In the manufacturing method of an optical unit provided with the holder member holding the 2nd lens array,
A molding step of forming the holder member by injection molding using a molding die having a set of a fixed mold and a movable mold;
The first surface which is formed in the end surface of the outer peripheral portion of the holder member, and a fixing step of fixing the first lens array position-decided tanning and,
A fixing step of the a second surface formed on the end surface of the outer peripheral portion opposite to the first surface of the holder member, for fixing the second lens array tanning position-decided,
A fixing step of positioning and fixing the polarization conversion element to the light shielding means;
On the second surface of the holder member, it has a fixed step of positioning and fixing the light shielding means for the polarization conversion element is fixed,
In the molding step, the first surface and the second surface are respectively formed by molding surfaces of the fixed-side mold body and the movable-side mold body perpendicular to the moving direction of the movable-side mold body with respect to the fixed-side mold body. Manufacturing method of optical unit to be formed .
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