专利名称：正交棱镜的制造方法
技术领域：
本发明涉及正交棱镜的制造方法，特别涉及制造高精度的正交棱镜的正交棱镜的制造方法。
背景技术：
将2种光学膜交叉的正交棱镜、主要将2种分色膜交叉的进行颜色分解或颜色合成的正交分色棱镜用于进行红色光、绿色光和蓝色光这3种颜色的光的分解或合成。这样的正交分色棱镜的一例表示在图8中。如图8所示，在进行蓝色光的调制的光阀101B中调制后的蓝色光、在进行绿色光的调制的光阀101G中调制后的绿色光以及在进行红色光的调制的光阀101R中调制后的红色光分别从3个方向入射到正交分色棱镜100中。
正交分色棱镜100上交叉地形成有具有仅反射入射光中的蓝色光的特性的蓝色光分色膜104B和具有仅反射红色光的特性的红色光分色膜104R。入射到这样的正交分色棱镜100中的蓝色光、绿色光和红色光中的绿色光直接透过蓝色光分色膜104B和红色光分色膜104R，蓝色光在蓝色光分色膜104B上反射，红色光在红色光分色膜104R上反射，这些透射光和反射光合成后入射到投射透镜102中，在屏幕103上映出影像。
这样的正交分色棱镜100上形成的蓝色光分色膜104B和红色光分色膜104R为了映射出正确的投影像，需要保持同一个平面。例如，当图8所示的正交分色棱镜100由4个三棱柱棱镜100A、100B、100C及100D构成时，通过在这4个三棱柱棱镜的2个斜面中的1个斜面上形成蓝色光分色膜104B或红色光分色膜104R，将形成了膜的4个三棱柱棱镜相接合来形成。此时，必须将各三棱柱棱镜的顶点集中到一点地进行接合来构成正交分色棱镜100，但如果各三棱柱棱镜的顶点的接合部分即正交分色棱镜100的中心部位错位的话，则不能保持同一个平面，不能发挥正确的光学特性。特别是由于正交分色棱镜100的中心部位为合成3色光的地方，因此如果这个接合部分产生错位，则会产生使投射影像重影或模糊不清等问题，给投射影像带来很大的影响。
因此，日本专利特开2003-43224号公报中公开了这样一种制造正交分色棱镜的方法准备好2组将2个形状不同的镜块接合在一起的接合镜块，用基准部件将这2组接合镜块接合在一起使接合镜块的露出面确实为一个平面，在获得一体化的镜块后，切掉4个角并进行研磨。
在该特开2003-43224号公报的发明中，准备好断面形状为正方形的长方体形状的第1及第3棱镜以及与断面垂直的侧面比第1及第3棱镜长的第2和第4棱镜，研磨这些棱镜并在第1及第3的侧面上形成第1分色膜。然后使第1和第3棱镜形成露出面地将第2棱镜临时粘在第1棱镜上，将第4棱镜临时粘在第3棱镜上，用基准部件确保第1分色膜为平面地使粘接剂硬化，形成2个接合镜块，在这2个接合镜块的侧面形成第2分色膜。然后，在临时粘接2个接合镜块后用临时粘接基准部件使2个接合镜块的露出面为同一个平面，在这种状态下使粘接剂硬化形成一体化的镜块。通过切掉该一体化镜块的4个端部并研磨，制成正交分色棱镜。
但是，在上述特开2003-43224号公报的发明中，虽然能够形成使第1分色膜与第2分色膜保持为同一个平面的一体化镜块，但随后要切掉4角并进行研磨，因此有可能在正交分光棱镜的中心部位产生应力集中或发生歪斜。即，在裁切一体化的镜块时产生裁切方向的力。此时，如果分解这个力的成分，则在与形成有第1分色膜的接合面相平行的方向及与形成有第2分色膜的接合面相平行的方向这2个方向有力的作用。并且，在研磨一体化的镜块时，虽然力向一体化镜块的中心方向作用，但如果分解这个力的成分，则在与形成有第1分色膜的接合面相平行的方向及与形成有第2分色膜的接合面相平行的方向这2个方向有力的作用。
这样一来，由于裁切一体化镜块并进行研磨时在与形成有第1分色膜的接合面相平行的方向及与形成有第2分色膜的接合面相平行的方向这2个方向有力的作用，因此虽然能够形成将第1分色膜及第2分色膜保持在同一平面上的一体化镜块，但由于裁切一体化镜块并研磨时的力的作用，在中心部位产生应力集中，因此不仅会地在分色膜上产生应力作用，而且当应力很大时，第1及第2分色膜有可能在中心部位产生错位。特别是在进行研磨时，由于在一体化镜块的中心方向产生很强的作用力，因此第1分色膜与第2分色膜之间有可能在中心部位产生台阶，有完全切掉中间部分的可能。结果，应该起最重要作用的正交分色棱镜的中心部分不能发挥正确的光学特性。
而为了减轻研磨时的作用力，虽然有缓慢地进行研磨的方法，但此时存在研磨时间变长，合格率降低的问题。
发明内容
因此，本发明就是鉴于上述问题，目的是提供一种通过预先研磨构成正交棱镜的2个玻璃结构体，在这种状态下将它们接合来防止裁切或研磨时产生错位的，保持平面性的正交棱镜的制造方法。
为了达到上述目的，本发明的正交棱镜的制造方法的特征在于以下工序研磨玻璃结构体的与形成了第1光学膜的面相垂直的侧面的侧面研磨工序，所述玻璃结构体在呈细长四棱柱形状的第1玻璃部件或断面形状与该第1玻璃部件相同并且具有长边的长度比上述第1玻璃部件的短的侧面的第2玻璃部件的侧面上形成上述第1光学膜，并且使形成了上述第1光学膜的面为接合面地接合上述第1玻璃部件和上述第2玻璃部件；研磨上述玻璃结构体的与上述研磨过的侧面相反的面的2端中的一端的第1端部研磨工序；研磨上述玻璃结构体的与上述研磨过的侧面相反的面的2端中的另一端获得棱镜部件的第2端部研磨工序；在上述棱镜部件的上述第1研磨工序中研磨过的2个面上形成第2光学膜的第2光学膜形成工序；准备好2个上述棱镜部件，使构成上述2个棱镜部件中的1个上述棱镜部件的上述第1玻璃部件的端面与构成另一个上述棱镜部件的上述第2玻璃部件的端面为同一个平面地接合上述2个棱镜部件获得正交棱镜母材的棱镜部件接合工序；裁切上述正交棱镜母材获得正四棱柱正交棱镜的正交棱镜母材裁切工序。
虽然作为其中的第1光学膜和第2光学膜主要使用仅透过蓝色波长的光的分色膜、仅透过红色波长的光的分色膜，但也可以使用例如根据偏振光等的光学特性分色的光学膜。
并且，虽然在棱镜部件上形成防反射膜优选同时在夹着棱镜部件的直角的2个侧面上同时形成，但也可以分别在2个侧面上单独形成。
本发明的上述以及上述以外的目的、结构以及作用效果通过下面参照附图叙述的本发明的实施形态使其明了。另外，本发明并不局限于这些实施形态的解释。
图1正交棱镜的制造方法的流程图，图2获得由第1玻璃基板和第2玻璃基板构成的玻璃结构体的说明图，图3玻璃结构体及夹具的透视图和俯视图，图4研磨玻璃结构体的第1端的工序及研磨玻璃结构体的第2端的工序中的玻璃结构体和夹具的俯视图，图5形成防反射膜时的棱镜部件的透视图和俯视图，图6形成第2分色膜时的棱镜部件的透视图和俯视图，图7正交棱镜的母材的透视图和俯视图，图8投射型显示装置的局部结构图。
具体实施例方式
下面根据图1的流程说明本发明的实施形态。在图2(a)中，准备好呈平板状形状的第1玻璃基板1和第2玻璃基板2。这里，如图2(a)所示，第1玻璃基板1与第2玻璃基板2端面中的1边长度相同，并且与相同端面的边垂直的边的长度为第2玻璃基板2比第1玻璃基板1短。并且，第1玻璃基板1与第2玻璃基板2的厚度相同。这样，通过准备端面中的1条边的长度不同的第1玻璃基板1和第2玻璃基板2能够形成后述的基准面。
最初，研磨这样的第1玻璃基板1和第2玻璃基板2各自的2个端面(步骤S1)，用例如真空蒸镀等方法在第1玻璃基板1或第2玻璃基板2中的某块玻璃板的一个端面形成第1分色膜10A(步骤S2)。使该第1分色膜10A为具有仅能透过例如波长在大致500nm以下的光，即蓝色波长的光的特性的分色膜(以下称为“蓝色分色膜”)，或者具有仅能透过波长在大致600nm以上的光，即红色波长的光的特性的分色膜(以下称为“红色分色膜”)中的任一种分色膜。这里，虽然在第1玻璃基板1的端面形成第1分色膜10A，但也可以在第2玻璃基板2上形成第1分色膜10A。
然后，如图2(b)所示那样用例如粘接剂等使形成有第1分色膜10A的面为接合面地接合第1玻璃基板1和第2玻璃基板2(步骤S3)，如图2(c)那样将该接合了第1玻璃基板1和第2玻璃基板2的接合部件裁切成长方形，获得细长的玻璃结构体5(步骤S4)。此时，将玻璃结构体5中的裁切前为第1玻璃基板1的部件作为第1玻璃部件3，将作为第2玻璃基板2的部件作为第2玻璃部件4。即，玻璃结构体5由形成了第1分色膜10A的细长四棱柱状的第1玻璃部件3和同样为细长四棱柱状的第2玻璃部件4构成。
这里，由于第1玻璃基板1与第2玻璃基板2的端面中有1边的长度不同，因此在第1玻璃基板1的与第2玻璃基板2接合的面上形成没有接合第2玻璃基板2的突出部分1P。由此，如图2(c)所示那样，在第1玻璃部件3的与第2玻璃部件4接合的面上也形成没有接合第2玻璃部件4的突出部分(以下称为“基准面3P”)。该基准面3P为接合后述研磨成三棱柱棱镜的2个玻璃结构体5时作为确定接合位置以免产生错位的基准的基准面。该基准面可以仅设在第1玻璃部件3的一端，但优选设置在两端。而且，通过使第2玻璃部件4的中心位置与第1玻璃部件3的中心位置相一致地接合，由于形成在两端的基准面为同一个基准面，因此便于视认该基准面。因此，优选使第2玻璃部件4的中心位置与第1玻璃部件3的中心位置一致。
然后用图3(a)及(b)所示的夹具20研磨玻璃结构体5的侧面、即，使第1玻璃部件3的侧面3S与第2玻璃部件4的侧面4S成为一体的玻璃结构体5的侧面(步骤S5)。这里，由于该侧面是作为后述断面为等腰三角形的三棱柱棱镜的底边而形成的，因此以后将该侧面称为“底面5S”。图3(a)为透视图，(b)为俯视图。此时，研磨底面5S使玻璃结构体5的底面5S与形成了第1分色膜10A的面呈90°的夹角，并且使第1玻璃部件3的侧面3S与第2玻璃部件4的侧面4S确实为同一个平面。即，由于进行该研磨的底面5S上以后要形成第2分色膜10B，因此必须保持为同一个平面。因此，由于不能保证第1玻璃部件3与第2玻璃部件4之间没有台阶地接合，因此在进行该研磨之前有必要进行研磨使侧面3S与侧面4S形成同一个平面。
下面就夹具20进行说明。如图3(a)所示，夹具20为具有凹穴21的部件，玻璃结构体5的第2玻璃部件4插嵌到该凹穴21中。这里，如果设构成玻璃结构体5的底面5S的第2玻璃部件4的侧面4S的长方向的长度为4LW，短方向的长度为4LV，玻璃结构体5的厚度为4LT，设凹穴21的与第2玻璃部件4相对应的长方向的长度为21LW，短方向的长度为21LV，深度为21LT的话，则使21LW≥4LW，使21LV＞4LV，使21LT＜4LT地形成凹穴21。即，采用使凹穴21的长方向的长度21LW不小于第2玻璃部件4的长方向的长度4LW的结构使玻璃结构体5的第2玻璃部件4的一部分能够插嵌到凹穴21内。这里，有必要用粘接剂等将第2玻璃部件4粘接到凹穴21中以便研磨玻璃结构体5时该玻璃结构体5不会沿长方向移动。并且，为了研磨玻璃结构体5的底面5S，必须使玻璃结构体5的厚度，即第2玻璃部件4的厚度4LT比凹穴21的厚度21LT厚。而凹穴21的短方向的长度21LV比第2玻璃部件4的侧面4S的短方向的长度长。
这里，虽然使夹具20仅保持玻璃结构体5的第2玻璃部件4，但也可以考虑改变凹穴21的形状使第1玻璃部件3也插嵌到凹穴中。但是，在进行步骤S5的研磨玻璃结构体的侧面工序之前，有可能像以上所述那样在第1玻璃部件3与第2玻璃部件4之间在厚度方向上产生台阶。这样，如果产生了台阶，则成了第1玻璃部件3或第2玻璃部件4的某一个与凹穴21接触，另一个浮在空中的状态。如果在这样的状态下进行研磨，则有可能在玻璃结构体5倾斜的状态下进行研磨，不能正确地进行研磨。因此，优选在仅有第2玻璃部件4插嵌到凹穴21内的状态下进行研磨。
在这样的第2玻璃部件4插嵌到夹具20中的状态下研磨玻璃结构体5的底面5S使其与第1分色膜10A成90°的夹角。此时，玻璃结构体5被研磨到图3(b)所示的点划线的位置，但优选研磨到第1玻璃部件3的端面3E与第2玻璃部件4的端面4E为正方形的位置。
接着，用粘接等方法将玻璃结构体5贴装到图4(a)所示那样的夹具30中使其能够被固定保持，并使进行过上述研磨的底面5S成为粘接面。该夹具30为细长的四棱柱缺1条棱线的形状，该欠缺的部分形成平面30A。该平面30A形成为与相邻的面呈45°的夹角，将玻璃结构体5的底面5S贴装在该平面30A上，夹具30固定保持玻璃结构体5。这样地进行研磨使被固定保持的玻璃结构体5的底面5S的相反面中的2条棱线中的一条棱线呈45°的角度，然后再像图4(b)所示那样在玻璃结构体5贴装在夹具上的状态下使夹具沿顺时针方向旋转90°，进行研磨使2条棱线中剩下的1条棱线呈45°角度(步骤S6)。此时，虽然可以从棱线开始进行研磨，但用切断机等裁切装置进行裁切后再进行研磨效率更高。而且，玻璃结构体5的研磨像图4(a)及(b)的点划线所示那样一直研磨到玻璃结构体5的研磨后的底面5S的端部或者更多。
这里，在步骤S6的研磨棱线的过程中，研磨时给玻璃结构体5施加负荷最大的力的方向为进行研磨的方向，即沿如图4(a)及(b)所示FA及FB的方向施加的力最大。此时，进行步骤S6的研磨时施加到玻璃结构体5上的力FA可以分解成分力F1和F2这2个方向的力。此时，由于FA的分力F1垂直地作用在夹具30的平面30A上，因此该力被抵消。而FA的分力F2虽然沿与夹具30的平面30A平行的方向作用，但由于该力F2为使整个玻璃结构体5沿F2的方向偏移的力，因此对形成了第1分色膜10A的面不产生任何影响。即，问题是第1玻璃部件3与第2玻璃部件4之间有沿F1的方向作用的力，因此如果沿F1的方向作用力，则有使第1玻璃部件3与第2玻璃部件4之间产生错位的可能。假如第1玻璃部件3与第2玻璃部件4之间产生错位，则即使在步骤S5中进行了研磨使底面5S为同一个平面，也必须再次进行底面5S的研磨等确保其为同一个平面。但是，由于研磨时作用的力F1被夹具30抵消，因此不考虑这个问题也可以。并且，在图4(b)中研磨时作用的力FB也可以分解成F3和F4，由于其中F3被夹具30抵消，F4不是使分色膜产生错开的方向的力，因此不会给最终制成的正交棱镜产影响。
通过以上步骤S6的研磨，能够获得图5(a)的透视图及(b)的俯视图所示的断面为等腰三角形的细长形状的棱镜部件6。然后在该棱镜部件6的除去底面的2个斜面6A、6B上形成防反射膜11(步骤S7)。为了使棱镜部件6的斜面6A、6B成为最终制成的正交棱镜的外壁，在这些斜面6A、6B上形成防反射膜11，由此能够获得更高的光学特性。这里，对棱镜部件6的斜面6A、6B虽然可以以各自不同的时间在斜面6A、6B上形成防反射膜11，但最好是同时进行。即，保持棱镜部件6的两个端面，在该棱镜部件6的下方设置图中没有示出的防反射膜11的蒸镀源，使蒸镀物质(防反射膜11)从该蒸镀源附着在棱镜部件6的斜面6A、6B这两面上。通过采用这样的结构，一次能够在棱镜部件6的斜面6A、6B这两个面上形成防反射膜11。另外，进行这样的蒸镀的蒸镀装置在将蒸镀源设置在下方，将棱镜部件6设置在上方的状态下在棱镜部件6上形成防反射膜11。此时，将夹着棱镜部件6的直角的两边的斜面6A、6B这两个斜面所共有的边与图中没有示出蒸镀源相对置地配置。此时，虽然在斜面6A、6B上蒸镀蒸镀物质(防反射膜11)，但斜面6A、6B上的靠上述边近的地方膜的厚度厚，离上述边越远膜的厚度越薄。而由于斜面6A、6B上必须以均匀的厚度形成防反射膜11，因此通过形成例如能够吸收波长偏差的防反射膜11能够解决上述问题。即，形成即使向长波长一侧或短波长一侧偏移一些也不会影响防反射膜的特性的防反射膜11。
接着，如图6(a)的透视图及(b)的俯视图所示那样，在斜面6A、6B上形成了防反射膜11的棱镜部件6的底面6C上形成第2分色膜10B(步骤S8)。作为该第2分色膜10B，使用蓝色分色膜或红色分色膜中第1分色膜10A没有使用的分色膜。这里，由于底面6C在步骤S5的底面研磨工序中进行过研磨使底面为同一个平面，因此第2分色膜10B也不会产生错位，能够形成保持连续性的膜。此时，在棱镜部件6的下方准备用来对第2分色膜10B进行蒸镀的图中没有示出的蒸镀源，在使棱镜部件6的底面6C与图中没有示出的蒸镀源相对置地保持棱镜部件6的两端面的状态下形成第2分色膜10B。
然后准备上述形成了第2分色膜10B的棱镜部件6和没有形成第2分色膜10B的棱镜部件6这2个棱镜部件6，像图7(a)的透视图和(b)的俯视图所示那样使形成了第2分色膜10B的面为接合面地将2个棱镜部件6接合，能够获得正交棱镜母材7(步骤S9)。此时，使2个棱镜部件6的基准面3P彼此确实为同一个平面地接合。也可以例如在接合时使基准面3P彼此在某种程度上为同一个平面地临时粘接，然后进行微调使它们真正地成为同一个平面，然后再进行真正的粘接。通过这样使基准面3P确实为同一个平面地接合2个棱镜部件6，能够使第1分色膜10A为不错位的同一个平面。并且，由于第2分色膜10B使用同一个棱镜部件6且在步骤S5中进行过底面的研磨，因此能够使其为没有错位的同一个平面。
然后沿与长度方向垂直的方向将正交棱镜母材7裁切成正方体或立方体等形状，由此能够获得最终的正交棱镜。此时，使最终的正交棱镜为立方体形状地裁切正交棱镜母材7。
如以上说明过的那样，经过各步骤，能够使最终制成的正交棱镜上形成的第1分色膜10A和第2分色膜10B不产生错位，能够准确地形成在同一个平面上。特别是由于在步骤S6的研磨玻璃结构体5的底面5S的反面的棱线时对在步骤S5中将底面5S准确地研磨成90°的玻璃结构体5作用不使第1分色膜10A产生错位的力，因此能够获得第1分色膜10A与第2分色膜10B确实地形成为同一个平面的正交棱镜。
即，本发明的正交棱镜的制造方法能够获得正交的各分色膜分别形成在同一个平面上的高精度的正交棱镜。
权利要求
1.一种正交棱镜的制造方法，其特征在于，包括以下工序形成玻璃结构体的玻璃结构体形成工序，所述玻璃结构体在呈细长四棱柱形状的第1玻璃部件或断面形状与该第1玻璃部件相同并且具有长边的长度比上述第1玻璃部件的短的侧面的第2玻璃部件的侧面形成第1光学膜，并且使形成了上述第1光学膜的面为接合面地接合上述第1玻璃部件和上述第2玻璃部件；研磨上述玻璃结构体形成过程中制成的上述玻璃结构体的与形成了上述第1光学膜的面相垂直的侧面而获得底面的底面研磨工序；研磨上述玻璃结构体的与上述研磨过的底面相反的面的2条棱线而获得断面为等腰三角形的棱镜部件的棱线研磨工序；在上述棱镜部件的上述底面上形成第2光学膜的第2光学膜形成工序；准备好形成了上述第2光学膜的上述棱镜部件和没有形成上述第2光学膜的上述棱镜部件，使形成构成上述2个棱镜部件中的1个上述棱镜部件的上述第1玻璃部件上没有接合上述第2玻璃部件的突出部分的基准面，与另一个上述棱镜部件的上述基准面为同一个平面地接合上述2个棱镜部件而获得正交棱镜母材的棱镜部件接合工序；裁切上述正交棱镜母材而获得正四棱柱正交棱镜的正交棱镜母材裁切工序。
2.如权利要求1所述的正交棱镜的制造方法，其特征在于，上述第1玻璃部件以在上述第2玻璃部件的两端形成相同形状的突出部的方式接合。
3.如权利要求1所述的正交棱镜的制造方法，其特征在于，在上述第2光学膜形成工序之前还具有同时在上述棱镜部件的2个斜面上形成防反射膜的防反射膜形成工序。
4.如权利要求1所述的正交棱镜的制造方法，其特征在于，上述玻璃结构体形成工序包括以下工序研磨呈平板状形状的第1玻璃基板的2个端面以及具有1边比上述第1玻璃基板的端面短的端面的第2玻璃基板的2个端面的双面研磨工序；在上述第1玻璃基板的研磨过的面或者上述第2玻璃基板的研磨过的面中的任一个面上形成上述第1光学膜的第1光学膜形成工序；使形成了上述第1光学膜的面为接合面地接合上述第1玻璃基板和上述第2玻璃基板而获得接合部件的玻璃板接合工序；将上述接合部件裁切成长方形而获得上述玻璃结构体的接合部件裁切工序。
全文摘要
为了保持正交棱镜上形成的各分色膜没有错位的平面性，在侧面的长方向的长度不同的第1玻璃部件(3)和第2玻璃部件(4)中的任何一个侧面上形成第1分色膜(10A)，将该面作为接合面地进行接合获得玻璃结构体(5)。研磨成同一个平面使玻璃结构体(5)的一个侧面成90°的角度，研磨已经研磨过的面的反面的2条棱线以便获得45°的角度，获得棱镜部件(6)。在该棱镜部件(6)上形成第2分色膜(10B)，使2个棱镜部件(6)的基准面(3P)为同一个平面地接合2个棱镜部件(6)获得正交棱镜母材(7)，然后裁切成立方体等形状获得正交棱镜。
文档编号G02B27/10GK1690734SQ200510065279
公开日2005年11月2日 申请日期2005年4月19日 优先权日2004年4月27日
发明者关口隆史, 远藤和穗, 远藤胜己, 加藤茂 申请人:富士能佐野株式会社