JP2007133161A - 照明用光学系及びそれを利用したプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 光軸合わせが容易で、安定した光学特性を有する照明用光学系及びそれを利用したプロジェクタを提供すること。
【解決手段】 照明用光学系２は、並設された赤色ＬＤモジュール１０、緑色ＬＤモジュール２０、青色ＬＤモジュール３０、これらのＬＤモジュールに備えられている第１光ファイバ１８，２８，３８の出射端に設けられ、これらの光ファイバを取りまとめる光ファイバ型カプラ４２、及び当該光ファイバ型カプラ４２を介して第１光ファイバ１８，２８，３８と接続する１本の第２光ファイバ４０から構成されている。第２光ファイバ４０は、光ファイバ型偏波解消器を有する光ファイバである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、照明用光学系及びそれを利用したプロジェクタに関し、特に微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーにより光走査式のプロジェクタにおける照明用光学系及びそれを利用したプロジェクタに関する。

微小電気機械システムミラーを用いた光走査式のプロジェクタでは、放電ランプとカラーフィルタとを有する照明用光学系が多く使われているが、放電ランプの消費電力及び発熱量が大きく、プロジェクタの小型化を妨げるという欠点がある。これに対して、近年、放電ランプに代えて半導体発光素子を用いた照明用光学系、例えば、特許文献１に記載されているものが知られている。この文献には、半導体レーザを用いた赤色光源、緑色光源及び青色光源と、この３つの光源を所定のタイミングで駆動する駆動回路と、３つの光源にそれぞれ光結合された光ファイバとを備え、光ファイバがさらにコンデンサレンズを介してライトトンネルあるいはインテグレータに接続されている照明用光学系が開示されている。
特開２００４−３３４０８３号公報

しかしながら、上記のような照明用光学系は、３つの光源に対応する光ファイバ、コンデンサレンズ及びライトトンネルまたはインテグレータが互いに空間的に独立している。このため、それぞれの光軸を正確に合わせるため、多大な労力を要するという問題があった。

また、この３つの光源に対応する光ファイバ、コンデンサレンズ及びライトトンネルまたはインテグレータが互いに空間的に独立しているため、上記の照明用光学系が振動や衝撃に弱く、振動や衝撃による光軸のずれが発生しやすく、安定した光学特性が得られないという問題があった。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、光軸合わせが容易で、安定した光学特性を有する照明用光学系及びそれを利用したプロジェクタを提供することを目的とする。

本発明に係る照明用光学系は、異なるＭ種類の特定波長の光を出力するＮ個の発光素子と、Ｎ個の発光素子に対して１対１に設けられ、各々対応する発光素子から出力される光を集光するＮ個の集光レンズと、Ｎ個の発光素子から出力されて集光レンズにより集光された光を入射端に入力して導光し出射端から出力するＮ本の第１光ファイバと、光導波路デバイスと、１本の第２光ファイバと、を備え、Ｎ本の第１光ファイバは、光導波路デバイスを介して光学的に第２光ファイバに接続されることを特徴とする。ただし、Ｍは３以上の整数であり、Ｎは１以上の整数である。ここで、「異なるＭ種類の特定波長の光を出力するＮ個の発光素子」とは、例えば、Ｎ個の発光素子からは、あわせて異なるＭ種類の特定波長の光が出力される、ということを意味し、一つの発光素子からは異なる複数種類の特定波長の光が出力されてもよく、あるいは発光素子の各々は一つの特定波長の光を出力するものでも良い。

この照明用光学系では、発光素子から出力された異なる特定波長の光が、集光レンズにより集光され、各発光素子に対応する第１光ファイバの入射端に入射し、第１光ファイバにより導光されて、光導波路デバイスを介して第２光ファイバの入射端に入射し、第２光ファイバによりさらに導光され外部へ出射される。そして、Ｎ個の発光素子に対応するＮ本の第１光ファイバは、光導波路デバイスを介して第２光ファイバに光学的に接続されているため、これらのファイバ同士と光導波路デバイスとの光軸合わせが容易になる。さらに、光導波路デバイスを用いることにより、第１光ファイバと第２光ファイバとの光学的な接続は確実となり、照明用光学系の耐振性及び耐衝撃性を向上することができ、振動や衝撃による光軸のずれの発生を防止することができ、安定した光学特性が得られる。さらに、光ファイバが柔軟性を有するため、振動や衝撃を緩和する効果をもたらす。

本発明に係る照明用光学系では、前記ＮはＭ以上の整数であって、異なるＭ種類の特定波長のうちの一つを出力する発光素子を、各々の特定波長に応じて少なくとも一つ以上ずつ備えること、が好適である。この場合、各特定波長を出力する発光素子を別々に少なくとも一つずつ以上備えるので、各特定波長の光を独立に変調したり、それぞれの光出力を独立して調整することが容易となる。
本発明に係る照明用光学系では、光導波路デバイスは光ファイバ型カプラであることが好適であり、あるいは、光導波路デバイスは平面光導波路型光カプラであることが好適である。これら何れの場合にも、第１光ファイバと第２光ファイバとの間に挿入した際の挿入損失が小さく、安定した光学的な接続が得られると共に、これらのファイバ同士の光学的な接続作業を容易に実現できる。さらに、光ファイバ型カプラまたは平面光導波路型光カプラを用いることにより、照明用光学系の部品を削減することができ、コストを低減する効果をもたらす。もちろん、複数層の平面導波路を積層して層間を接続したような立体導波路型デバイスも使用可能であることは言うまでもない。

本発明に係る照明用光学系では、少なくとも１つの発光素子が半導体レーザであることが好適である。この場合には、半導体レーザ素子は発光効率が高く、反射ロスが小さく、安価のため、高性能かつ低価格の効果が期待できる。

本発明に係る照明用光学系では、第１光ファイバ及び第２光ファイバの少なくともいずれか一方が光ファイバ型偏波解消器を有する光ファイバであることが好適である。この場合には、半導体レーザからの出射光の可干渉性を解消することにより、偏波依存性のノイズを低減し、良好な画質が得られると共に、安定した光学特性を高めることができる。

本発明に係る照明用光学系では、少なくとも１つの特定波長が６０５ｎｍ〜７８０ｎｍの範囲にあることが好適であり、あるいは、少なくとも１つの特定波長が５１０ｎｍ〜５５５ｎｍの範囲にあることが好適であり、あるいは、少なくとも１つの特定波長が３８０ｎｍ〜４７０ｎｍの範囲にあることが好適である。これらの場合には、ｓＲＧＢ（standard RGB）をカバーすることにより、正しい色空間を実現することができる。

本発明に係るプロジェクタは、上記の本発明に係る照明用光学系と、照明用光学系からの光を投影する投影用光学系とを備えることを特徴とする。

本発明に係るプロジェクタでは、照明用光学系から出射された光が投影用光学系を介して安定した画質を得ることができる。

本発明によれば、光軸合わせが容易で、安定した光学特性を有する照明用光学系及びそれを利用したプロジェクタを提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は本実施形態に係るプロジェクタ１の構成図である。同図に示すように、プロジェクタ１は、光を発生する照明用光学系２、照明用光学系２から発生した光を投影する投影用光学系４、照明用光学系２の発光素子を駆動する駆動部６、及び照明用光学系２と駆動部６とを制御する制御部８から構成されている。

［照明用光学系について］
図１に示すように、照明用光学系２は、並設された赤色レーザダイオード（Laser Diode：以下、ＬＤと略す）モジュール１０、緑色ＬＤモジュール２０、青色ＬＤモジュール３０、これらのＬＤモジュール１０，２０，３０に備えられている第１光ファイバ１８，２８，３８の出射端に設けられ、これらの光ファイバを取りまとめる光ファイバ型カプラ４２、及び当該光ファイバ型カプラ４２を介して第１光ファイバ１８，２８，３８と接続する１本の第２光ファイバ４０から構成されている。

赤色ＬＤモジュール１０は、赤色ＬＤ（発光素子）１２と、赤色ＬＤ１２における光出力パワーをモニタするフォトダイオード（Photo Diode：以下、ＰＤと略す）１４と、集光レンズ１６と、第１光ファイバ１８とが１対１の組み合わせにより構成されている。

具体的には、赤色ＬＤ１２は、６０５ｎｍ〜７８０ｎｍの特定波長の光を発生する半導体レーザである。ＰＤ１４は、赤色ＬＤ１２の後方光を受光可能な位置に配置され、受光された赤色ＬＤ１２の光信号を電気信号へ変換し、その電気信号を制御部８に出力するものである。集光レンズ１６は、両方のレンズ面が凸面であり、赤色ＬＤ１２と第１光ファイバ１８との間に配置され、赤色ＬＤ１２から出力された光を集光し、第１光ファイバ１８の入射端に入射させるものである。第１光ファイバ１８は、ガラス製光ファイバ、あるいはプラスチック製光ファイバである。

緑色ＬＤモジュール２０は、緑色ＬＤ（発光素子）２２と、緑色ＬＤ２２における光出力パワーをモニタするＰＤ２４と、集光レンズ２６と、第１光ファイバ２８とが１対１の組み合わせにより構成されている。

具体的には、緑色ＬＤ２２は、５１０ｎｍ〜５５５ｎｍの特定波長の光を発生する半導体レーザである。ＰＤ２４は、緑色ＬＤ２２の後方光を受光可能な位置に配置され、受光された緑色ＬＤ２２の光信号を電気信号へ変換し、その電気信号を制御部８に出力するものである。集光レンズ２６は、両方のレンズ面が凸面であり、緑色ＬＤ２２と第１光ファイバ２８との間に配置され、緑色ＬＤ２２から出力された光を集光し、第１光ファイバ２８の入射端に入射させるものである。第１光ファイバ２８は、ガラス製光ファイバ、あるいはプラスチック製光ファイバである。

青色ＬＤモジュール３０は、青色ＬＤ（発光素子）３２と、青色ＬＤ３２における光出力パワーをモニタするＰＤ３４と、集光レンズ３６と、第１光ファイバ３８とが１対１の組み合わせにより構成されている。

具体的には、青色ＬＤ３２は、３８０ｎｍ〜４７０ｎｍの特定波長の光を発生する半導体レーザである。ＰＤ３４は、青色ＬＤ３２の後方光を受光可能な位置に配置され、受光された青色ＬＤ３２の光信号を電気信号へ変換し、その電気信号を制御部８に出力するものである。集光レンズ３６は、両方のレンズ面が凸面であり、青色ＬＤ３２と第１光ファイバ３８との間に配置され、青色ＬＤ３２から出力された光を集光し、第１光ファイバ３８の入射端に入射させるものである。第１光ファイバ３８は、ガラス製光ファイバ、あるいはプラスチック製光ファイバである。

制御部８は、上述した赤色ＬＤモジュール１０、緑色ＬＤモジュール２０、及び青色ＬＤモジュール３０にそれぞれ接続されており、ＰＤ１４，２４，３４から出力された電気信号に基づいて、赤色ＬＤ１２、緑色ＬＤ２２及び青色ＬＤ３２それぞれの光出力パワーを安定させるように、駆動部６を介して赤色ＬＤ１２、緑色ＬＤ２２及び青色ＬＤ３２の出力パワーをそれぞれ制御する。駆動部６は、制御部８からの制御指示により、赤色ＬＤ１２、緑色ＬＤ２２及び青色ＬＤ３２にそれぞれ駆動電流を出力し、これらを駆動する。

なお、第１光ファイバ１８と第１光ファイバ２８と第１光ファイバ３８とは、光ファイバ型カプラ４２を介して光学的に第２光ファイバ４０に接続されている。

光ファイバ型カプラ４２は、光ファイバを材料とし、ファイバを融着延伸して製造されたものである。このように光ファイバ型カプラ４２を用いることにより、第１光ファイバ１８，２８，３８と第２光ファイバ４０との間に挿入した際の挿入損失が小さく、安定した光学的な接続が得られると共に、これらのファイバ同士の光学的な接続作業を容易に実現できる。また、光ファイバ型カプラ４２は小型で、安価のため、接続用部品を削減することができ、小型化の向上及びコストの低減を図ることができる。なお、この場合には、光ファイバ型カプラ４２に代えて、平面光導波路型光カプラを用いてもよい。

第２光ファイバ４０は、光ファイバ型偏波解消器を有する光ファイバである。すなわち、長さが１：２の２本の複屈折光ファイバの主軸を互いに４５°傾け、軸回転融着接続したものである。このように光ファイバ型偏波解消器を有する光ファイバを用いることにより、赤色ＬＤ１２、緑色ＬＤ２２及び青色ＬＤ３２からの出射光の可干渉性を解消し、偏波依存性のノイズを低減することができ、良好な画質が得られると共に、安定した光学特性を高めることができる。

［投影用光学系について］
投影用光学系４は、第２光ファイバ４０の出射側に隣接する位置に配置されたコンデンサレンズ５０、第２光ファイバ４０から導光されコンデンサレンズ５０より集光された光を反射する平面ミラー５２と球面ミラー５４、これらのミラーにより反射された光を集光するコンデンサレンズ５８、コンデンサレンズ５８により集光された光をさらに反射する微小電気機械システムミラーにより構成されたＤＭＤ（Digital Micromirror Device）５６、反射された光を拡大しスクリーン６２へ投影する投影レンズ６０を備えている。

これにより、第２光ファイバ４０から出射された光は、コンデンサレンズ５０により集光され、平面ミラー５２、球面ミラー５４及びコンデンサレンズ５８を経てDMD５６に入射する。そして、DMD５６のミラーにより反射された光は、投影レンズ６０により拡大され、スクリーン６２上に表示されることになる。

本実施形態によれば、赤色ＬＤ１２、緑色ＬＤ２２及び青色ＬＤ３２から出力された異なる特定波長の光が、集光レンズ１６、集光レンズ２６及び集光レンズ３６によりそれぞれ集光され、それぞれ対応する第１光ファイバ１８、第１光ファイバ２８及び第１光ファイバ３８の入射端に入射し、これらの第１光ファイバ１８，２８，３８により導光され、光ファイバ型カプラ４２を介して第２光ファイバ４０の入射端に入射し、第２光ファイバ４０によりさらに導光され投影用光学系４へ出射される。

また、第１光ファイバ１８と第１光ファイバ２８と第１光ファイバ３８とは、その出射端でまとめられ、光ファイバ型カプラ４２を介して第２光ファイバ４０に光学的に接続されているため、これらの光ファイバ同士と光ファイバ型カプラ４２との光軸合わせが容易になる。また、第２光ファイバ４０を用いるにより、第１光ファイバ１８，２８，３８と第２光ファイバ４０との光学的な接続は確実となり、照明用光学系２の耐振性及び耐衝撃性を向上することができ、振動や衝撃による光軸のずれの発生を防止することができ、安定した光学特性が得られる。さらに、これらの光ファイバが柔軟性を有するため、振動や衝撃を緩和し、照明用光学系２の耐振性及び耐衝撃性をさらに向上することができる。そして、このような照明用光学系２を有するプロジェクタ１は、安定した画質を得ることができる。

また、赤色ＬＤ１２、緑色ＬＤ２２及び青色ＬＤ３２は半導体レーザ素子であるため、発光効率が高く、反射ロスが小さく、安価であり、高性能かつ低価格の効果が期待できる。さらに、赤色ＬＤ１２の特定波長が６０５ｎｍ〜７８０ｎｍの範囲にあり、緑色ＬＤ２２の特定波長が５１０ｎｍ〜５５５ｎｍの範囲にあり、青色ＬＤ３２の特定波長が３８０ｎｍ〜４７０ｎｍの範囲にあるため、ｓＲＧＢをカバーすることができ、正しい色空間を実現することができる

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態において、赤色、緑色及び青色の３種類の特定波長の光を出力する３つの発光素子を用いたが、これに限らず、必要に応じて特定波長の種類や発光素子の数量を増やしてもよい。また、発光素子からの出射光の可干渉性を解消するため、第２光ファイバ４０に光ファイバ型偏波解消器を有する光ファイバを用いたが、第１光ファイバ１８，２８，３８に光ファイバ型偏波解消器を有する光ファイバを用いてもよく、あるいは、第１光ファイバ１８，２８，３８及び第２光ファイバ４０双方共に光ファイバ型偏波解消器を有する光ファイバを用いてもよい。また、上記実施例では、各発光素子から出力される光を集光するレンズはそれぞれ別個に設けているが、第１ファイバの端面部分をレンズ加工して第１ファイバと一体化しても良い。

実施形態に係るプロジェクタの構成図である。

符号の説明

１…プロジェクタ、２…照明用光学系、４…投影用光学系、１２…赤色ＬＤ（発光素子）、１６，２６，３６…集光レンズ、１８，２８，３８…第１光ファイバ、２２…緑色ＬＤ（発光素子）、３２…青色ＬＤ（発光素子）、４０…第２光ファイバ、４２…光ファイバ型カプラ。

Claims (8)

1. 異なるＭ種類の特定波長の光を出力するＮ個の発光素子と、
   前記Ｎ個の発光素子に対して１対１に設けられ、各々対応する発光素子から出力される光を集光するＮ個の集光レンズと、
   前記Ｎ個の発光素子から出力されて前記集光レンズにより集光された光を入射端に入力して導光し出射端から出力するＮ本の第１光ファイバと、
   光導波路デバイスと、
   １本の第２光ファイバと、
   を備え、
   前記Ｎ本の第１光ファイバは、前記光導波路デバイスを介して光学的に前記第２光ファイバに接続される、
   ことを特徴とする照明用光学系（ただし、Ｍは３以上の整数、Ｎは１以上の整数）。
2. 前記ＮはＭ以上の整数であって、前記異なるＭ種類の特定波長のうちの一つを出力する発光素子を、各々の特定波長に応じて少なくとも一つ以上ずつ備えることを特徴とする請求項１に記載の照明用光学系。
3. 少なくとも１つの前記発光素子が半導体レーザであることを特徴とする請求項１、２のいずれか一項に記載の照明用光学系。
4. 前記第１光ファイバ及び前記第２光ファイバの少なくともいずれか一方が光ファイバ型偏波解消器を有する光ファイバであることを特徴とする請求項３に記載の照明用光学系。
5. 少なくとも１つの前記特定波長が６０５ｎｍ〜７８０ｎｍの範囲にあることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明用光学系。
6. 少なくとも１つの前記特定波長が５１０ｎｍ〜５５５ｎｍの範囲にあることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明用光学系。
7. 少なくとも１つの前記特定波長が３８０ｎｍ〜４７０ｎｍの範囲にあることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明用光学系。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の照明用光学系と、前記照明用光学系からの光を投影する投影用光学系と、を備えることを特徴とするプロジェクタ。
   

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