JP2015053227A - 光源装置および画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多数の固体光源とカップリングレンズを集積する新規な光源装置を実現する。
【解決手段】この発明の光源装置は、Ｎ（≧２）群の光源群と、これら光源群の各固体光源と１対１に対応するカップリングレンズにより、各光源群に対応して構成されるＮ群のレンズ群と、これらＮ群の光源群およびレンズ群を保持する保持具と、を有し、各固体光源から放射される光束の進行方向は互いに平行であり、各光源群を構成する複数の固体光源は、群ごとに、進行方向に直交する面上に円環状に配置され、各光源群における円環状の光源配置は、Ｎ群の光源群の全体としては、進行方向から見て同心円状であり、且つ、各光源群を配置された面ＰＬ１、ＰＬ２が、進行方向において互いに異なることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

この発明は、光源装置および画像表示装置に関する。

画像表示装置は、プロジェクタとして好適に実施できる。

プロジェクタの光源として「ＬＤやＬＥＤや有機ＬＥ光源等の固体光源」が普及しつつある。

３色の固体光源を用いたり、２色の固体光源を用い、そのうちの１つを波長変換したりすることで３原色を揃えて、フルカラー表示を行うことが可能である。

プロジェクタ用光源としての固体光源は、従来の水銀ランプに比して種々のメリットがある。

例えば、固体光源は、水銀ランプに比して寿命が極めて長いため「光源に関してメンテナンスフリーのプロジェクタ」を実現できる。

また、水銀ランプは廃棄時に「水銀の処理」が問題となるが、固体光源にはこのような問題がなく、環境規制対応の点で有利である。

さらに、固体光源は「光量の立ち上り時間」が水銀ランプより短時間であり、所望の明るさを瞬時に得られる。

しかし反面、単体の固体光源は、水銀ランプに比して発光量が小さく、水銀ランプと同等の光量を得るには複数の固体光源を用いて光量を総合する必要である。

また、固体光源の光束は一般に発散光束であるため、カップリングレンズにより所望の光束形態に変換する必要がある。

近来、データ用プロジェクタをモバイル用途に用いることも想定され、光源部の小型化の要請も強い。

このような状況から、プロジェクタに用いる固体光源の集積の「更なる高密度化」が必要になる。その場合、カップリングレンズの集積も高密度化される必要がある。

複数個の固体光源を用い、各固体光源からの光を合成して用いるプロジェクタが特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載された光源装置では、固体光源とカップリングレンズの配列は「２次元マトリックス状」である。

２次元マトリックス状の配列で、集積させる固体光源数が大きくなると、集積の高密度化に伴い、固体光源相互およびカップリングレンズ相互が近接し、配設が難しくなる。

この発明は、多数の固体光源とカップリングレンズを集積する新規な光源装置の実現を課題とする。

この発明の光源装置は、Ｎ（≧２）群の光源群と、これら光源群の各固体光源と１対１に対応するカップリングレンズにより、各光源群に対応して構成されるＮ群のレンズ群と、これらＮ群の光源群およびレンズ群を保持する保持具と、を有し、前記各固体光源から放射される光束の進行方向は互いに平行であり、各光源群を構成する複数の固体光源は、群ごとに、前記進行方向に直交する面上に円環状に配置され、各光源群における円環状の光源配置は、Ｎ群の光源群の全体としては、前記進行方向から見て同心円状であり、且つ、各光源群を配置された面が、前記進行方向において互いに異なることを特徴とする。

この発明によれば、多数の固体光源とカップリングレンズの集積が可能な新規な光源装置を実現できる。

プロジェクタの実施の１形態を説明する概念図である。 光源装置と集光レンズとミラーホイールの位置関係を概念的に示す図である。 光源装置の第１の実施形態を説明するための図である。 光源装置の第２の実施形態を説明するための図である。 カップリングレンズの、保持具への取り付けを説明する図である。

以下、実施の形態を説明する。
先ず、プロジェクタの概略を説明する。

図１は、固体光源を用いるプロジェクタの構成の１例を説明する概念図である。

図１において、符号１０１、１０２は「光源装置」を示し、符号２０１、２０２、２０３、２０４は「集光レンズ」を示す。

符号３０１は「ミラーホイール」、符号３０２は「蛍光体ホイール」を示している。また、符号Ｍは「ミラー」、符号ＤＭ１、ＤＭ２は「ダイクロイックミラー」を示す。

符号４０１は「ライトトンネル」、符号５０１は「レンズ」を示し、符号５０２は「凹面ミラー」、符号６００は「画像表示素子」、符号７００は「投射光学系」を示している。

レンズ５００と凹面ミラー５０２とは「照明光学系」を構成する。

表示される画像を現す画像信号は、制御部１００に入力し、制御部１００による制御を受けて、画像表示素子６００に向けて出力される。

制御部１００はまた、画像信号に応じて、光源装置１０１、１０２、ミラーホイール３０１、蛍光体ホイール３０２を制御する。

光源装置１０１、１０２は、この発明の光源装置であり、その具体的な構成例は後述する。光源装置１０１、１０２は互いに異なった色（光波長）の光を放射する。

説明の具体性のため、光源装置１０１は半導体レーザ（ＬＤ）を固体光源とし「青色光を放射」し、光源装置１０２はＬＥＤを固体光源とし「赤色光を放射」するものとする。

蛍光体ホイール３０２は、蛍光体３０２Ａを有し、蛍光体３０２Ａは、ＬＤによる青色光により励起されて「緑色光」を蛍光として放射するものとする。

これらの色はあくまで、説明の具体性のための例示であって、これに限定されるものではない。
以下、青色光を「Ｂ光」、赤色光を「Ｒ光」、緑色光を「Ｇ光」と呼び、これらを図中に符号ＬＢ、ＬＲ、ＬＧで示す。

光源装置１０１からＢ光ＬＢを放射させると、Ｂ光ＬＢは集光レンズ２０１によりミラーホイール３０１に集光される。

ミラーホイール３０１は、回転円板（ホイール）をステッピングモータ等の駆動手段により回転駆動するようにしたものである。

回転円板は、ミラー部と透過部に分けられており、Ｂ光ＬＢは、ミラー部に入射するときは反射され、透過部に入射するときは透過する。

ミラーホイール３０１は、制御部１００により制御され、光源装置１０１からのＢ光ＬＢの反射と透過を切り替える。

ミラーホイール３０１で反射されたＢ光ＬＢは、ダイクロイックミラーＤＭ１を透過し、集光レンズ２０３により蛍光体ホイール３０２に集光される。

蛍光体ホイール３０２は、回転円板（ホイール）をステッピングモータ等の駆動手段により回転駆動するようにしたものである。

駆動手段は制御部１００の制御を受けて、回転円板の回転を制御し、Ｂ光ＬＢが入射するタイミングで、入射部に蛍光体３０２Ａを位置させる。

蛍光体３０２ＡはＢ光ＬＢにより励起され、Ｇ光ＬＧを「蛍光」として放射する。放射されたＧ光ＬＧは、集光レンズ２０３を介してダイクロイックミラーＤＭ１に入射する。

ダイクロイックミラーＤＭ１は、Ｇ光ＬＧを反射する。

光源装置１０２は、制御部１００の制御を受け、所定のタイミングでＲ光ＬＲを放射する。
放射されたＲ光ＬＲは、集光レンズ２０２を介してダイクロイックミラーＤＭ１に入射し、ダイクロイックミラーＤＭ１はＲ光ＬＲを透過させる。

従って、ダイクロイックミラーＤＭ１を透過したＲ光ＬＲと、ダイクロイックミラーＤＭ１に反射されたＧ光ＬＧは、ダイクロイックミラーＤＭ２に入射し、透過する。

一方、ミラーホイール３０１を透過したＢ光ＬＢは、ミラーＭに反射され、ダイクロイックミラーＤＭ２に入射し反射される。

このようにして、ダイクロイックミラーＤＭ２を透過したＲ光ＬＲ、Ｇ光ＬＧ、ダイクロイックミラーＤＭ２に反射されたＢ光ＬＢは、ライトトンネル４０１に向かう。

ライトトンネル４０１は、ロッドインテグレータとも呼ばれ、４つの短冊状ミラーを組み合わせて、中空のトンネル状の導光路を形成したものである。

図１に示されていないが、各色光の光路上には適宜のリレーレンズ系が配置され、各色光の導光を補償している。

上記ダイクロイックミラーＤＭ２からのＲ光ＬＲ、Ｇ光ＬＧ、Ｂ光ＬＢは、集光レンズ２０４により、ライトトンネル４０１の入口部に集光されて結像する。

このとき、これらの光は所定のタイミングで、互いに分離してライトトンネル４０１に入射する。

ライトトンネル４０１に順次に入射したＲ光ＬＲ、Ｇ光ＬＧ、Ｂ光ＬＢは、ライトトンネル４０１の導光路内で、短冊状ミラーにより反射を繰り返して出口部から射出する。

各色の光は、ライトトンネル４０１の出口側では、実質的に「光量分布が一様」な状態となって射出する。

レンズ５０１と凹面ミラー５０２により構成される「照明光学系」は、ライトトンネル４０１の出口部を「光量分布が一様な面光源」とする。

そして、この面光源の像を画像表示素子６００の画像表示面に結像させる。これにより、画像表示面は均一な照度分布で照明されることになる。

画像表示素子６００は、この例ではＤＭＤ（デジタル・ミラー・デバイス テキサスインスツルメント製）を想定している。

ＤＭＤは多数の微小ミラーを２次元的に配列して画像表示面とし、各微小ミラーの角度を独立して、±１２度の範囲で変化させることができるデバイスである。

そして、各微小ミラーの角度変化により、反射光の向きを変化させて、投射光学系７００への入射状態と非入射状態とを切り替える。

例えば、微小ミラーの角度が−１２°のとき、反射光が投射光学系７００に入射(ＯＮ状態)し、＋１２°のときは入射しない(ＯＦＦ状態)ように角度範囲を設定できる。

画像表示面にＲ光ＬＲが照射されるときは「赤色画像に対応する微小ミラー」のみの角度が−１２度に設定される。

これにより、反射された赤色光は投射光学系７００に入射し、図示されないスクリーン（被投射面）上に赤色画像が拡大して投射される。

同様に、画像表示面にＧ光ＬＧが照射されるときは「緑色画像に対応する微小ミラー」のみの角度が−１２度に設定される。

これにより、反射された緑色光は投射光学系７００に入射し、図示されないスクリーン上に緑色画像が拡大して投射される。

また、画像表示面にＢ光ＬＢが照射されるときは「青色画像に対応する微小ミラー」のみの角度が−１２度に設定される。

これにより、反射された青色光は投射光学系７００に入射し、図示されないスクリーン上に青色画像が拡大して投射される。

このようにして、スクリーン上に赤色画像・緑色画像・青色画像が順次に投射され、これらが高速で切り替えられることにより、観察者は拡大されたカラー画像を観察できる。

前述の如く、画像表示素子６００の画像表示面は「一様な照度分布」で照らされるので、その拡大像であるスクリーン上の投射画像も一様な照度分布となる。

なお、画像表示素子７００の画像表示面は、投射光学系７００のイメージサークル内に配置されている。

ここに言う「イメージサークル」は、投射光学系７００に対し、スクリーン上の投射画像を物体としてみたときに、像側となる光源側のイメージサークルである。

図２は、光源装置１０１と集光レンズ２０１とミラーホイール３０１の位置関係を概念的に示す。

光源装置１０１は、複数の固体光源ＬＳ１、ＬＳ２、・・・、ＬＳｉ、・・と、複数のカップリングレンズＣＬ１、ＣＬ２、・・、ＣＬｉ、・・を有する。

前述の如く、個々の固体光源ＬＳｉはＬＤである。
個々の固体光源ＬＳｉはカップリングレンズＬＳｉと１対１に対応している。
固体光源ＬＳｉから放射された発散性のレーザ光束は、対応するカップリングレンズＣＬｉにより光束形態を変換されて、集光レンズ２０１に入射する。

固体光源ＬＳｉから放射される光は発散性であるが、その主光線即ち、光束の中心に合致した光線の進行方向は、全ての固体光源ＬＳｉについて互いに平行である。

説明の具体性のため、ここではカップリングレンズＣＬｉは、対応する固体光源ＬＳｉからの発散性の光束を平行光束に変換するものとする。

変換された平行光束は集光レンズＣＬｉにより集束され、ミラーホイール３０１のミラー面上に集光する。

このようにして、全ての固体光源ＬＳｉからの光束は、ミラーホイール３０１の回転円板上に点状に結像する。

図２は、上述の如く概念図であり、具体的な構成を表すものではない。例えば、集光レンズ２０１は図では１枚であるが、複数枚のレンズにより構成されるのが普通である。

また、集光レンズ２０１による集光光束は、ミラーホイール３０１の回転円板に直交するように入射しているが、実際には、図１に示す如くミラー面に傾いて入射する。

上記の如く、集光レンズ２０１からミラーホイール３０１に向かう集束光が、ミラーホイール３０１の回転円板上で集光せずに、ある程度の光束径を持つことも考えられる。

このように、ミラーホイール３０１の回転円板上で、入射光束がある程度の光束径を持つと、ミラーホイール３０１の回転円板の大型化と高コスト化を齎す。

回転円板３０１が大きくなると、これを高速回転するのに要するエネルギも大きくなって、消費電力も増大する。

また、回転円板におけるミラー部と透過部との境界部では、光源装置１０１を点灯することができない。境界部で点灯すると、Ｂ光ＬＢとＧ光ＬＧとの混色が生じる。

このため、単位時間の画像表示光量が低下する。

これを避けるには、ミラーホイール３０１の回転円板上の入射光束径はなるべく小さいことが好ましい。

図３は、この発明の光源装置の第１の実施形態を説明するための図である。

説明の具体性のため図３の光源装置は、図１における光源装置１０１を想定している。

図３（ａ）は、固体光源からの光束の進行方向側から見た各個体光源とカップリングレンズの配列を示している。（ｂ）は、図３（ａ）の「ｂ−ｂ断面図」である。

この実施の形態は、上に説明した「課題を解決する手段」におけるＮ＝２の場合に相当とする。

即ち、複数の固体光源ＬＳ１−１、ＬＳ１−２、・・、ＬＳ１−ｉ、・・は円環状に配列されて「第１の光源群」をなす。

以下、固体光源ＬＳ１−ｉは、第１の光源群の個々の固体光源を言うものとする。

固体光源ＬＳ１−ｉの配列による円環を「固体光源ＬＳ１−ｉの配列円環」と呼ぶ。

第１の光源群の個々の固体光源ＬＳ１−ｉには、カップリングレンズＣＬ１−ｉ（ｉ＝１，２，・・）が互いに１対１に対応する。

以下、カップリングレンズＣＬ１−ｉは、第１のレンズ群の個々のカップリングレンズを言うものとする。

複数のカップリングレンズＣＬ１−ｉは、第１の光源群の円環状配列に対応して円環状に配列され「第１のレンズ群」をなしている。

カップリングレンズＣＬ１−ｉの配列による円環を「カップリングレンズＣＬ１−ｉの配列円環」と呼ぶ。

複数の固体光源ＬＳ２−１、ＬＳ２−２、・・、ＬＳ２−ｉ、・・は円環状に配列されて第２の光源群をなす。

第１の光源群の固体光源ＬＳ１−ｉと同様、固体光源ＬＳ２−ｉは、第２の光源群の個々の固体光源を言う。

固体光源ＬＳ２−ｉの配列による円環を「固体光源ＬＳ２−ｉの配列円環」と呼ぶ。

第２の光源群の個々の固体光源ＬＳ２−ｉには、カップリングレンズＣＬ２−ｉ（ｉ＝１，２，・・）が互いに１対１に対応する。

第１のレンズ群と同様、カップリングレンズＣＬ２−ｉは、第２のレンズ群の個々のカップリングレンズを言うものとする。

複数のカップリングレンズＣＬ２−ｉは、第２の光源群の円環状配列に対応して円環状に配列され、第２のレンズ群をなしている。

カップリングレンズＣＬ２−ｉの配列による円環を「カップリングレンズＣＬ２−ｉの配列円環」と呼ぶ。

固体光源ＬＳ１−ｉ、ＬＳ２−ｉとしては何れも、半導体レーザ（ＬＤ）であり、青色光を放射する。

また、カップリングレンズＣＰ１−ｉ、ＣＰ２−ｉは何れも「同一の焦点距離」を有している。

「固体光源ＬＳ１−ｉの配列円環」と「カップリングレンズＣＬ１−ｉの配列円環」とは同心円である。

この実施の形態においては、固体光源ＬＳ１−ｉは、対応するカップリングレンズＣＬ１−ｉの光軸上に設けられており、従ってこれらの配列円環は互いに合致する。

「固体光源ＬＳ２−ｉの配列円環」と「カップリングレンズＣＬ２−ｉの配列円環」とは同心円である。

この実施の形態においては、固体光源ＬＳ２−ｉは、対応するカップリングレンズＣＬ２−ｉの光軸上に設けられており、従ってこれらの配列円環は互いに合致する。

そして、第１の光源群の配列円環と第２の光源群の配列円環とは、図３（ａ）に示す如く、図面に直交する方向から見て同心円である。

図３（ａ）において、図面に直交する方向は「各固体光源ＬＳ１−ｉ、ＬＳ２−ｉから放射される光束の進行方向」である。

即ち、第１の光源群の配列円環、第１のレンズ群の配列円環、第２の光源群の配列円環、第２のレンズ群の配列円環は、上記進行方向から見て同心円である。

図３（ｂ）において、符号３０は「保持具」を示す。

保持具３０は、アルミニウム等の材料で形成され、第１、第２の光源群、第１、第２のレンズ群の共通の保持具である。

保持具３０は、各固体光源ＬＳ１−ｉ、ＬＳ２−ｉから放射される光束の進行方向（図３（ｂ）において右方）に平行な軸を中心とする軸対称な形状を有する。

図３（ｂ）において、符号ＡＸは上記「進行方向に平行な軸」を示している。

保持具３０は、図３（ｂ）に示すように、軸ＡＸ方向の一方の側（図の左方側）は、軸ＡＸに直交する２個の平面状部分ＰＬ１およびＰＬ２を有する。

２個の平面状部分ＰＬ１、ＰＬ２は、軸ＡＸに近い側から順に、光束の進行方向（軸ＡＸの右方向）へ順次にずれる階段状に形成されている。

保持具３０の軸ＡＸ方向の他方の側（図の右方側）は、軸ＡＸに平行な面をもつ２個のシリンダ面ＣＮ１、ＣＮ２を有する。

これらシリンダ面ＣＮ１、ＣＮ２は「凹シリンダ面」である。
シリンダ面ＣＮ１、ＣＮ２の端部面は、軸ＡＸに近い側から順に「光束の進行方向側」に順次にずれる階段状に形成されている。

そして、２個の平面状部分ＰＬ１、ＰＬ２の個々に「１群の光源群」が配置され、２個のシリンダ面ＣＮ１、ＣＮ２の個々に「１群のレンズ群」が配置されている。

即ち、平面状部分ＰＬ１には、第１の光源群を構成する固体光源ＬＳ１−ｉが配列円環をなして配置されており、軸ＡＸは上記配列円環の中心を通る。

また、シリンダ面ＣＮ１には、第１のレンズ群を構成するカップリングレンズＣＬ１−ｉが、軸ＡＸを中心軸とする配列円環をなして配置されている。

同様に、平面状部分ＰＬ２には、第２の光源群を構成する固体光源ＬＳ２−ｉが配列円環をなして配置されており、軸ＡＸは上記配列円環の中心を通る。

シリンダ面ＣＮ２には、第２のレンズ群を構成するカップリングレンズＣＬ２−ｉが、軸ＡＸを中心軸とする配列円環をなして配置されている。

個々の固体光源ＬＳ１−ｉの発光部は、対応するカップリングレンズＣＬ１−ｉの光軸上に配置されている。

同様に、個々の固体光源ＬＳ２−ｉの発光部は、対応するカップリングレンズＣＬ２−ｉの光軸上に配置されている。

また、この例では、各固体光源ＬＳ１−ｉ、ＬＳ２−ｉは、対応するカップリングレンズＣＬ１−ｉ、ＣＬ２−ｉの物体側焦点位置に発光部を合致させて配置されている。

従って、保持具３０に保持された第１の光源群、第１のレンズ群、第２の光源群、第２のレンズ群は、軸ＡＸの右側から見ると、図３（ａ）に示す如くになる。

即ち、第１の光源群の配列円環と第１のレンズ群の配列円環が重なり、第２の光源群の配列円環と第２のレンズ群の配列円環が重なり、重なりあった配列円環が同心円をなす。

図３の光源装置は、２群の光源群と、これら光源群の各固体光源と１対１に対応するカップリングレンズにより各光源群に対応して構成される２群のレンズ群を有する。

また、これら２群の光源群およびレンズ群を保持する保持具３０を有し、各固体光源ＬＳ１−ｉ、ＬＳ２−ｉから放射される光束の進行方向は互いに平行である。

各光源群を構成する複数の固体光源は、群ごとに、進行方向（軸ＡＸ）に直交する面ＰＬ１、ＰＬ２上に円環状に配置されている。

各光源群における円環状の光源配置は、２群の光源群の全体としては、前記進行方向から見て同心円状である。

そして、各光源群を配置された面ＰＬ１、ＰＬ２が、進行方向において互いに異なる。

各光源群の複数の固体光源を円環状に配置された面ＰＬ１、ＰＬ２は、同心円状の外側の光源群（第２の光源群）を配置された面ＰＬ２が、光束の進行方向側に位置する。

また、カップリングレンズＣＬ１−ｉ、ＣＬ２−ｉは「同一の焦点距離」を有する。

従って、固体光源ＬＳ１−ｉ、ＬＳ２−ｉを発光させれば、対応するカップリングレンズＣＬ１−ｉ、ＣＬ２−ｉから、平行光束化された光束が軸ＡＸに平行に射出する。

従って、図１における集光レンズ２０１の像側焦点位置を、ミラーホイール３０１の回転円板表面に合致させておけば、上記光束は全て、回転円板表面に結像する。

図３（ｂ）を参照して、保持具３０への固体光源ＬＳ１−ｉ、ＬＳ２−ｉ、カップリングレンズＣＬ１−ｉ、ＣＬ２−ｉの取り付けにつき説明する。

固体光源ＬＳ１−ｉは、保持具３０の平面状部分ＰＬ１に、保持具３０を貫通するように形成された「嵌め合い孔」に挿入されて固定されている。

嵌め合い穴は、平面状部分ＰＬ１の側が「座ぐり部」を有し、この座ぐり部に固体光源ＬＳ１−ｉの台座部を固定することにより、軸ＡＸ方向の位置が決定される。

同様に、固体光源ＬＳ２−ｉは、保持具３０の平面状部分ＰＬ２に、保持具３０を貫通するように形成された嵌め合い孔に挿入されて固定されている。

固定の方法は、固体光源ＬＳ１−ｉと同様である。

一方、カップリングレンズＣＰ１−ｉは、保持具３０のシリンダ面ＣＮ１に、接着剤ＳＴ１−ｉにより接着固定されている。

また、カップリングレンズＣＰ２−ｉは、シリンダ面ＣＮ２に、接着剤ＳＴ２−ｉに接着固定されている。

接着材ＳＴ１−ｉ、ＳＴ２−ｉは、この例では光硬化性接着剤、例えば、紫外線硬化型樹脂である。

接着剤ＳＴ１−ｉ、ＳＴ２−ｉは、液状態で凹シリンダ面ＣＮ１、ＣＮ２のカップリングレンズ固定部に塗布される。

そして、この状態で、カップリングレンズＣＬ１−ｉ、ＣＬ２−ｉを位置決めされ、位置決め状態で紫外線を照射して、接着剤ＳＴ１−ｉ、ＳＴ２−ｉを固化する。

カップリングレンズＣＬ１−ｉ、ＣＬ２−ｉは、チャッキング手段により保持されて、接着位置に位置決めされる。

接着剤ＳＴ１−１は、固化した状態で所定の厚みとなるようにし、その厚さにより、固体光源ＬＳ１−ｉと、カップリングレンズＣＬ１−ｉの光軸直交方向の位置を合わせる。

接着剤ＳＴ２−１も、固化した状態で所定の厚みとなるようにし、その厚さにより、固体光源ＬＳ２−ｉと、カップリングレンズＣＬ２−ｉの光軸直交方向の位置を合わせる。

このような、固体光源ＬＳ１−ｉ、カップリングレンズＣＬ１−ｉの位置関係には、以下の如き意義がある。

保持具３０は「環境温度の上昇により熱膨張する」ことが避けられない。図３（ｂ）において、軸ＡＸに直交する方向の膨張を考えてみる。

保持具３０の熱膨張により、固体光源ＬＳ１−ｉ、カップリングレンズＣＬ１−ｉは共に、軸ＡＸから離れる側へ変位する。

固体光源ＬＳ１−ｉが配置されている部分と、カップリングレンズＣＬ１−ｉが固定されている部分とでは、後者の方が軸ＡＸから離れている。

接着剤ＳＴ１−ｉが「熱膨張しない」とすれば、固体光源ＬＳ１−ｉ、カップリングレンズＣＬ１−ｉの変位量は、カップリングレンズＣＬ１−ｉの変位量がより大きい。

このような「変位量の大小関係」があると、保持具が熱膨張したとき、カップリングレンズＣＬ１−ｉの光軸は、固体光源ＬＳ１−ｉに対して軸ＡＸから離れる方向へずれる。

このような「ずれ」が生じると、カップリングレンズＣＬ１−ｉから放射される光束は軸ＡＸから離れる側に偏向する。

このような偏向が、全ての固体光源ＬＳ１−ｉからの光束について生じるので、図１の集光レンズ２０１による集光位置は、軸ＡＸから離れることになる。

その結果、各光束の集光位置が「バラける」ことになり、ミラーホイール３０１の回転円板上の入射光束径が増大して、前述した混色等の不具合が生じる。

説明中の実施の形態では、凹シリンダ面ＣＮ１の径と、カップリングレンズＣＬ１−ｉのレンズ外径と、接着剤ＳＴ１−ｉの固化状態での厚さが以下のように調整されている。

即ち、温度上昇に伴う保持具３０の膨張に伴う、前記「カップリングレンズＣＬ１−ｉの光軸と固体光源ＬＳ１−ｉの発光部とのずれ」を接着剤ＳＴ１−ｉの膨張で相殺する。

このようにすれば、温度上昇による保持具３０の熱膨張が、光源装置１０１からミラーホイール３０１までの光学条件に与える影響を除去もしくは有効に軽減できる。

図４は、この発明の光源装置の第２の実施形態を説明するための図である。

繁雑を避けるため、混同の恐れが無いと思われるものについては、図３と符号を共通化し、同一符号を付した部分については、図３に関する説明を援用する。

図４の光源装置も、図１における光源装置１０１を想定している。

この実施の形態も、上に説明した「課題を解決する手段」におけるＮ＝２の場合に相当する。

第１の光源群の固体光源ＬＳ１−ｉ、第１のレンズ群のカップリングレンズＣＬ１−ｉの配列は、軸ＡＸの右方から見ると、図３（ａ）の配列と同一になる。

第２の光源群の固体光源ＬＳ２−ｉ、第２のレンズ群のカップリングレンズＣＬ１−ｉの配列も、軸ＡＸの右方から見ると、図３（ａ）の配列と同一になる。

各固体光源ＬＳ１−ｉ、ＬＳ２−ｉから放射される光束の進行方向は互いに平行で、図４の軸ＡＸに平行で、進行方向は図の右方である。

各光源群を構成する複数の固体光源ＬＳ１−ｉ、ＬＳ２−ｉは、群ごとに、軸ＡＸに直交する面上に円環状に配置される。

そして、各光源群における円環状の光源配置は、２群の光源群の全体としては、軸ＡＸの右側から見て同心円状である。

図４において、符号３２は、第１、第２の光源群、第１、第２のレンズ群を保持する共通の保持具を示す。

共通の保持具３２は、各固体光源から放射される光束の進行方向に平行な軸ＡＸを中心とする軸対称な形状を有している。

軸ＡＸ方向の一方の側は、軸ＡＸに直交する２個の平面状部分ＰＬ１１、ＰＬ２１を有している。

これら２個の平面状部分ＰＬ１１、ＰＬ２１は、軸ＡＸに遠い側から順次、光束の進行方向へ順次にずれる階段状に形成されている。

軸ＡＸ方向の他方の側は、軸ＡＸに平行な外周面をもつＮ個のシリンダ面（凸シリンダ面）ＣＮ１２、ＣＮ２１を有する。

各シリンダ面ＣＮ１２、ＣＮ２１の図で右側の端部面は、軸ＡＸから離れた側から順に、光束の進行方向側に順次にずれる階段状に形成されている。

第１の光源群を成す固体光源ＬＳ１−ｉは、平面状部分ＰＬ１１に配置され、第２の光源群を成す固体光源ＬＳ２−ｉは、平面状部分ＰＬ２１に配置されている。

即ち、第１、第２の光源群を配置された面ＰＬ１１、ＰＬ２１は、光束の進行方向（図４の右方）において互いに異なる。

平面状部分ＰＬ２１は、円環状配置で外側の光源群（第２の光源群）を配置され、内側の光源群（第１の光源群）を配置された面ＰＬ１１に対し、図で左方に位置する。

即ち、平面状部分ＰＬ２１は、平面状部分ＰＬ１１よりも「光束の進行方向と逆側」に位置する。

凸シリンダ面ＣＮ１２には、第１のレンズ群を構成するカップリングレンズＣＬ１−ｉが、軸ＡＸを中心軸とする配列円環をなして配置されている。

凸シリンダ面ＣＮ２１には、第２のレンズ群を構成するカップリングレンズＣＬ２−ｉが、軸ＡＸを中心軸とする配列円環をなして配置されている。

平面状部分ＰＬ１１上の固体光源ＬＳ１−ｉの配列円環、平面状部分ＰＬ２１上の固体光源ＬＳ２−ｉの配列円環は、軸ＡＸを共通の中心軸とする同心円である。

個々の固体光源ＬＳ１−ｉは、対応するカップリングレンズＣＬ１−ｉの光軸上に発光部を配置されている。

同様に、個々の固体光源ＬＳ２−ｉは、対応するカップリングレンズＣＬ２−ｉの光軸上に発光部を配置されている。

この例でも、各固体光源ＬＳ１−ｉ、ＬＳ２−ｉは、対応するカップリングレンズＣＬ１−ｉ、ＣＬ２−ｉの物体側焦点位置に発光部を合致させて配置されている。

従って、保持体３２に保持された第１の光源群、第１のレンズ群、第２の光源群、第２のレンズ群は、軸ＡＸの右側から見ると、前述の如く、図３（ａ）に示す如くになる。

従って、固体光源ＬＳ１−ｉ、ＬＳ２−ｉを発光させれば、対応するカップリングレンズＣＬ１−ｉ、ＣＬ２−ｉから、平行光束化された光束が軸ＡＸに平行に射出する。

そして、図１における集光レンズ２０１の像側焦点位置を、ミラーホイール３０１の回転円板表面に合致させておけば、上記光束は全て、回転円板表面に結像する。

図４に示す如く、保持具３２への固体光源ＬＳ１−ｉ、ＬＳ２−ｉ、カップリングレンズＣＬ１−ｉ、ＣＬ２−ｉの取り付けは、図３の場合と同様である。

固体光源ＬＳ１−ｉは、保持具３２の平面状部分ＰＬ１１に、保持具３２を貫通するように形成された「嵌め合い孔」に挿入されて固定されている。

嵌め合い穴は、平面状部分ＰＬ１１の側が「座ぐり部」を有し、この座ぐり部に固体光源ＬＳ１−ｉの台座部を固定することにより、軸ＡＸ方向の位置が決定される。

同様に、固体光源ＬＳ２−ｉは、保持具３２の平面状部分ＰＬ２１に、保持具３２を貫通するように形成された嵌め合い孔に挿入されて固定されている。

固定の方法は、固体光源ＬＳ１−ｉと同様である。

一方、カップリングレンズＣＰ１−ｉは、保持具３２のシリンダ面ＣＮ１２に、接着剤ＳＴ１−ｉにより接着固定されている。

カップリングレンズＣＰ２−ｉは、シリンダ面ＣＮ２１に、接着剤ＳＴ２−ｉに接着固定されている。

接着材ＳＴ１−ｉ、ＳＴ２−ｉは、この例でも紫外線硬化型樹脂である。

接着剤ＳＴ１−ｉ、ＳＴ２−ｉは、液状態で凸シリンダ面ＣＮ１、ＣＮ２のカップリングレンズ固定部に塗布される。

そして、この状態で、カップリングレンズＣＬ１−ｉ、ＣＬ２−ｉを位置決めされ、位置決め状態で紫外線を照射して、接着剤ＳＴ１−ｉ、ＳＴ２−ｉを固化する。

カップリングレンズＣＬ１−ｉ、ＣＬ２−ｉは、チャッキング手段により保持されて、接着位置に位置決めされる。

接着剤ＳＴ１−１は、固化した状態で所定の厚みとなるようにし、その厚さにより、固体光源ＬＳ１−ｉと、カップリングレンズＣＬ１−ｉの光軸直交方向の位置を合わせる。

接着剤ＳＴ２−１も、固化した状態で所定の厚みとなるようにし、その厚さにより、固体光源ＬＳ２−ｉと、カップリングレンズＣＬ２−ｉの光軸直交方向の位置を合わせる。

保持具３２も「環境温度の上昇により熱膨張する」ことが避けられない。図４において、軸ＡＸに直交する方向の膨張を考えてみる。

保持具３２の熱膨張により、固体光源ＬＳ１−ｉ、カップリングレンズＣＬ１−ｉは共に、軸ＡＸから離れる側へ変位する。

固体光源ＬＳ１−ｉが配置されている部分と、カップリングレンズＣＬ１−ｉが固定されている部分とでは、前者の方が軸ＡＸから離れている。

接着剤ＳＴ１−ｉが「熱膨張しない」とすれば、固体光源ＬＳ１−ｉ、カップリングレンズＣＬ１−ｉの変位量は、カップリングレンズＣＬ１−ｉの変位量がより小さい。

このような「変位量の大小関係」があると、保持具が熱膨張したとき、カップリングレンズＣＬ１−ｉの光軸は、固体光源ＬＳ１−ｉに対して軸ＡＸに近づく方向へずれる。

このような「ずれ」が生じると、カップリングレンズＣＬ１−ｉから放射される光束は、光軸ＡＸに近づく側に偏向する。

このような偏向が、全ての固体光源ＬＳ１−ｉからの光束について生じるので、図１の集光レンズ２０１による集光位置は、各光束の集光位置が「バラける」ことになる。

その結果、ミラーホイール３０１の回転円板上の入射光束径が増大して、前述した混色等の不具合が生じる。

この実施の形態では、凸シリンダ面ＣＮ１２の径と、カップリングレンズＣＬ１−ｉのレンズ外径と、接着剤ＳＴ１−ｉの固化状態での厚さが以下のように調整されている。

即ち、温度上昇に伴う保持具３２の膨張に伴う、前記「カップリングレンズＣＬ１−ｉの光軸と固体光源ＬＳ１−ｉの発光部とのずれ」を接着剤ＳＴ１−ｉの膨張で相殺する。

即ち、凸シリンダ面ＣＮ１２の軸ＡＸから離れる側への膨張に対して、接着剤ＳＴ１−ｉの厚みの膨張を加える。

これにより、カップリングレンズＣＬ１−ｉの光軸と固体光源ＬＳ１−ｉの発光部の、軸ＡＸに直交する方向の乖離を防止もしくは有効に軽減するのである。

固体光源ＬＳ２ｉの発光部とカップリングレンズＣＬ２−ｉの光軸とのずれも、接着剤ＳＴ２−ｉの厚みの調整により有効に軽減もしくは防止できる。

このようにすることにより、温度上昇による保持具３２の熱膨張が、光源装置１０１からミラーホイール３０１までの光学条件に与える影響を除去もしくは有効に軽減できる。

ここで、図５を参照して、カップリングレンズの、保持具への取り付けを説明する。

図５（ａ）、（ｂ）は取り付けの際に用いるチャッキング手段を説明する図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。

「チャッキング手段」は、これらの図に示すように、２つのチャッキング部材５１Ａ、５１Ｂを有し、これらにより、カップリングレンズＣＬをチャッキングする。

カップリングレンズＣＬはカップリングレンズＣＬ１−ｉ、ＣＬ２−ｉの任意のものを表している。

図５において「固定部」とあるのは、保持部のシリンダ面のカップリングレンズＣＬを固定する部分であり、この部分には接着剤が塗布されている。

このように接着剤（紫外線硬化樹脂）が塗布された固定部に対し、チャッキング手段によりチャッキングされたカップリングレンズＣＬを、図の接近方向から接近させる。

カップリングレンズＣＬがシリンダ面にある程度近づいた状態で、予め配置ずみの固体光源から光束を射出させて光学特性をモニタリングする。

このモニタリングで、カップリングレンズＣＬの位置が所定の位置になった状態で、接着剤に紫外線を照射して、カップリングレンズＣＬを固定接着する。
固定後は、チャッキング手段を固定部から離れるように移動させ、次のカップリングレンズの固定に順次進んでいく。

チャッキング部材５１Ａ、５１Ｂが大きいと、隣接するカップリングレンズの間隔を大きく取らないと、チャッキング手段が保持具やカップリングレンズと干渉してしまう。

図５（ｃ）は、この状態を説明するための図である。

この図では、第１のレンズ群のカップリングレンズＣＬ１と第２のレンズ群のカップリングレンズＣＬ２が「同一面上に配置」される場合が想定されている。

この場合、カップリングレンズＣＬ１を保持したチャッキング部材５１Ａ、５１Ｂによる位置決めが、先に固定されたカップリングレンズＣＬ２により妨げられる。

このため、チャッキング部材５１Ａ、５１Ｂは小さいことが望ましい。

しかし、カップリングレンズＣＬを安定して保持するためには、それ相応の大きさを必要とし、チャッキング部材の小型化には限度がある。

図５（ｄ）は、この発明の光源装置の場合である。
例えば、図３（ｂ）において、カップリングレンズＣＬ１−ｉとＣＬ２−ｉとを位置決めする場合が示されている。

この場合、カップリングレンズＣＬ２−ｉは既に位置決め固定されている。この状態でカップリングレンズＣＬ１−ｉの位置決め固定を行なう。

カップリングレンズＣＬ１−ｉを位置決めする位置は、カップリングレンズＣＬ２−ｉが位置決めされた位置とは軸ＡＸ方向にずれている。

従って、カップリングレンズＣＬ２−ｉにチャッキング部材５１Ａ、５１Ｂが干渉することなく、カップリングレンズＣＬ１−ｉの位置決め・固定を行なうことができる。

カップリングレンズＣＬ１−ｉ、ＣＬ２−ｉは、図３（ｂ）に示す軸ＡＸに直交する方行において最小限まで近接させることができる。

即ち、第１、第２のレンズ群の配列円環の径を小径化でき、光源装置を「軸ＡＸに直交する方向」に小型化できる。

また、第１、第２のレンズ群をそれぞれ、円環状に配列しているので、調整治具の簡素化も期待できる。

第１、第２のレンズ群のそれぞれにおいて、各群のカップリングレンズは「それぞれ中心（軸ＡＸ）から等距離」に配置されている。
このため、光源ユニットを「配列中心（軸ＡＸ）の回りに回転」させることで、チャッキング手段は、配列円環ごとに「略同じ位置で調整を行う」ことができる。

従って、チャッキング部材５１Ａ、５１Ｂの可動範囲を１次元的（図５（ｄ）の上下方向）にすることができ、簡素な構造とすることができる。
さらに、各群の光源やカップリングレンズの配列円環の小径化により「各固体光源からの光束の偏向角」を小さくできる。

これにより、カップリングレンズと集光レンズとの合成レンズ系を「収差の少ないレンズ系」とすることができる。
従がって、ミラーホイール３０１の回転円板上の集束状態をより良好にでき、集束状態にばらつきがあっても安定なものとすることができる。

図３に示した実施の形態では、同心円状に配置された第１、第２の光源群、第１、第２のレンズ群で、外側の光源群、レンズ群は光束の「より進行方向側」に位置する。

このようにすると、カップリングレンズと集光レンズによる合成光学系の結像の光路長は、内側の配列円環上の固体光源と、外側の配列円環の固体光源とで、差が小さくなる。

即ち、内側と外側の固体光源に対する合成光学系の光路長差を小さくできる。

光路長差が小さいと、外側と内側で同一のカップリングレンズを用いても、収差を少なくでき、ミラーホイール上の集束状態をより良好にできる。

そして、集束状態にばらつきがあっても安定なものとすることができる。

上に説明した実施の形態では、各個体光源は、その発光部を、対応するカップリングレンズの光軸上に位置させている。

「カップリングレンズと集光レンズとの合成レンズ系」には、集束点に結像させる結像機能と、集束点に集める偏向機能とが必要である。

固体光源の発光部をカップリングレンズの光軸上に位置させた場合は、偏向機能は集光レンズのみが担うことになり、集光レンズの設計の自由度が低くなる。

また、集光レンズの有効レンズ径も大きくなる。
この問題を避けるには、上記偏向機能をカップリングレンズにも担わせればよい。

即ち、各レンズ群のカップリングレンズの光軸を、光源群の配列円環の中心軸側へシフトさせることにより、カップリングレンズに偏向機能を担わせることができる。

勿論、第１のレンズ群においては「中心軸側へのシフト量」を同一とし、異なるレンズ群では、外側のレンズ群ほど大きいシフト量にするのがよい。

このようにカップリングレンズに偏向機能を分担することにより、集光レンズに対する設計の自由度が増し、合成レンズ系の光学特性を向上させることができる。

また、集光レンズの小型化が可能となり、集光レンズ系、延いては、画像表示装置の低コスト化が可能となる。

上に説明した実施の形態は、光源群およびレンズ群を２群とした例である。光源群とレンズ群の群数：Ｎは２に限られないことは言うまでもない。Ｎ≧３としても元論良い。

さらに、図３（ａ）に示した実施の形態では、第１、第２のレンズ群の固体光源の数をそれぞれ８個とし、第１、第２のレンズ群のカップリングレンズの数も８としている。

しかし、これら各群の固体光源やカップリングレンズの数は８に限られないことは言うまでもない。

また、実施の形態の光源装置として光源装置１０１を想定したが、光源装置１０２も上記と同様に構成できることは言うまでもない。

３０ 保持具
ＬＳ１−ｉ、ＬＳ２−ｉ 固体光源
ＣＬ１−ｉ、ＣＬ２−ｉ カップリングレンズ
ＰＬ１、ＰＬ２ 各光源群を配置された面

特開２０１３−０５７７０２号公報

Claims (9)

1. Ｎ（≧２）群の光源群と、
   これら光源群の各固体光源と１対１に対応するカップリングレンズにより、各光源群に対応して構成されるＮ群のレンズ群と、
   これらＮ群の光源群およびレンズ群を保持する保持具と、を有し、
   前記各固体光源から放射される光束の進行方向は互いに平行であり、
   各光源群を構成する複数の固体光源は、群ごとに、前記進行方向に直交する面上に円環状に配置され、
   各光源群における円環状の光源配置は、Ｎ群の光源群の全体としては、前記進行方向から見て同心円状であり、且つ、
   各光源群を配置された面が、前記進行方向において互いに異なることを特徴とする光源装置。
2. 請求項１記載の光源装置において、
   各光源群の複数の固体光源を円環状に配置された各面は、同心円状の配置における外側の光源群を配置された面ほど、光束の進行方向側に位置することを特徴とする光源装置。
3. 請求項１記載の光源装置において、
   各光源群の複数の固体光源を円環状に配置された各面は、同心円状の配置における外側の光源群を配置された面ほど、光束の進行方向と逆側に位置することを特徴とする光源装置。
4. 請求項１または２または３に記載の光源装置において、
   Ｎ群のレンズ群の各カップリングレンズは、同一の焦点距離を有することを特徴とする光源装置。
5. 請求項１ないし４の何れか１項に記載の光源装置において、
   各レンズ群のカップリングレンズは、その光軸が、光源群の配列円環の中心軸側へシフトしており、前記中心軸側へのシフト量は、同一のレンズ群においては同一で、異なるレンズ群では、外側のレンズ群ほど大きいことを特徴とする光源装置。
6. 請求項１ないし５の何れか１項に記載の光源装置において、
   Ｎ群の光源群およびＮ群のレンズ群は、共通の保持具に保持されることを特徴とする光源装置。
7. 請求項６記載の光源装置において、
   共通の保持具は、各固体光源から放射される光束の進行方向に平行な軸を中心とする軸対称な形状を有し、
   前記軸の方向の一方の側は、前記軸に直交するＮ個の平面状部分を有し、該Ｎ個の平面状部分が前記光束の進行方向へ順次にずれる階段状に形成され、
   前記軸方向の他方の側は、前記軸に平行な面をもつＮ個のシリンダ面を有し、各シリンダ面の端部面が、前記光束の進行方向側に順次にずれる階段状に形成され、
   上記Ｎ個の平面状部分の個々に、１群の光源群が配置され、
   上記Ｎ個のシリンダ面の個々に、１群のレンズ群が配置されることを特徴とする光源装置。
8. 請求項１ないし７の何れか１項に記載の光源装置において、
   Ｎ＝２であることを特徴とする光源装置。
9. 光源装置から放射される光束を用いて画像表示素子を照明し、画像表示素子に形成された画像を、投射光学系により被投射面に拡大して投射する画像表示装置において、
   光源装置として請求項１ないし８の何れか１項に記載のものを用いることを特徴とする画像表示装置。

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