JP2016115447A - 光源装置およびこれを用いた画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の目的は、コリメータレンズとＬＤを一体に固定したコリメータレンズ付きＬＤアレイ内の気密性を保ちつつ、所望の光束を出射し、コリメータレンズを保護することが可能な光源装置およびこれを用いた画像表示装置を提供することである。【解決手段】 光源装置が、複数のＬＤ１と、複数のＬＤ１からの複数の光束が入射する複数のコリメータレンズ４とを一体に固定したコリメータレンズ付きＬＤアレイ４０を備える。さらに、ＬＤアレイ４０からの複数の光束が入射する複数の補助レンズ６と、複数の補助レンズ６を保持するとともに複数のコリメータレンズ６を覆うように設けられている保持部材５と、を備える。そして、いずれか１枚のコリメータレンズ４の焦点距離をｆ１とし、いずれか１枚の補助レンズ６の焦点距離をｆ２とするとき、｜ｆ１｜＜｜ｆ２｜を満足する。【選択図】 図２

Description

本発明は、光源装置およびこれを用いたプロジェクターなどの画像表示装置に関する。

近年、水銀ランプの代わりにＬＤ（レーザーダイオード）と蛍光体を光源とするプロジェクターが開発されている。このようなプロジェクターでは、より明るい画像を投射できるようにするために、複数のＬＤとコリメータレンズとを整列して配置することが一般に行われている。

このとき、複数のコリメータレンズの位置をＬＤの発光点の位置に合わせて調節する必要があるが、このような作業は煩雑である。このため、近年はアレイ状に配列したＬＤとコリメータレンズをあらかじめ一体に固定した光源装置が提供されている。

このような光源装置として、特許文献１に記載された構成が知られている。

特開２０１３−１９５８４３号公報

前述の特許文献１に開示されている構成においては、光源装置内の気密性を保つ必要があった。これは、コリメータレンズやＬＤの射出口に空気中の塵等が付着することによって、コリメータレンズあるいはＬＤからの光束の一部が塵に熱として吸収され、光源装置からの光束の輝度が低下するおそれがあるためである。

一方で、光源装置からの光束は必ずしも平行光束であることが望ましいわけではなく、例えば、装置の小型化のために、コリメータレンズを偏心させることで光源装置からの光束を収斂光束にすることが望ましい場合もある。

しかしながら、前述の特許文献１に開示されている構成においては、コリメータレンズも光源装置内の気密性の保持に寄与している。このため、コリメータレンズとＬＤとを一体に固定した後に、光源装置内の気密性を保ちつつ、コリメータレンズを偏心させることは困難である。

さらに、前述の特許文献１に開示されている構成においては、コリメータレンズを覆う部材が無いために、コリメータレンズ表面に空気中の塵が付着し、コリメータレンズ表面が汚れるおそれがあった。

そこで、本発明の目的は、コリメータレンズとＬＤとを一体に固定したコリメータレンズ付きＬＤアレイ内の気密性を保ちつつ、所望の光束を出射し、コリメータレンズを保護することが可能な光源装置およびこれを用いた画像表示装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の光源装置は、
複数の光源と、前記複数の光源からの複数の光束が入射する複数の正レンズとを一体に固定したレンズ付き光源ユニットと、
前記レンズ付き光源ユニットからの複数の光束が入射する複数の補助レンズと、
前記複数の補助レンズを保持するとともに前記複数の正レンズを覆うように設けられている保持部材と、を備え、
前記複数の正レンズのうち、いずれか１枚の正レンズの焦点距離をｆ１とし、
前記複数の補助レンズのうち、いずれか１枚の補助レンズの焦点距離をｆ２とするとき、
｜ｆ１｜＜｜ｆ２｜
を満足する、
ことを特徴とする。

本発明によれば、コリメータレンズとＬＤとを一体に固定したコリメータレンズ付きＬＤアレイ内の気密性を保ちつつ、所望の光束を出射し、コリメータレンズを保護することが可能な光源装置およびこれを用いた画像表示装置を提供することができる。

本発明の実施例で示す各光源装置を搭載している投射型表示装置の構成説明図 本発明の第１実施例で示す光源装置の構成説明図 コリメータレンズ付きＬＤアレイの一例を示す構成説明図 本発明の第１実施例の他の形態を示す構成説明図 本発明の第２実施例で示す光源装置の構成説明図

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の相対配置などは、この発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、構成部品の相対配置などは、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨で規定されたものではない。

〔投射型表示装置の構成の説明〕
まず、図１を用いて、本発明の実施例で示す光源装置を搭載可能な画像表示装置である投射型表示装置１００の構成について説明する。

投射型表示装置１００は、光源装置２１と、偏光板２０と、ダイクロイックミラー２２と、位相差板（波長選択性位相差板）２３と、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッター）１０（１０ａ、１０ｃ）と、を備える。

さらに、表示装置１００は、１／４λ板２４（赤色用１／４λ板２４ｒ、緑色用１／４λ板２４ｇ、青色用１／４λ板２４ｂ）を備える。

さらに、表示装置１００は、光変調素子である液晶パネル（反射型液晶パネル）２５（赤色用液晶パネル２５ｒ、緑色用液晶パネル２５ｇ、青色用液晶パネル２５ｂ）と、を備える。

さらに、装置１００は、ダイクロイックプリズム２６と、投射レンズ３０と、を備える。すなわち、装置１００は、いわゆる反射型液晶プロジェクターである。

光源装置２１には、後述の本発明の各実施例を適用することができる。

偏光板２０は、光源装置２１からの白色光１１（赤色光１１ｒ、緑色光１１ｇ、青色光１１ｂ）のうち、ｓ偏光光１２（赤色ｓ偏光光１２ｒ、緑色ｓ偏光光１２ｇ、青色ｓ偏光光１２ｂ）のみを透過する構成である。

ダイクロイックミラー２２は、緑色の波長帯域の光を透過し、赤色及び青色の波長帯域の光を透過するような反射率特性を持つ構成である。

位相差板２３は、青色の波長帯域の偏光光については、偏光方向を変換せずに透過させる。一方、赤色の波長帯域の偏光光については、偏光方向を９０度変換するように構成している。

ＰＢＳ（偏光ビームスプリッター）１０は、ｓ偏光光を反射し、ｐ偏光光を透過する構成である。

１／４λ板２４は、斜入射光に対して往復でλ／２の位相差を与えることで、斜入射光によってＰＢＳ１０で生じる偏光方向の乱れを抑制することができる。

液晶パネル２５は、液晶パネル２５に入射した光を画像信号に応じて偏光方向を変換する。さらに、液晶パネル２５は、液晶パネル２５によって偏光方向を変換された光である画像光１３（赤画像光１３ｒ、緑画像光１３ｇ，青画像光１３ｂ）を発する。

ダイクロイックプリズム２６は、緑色の波長帯域の光を反射し、赤色及び青色の波長帯域の光を透過する反射率特性を持つ構成である。

以上のダイクロイックミラー２２、ＰＢＳ１０ａ、ＰＢＳ１０ｃ、ダイクロイックプリズム２６、１／４波長板２４で色分離合成系を構成している。すなわち、色分離系は光束を波長ごとに分割し、液晶パネル２５に導くとともに、液晶パネル２５から出射する光束を合成する。

投射レンズ３０は、ダイクロイックプリズム２６で合成された光をスクリーンなどに導くように構成している。

光源装置２１からの白色光１１が、投射レンズ３０に至るまでを説明する。

光源装置２１からの白色光１１のうち、ｓ偏光光のみが偏光板２０を透過し、ダイクロイックミラー２２に導かれる。ｓ偏光光１２のうち、緑色ｓ偏光光１２ｇは反射され、ＰＢＳ１０ａに導かれ、赤色ｓ偏光光１２ｒ及び青色ｓ偏光光１２ｂはダイクロイックミラー２２を透過し、ＰＢＳ１０ｃに導かれる。

ＰＢＳ１０ａに導かれた緑色ｓ偏光光１２ｇは、ＰＢＳ１０ａによって反射され、緑色用１／４λ板２４ｇに導かれる。緑色ｓ偏光光１２ｇは、緑色用液晶パネル２５ｇによって偏光方向を変換され、反射される。緑色用液晶パネル２５ｇからの光のうち、ｐ偏光光は、緑色画像光１３ｇとして、ダイクロイックプリズム２６に導かれる。

ＰＢＳ１０ｃに導かれた赤色ｓ偏光光１２ｒ及び青色ｓ偏光光１２ｂも、前述の緑色ｓ偏光光１２ｇと同様に、赤色画像光１３ｒ及び青色画像光１３ｂとしてダイクロイックプリズム２６に導かれる。

ダイクロイックプリズム２６に導かれた画像光１３を合成し、投射レンズ３０に、合成された画像光１３を導くことで、カラー画像をスクリーンなどに投射表示することが可能となる。

〔第１実施例〕
図２は、本発明の第１実施例で示す光源装置の構成を説明する図であり、図３は従来のコリメータレンズ付きＬＤアレイの構成を説明する図である。

１はＬＤ（光源）であり、２は複数のＬＤ１をアレイ状に配列し固定するための基板ベースであり、４はＬＤ１からの光束が入射するコリメータレンズ（正レンズ）であり、３はコリメータレンズ４をＬＤ１に固定するための鏡筒である。

図３に示すように、コリメータレンズ付きＬＤアレイ（レンズ付き光源ユニット）４０は、複数のＬＤ１と複数のコリメータレンズ４とを一体に固定したものである。

一方、本実施例で示す光源装置は図２に示す構成となっている。図２において、ＬＤ１、基板ベース２、鏡筒３、コリメータレンズ４で構成されるＬＤアレイ４０は図３と同様である。実施例においては、ＬＤアレイ４０に補助レンズ６と、補助レンズ６を支持するための保持部材５が取り付けられている。

補助レンズ６はコリメータレンズ４よりも屈折力が弱い。言い換えれば、複数のコリメータレンズ４のうち、いずれか１枚のコリメータレンズ４の焦点距離をｆ１とし、複数の補助レンズ６のうち、いずれか１枚の補助レンズ６の焦点距離をｆ２とするとき、
｜ｆ１｜＜｜ｆ２｜
を満足する。一般に、ＬＤから発せられた光束は、楕円錐状に広がるため、ＬＤ１からの光束を略平行光束とし、後段の光学系を小型化するためにコリメータレンズ４が設けられている。コリメータレンズ４があることによって、補助レンズ６のみでＬＤ１からの光束を略平行光束とする必要がないために、補助レンズ６の屈折力をコリメータレンズ４の屈折力よりも弱くすることができる。

一般に、屈折力を強くする、すなわち、焦点距離を短くするためには、レンズを厚くする、屈折率を高める、曲率半径を大きくするなどの方法が挙げられる。しかし、レンズが厚くなると、光源装置全体が大型化してしまうため、好ましくない。また、一般に屈折率の高いレンズはコストが高く、曲率半径を大きくすると、収差への影響が大きくなってしまうおそれがあるため、好ましくない。

本実施例においては、補助レンズ６の屈折力をコリメータレンズ４の屈折力よりも弱くすることができる。このため、上述のような装置の大型化やコストの増加、収差への影響の増大といったことを抑制することができる。

保持部材５は図２に示すように、コリメータレンズ４を覆うように設けられているために、コリメータレンズ４を保護することが可能である。なお、保持部材５とコリメータレンズ付きＬＤアレイ４０との間は密閉されていることで、コリメータレンズ４への外気による影響をより抑制することができる。ここで外気による影響とは、空気中の塵等がコリメータレンズ４に付着してしまうことである。また、保持部材５とコリメータレンズ付きＬＤアレイ４０との間は窒素が充満されていても良い。

さらに、ＬＤ１からの光束の射出方向と垂直な方向４１に、補助レンズ６の位置を調整することで、補助レンズ６からの光束の射出方向を調整することが可能である。言い換えれば、複数のコリメータレンズ４のうち、いずれか１枚のコリメータレンズ４の光軸と直交する断面を基準断面とする。さらに、いずれか１枚のコリメータレンズ４を基準断面に垂直に投影した領域を第１領域とし、複数の補助レンズ６のうち、いずれか１枚のコリメータレンズ４に対応する１枚の補助レンズ６を基準断面に垂直に投影した領域を第２領域とする。このとき、第２領域の重心は、第１領域の重心から偏心している。なお、いずれか１枚のコリメータレンズ４に対応する１枚の補助レンズ６とは、あるコリメータレンズ４から出射する光束が入射する補助レンズ６を意味する。

これにより、コリメータレンズ４の位置を調整する必要がなくなるために、ＬＤアレイ４０内の気密性を保ちつつ、所望の光束を出射することが可能となる。

なお、一対のコリメータレンズ４と補助レンズ６とは、複数のコリメータレンズ４のうちのあるコリメータレンズ４と、あるコリメータレンズ４からの光束が入射する補助レンズ６とを示す。

調整を行った後は、ＵＶ硬化接着剤などで固定を行う。

なお、補助レンズ６の屈折力や面形状を適宜設計することにより、補助レンズ６からの射出光束に任意の収差やデフォーカスを与えることができる。これは、例えばレーザー光束を蛍光体などに集光する際に光密度を意図的に低減させて、蛍光体の温度上昇を防ぎ、光変換効率を高める場合等に有効である。

また、図４に示すように、補助レンズ６は負レンズであっても良い。

〔第２実施例〕
図５は、本発明の第２実施例で示す光源装置の構成を説明する図である。

本実施例と前述の第１実施例との違いは、補助レンズ６を配置する際にスペーサー７を介している点である。

前述の実施例１においては、ＬＤ１からの光束の進行方向と直交する方向４１に補助レンズ６の位置を調整可能であった。本実施例はこれに加えて、ＬＤ１からの光束の進行方向と平行な方向４２にも、補助レンズ６の位置を調整可能である。言い換えれば、複数のコリメータレンズ４のうち、いずれか１枚のコリメータレンズ４と、複数の補助レンズ６のうち、いずれか１枚のコリメータレンズ４に対応する１枚の補助レンズ６との主面間の距離をＡとする。このとき、距離Ａは、少なくとも１枚のその他のコリメータレンズ４と、その他のコリメータレンズ４に対応する１枚の補助レンズ６との主面間の距離とは異なる。

方向４２への補助レンズ６の位置の調整には、スペーサー７を用いる。スペーサー７の個数を増減させて補助レンズ６の位置を方向４２へ調整することで、ＬＤ１の発光点の方向４２へのずれや、コリメータレンズ４の焦点距離の誤差などによる影響を抑制することが可能となる。

すなわち、本実施例は前述の実施例１よりも、補助レンズ６の位置を複数方向に調整可能であるために、より精度の高い調整が可能である。

〔他の実施形態〕
前述した実施例では、本発明の実施例で示す光源装置を搭載可能な画像表示装置の構成として、反射型液晶プロジェクターの構成を例示した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。画像表示装置であれば、例えば、透過型液晶パネルを用いたプロジェクターやテレビなどであっても良い。

また、前述した実施例では、光源としてＬＤを用いる構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。投射型表示装置の光源として用いることができるものであれば、例えば、ＬＥＤなどであっても良い。

また、前述した実施例では、光源からの光が照明光学系に導かれる構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、光源からの光がダイクロイックミラー、偏光ビームスプリッター、蛍光体、フライアイレンズなどを含む照明光学系、投射光学系などに導かれる構成であっても良い。

１ レーザーダイオード（光源）
４ コリメータレンズ（正レンズ）
６ 補助レンズ
４０ コリメータレンズ付きＬＤアレイ（レンズ付き光源ユニット）

Claims (7)

1. 複数の光源と、前記複数の光源からの複数の光束が入射する複数の正レンズとを一体に固定したレンズ付き光源ユニットと、
   前記レンズ付き光源ユニットからの複数の光束が入射する複数の補助レンズと、
   前記複数の補助レンズを保持するとともに前記複数の正レンズを覆うように設けられている保持部材と、を備え、
   前記複数の正レンズのうち、いずれか１枚の正レンズの焦点距離をｆ１とし、
   前記複数の補助レンズのうち、いずれか１枚の補助レンズの焦点距離をｆ２とするとき、
   ｜ｆ１｜＜｜ｆ２｜
   を満足する、
   ことを特徴とする光源装置。
2. 前記保持部材と前記レンズ付き光源ユニットとの間は密閉されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記複数の補助レンズは、正レンズであることを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
4. 前記複数の補助レンズは、負レンズであることを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
5. 前記複数の正レンズのうち、いずれか１枚の正レンズの光軸と直交する断面を基準断面とし、
   前記いずれか１枚の正レンズを前記基準断面に垂直に投影した領域を第１領域とし、
   前記複数の補助レンズのうち、前記いずれか１枚の正レンズに対応する１枚の補助レンズを前記基準断面に垂直に投影した領域を第２領域とするとき、
   前記第２領域の重心は、前記第１領域の重心から偏心している、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光源装置。
6. 前記複数の正レンズのうち、いずれか１枚の正レンズと、前記複数の補助レンズのうち、前記いずれか１枚の正レンズに対応する１枚の補助レンズとの主面間の距離は、
   少なくとも１枚のその他の正レンズと、前記その他の正レンズに対応する１枚の補助レンズとの主面間の距離とは異なる、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光源装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光源装置と、
   光変調素子と、
   光束を波長ごとに分割し、前記光変調素子に導くとともに、前記光変調素子から出射する光束を合成する色分離合成系と、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光源装置からの光束を前記色分離合成系に導くための照明光学系と、
   を備えることを特徴とする画像表示装置。

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