JP2020197683A - 光源モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】コリメートレンズの位置決めが容易で、環境温度の変化によって接着剤が膨張、収縮した場合でもレーザ光軸のずれを低減できる光源モジュールを提供する。【解決手段】コリメートレンズと、コリメートレンズを保持するレンズホルダを有する光源モジュールであって、レンズホルダは、コリメートレンズの凸面側の周縁の平坦部と対向する面からコリメートレンズの凸面側の周縁の平坦部に向かって突出する第一の柱体と、コリメートレンズの凸面側の周縁の平坦部と対向する面から第一の柱体と同じ方向に突出する第二の柱体を有し、コリメートレンズの側面は第二の柱体の側面と２箇所で接し、第二の柱体の突出量は第一の柱体の突出量よりも大きく、第二の柱体の突出位置と第一の柱体の突出位置はコリメートレンズの周方向にずれている構成とする。【選択図】図２

Description

本発明は、緑色、赤色および青色の３色のレーザ光軸を略同軸上に合成して射出する光源モジュールに関する。

走査型画像表示装置においては、高精細な画像を表示するために、赤、緑、青の３色のレーザ光軸を揃えることが重要となる。各色のレーザ光は、レーザ光源の発光点とコリメートレンズの主点を結ぶ方向に進行するため、コリメートレンズの半径方向の変位はレーザ光軸をずらす原因となる。このレーザ光軸のずれの影響は、照射距離に比例して大きくなり、スクリーン上で色ずれを発生させる。

この課題を解決する光走査装置と光学装置の例が、特許文献１に記載されている。特許文献1に記載の光走査装置は、光源（以下、レーザ光源と記す）と、レーザ光源からの出射光を平行光に変換するレンズ（以下、コリメートレンズと記す）と、コリメートレンズを設置するハウジング（以下、レンズホルダ）を備え、コリメートレンズは、その側面をレンズホルダの設置面に突き当てた当接部で、光軸に垂直な両面に塗布された接着剤によって接合されている。そのため、コリメートレンズを取り付ける際に接着剤が硬化収縮した場合でも、コリメートレンズの半径方向への変位が抑えられて、レーザ光軸のずれを抑制できるとされている。

特開２０１１−１８０２４２号公報

特許文献1に記載の先行技術では、コリメートレンズを半径方向に精度よく位置決めできる反面、コリメートレンズの側面と設置面との間に接着剤が漏れ込み易く、環境温度の変化によって漏れ込んだ接着剤が膨張、収縮した場合に、コリメートレンズが半径方向に変位してレーザ光軸がずれる可能性があった。

本発明の目的は、コリメートレンズの位置決めが容易で、環境温度の変化によって接着剤が膨張、収縮した場合でもレーザ光軸のずれを低減できる光源モジュールを提供することである。

本発明は、上記背景技術及び課題に鑑み、その一例を挙げるならば、コリメートレンズと、コリメートレンズを保持するレンズホルダを有する光源モジュールであって、レンズホルダは、コリメートレンズの凸面側の周縁の平坦部と対向する面からコリメートレンズの凸面側の周縁の平坦部に向かって突出する第一の柱体と、コリメートレンズの凸面側の周縁の平坦部と対向する面から第一の柱体と同じ方向に突出する第二の柱体を有し、コリメートレンズの側面は第二の柱体の側面と２箇所で接し、第二の柱体の突出量は第一の柱体の突出量よりも大きく、第二の柱体の突出位置と第一の柱体の突出位置はコリメートレンズの周方向にずれている構成とする。

本発明によれば、コリメートレンズと、コリメートレンズを保持するレンズホルダを備えた光源モジュールにおいて、コリメートレンズの位置決めが容易で、かつ、環境温度の変化によって接着剤が膨張、収縮した場合でも、レーザ光軸のずれを低減できる。

実施例１における光源モジュールを適用した走査型画像表示装置の概略構成図である。 実施例１におけるコリメートレンズの取り付け構造とレンズホルダの形状を示す分解斜視図である。 実施例１における一対の第二の柱体と３つの第一の柱体の位置関係を示す、レンズホルダにコリメートレンズを取り付けた状態の正面図である。 実施例１における一対の第二の柱体と３つの第一の柱体の突出量の大小関係を示す、レンズホルダにコリメートレンズを取り付けた状態の断面図である。 実施例２における１つの第二の柱体と３つの第一の柱体の位置関係を示す、レンズホルダにコリメートレンズを取り付けた状態の正面図である。 実施例３における第二の柱体と１つの第一の柱体の位置関係を示す、レンズホルダにコリメートレンズを取り付けた状態の正面図である。 実施例４における１つの第二の柱体と１つの第一の柱体の位置関係を示す、レンズホルダにコリメートレンズを取り付けた状態の正面図である。

以下、本発明の実施例について、図面を用いて詳細に説明する。

本発明の光源モジュールを適用した走査型画像表示装置を例に、本実施例について説明する。

図１は、本実施例における光源モジュールを適用した走査型画像表示装置の概略構成図である。図１中の点線は、レーザ光の光路を表す。本実施例における走査型画像表示装置１は、画像表示用のレーザ光を出射する光源モジュール１０と、このレーザ光を２次元に走査するミラー装置２０を主要光学部品として構成されている。筐体４０は、光源モジュール１０とミラー装置２０を固定する成形品である。

まず、光源モジュール１０の構成について説明する。光源モジュール１０内には、互いに波長が異なる光を出射する３つのレーザ光源１１、１２および１３が配置されている。

レーザ光源１３は、３つのレーザ光源のうち中間の波長である緑色レーザ光を出射する半導体レーザである。このレーザ光源１３が出射した緑色レーザ光は、コリメートレンズ１６を透過して略平行なレーザ光に変換されたのち、ダイクロイックミラー１７に入射する。

レーザ光源１２は、３つのレーザ光源の中で最も波長の短い青色レーザ光を出射する半導体レーザである。このレーザ光源１２が出射した青色レーザ光は、コリメートレンズ１５を透過して略平行なレーザ光に変換され、ダイクロイックミラー１７に入射する。

ダイクロイックミラー１７は、レーザ光源１３が出射した緑色レーザ光を透過させる一方、レーザ光源１２から出射した青色レーザ光を反射する機能を備えた波長選択性の光学素子であり、このダイクロイックミラー１７を透過または反射した２色のレーザ光は、進行方向と位置が揃った略同一の光路を進行してダイクロイックミラー１８に入射する。

レーザ光源１１は、３つのレーザ光源の中で最も波長の長い赤色レーザ光を出射する半導体レーザである。以下、このレーザ光源１１を第一のレーザ光源とし、レーザ光源１２、１３を第二、第三のレーザ光源とする。第一のレーザ光源１１が出射した赤色レーザ光は、コリメートレンズ１４を透過して略平行なレーザ光に変換されたのち、ダイクロイックミラー１８に入射する。

ダイクロイックミラー１８は、緑色と青色のレーザ光を反射させ、赤色レーザ光のみを透過させる機能を備えた波長選択性の光学素子である。このダイクロイックミラー１８を透過または反射した緑色、青色および赤色の３色のレーザ光は、進行方向と位置が揃った略同一の光路を進行し、レーザ光を走査するミラー装置２０に入射する。

次に、ミラー装置２０について説明する。ミラー装置２０は、装置内に反射ミラー２１を備え、その反射面を２軸まわりに傾斜させる機能を有する。ミラー装置２０は、入射したレーザ光を反射し、所定の距離だけ離れたスクリーン３０上で２方向に走査して画像を描画する。

以下では、コリメートレンズ１４、１５、１６を取り付けるレンズホルダ４１の形状とその効果について、コリメートレンズ１４を例に説明する。なお、コリメートレンズ１５、１６を取り付けるレンズホルダの形状はレンズホルダ４１の形状と同一である。

図２は、本実施例におけるコリメートレンズ１４、レンズホルダ４１、接着剤５を分解して表示した分解斜視図であり、コリメートレンズ１４のレンズホルダ４１への取り付け構造を説明するための図である。

図３は、本実施例におけるレンズホルダ４１にコリメートレンズ１４を取り付けた状態の正面図であり、一対の第二の柱体４１ｂと点線で示す３つの第一の柱体４１ａの位置関係を示す図である。

図４は、図３におけるＡ-Ａ断面図であり、一対の第二の柱体４１ｂと３つの第一柱体４１ａの突出量の大小関係を示す断面図である。

コリメートレンズ１４は、片側が凸面で反対側が平面の回転体で、凸面側の周縁部は平坦になっている。レンズホルダ４１は、コリメートレンズ１４の凸面側周縁の平坦部１４ｆと対向する面４１ｚにレーザ光の有効径を絞る開口４１ｏを有し、その開口４１ｏの周囲からコリメートレンズ１４の凸面側周縁の平坦部１４ｆに向かって３つの第一の柱体４１ａと、一対の第二の柱体４１ｂが突出している。

コリメートレンズ１４の接合には紫外線硬化型の接着剤５が用いられ、その工程は、レンズホルダ４１への接着剤５の塗布、コリメートレンズ１４の取り付けと位置決め、圧締、紫外線照射の順で行われる。接着剤５は、３つの第一の柱体４１ａの底面４１ａｓに塗布されて、コリメートレンズ１４側の被着面は、凸面側の縁の平坦部１４ｆとなる。

一対の第二の柱体４１ｂは隣接して配置され、また３つの第一の柱体４１ａよりも突出量が大きい。一対の第二の柱体４１ｂの各１側面４１ｂｓ上の第一の柱体４１ａよりも突出した領域が、コリメートレンズ１４の半径方向の位置を決める基準面となる。すなわち、この２側面４１ｂｓ上の第一の柱体４１ａよりも突出した領域にコリメートレンズ１４の側面１４ｓを突き当てることでコリメートレンズ１４が半径方向に位置決めされる。加えて、この一対の第二の柱体４１ｂの開口４１ｏを挟んだ反対側は第一の柱体４１ａのうちの１つが設置されているだけなので、その両脇の空間４１ｓからピンでコリメートレンズ１４の側面１４ｓを押すことによって、コリメートレンズ１４を確実に一対の第二の柱体４１ｂの２側面４１ｂｓに突き当てることができる。

本実施例の第一の特徴は、まずコリメートレンズ１４をその半径方向に位置決めするための一対の第二の柱体４１ｂの突出位置と接着剤５を塗布するための３つの第一の柱体４１ａの突出位置がコリメートレンズ１４の周方向にずれて設置されていることである。換言すれば、第一の柱体４１ａと第二の柱体４１ｂの位置がコリメートレンズ１４の周方向に重なることなく１つずつ並んで配置されていることである。

そして本実施例の第二の特徴は、レンズホルダ４１が、コリメートレンズ１４の凸面側周縁の平坦部１４ｆと対向する面４１ｚの第一の柱体４１ａの外側に、第一の柱体４１ａよりも突出量が大きい柱体を一切持たないことである。すなわち、コリメートレンズ１４の側面１４ｓと対向する側面を有する柱体、例えば図３に示すレンズホルダ４１の側面４１ｅ、を一切持たないことである
この２つの特徴によって、圧締時に押しつぶされた硬化前の液状の接着剤５は第一の柱体４１ａの底面４１ａｓから外側に染み出すことはあっても、コリメートレンズ１４の側面１４ｓとレンズホルダ４１の内側面の間に染み込むことはない。したがって、環境温度の変化によって接着剤５が膨張、収縮した場合でも、コリメートレンズ１４はその光軸方向に変位するものの、半径方向には変位せず、発光点とコリメートレンズ１４の主点とを結ぶ直線の方向、すなわちレーザ光軸のずれを小さくすることができる。

このように本実施例によれば、光源モジュールにおいて、コリメートレンズの位置決めが容易で、かつ、環境温度が変化した場合においても、例えばスクリーン上でのスポットの色ずれが少ない光源モジュールを提供できる。

本実施例は、第二の柱体４１ｂの変形例について説明する。図５は、本実施例におけるレンズホルダ４２にコリメートレンズ１４を取り付けた状態の正面図であり、１つの第二の柱体４２ｂと点線で示す３つの第一の柱体４２ａの位置関係を示す図である。図中において実施例1と同一の機能を有する部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。

実施例１では第二の柱体４１ｂを別々に突出させていたが、本実施例では、図５に示すように、コリメートレンズ１４の側面１４ｓと対向する２側面４２ｂsがＶ字状をした１つの第二の柱体４２ｂで構成している。この構成により、第二の柱体４２ｂの剛性が高められて、コリメートレンズ１４の側面１４ｓを突き当てたときの第二の柱体４２ｂの変形が小さくなり、コリメートレンズ１４の位置決め精度を向上できる。

また、実施例１では第一の柱体４１ａを３つの部分円筒で構成したが、本実施例では、図５に示すように、単純な角柱からなる第一の柱体４２ａで構成している。なお、単純な円柱で構成してもよい。また、４２ｅはレンズホルダ４２の側面であり、図３の４１ｅと同様である。以上の構成により、レンズホルダ４２の加工が容易になり、レンズホルダ４２を高精度に製作できるので、結果として、コリメートレンズ１４の位置決め精度を向上できる。

本実施例は、第一の柱体４１ａの変形例について説明する。図６は、本実施例におけるレンズホルダ４３にコリメートレンズ１４を取り付けた状態の正面図であり、第二の柱体４１ｂと１つの第一の柱体４３ａの位置関係を示す図である。図中において実施例1と同一の機能を有する部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。

実施例１では第一の柱体４１ａを複数設けたが、本実施例では、図６に示すように、第一の柱体を周方向に分割せず１つの柱体４３ａで構成している。なお、実施例１で説明した第一の特徴である、第二の柱体の突出位置と第一の柱体の突出位置がコリメートレンズ１４の周方向にずれて設置されていることを満足するために、第一の柱体４３ａは、第二の柱体４１ｂとコリメートレンズ１４の周方向で重ならないように構成されている。

この構成により、接着剤５を塗布する面積が拡大されて、コリメートレンズ１４の接着強度を向上できる。

また、実施例１で説明した第二の特徴である、レンズホルダが、第一の柱体の外側に、第一の柱体よりも突出量が大きい柱体を一切持たない点を満足するために、本実施例では、例えば図３におけるレンズホルダ４１の側面４１ｅ等の構成を持たないように構成する。

これにより、実施例１と同様に、圧締時に押しつぶされた硬化前の液状の接着剤５は第一の柱体４３ａの底面４３ａｓから外側に染み出すことはあっても、コリメートレンズ１４の側面１４ｓとレンズホルダ４３の内側面の間に染み込むことはない。したがって、環境温度の変化によって接着剤５が膨張、収縮した場合でも、コリメートレンズ１４はその光軸方向に変位するものの、半径方向には変位せず、発光点とコリメートレンズ１４の主点とを結ぶ直線の方向、すなわちレーザ光軸のずれを小さくすることができるという利点を有する。

本実施例は、第一の柱体４１ａ及び第二の柱体４１ｂの変形例について説明する。図７は、本実施例におけるレンズホルダ４３にコリメートレンズ１４を取り付けた状態の正面図であり、１つの第二の柱体４２ｂと１つの第一の柱体４３ａの位置関係を示す図である。図中において実施例1−３と同一の機能を有する部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。

本実施例では、図７のように、第一の柱体と第二の柱体をそれぞれ、実施例３で説明した１つの第一の柱体４３ａと、実施例２で説明した１つの第二の柱体４２ｂで構成する。これにより、実施例1−３と同様の効果が得られる。

以上実施例について説明したが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。

１：走査型画像表示装置、１０：光源モジュール、２０：ミラー装置、３０：スクリーン、４０：筐体、５：接着剤、１１、１２、１３：レーザ光源、１４、１５、１６：コリメートレンズ、１７、１８：ダイクロイックミラー、２１：反射ミラー、１４ｆ：コリメートレンズの凸面側周縁の平坦部、１４ｓ：コリメートレンズの側面、４１、４２、４３、４４：レンズホルダ、４１ｏ：開口、４１ｚ：コリメートレンズの凸面側周縁の平坦部と対向する面、４１ａ、４２ａ、４３ａ：第一の柱体、４１ｂ、４２ｂ：第二の柱体、４１ａｓ、４２ａｓ、４３ａｓ：第一の柱体の底面、４１ｂｓ、４２ｂｓ：第二の柱体の側面、４１ｓ：空間

Claims (5)

1. コリメートレンズと、該コリメートレンズを保持するレンズホルダを有する光源モジュールであって、
   前記レンズホルダは、前記コリメートレンズの凸面側の周縁の平坦部と対向する面から前記コリメートレンズの凸面側の周縁の平坦部に向かって突出する第一の柱体と、
   前記コリメートレンズの凸面側の周縁の平坦部と対向する面から前記第一の柱体と同じ方向に突出する第二の柱体を有し、
   前記コリメートレンズの側面は前記第二の柱体の側面と２箇所で接し、
   前記第二の柱体の突出量は前記第一の柱体の突出量よりも大きく、
   前記第二の柱体の突出位置と前記第一の柱体の突出位置は前記コリメートレンズの周方向にずれていることを特徴とする光源モジュール。
2. 請求項１に記載の光源モジュールであって、
   前記第二の柱体が一対の柱体で構成され、前記コリメートレンズの側面は前記一対の第二の柱体の各１側面と接していることを特徴とする光源モジュール。
3. 請求項１に記載の光源モジュールであって、
   前記第二の柱体はＶ字状の２側面を有し、前記コリメートレンズの側面は前記第二の柱体のＶ字状の２側面と接していることを特徴とする光源モジュール。
4. 請求項１に記載の光源モジュールであって、
   前記第一の柱体は複数の柱体で構成されていることを特徴とする光源モジュール。
5. 請求項１に記載の光源モジュールであって、
   前記レンズホルダは、前記コリメートレンズの凸面側の周縁の平坦部と対向する面の前記第一の柱体の外側の領域に、前記コリメートレンズの側面と対向する突出部をもたないことを特徴とする光源モジュール。

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