JP3162286U - 照明光源ユニット及び投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光利用効率の個体差を抑制でき、射出される照明光量の個体差ばらつきの少ない照明光源ユニット及び射出される照明光量の個体差ばらつきの少ない投影装置を提供する。【解決手段】所定の波長領域の光を発する光源部としてのＬＥＤチップ２ｔと、前記光源部からの光を入射させ、光の照度分布を均一化して射出する光ガイドとしてのロッドインテグレータ３を有する照明光源ユニット１０において、前記光ガイドの入射面側の面の一部が前記光源部に当接している照明光源ユニットとする。【選択図】図３

Description

本考案は、画像を投影する投影装置に用いられる照明光源ユニットに関するものである。

従来より、撮影機能を有するデジタルカメラや携帯電話に、画像を投影する小型の投影装置を内蔵したものが知られている。

この小型の投影装置は、ＬＥＤ等で構成された光源と、空間光変調素子と、投影光学系及びその他の光学部材と、で構成されている。

このような小型の投影装置において、光源からの光を照明方向に導く角棒形の光ガイドの入射面と発光チップの射出面との間を非接触で支持する光源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−２２７３３９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の光源装置では、光ガイドの入射面と発光チップの射出面との間を非接触で支持しているため、入射面と発光チップの射出面との間隔に個体差ばらつきを生じる問題がある。間隔が変化すると、これに伴って光利用効率が変化し、照明光量に個体差ばらつきを生じる問題がある。

本考案は上記問題に鑑み、光利用効率の個体差を抑制でき、射出される照明光量の個体差ばらつきの少ない照明光源ユニット及び射出される照明光量の個体差ばらつきの少ない投影装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的は、下記の構成により達成される。

（１）所定の波長領域の光を発する光源部と、前記光源部からの光を入射させ、光の照度分布を均一化して射出する光ガイドと、を有する照明光源ユニットにおいて、前記光ガイドの入射面側の面の一部が前記光源部に当接していることを特徴とする照明光源ユニット。

（２）前記光ガイドは入射面側に入射面より突出した当接部が形成され、前記当接部が前記光源部に当接していることを特徴とする前記（１）に記載の照明光源ユニット。

（３）前記当接部の外周側に前記光源部の側周部と嵌合する嵌合部が形成されていることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の照明光源ユニット。

（４）前記光源部と前記光ガイドの入射面の間に透明樹脂を有することを特徴とする前記（２）又は（３）に記載の照明光源ユニット。

（５）前記当接部の内壁面に反射材が形成されていることを特徴とする前記（１）から（４）までのいずれかに記載の照明光源ユニット。

（６）前記光源部はＬＥＤチップが露呈して形成されており、前記当接部は前記ＬＥＤチップの発光面に当接していることを特徴とする前記（１）から（５）までのいずれかに記載の照明光源ユニット。

（７）前記当接部は、前記ＬＥＤチップの表面に形成された接続ワイヤを避けた位置に形成されていることを特徴とする前記（６）に記載の照明光源ユニット。

（８）前記光源部はＬＥＤチップがパッケージに収納されて形成されており、前記光ガイドが前記パッケージに当接していることを特徴とする前記（１）に記載の照明光源ユニット。

（９）前記光ガイドは前記パッケージの側周部と嵌合する嵌合部が形成されていることを特徴とする前記（８）に記載の照明光源ユニット。

（１０）前記（１）から（９）までのいずれかに記載の照明光源ユニットと、画像信号に基づいて画像を表示する空間光変調素子と、前記空間光変調素子により表示された画像を投影する投影光学系と、を有することを特徴とする投影装置。

本考案によれば、光利用効率の個体差を抑制でき、射出される照明光量の個体差ばらつきの少ない照明光源ユニット及び射出される照明光量の個体差ばらつきの少ない投影装置の提供が可能となる。

本実施の形態に係る照明光源ユニットを有する投影装置の一例を示す図である。 第１の実施の形態に係る照明光源ユニットの一例を示す斜視図である。 図２に示す照明光源ユニットの構成を示す図である。 第１の実施の形態に係る照明光源ユニットのその他の例を示す図である。 第１の実施の形態に係る照明光源ユニットのその他の例を示す図である。 第１の実施の形態に係る照明光源ユニットのその他の例を示す図である。 第１の実施の形態に係る照明光源ユニットのその他の例を示す図である。 第２の実施の形態に係る照明光源ユニットの例を示す断面図である。 光ガイドの支持形態のその他の例を示す図である。

以下、実施の形態により本考案を説明するが、本考案はこれに限定されるものではない。

図１は、本実施の形態に係る照明光源ユニット１０を有する投影装置１の一例を示す図である。図１（ａ）は投影装置１の概略構成を示す平面図であり、図１（ｂ）は投影装置１を投影面側から見た外観図である。

本実施の形態に係る投影装置１は、光源部２と光ガイドであるロッドインテグレータ３とで構成される照明光源ユニット１０と、照明光源ユニット１０からの光を偏光ビームスプリッタＰＢＳに効率よく入射させる照明レンズ５と、偏光変換素子６と、空間光変調素子である反射型液晶素子７と、投影光学系Ｌ、で構成されている。

光源部２には、例えばＬＥＤが用いられる。ＬＥＤは基板１１に実装され、発光時に発生する熱は、不図示のヒートシンク等により放熱されるようになっている。

光源部２から出射した光は、ロッドインテグレータ３に入射する。

ロッドインテグレータ３の入射側の面は光源部２の発光面形状に合わせた形状（例えば、正方形）に形成され、射出側の面は後述の反射型液晶素子７の画像表示部のアスペクト比の形状（例えば、３：４或いは９：１６の長方形）に形成されている。

ロッドインテグレータ３に入射した光は、透過光とロッドインテグレータ３内の側壁面で反射した光が混合され、照度分布が略均一な面光源として射出される。ロッドインテグレータ３から射出された光は、照明レンズ５に入射したのち、偏光変換素子６に入射する。

偏光変換素子６は、入射した光の光量を低下させずに特定の偏光状態に変換する光学素子である。例えば、Ｐ偏光成分を透過し、Ｓ偏光成分を反射する偏光分離膜を有し、偏光分離膜で反射したＳ偏光成分を、再度反射させて出射させ、偏光分離膜を透過したＰ偏光成分の偏光方向を１／２波長板により９０度回転させるように構成されたものである。この偏光変換素子６は、偏光ビームスプリッタＰＢＳ側には、紙面垂直方向の直線偏光として入射するように配置されている。

偏光ビームスプリッタＰＢＳは、Ｓ偏光成分を反射する偏光分離面Ｍが形成されたものである。偏光変換素子６から出射した光束は、偏光ビームスプリッタＰＢＳに入射後、偏光分離面Ｍで反射され、反射型液晶素子７の画像表示面を照明する。

反射型液晶素子７は、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ）とも称されるマイクロディスプレイであり、シリコンチップの表面に直接液晶が載せられているものである。この反射型液晶素子７は、液晶層に対し駆動制御部から画像信号に応じた電圧が画素毎に印加され、液晶分子の配列を変化させることで入射光を偏光変調して反射させ、所望の画像を表示するものである。

反射型液晶素子７で反射され変調された画像は、偏光ビームスプリッタＰＢＳに入射し、Ｐ偏光成分の光が偏光分離面Ｍを透過して投影光学系Ｌに入射し、投影光学系Ｌにより、不図示の投影面に投影される。また、投影面の距離に対応して投影光学系Ｌを移動させて焦点調節を行う駆動機構を有していてもよい。

なお、図１に示した投影装置１では、空間光変調素子として反射型液晶素子７を用いた投影装置で説明したが、これに限るものでなく、空間光変調素子としてデジタルマイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）を用いたものであってもよい。ＤＭＤを用いた場合には、図１に示す反射型液晶素子７をＤＭＤに置き換え、偏光ビームスプリッタＰＢＳとＤＭＤの間に１／４波長板を配置すればよい。

以下、照明光源ユニット１０について、より詳しく説明する。

（第１の実施の形態）
図２は、第１の実施の形態に係る照明光源ユニット１０の一例を示す斜視図である。図２は、光源部２、ロッドインテグレータ３、基板１１を抜き出して示している。

図２に示す光源部２は、ＬＥＤチップ２ｔが露呈した状態で直接的に基板１１に実装されているものである。また、基板１１とＬＥＤチップ２ｔは接続ワイヤＢＷで電気的に接続されている。図示のように、ロッドインテグレータ３は、ＬＥＤチップ２ｔの発光面に当接している。また、ロッドインテグレータ３は、図示のように接続ワイヤＢＷの接続部及びワイヤ部との接触を回避するような形状に形成されている。

図３は、図２に示す照明光源ユニット１０の構成を示す図である。図３（ａ）は断面図であり、図３（ｂ）はロッドインテグレータ３の入射面側から見た図である。

図３に示す照明光源ユニット１０は、ロッドインテグレータ３の入射面側の周辺部に、該入射面より突出した当接部３ｔが形成され、当接部３ｔがＬＥＤチップ２ｔの発光面２ｈに直接的に当接している。また、この当接部３ｔは、図３（ｂ）に破線で示す接続ワイヤＢＷの接続部及びワイヤ部との接触を回避するように形成されている。

このように、光ガイドであるロッドインテグレータ３の入射面側に、入射面より突出した当接部を形成し、光源部に当接させた照明光源ユニット１０とすることにより、ロッドインテグレータ３の入射面とＬＥＤチップ２ｔの発光面２ｈとの間隔の個体差ばらつきを少なくすることができる。これにより、光源から射出される照明光量の個体差ばらつきの少ない照明光源ユニット及び照明光量の個体差ばらつきの少ない投影装置の提供が可能となる。

図４は、第１の実施の形態に係る照明光源ユニット１０のその他の例を示す図である。図４（ａ）は断面図であり、図４（ｂ）はロッドインテグレータ３の入射面側から見た図である。

図４に示す照明光源ユニット１０は、ロッドインテグレータ３の入射面側の周辺部に、該入射面より突出した当接部３ｔが形成され、当接部３ｔがＬＥＤチップ２ｔの発光面２ｈに直接的に当接している。更に、当接部３ｔの外周側にＬＥＤチップ２ｔの側周部と嵌合する嵌合部３ｇが形成されている。また、この当接部３ｔ及び嵌合部３ｇは、図４（ｂ）に破線で示す接続ワイヤＢＷの接続部及びワイヤ部との接触を回避するように形成されている。

このようにすることで、ＬＥＤチップ２ｔの発光面とロッドインテグレータ３の入射面との間隔だけでなく、ＬＥＤチップ２ｔの発光面にロッドインテグレータ３の入射面を正確に相対させることができるようになる。これにより、上記の効果に加え、組み立て性の向上を図ることもできる。

図５は、第１の実施の形態に係る照明光源ユニット１０のその他の例を示す図である。図５（ａ）は断面図であり、図５（ｂ）はロッドインテグレータ３の入射面側から見た図である。

図５に示す照明光源ユニット１０は、ＬＥＤチップ２ｔの発光面とロッドインテグレータ３の入射面との間に透明樹脂１５を充填したものである。

ロッドインテグレータ３の入射面側には、該入射面より突出した当接部３ｔにより、透明樹脂１５の流出路４を除いて、ＬＥＤチップ２ｔの発光面との間に空間が形成されている。また、この当接部３ｔはＬＥＤチップ２ｔの発光面２ｈに直接的に当接し、当接部３ｔの外周側にはＬＥＤチップ２ｔの側周部と嵌合する嵌合部３ｇが形成されている。この当接部３ｔ及び嵌合部３ｇは、図５（ｂ）に破線で示す接続ワイヤＢＷの接続部及びワイヤ部との接触を回避するように形成されている。

図５に示す照明光源ユニット１０は、まずＬＥＤチップ２ｔの発光面に溶融した透明樹脂１５を滴下した後、ロッドインテグレータ３を被せるように組み付けることで形成できる。このとき、透明樹脂１５の過剰分は流出路４より流出するため、当接部３ｔをＬＥＤチップ２ｔの発光面２ｈに直接的に当接させることができる。

透明樹脂１５としては、例えば、紫外線硬化型の接着剤が使用できる。この場合、ロッドインテグレータ３を組み付け後に紫外線を照射して固化させる。

このように、ＬＥＤチップ２ｔの発光面とロッドインテグレータ３の入射面との間に、ロッドインテグレータ３の屈折率に近い屈折率の透明樹脂１５を充填することにより、上述の効果に加え、境界面での反射による損失を減らすことができる。

なお、図３〜図５に示したロッドインテグレータ３に形成された当接部３ｔの内壁面３ｓには、反射ミラーコートを施すことが望ましい。これにより、ロッドインテグレータ３に入射する光量の増加を図ることができる。

図６は、第１の実施の形態に係る照明光源ユニット１０のその他の例を示す図である。図６（ａ）は断面図であり、図６（ｂ）はロッドインテグレータ３の入射面側から見た図である。

図６に示す照明光源ユニット１０は、ロッドインテグレータ３の入射面側の周辺部の３箇所に、該入射面より突出した当接部３ｔが形成され、当接部３ｔがＬＥＤチップ２ｔの発光面２ｈに直接的に当接している。この当接部３ｔの先端は、半球状又は平坦面となされ、ＬＥＤチップ２ｔの発光面２ｈに直接的に当接している。また、この当接部３ｔは、図６（ｂ）に破線で示す接続ワイヤＢＷの接続部及びワイヤ部との接触を回避する位置に形成されている。

図７は、第１の実施の形態に係る照明光源ユニット１０のその他の例を示す図である。図７（ａ）は断面図であり、図７（ｂ）はロッドインテグレータ３の入射面側から見た図である。

図７に示す照明光源ユニット１０は、ロッドインテグレータ３の入射面を、ＬＥＤチップ２ｔの発光面に直接的に当接させたものである。また、このロッドインテグレータ３の入射面には、図７（ａ）に示すように逃げ部が形成され、接続ワイヤＢＷの接続部及びワイヤ部との接触を回避するようになっている。

このように、ロッドインテグレータ３の入射面側の接続ワイヤＢＷの接続部及びワイヤ部との接触を回避する逃げ部以外の面を、ＬＥＤチップ２ｔの発光面に直接的に当接するように形成してもよい。この場合には、ロッドインテグレータ３の入射面と、ＬＥＤチップ２ｔの発光面との間に、上述の透明樹脂を塗布することが好ましい。

また本考案は、光源部２として、パッケージにＬＥＤチップ２ｔが収納されたものにも適用可能である。以下に説明する。

（第２の実施の形態）
図８は、第２の実施の形態に係る照明光源ユニット１０の例を示す断面図である。

図８に示す照明光源ユニット１０は、ＬＥＤチップ２ｔがパッケージ２ｐに収納された光源部２と光ガイドであるロッドインテグレータ３とで構成されたものである。

本例においては、ロッドインテグレータ３の入射面がパッケージ２ｐの上端面に当接している。また、ロッドインテグレータ３には、パッケージ２ｐの側周部と嵌合する嵌合部が形成されている。このように、光源部２として、パッケージ２ｐにＬＥＤチップ２ｔが収納されているものであっても、ＬＥＤチップ２ｔの発光面とロッドインテグレータ３の入射面との間隔を正確に位置決めできるようになる。

また、図示のように、パッケージ２ｐの内側のＬＥＤチップ２ｔの発光面とロッドインテグレータ３の入射面との間に透明樹脂１５を充填してもよい。

また、予めパッケージ２ｐの内側のＬＥＤチップ２ｔが透明樹脂で封止されているような市販のものについても同様に位置決めすることができ、光源の選択の幅を広げることができ、低コスト化できる。

また、図３〜図８に示したロッドインテグレータ３は、側面部で基板１１に植設された支持部材２１と、接着剤Ｂにより固定されている。このように、ロッドインテグレータ３の側面部で接着固定する場合には、少なくともその接着剤の塗布部に反射ミラーコートを施すことが望ましい。これにより、ロッドインテグレータ３の接着部の内面反射特性の劣化を防止することができる。

なお、ロッドインテグレータ３の支持形態としては、図３〜図８に示すものに限るものでない。以下に、ロッドインテグレータ３の支持形態の他の例を示す。

図９は、光ガイドの支持形態のその他の例を示す図である。

図９に示す照明光源ユニット１０は、図４に示したものと同様であり、光ガイドであるロッドインテグレータ３の支持形態を異ならせたものである。

図９に示すように、ロッドインテグレータ３をＬＥＤチップ２ｔと照明レンズ５で挟持し、基板１１に植設された支持部材２１と照明レンズ５を接着剤Ｂで接着固定することで、ロッドインテグレータ３の支持を行うものである。このようにすることで、ロッドインテグレータ３の側面部の接着剤塗布部に反射ミラーコートを施す必要が無くなる。このような構成にすれば、低コスト化できる。

なお、上述の光ガイドの入射面側の形状は、複数のＬＥＤチップが近接して配置されたものに対して一つの光ガイドを用い、光の照度分布を均一化して射出させる場合にも適用可能であるのは言うまでもない。

１ 投影装置
２ 光源部
２ｔ ＬＥＤチップ
２ｈ 発光面
２ｐ パッケージ
３ ロッドインテグレータ
３ｇ 嵌合部
３ｔ 当接部
３ｓ 内壁面
５ 照明レンズ
６ 偏光変換素子
７ 反射型液晶素子
１０ 照明光源ユニット
１１ 基板
１５ 透明樹脂
２１ 支持部材
Ｂ 接着剤
ＢＷ 接続ワイヤ
Ｌ 投影光学系
Ｍ 偏光分離面
ＰＢＳ 偏光ビームスプリッタ

Claims (10)

1. 所定の波長領域の光を発する光源部と、
   前記光源部からの光を入射させ、光の照度分布を均一化して射出する光ガイドと、を有する照明光源ユニットにおいて、
   前記光ガイドの入射面側の面の一部が前記光源部に当接していることを特徴とする照明光源ユニット。
2. 前記光ガイドは入射面側に入射面より突出した当接部が形成され、前記当接部が前記光源部に当接していることを特徴とする請求項１に記載の照明光源ユニット。
3. 前記当接部の外周側に前記光源部の側周部と嵌合する嵌合部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明光源ユニット。
4. 前記光源部と前記光ガイドの入射面の間に透明樹脂を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の照明光源ユニット。
5. 前記当接部の内壁面に反射材が形成されていることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一項に記載の照明光源ユニット。
6. 前記光源部はＬＥＤチップが露呈して形成されており、
   前記当接部は前記ＬＥＤチップの発光面に当接していることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一項に記載の照明光源ユニット。
7. 前記当接部は、前記ＬＥＤチップの表面に形成された接続ワイヤを避けた位置に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の照明光源ユニット。
8. 前記光源部はＬＥＤチップがパッケージに収納されて形成されており、
   前記光ガイドが前記パッケージに当接していることを特徴とする請求項１に記載の照明光源ユニット。
9. 前記光ガイドは前記パッケージの側周部と嵌合する嵌合部が形成されていることを特徴とする請求項８に記載の照明光源ユニット。
10. 請求項１から９までのいずれか一項に記載の照明光源ユニットと、
    画像信号に基づいて画像を表示する空間光変調素子と、
    前記空間光変調素子により表示された画像を投影する投影光学系と、を有することを特徴とする投影装置。

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