JP5794405B1 - 画像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源に複数のレーザを用いつつ、放熱性を向上させた画像投射装置を提供すること。【解決手段】本画像投射装置は、１以上の光源を備える第一の光源部及び第二の光源部と、前記第一の光源部からの光を反射する第一の反射部と、前記第二の光源部からの光を反射する第二の反射部と、前記第一の反射部で反射された光及び前記第二の反射部で反射された光を合成する合成部と、前記合成部で合成された光を投射する投射レンズと、を有する画像投射装置であって、前記第一の光源部は、前記投射レンズの光軸を含み前記第一の反射部及び前記第二の反射部を通る平面に対して一方の側に位置し、該一方の側から前記平面に向かうように光を出射させる光源を少なくとも１つ備え、前記第二の光源部は、前記平面に対して他方の側に位置し、該他方の側から前記平面に向かうように光を出射させる光源を少なくとも１つ備える。【選択図】図１

Description

本発明は、画像投射装置に関する。

近年、プロジェクタ等の画像投射装置の光源にレーザを用いることが提案されており、リアプロジェクタにおいて商品化がなされている例もある。フロントプロジェクタにおいては、安全性の問題、投射画像におけるスペックルの問題等があり、光源にレーザのみを用いたものは実用化には至っていないが、蛍光体と組み合わせたものは実用化されつつある。

画像投射装置の光源にレーザのみを用いることの利点としては、例えば、色再現性、発光効率、光利用効率等の向上が挙げられるが、点光源（或いは平行ビーム）であるため照明系が設計しやすく、色合成の簡易化や投射レンズの低ＮＡ化（ＮＡ：Numerical Aperture、開口数）等が達成できる点も利点の１つである。

ところで、画像投射装置の光源にレーザのみを用いた場合には、如何に光量を確保するかが重要な課題であり、この課題の解決手段として、多数個のレーザを一平面上にマトリックス状に密に配したり、２次元的に密に配したりすることが提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）

しかしながら、多数個のレーザを密に配した場合には、如何に効率よく冷却するかが問題となる。多数個のレーザを密に配することは、画像投射装置の大型化を防ぐ上では有効であるが、放熱が困難となり、強力な冷却手段が必要になる。一方、冷却を優先してレーザの間隔を離すと画像投射装置が大型化するのはもちろんであるが、ロッドインテグレータで光量の均一化を図る場合には、入射角が大きくなりすぎて光学系が成り立たない場合もあり得る。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、光源に複数のレーザを用いつつ、放熱性を向上させた画像投射装置を提供することを課題とする。

本画像投射装置は、１以上の光源を備える第一の光源部及び第二の光源部と、前記第一の光源部による光を反射する第一の反射部と、前記第二の光源部による光を反射する第二の反射部と、前記第一の反射部で反射された光及び前記第二の反射部で反射された光を合成する合成部と、前記合成部で合成された光を投射する投射レンズと、を有する画像投射装置であって、前記第一の光源部が備える光源からの光を前記第一の反射部に向けて集光するレンズをさらに有し、前記第一の光源部は、前記投射レンズの光軸を含み前記第一の反射部を通る平面に対して一方の側に位置して該一方の側から前記平面に向かうように光を出射させる光源を少なくとも１つ備え、前記第二の光源部は、前記平面に対して他方の側に位置して該他方の側から前記平面に向かうように光を出射させる光源を少なくとも１つ備えることを要件とする。

開示の技術によれば、光源に複数のレーザを用いつつ、放熱性を向上させた画像投射装置を提供できる。

第１の実施の形態に係る画像投射装置を例示する部分平面図である。 第１の実施の形態に係る画像投射装置を例示する模式図である。 第１の実施の形態の変形例１に係る画像投射装置を例示する模式図である。 第１の実施の形態の変形例２に係る画像投射装置を例示する模式図である。 第１の実施の形態の変形例２に係る画像投射装置を例示する部分平面図である。 第１の実施の形態の変形例３に係る画像投射装置を例示する模式図である。 第１の実施の形態の変形例４に係る画像投射装置を例示する模式図（その１）である。 第１の実施の形態の変形例４に係る画像投射装置を例示する模式図（その２）である。 第１の実施の形態の変形例５に係る画像投射装置を例示する模式図である。 第１の実施の形態の変形例６に係る画像投射装置を例示する模式図（その１）である。 第１の実施の形態の変形例６に係る画像投射装置を例示する模式図（その２）である。 第１の実施の形態の変形例７に係る画像投射装置を例示する模式図である。 第２の実施の形態に係る画像投射装置を例示する斜視図である。 第２の実施の形態に係る画像投射装置を例示する斜視断面図である。 第２の実施の形態に係る画像投射装置を例示する断面図である。 第２の実施の形態に係る画像投射装置を例示する部分平面図（その１）である。 第２の実施の形態に係る画像投射装置を例示する部分平面図（その２）である。 第２の実施の形態の変形例１に係る画像投射装置を例示する断面図である。 第２の実施の形態の変形例１に係る画像投射装置を例示する部分平面図である。 第２の実施の形態の変形例２に係る画像投射装置を例示する部分平面図である。 第２の実施の形態の変形例２に係る画像投射装置を例示する平面図（その１）である。 第２の実施の形態の変形例２に係る画像投射装置を例示する平面図（その２）である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

〈第１の実施の形態〉
図１は、第１の実施の形態に係る画像投射装置を例示する部分平面図である。図２は、第１の実施の形態に係る画像投射装置を例示する模式図である。なお、図１では、図２に示す放熱部材１５、反射プリズム１６、ロッドインテグレータ１７、リレーレンズ１８、画像形成パネル１９、及び投射レンズ２０は省略されている。又、図１では、便宜上、光源１１_１〜１１_１２及びカップリングレンズ１２_１〜１２_１２を実線で示している。

図１及び図２を参照するに、画像投射装置１０は、複数の光源１１_１〜１１_１２と、複数のカップリングレンズ１２_１〜１２_１２と、支持体１３と、反射部１４と、放熱部材１５と、反射プリズム１６と、ロッドインテグレータ１７と、リレーレンズ１８と、画像形成パネル１９と、投射レンズ２０とを有する。なお、複数の光源１１_１〜１１_１２、複数のカップリングレンズ１２_１〜１２_１２、及び反射部１４は、本発明に係る光源装置の代表的な一例である。

光源１１_１〜１１_１２は、例えば、それぞれ半導体レーザ等のレーザである。光源１１_１〜１１_１２の各出射光の色は、それぞれ異なっていても構わない。カップリングレンズ１２_１〜１２_１２は、例えば、それぞれガラスやプラスチックから形成された凸レンズである。なお、以降、光源１１_１〜１１_１２及びカップリングレンズ１２_１〜１２_１２を第１系統の光源部と称する場合がある。

支持体１３は、例えば、平面形状が略円形の平板１３ａの一方の面の周縁部に略円環状の側壁１３ｂが略垂直に形成された部材である。支持体１３は、例えば、アルミニウム等の金属やモールド樹脂等から形成されている。平板１３ａと側壁１３ｂとは、一体的に形成されていても、別体が接合されていても構わない。

支持体１３の側壁１３ｂには、光源１１_１〜１１_１２が、それぞれの出射方向が支持体１３の平板１３ａの略中心部に向くように、略等間隔で略円周状に配置されている。又、支持体１３の側壁１３ｂには、光源１１_１〜１１_１２に対応するカップリングレンズ１２_１〜１２_１２が略等間隔で略円周状に配置されている。光源１１_１〜１１_１２のうち、隣接する光源の間隔は支持体１３の大きさを選択することにより任意に決定できるが、例えば、１０〜１５ｍｍ程度とすることができる。

支持体１３の平板１３ａの略中心部には、光源１１_１〜１１_１２からの各出射光を反射する複数の反射面を錐体状に配した反射部１４が設けられている。換言すれば、反射部１４の各反射面は、光源１１_１〜１１_１２からの各出射光がそれぞれカップリングレンズ１２_１〜１２_１２を経由して入射する位置に設けられている。反射部１４は、例えば、ガラスから形成されており、例えば、各反射面にはアルミニウム膜が蒸着されている。支持体１３の平板１３ａの他方の面（側壁１３ｂが形成されていない面）には、放熱部材１５が設けられている。但し、放熱部材１５は必要に応じて設ければよい。

光源１１_１〜１１_１２から出射された各出射光は、それぞれ対応するカップリングレンズ１２_１〜１２_１２を通過して、略平行で若干集光気味のビームとされる。カップリングレンズ１２_１〜１２_１２を通過した各出射光は、反射部１４の各反射面で反射されて光路を変換され、反射プリズム１６に入射する（反射プリズム１６に代えて反射ミラーを用いても構わない）。なお、反射部１４の各反射面で反射された各出射光の進行方向はほぼ揃っている。

反射プリズム１６に入射した各出射光は、反射プリズム１６で更に光路を変換されロッドインテグレータ１７に入射する。そして、ロッドインテグレータ１７内で全反射を繰り返しながら色合成や光量の均一化等が行なわれ、ロッドインテグレータ１７から出射する。ロッドインテグレータ１７から出射した各出射光は、リレーレンズ１８により画像形成パネル１９に照射され、投射レンズ２０により外部スクリーン（図示せず）に投射される。本実施の形態では、画像形成パネル１９として、変調信号に応じて画像形成される透過型タイプのパネルを例示しているが、反射型タイプのパネルやマイクロミラーデバイスタイプ（ＤＭＤ）のパネルを用いてもよい。

なお、ロッドインテグレータ１７は、本発明に係る光量均一化手段の代表的な一例である。但し、光量均一化手段として、ロッドインテグレータ１７に代えて、複数のレンズを用いて入射光を集光する光学系を用いても良い。又、リレーレンズ１８は、本発明に係る照明光伝達光学系の代表的な一例である。又、投射レンズ２０は、本発明に係る投射光学系の代表的な一例である。

ロッドインテグレータ１７は、組付けの簡易化にも寄与する。例えば、光源とカップリングレンズとの設置位置誤差やミラー類の角度誤差等により、出射光が狙った位置からずれる場合がある。光路中に調整手段を設ければ位置合わせできるが、出射光の数が多いため、調整手段を設けると組付けコストが上昇する。そこで、ロッドインテグレータ１７の入り口のサイズを大きくしておけば、無調整でも複数の出射光を容易に採り込むことができる。

なお、ロッドインテグレータ１７の出口の光量均一性が十分でない場合には、ロッドインテグレータ１７の入口に拡散板を配することにより、出口の光量均一性を向上できる。但し出射角が大きくなる点に留意が必要である。

このように、第１の実施の形態に係る画像投射装置によれば、レーザ及び前記レーザに対応して配置されるカップリングレンズを複数組円周状に配置しているため、各レーザ間の間隔を広く取ることが可能となり、互いの熱干渉を押さえることができる。又、互いに異なる色を出射するレーザを隣接して配すれば、熱干渉を更に押さえることができる。又、複数のレーザを１つの支持体に固定するため、放熱部材（ヒートシンク）の配置が容易であり、風も通しやすい。又、支持体の大きさを自由に設定できるので、熱容量の大きい支持体を実現可能であり、支持体に熱を逃がすことができる。

又、複数のレーザを配する円周の径は自由に設定できるので、レーザの数を自在に設定できる。又、各色のレーザの数を細かく設定できる。又、放熱が容易なため、出力（パワー）の大きいレーザを選定できる。

又、ロッドインテグレータへの入射角を小さく設定でき、又、ロッドインテグレータの断面サイズを小さくできるので、画像形成パネルの照明光の広がりを押さえることが可能となり、ＮＡの小さい（Ｆ値の大きい）投射レンズを用いることができる。そのため投射レンズの設計や製作が容易となり、画像性能を容易に確保できる。

又、ダイクロイックミラー（又は、ダイクロイックプリズム）を用いることなく色合成ができる。

つまり、光源に複数のレーザを用いつつ、放熱性を向上させた光源装置、及び前記光源装置を有し、画像を拡大投射する画像投射装置を実現できる。

なお、第１の実施の形態に係る画像投射装置は、上記のごとく様々な効果を奏し、設計の自由度も極めて大きいため、様々なニーズに対応可能である。第１の実施の形態に係る画像投射装置は、例えば、プロジェクタに適用可能である。

〈第１の実施の形態の変形例１〉
第１の実施の形態の変形例１では、複数の光源及びそれに対応する複数のカップリングレンズを支持体の平板の一方の面に対して傾けて配置する例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例１において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。

図３は、第１の実施の形態の変形例１に係る画像投射装置を例示する模式図である。図３を参照するに、画像投射装置２０は、支持体１３が支持体２３に置換された点が画像投射装置１０（図１及び図２参照）と相違する。

支持体２３は、例えば、平面形状が略円形の平板２３ａの一方の面の周縁部に略円環状の側壁２３ｂが形成された部材である。支持体２３は、例えば、アルミニウム等の金属やモールド樹脂等から形成されている。平板２３ａと側壁２３ｂとは、一体的に形成されていても、別体が接合されていても構わない。

支持体１３では、平板１３ａの一方の面の周縁部に側壁１３ｂが略垂直に形成されていたが、支持体２３では、平板２３ａの一方の面の周縁部に側壁２３ｂが末広がりに形成されている。光源１１_１〜１１_１２及びカップリングレンズ１２_１〜１２_１２は、光源１１_１〜１１_１２から出射されカップリングレンズ１２_１〜１２_１２を経由した各出射光が支持体２３の平板２３ａの一方の面から離れていく方向に進むように支持体２３の側壁２３ｂに平板２３ａの一方の面に対して傾斜するように配置されている。

なお、支持体２３において、平板２３ａの一方の面の周縁部に側壁２３ｂを略垂直に形成し、光源１１_１〜１１_１２及びカップリングレンズ１２_１〜１２_１２のみを平板２３ａの一方の面に対して傾斜するように配置してもよい。

このように、光源１１_１〜１１_１２から出射されカップリングレンズ１２_１〜１２_１２を経由した各出射光の光軸は、必ずしも平板２３ａの一方の面に対して平行である必要はなく、平板２３ａの一方の面に対して斜めであってもよい。このような構成としても、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。

〈第１の実施の形態の変形例２〉
第１の実施の形態の変形例２では、複数系統の光源部を複数段に配置する例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例２において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。

図４は、第１の実施の形態の変形例２に係る画像投射装置を例示する模式図である。図４を参照するに、画像投射装置３０は、支持体１３に光源１１_１〜１１_１２及びカップリングレンズ１２_１〜１２_１２からなる第１系統の光源部と、光源３１_１〜３１_１２及びカップリングレンズ３２_１〜３２_１２からなる第２系統の光源部を２段に配置した点、及び反射部１４と反射プリズム１６との間の光路上に集光レンズ３３を設けた点が画像投射装置１０（図１及び図２参照）と相違する。なお、複数の光源１１_１〜１１_１２、３１_１〜３１_１２、複数のカップリングレンズ１２_１〜１２_１２、３２_１〜３２_１２、及び反射部１４は、本発明に係る光源装置の代表的な一例である。

光源３１_１〜３１_１２は、例えば、それぞれ半導体レーザ等のレーザである。光源３１_１〜３１_１２の各出射光の色は、それぞれ異なっていても構わない。カップリングレンズ３２_１〜３２_１２は、例えば、それぞれガラスやプラスチックから形成された凸レンズである。光源３１_１〜３１_１２は、光源１１_１〜１１_１２と平面視において重複する位置に配置することができる。又、カップリングレンズ３２_１〜３２_１２は、カップリングレンズ１２_１〜１２_１２と平面視において重複する位置に配置することができる。

光源１１_１〜１１_１２及びカップリングレンズ１２_１〜１２_１２は、光源１１_１〜１１_１２から出射されカップリングレンズ１２_１〜１２_１２を経由した各出射光が支持体１３の平板１３ａの一方の面から離れていく方向に進むように支持体１３の側壁１３ｂに平板１３ａの一方の面に対して傾斜するように配置されている。

一方、光源３１_１〜３１_１２及びカップリングレンズ３２_１〜３２_１２は、光源３１_１〜３１_１２から出射されカップリングレンズ３２_１〜３２_１２を経由した各出射光が支持体１３の平板１３ａの一方の面に近づいていく方向に進むように支持体１３の側壁１３ｂに平板１３ａの一方の面に対して傾斜するように配置されている。

これにより、光源１１_１〜１１_１２から出射されカップリングレンズ１２_１〜１２_１２を経由した各出射光、及び光源３１_１〜３１_１２から出射されカップリングレンズ３２_１〜３２_１２を経由した各出射光は、反射部１４の各反射面に入射可能となる。

反射部１４の各反射面で反射された各出射光は、集光レンズ３３を経由して反射プリズム１６に入射し、第１の実施の形態と同様に、ロッドインテグレータ１７、リレーレンズ１８、画像形成パネル１９、及び投射レンズ２０を経由して外部スクリーン（図示せず）に投射される。なお、光源１１_１〜１１_１２及び光源３１_１〜３１_１２が平板１３ａの一方の面に対して傾斜するように設けられているため、反射部１４の各反射面で反射された各出射光が反射プリズム１６を経由してロッドインテグレータ１７に入射する際の入射角が大きくなる虞がある。そこで、集光レンズ３３を設け、各出射光がロッドインテグレータ１７に入射する際の入射角が小さくなるようにしている。従って、所望の入射角が確保できる場合には、集光レンズ３３を設けなくても構わない。

なお、図４では、光源１１_１〜１１_１２と光源３１_１〜３１_１２とを平面視において重複する位置に２段に配置し、カップリングレンズ１２_１〜１２_１２とカップリングレンズ３２_１〜３２_１２とを平面視において重複する位置に２段に配置する例を示した。しかし、図５に示すように配置してもよい。

図５は、第１の実施の形態の変形例２に係る画像投射装置を例示する部分平面図である。なお、図５では、図４に示す放熱部材１５、反射プリズム１６、ロッドインテグレータ１７、リレーレンズ１８、画像形成パネル１９、投射レンズ２０、及び集光レンズ３３は省略されている。又、図５では、便宜上、光源１１_１〜１１_１２及びカップリングレンズ１２_１〜１２_１２、並びに光源３１_１〜３１_１２及びカップリングレンズ３２_１〜３２_１２を実線で示している。

図５を参照するに、画像投射装置３０Ａでは、画像投射装置３０と同様に、第１系統の光源部と第２系統の光源部とを２段に配置しているが、画像投射装置３０と異なり、光源１１_１〜１１_１２と光源３１_１〜３１_１２とを平面視において交互に（互い違いになる位置に）配置している。又、カップリングレンズ１２_１〜１２_１２とカップリングレンズ３２_１〜３２_１２とを平面視において交互に（互い違いになる位置に）配置している。

このように、光源１１_１〜１１_１２と光源３１_１〜３１_１２とを平面視において交互に（互い違いになる位置に）配置することにより、光源１１_１〜１１_１２と光源３１_１〜３１_１２との互いの熱干渉を更に押さえることができる。

なお、図４及び図５では、第１系統の光源部と第２系統の光源部とを２段に配置したが、３つ以上の系統の光源部を３段以上に配置してもよい。又、各系統に含まれる光源及びカップリングレンズの数は必ずしも同数である必要はなく、系統ごとに光源及びカップリングレンズの数が異なっても構わない。

このように、第１の実施の形態の変形例２では、第１の実施の形態と同様の効果を奏するが、更に、以下の効果を奏する。すなわち、複数系統の光源部を複数段に配置し、各出射光を合成することにより、第１の実施の形態よりも、更に大きな光量を確保できる。

〈第１の実施の形態の変形例３〉
第１の実施の形態の変形例３では、反射部の各反射面で反射された各出射光を直接ロッドインテグレータに導く例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例３において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。

図６は、第１の実施の形態の変形例３に係る画像投射装置を例示する模式図である。図６を参照するに、画像投射装置４０は、反射プリズム１６が削除されている点が画像投射装置１０（図１及び図２参照）と相違する。

このように、反射プリズム１６を設けずに、反射部１４の各反射面で反射された各出射光を直接ロッドインテグレータ１７に導いてもよい。このような構成としても、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。

〈第１の実施の形態の変形例４〉
第１の実施の形態の変形例４では、複数系統の光源部を対向するように配置する例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例４において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。

図７は、第１の実施の形態の変形例４に係る画像投射装置を例示する模式図（その１）である。図７を参照するに、画像投射装置５０において、２組の光源１１_１〜１１_１２、カップリングレンズ１２_１〜１２_１２、支持体１３、反射部１４、及び放熱部材１５が、放熱部材１５を外側に向けた状態で対向するように配置されている。各組の反射部１４の各反射面で反射された各出射光は、それぞれに設けられた反射プリズム１６に入射し、反射プリズム１６で光路を変換されロッドインテグレータ１７に入射する。そして、第１の実施の形態と同様に、リレーレンズ１８、画像形成パネル１９、及び投射レンズ２０を経由して外部スクリーン（図示せず）に投射される。

又、図８に示すようにしてもよい。図８は、第１の実施の形態の変形例４に係る画像投射装置を例示する模式図（その２）であり、投射レンズ２０の光軸を含み２つの反射部１４を通る断面図である。図８を参照するに、画像投射装置５０Ａは、ダイクロイックプリズム５６を用いて色合成を行なうようにした点が画像投射装置５０（図７参照）と相違する。ダイクロイックプリズム５６は、例えば、異なる方向から入射するＲ（レッド）、Ｇグリーン）、Ｂ（ブルー）等の光を1つの方向に合成する光学素子である。

なお、図７や図８において、ロッドインテグレータ１７に入射する各出射光は、ほぼ同一方向になるように揃えられているが、全く同一方向にすると各出射光のロッドインテグレータ１７への採り込みや均一化が難しい場合があるため、各出射光は互いに若干方向をずらしてもよい。

このように、第１の実施の形態の変形例４では、第１の実施の形態と同様の効果を奏するが、更に、以下の効果を奏する。すなわち、複数系統の光源部を対向するように配置し、各出射光を合成することにより、第１の実施の形態よりも、更に大きな光量を確保できる。

〈第１の実施の形態の変形例５〉
第１の実施の形態の変形例５では、テーパロッドインテグレータを用いる例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例５において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。

図９は、第１の実施の形態の変形例５に係る画像投射装置を例示する模式図である。図９を参照するに、画像投射装置６０は、ロッドインテグレータ１７がテーパロッドインテグレータ６７に置換された点が画像投射装置１０（図１及び図２参照）と相違する。なお、テーパロッドインテグレータ６７は、本発明に係る光量均一化手段の代表的な一例である。

このように、第１の実施の形態の変形例５では、第１の実施の形態と同様の効果を奏するが、更に、以下の効果を奏する。すなわち、テーパロッドインテグレータを用いることにより、各出射光のロッドインテグレータへの採り込みや攪拌性を増すことができる。

〈第１の実施の形態の変形例６〉
第１の実施の形態の変形例６では、各出射光の干渉により生じるスペックル（斑点模様）を低減する例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例６において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。

図１０は、第１の実施の形態の変形例６に係る画像投射装置を例示する模式図（その１）である。図１０を参照するに、画像投射装置７０は、拡散板７１及びモータ７２が追加された点が画像投射装置１０（図１及び図２参照）と相違する。

拡散板７１は、例えば円板状であり、その中心部をモータ７２に軸支されて回転駆動される。拡散板７１は、外周側が反射部１４から反射プリズム１６に進行する各出射光と略直交するように配置されている。拡散板７１としては、例えば、摺りガラス、オパールガラス、回折光学素子、ホログラム素子等を用いることができる。なお、拡散板７１及びモータ７２は、本発明に係る拡散手段の代表的な一例である。

又、図１１に示すようにしてもよい。図１１は、第１の実施の形態の変形例６に係る画像投射装置を例示する模式図（その２）である。図１１を参照するに、画像投射装置７０Ａは、拡散板７１を反射プリズム１６からロッドインテグレータ１７に進行する各出射光と略直交するように配置した点が画像投射装置７０（図１０参照）と相違する。

このように、第１の実施の形態の変形例６では、第１の実施の形態と同様の効果を奏するが、更に、以下の効果を奏する。すなわち、画像投射装置の光路上に、各出射光と略直交するように拡散板を配置して回転させることにより、各出射光が拡散板で拡散されるため、スペックル（斑点模様）を低減することができる。

〈第１の実施の形態の変形例７〉
第１の実施の形態の変形例７では、各出射光の干渉により生じるスペックル（斑点模様）を低減する他の例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例７において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。

図１２は、第１の実施の形態の変形例７に係る画像投射装置を例示する模式図である。図１２を参照するに、画像投射装置８０は、反射部駆動手段８１が追加された点が画像投射装置１０（図１及び図２参照）と相違する。

反射部駆動手段８１は、反射部１４を回転又は振動（揺動）させるための駆動部である。反射部駆動手段８１は、反射部１４を支持体１３の平板１３ａに略垂直な軸に対して回転させる機能を有する。又は、反射部駆動手段８１は、反射部１４を支持体１３の平板１３ａに略平行な方向に振動（揺動）させる機能を有する。反射部駆動手段８１は、モータ、ギア、カム等を用いた周知の手段で実現できる。なお、反射部１４及び反射部駆動手段８１は、本発明に係る拡散手段の代表的な一例である。

なお、微小な振動や揺同の場合は特に光学部品の追加は不要であるが、大きく動かす場合（例えば、数ｍｍ程度変位させる場合）や回転させる場合は、光量を確保するために、反射部１４と反射プリズム１６との間の光路上に集光レンズを追加する等の措置を講ずることが好ましい。十分な光量がある場合には、反射部１４の動きと光源１１_１〜１１_１２の発光とを同期させることにより、光学部品の追加は不要となる。

このように、第１の実施の形態の変形例７では、第１の実施の形態と同様の効果を奏するが、更に、以下の効果を奏する。すなわち、反射部を回転又は振動（揺動）させることにより、各出射光が反射部で拡散されるため、スペックル（斑点模様）を低減することができる。又、拡散板等のスペックル対策専用部品の設置を回避できる。

〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、光軸を支持体の厚さ方向に向けて複数の光源を配置する例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。

図１３は、第２の実施の形態に係る画像投射装置を例示する斜視図である。図１４は、第２の実施の形態に係る画像投射装置を例示する斜視断面図である。図１５は、第２の実施の形態に係る画像投射装置を例示する断面図である。図１６は、第２の実施の形態に係る画像投射装置を例示する部分平面図（その１）であり、放熱部材９６及び軸流ファン９７がない状態の平面図である。図１７は、第２の実施の形態に係る画像投射装置を例示する部分平面図（その２）であり、軸流ファン９７がない状態の平面図である。なお、図１４は放熱部材９６のフィン９６ｃの長手方向の中心で切った断面を示しており、図１４は隣接するフィン９６ｃの間で切った断面を示している。

図１３〜図１７を参照するに、画像投射装置９０は、複数の光源１１_１〜１１_２４と、複数のカップリングレンズ１２_１〜１２_２４（一部のみ図示）と、支持体９３と、反射ミラー９４と、反射ミラー９５と、放熱部材９６と、軸流ファン９７と、ロッドインテグレータ１７と、リレーレンズ１８と、画像形成パネル１９と、投射レンズ２０とを有する。

ロッドインテグレータ１７以降の光学系は、第１の実施の形態と同様であるため、図１３〜図１７においては、図示を省略している。なお、複数の光源１１_１〜１１_２４、複数のカップリングレンズ１２_１〜１２_２４、及び反射部９３ｃは、本発明に係る光源装置の代表的な一例である。

光源１１_１〜１１_２４は、例えば、それぞれ半導体レーザ等のレーザである。光源１１_１〜１１_２４の各出射光の色は、それぞれ異なっていても構わない。カップリングレンズ１２_１〜１２_２４は、例えば、それぞれガラスやプラスチックから形成された凸レンズである。なお、以降、光源１１_１〜１１_２４及びカップリングレンズ１２_１〜１２_２４を第１系統の光源部と称する場合がある。

支持体９３は、例えば、平面形状が略円形の平板９３ａと、複数の貫通孔９３ｂと、反射部９３ｃと、傾斜部９３ｄとを有する。支持体９３は、例えば、アルミニウム、マグネシウム等の金属やモールド樹脂等から形成されている。平板９３ａの外縁部には、平板９３ａを厚さ方向に貫通する複数の貫通孔９３ｂが、略等間隔で平面視略円周状に設けられている。

各貫通孔９３ｂには、光源１１_１〜１１_２４及びカップリングレンズ１２_１〜１２_２４のうち、一組の光源とカップリングレンズが、光軸（出射方向）を支持体９３の厚さ方向（複数の貫通孔９３ｂが形成する円の中心軸９３ｘと略平行な方向）に向けて挿入され固定されている。光源１１_１〜１１_２４のうち、隣接する光源の間隔は支持体９３の大きさを選択することにより任意に決定できるが、例えば、１０〜１５ｍｍ程度とすることができる。

各貫通孔９３ｂの一端側（光が出射される側）には、それぞれ反射ミラー９４が設けられている。つまり、１つの光源に対して、１つの反射ミラー９４が設けられている。反射ミラー９４は、例えば、支持体９３の一方の面の外縁部に形成された傾斜部９３ｄに接着や板ばね等により固定されている。各反射ミラー９４の光源１１_１〜１１_２４の光軸に対する傾斜角度は、例えば、４５度とすることができる。反射ミラー９４は、例えば、ガラスから形成されており、例えば、各反射面にはアルミニウム膜が蒸着されている。

平板９３ａの一方の面（図１５では下面）の略中心部には、光源の個数分の反射面を錐体状に配した反射部９３ｃが設けられている。換言すれば、反射部９３ｃの各反射面は、光源１１_１〜１１_２４からの各出射光がそれぞれカップリングレンズ１２_１〜１２_２４及び各ミラー２４を経由して入射する位置に設けられている。反射部９３ｃの各反射面の光源１１_１〜１１_２４の光軸に対する傾斜角度は、例えば、３０度とすることができる。

反射部９３ｃは、例えば、平板９３ａの一方の面の略中心部に設けられた傾斜面に反射ミラー９４と同様な部材を接着や板ばね等により固定することにより形成できる。又は、支持体９３が金属である場合には、平板９３ａの一方の面の略中心部に設けられた傾斜面を鏡面に仕上げることにより、反射部９３ｃを形成してもよい。

光源１１_１〜１１_２４から出射された各出射光は、それぞれ対応するカップリングレンズ１２_１〜１２_２４を通過して、略平行で若干集光気味のビームとされる。カップリングレンズ１２_１〜１２_２４を通過した各出射光は、各反射ミラー９４で反射されて略９０度光路を変換され、円の中心方向（中心軸９３ｘの方向）に向かい、反射部９３ｃの各反射面に入射する。

そして、反射部９３ｃの各反射面で反射された光は、中心軸９３ｘに対して若干の傾きを持つように反射されて反射ミラー９５に入射する（反射ミラー９５に代えて反射プリズムを用いても構わない）。反射ミラー９５は、反射ミラー９４と同様な部材により形成することができる。反射部９３ｃの各反射面の角度は、反射ミラー９５の反射光が、ロッドインテグレータ１７の入射部で一箇所に集まるように設定されている。

反射ミラー９５は、反射部９３ｃの各反射面で反射された各光全体を水平方向に導いて画像投射装置９０の薄型化に寄与する。但し、画像投射装置が厚くても良い場合は、第１の実施の形態の変形例３と同様に、反射ミラー９５を設けなくても良い。なお、ロッドインテグレータ１７以降の光路については、第１の実施の形態と同様であるため、その説明は省略する。

支持体９３の平板９３ａの他方の面（反射部９３ｃが形成されていない側）には、放熱部材９６が設けられ、放熱部材９６上には軸流ファン９７が設けられている。但し、放熱部材９６及び軸流ファン９７は必要に応じて設ければよい。なお、軸流ファン９７の回転する羽根部は図示が省略されている。

放熱部材９６は、平坦面９６ａと、ガイド面９６ｂと、複数のフィン９６ｃとを有する平面形状（外形）が略円形の部材である。放熱部材９６の材料としては、例えば、熱伝導率に優れた銅やアルミニウム等を用いることができる。軸流ファン９７の中央部には通風口がないので、放熱部材９６もそれに対応する形状とされている。つまり、放熱部材９６の中央部には平面形状が略円形の平坦面９６ａが形成されており、平坦面９６ａに軸流ファン９７の中央部が固定されている。

平坦面９６ａの周辺部は、放熱部材９６の外周方向に向かって下り傾斜し、ガイド面９６ｂを形成している。ガイド面９６ｂは、軸流ファン９７からの風を外周方向に導く機能を有する。なお、本実施の形態では、ガイド面９６ｂの断面形状は曲線であるが、ガイド面９６ｂの断面形状が直線であっても同様の効果を奏する。つまり、ガイド面９６ｂは円錐面であってもよい。

ガイド面９６ｂの内周側を除く部分には、複数のフィン９６ｃが略等間隔で放射状に立設されている。フィン９６ｃは、平面視において、各光源を横切る位置に配置されているものと、各光源間に配置されているものとが交互に並んでいる。各光源を横切る位置に配置されているフィン９６ｃについては、各光源と重複する部分に開口部が設けられている。なお、各フィン９６ｃの支持体９３と反対側の端面は、平坦面９６ａと略面一とされている。

なお、図１７に示すように、フィン９６ｃは完全な放射状に配置されているが、これには限定されない。例えば、フィン９６ｃを図１７の平面内で図１７の状態に対して傾け、斜め放射状に配置してもよい。又、各フィン９６ｃの平面形状は直線状とされているが、各フィン９６ｃの平面形状を曲線状としてもよい。要するに、軸流ファン９７からの風の流れに合わせた最適化を行なえばよい。

このように、第２の実施の形態に係る画像投射装置によれば、レーザ及び前記レーザに対応して配置されるカップリングレンズを、各光軸（出射方向）を支持体の厚さ方向（光源等が配置された円環の中心軸と略平行な方向）に向けて、複数組円周状に配置している。そのため、第１の実施の形態の効果に加えて、更に以下の効果を奏する。

すなわち、第１の実施の形態の場合には、支持体を型で作製する場合、抜き方向が多方向に渡るため一発成形が困難である。これに対して、第２の実施の形態の場合には、支持体を型で作製する場合、抜き方向が一方向となるため一発成形が容易となり、支持体の加工コストを低減できる。

又、風の流れに逆らわない形状のガイド面とフィンを有する放熱部材を支持体上に配置することにより、極めて効率のよい冷却を達成できる。

なお、本願において、支持体の厚さ方向とは、支持体の放熱部材と接する面に対して完全に垂直な方向のみを指すものではない。本願の所定の効果を損なわない範囲内で、前記完全に垂直な方向に対して傾いている方向も、支持体の厚さ方向に含むものとする。

〈第２の実施の形態の変形例１〉
第２の実施の形態の変形例１では、複数系統の光源部を同心円状に配置する例を示す。なお、第２の実施の形態の変形例１において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。

図１８は、第２の実施の形態の変形例１に係る画像投射装置を例示する断面図である。図１９は、第２の実施の形態の変形例１に係る画像投射装置を例示する部分平面図であり、放熱部材１０６及び軸流ファン１０７がない状態の平面図である。

図１８及び図１９を参照するに、画像投射装置１００は、複数の光源１１_１〜１１_２４と、複数のカップリングレンズ１２_１〜１２_２４（一部のみ図示）と、支持体１０３と、反射ミラー１０４と、反射ミラー９５と、放熱部材１０６と、軸流ファン１０７と、ロッドインテグレータ１７と、リレーレンズ１８と、画像形成パネル１９と、投射レンズ２０とを有する。

ロッドインテグレータ１７以降の光学系は、第１の実施の形態と同様であるため、図１８及び図１９においては、図示を省略している。なお、複数の光源１１_１〜１１_２４、複数のカップリングレンズ１２_１〜１２_２４、及び反射部１０３ｃは、本発明に係る光源装置の代表的な一例である。

第２の実施の形態の変形例１では、支持体１０３に光源１１_１〜１１_１６及びカップリングレンズ１２_１〜１２_１６からなる第１系統の光源部と、光源１１_１７〜１１_２４及びカップリングレンズ１２_１７〜１２_２４からなる第２系統の光源部を平面視において同心円状に設けている。光源１１_１〜１１_１６及びカップリングレンズ１２_１〜１２_１６が中心軸１０３ｘを中心とする外側の円環（外円）を構成し、光源１１_１７〜１１_２４及びカップリングレンズ１２_１７〜１２_２４が中心軸１０３ｘを中心とする内側の円環（内円）を構成している。

支持体１０３は、支持体９３と同様に、例えば、平面形状が略円形の平板１０３ａと、複数の貫通孔１０３ｂと、反射部１０３ｃと、傾斜部１０３ｄとを有する。平板１０３ａ、貫通孔１０３ｂ、反射部１０３ｃ、及び傾斜部１０３ｄについて、平板９３ａ、貫通孔９３ｂ、反射部９３ｃ、及び傾斜部９３ｄと同様に機能する部分の説明は省略し、以下に相違点のみ説明する。

貫通孔１０３ｂ、反射部１０３ｃ、及び反射ミラー１０４は、それぞれ光源の配置に対応して平面視において同心円状に２重に設けられている。画像投射装置１００では、画像投射装置９０と同数の光源を平面視において同心円状に設けているため、支持体１０３は支持体９３よりも平面視において小径とされている。

支持体１０３の平板１０３ａの他方の面（反射部１０３ｃが形成されていない側）には、放熱部材１０６が設けられ、放熱部材１０６上には軸流ファン１０７が設けられている。但し、放熱部材１０６及び軸流ファン１０７は必要に応じて設ければよい。なお、軸流ファン１０７の回転する羽根部は図示が省略されている。

放熱部材１０６は、放熱部材９６と同様に、平坦面１０６ａと、ガイド面１０６ｂと、複数のフィン１０６ｃとを有する平面形状（外形）が略円形の部材である。放熱部材１０６は、支持体１０３に対応して、放熱部材９６よりも平面視において小径とされている点を除き、放熱部材９６と同様に構成されている。軸流ファン１０７は、支持体１０３に対応して、軸流ファン９７よりも平面視において小径とされている点を除き、軸流ファン９７と同様に構成されている。

なお、内円と外円で光源数を同じにすれば反射ミラー１０３ｃを共通化できる。又、内円部の光源と外円部の光源の配置を千鳥状にすれば、内円の径と外円の径の差を小さくでき好適である。又、図１８の例では、内円部の光源と外円部の光源を同一平面に配しているが、各光源の光路長を一定化するため、内円部の光源と外円部の光源を段差を有するように配してもよい。

このように、第２の実施の形態の変形例１に係る画像投射装置によれば、複数系統の光源部を同心円状に配置している。そのため、第２の実施の形態の効果に加えて、更に以下の効果を奏する。

すなわち、同数の光源等を配置する場合には、第２の実施の形態の場合よりも支持体を小径とすることが可能となり、光源装置及び画像投射装置を小型化できる。

〈第２の実施の形態の変形例２〉
第２の実施の形態の変形例２では、第２の実施の形態とは異なる放熱部材及びファンを用いる例を示す。なお、第２の実施の形態の変形例２において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。

図２０は、第２の実施の形態の変形例２に係る画像投射装置を例示する部分平面図であり、放熱部材１１６及びシロッコファン１１７がない状態の平面図である。図２１は、第２の実施の形態の変形例２に係る画像投射装置を例示する平面図（その１）である。

図２０及び図２１を参照するに、画像投射装置１１０において、支持体１１３は、図１６等に示す支持体９３の一部を扇状に切り欠いた形状を有する。光源やカップリングレンズ等は、支持体１１３が存在する部分のみに円周状（円周状の一部）に配置されている。換言すれば、図１６に示す光源１１_４〜１１_１０及びそれらに対応するカップリングレンズや反射ミラーは配置されていない。

放熱部材１１６は、支持体１１３上に配置されている。放熱部材１１６において、一部を扇状に切り欠いた円板１１６ａの一部に、略同心円状の流路１１６ｂ、１１６ｃ、１１６ｄ、及び１１６ｅが設けられている。流路の数や各流路の幅等は任意に決定することができる。なお、図示は省略されているが、円板１１６ａの上部には、例えば円板１１６ａと同形状の蓋が設けられており、流路１１６ｂ、１１６ｃ、１１６ｄ、及び１１６ｅはトンネル状の流路となっている。

シロッコファン１１７は、トンネル状の流路１１６ｂ、１１６ｃ、１１６ｄ、及び１１６ｅの一端側に設けられている。シロッコファン１１７から送り込まれた空気は、各光源の発する熱を奪いながら流路１１６ｂ、１１６ｃ、１１６ｄ、及び１１６ｅに沿って流れ、流路１１６ｂ、１１６ｃ、１１６ｄ、１１６ｅの他端側から外部に放出される。

なお、図２１に示す放熱部材１１６を図２２に示す放熱部材１２６に置換してもよい。放熱部材１２６において、一部を扇状に切り欠いた円板１２６ａの一部に、略同心円状の流路１２６ｂ、１２６ｃ、及び１２６ｄが設けられ、円板１２６ａの半径方向に複数箇所設けられた流路１２６ｅにより互いに連通している。シロッコファン１１７からの風の流れを良くするために、流路１２６ｂ及び１２６ｃを同心円から若干ずれて形成しても良い。流路の数や各流路の幅等は任意に決定することができる。

なお、図示は省略されているが、円板１２６ａの上部には、例えば円板１２６ａと同形状の蓋が設けられており、流路１２６ｂ、１２６ｃ、１２６ｄ、及び１２６ｅはトンネル状の流路となっている。

このように、支持体上に配置される放熱部材及びファンの形状や種類は、任意に決定することができる。又、放熱部材の形状に合わせて支持体の形状を変更することも可能である。

以上、好ましい実施の形態及びその変形例について詳説したが、上述した実施の形態及びその変形例に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態及びその変形例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、各実施の形態及びその変形例において、ロッドインテグレータより後段は透過型パネルを用いた光学系が示してあるが、ロッドインテグレータより後段は透過型パネルを用いた光学系には限定されず、プロジェクタにおいて用いられている種々の光学系に置換することができる。

又、各実施の形態及びその変形例において、光源の数、カップリングレンズでの平行化の程度、反射部での同方向化の程度、各光学素子間の距離、ロッドインテグレータのサイズや角度等は、適宜設定することができる。

又、第２の実施の形態及びその変形例１、２について、第１の実施の形態の各変形例と同様に変形することができる。

１０、２０、３０、３０Ａ、４０、５０、５０Ａ、６０、７０、７０Ａ、８０、９０、１００、１１０ 画像投射装置
１１_１〜１１_２４、３１_１〜３１_１２ 光源
１２_１〜１２_２４、３２_１〜３２_１２ カップリングレンズ
１３、２３、９３、１０３、１１３ 支持体
１３ａ、２３ａ、９３ａ、１０３ａ 平板
１３ｂ、２３ｂ 側壁
１４、９３ｃ、１０３ｃ 反射部
１５、９６、１０６、１１６、１２６ 放熱部材
１６ 反射プリズム
１７ ロッドインテグレータ
１８ リレーレンズ
１９ 画像形成パネル
２０ 投射レンズ
３３ 集光レンズ
５６ ダイクロイックプリズム
６７ テーパロッドインテグレータ
７１ 拡散板
７２ モータ
８１ 反射部駆動手段
９３ｂ、１０３ｂ 貫通孔
９３ｄ、１０３ｄ 傾斜部
９３ｘ、１０３ｘ 中心軸
９４、９５ 反射ミラー
９６ａ、１０６ａ 平坦面
９６ｂ、１０６ｂ ガイド面
９６ｃ、１０６ｃ フィン
９７、１０７ 軸流ファン
１１６ａ、１２６ａ 円板
１１６ｂ、１１６ｃ、１１６ｄ、１１６ｅ、１２６ｂ、１２６ｃ、１２６ｄ、１２６ｅ 流路
１１７ シロッコファン

特許第４０５５８０９号 特許第４４７７５７１号

Claims (7)

1. １以上の光源を備える第一の光源部及び第二の光源部と、
   前記第一の光源部による光を反射する第一の反射部と、
   前記第二の光源部による光を反射する第二の反射部と、
   前記第一の反射部で反射された光及び前記第二の反射部で反射された光を合成する合成部と、
   前記合成部で合成された光を投射する投射レンズと、を有する画像投射装置であって、
   前記第一の光源部が備える光源からの光を前記第一の反射部に向けて集光するレンズをさらに有し、
   前記第一の光源部は、前記投射レンズの光軸を含み前記第一の反射部を通る平面に対して一方の側に位置して該一方の側から前記平面に向かうように光を出射させる光源を少なくとも１つ備え、
   前記第二の光源部は、前記平面に対して他方の側に位置して該他方の側から前記平面に向かうように光を出射させる光源を少なくとも１つ備えることを特徴とする画像投射装置。
2. 前記第一の反射部及び前記第二の反射部は、前記投射レンズの光軸を挟むように配置されていることを特徴とする請求項１記載の画像投射装置。
3. 前記合成部は、前記第一の反射部で反射された光及び前記第二の反射部で反射された光のみを合成することを特徴とする請求項１又は２記載の画像投射装置。
4. 前記合成部は、レッド、グリーン、及びブルーの３つの異なる色成分の光を合成することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項記載の画像投射装置。
5. 前記第一の光源部を冷却するヒートシンクを更に有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項記載の画像投射装置。
6. 前記第一の光源部が備える光源は、アルミニウム製の支持体に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項記載の画像投射装置。
7. 前記合成部により合成された光の光量を均一化させる光量均一化手段を有することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項記載の画像投射装置。

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