JP5794405B1 - 画像投射装置 - Google Patents
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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。
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111〜1112及びカップリングレンズ121〜1212を実線で示している。
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111〜1112及びカップリングレンズ121〜1212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111〜1112と、複数のカップリングレンズ121〜1212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111〜1112、複数のカップリングレンズ121〜1212、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111〜1112は、例えば、それぞれ半導体レーザ等のレーザである。光源111〜1112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121〜1212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111〜1112及びカップリングレンズ121〜1212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111〜1112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111〜1112に対応するカップリングレンズ121〜1212が略等間隔で略円周状に配置されている。光源111〜1112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111〜1112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111〜1112からの各出射光がそれぞれカップリングレンズ121〜1212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111〜1112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121〜1212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121〜1212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。
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111〜1112及びカップリングレンズ121〜1212は、光源111〜1112から出射されカップリングレンズ121〜1212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111〜1112及びカップリングレンズ121〜1212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111〜1112から出射されカップリングレンズ121〜1212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。
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111〜1112及びカップリングレンズ121〜1212からなる第1系統の光源部と、光源311〜3112及びカップリングレンズ321〜3212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111〜1112、311〜3112、複数のカップリングレンズ121〜1212、321〜3212、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311〜3112は、例えば、それぞれ半導体レーザ等のレーザである。光源311〜3112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321〜3212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311〜3112は、光源111〜1112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321〜3212は、カップリングレンズ121〜1212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111〜1112及びカップリングレンズ121〜1212は、光源111〜1112から出射されカップリングレンズ121〜1212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311〜3112及びカップリングレンズ321〜3212は、光源311〜3112から出射されカップリングレンズ321〜3212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111〜1112から出射されカップリングレンズ121〜1212を経由した各出射光、及び光源311〜3112から出射されカップリングレンズ321〜3212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111〜1112及び光源311〜3112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111〜1112と光源311〜3112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121〜1212とカップリングレンズ321〜3212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111〜1112及びカップリングレンズ121〜1212、並びに光源311〜3112及びカップリングレンズ321〜3212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111〜1112と光源311〜3112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121〜1212とカップリングレンズ321〜3212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111〜1112と光源311〜3112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111〜1112と光源311〜3112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。
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。
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111〜1112、カップリングレンズ121〜1212、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。
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。
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。
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111〜1112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。
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111〜1124と、複数のカップリングレンズ121〜1224(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111〜1124、複数のカップリングレンズ121〜1224、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111〜1124は、例えば、それぞれ半導体レーザ等のレーザである。光源111〜1124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121〜1224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111〜1124及びカップリングレンズ121〜1224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111〜1124及びカップリングレンズ121〜1224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111〜1124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111〜1124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111〜1124からの各出射光がそれぞれカップリングレンズ121〜1224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111〜1124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111〜1124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121〜1224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121〜1224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。
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111〜1124と、複数のカップリングレンズ121〜1224(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111〜1124、複数のカップリングレンズ121〜1224、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111〜1116及びカップリングレンズ121〜1216からなる第1系統の光源部と、光源1117〜1124及びカップリングレンズ1217〜1224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111〜1116及びカップリングレンズ121〜1216が中心軸103xを中心とする外側の円環(外円)を構成し、光源1117〜1124及びカップリングレンズ1217〜1224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。
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114〜1110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
111〜1124、311〜3112 光源
121〜1224、321〜3212 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
111〜1124、311〜3112 光源
121〜1224、321〜3212 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
Claims (7)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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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