特開 2015-60137 光学モジュールおよび投写型画像表示装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-60137(P2015-60137A)

(43)【公開日】2015年3月30日

(54)【発明の名称】光学モジュールおよび投写型画像表示装置

(51)【国際特許分類】

   G03B 21/16 20060101AFI20150303BHJP

   H04N 9/31 20060101ALI20150303BHJP

   H01L 33/00 20100101ALI20150303BHJP

   F21S 2/00 20060101ALI20150303BHJP

   F21V 29/00 20150101ALI20150303BHJP

   F21Y 101/02 20060101ALN20150303BHJP

【ＦＩ】

   G03B21/16

   H04N9/31 Z

   H01L33/00 L

   F21S2/00 373

   F21V29/00 110

   F21V29/00 510

   F21Y101:02

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-194804(P2013-194804)

(22)【出願日】2013年9月20日

(71)【出願人】

【識別番号】000153535

【氏名又は名称】株式会社日立メディアエレクトロニクス

(74)【代理人】

【識別番号】100100310

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 学

(74)【代理人】

【識別番号】100098660

【弁理士】

【氏名又は名称】戸田 裕二

(74)【代理人】

【識別番号】100091720

【弁理士】

【氏名又は名称】岩崎 重美

(72)【発明者】

【氏名】越智 学

(72)【発明者】

【氏名】加藤 盛一

(72)【発明者】

【氏名】田中 哲平

【テーマコード（参考）】

2K103

3K014

3K243

5C060

5F142

【Ｆターム（参考）】

2K103AA01

2K103AB10

2K103BA02

2K103BA11

2K103CA06

2K103CA13

2K103DA02

3K014AA01

3K014LA01

3K014LB02

3K243AA01

3K243CC04

5C060GA01

5C060HD00

5C060HD07

5C060JA00

5F142AA42

5F142AA56

5F142CB13

5F142CG01

5F142DB32

5F142DB34

5F142DB40

5F142DB42

5F142DB44

5F142DB60

5F142EA31

5F142GA11

(57)【要約】

【課題】装置の大型化を伴うことなく、効率的に赤色光源の温度上昇を低減できる光学モジュールおよび投写型画像表示装置を提供する。
【解決手段】異なる色の光を出射する複数の光源と、前記複数の光源のうち赤色の光を出射する第一の光源が配置された第一の保持体面と、前記第一の保持体面の側面に位置し、前記第一の保持体面より面積の狭い第二の保持体面と、を有する保持体と、を備え、前記第一の光源の発光面とは反対の背面は、前記保持体が搭載される外装筐体と直接または間接的に接触することを特徴とする。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

異なる色の光を出射する複数の光源と、
前記複数の光源のうち赤色の光を出射する第一の光源が配置された第一の保持体面と、前記第一の保持体面の側面に位置し、前記第一の保持体面より面積の狭い第二の保持体面と、を含む保持体と、を備え、
前記第一の光源の発光面とは反対の面は、前記保持体が搭載される外装筐体と直接または間接的に接触する光学モジュール。

【請求項2】

請求項１において、
前記第二の保持体面には、前記複数の光源のうち赤色とは異なる色を出射する第二の光源が備えられ、前記第二の光源と前記外装筐体の間には空隙が設けられることを特徴とする光学モジュール。

【請求項3】

請求項２において、
前記第一の光源と、前記第二の光源とは、それぞれの光源の外形の長辺同士が隣接するように配置されることを特徴とする光学モジュール。

【請求項4】

請求項３において、
前記第一の光源の光軸上に配置された第一のコリメートレンズと、前記第二の光源の光軸上に配置された第二のコリメートレンズと、を有し、
前記第一のコリメートレンズと、前記第二のコリメートレンズとは、それぞれのコリメートレンズの外形の長辺同士が隣接するように配置されることを特徴とする光学モジュール。

【請求項5】

請求項１において、
前記複数の光源から出射された光を外部へ投影する投写光学系を有し、前記投写光学系は前記第一の保持体面に設けられること特徴とする光モジュール。

【請求項6】

請求項１において、
前記第一の光源は、少なくとも赤色の光を出射する発光ダイオードと、青色の光を出射する発光ダイオードとを含んで構成されることを特徴とする光モジュール。

【請求項7】

異なる色の光を出射する複数の光源と、前記複数の光源が配置される保持体と、を備える光学モジュールと、
前記光学モジュールを搭載する外装筐体と、を備え、
前記外装筐体は、第一の外装筐体面と、前記第一の外装筐体面の側面に位置し前記第一の外装筐体面より面積の狭い第二の外装筐体面と、を有し、
前記複数の光源のうち赤色の光を出射する第一の光源は、前記第一の外装筐体面と対向する前記保持体の保持体面に配置され、
前記第一の光源の発光面とは反対の面と、前記第一の外装筐体面とは、直接または間接的に接触する投写型画像表示装置。

【請求項8】

請求項７において、
前記外装筐体は、前記光学モジュールから投写された光を外部へ投影するための投写口を前記第一の外装筐体面に備えることを特徴とする投写型画像表示装置。

【請求項9】

請求項７において、
前記複数の光源のうち赤色とは異なる色を出射する第二の光源は、前記第一の光源が配置された前記保持体面の側面に位置する第二の保持対面に配置され、
前記第二の光源と前記外装筐体の間には空隙が設けられることを特徴とする投写型画像表示装置。

【請求項10】

請求項７において、
前記外装筐体面と前記第一の光源との間に、前記外装筐体よりも熱伝導率が高い板状部材を備え、前記第一の光源の前記背面と前記第一の外装筐体面とは、前記板状部材を介して接触することを特徴とする投写型画像表示装置。

【請求項11】

請求項７において、
前記板状部材と前記第一の光源との間、または、前記板状部材と前記外装筐体との間にさらに弾性体を備え、前記第一の光源の前記背面と前記第一の外装筐体面とは、前記弾性体および前記板状部材を介して接触することを特徴とする投写型画像表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発光ダイオードなどの発光素子を用いた光学モジュールおよび投写型画像表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

投写型画像表示装置の中で、モバイル用途の小型機種市場は成長率が高い。小型機種では、従来のランプ光源に代わり発光ダイオードが光源として用いられる。発光ダイオードはランプよりも長寿命、省電力であるといった利点がある。その一方で、発光ダイオード、特に、赤色の発光ダイオードは、温度上昇による光量の低下が顕著であるという特徴がある。

【0003】

この特徴は、赤色、緑色、青色の３色の光を混光して画像を描画する投写型画像表示装置において、使用時間とともに赤色の光源の温度が上昇して光量が低下すると、赤色の光量に合わせて緑色と青色の光量を下げざるを得ないため、長時間にわたって明るい映像を維持できなくなるなどの問題を生じさせる。したがって、明るい映像を実現するためには、赤色の光源の温度上昇を低減して、光量の低下を抑えることが重要である。

【0004】

この改善策として、ファンを用いて排熱する方法が開示されている（特許文献1）。特許文献１では、各色のレーザ光源装置の温度特性および発熱量を考慮して放熱部材であるフィンを配置して冷却風路を形成し、発光ダイオードの温度上昇を防ぐことが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１２−２４７７２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載の技術では、発光ダイオードの冷却の大部分を冷却風による放熱に依存するため、ファンを組み込む必要があり装置が大型化してしまうという課題があった。

【0007】

本発明が解決しようとする課題は、装置の大型化を伴うことなく、効率的に赤色光源の温度上昇を低減できる光学モジュールおよび投写型画像表示装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明は、異なる色の光を出射する複数の光源と、前記複数の光源のうち赤色の光を出射する第一の光源が配置された第一の保持体面と、前記第一の保持体面の側面に位置し、前記第一の保持体面より面積の狭い第二の保持体面と、を有する保持体と、を備え前記第一の光源の発光面とは反対の背面は、前記保持体が搭載される外装筐体と直接または間接的に接触する光モジュールを有する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、装置の大型化を伴うことなく、効率的に赤色光源の温度上昇を低減することができる。これによって、赤色の光源の光量低下を抑えることできるため、長時間にわたって明るい映像を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施例１の投写型画像表示装置の概略の構成を示した分解斜視図である。

【図2】実施例１の投写型画像表示装置において光源の配置と外装筐体との位置関係を示した断面図である。

【図3】実施例１の投写型画像表示装置において光源の配置と外装筐体との位置関係を示した断面図である。

【図4】実施例２の投写型画像表示装置において光源の配置と板状部材および外装筐体との位置関係を示した断面図である。

【図5】実施例３の投写型画像表示装置においてコリメートレンズの配置を示した断面図である。

【図6】実施例３の投写型画像表示装置においてコリメートレンズの配置を示した断面図である。

【図7】実施例４の投写型画像表示装置において光源と投写光学系の配置を示した断面図である。

【図8】実施例４の投写型画像表示装置において小型化の効果を示した断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を用いて実施例の説明を行なう。

【実施例1】

【0012】

本実施例では、赤色の光源の温度上昇を低減し、長時間にわたって明るい映像を維持するという目的を、装置の大型化や消費電力の増加を伴わずに実現した光学モジュール８１およびそれを用いた投写型画像表示装置１０１の例を説明する。本発明の主体は光学モジュール８１内の光源１１、光源１２の配置と、外装筐体９１との位置関係にあるので、機構系、電気系の説明は省略する。 図１は、実施例１における光学モジュール８１および投写型画像表示装置１０１の概略の構成を示した分解斜視図であって、図２は、図１において投写型画像表示装置１０１の外装筐体９１のみを切断したＡ-Ａ断面図、図３は図１において投写型画像表示装置１０１の外装筐体９１のみを切断したＢ-Ｂ断面図である。図１から図３の中で同一の符号を付された構成は、同一の機能を有する。

【0013】

投写型画像表示装置１０１は、照明光学系と、変調素子５と、投射光学系６とを、１つの保持体７１に実装した光モジュール８１を、外装筐体９１内に備える。

【0014】

照明光学系は、波長の異なる複数の光の光路を合成して変調素子５に結像するもので、第一の光源１１、第二の光源１２、第一のコリメートレンズ２１、第二のコリメートレンズ２２、ダイクロイックミラー３、および、プリズム４が、光源側からこの順に配列されて構成される。

【0015】

第一の光源１１は、赤色の光を出射する発光ダイオードと青色の光を出射する発光ダイオードが１つのパッケージに封止されており、赤色と青色の光を出射する。第二の光源１２は緑色の光を出射する発光ダイオードが封止されており、緑色の光を出射する。第一のコリメートレンズ２１は、第一の光源１１から出射された赤色と青色の光を平行光にし、第二のコリメートレンズ２２は、第二の光源１２から出射された緑色の光を平行光にする。第一のコリメートレンズ２１と第二のコリメートレンズ２２は、それぞれ、単一のレンズで構成してもよいし、複数のレンズで構成してもよい。ダイクロイックミラー３は、第二の光源１２側から入射する緑色の光をミラー表面側に透過し、一方、第一の光源１１側から入射する赤色と青色の光をミラー表面で反射して、３色の光路を合成する。

【0016】

プリズム４は、第一の光源１１と第二の光源１２側から入射する光を透過し、変調素子５で反射されて再入射する光を投写光学系６側へ反射する。

【0017】

変調素子５は第一の光源１１と第二の光源１２から出射された光を変調して画像光を生成する。

【0018】

投写光学系６はその画像光を拡大し、外装筐体９１に設けた投写口９１ｏからスクリーン上に投影する。

【0019】

本実施例は２つの特徴ある構成からなっている。

【0020】

１つ目は、外装筐体９１の中で面積の広い外装筐体面９１ｈと向かい合わせとなる、光学モジュール８１の保持体７１の中の第一の保持体面７１ｈに第一の光源１１を配置して、第一の光源１１の発光面とは反対の背面を外装筐体９１に接触させたことである。このような光源の実装形態を採用することで、第一の光源１１の発熱は、外装筐体９１との接触部から広い外装筐体面９１ｈ内を等方的に広がり、広い外装筐体面９１ｈの面積を活用した外気への熱の放散が可能となる。

【0021】

２つ目は、光学モジュール８１の保持体７１の中で、第一の保持体面７１ｈと直交する、側面７１ｖに第二の光源１２を配置し、第二の光源１２と面積の広い外装筐体面９１ｈの間に空隙を設けたことである。これによって、第二の光源１２から広い外装筐体面９１ｈへの熱流を抑制する効果があり、広い外装筐体面９１ｈを低い温度に保つことができる。

【0022】

なお、第一の光源１１と外装筐体９１とは、直接接触させてもよいし、第一の光源１１と外装筐体１０との間に、密着性を高めるために弾性体を挟んでもよい。

【0023】

以上のように本実施例では、赤色の光源の発熱を広い外装筐体面内へ等方的に広げられるため、外装筐体の表面積を最大限に活用した外気への熱の放散が可能となる。これによって、光源の冷却のために冷却ファンを設ける必要がなくなるため、装置の大型化を防ぐことができる。

【0024】

また、ファンを駆動する電力が不要となり、光量維持のための電力も抑えることができるため、消費電力の増加を伴うことなく赤色の光源の温度上昇を低減できるという利点がある。これにより、長時間にわたって明るい映像を維持できる小型で省電力な投写型画像表示装置を提供できる。

【0025】

また、本実施例では、光源の冷却にファンを必要としないため、プロジェクター専用機ではない、例えば携帯電話にプロジェクター機能を組み込む場合等に有効である。

【実施例2】

【0026】

図４は、実施例２における光学モジュール８２および投写型画像表示装置１０２の投写方向Ｃに対して垂直な平面において外装筐体９２のみを切断した断面図の例である。投写型画像投影装置１０２のうち、既に説明した図２中に同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。

【0027】

実施例２は、２つの特徴ある構成からなっている。

【0028】

１つ目は、外装筐体９２よりも熱伝導率が高い板状部材１０を、面積の広い外装筐体面９２ｈと光学モジュール８２の間に配置して、面積の広い外装筐体面９２ｈの内側で板状部材１０と外装筐体９２を接触させたことである。２つ目は、板状部材１０と向かい合わせとなる光学モジュール８２の保持体面７２ｈに第一の光源１１を配置し、第一の光源１１の発光面とは反対の背面を板状部材１０に接触させたことである。板状部材１０の素材としては、銅などの金属のほか、グラファイトなどを用いてもよい。

【0029】

この構成により、第一の光源１１の発熱は、板状部材１０との接触部から板状部材１０内をより広範囲に広がって、面積の広い外装筐体面９２ｈへ伝えられるので、面積の広い外装筐体面９２ｈの面積を最大限に活用した外気への熱の放散が可能となる。したがって、装置の大型化や消費電力の増加を伴うことなく赤色の光源である第一の光源１１の温度上昇をさらに低減できる。このように、長時間にわたって明るい映像を維持できる小型で省電力な投写型画像表示装置１０２を提供できる。

【0030】

なお、第一の光源１１と板状部材１０とは、直接接触させてもよいし、第一の光源１１と板状部材１０との間に、密着性を高めるために弾性体を挟んでもよい。同様に、外装筐体９２と板状部材１０とは、直接接触させてもよいし、外装筐体９２と板状部材１０との間に、密着性を高めるために弾性体を挟んでもよい。このように弾性体を挟むことによって、第一の光源１１と板状部材１０、あるいは、外装筐体９２と板状部材１０とを密着させることができるため、放熱効率を高めることができる。

【0031】

以上のとおり、本実施例では、第一の光源１１と外装筐体９２との間に、外装筐体９２よりも熱伝導率が高い板状部材１０を配置することによって、第一の光源１１と外装筐体９２を直接接触させるよりも効率的に光源１１の発熱を外装筐体面９２ｈへ拡散することができる。これによって、長時間にわたって明るい映像を維持できる小型で省電力な投写型画像表示装置１０２を提供できる。

【実施例3】

【0032】

本実施例では、赤色の光源である第一の光源の温度上昇を低減しつつ、装置の小型化も行える投写型画像投影装置の例を説明する。

【0033】

図５は、実施例３における投写型画像表示装置１０３の投写方向Ｃに対して垂直な平面において外装筐体９３のみを切断した断面図、図６は第一の光源１１の出射方向Ｄ１に対して垂直な平面において外装筐体９３のみを切断した断面図の例である。投写型画像投影装置１０３のうち、既に説明した図２と図３中に同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。

【0034】

一般に、スクリーン上に投影される画面は、たとえば９：１６、３：４といった縦横比をもつ。変調素子５の画像表示領域であるパネルも、この画面縦横比をもった矩形状である。このように照射範囲が矩形状なので、第一のコリメートレンズ２１は、変調素子５のパネル５１の縦横比に合わせて外形の一部がカットされて、入射面において長辺２１ｌと短辺２１ｓを有する。同様に、第二のコリメートレンズ２２も外形の一部がカットされて長辺２２ｌと短辺２２ｓを有する。

【0035】

これに対して、実施例３は、第一のコリメートレンズの長辺２１ｌと第二のコリメートレンズの長辺２２ｌが隣接するように、第一の光源１１の光軸上に配置された第一のコリメートレンズ２１と、第二の光源１２の光軸上に配置された第二のコリメートレンズ２２とを配置した。この構成によって、第一のコリメートレンズの短辺２１ｓと、第二のコリメートレンズの短辺２２ｓがいずれも光学モジュール８３の側面方向に揃う。また、第一のコリメートレンズ２１及び第二のコリメートレンズ２２と同様に第一の光源１１、第二の光源１２もスクリーン上に投影される画面に合わせて長辺と短辺を有する。本実施例では、第一の光源１１と第二の光源１２の長辺同士も隣接するように配置する。

【0036】

したがって、光学モジュール８３の厚みが薄くなるので、投写型画像投影装置１０３の小型化に役立つ。このように、長時間にわたって明るい映像を維持できる省電力でより小型な投写型画像表示装置１０３を提供できる。

【0037】

以上のとおり本実施例では、長辺，短辺を有する光源およびコリメートレンズを、その長辺同士が隣接するように保持体面７４ｈとその側面の保持体面７４ｖに配置する。これによって、短辺同士が隣接するよう配置するよりも光学モジュール８３の厚みが薄くすることが可能となり、投写型画像表示装置１０３の小型化に寄与することができる。

【実施例4】

【0038】

本実施例では、赤色の光源である第一の光源の温度上昇を低減しつつ、装置をさらに小型化する投写型画像投影装置の例を説明する。

【0039】

図７は第一の光源１１の出射方向Ｄ１と第二の光源１２の出射方向Ｄ２の両方に対して垂直な平面において外装筐体９４のみを切断した断面図、図８は実施例４における投写型画像表示装置１０４の投写方向Ｃに対して垂直な平面において外装筐体９４のみを切断した断面図の例である。投写型画像投影装置１０４のうち、既に説明した図５中に同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。

【0040】

一般に、投写光学系６は複数のレンズ群で構成されるため、厚みがある。また、第一の光源１１は第二の光源１２から出射される光の光路を遮断しないように、第二の光源１２の光軸から所定の間隔をとる必要がある。そのため、投写光学系６と第一の光源１１は光学モジュール８４から突出して保持体７４に取り付けられる。

【0041】

これに対して、実施例４は、投写口９４ｏを、面積の広い外装筐体面９４ｈに設けたことを特徴とする。つまり、投写光学系６と第一の光源１１の両方を、面積の広い外装筐体面９４ｈと向かい合わせとなる光学モジュール８４の保持体面７４ｈに配置した。このように、保持体７４から突出する方向を一方向に限定することにより、光学モジュール８４の外形を図８の紙面上下方向に小さくする効果がある。したがって、投写型画像投影装置１０４をさらに小型化できる。このように、長時間にわたって明るい映像を維持できる省電力でさらに小型の投写型画像表示装置１０４を提供できる。

【0042】

以上のとおり本実施例では、投写光学系６を第一の光源１１と同様に面積の広い外装筐体面９４ｈに配置する。これによって、第一の光源１１の配置に伴う突出と、投写光学系６の配置に伴う突出を、１つの面に集中させることができるため、これらを別々の面に配置するよりも投写型画像表示装置１０４の小型化に寄与することができる。

【0043】

なお、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。

【符号の説明】

【0044】

１１ 第一の光源
１２ 第二の光源
２１ 第一のコリメートレンズ
２２ 第二のコリメートレンズ
２１ｌ 第一のコリメートレンズの長辺
２２ｌ 第二のコリメートレンズの長辺
２１ｓ 第一のコリメートレンズの短辺
２２ｓ 第二のコリメートレンズの短辺
３ ダイクロイックミラー
４ プリズム
５ 変調素子
５１ パネル
６ 投写光学系
７１、７２、７３、７４ 保持体
７１ｈ、７２ｈ、７３ｈ、７４ｈ 広い外装筐体面と向かい合わせとなる保持体面
７１ｖ、７２ｖ、７３ｖ、７４ｖ 保持体の側面
１０ 板状部材
８１、８２、８３、８４ 光学モジュール
９１、９２、９３、９４ 外装筐体
９１ｈ、９２ｈ、９３ｈ、９４ｈ 広い外装筐体面
９１ｏ、９２ｏ、９３ｏ、９４ｏ 投写口
１０１、１０２、１０３、１０４ 投写型画像表示装置
Ｃ 投写方向
Ｄ１ 第一の光源の出射方向
Ｄ２ 第二の光源の出射方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】