特許 6940765 光源装置、光学エンジン及びプロジェクタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6940765

(24)【登録日】2021年9月7日

(45)【発行日】2021年9月29日

(54)【発明の名称】光源装置、光学エンジン及びプロジェクタ

(51)【国際特許分類】

   G03B 21/14 20060101AFI20210916BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20210916BHJP

   F21V 5/00 20180101ALI20210916BHJP

   F21V 5/04 20060101ALI20210916BHJP

   F21V 9/00 20180101ALI20210916BHJP

   F21V 9/40 20180101ALI20210916BHJP

   H04N 5/74 20060101ALI20210916BHJP

   F21Y 115/30 20160101ALN20210916BHJP

【ＦＩ】

   G03B21/14 A

   F21S2/00 370

   F21V5/00 320

   F21V5/00 510

   F21V5/04

   F21V9/00

   F21V9/40 200

   H04N5/74 Z

   F21Y115:30

【請求項の数】8

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-190953(P2017-190953)

(22)【出願日】2017年9月29日

(65)【公開番号】特開2019-66626(P2019-66626A)

(43)【公開日】2019年4月25日

【審査請求日】2020年9月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000226057

【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100100158

【弁理士】

【氏名又は名称】鮫島 睦

(74)【代理人】

【識別番号】100138863

【弁理士】

【氏名又は名称】言上 惠一

(74)【代理人】

【識別番号】100131808

【弁理士】

【氏名又は名称】柳橋 泰雄

(74)【代理人】

【識別番号】100145104

【弁理士】

【氏名又は名称】膝舘 祥治

(72)【発明者】

【氏名】笹室 岳

【審査官】 川俣 郁子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−３３９１２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１７７２１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０６５５０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０３９３３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−１３８５６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−２１９７７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−１６２９６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０５８５９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０７０７６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１６５１２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２１０９８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１６−５１２３８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１９５９０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０２８５４４２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２１Ｋ９／００−９／９０

Ｆ２１Ｓ２／００−４５／７０

Ｇ０２Ｂ１／００−１／０８

３／００−３／１４

Ｇ０３Ｂ２１／００−２１／１０

２１／１２−２１／１３

２１／１３４−２１／３０

３３／００−３３／１６

Ｈ０１Ｓ５／００−５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の半導体レーザと、
前記半導体レーザに対応した複数のコリメートレンズを有するレンズアレイと、
各々の前記コリメートレンズから出射された光の光路を囲む内壁で構成された複数の貫通孔を有する囲み部材と、
を備え、
前記囲み部材の入射側の端面が前記レンズアレイの外縁面と全周にわたって接しており、
前記内壁が格子状に形成された板状部材により形成されていることを特徴とすることを特徴とする光源装置。

【請求項2】

前記貫通孔の光の進行方向における長さをＬ、前記貫通孔の光の進行方向と略直交する方向における一辺の長さ若しくは一辺に相当する値、または直径若しくは直径に相当する値をＤとすると、
２Ｄ ≦ Ｌ
の関係を有することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。

【請求項3】

前記囲み部材の入射側の端面の各貫通孔の周囲領域が、前記レンズアレイの出射側の面と接していることを特徴とすることを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。

【請求項4】

前記囲み部材が金属材料から構成されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の光源装置。

【請求項5】

請求項１から４の何れか１項に記載の光源装置と、
筐体と、
を備え、
前記囲み部材が前記筐体の内部に配置されるように、弾性を有するシール部材を介して、前記光源装置及び前記筐体が接続されていることを特徴とする光学エンジン。

【請求項6】

前記囲み部材の入射側の端部の周囲にフランジ部が形成され、
前記シール部材の第１面が前記フランジ部の面と全周にわたって接し、前記シール部材の前記第１面とは反対側に位置する第２面が前記筐体の入射側の開口の周囲と全周にわたって接しており、
前記シール部材が圧縮された状態で前記フランジ部及び前記筐体の間に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の光学エンジン。

【請求項7】

請求項１から４の何れか１項に記載の光源装置と、
前記光源装置から出射された光が入射する蛍光体ホイールと、
画像データに基づいて、前記蛍光体ホイールから出射された複数の波長帯域の光を順次変調して画像を形成する光変調手段と、
前記画像を拡大して投射する投射手段と、
を備えたことを特徴とするプロジェクタ。

【請求項8】

複数の半導体レーザと、
前記半導体レーザに対応した複数のコリメートレンズを有するレンズアレイと、
各々の前記コリメートレンズから出射された光の光路を囲む内壁で構成された複数の貫通孔を有する囲み部材と、を備える、
前記囲み部材の入射側の端面が前記レンズアレイの外縁面と全周にわたって接している光源装置と、
筐体と、
を備え、
前記囲み部材が前記筐体の内部に配置されるように、弾性を有するシール部材を介して、前記光源装置及び前記筐体が接続されていることを特徴とする光学エンジン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体レーザを有する光源装置、並びにこの光源装置を備えた光学エンジン及びプロジェクタに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、半導体レーザや発光ダイオードを有する光源装置が、様々な技術分野で用いられている。その中には、複数の発光ダイオードと、個々の発光ダイオードに対向して配置されたレンズを支持する光学支持部材とを備えた光源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開２０１６／２０３９４５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の光源装置では、光学支持部材が金属製支持部材に対して摺動可能に取り付けられており、これにより、外力や温度変化で変形が生じても、光支持部材が摺動することにより、そり等の変形が生じるのを抑制できる。
しかし、レンズの表面が光学支持部材から露出しているため、例えば、高光密度の短波長の光がレンズを透過する場合、光エネルギーが高くなって、空気中の塵埃等がレンズ外表面に吸着する可能性がある。この場合、光源装置の光学的性能が低下する。

【0005】

また、特許文献１に記載の光源装置では、複数のレンズを製造する必要があるので、製造に手間がかかり、製造コストも上昇する。更に、光支持部材が個々のレンズの外周を支持する構造なので、レンズ収容空間を形成する内壁は高い寸法精度を要し、製造に手間がかかり、製造コストも上昇する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、製造容易な構造でレンズへの塵埃等の付着を抑制可能な光源装置、並びにこの光源装置を備えた光学エンジン及びプロジェクタを提供することを目的とする。

【0007】

上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る光学装置は、
複数の半導体レーザと、
前記半導体レーザに対応した複数のコリメートレンズを有するレンズアレイと、
各々の前記コリメートレンズから出射された光の光路を囲む内壁で構成された複数の貫通孔を有する囲み部材と、
を備え、
前記囲み部材の入射側の端面が前記レンズアレイの外縁面と全周にわたって接している。

【0008】

本発明の一態様に係る光学エンジンは、
上記の光源装置と、
筐体と、
を備え、
前記囲み部材が前記筐体の内部に配置されるように、弾性を有するシール部材を介して、前記光源装置及び前記筐体が接続されている。

【0009】

本発明の一態様に係るプロジェクタは、
上記の光源装置と、
前記光源装置から出射された光が入射する蛍光体ホイールと、
画像データに基づいて、前記蛍光体ホイールから出射された複数の波長帯域の光を順次変調して画像を形成する光変調手段と、
前記画像を拡大して投射する投射手段と、
を備えている。

【発明の効果】

【0010】

以上のように、本発明では、製造容易な構造でレンズへの塵埃等の付着を抑制可能な光源装置、並びにこの光源装置を備えた光学エンジン及びプロジェクタを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の１つの実施形態に係る光源装置の概要を示す模式的な側面断面図である。

【図2】囲み部材が装着されていない状態の光源装置の一例を示す模式的な斜視図である。

【図3A】囲み部材が装着されていない状態の光源装置の一例の内部構造を模式的に示す側面断面図である。

【図3B】図３Ａに示す光源装置の内部構造を直交方向から見た側面断面図である。

【図4】本発明の１つの実施形態に係る光学エンジンの概要を示す模式的な斜視図である。

【図5A】図４の矢視Ｖ−Ｖ断面図（斜視図）である。

【図5B】図５Ａに示す光学エンジンの光源装置領域を拡大して示した模式的な断面図（斜視図）である。

【図6】図４に示す光学エンジンにおいて、スペーサ及び接続部材を用いた光学エンジンの取付構造の一例を模式的に示す側面断面図である。

【図7】本発明の１つの実施形態に係るプロジェクタの概要を示す模式図であって、プロジェクタを上から見た模式的な平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための実施形態を説明する。各図面中、同一の機能を有する対応する部材には、同一符号を付している。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態を分けて示す場合があるが、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせは可能である。後述の実施形態では前述の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については、実施形態ごとには逐次言及しないものとする。

【0013】

（１つの実施形態に係る光源装置）
はじめに、図１、図２、図３Ａ及び図３Ｂを参照しながら、本発明の１つの実施形態に係る光源装置の説明を行う。ここで、図１は、本発明の１つの実施形態に係る光源装置の概要を示す模式的な側面断面図である。図２は、囲み部材が装着されていない状態の光源装置の一例を示す模式的な斜視図である。図３Ａは、囲み部材が装着されていない状態の光源装置の一例の内部構造を模式的に示す側面断面図である。図３Ｂは、図３Ａに示す光源装置の内部構造を直交方向から見た側面断面図である。

【0014】

図１に示すように、本実施形態に係る光源装置１０は、複数の半導体レーザ４と、半導体レーザ４に対応した複数のコリメートレンズ８を有するレンズアレイ６とを備える。光源装置１０は、更に、各々のコリメートレンズ８から出射された光の光路を囲む内壁６４で構成された複数の貫通孔６２を有する囲み部材６０を備える。半導体レーザ４から出射され、コリメートレンズ８から貫通孔６２内を進む光が、図１の点線で模式的に示されている。レンズアレイ６の外形の一例が、図２に示されている。

【0015】

図１では簡略化して示してあるが、図３に示すように、光源装置１０は、側壁部１２Ｃ及び基板部１２Ｄを有するパッケージ１２を備えている。複数の半導体レーザ４は基板部１２Ｄに載置され、側壁部１２Ｃで囲まれている。パッケージ１２の出射側の端面１２Ａが、レンズアレイ６の入射側の外縁面６Ｂに接しており、パッケージ１２及びレンズアレイ６により、外気から遮断された内部空間が形成されている。複数の半導体レーザ４は、このパッケージ１２の内部空間に収容されている。

【0016】

更に、図３に示す光源装置１０では、内部空間の気密性を更に高めるため、レンズアレイ６と隣接する領域に、透光性部材１４を備えた本体部１２Ｅが配置されている。ただし、本体部１２Ｅが備えられていなくても、パッケージ１２の出射側の端面１２Ａ及びレンズアレイ６の入射側の外縁面６Ｂの接触により、十分に外気から遮断された内部空間を形成することができる。

【0017】

本実施形態では、パッケージ１２の出射側の端面１２Ａ及びレンズアレイ６の入射側の外縁面６Ｂの間が、接着剤で接合されている。更に、レンズアレイ６の出射側の外縁面６Ａ及び囲み部材６０の入射側の端面６０Ａの間が、接着剤で接合されている。この入射側の端面６０Ａは入射側の端面の全面を意味し、後述する囲み部材６０のフランジ部６６の入射側の外縁面６６Ａだけでなく、各貫通孔６２の周囲の端面（図１の矢印Ｔ参照）も含む。

【0018】

適用する接着剤として、例えば、エポキシ系の紫外線照射硬化タイプが好ましく、アクリル系の紫外線照射硬化タイプの接着剤が更に好ましい。
なお、図２に示すように、更に金具７０を用いて、パッケージ１２及びレンズアレイ６を固定することもできるし、金具を用いて、囲み部材６０もパッケージ１２及びレンズアレイ６に固定することもできる。

【0019】

パッケージ１２の基板部１２Ｄには、各半導体レーザ４に対応した立上ミラー１６が載置されている。半導体レーザ４から基板部１２Ｄの上面に対して略平行な方向に出射された光は、立上ミラー１６により、基板部１２Ｄの上面に対して略垂直な方向に反射され、本体部１２Ｅの透光性部材１４を透過して、レンズアレイ６の入射面ＬＡへ入射する。入射面ＬＡへ入射した光は、レンズアレイ６により平行光となり、平行光がレンズアレイ６の出射面ＬＢから出射される。
半導体レーザ４、立上ミラー１６及び透光性部材１４の何れも、レンズアレイ６及びパッケージ１２で形成された外気から遮断された内部空間の中に配置されているので、塵埃等が付着して光学特性が低下することを抑制できる。

【0020】

半導体レーザ４への配線については、リード１８が、パッケージ１２の側壁部１２Ｃを貫通するように、パッケージ１２の外側から内部に延びており、中継部５６を介したワイヤ５４による配線で、リード１８と各半導体レーザ４とが電気的に繋がっている。

【0021】

本実施形態では、２０個の半導体レーザ４を備え、各半導体レーザ４に対応する２０個の立上ミラー１６が、４×５のマトリックス状に配置され、各立上ミラー１６で反射された光の光軸にレンズ中心が位置するように、レンズアレイ６の各コリメートレンズ８が配置されている。本実施形態に係るレンズアレイ６は、２０個のコリメートレンズ８が４×５のマトリックス状に配置されて一体的に形成されている。
ただし、これに限られるものではなく、例えば、１０個（２ｘ５）の半導体レーザ及びそれに対応した１０個の立上ミラーが実装され、これに対応した１０個のコリメートレンズを有するレンズアレイを用いることもできるし、その他の任意の数の半導体レーザ、立上ミラー、コリメートレンズを有する光源装置を用いることができる。

【0022】

半導体レーザ４として、本実施形態では、青色半導体レーザが用いられている。青色半導体レーザの出射光は、例えば、３７０〜５００ナノメートルの帯域のうちの特定の波長をピークとする光であり、特に、４２０〜５００ナノメートルの波長帯域のうちの特定の波長をピークとする光であることが好ましい。
ただしこれに限られるものではなく、例えば、発振波長が紫外から緑色領域の任意の波長域の窒化物半導体レーザを用いることも考えられるし、赤色や赤外のＧａＡｓ系半導体レーザ半導体レーザを用いることも考えられる。

【0023】

本実施形態に係る囲み部材６０では、内壁６４が格子状に形成された板状部材により形成され、これにより複数の貫通孔６２を形成している。囲み部材６０が、格子状に形成された板状部材によるシンプルな構造を有するので、低い製造コストで囲み部材６０を形成することができる。特に、囲み部材６０が金属材料から構成されている場合には、耐熱性に優れ、熱伝導率も高いので放熱にも有効である。各コリメートレンズ８から出射された光は平行光であり、内壁６４で囲まれた空間内を直進するが、仮に光が内壁６４に当たったとしても、囲み部材６０が反射率の高い金属材料から構成されているので、光の減衰を抑えることができる。

【0024】

仮に、金属製の囲み部材６０を光源装置１０のパッケージ１２と直接接触するように繋げば、囲み部材６０の外表面を冷却面とするヒートシンクとして機能させることもできる。更に、囲み部材６０の外表面に冷却面積を増やすフィン等を付けることもできる。

【0025】

ただし、囲み部材は、上記の板状部材が格子状に形成されたものだけでなく、例えば、金属ブロックに各コリメートレンズに対応した複数の貫通孔があけられたものや、複数の円形パイプが一体的に繋がった形状のものもあり得る。

【0026】

以上のように、本実施形態に係る囲み部材６０は、各々のコリメートレンズ８から出射された光の光路を囲む内壁６４で構成された複数の貫通孔６２を有する。よって、外気は、囲み部材６０の出射側の端面６０Ｂから内壁６４で囲まれた貫通孔６２内を流れた後、はじめてコリメートレンズ８に達することになる。よって、外気が直接コリメートレンズ８表面に当たることはない。

【0027】

半導体レーザ４から高光密度の短波長の光がレンズを透過する場合、光エネルギーが高くなって、空気中の塵埃等がレンズ外表面に吸着する可能性がある（所謂光集塵効果）。しかし、本実施形態では上記の囲み部材６０を備えた構造によって、所謂光集塵効果によりレンズアレイ６に塵埃等が付着することを効果的に抑制できる。特に、複数の貫通孔６２を有する１つの囲み部材６０を取り付ければよいので、個々のコリメートレンズ８を筒状の部材で覆うような場合に比べて、製造コストや組み立て工数を低減できる。
以上のように、製造容易な構造でコリメートレンズへの塵埃等の付着を抑制可能な光源装置を提供できる。

【0028】

囲み部材６０の入射側の端面６０Ａがレンズアレイ６の外縁面６Ａと全周にわたって接していれば、必ずしも、個々の貫通孔６２の入射側の端部（図１の矢印Ｔ参照）で、囲み部材６０及びレンズアレイ６が接していなくてもよい。個々の貫通孔６２の入射側の端部で、レンズアレイ６と多少隙間があっても、塵埃等が付着することを抑制できる。この場合、囲み部材６０やレンズアレイ６の寸法精度を緩和させて製造コストを低減でき、囲み部材６０の取り付けも容易になる。

【0029】

もちろん、囲み部材６０の入射側の端面６０Ａの各貫通孔６２の周囲領域（図１の矢印Ｔ参照）が、レンズアレイ６の出射側の面（図１の矢印Ｓ参照）と接しているように形成することもできる。この場合には、レンズアレイに塵埃等が付着することを更に効果的に抑制できる。

【0030】

図１に示すように、囲み部材６０の貫通孔６２の光の進行方向における長さをＬ、貫通孔６２の光の進行方向と略直交する方向における一辺の長さ若しくは一辺に相当する値、または直径若しくは直径に相当する値をＤとすると、実際の防塵性能に基づき、Ｌ及びＤに関する下記の関係を知見した。
Ｄ ≦ Ｌ の関係を有することが好ましく、２Ｄ ≦ Ｌ の関係を有することがより好ましく、３Ｄ ≦ Ｌ の関係を有することが更に好ましい。

【0031】

ここで、貫通孔６２が略正方形の断面形状を有する場合は、正方形の一辺がＤに相当する。貫通孔６２が略長方形やその他の多角形の断面形状を有する場合には、断面積を算出して、この断面積を有する正方形とした場合の一辺の長さを求めて、その値を一辺に相当する値Ｄとすることができる。貫通孔６２が円形の断面形状を有する場合には、円の直径がＤに相当する。貫通孔６２が、楕円等の曲線で囲まれたその他の形状を有する場合には、断面積を算出して、この断面積を有する円とした場合の直径を求めて、その値を直径に相当する値Ｄとすることができる。

【0032】

Ｄ及びＬが上記のような関係式を有する場合には、外気に含まれる塵埃等がコリメートレンズ８の表面へ到達するのを効果的に抑制できる。
なお、Ｄに比べてＬの寸法が大きい方が、塵埃等がコリメートレンズ８に付着しにくい傾向を示すが、Ｌの寸法が著しく大きい場合には、製造コストが上昇したり、小型化が困難になる可能性もある。よって、用途や使用環境により、上記の相反する事象を考慮しながら、最適なＬの寸法を定めることが好ましい。

【0033】

本実施形態では、パッケージ１２、レンズアレイ６及び囲み部材６０がそれぞれ接着剤で接合されているが、これに限られるものではなく、接続部材（例えば、ネジ、ボルトナット）による締付力で、パッケージ１２、レンズアレイ６及び囲み部材６０を固定することもできる。その場合、囲み部材６０及びレンズアレイ６の間と、レンズアレイ６及びパッケージ１２の間とにシール部材を備え、接続部材による締付力でシール部材を圧縮させて、気密な状態で各部材を接合することができる。この場合、仮に各部材を接合する接着層に剥離等が生じたとしても、レンズアレイ６や囲み部材６０が脱落する危険性を回避できる。

【0034】

（１つの実施形態に係る光学エンジン）
次に、図４、図５Ａ及び図５Ｂを参照しながら、本発明の１つの実施形態に係る光学エンジンの概要を説明する。ここで、図４は、本発明の１つの実施形態に係る光学エンジンの概要を示す模式的な斜視図である。図５Ａは、図４の矢視Ｖ−Ｖ断面図（斜視図）である。図５Ｂは、図５Ａに示す光学エンジンの光源装置領域を拡大して示した模式的な断面図（斜視図）である。

【0035】

本実施形態に係る光学エンジン２は、上記の光源装置１０に加えて、筐体３０を備える。そして、囲み部材６０が筐体３０の内部に配置されるように、弾性を有するシール部材２０を介して、光源装置１０及び筐体３０が接続されている。
囲み部材６０が筐体３０の内部に配置されているので、塵埃等がコリメートレンズ８に付着するのを更に効果的に抑制できる。

【0036】

＜筐体、シール部材＞
図５Ｂに示すように、本実施形態に係る光学エンジン２は、レンズアレイ６から出射された光が通過する開口３２を備える筐体３０と、光源装置１０の囲み部材６０及び筐体３０の間を接続する弾性を有するシール部材２０とを備える。シール部材２０は、囲み部材６０が挿入される開口を備えており、開口を囲むように配置された弾性材からなる外縁部で構成されている。
筐体３０の材質として、樹脂材料、金属材料をはじめとする任意の材料を採用することができる。シール部材２０の材質として、弾性を有する任意のゴム材料や樹脂材料を採用することができる。

【0037】

本実施形態では、囲み部材６０の入射側の端部の周囲にフランジ部６６が形成されている。フランジ部６６の入射側の外縁面６６Ａは、レンズアレイ６の出射側の外縁面６Ａと全周にわたって接している。フランジ部６６の出射側の外縁面６６Ｂは、シール部材２０の第１面２２と全周にわたって接している。そして、シール部材の第１面２２とは反対側に位置する第２面２４は、筐体３０の入射側の開口の周囲３４と全周にわたって接している。このような配置において、シール部材２０が圧縮された状態で囲み部材６０のフランジ部６６及び筐体３０の間に配置されている。

【0038】

更に詳細に述べれば、接続部材の締結力（詳細は後述する）により、囲み部材６０のフランジ部６６の出射側の外縁面６６Ｂがシール部材２０の第１面２２に押し付けられる。これにより、圧縮されたシール部材２０の弾性力で、シール部材２０の第２面２４が筐体３０の開口の周囲３４に押し付けられる。よって、囲み部材６０及びシール部材２０の間、並びにシール部材２０及び筐体３０の間を気密に接続することができ、その結果、シール部材２０を介して、囲み部材６０及び筐体３０の間を気密に接続することができる。

【0039】

筐体３０の内部には、光源装置１０のレンズアレイ６から出射され、囲み部材６０の貫通孔６２を通過した光が、透過または反射する光学部材が収納されている。例えば、光学エンジン２を時分割式のプロジェクタに用いる場合であれば、蛍光体ホイールに集光するような集光レンズを含む光学部材を筐体３０の内部に配置することが考えられる。このとき、シール部材２０等により筐体３０の内部を外気から遮断された状態に保つことができる。

【0040】

一般的に、光源に青色半導体レーザを用いた場合のように、高光密度の短波長の光がコリメートレンズ８を透過する場合、光エネルギーが高くなって、所謂光集塵効果で、空気中の塵埃等がレンズ外表面に吸着する可能性がある。この場合には、光学エンジンの光学的性能が低下する可能性がある。しかし、本実施形態に係る光学エンジン２では、圧縮された弾性を有するシール部材２０により、囲み部材６０及び筐体３０を気密に接続できるので、高温になった場合であっても、レンズアレイ６に塵埃等が付着することを効果的に抑制できる。

【0041】

以上のように、本実施形態に係る光学エンジン２では、囲み部材６０の入射側の端部の周囲にフランジ部６６が形成され、シール部材２０の第１面２２がフランジ部６６の出射側の端面（外縁面６６Ｂ）と全周にわたって接し、シール部材２０の第１面２２とは反対側に位置する第２面２４が筐体３０の入射側の開口の周囲３４と全周にわたって接しており、シール部材２０が圧縮された状態でフランジ部６６及び筐体３０の間に配置されている。
これにより、圧縮された弾性を有するシール部材２０により、囲み部材６０のフランジ部６６と筐体３０とをシール状態で接続できるので、高温になっても所謂光集塵効果によりレンズアレイ６に塵埃等の付着が付着することを効果的に抑制できる。

【0042】

仮に、パッケージ１２及びレンズアレイ６、またはレンズアレイ６及び囲み部材６０の線膨張係数の違いにより、温度変化によりパッケージ１２及びレンズアレイ６の間、またはレンズアレイ６及び囲み部材６０の間の接着が剥離したとしても、本実施形態では、圧縮されたシール部材２０の弾性力により、レンズアレイ６や囲み部材６０の位置を確実に保持することができる。つまり、本実施形態では、シール部材２０の弾性力により、レンズアレイ６や囲み部材６０の脱落を抑制するとともに、防塵構造とすることができる。

【0043】

更に、複数の貫通孔６２を有する囲み部材６０のフランジ部６６の出射側の外縁面６６Ｂのみをシール部材２０でシールするので、個々の貫通孔６２の周囲をシールするのに比べ、製造コストや組み立て工数を大幅に低減できる。更に、個々の貫通孔６２の間にシール部材を配置する必要がないので、少ない面積でより多くの貫通孔６２、延いてはコリメートレンズ８を配置でき、小型で高出な光学エンジン２を実現できる。以上のように、本実施形態では、コリメートレンズ８への塵埃等の付着を抑制可能な小型で高出な光学エンジンを提供できる。

【0044】

図５Ｂから明らかなように、本実施形態では、シール部材２０が第２面２４の内側に凸部２８Ｂを有し、開口内面３２Ａ及び凸部２８Ｂにより、シール部材２０が筐体３０の開口３２と嵌合している。同様に、シール部材２０の第１面２２は、囲み部材６０のフランジ部６６を受ける段差部２８Ａを有しており、囲み部材６０のフランジ部６６及び段差部２８Ａにより、シール部材２０が光源装置１０と嵌合している。
このような嵌合構造により、光源装置１０の筐体３０に対する位置決めを容易に確実に行うことができる。なお、段差部２８Ａ及び凸部２８Ｂには直接圧縮力は加わらないので、シール部材２０に圧縮力を加えた場合であっても、確実に嵌合構造を維持することができる。

【0045】

<ヒートシンク＞
本実施形態に係る光学エンジン２は、更にヒートシンク４０を備える。ヒートシンク４０の取付面４２は、光源装置１０のパッケージ１２の出射側と反対側の端面１２Ｂに接している。本実施形態に係るヒートシンク４０は、複数のフィン４４を有する櫛形のアルミ製ヒートシンクであり、光学エンジン２を効果的に冷却することができる。ただし、ヒートシンクは、これに限られるものではなく、既知の任意の材料、構造を有する任意のヒートシンクを用いることができる。
更に、本実施形態では、ヒートシンク４０及び筐体３０を繋げる接続部材により、ヒートシンク４０、パッケージ１２、レンズアレイ６、囲み部材６０，シール部材２０及び筐体３０が固定されている。

【0046】

このような固定構造では、ヒートシンク４０と筐体３０とを繋げる接続部材の締結力により、ヒートシンク４０及びパッケージ１２を強く接触させて冷却性能を向上させるとともに、シール部材２０を圧縮させて、シール性やレンズアレイ６及び囲み部材６０の保持能力を高めることができる。

【0047】

<取付構造＞
次に、図６を参照しながら、上記の接続部材によるヒートシンク４０、パッケージ１２、レンズアレイ６、囲み部材６０、シール部材２０及び筐体３０を固定する取付構造について説明する。図６は、図４に示す光学エンジンにおいて、スペーサ及び接続部材を用いた光学エンジンの取付構造の一例を模式的に示す側面断面図である。なお、シール部材２０の段差部２８Ａの部分は、省略して示してある。

【0048】

ヒートシンク４０を出射方向に見た平面視において、パッケージ１２、レンズアレイ６、囲み部材６０及びシール部材２０の外形よりも外側の４箇所に、接続部材５２が挿入される領域が設けられている。この部分では、フィン４４が形成されておらず、接続部材５２のヘッド部が接する締結面４６が形成されている。締結面４６には、接続部材５２の軸部が挿入可能な貫通穴が設けられている。同じ平面視で、筐体３０の貫通穴と対応する位置に、接続部材５２のネジ部がネジ込まれるネジ穴が設けられている。

【0049】

本実施形態では、ヒートシンク４０の取付面４２及び筐体３０の開口の周囲３４の間に、中空の円筒状のスペーサ５０が配置されている。ヒートシンク４０の締結面４６に設けられた穴から挿入された接続部材５２の軸部は、スペーサ５０の中を通って、筐体３０に設けられたネジ穴にネジ込まれている。これにより、接続部材５２によるヒートシンク４０、パッケージ１２、レンズアレイ６、囲み部材６０、シール部材２０及び筐体３０を固定する取付構造が形成されている。

【0050】

このとき、スペーサ５０により、ヒートシンク４０の取付面４２及び筐体３０の開口の周囲３４の間の距離を画定することができる。その結果、スペーサ５０により、囲み部材６０のフランジ部６６の出射側の外縁面６６Ｂと筐体３０の開口の周囲３４との間の距離Ｗを画定することができる。
これにより、スペーサ５０の長さに応じて、最適な距離Ｗで光学エンジン２の主要構成部材を固定することができる。特に、シール部材２０が最適な圧縮力を発揮するように、シール部材２０の圧縮量を確実に設定することができる。最適な距離Ｗは、シール部材２０が十分な弾性力を発生し、かつ圧縮荷重を取り除けば元に戻る弾性変形領域にある距離であることが好ましい。最適な距離Ｗは、シール部材２０の材料特性に応じて適宜定めることができる。

【0051】

以上のように、スペーサ５０により弾性を有するシール部材２０を最適な一定の圧縮率で圧縮して取り付けることができるので、パッケージ１２、レンズアレイ６、囲み部材６０及び筐体３０の間シール性、及びレンズアレイ６や囲み部材６０の保持能力を確実に高めることができる。

【0052】

（１つの実施形態に係るプロジェクタ）
次に、図７を参照しながら、上述の実施形態で示した光源装置１０や光学エンジン２を、いわゆる１チップ方式のＤＬＰプロジェクタにおける光学エンジンとして用いる場合を説明する。図７は、本発明の１つの実施形態に係るプロジェクタの概要を示す模式図あって、プロジェクタを上から見た模式的な平面図である。

【0053】

図７において、光学エンジン２の筐体内に配置された光学系の集光レンズにより集光された光が、蛍光体ホイール１１０に所定のスポット径となるように照射される。蛍光体ホイール１１０は、光を透過させる透明な円板状の部材で構成されており、回転軸を中心に回転する。また、蛍光体ホイール１１０の中心は、駆動モータ１３０の駆動軸に固定されている。ここで、蛍光体ホイール１１０の材料は、光の透過率が高い材料であればよく、例えば、ガラス、透明セラミックス、樹脂、サファイアや窒化ガリウムなどの結晶基板などを使用することができる。また、蛍光体ホイール１１０は光を反射させる反射型であってもよく、反射型に適した光学系とすればよい。

【0054】

蛍光体層は、光源の青色半導体レーザから出射された光によって励起され、青色半導体レーザから出射された光の波長帯域とは異なる波長帯域の蛍光を発生する。言い換えると、蛍光体層は、青色半導体レーザから出射された光の波長を変換することができる。蛍光体層は、例えば５５０〜７８０ナノメートルの波長帯域の蛍光（赤色光）を発生する。蛍光体層の具体的な材料の一例としては、ＹＡＧ、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ、ＳｒＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ、Ｋ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎを挙げることができる。ただし、これに限られるものではない。

【0055】

蛍光体ホイール１１０を回転させる駆動モータ１３０は、ブラシレス直流モータであり、蛍光体ホイール１１０の表面に対して駆動軸が直交するように固定されている。駆動モータ１３０は、再生する動画のフレームレート（１秒当たりのフレーム数。単位は［ｆｐｓ］）に基づく回転速度で、蛍光体ホイール１１０を回転させる。例えば、６０［ｆｐｓ］の動画を再生する場合、蛍光体ホイールの回転速度を毎秒６０回転の整数倍に設定することが好ましい。

【0056】

蛍光体ホイール１１０から出射された光は、光学系１２０を介して、光空間変調器であるＤＭＤ（Digital Micromirror Device）素子（光変調手段）１４０に入射する。そして、ＤＭＤ素子１４０で反射され、投射手段である投射レンズ１５０によって、ＤＭＤ素子によって形成された画像を所定の大きさに拡大してスクリーンＳＣに投射する。

【0057】

ＤＭＤ素子は、スクリーンに投影される画像の各画素に相当する微細なミラーをマトリックス状に配列したものであり、各ミラーの角度を変化させてスクリーンＳＣへ出射する光を、マイクロ秒単位でオン／オフすることができる。ここで、ミラーの角度を、光学エンジン２から出射された光が、投射レンズ１５０へ反射するようにした場合がオンの状態であり、投射レンズ１５０へ反射しないようにした場合がオフの状態である。

【0058】

また、ＤＭＤ素子の各ミラーをオンにしている時間とオフにしている時間の比率によって、投射レンズ１５０へ入射する光の階調を変化させることにより、投影する画像の画像データに基づいた階調表示が可能になる。これにより、蛍光体ホイール１１０から順次出射される赤色光、緑色光、及び青色光の各々に対して、個々のミラーで階調制御を行うことにより、スクリーンＳＣにカラー画像（動画も含む）を投影することができる。つまり、蛍光体ホイール１１０から出射された複数の波長帯域の光を、ＤＭＤ素子（光変調手段）１４０により順次変調して画像を形成し、投射レンズ（投射手段）１５０でその画像を拡大して投射することができる。

【0059】

本実施形態によれば、コリメートレンズへの塵埃等の付着を抑制可能な小型で高出な光学エンジン２を用いることにより、高い光学性能を有する小型で高出なプロジェクタを提供できる。なお、本実施形態では、光変調手段としてＤＭＤ素子を用いているが、これに限られるものではなく、用途に応じて、その他任意の光変調素子を用いることができる。

【0060】

本発明の実施の形態、実施の態様を説明したが、開示内容は構成の細部において変化してもよく、実施の形態、実施の態様における要素の組合せや順序の変化等は請求された本発明の範囲および思想を逸脱することなく実現し得るものである。

【符号の説明】

【0061】

２ 光学エンジン
４ 半導体レーザ
６ レンズアレイ
６Ａ 出射側の外縁面
６Ｂ 入射側の外縁面
８ コリメートレンズ
１０ 光源装置
１２ パッケージ
１２Ａ 出射側の端面
１２Ｂ 出射側と反対側の端面
１２Ｃ 側壁部
１２Ｄ 基板部
１２Ｅ 本体部
１４ 透光性部材
１６ 立上ミラー
１８ リード
２０ シール部材
２２ シール部材の第１面
２４ シール部材の第２面
２６ 開口
２８Ａ 段差部
２８Ｂ 凸部
３０ 筐体
３２ 開口
３２Ａ 開口内面
３４ 開口の周囲
４０ ヒートシンク
４２ 取付面
４４ フィン
４６ 締結面
５０ スペーサ
５２ 接続部材
５４ ワイヤ
５６ 中継部
６０ 囲み部材
６０Ａ 入射側の端面
６０Ｂ 出射側の端面
６２ 貫通孔
６４ 内壁
６６ フランジ部
６６Ａ 入射側の外縁面
６６Ｂ 出射側の外縁面
７０ 金具
１００ プロジェクタ
１１０ 蛍光体ホイール
１２０ 受光レンズ
１３０ 駆動モータ
１４０ ＤＭＤ素子
１５０ 投射レンズ
ＳＣ スクリーン

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】