コリメートレンズおよび該コリメートレンズを有する投影型画像表示装置
【課題】波長の異なる複数のレーザー光源に対して共用可能な回折コリメートレンズを提供する。
【解決手段】２以上の波長λｉ（ｉ＝１，２，３，…）の異なるレーザー光源１を備える投影型画像表示装置１０における、該レーザー光源１から発せられたレーザー光のコリメートを行う回折コリメートレンズ２であって、少なくとも一方の鏡面に回折構造を有し、該回折構造は、各波長λｉに対し回折効率が最大となり、温度変化により生じる焦点距離の補正量を、レーザー光源１のうち温度変化に対する波長変化量が最小となるレーザー光源Ａに対する焦点距離の変化（変化量をΔｆＡとする）に対して補正不足、レーザー光源のうち温度変化に対する波長変化量が最大となるレーザー光源Ｂに対する焦点距離の変化（変化量をΔｆＢとする）に対して補正過剰となり、かつ、変化量ΔｆＡと変化量ΔｆＢとの絶対値が略同等とする。
【解決手段】２以上の波長λｉ（ｉ＝１，２，３，…）の異なるレーザー光源１を備える投影型画像表示装置１０における、該レーザー光源１から発せられたレーザー光のコリメートを行う回折コリメートレンズ２であって、少なくとも一方の鏡面に回折構造を有し、該回折構造は、各波長λｉに対し回折効率が最大となり、温度変化により生じる焦点距離の補正量を、レーザー光源１のうち温度変化に対する波長変化量が最小となるレーザー光源Ａに対する焦点距離の変化（変化量をΔｆＡとする）に対して補正不足、レーザー光源のうち温度変化に対する波長変化量が最大となるレーザー光源Ｂに対する焦点距離の変化（変化量をΔｆＢとする）に対して補正過剰となり、かつ、変化量ΔｆＡと変化量ΔｆＢとの絶対値が略同等とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コリメートレンズおよび該コリメートレンズを有する投影型画像表示装置に関する。さらに詳述すると、複数のレーザー光源に対しコリメートを行う回折構造を持つコリメートレンズおよび該コリメートレンズを有するレーザー走査型の投影型画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、小型軽量化を目的として、ＬＥＤやレーザーなどを用いた投影型画像表示装置（プロジェクタなど）の開発が盛んになされている。投影型画像表示装置は、小型軽量化を図ることにより、持ち運びを容易として携帯性の向上を図ることができる。また、重量を減らすことにより、従来、取り付けが困難であった壁などへ直接取り付けることが可能となる。
【０００３】
レーザーを用いた投影型画像表示装置のうち、特に、３原色（Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青））のレーザーとＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems:微小電気機械システム）ミラーを組み合わせた走査型の小型プロジェクタは、その構成部品を少なくすることができ、超小型化を図ることができるため研究開発が進められている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この３原色のレーザーとＭＥＭＳミラーを組み合わせた走査型の小型プロジェクタの概略構成図を図７に示す。図７に示すプロジェクタ１００は、それぞれＲ、Ｇ、Ｂのレーザー光を放射するレーザー光源１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂと、各レーザー光源１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂからのレーザー光をコリメートするレンズ１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂと、それぞれ赤色光、緑色光、青色光のみを反射し、その他の光を透過させるダイクロイックミラー１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂと、傾斜角が可変なミラーを備えたＭＥＭＳミラー装置１０４と、ＭＥＭＳミラー装置１０４のミラーを水平方向及び垂直方向に回動させると共に、入力ビデオ信号に応じてレーザー光源１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂから光強度変調されたレーザー光を放射させる制御回路１０５とから構成される。また、制御回路１０５は、ミラー制御手段と変調手段を有しており、これに同期してレーザー光強度を変調させることによりスクリーン１０６上に画像を形成する。
【０００５】
このようなプロジェクタに搭載されるコリメートレンズ等の光学素子は、光学曲面を多様な形状に形成する必要があり、また、低コストで大量生産できることが望ましいため、光学曲面を多様に形成することができ、かつコスト的に優れた樹脂材料を用いた射出成形法により製造されることが多い。
【０００６】
しかしながら、樹脂材料により製造された光学素子は、光源などが発する熱による温度上昇により樹脂材料の屈折率や熱膨張により焦点距離といった光学特性が大きく変化してしまうという問題がある。
【０００７】
このような問題に対し、電子写真方式の画像形成装置等における書込み装置に用いるコリメートレンズ、シリンドリカルレンズ、光ディスクの対物レンズ等の光学素子に、回折構造を付与させることにより光学特性の劣化を防ごうとする試みがなされてきた。
【０００８】
しかしながら、従来より提案されてきた技術は、単一の波長に対し最適化された回折構造にて補正を行うものであった。よって、最適化された波長以外の波長に対しては、補正ができない、または補正をしても回折効率が大きく落ちるために使用に向かない場合が多いという問題があった。このため、各波長に対して個別に回折コリメートレンズ等を設計および製造しなければならず、コストの増大を招いていた。
【０００９】
上記の問題に対して、特許文献２に記載の発明は、２つ以上の波長に対し最適化された回折光学素子の設計方法について開示している。特許文献２には、λ１，λ２を光源の波長、λ１，λ２における回折レンズを構成する材料の屈折率をｎ（λ１），ｎ（λ２）とする場合に、回折溝の高さｄを、λ１／｛ｎ（λ１）−１｝及びλ２／｛ｎ（λ２）−１｝の最小公倍数と略同等の値に設定することにより、２波長の光に対して同一の光学機能を果たすことができる発明が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、回折光学素子により補正する対象となるのは、特許文献２に記載のように、光学素子を構成する材料の屈折率や熱膨張に限られず、当該光学素子を固定する筐体の熱膨張、熱によるレーザー光源の波長変動も補正の対象とすることが望まれる。
【００１１】
特に、熱によるレーザー光源の波長変動の影響は、小型のプロジェクタに用いられる半導体レーザーにおいては、回折レンズの設計の大きな影響を与える。また、レーザー光源の発光波長により波長変動の大きさには差が生じる。例えば、４４５ｎｍ付近で発振するＩｎＧａＮ半導体レーザーは、１０℃あたり０．６ｎｍ程度の変動量なのに対し、６４０ｎｍ付近で発振するＡｌＧａＩｎＰ半導体レーザーの場合は、１０℃あたり２．０ｎｍ程度の変動量となる。
【００１２】
図８に、従来のコリメートレンズにおける焦点距離変動量を表したグラフを示す。この例では、４４５ｎｍの波長に対して回折面を最適化した温度補正回折コリメートレンズの焦点距離の変化量を示している。なお、図８に示す例では、光学素子を固定する筐体の熱膨張を考慮に入れていない。
【００１３】
図８（Ａ）は、波長４４５ｎｍの光源の温度に対する波長変動量を０．０６ｎｍ／℃、波長６４０ｎｍの光源の温度に対する波長変動量を０．２ｎｍ／℃としている。また、比較のため、同じ焦点距離、有効直径、レンズ厚、同じ樹脂材料にて設計された、回折構造を持たないコリメートレンズの焦点距離変動量も示している。
【００１４】
図８（Ａ）から明らかなように、波長４４５ｎｍの光源、波長６４０ｎｍの光源いずれに対しても、焦点距離変動量が回折構造を持たないコリメートレンズに比べ抑えられている。しかしながら、その効果には差があり、波長４４５ｎｍの光源に対しては９５％以上の補正効果があるのに対し、波長６４０ｎｍの光源に対しては、３０％程度の補正効果しか有しない。
【００１５】
また、図８（Ｂ）は、仮に、波長６４０ｎｍの光源の波長変動量を０．０６ｎｍ／℃として、波長４４５ｎｍの光源と同じ波長変動量とした場合の焦点距離変動量を示している。図８（Ｂ）に示す例では、最適化されている波長４４５ｎｍとほぼ同等の補正効果が得られている。
【００１６】
図９に、当該コリメートレンズ（以下、温度補正回折コリメートレンズとも呼ぶ）の面形状係数（（ａ）は出射面、（ｂ）は入射面を示す）、図１０に、このコリメートレンズの温度補正回折面に付与されている回折構造を示す。ここで、面形状式は次式（１）で表わされる。
Ｚ＝｛Ｒ２×Ｃ｝／〔１＋√｛１−（１＋Ｋ）（Ｒ×Ｃ）２｝〕＋Ａ４×Ｒ４＋Ａ６×Ｒ６＋Ａ８×Ｒ８＋・・・
ただし、
Ｚ：光軸方向のレンズ高さ
Ｒ：光軸からの距離
Ｋ：コーニック係数
Ｃ：曲率
Ａｉ：非球面係数（ｉ＝４，６，８・・・）である。 …（１）
なお、この温度補正回折コリメートレンズは、焦点距離は約３ｍｍ、有効直径１．４ｍｍ、レンズ厚２ｍｍとして設計されている。
【００１７】
以上のように、焦点距離補正量が適正でない波長帯域が発生してしまうため、コリメートレンズとして必要なコリメート性能が得られず、これを小型の投影型画像表示装置等に用いた場合、ある特定の波長のみ画質の劣化が発生してしまうおそれがあるとういう問題が残されていた。
【００１８】
そこで本発明は、レーザー光源を構成する半導体材料が異なり、温度に対する波長変動量が異なる場合であっても、同じ回折構造及び球面あるいは非球面を持つ回折コリメートレンズにより、温度に対し変化するコリメートレンズの焦点距離変動を行うことを、波長の異なる複数のレーザー光源に対して可能にすることにより、波長の異なる複数のレーザー光源に対して共用することができるコリメートレンズおよび該コリメートレンズを有する投影型画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
かかる目的を達成するため、請求項１に記載のコリメートレンズは、２以上の波長λｉ（ｉ＝１，２，３，…）の異なるレーザー光源を備える光学装置における、該レーザー光源から発せられたレーザー光のコリメートを行うコリメートレンズであって、少なくとも一方の鏡面に回折構造を有し、該回折構造は、各波長λｉに対し回折効率が最大となり、温度変化により生じる焦点距離の補正量を、レーザー光源のうち温度変化に対する波長変化量が最小となるレーザー光源Ａに対する焦点距離の変化（変化量をΔｆＡとする）に対して補正不足、レーザー光源のうち温度変化に対する波長変化量が最大となるレーザー光源Ｂに対する焦点距離の変化（変化量をΔｆＢとする）に対して補正過剰となり、かつ、変化量ΔｆＡと変化量ΔｆＢとの絶対値が略同等となるものである。
【００２０】
したがって、レーザー光源を構成する半導体材料が異なり、温度に対する波長変動量が異なる場合であっても、同じ回折構造及び球面あるいは非球面を持つ回折コリメートレンズにより、温度に対し変化するコリメートレンズの焦点距離変動を行うことが、波長の異なる複数のレーザー光源に対して可能となる。
【００２１】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のコリメートレンズにおいて、樹脂材料を用いた射出成形法により製造されたものである。
【００２２】
また、請求項３に記載の投影型画像表示装置は、請求項１または２に記載のコリメートレンズを有し、レーザー光源から出射した光を、コリメートレンズによりコリメートし、該コリメートされた複数の波長の光束を同一光路上へと合成する光学系と、同一光路上へと合成された光束を２次元的に走査可能な走査手段と、走査手段の動きに同期して、レーザー光源の出力を制御する制御手段とを有するものである。
【００２３】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の投影型画像表示装置において、レーザー光源ＡはＧａＮ（窒化ガリウム）系半導体レーザーであり、レーザー光源ＢはＧａＩｎＰ（リン化インジウムガリウム）系半導体レーザーまたはＧａＡｓ（砒化ガリウム）系半導体レーザーであるものである。
【００２４】
また、請求項５に記載の投影型画像表示装置は、請求項１または２に記載のコリメートレンズを有するものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、回折コリメートレンズの共用が可能となり、各波長のレーザーに対し個別に回折コリメートレンズを設計、製造することが不要となる。また、温度補正機能を保持したまま、金型の作成数の低下や開発期間の短縮等に繋がり、コリメートレンズおよびこれを用いた投影型画像表示装置の製造コストを下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る投影型画像表示装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係るコリメートレンズの一実施形態を示す模式図である。
【図３】回折コリメートレンズの回折面の断面構造の一例である。
【図４】回折コリメートレンズの各波長における焦点距離変動量を表したグラフの例である。
【図５】回折構造の位相関数の２次係数Ｃ２と回折コリメートレンズの各波長における２５℃から８０℃へ温度上昇した場合の焦点距離変動量の変化を示すグラフの例である。
【図６】回折コリメートレンズの面形状係数である。
【図７】従来の投影型画像表示装置の概略構成図の一例である。
【図８】従来のコリメートレンズにおける焦点距離変動量を表したグラフの例である。
【図９】従来の回折コリメートレンズの面形状係数である。
【図１０】回折コリメートレンズの回折面の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係る構成を図１から図６に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００２８】
（投影型画像表示装置）
本発明に係る投影型画像表示装置は、以下に説明する本発明に係るコリメートレンズ（以下、回折コリメートレンズともいう）を有し、レーザー光源から出射した光を、コリメートレンズによりコリメートし、該コリメートされた複数の波長の光束を同一光路上へと合成する光学系と、同一光路上へと合成された光束を２次元的に走査可能な走査手段と、走査手段の動きに同期して、レーザー光源の出力を制御する制御手段とを有するものである。なお、本発明に係るコリメートレンズは、図１に示す構成の投影型画像表示装置に限られず、他の様々な構成の投影型画像表示装置に適用することも好適である。
【００２９】
図１に、投影型画像表示装置の一実施形態を示す。本実施形態に係る投影型画像表示装置１０は、それぞれＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のレーザー光を放射するレーザー光源１Ｒ、１Ｇ、１Ｂと、各レーザー光源１Ｒ、１Ｇ、１Ｂからのレーザー光をコリメートする回折コリメートレンズレンズ２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを備えている。
【００３０】
本実施形態では、赤のレーザー光源１Ｒとして、主にＧａＩｎＰ系の半導体で構成された、波長６４０ｎｍ付近で発光する半導体レーザーを用いている。また、青のレーザー光源１Ｂとして、主にＩｎＧａＮ系の半導体で構成された、波長４４５ｎｍ付近で発光する半導体レーザーを用いている。さらに、緑のレーザー光源１Ｇとして、近年開発された主にＩｎＧａＮ系の半導体で構成された、波長５００〜５４５ｎｍ付近で発光する半導体レーザーを用いている。なお、緑のレーザー光源１Ｇとしては、第２次高調波発生（ＳＨＧ）を用いて構成され、５３２ｎｍの波長で発信するＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザーを使用することも好ましい。
【００３１】
本実施形態に係る回折コリメートレンズ２Ｒ、２Ｇ、２Ｂは、以下に詳細を説明するように、同一回折構造、同一球面もしくは非球面で構成されており、各波長で個別設計されているわけではないため共用することが可能である。
【００３２】
また、投影型画像表示装置１０は、それぞれ赤色光、緑色光、青色光のみを反射し、その他の光を透過させるダイクロイックミラー（光学系）３Ｒ、３Ｇ、３Ｂと、傾斜角が可変なミラーを備えたＭＥＭＳミラー装置（走査手段）４と、当該ＭＥＭＳミラー装置４のミラーを水平方向及び垂直方向に回動させると共に、入力ビデオ信号に応じてレーザー光源１Ｒ、１Ｇ、１Ｂから光強度変調されたレーザー光を放射させる制御回路（制御手段）５とから構成される。また、制御回路５は、ミラー制御手段と変調手段を有しており、これに同期してレーザー光強度を変調させることによりスクリーン６上に画像を形成する。
【００３３】
（回折コリメートレンズ）
本発明に係るコリメートレンズは、２以上の波長λｉ（ｉ＝１，２，３，…）の異なるレーザー光源１を備える光学装置（投影型画像表示装置１０）における、該レーザー光源１から発せられたレーザー光のコリメートを行うコリメートレンズ（回折コリメートレンズ２）であって、少なくとも一方の鏡面に回折構造を有し、該回折構造は、各波長λｉに対し回折効率が最大となり、温度変化により生じる焦点距離の補正量を、レーザー光源１のうち温度変化に対する波長変化量が最小となるレーザー光源Ａに対する焦点距離の変化（変化量をΔｆＡとする）に対して補正不足、レーザー光源のうち温度変化に対する波長変化量が最大となるレーザー光源Ｂに対する焦点距離の変化（変化量をΔｆＢとする）に対して補正過剰となり、かつ、変化量ΔｆＡと変化量ΔｆＢとの絶対値が略同等となるものである。
【００３４】
先ず、「補正不足」および「補正過剰」について説明する。ここで、本発明に係るコリメートレンズを構成する樹脂材料と同一の樹脂材料にて成形され、同一の有効径及び同一の焦点距離を有するが、回折構造は持たず球面あるいは非球面のみで構成されたコリメートレンズの温度変化に対する焦点距離変化量をΔｆＯとする。
【００３５】
通常、レーザー光源から発する光は発散光であるため、コリメートレンズは凸レンズとして設計され、この場合、温度上昇に対して焦点距離は伸びる方向へ変化するものであるので、焦点距離変化量は、ΔｆＯ＞０で表わされる。
【００３６】
したがって、「レーザー光源のうち温度変化に対する波長変化量が最小となるレーザー光源Ａに対する焦点距離の変化（変化量をΔｆＡとする）に対して補正不足」、「レーザー光源のうち温度変化に対する波長変化量が最大となるレーザー光源Ｂに対する焦点距離の変化（変化量をΔｆＢとする）に対して補正過剰」となるとは、次式（２）が成り立つことを意味している。
ΔｆＢ＜０＜ΔｆＡ＜ΔｆＯ …（２）
【００３７】
図２に本発明に係るコリメートレンズの一実施形態である回折コリメートレンズ２を示す。レーザー光源１から発せられた光束は、光源のカバーガラスを透過し、回折コリメートレンズ２の入射面２ａから入射し、出射面２ｂから出射する。なお、本実施形態の回折コリメートレンズ２は、出射面２ｂに回折構造が付与されているが、入射面２ａ側に付与するようにしても良く、特に限られるものではない。
【００３８】
図３は、図２に示す回折コリメートレンズ２の出射面２ｂに付与された回折構造の断面図を示している。なお、図３に示す回折構造は、上述のように、赤色の光源として波長６４０ｎｍの半導体レーザー、緑色の光源として波長５３０ｎｍの半導体レーザー、青色の光源として波長４４５ｎｍの半導体レーザーを使用することを想定し設計されている。また、回折コリメートレンズ２はシクロオレフィン系樹脂材料にて射出成形されており、その屈折率は２５℃下、波長５３０ｎｍの光に対して１．５１２であるものとする。このように、回折コリメートレンズ２を樹脂材料を用いた射出成形法により製造することにより、製造コストを抑えて、量産することが可能となる。
【００３９】
ここで、各波長λｉに対し回折効率が最大となるようにするには、段差により形成される回折構造の回折溝の深さｄを、λｉ／｛ｎ（λｉ）−１｝（λｉ＝６４０ｎｍ、５３０ｎｍ、４４５ｎｍのいずれか）の最小公倍数に設定すればよく、本実施形態では、ｄ＝５．１２μｍとなる（この点につき、特許文献２参照）。
【００４０】
また、図３に示す回折構造は、その断面形状が鋸歯状のブレーズド回折格子となっているが、これに限られるものではなく、例えば、断面形状が一部曲面になるフレネルステップ型回折格子や、ブレーズド回折格子を近似した形状である階段形状のマルチステップ型の回折格子等であっても良い。なお、マルチステップ型の回折格子の場合において、そのステップ数をｍとすると、１段目からｍ段目までの段差の高さｈは、次式（３）で表わされる。
ｈ＝（ｍ−１）ｄ／ｍ …（３）
【００４１】
次に、図４に回折レンズおよびレーザー光源が、２５℃から８０℃まで加熱された場合の回折コリメートレンズ２の各波長における焦点距離変動量を表したグラフを示す。また、比較のため、同じ焦点距離、有効直径、レンズ厚、同じ樹脂材料にて設計された、回折構造を持たないコリメートレンズの焦点距離変動量も示している。
【００４２】
図４に示す例では、波長４４５ｎｍ及び波長５３０ｎｍの光源の温度に対する波長変動量を０．０６ｎｍ／℃、波長６４０ｎｍの光源の温度に対する波長変動量は０．２ｎｍ／℃となっている。
【００４３】
ここで、本実施形態のように波長変動量が等しい波長が複数波長ある場合は、レーザー光源Ａの候補としては、波長が最も長いものを選択すればよく、レーザー光源Ｂの候補としては、波長が最も短いものを選択すればよい。よって、レーザー光源Ａとして波長５３０ｎｍの光源が該当し、レーザー光源Ｂとして波長６４０ｎｍの光源が該当する。
【００４４】
図４に示すように、波長５３０ｎｍの光源における２５℃から８０℃へ温度上昇した場合の焦点距離変動量は、０．０１２ｍｍであり、波長６４０ｎｍの光源における２５℃から８０℃へ温度上昇した場合の焦点距離変動量は、-０．０１２ｍｍと、符号が異なる（変動方向が異なる）が、その大きさはほぼ一致している。
【００４５】
また、比較対象となる回折構造を持たないコリメートレンズの焦点距離変動量と比較すると、いずれの波長でも７０％以上の補正効果が現れていることがわかる。
【００４６】
次に、図５に、回折構造の位相関数の２次係数Ｃ２と、回折コリメートレンズ２の各波長における２５℃から８０℃へ温度上昇した場合の焦点距離変動量の変化を示すグラフを示す。
【００４７】
ここで、回折構造の位相関数φ（Ｒ）は、次式（４）で表わされる。但し、Ｃ２は回折構造のパワーの大きさである。
φ（Ｒ）＝Ｃ２×Ｒ２ …（４）
【００４８】
図５に示すように、光源の温度に対する波長変動量が等しい波長４４５ｎｍの光源と、波長５３０ｎｍの光源に対しては、位相関数の２次係数Ｃ２に対して、緩やかに焦点距離変動量が変化していくのに対し、波長６４０ｎｍの光源の場合は、急激に焦点距離変動量が変化してしまっている。
【００４９】
そこで、この場合、波長５３０ｎｍの焦点距離変動量ΔｆＡと波長６４０ｎｍの焦点距離変動量ΔｆＢが、次式（５）を満たす、換言すれば、ΔｆＡとΔｆＢとの絶対値を略同等となるように、Ｃ＝−０．１３７程度にする（式（５）は略同等を含む）ことで、波長４４５ｎｍの光源、波長５３０ｎｍの光源、波長６４０ｎｍの光源のいずれに対しても、焦点距離変動量に対し補正効果のある回折構造を作成することが可能となる。
ΔｆＡ＝−ΔｆＢ …（５）
【００５０】
図６に回折コリメートレンズ２の面形状係数を示す（（ａ）は出射面、（ｂ）は入射面を示す）。なお、回折コリメートレンズ２の回折面の断面図は、図１０に示すものと同様である。また、面形状式は、次式（６）（上記式（１）と同式）であらわすことができる。
Ｚ＝｛Ｒ２×Ｃ｝／〔１＋√｛１−（１＋Ｋ）（Ｒ×Ｃ）２｝〕＋Ａ４×Ｒ４＋Ａ６×Ｒ６＋Ａ８×Ｒ８＋・・・
ただし、
Ｚ：光軸方向のレンズ高さ
Ｒ：光軸からの距離
Ｋ：コーニック係数
Ｃ：曲率
Ａｉ：非球面係数（ｉ＝４，６，８・・・）である。 …（６）
【００５１】
尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【００５２】
例えば、上記実施形態では、レーザー光源１から発せられる発散光束を平行光として出射させる機能を持つコリメートレンズを例に説明したが、出射する光束は平行光束に限らず、発散光束や収束光束を出射させる機能を持つコリメートレンズへも適用することも好ましい。
【００５３】
また、上記実施形態では、コリメートレンズ面上に回折構造を付与したが、これに限らず、回折面をコリメートレンズから分離し、回折光学面を持たないコリメートレンズと組み合わせて搭載する回折光学素子としても利用することも好ましい。
【符号の説明】
【００５４】
１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ レーザー光源
２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ 回折コリメートレンズ
３Ｒ，３Ｇ，３Ｂ ダイクロイックミラー
４ ＭＥＭＳミラー装置
５ 制御回路
６ スクリーン
１０ 投影型画像表示装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５５】
【特許文献１】特開２００６−１８９５７３号公報
【特許文献２】特開２００８− ７０７９７号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コリメートレンズおよび該コリメートレンズを有する投影型画像表示装置に関する。さらに詳述すると、複数のレーザー光源に対しコリメートを行う回折構造を持つコリメートレンズおよび該コリメートレンズを有するレーザー走査型の投影型画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、小型軽量化を目的として、ＬＥＤやレーザーなどを用いた投影型画像表示装置（プロジェクタなど）の開発が盛んになされている。投影型画像表示装置は、小型軽量化を図ることにより、持ち運びを容易として携帯性の向上を図ることができる。また、重量を減らすことにより、従来、取り付けが困難であった壁などへ直接取り付けることが可能となる。
【０００３】
レーザーを用いた投影型画像表示装置のうち、特に、３原色（Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青））のレーザーとＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems:微小電気機械システム）ミラーを組み合わせた走査型の小型プロジェクタは、その構成部品を少なくすることができ、超小型化を図ることができるため研究開発が進められている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この３原色のレーザーとＭＥＭＳミラーを組み合わせた走査型の小型プロジェクタの概略構成図を図７に示す。図７に示すプロジェクタ１００は、それぞれＲ、Ｇ、Ｂのレーザー光を放射するレーザー光源１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂと、各レーザー光源１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂからのレーザー光をコリメートするレンズ１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂと、それぞれ赤色光、緑色光、青色光のみを反射し、その他の光を透過させるダイクロイックミラー１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂと、傾斜角が可変なミラーを備えたＭＥＭＳミラー装置１０４と、ＭＥＭＳミラー装置１０４のミラーを水平方向及び垂直方向に回動させると共に、入力ビデオ信号に応じてレーザー光源１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂから光強度変調されたレーザー光を放射させる制御回路１０５とから構成される。また、制御回路１０５は、ミラー制御手段と変調手段を有しており、これに同期してレーザー光強度を変調させることによりスクリーン１０６上に画像を形成する。
【０００５】
このようなプロジェクタに搭載されるコリメートレンズ等の光学素子は、光学曲面を多様な形状に形成する必要があり、また、低コストで大量生産できることが望ましいため、光学曲面を多様に形成することができ、かつコスト的に優れた樹脂材料を用いた射出成形法により製造されることが多い。
【０００６】
しかしながら、樹脂材料により製造された光学素子は、光源などが発する熱による温度上昇により樹脂材料の屈折率や熱膨張により焦点距離といった光学特性が大きく変化してしまうという問題がある。
【０００７】
このような問題に対し、電子写真方式の画像形成装置等における書込み装置に用いるコリメートレンズ、シリンドリカルレンズ、光ディスクの対物レンズ等の光学素子に、回折構造を付与させることにより光学特性の劣化を防ごうとする試みがなされてきた。
【０００８】
しかしながら、従来より提案されてきた技術は、単一の波長に対し最適化された回折構造にて補正を行うものであった。よって、最適化された波長以外の波長に対しては、補正ができない、または補正をしても回折効率が大きく落ちるために使用に向かない場合が多いという問題があった。このため、各波長に対して個別に回折コリメートレンズ等を設計および製造しなければならず、コストの増大を招いていた。
【０００９】
上記の問題に対して、特許文献２に記載の発明は、２つ以上の波長に対し最適化された回折光学素子の設計方法について開示している。特許文献２には、λ１，λ２を光源の波長、λ１，λ２における回折レンズを構成する材料の屈折率をｎ（λ１），ｎ（λ２）とする場合に、回折溝の高さｄを、λ１／｛ｎ（λ１）−１｝及びλ２／｛ｎ（λ２）−１｝の最小公倍数と略同等の値に設定することにより、２波長の光に対して同一の光学機能を果たすことができる発明が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、回折光学素子により補正する対象となるのは、特許文献２に記載のように、光学素子を構成する材料の屈折率や熱膨張に限られず、当該光学素子を固定する筐体の熱膨張、熱によるレーザー光源の波長変動も補正の対象とすることが望まれる。
【００１１】
特に、熱によるレーザー光源の波長変動の影響は、小型のプロジェクタに用いられる半導体レーザーにおいては、回折レンズの設計の大きな影響を与える。また、レーザー光源の発光波長により波長変動の大きさには差が生じる。例えば、４４５ｎｍ付近で発振するＩｎＧａＮ半導体レーザーは、１０℃あたり０．６ｎｍ程度の変動量なのに対し、６４０ｎｍ付近で発振するＡｌＧａＩｎＰ半導体レーザーの場合は、１０℃あたり２．０ｎｍ程度の変動量となる。
【００１２】
図８に、従来のコリメートレンズにおける焦点距離変動量を表したグラフを示す。この例では、４４５ｎｍの波長に対して回折面を最適化した温度補正回折コリメートレンズの焦点距離の変化量を示している。なお、図８に示す例では、光学素子を固定する筐体の熱膨張を考慮に入れていない。
【００１３】
図８（Ａ）は、波長４４５ｎｍの光源の温度に対する波長変動量を０．０６ｎｍ／℃、波長６４０ｎｍの光源の温度に対する波長変動量を０．２ｎｍ／℃としている。また、比較のため、同じ焦点距離、有効直径、レンズ厚、同じ樹脂材料にて設計された、回折構造を持たないコリメートレンズの焦点距離変動量も示している。
【００１４】
図８（Ａ）から明らかなように、波長４４５ｎｍの光源、波長６４０ｎｍの光源いずれに対しても、焦点距離変動量が回折構造を持たないコリメートレンズに比べ抑えられている。しかしながら、その効果には差があり、波長４４５ｎｍの光源に対しては９５％以上の補正効果があるのに対し、波長６４０ｎｍの光源に対しては、３０％程度の補正効果しか有しない。
【００１５】
また、図８（Ｂ）は、仮に、波長６４０ｎｍの光源の波長変動量を０．０６ｎｍ／℃として、波長４４５ｎｍの光源と同じ波長変動量とした場合の焦点距離変動量を示している。図８（Ｂ）に示す例では、最適化されている波長４４５ｎｍとほぼ同等の補正効果が得られている。
【００１６】
図９に、当該コリメートレンズ（以下、温度補正回折コリメートレンズとも呼ぶ）の面形状係数（（ａ）は出射面、（ｂ）は入射面を示す）、図１０に、このコリメートレンズの温度補正回折面に付与されている回折構造を示す。ここで、面形状式は次式（１）で表わされる。
Ｚ＝｛Ｒ２×Ｃ｝／〔１＋√｛１−（１＋Ｋ）（Ｒ×Ｃ）２｝〕＋Ａ４×Ｒ４＋Ａ６×Ｒ６＋Ａ８×Ｒ８＋・・・
ただし、
Ｚ：光軸方向のレンズ高さ
Ｒ：光軸からの距離
Ｋ：コーニック係数
Ｃ：曲率
Ａｉ：非球面係数（ｉ＝４，６，８・・・）である。 …（１）
なお、この温度補正回折コリメートレンズは、焦点距離は約３ｍｍ、有効直径１．４ｍｍ、レンズ厚２ｍｍとして設計されている。
【００１７】
以上のように、焦点距離補正量が適正でない波長帯域が発生してしまうため、コリメートレンズとして必要なコリメート性能が得られず、これを小型の投影型画像表示装置等に用いた場合、ある特定の波長のみ画質の劣化が発生してしまうおそれがあるとういう問題が残されていた。
【００１８】
そこで本発明は、レーザー光源を構成する半導体材料が異なり、温度に対する波長変動量が異なる場合であっても、同じ回折構造及び球面あるいは非球面を持つ回折コリメートレンズにより、温度に対し変化するコリメートレンズの焦点距離変動を行うことを、波長の異なる複数のレーザー光源に対して可能にすることにより、波長の異なる複数のレーザー光源に対して共用することができるコリメートレンズおよび該コリメートレンズを有する投影型画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
かかる目的を達成するため、請求項１に記載のコリメートレンズは、２以上の波長λｉ（ｉ＝１，２，３，…）の異なるレーザー光源を備える光学装置における、該レーザー光源から発せられたレーザー光のコリメートを行うコリメートレンズであって、少なくとも一方の鏡面に回折構造を有し、該回折構造は、各波長λｉに対し回折効率が最大となり、温度変化により生じる焦点距離の補正量を、レーザー光源のうち温度変化に対する波長変化量が最小となるレーザー光源Ａに対する焦点距離の変化（変化量をΔｆＡとする）に対して補正不足、レーザー光源のうち温度変化に対する波長変化量が最大となるレーザー光源Ｂに対する焦点距離の変化（変化量をΔｆＢとする）に対して補正過剰となり、かつ、変化量ΔｆＡと変化量ΔｆＢとの絶対値が略同等となるものである。
【００２０】
したがって、レーザー光源を構成する半導体材料が異なり、温度に対する波長変動量が異なる場合であっても、同じ回折構造及び球面あるいは非球面を持つ回折コリメートレンズにより、温度に対し変化するコリメートレンズの焦点距離変動を行うことが、波長の異なる複数のレーザー光源に対して可能となる。
【００２１】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のコリメートレンズにおいて、樹脂材料を用いた射出成形法により製造されたものである。
【００２２】
また、請求項３に記載の投影型画像表示装置は、請求項１または２に記載のコリメートレンズを有し、レーザー光源から出射した光を、コリメートレンズによりコリメートし、該コリメートされた複数の波長の光束を同一光路上へと合成する光学系と、同一光路上へと合成された光束を２次元的に走査可能な走査手段と、走査手段の動きに同期して、レーザー光源の出力を制御する制御手段とを有するものである。
【００２３】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の投影型画像表示装置において、レーザー光源ＡはＧａＮ（窒化ガリウム）系半導体レーザーであり、レーザー光源ＢはＧａＩｎＰ（リン化インジウムガリウム）系半導体レーザーまたはＧａＡｓ（砒化ガリウム）系半導体レーザーであるものである。
【００２４】
また、請求項５に記載の投影型画像表示装置は、請求項１または２に記載のコリメートレンズを有するものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、回折コリメートレンズの共用が可能となり、各波長のレーザーに対し個別に回折コリメートレンズを設計、製造することが不要となる。また、温度補正機能を保持したまま、金型の作成数の低下や開発期間の短縮等に繋がり、コリメートレンズおよびこれを用いた投影型画像表示装置の製造コストを下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る投影型画像表示装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係るコリメートレンズの一実施形態を示す模式図である。
【図３】回折コリメートレンズの回折面の断面構造の一例である。
【図４】回折コリメートレンズの各波長における焦点距離変動量を表したグラフの例である。
【図５】回折構造の位相関数の２次係数Ｃ２と回折コリメートレンズの各波長における２５℃から８０℃へ温度上昇した場合の焦点距離変動量の変化を示すグラフの例である。
【図６】回折コリメートレンズの面形状係数である。
【図７】従来の投影型画像表示装置の概略構成図の一例である。
【図８】従来のコリメートレンズにおける焦点距離変動量を表したグラフの例である。
【図９】従来の回折コリメートレンズの面形状係数である。
【図１０】回折コリメートレンズの回折面の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係る構成を図１から図６に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００２８】
（投影型画像表示装置）
本発明に係る投影型画像表示装置は、以下に説明する本発明に係るコリメートレンズ（以下、回折コリメートレンズともいう）を有し、レーザー光源から出射した光を、コリメートレンズによりコリメートし、該コリメートされた複数の波長の光束を同一光路上へと合成する光学系と、同一光路上へと合成された光束を２次元的に走査可能な走査手段と、走査手段の動きに同期して、レーザー光源の出力を制御する制御手段とを有するものである。なお、本発明に係るコリメートレンズは、図１に示す構成の投影型画像表示装置に限られず、他の様々な構成の投影型画像表示装置に適用することも好適である。
【００２９】
図１に、投影型画像表示装置の一実施形態を示す。本実施形態に係る投影型画像表示装置１０は、それぞれＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のレーザー光を放射するレーザー光源１Ｒ、１Ｇ、１Ｂと、各レーザー光源１Ｒ、１Ｇ、１Ｂからのレーザー光をコリメートする回折コリメートレンズレンズ２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを備えている。
【００３０】
本実施形態では、赤のレーザー光源１Ｒとして、主にＧａＩｎＰ系の半導体で構成された、波長６４０ｎｍ付近で発光する半導体レーザーを用いている。また、青のレーザー光源１Ｂとして、主にＩｎＧａＮ系の半導体で構成された、波長４４５ｎｍ付近で発光する半導体レーザーを用いている。さらに、緑のレーザー光源１Ｇとして、近年開発された主にＩｎＧａＮ系の半導体で構成された、波長５００〜５４５ｎｍ付近で発光する半導体レーザーを用いている。なお、緑のレーザー光源１Ｇとしては、第２次高調波発生（ＳＨＧ）を用いて構成され、５３２ｎｍの波長で発信するＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザーを使用することも好ましい。
【００３１】
本実施形態に係る回折コリメートレンズ２Ｒ、２Ｇ、２Ｂは、以下に詳細を説明するように、同一回折構造、同一球面もしくは非球面で構成されており、各波長で個別設計されているわけではないため共用することが可能である。
【００３２】
また、投影型画像表示装置１０は、それぞれ赤色光、緑色光、青色光のみを反射し、その他の光を透過させるダイクロイックミラー（光学系）３Ｒ、３Ｇ、３Ｂと、傾斜角が可変なミラーを備えたＭＥＭＳミラー装置（走査手段）４と、当該ＭＥＭＳミラー装置４のミラーを水平方向及び垂直方向に回動させると共に、入力ビデオ信号に応じてレーザー光源１Ｒ、１Ｇ、１Ｂから光強度変調されたレーザー光を放射させる制御回路（制御手段）５とから構成される。また、制御回路５は、ミラー制御手段と変調手段を有しており、これに同期してレーザー光強度を変調させることによりスクリーン６上に画像を形成する。
【００３３】
（回折コリメートレンズ）
本発明に係るコリメートレンズは、２以上の波長λｉ（ｉ＝１，２，３，…）の異なるレーザー光源１を備える光学装置（投影型画像表示装置１０）における、該レーザー光源１から発せられたレーザー光のコリメートを行うコリメートレンズ（回折コリメートレンズ２）であって、少なくとも一方の鏡面に回折構造を有し、該回折構造は、各波長λｉに対し回折効率が最大となり、温度変化により生じる焦点距離の補正量を、レーザー光源１のうち温度変化に対する波長変化量が最小となるレーザー光源Ａに対する焦点距離の変化（変化量をΔｆＡとする）に対して補正不足、レーザー光源のうち温度変化に対する波長変化量が最大となるレーザー光源Ｂに対する焦点距離の変化（変化量をΔｆＢとする）に対して補正過剰となり、かつ、変化量ΔｆＡと変化量ΔｆＢとの絶対値が略同等となるものである。
【００３４】
先ず、「補正不足」および「補正過剰」について説明する。ここで、本発明に係るコリメートレンズを構成する樹脂材料と同一の樹脂材料にて成形され、同一の有効径及び同一の焦点距離を有するが、回折構造は持たず球面あるいは非球面のみで構成されたコリメートレンズの温度変化に対する焦点距離変化量をΔｆＯとする。
【００３５】
通常、レーザー光源から発する光は発散光であるため、コリメートレンズは凸レンズとして設計され、この場合、温度上昇に対して焦点距離は伸びる方向へ変化するものであるので、焦点距離変化量は、ΔｆＯ＞０で表わされる。
【００３６】
したがって、「レーザー光源のうち温度変化に対する波長変化量が最小となるレーザー光源Ａに対する焦点距離の変化（変化量をΔｆＡとする）に対して補正不足」、「レーザー光源のうち温度変化に対する波長変化量が最大となるレーザー光源Ｂに対する焦点距離の変化（変化量をΔｆＢとする）に対して補正過剰」となるとは、次式（２）が成り立つことを意味している。
ΔｆＢ＜０＜ΔｆＡ＜ΔｆＯ …（２）
【００３７】
図２に本発明に係るコリメートレンズの一実施形態である回折コリメートレンズ２を示す。レーザー光源１から発せられた光束は、光源のカバーガラスを透過し、回折コリメートレンズ２の入射面２ａから入射し、出射面２ｂから出射する。なお、本実施形態の回折コリメートレンズ２は、出射面２ｂに回折構造が付与されているが、入射面２ａ側に付与するようにしても良く、特に限られるものではない。
【００３８】
図３は、図２に示す回折コリメートレンズ２の出射面２ｂに付与された回折構造の断面図を示している。なお、図３に示す回折構造は、上述のように、赤色の光源として波長６４０ｎｍの半導体レーザー、緑色の光源として波長５３０ｎｍの半導体レーザー、青色の光源として波長４４５ｎｍの半導体レーザーを使用することを想定し設計されている。また、回折コリメートレンズ２はシクロオレフィン系樹脂材料にて射出成形されており、その屈折率は２５℃下、波長５３０ｎｍの光に対して１．５１２であるものとする。このように、回折コリメートレンズ２を樹脂材料を用いた射出成形法により製造することにより、製造コストを抑えて、量産することが可能となる。
【００３９】
ここで、各波長λｉに対し回折効率が最大となるようにするには、段差により形成される回折構造の回折溝の深さｄを、λｉ／｛ｎ（λｉ）−１｝（λｉ＝６４０ｎｍ、５３０ｎｍ、４４５ｎｍのいずれか）の最小公倍数に設定すればよく、本実施形態では、ｄ＝５．１２μｍとなる（この点につき、特許文献２参照）。
【００４０】
また、図３に示す回折構造は、その断面形状が鋸歯状のブレーズド回折格子となっているが、これに限られるものではなく、例えば、断面形状が一部曲面になるフレネルステップ型回折格子や、ブレーズド回折格子を近似した形状である階段形状のマルチステップ型の回折格子等であっても良い。なお、マルチステップ型の回折格子の場合において、そのステップ数をｍとすると、１段目からｍ段目までの段差の高さｈは、次式（３）で表わされる。
ｈ＝（ｍ−１）ｄ／ｍ …（３）
【００４１】
次に、図４に回折レンズおよびレーザー光源が、２５℃から８０℃まで加熱された場合の回折コリメートレンズ２の各波長における焦点距離変動量を表したグラフを示す。また、比較のため、同じ焦点距離、有効直径、レンズ厚、同じ樹脂材料にて設計された、回折構造を持たないコリメートレンズの焦点距離変動量も示している。
【００４２】
図４に示す例では、波長４４５ｎｍ及び波長５３０ｎｍの光源の温度に対する波長変動量を０．０６ｎｍ／℃、波長６４０ｎｍの光源の温度に対する波長変動量は０．２ｎｍ／℃となっている。
【００４３】
ここで、本実施形態のように波長変動量が等しい波長が複数波長ある場合は、レーザー光源Ａの候補としては、波長が最も長いものを選択すればよく、レーザー光源Ｂの候補としては、波長が最も短いものを選択すればよい。よって、レーザー光源Ａとして波長５３０ｎｍの光源が該当し、レーザー光源Ｂとして波長６４０ｎｍの光源が該当する。
【００４４】
図４に示すように、波長５３０ｎｍの光源における２５℃から８０℃へ温度上昇した場合の焦点距離変動量は、０．０１２ｍｍであり、波長６４０ｎｍの光源における２５℃から８０℃へ温度上昇した場合の焦点距離変動量は、-０．０１２ｍｍと、符号が異なる（変動方向が異なる）が、その大きさはほぼ一致している。
【００４５】
また、比較対象となる回折構造を持たないコリメートレンズの焦点距離変動量と比較すると、いずれの波長でも７０％以上の補正効果が現れていることがわかる。
【００４６】
次に、図５に、回折構造の位相関数の２次係数Ｃ２と、回折コリメートレンズ２の各波長における２５℃から８０℃へ温度上昇した場合の焦点距離変動量の変化を示すグラフを示す。
【００４７】
ここで、回折構造の位相関数φ（Ｒ）は、次式（４）で表わされる。但し、Ｃ２は回折構造のパワーの大きさである。
φ（Ｒ）＝Ｃ２×Ｒ２ …（４）
【００４８】
図５に示すように、光源の温度に対する波長変動量が等しい波長４４５ｎｍの光源と、波長５３０ｎｍの光源に対しては、位相関数の２次係数Ｃ２に対して、緩やかに焦点距離変動量が変化していくのに対し、波長６４０ｎｍの光源の場合は、急激に焦点距離変動量が変化してしまっている。
【００４９】
そこで、この場合、波長５３０ｎｍの焦点距離変動量ΔｆＡと波長６４０ｎｍの焦点距離変動量ΔｆＢが、次式（５）を満たす、換言すれば、ΔｆＡとΔｆＢとの絶対値を略同等となるように、Ｃ＝−０．１３７程度にする（式（５）は略同等を含む）ことで、波長４４５ｎｍの光源、波長５３０ｎｍの光源、波長６４０ｎｍの光源のいずれに対しても、焦点距離変動量に対し補正効果のある回折構造を作成することが可能となる。
ΔｆＡ＝−ΔｆＢ …（５）
【００５０】
図６に回折コリメートレンズ２の面形状係数を示す（（ａ）は出射面、（ｂ）は入射面を示す）。なお、回折コリメートレンズ２の回折面の断面図は、図１０に示すものと同様である。また、面形状式は、次式（６）（上記式（１）と同式）であらわすことができる。
Ｚ＝｛Ｒ２×Ｃ｝／〔１＋√｛１−（１＋Ｋ）（Ｒ×Ｃ）２｝〕＋Ａ４×Ｒ４＋Ａ６×Ｒ６＋Ａ８×Ｒ８＋・・・
ただし、
Ｚ：光軸方向のレンズ高さ
Ｒ：光軸からの距離
Ｋ：コーニック係数
Ｃ：曲率
Ａｉ：非球面係数（ｉ＝４，６，８・・・）である。 …（６）
【００５１】
尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【００５２】
例えば、上記実施形態では、レーザー光源１から発せられる発散光束を平行光として出射させる機能を持つコリメートレンズを例に説明したが、出射する光束は平行光束に限らず、発散光束や収束光束を出射させる機能を持つコリメートレンズへも適用することも好ましい。
【００５３】
また、上記実施形態では、コリメートレンズ面上に回折構造を付与したが、これに限らず、回折面をコリメートレンズから分離し、回折光学面を持たないコリメートレンズと組み合わせて搭載する回折光学素子としても利用することも好ましい。
【符号の説明】
【００５４】
１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ レーザー光源
２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ 回折コリメートレンズ
３Ｒ，３Ｇ，３Ｂ ダイクロイックミラー
４ ＭＥＭＳミラー装置
５ 制御回路
６ スクリーン
１０ 投影型画像表示装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５５】
【特許文献１】特開２００６−１８９５７３号公報
【特許文献２】特開２００８− ７０７９７号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２以上の波長λｉ（ｉ＝１，２，３，…）の異なるレーザー光源を備える光学装置における、該レーザー光源から発せられたレーザー光のコリメートを行うコリメートレンズであって、
少なくとも一方の鏡面に回折構造を有し、該回折構造は、
前記各波長λｉに対し回折効率が最大となり、
温度変化により生じる焦点距離の補正量を、前記レーザー光源のうち温度変化に対する波長変化量が最小となるレーザー光源Ａに対する焦点距離の変化（変化量をΔｆＡとする）に対して補正不足、前記レーザー光源のうち温度変化に対する波長変化量が最大となるレーザー光源Ｂに対する焦点距離の変化（変化量をΔｆＢとする）に対して補正過剰となり、かつ、変化量ΔｆＡと変化量ΔｆＢとの絶対値が略同等となることを特徴とするコリメートレンズ。
【請求項２】
樹脂材料を用いた射出成形法により製造されたことを特徴とする請求項１に記載のコリメートレンズ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のコリメートレンズを有し、
前記レーザー光源から出射した光を、前記コリメートレンズによりコリメートし、該コリメートされた複数の波長の光束を同一光路上へと合成する光学系と、
同一光路上へと合成された光束を２次元的に走査可能な走査手段と、
前記走査手段の動きに同期して、前記レーザー光源の出力を制御する制御手段とを有することを特徴とする投影型画像表示装置。
【請求項４】
前記レーザー光源ＡはＧａＮ系半導体レーザーであり、
前記レーザー光源ＢはＧａＩｎＰ系半導体レーザーまたはＧａＡｓ系半導体レーザーであることを特徴とする請求項３に記載の投影型画像表示装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載のコリメートレンズを有することを特徴とする投影型画像表示装置。
【請求項１】
２以上の波長λｉ（ｉ＝１，２，３，…）の異なるレーザー光源を備える光学装置における、該レーザー光源から発せられたレーザー光のコリメートを行うコリメートレンズであって、
少なくとも一方の鏡面に回折構造を有し、該回折構造は、
前記各波長λｉに対し回折効率が最大となり、
温度変化により生じる焦点距離の補正量を、前記レーザー光源のうち温度変化に対する波長変化量が最小となるレーザー光源Ａに対する焦点距離の変化（変化量をΔｆＡとする）に対して補正不足、前記レーザー光源のうち温度変化に対する波長変化量が最大となるレーザー光源Ｂに対する焦点距離の変化（変化量をΔｆＢとする）に対して補正過剰となり、かつ、変化量ΔｆＡと変化量ΔｆＢとの絶対値が略同等となることを特徴とするコリメートレンズ。
【請求項２】
樹脂材料を用いた射出成形法により製造されたことを特徴とする請求項１に記載のコリメートレンズ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のコリメートレンズを有し、
前記レーザー光源から出射した光を、前記コリメートレンズによりコリメートし、該コリメートされた複数の波長の光束を同一光路上へと合成する光学系と、
同一光路上へと合成された光束を２次元的に走査可能な走査手段と、
前記走査手段の動きに同期して、前記レーザー光源の出力を制御する制御手段とを有することを特徴とする投影型画像表示装置。
【請求項４】
前記レーザー光源ＡはＧａＮ系半導体レーザーであり、
前記レーザー光源ＢはＧａＩｎＰ系半導体レーザーまたはＧａＡｓ系半導体レーザーであることを特徴とする請求項３に記載の投影型画像表示装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載のコリメートレンズを有することを特徴とする投影型画像表示装置。
【図２】
【図３】
【図６】
【図９】
【図１０】
【図１】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図３】
【図６】
【図９】
【図１０】
【図１】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１４１４２９（Ｐ２０１１−１４１４２９Ａ）
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０２８（Ｐ２０１０−２０２８）
【出願日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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