CN107210580A - 光源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于，提供小型且构造简单的光源装置。本发明的光源装置(101)具有：激光光源部(20)；底座(13)，激光光源部(20)设置于该底座(13)；罩(11)，其具有开口部(16)，覆盖激光光源部(20)并与底座(13)接合；透镜保持架(15)，其跨过开口部(16)而与罩(11)的外表面接合；以及准直透镜(12)，其支承于透镜保持架(15)，对从激光光源部(20)射出且通过开口部(16)后的光进行准直。

Description

光源装置
技术领域
本发明涉及具有激光光源和准直透镜的光源装置。
背景技术
以往，在投影仪等显示装置包含的光源中，已使用利用卤钨灯或金属卤化物灯的光源。近年来，盛行将具有长寿命、低耗电、高亮度和高颜色纯度这样的特征的激光光源用于显示装置。
存在如下方法：在投影仪使用激光光源时，利用会聚透镜会聚从RGB(三原色)的激光光源(单元)分别射出的光束，入射到多个光纤，通过光纤将激光传送到投影仪具有的照明光学系统的光学部件而投射影像。
在专利文献1中，公开有通过保持架连接内置有半导体发光芯片的激光光源和准直透镜的光源装置。根据该光源装置，将搭载有激光光源的底座(stem)插入到保持架的后端部内周，在产生的间隙内移动激光光源单元，由此能够进行激光光源和准直透镜的光轴调整。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平5-235484号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在专利文献1的光源装置中，对搭载有激光光源的底座的侧面和保持架进行粘接固定，因此，成为利用保持架覆盖激光光源的构造，其结果是，存在光源装置大型、成本升高这样的课题。
本发明正是为了解决上述课题而完成的，其目的在于，提供小型且构造简单的光源装置。
用于解决课题的手段
本发明的光源装置具有：激光光源部；底座，激光光源部设置于该底座；罩，其具有开口部，覆盖激光光源部并与底座接合；透镜保持架，其跨过开口部而与罩的外表面接合；以及准直透镜，其支承于透镜保持架，对从激光光源部射出且通过开口部后的光进行准直。
发明效果
本发明的光源装置具有：激光光源部；底座，激光光源部设置于该底座；罩，其具有开口部，覆盖激光光源部并与底座接合；透镜保持架，其跨过开口部而与罩的外表面接合；以及准直透镜，其支承于透镜保持架，对从激光光源部射出且通过开口部的光进行准直。因此，能够实现构造的简单化和装置的小型化。
本发明的目的、特征、方式和优点通过以下的详细说明和附图而更加明白。
附图说明
图1是实施方式1的光源装置的剖视图。
图2是实施方式1的光源装置的剖视图。
图3是比较例的光源装置的剖视图。
图4是实施方式1的准直透镜的立体图。
图5是实施方式1的准直透镜的立体图。
图6是实施方式1的透镜保持架的立体图。
图7是示出实施方式1的在透镜保持架粘接准直透镜后的状态的立体图。
图8是实施方式2的光源装置的剖视图。
图9是实施方式2的准直透镜的立体图。
具体实施方式
<A.实施方式1>
图1概略地示出本发明的实施方式1的光源装置101。在图1中，设纸面的里侧方向为X轴的正方向，设纸面左方向为Y轴的正方向，设纸面上的上方向为Z轴的正方向。图2概略地示出图1所示的A-A′截面。使用图1对光源装置101的结构进行说明。另外，在图2中，与图1相同的标号分别表示相同的结构，因此，对于图2省略详细说明。
光源装置101具有底座13、搭载于底座13的激光光源单元21、以及粘接于激光光源单元21的透镜单元22。激光光源单元21具有：包含光源元件1和波长转换元件4、7的光源部20；内包光源部20且设置于底座13的罩11；设置于罩11的突出部11a的透射部10；以及贯通底座13并对光源部20供给电力的外部连接用的销14。光源部20的详细结构容后再述。
底座13是形成为板状的部件，例如由对表面实施了镀Au的金属材料构成。底座13发挥固定光源部20并且将光源部20产生的热释放到光源装置101外部的作用。
罩11是覆盖光源部20的大致圆筒状的中空构造，一方封闭，另一方敞开。罩11的封闭侧的表面的中央部比中央部以外的表面更向外部突出，形成突出部11a。并且，在突出部11a的表面中央部形成开口部16，在突出部11a内配置透射部10，以堵住开口部16。透射部10例如能够使用石英玻璃。
并且，罩11的释放侧例如通过凸焊等焊接(接合)于底座13。因此，罩11被玻璃窗10和底座13密封。罩11和光源部20接合于底座13的同一面。
透镜单元22具有粘接固定在罩11的外表面即上表面而覆盖突出部11a的透镜保持架15、以及保持于透镜保持架15的准直透镜12。如图2所示，光源元件1、波长转换元件4、7、透射部10以及准直透镜12被配置成在z方向排列在一条直线上，由此，从光源部20射出的激光LB1通过透射部10和准直透镜12射出到光源装置10外部。
接着，使用比较例对光源装置101的特点进行说明。图3是比较例的光源装置100的剖视图。在图4中，标注有与图1相同的标号的结构表示相同结构，因此省略说明。在光源装置100中，与透镜保持架15无关，准直透镜12直接固定在第3块9的上表面。
如图3所示，在将准直透镜12配置在罩11内部的情况下，与将准直透镜12配置在罩11外部的光源装置101相比，罩11的高度较高。因此，在光源装置101中，通过将准直透镜12配置在罩11外部，与将准直透镜12配置在罩11内部的情况相比，能够降低罩11的高度。
由于能够降低罩11的高度，因此，能够降低罩11的制造成本，并且，能够实现光源装置101的小型化。光源装置101的小型化还能够实现设置在光源装置101外部的散热机构的小型化，因此，还能够实现利用光源装置101的装置整体的小型化。
并且，在比较例的光源装置100中，将准直透镜12固定在第3块9的上方，因此，施加较大的由于光源部20的振动引起的扭力。但是，在光源装置101中，将准直透镜12配置在罩11外部，因此，能够避免施加较大的上述扭力，能够降低准直透镜12脱落等的风险。
进而，透镜保持架15在透射部10的上方与罩11的上表面粘接固定，因此，例如与使透镜保持架15与底座13的侧面粘接固定的情况相比，能够实现构造的简单化和装置的小型化。
在光源装置101的制造过程中，需要进行罩11内的密封工序以及光源部20与准直透镜12的光轴对齐(调心)工序。如果是罩11和准直透镜12成为一体的构造、如图3所示的光源装置100那样将准直透镜12设置在罩11内部的构造，则需要同时进行罩11内的密封工序以及光源部20与准直透镜12的调心工序，作业工序复杂。但是，在光源装置101中，将准直透镜12设置在罩11外部，因此，能够单独进行罩11内的密封工序以及光源部20与准直透镜12的调心工序。因此，具有通过减轻出射光的光轴偏移或焦点位置模糊等的风险而使成品率提高这样的效果。
即，实施方式1的光源装置101具有：光源部20(激光光源部)；底座13，激光光源部设置于该底座13；罩11，其具有开口部16，覆盖激光光源部并与底座13接合；透镜保持架15，其跨过开口部16而与罩11的外表面接合；以及准直透镜12，其支承于透镜保持架15，对从激光光源部射出且通过开口部16后的光进行准直。由于将准直透镜12设置在罩11外部，因此，能够实现构造的简单化和装置的小型化。并且，能够单独进行罩11内的密封工序以及光源部20与准直透镜12的调心工序，因此，出射光的光轴偏移或焦点位置模糊等的风险减轻，成品率提高。并且，准直透镜12支承于保持架15，因此，可抑制由于外在原因而使准直透镜12破损。
接着，使用图1对光源部20进行详细说明。如图1所示，光源部20具有发出基波激光的光源元件1(激励光源)；使从光源元件1射出的基波激光振荡的第1波长转换元件4(固体激光元件)；对由第1波长转换元件4振荡出的激光的波长进行转换的第2波长转换元件7；分别设置光源元件1、第1波长转换元件4和第2波长转换元件7的第1子安装件2、第2子安装件5、第3子安装件8；以及分别设置第1子安装件2、第2子安装件5、第3子安装件8的第1块3、第2块6、第3块9。
第1块3设置于底座13。在第1块3的与底座13相反的一侧连接有第2块6。并且，在第2块6的与第1块3连接的一侧的相反侧连接有第3块9。另外，虽然没有图示，但是，销14连接成能够对光源元件1供给电力。在第1块3与底座13的连接，第1块3、第2块6、第3块9彼此的连接，第1子安装件2、第2子安装件5、第3子安装件8与第1块3、第2块6、第3块9的各个连接以及第1子安装件2、第2子安装件5、第3子安装件8与光源元件1、第1波长转换元件4、第2波长转换元件7的各个连接中，能够使用焊料、导电性粘接剂或非导电性粘接剂等作为粘接剂。
光源元件1、第1波长转换元件4和第2波长转换元件7从底座13侧起按照该顺序呈直线状配置，产生激光。然后，从第2波长转换元件7射出的激光透过透射部10而入射到准直透镜12。
在光源元件1中，例如能够使用GaAs作为材料。在第1波长转换元件4的光波导中，例如能够使用Nd：YVO4、Nd：YAG作为材料。在第2波长转换元件7中，例如能够使用iNbO3、LiTaO3作为材料。在第1波长转换元件4的光波导由Nd：YVO4形成的情况下，作为光源元件1，能够使用产生波长800nm的近红外激光的光源元件。
更具体而言，在使用发出波长808nm的基波激光的激光光源作为光源元件1的情况下，从第1波长转换元件4射出的激光的波长成为1064nm。从第1波长转换元件4射出的波长1064nm的激光入射到第2波长转换元件7，由此，从第2波长转换元件7射出波长532nm的激光。即，能够得到射出G的激光的光源装置。
在G以外的原色的光源装置中，光源装置包含的各种元件的数量较少。因此，在如G激光器那样在罩11内包含多个光源元件的构造的情况下，将准直透镜12配置在罩11外部是有效的。
根据光源装置101，光源部20具有光源元件1和波长转换元件4、7，因此，在G激光器那样的厚型构造的情况下，也能够实现光源装置100的小型化。
接着，对准直透镜12的形状进行详细说明。图4示出从出射面侧观察准直透镜12的立体图。准直透镜12具有作为出射面的激光光路121、以及隔着激光光路121向相同方向突出的第1凸部122和第2凸部123。第1凸部122和第2凸部123分别具有存在于同一平面上的面，在该面处，第1凸部122与透镜保持架15粘接，第2凸部123与透镜保持架15接触。
在图4中，利用斜线标注阴影的区域表示粘接剂的涂布位置124。在向透镜保持架15粘接准直透镜12时，仅对第1凸部122包含的面涂布粘接剂。通过在涂布位置124涂布粘接剂，避开激光光路121来涂布粘接剂，因此，能够减少由于激光泄漏到粘接剂而引起的灼烧和排气的产生。
并且，第2凸部123仅与透镜保持架15相接而不粘接，因此，即使由于光源部20的发热而使准直透镜12自身膨胀，也能够抑制准直透镜12和粘接剂从透镜保持架15剥落或破损等，并且，能够减少准直透镜12的位置偏移。
第2凸部123是与第1凸部122对应的大小(从激光光路121突出的高度相同)，作为准直透镜12与透镜保持架15粘接时的衬垫发挥作用，因此，能够维持准直透镜12与透镜保持架15的距离的均衡度。由此，第1凸部122确保粘接面，第2凸部123确保作为衬垫的作用，因此，例如，关于位于同一平面上的第1凸部122和第2凸部123各自的平面，在设计上，优选使第1凸部122包含的平面的面积大于第2凸部123包含的平面的面积。
图5示出从入射面125侧观察准直透镜12的立体图。在准直透镜12中，入射面125是透镜面凸出的形状。从光源部20射出的光入射到入射面125并从激光光路121射出，由此，对从光源部20射出的光进行准直(平行化)。从光源部20包含的第2波长转换元件7射出的激光的扩散角度为50mrad～100mrad，在该角度下，例如，在技术上很难使激光入射到投影器件中使用的显示元件，但是，通过使用准直透镜12，能够成为20mrad～30mrad的扩散角度。当设入射到准直透镜12的光的扩散角与从准直透镜12射出的光的扩散角之比为角倍率时，优选准直透镜12的角倍率为0.3倍～0.4倍。
在准直透镜12的周围部即出射面125的两端部设置有定位部126。定位部126用作在将准直透镜12设置于透镜保持架15之后将透镜保持架15粘接于罩11时的定位标记。即，是准直透镜12相对于光源部20的定位部。具体而言，对透镜保持架15的位置进行调整，使得在从Z轴正方向观察时，第2波长转换元件7位于2个定位部126之间。
图6是示出透镜保持架15的与准直透镜12粘接的粘接面的立体图，图7是示出在透镜保持架15粘接准直透镜12后的状态的立体图。如图6、图7所示，在透镜保持架15设置有相对于准直透镜12的定位用的孔152(定位部)。孔152用作将准直透镜12粘接于透镜保持架15时的定位标记。
并且，在透镜保持架15的与准直透镜12的第1凸部122粘接的粘接面设置有考虑到粘接剂的厚度的切口部151，因此，准直透镜12与透镜保持架15的粘接性提高。
并且，在透镜保持架15的外周部，设置有3处涂布用于与罩11进行粘接固定的粘接剂的切口部153。在涂布于切口部153的粘接剂中，与一般使用的丙烯系粘接剂相比，优选使用耐热性优良、紫外线固化时的体积收缩率较小的紫外线固化型的环氧系粘接剂(紫外线固化粘接剂)。
<B.实施方式2>
图8概略地示出本发明的实施方式2的光源装置102的剖视图。图8对应于图2所示的光源装置101的剖视图，为了简化，省略图2中的罩11的一部分和销14来示出。光源装置102具有光源部30以代替光源装置101的光源部20，具有准直透镜32以代替准直透镜12。光源部30将光源装置101的光源部20中的光源元件1、第1波长转换元件4、第2波长转换元件7分别置换成光源元件31、第1波长转换元件34、第2波长转换元件37。除此以外的结构与实施方式1相同，因此省略说明。
如图8所示，实施方式2的光源装置101的光源部30是射出多个激光LB2的多发射器。第2波长转换元件37射出多个光。即，实施方式2的光源部32包含与第2波长转换元件37的射出多个光的位置对应的多个光出射部38。多个光出射部38分别排列在图8中的X轴方向上。在图8中，示出排列4个光出射部38的例子，但是，光出射部38的排列数量没有限定，只要根据光源部30的特性而适当调整即可。并且，在光源部30不包含波长转换元件34、37的结构的情况下，光源部30在与光源元件1射出多个光的位置对应的位置具有光出射部38。
图9示出实施方式2的准直透镜32的立体图。图9所示的立体图对应于实施方式1中的图5。如图9所示，实施方式2的准直透镜32成为入射面包含多个微透镜325的微透镜阵列326。优选微透镜325分别具有实施方式1中说明的角倍率。除此以外的结构与实施方式1的结构相同，因此省略说明。
多个微透镜325以与图8所示的光源部30的多个光出射部38分别对应的数量配置在出射面的长度方向上。微透镜325的数量能够根据光源部30具有的光出射部38的数量进行调节。
根据本发明的实施方式2的光源装置102，光源部30具有多个光出射部38，准直透镜32具有配置有与多个光出射部38分别对应的多个微透镜325的微透镜阵列326，因此，在光源部30为多发射器的情况下，也能够高效地对从光源部30射出的光进行准直。
另外，本发明能够在其发明范围内自由组合各实施方式，或者适当对各实施方式进行变形和省略。
详细说明了本发明，但是，上述说明在全部方面是例示性的，本发明不限于此。可理解为能够不脱离本发明范围地想到未例示的无数变形例。
标号说明
1、31：光源元件；2：第1子安装件；3：第1块；4、34：第1波长转换元件；5：第2子安装件；6：第2块；7、37：第2波长转换元件；8：第3子安装件；9：第3块；10：透射部；11：罩；12：准直透镜；13：底座；14：销；15：透镜保持架；16：开口部；20、30：激光光源部；21：激光光源单元；22：透镜单元；31：光源元件；32：准直透镜；34：第1波长转换元件；37：第2波长转换元件；38：光出射部；100、101、102：光源装置；121：激光光路(出射面)；122：第1凸部；123：第2凸部；125：入射面；126：定位部；151、153：切口部；152：孔；LB1、LB2：激光。

Claims (11)

1.一种光源装置(101、102)，该光源装置(101、102)具有：
激光光源部(20、30)；
底座(13)，所述激光光源部(20、30)设置于该底座(13)；
罩(11)，其具有开口部(16)，覆盖所述激光光源部(20、30)并与所述底座(13)接合；
透镜保持架(15)，其跨过所述开口部(16)而与所述罩(11)的外表面接合；以及
准直透镜(12)，其支承于所述透镜保持架(15)，对从所述激光光源部(20、30)射出且通过所述开口部(16)后的光进行准直。
2.根据权利要求1所述的光源装置(101、102)，其中，
所述准直透镜(12)具有：
入射面(125)，来自所述激光光源部(20、30)的光入射到该入射面(125)；
出射面(121)，入射到所述入射面(125)的光在该出射面(121)出射；以及
第1凸部(122)，其从所述出射面(121)突出且粘接于所述透镜保持架(15)。
3.根据权利要求2所述的光源装置(101、102)，其中，
所述准直透镜(12)还具有第2凸部(123)，该第2凸部(123)从所述出射面(121)的与所述第1凸部相对的一侧相反侧向与所述第1凸部(122)相同的方向突出。
4.根据权利要求3所述的光源装置(101、102)，其中，
所述第2凸部(123)不粘接于所述透镜保持架(15)。
5.根据权利要求2～4中的任意一项所述的光源装置(101、102)，其中，
所述准直透镜(12)在所述入射面(125)具有相对于所述激光光源部(20、30)的定位部(126)。
6.根据权利要求2～5中的任意一项所述的光源装置(101、102)，其中，
所述透镜保持架(15)具有相对于所述准直透镜(12)的定位部(152)。
7.根据权利要求2～6中的任意一项所述的光源装置(101、102)，其中，
所述透镜保持架(15)在与所述准直透镜(12)的所述第1凸部(122)粘接的粘接面具有切口部(151)。
8.根据权利要求1～7中的任意一项所述的光源装置(101、102)，其中，
所述激光光源部(20、30)具有光源元件(1)和波长转换元件(4、7)。
9.根据权利要求1～8中的任意一项所述的光源装置(101、102)，其中，
所述激光光源部(30)具有多个光出射部(38)，
所述准直透镜(32)包含在与所述多个光出射部(38)分别对应的位置配置多个微透镜(325)而成的微透镜阵列(326)。
10.根据权利要求1～9中的任意一项所述的光源装置(101、102)，其中，
所述准直透镜(12)将从所述激光光源部(20、30)射出的光的扩散角度转换成0.3倍～0.4倍。
11.根据权利要求1～10中的任意一项所述的光源装置(101、102)，其中，
所述透镜保持架(15)通过紫外线固化粘接剂粘接固定于所述罩(11)。
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