CN112740096A - 光源装置及使用其的投影装置、以及荧光激励装置 - Google Patents

光源装置及使用其的投影装置、以及荧光激励装置 Download PDF

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CN112740096A CN201980059845.9A CN201980059845A CN112740096A CN 112740096 A CN112740096 A CN 112740096A CN 201980059845 A CN201980059845 A CN 201980059845A CN 112740096 A CN112740096 A CN 112740096A
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Abstract

在光源装置及使用其的投影装置、以及荧光激励装置中，对从半导体激光器出射的光线的纵横比进行调节后使其聚光于规定的聚光位置，减小聚光位置处的光斑直径。光源装置(100)具备：半导体激光器(10)；光束整形透镜(20)，对从半导体激光器(10)出射的光线(50)的纵横比进行调节；和聚光透镜(30)，使从光束整形透镜(20)出射的光线(50)聚光于聚光位置(P)，光束整形透镜(20)设为相对于入射的光线(50)的慢轴(S)的方向具有负的光焦度的柱面透镜。

Description

光源装置及使用其的投影装置、以及荧光激励装置
技术领域
本公开涉及对从半导体激光器出射的光线的纵横比进行调节后使其聚光于规定的聚光位置的光源装置及使用其的投影装置、以及荧光激励装置。
背景技术
使用现有的半导体激光器的光源需要对椭圆光束的纵横比进行调整的光束整形光学系统和将发散光转换为平行光的准直透镜。光束整形光学系统已知将两个柱面透镜组合的系统、使用在两面配置复曲面的透镜的系统。这些光束整形光学系统对从半导体激光器出射的光线，进行使慢轴的侧的发散角增加、使快轴的侧的发散角减少的光学处理。
另外，作为与本公开相关的在先技术文献信息，例如，已知专利文献1、专利文献2。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-323673号公报
专利文献2：日本特开昭52-24542号公报
发明内容
但是，在光束整形光学系统中，在进行了上述的光学处理的情况下，光线的快轴侧通过光学处理从而光束直径被减少。并且，随着该光束直径的减少，存在光源装置的聚光位置处的光斑直径变大的问题。
因此，本公开解决上述问题，其目的在于，减小光源装置的聚光位置处的光斑直径。
本公开的一方式中的光源装置具备：半导体激光器；光束整形透镜，调节从半导体激光器出射的光线的纵横比并进行透射；和聚光透镜，使透射光束整形透镜的光线聚光于聚光位置。光束整形透镜设为相对于入射的光线的慢轴方向具有负的光焦度的柱面透镜。
本公开的一方式中的投影装置具备光源装置、和配置于光源装置的聚光位置的光学扫描镜。光源装置具备：半导体激光器；光束整形透镜，对从半导体激光器出射的光线的纵横比进行调节；和聚光透镜，使从光束整形透镜出射的光线聚光于聚光位置。光束整形透镜设为相对于入射的光线的慢轴方向具有负的光焦度的柱面透镜。
本公开的一方式中的荧光激励装置具备光源装置、和配置于光源装置的聚光位置的荧光体。光源装置具备：半导体激光器；光束整形透镜，对从半导体激光器出射的光线的纵横比进行调节；和聚光透镜，使从光束整形透镜出射的光线聚光于聚光位置。光束整形透镜设为相对于入射的光线的慢轴方向具有负的光焦度的柱面透镜。
通过该结构，本公开能够减小聚光位置处的光斑直径。
附图说明
图1A是示意性地表示从慢轴观察本公开中的光源装置的情况的图。
图1B是示意性地表示从快轴观察本公开中的光源装置的情况的图。
图2是本公开的光源装置中使用的光束整形透镜的立体图。
图3是本公开的光源装置中使用的光束整形透镜的从快轴的正向观察的俯视图。
图4是表示本公开的光源装置中使用的光源与光束整形透镜的配置的立体图。
图5是表示数值孔径与光斑直径的关系的图。
图6A是表示从慢轴观察本公开的光源装置的聚光位置的调整方法的情况的示意图。
图6B是表示从快轴观察本公开的光源装置的聚光位置的调整方法的情况的示意图。
图7是表示本公开的投影装置的示意图。
图8是表示本公开的荧光激励装置的示意图。
图9是表示本公开的车载平视显示器的一个例子的概略的图。
图10是本公开的车载平视显示器的示意图。
图11是表示在本公开的该车载平视显示器显示图像的结构的概略的图。
图12A是本公开的光源装置的变形例A所涉及的光束整形透镜的从快轴的正向观察的俯视图。
图12B是本公开的光源装置的变形例B所涉及的光束整形透镜的从快轴的正向观察的俯视图。
图12C是本公开的光源装置的变形例C所涉及的光束整形透镜的从快轴的正向观察的俯视图。
图12D是本公开的光源装置的变形例D所涉及的光束整形透镜的从快轴的正向观察的俯视图。
图12E是本公开的光源装置的变形例E所涉及的光束整形透镜的从快轴的正向观察的俯视图。
具体实施方式
以下，使用附图来说明本公开的实施方式所涉及的光源装置。另外，以下说明的实施方式均表示本公开的优选的一具体例。因此，以下的实施方式所示的形状、结构要素、结构要素的配置以及连接方式等是一个例子，不是旨在限定本公开。因此，以下的实施方式中的结构要素之中，关于未记载于表示本发明的最上位概念的独立权利要求的结构要素，被说明为任意的结构要素。
此外，各附图是示意图，未必严格地进行图示。各附图中，针对实质相同的构造，赋予相同的符号并省略或者简化重复的说明。
(光源装置的结构)
以下，使用附图来说明本公开的一方式的光源装置。图1A以及图1B是示意性地表示光源装置100的主要部分结构的图。图1A是从慢轴S的方向观察光源装置100的图。图1B是从快轴F的方向观察光源装置100的图。此外，图2是光源装置100中使用的光束整形透镜20的立体图。图3是从快轴F的正向观察图2所示的光束整形透镜20的俯视图。图4是表示光源装置100中使用的半导体激光器10与光束整形透镜20的配置关系的立体图。图5是表示透射光束整形透镜20之后的光线50的光束形状的立体图。
如图1A、图1B所示，光源装置100具备半导体激光器10、光束整形透镜20、聚光透镜30。如图4所示，在与从半导体激光器10出射的光线50的光轴51垂直的平面切开的截面是椭圆。如图4所示，椭圆的长轴是半导体激光器10的快轴F。快轴F与半导体激光器10的劈开面平行，并且与半导体激光器10的活性层10a的厚度方向一致。椭圆的短轴是半导体激光器10的慢轴S。慢轴S与半导体激光器10的劈开面平行，并且与半导体激光器10的活性层10a的宽度方向一致。光束整形透镜20和聚光透镜30被配置于从半导体激光器10出射的光线50的光轴51上。半导体激光器10、光束整形透镜20和聚光透镜30按照该顺序而被配置。
光束整形透镜20具有入射面21和出射面22。入射面21包含具有凹柱面23的柱面透镜。凹柱面23的母线与快轴F平行。出射面22具有凸柱面24。凸柱面24的母线与快轴F平行。因此，光束整形透镜20具有相对于入射的光线50的慢轴S的负的光焦度(power)，不具有相对于快轴F的光焦度。换句话说，入射到光束整形透镜20的光线50仅针对慢轴S的一侧光焦度发挥作用。另外，所谓负的光焦度，是指光线透射具有该负的光焦度的光学元件时，光束扩散的作用。作为具有负的光焦度的光学元件的一个例子，例如举例凹透镜。
从光束整形透镜20出射的光线50的慢轴S侧的出射角θS与快轴F侧的出射角θF相等，并且慢轴S侧的光束直径DS与快轴F侧的光束直径DF相等。换言之，从半导体激光器10射出的光线50通过光束整形透镜20，转换为截面的慢轴S的光束直径DS与快轴F的光束直径DF相等的发散光线。发散光线的截面形状例如为圆形状、四边形状。
另外，所谓上述慢轴S侧的光束直径DS与快轴F侧的光束直径DF的纵横比相等，包含光源装置100中允许的范围内的偏差。该慢轴S侧的光束直径DS与快轴F侧的光束直径DF的差的允许范围是以慢轴S侧的光束直径DS为基准而±10％的范围。此外，作为慢轴S侧的出射角θS与快轴F侧的出射角θF相等的范围，包含光源装置100中允许的范围内的偏差。该慢轴S侧的出射角θS与快轴F侧的出射角θF的差的允许范围是以慢轴S侧的出射角θS为基准而±10％的范围。
聚光透镜30具有入射面31和出射面32。入射面31具有相对于光轴51旋转对称的凸透镜面33。出射面32具有相对于光轴51旋转对称的凸透镜面34。入射的光线50聚光于光轴51上的规定的聚光位置P。
(关于光束直径与光斑直径的关系)
这里，说明入射到聚光透镜30的光线50的光束直径D与聚光位置P处的光斑直径W的关系。图5表示与数值孔径(NA)相应的聚光特性。图5中，实线表示与光束直径D较大的高NA相应的光线50的聚光特性。图5中的W1是高NA的光线50的光斑直径。虚线表示与光束直径D较小的低NA相应的光线50的聚光特性。图5中的W2是低NA的光线50的光斑直径。根据图5可知，入射到聚光透镜30的光束直径D越大，聚光光斑W越小。
因此，如本公开的光源装置100那样，光束整形透镜20设为调整为使得慢轴S侧的光束直径DS与快轴F侧的光束直径DF一致的结构。该结构相比于现有的光束整形那样的包含快轴F侧的光束直径的调整(使出射角减少的方向的调整)的结构，能够最大限度有效活用从半导体激光器10出射的光线50的光束直径(DF)。因此，本公开的结构能够减小光源装置100的光斑直径W。
(关于聚光位置的调整)
此外，在上述那样的光源装置100中，能够使聚光透镜30向光轴51的方向移动来改变光束整形透镜20与聚光透镜30的间隔从而调整聚光位置P。图6A以及图6B中通过示意图来表示光源装置100的聚光位置P的调整方法。图6A是从慢轴S的方向观察光源装置100的图。图6B是从快轴F的方向观察光源装置100的图。在图6A、图6B中，实线表示聚光透镜30的位置调整前的状态，虚线表示位置调整后的状态。
在光源装置100中，保持半导体激光器10与光束整形透镜20的位置关系，仅使聚光透镜30接近于半导体激光器10侧。此时，聚光位置P也向半导体激光器10侧移动。若利用该现象，通过在相同的光源装置100中调节聚光透镜30的位置，能够对应于不同的聚光位置P。例如，通过聚光透镜30的位置调整，能够将聚光位置P在100mm至200mm的范围内调节。
此外，通过不改变聚光透镜30的位置而改变聚光透镜30的聚光特性能够进行同样的聚光位置P的调整。另外，所谓聚光特性，包含聚光透镜30的焦点距离、数值孔径等。另外，也可以调节聚光透镜30的位置和聚光特性这两方。
上述那样的光源装置100的利用中，能够用于如图7所示那样在半导体激光器10与聚光位置P之间配置有光学扫描镜210的投影装置200、如图8所示那样在聚光位置P配置有荧光体310的荧光激励装置300。特别地，作为在半导体激光器10与聚光位置P之间配置有光学扫描镜210的车载的平视显示器用的光源装置100而使用的情况下，能够自由设定从光源到聚光位置(屏幕)的距离，因此能够由一个光源装置100对应宽范围车辆种类。
(车载用平视显示器的一个例子)
以下，使用图9～图11，表示使用了光源装置100的车载平视显示器的一个例子。
图9是表示车载平视显示器的概略的图。图10是该车载平视显示器的示意图。此外，图11是表示在该车载平视显示器显示图像的结构的概略的图。
在图9中，车载平视显示器420被搭载于车辆401。从车载平视显示器420向挡风玻璃412投影虚像430，人402目视观察该投影的虚像430。
虚像430在图10中，被投影于挡风玻璃412的显示面。另外，车载平视显示器420被搭载于仪表盘411。
在图11中，车载平视显示器420具有投影装置200以及反光镜220。另外，投影装置200具有光源装置100和光学扫描镜210。从透光装置200发出的光经由反光镜220而作为虚像430被投影于挡风玻璃412。虚像430被人的眼402a确认。这里，能够自由设定从光源装置100到聚光位置即挡风玻璃412的距离，因此能够由一个光源装置100对应宽范围的车辆种类。
另外，在图8所示的荧光激励装置300中，作为荧光体310，例如能够使用YAG荧光体。此外，作为荧光体310，例如能够使用以BaMgAl10O17：Eu2+(BAM)荧光体、Sr3MgSi2O8：Eu2+(SMS)荧光体为代表的产生蓝色的荧光的荧光体、产生绿色或黄色的荧光的荧光体(例如Eu掺杂Ca-α-SiAlON、Eu掺杂β-SiAlON)、产生红色的荧光的荧光体(例如Eu掺杂CaAlSiN3)。
另外，作为半导体激光器10，例如可以是波长为780nm的AlGaAs/GaAs系半导体激光器，可以是波长为650nm的AlGaInP系半导体激光器，也可以是波长为420nm的GaN系半导体激光器。此外，也可以是具有上述以外的波长的半导体激光器，例如放射紫外光的半导体激光器。
此外，作为光束整形透镜20、聚光透镜30，也可以使用BaK4等的光学玻璃、光学塑料来形成。
[变形例]
关于本公开的光源装置100中使用的光束整形透镜20，并不局限于图3的立体图、图4的俯视图所示的部件，能够进行以下的变形例。
以下，使用图12A～图12E来说明本公开的光源装置100的变形例所涉及的光束整形透镜20。
[变形例A]
图12A是本公开的光源装置100的变形例A所涉及的光束整形透镜20的从快轴F方向观察的俯视图。即，变形例A所涉及的光束整形透镜20的出射面22整体具有凸柱面的形状。即使设为这样的形状，由于能够在对光束整形透镜20入射的光线的慢轴S方向具有负的光焦度，因此能够进行调整以使得慢轴S侧的光束直径DS与快轴F侧的光束直径DF一致。
[变形例B]
图12B是表示本公开的光源装置100的变形例B所涉及的光束整形透镜20的从快轴F的方向观察的俯视图。即，变形例B所涉及的光束整形透镜20的出射面22整体具有平面形状。即使设为这样的形状，由于能够在对光束整形透镜20入射的光线的慢轴S方向具有负的光焦度，因此能够进行调整以使得慢轴S侧的光束直径DS与快轴F侧的光束直径DF一致。
[变形例C]
图12C是本公开的光源装置100的变形例C所涉及的光束整形透镜20的从快轴F的方向观察的俯视图。即，变形例C所涉及的光束整形透镜20的出射面22除了端部还具有凹柱面的形状。即使设为这样的形状，由于能够在对光束整形透镜20入射的光线的慢轴S方向具有负的光焦度，因此能够进行调整以使得慢轴S侧的光束直径DS与快轴F侧的光束直径DF一致。
[变形例D]
图12D是本公开的光源装置100的变形例D所涉及的光束整形透镜20的从快轴F的方向观察的俯视图。即，变形例D所涉及的光束整形透镜20的出射面22整体具有凹柱面的形状。即使设为这样的形状，由于能够在对光束整形透镜20入射的光线的慢轴S的方向具有负的光焦度，因此能够进行调整以使得慢轴S侧的光束直径DS与快轴F侧的光束直径DF一致。
[变形例E]
图12E是本公开的光源装置100的变形例E所涉及的光束整形透镜20的从快轴F的方向观察的俯视图。即，变形例E所涉及的光束整形透镜20的入射面21整体具有平面形状。即使设为这样的形状，由于能够在对光束整形透镜20入射的光线的慢轴S方向具有负的光焦度，因此能够进行调整以使得慢轴S侧的光束直径DS与快轴F侧的光束直径DF一致。
产业上的可利用性
本公开具有能够减小光源装置的光斑直径的效果，特别地在小型的走查光学系统用途中有效。
-符号说明-
10 半导体激光器
11 活性层
20 光束整形透镜
21、31 入射面
22、32 出射面
23 凹柱面
24 凸柱面
30 聚光透镜
33 凸透镜面
50 光线
51 光轴
100 光源装置
200 投影装置
210 光学扫描镜
300 荧光激励装置
310 荧光体
401 车辆
402 人
402a 眼
411 仪表盘
412 挡风玻璃
420 车载平视显示器
430 虚像
F 快轴
P 聚光位置
S 慢轴。

Claims (5)

1.一种光源装置，具备：
半导体激光器；
光束整形透镜，对从所述半导体激光器出射的光线的纵横比进行调节并使其透射；和
聚光透镜，使透射所述光束整形透镜的所述光线聚光于规定的聚光位置，
所述光束整形透镜是相对于所述光线的慢轴方向具有负的光焦度的柱面透镜。
2.根据权利要求1所述的光源装置，其中，
根据所述柱面透镜与所述聚光透镜的间隔来决定所述聚光位置。
3.根据权利要求1所述的光源装置，其中，
根据所述聚光透镜的聚光特性来决定所述聚光位置。
4.一种投影装置，具备：
权利要求1或者权利要求2所述的光源装置；和
光学扫描镜，被配置于所述规定的聚光位置。
5.一种荧光激励装置，具备：
权利要求1或者权利要求2所述的光源装置；和
荧光体，被配置于所述规定的聚光位置。
CN201980059845.9A 2018-10-05 2019-08-23 光源装置及使用其的投影装置、以及荧光激励装置 Pending CN112740096A (zh)

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