JP2012118110A5

JP2012118110A5 -

Info

Publication number: JP2012118110A5
Application number: JP2010265165A
Authority: JP
Filing date: 2010-11-29
Publication date: 2014-01-16
Anticipated expiration: 2030-11-29

Description

コリメート光学系２０を透過した励起光は、レンズインテグレーター３０に入射する。レンズインテグレーター３０は、第１レンズアレイ３２と第２レンズアレイ３４とを有し、これらが光路上にこの順に配列している。第１レンズアレイ３２、第２レンズアレイ３４は、コリメート光学系２０から射出された光の輝度分布を均一化するものである。

図８に示す平行化レンズ２７は、入射面２７ａが、式（３）の関係を満足する回転二次曲面形状とされており、射出面２７ｂが平面である片凹レンズである。このような平行化レンズ２７を用いると、上述の平行化レンズ２６を用いる場合と比較して、より平行度の高い光線束を得やすいという利点がある。

すなわち、上述の平行化レンズ２６から射出される光線束は、平行化レンズ２６の入射面２６ａと射出面２６ｂとにおける屈折により、２回の進行方向の変更を経て射出される。一方、平行化レンズ２７から射出される光線束は、平行化レンズ２７の入射面２７ａにおける屈折により平行化されるため、１回のみの進行方向の変更を経て射出されるため、レンズの成形誤差による平行化の乱れが生じにくい。したがって、平行化レンズ２７を用いれば、より平行度の高い光線束を得ることが可能となる。

一方で、上述の平行化レンズ２７から射出される光線束は、図９に示すような光強度分布となる。図９は、平行化レンズ２７を用いた場合の励起光の主光線に直交する平面での、励起光の光強度を示す計算結果であり、図６に対応する図である。

したがって、本変形例においては、円錐定数Ｋは、Ｋ＝−ｎ^２で求めることができ、平行化レンズ２６を用いる場合のようなシミュレーションを行う必要はない。このような平行化レンズ２７の非球面の円錐定数Ｋは、−２．１＞Ｋ＞−３．８の範囲である。したがって、入射面２７ａを非球面形状とする場合には、入射面２７ａを回転双曲面形状とするとよい。

図１０は、光源装置１０１を示す概略図である。光源装置１０１では、励起光を射出する光源として上述の光源１０Ｂａの代わりに光源１３を用いている。光源１３から射出された青色光Ｂはコリメーターレンズアレイ２８で平行化された後に、複数の反射ミラー２９ａを含む反射部２９で反射されて集光レンズ２４に入射する構成となっている。

図１１は光源装置１０１が有する光源１３の平面図である。図１１に示すように、光源１３は、基台１１上にレーザー光源１２が１０個×５個の長方形状に２次元配列（合計５０個）で並べられているレーザー光源アレイである。各レーザー光源１２は、平面視で矩形を有しており、長軸方向が一方向に向かうようにして配列している。また、レーザー光源１２の短軸方向には、間隔Ｗ１を空けて配列している。

このような光源１３では、図１１（ｂ）に示すように、各レーザー光源１２から射出されるレーザー光（青色光Ｂ）は、主光線の間隔がレーザー光源１２の配置間隔Ｗ１に応じたものとなる。

そのため図１１（ｃ）に示すように、反射部２９で反射されたレーザー光（青色光Ｂ）は、主光線の間隔が間隔Ｗ２となり、光線束全体では光量が多くなる。

その場合、図１２に示すように、表示に用いる青色光を射出する光源１０Ｂｂの他に、赤色光を射出する光源１０Ｒを用意するとよい。すなわち、光源１０Ｂｂから射出される青色光Ｂと光源１０Ｒから射出される赤色光Ｒとの光路上に、青色光を反射し他の光を透過するダイクロイックミラー４６を配置して光路上で混色し、混色した光を集光レンズ７０に導く構成とするとよい。光源１０Ｒは、赤色光を射出することができるならば、レーザー光源アレイであってもよく、他の構成であってもよい。

このような構成では、射出瞳Ｐの幅は、重畳光学系５０の開口数ＮＡと焦点距離Ｌｂとによって一定の大きさに定まる。また、射出瞳Ｐの形状は、第１レンズアレイ３２を構成する小レンズ３２ａと相似形となる。すなわち、射出瞳Ｐの幅は、重畳光学系５０と第１レンズアレイ３２との距離Ｌａにはよらず、常に一定となる。例えば、射出瞳Ｐが１ｍｍ×１ｍｍの略正方形状となるように設計する。

図１６（ａ）に示すように、発光素子６０に入射する前の空間位置では、励起光は、１ｍｍ×１ｍｍの略正方形状に成形され、図１６（ｂ）に示すように、全ての領域内で光強度が略等しい、いわゆるトップハット形状の光強度分布に近づいた連続的な光強度分布となっている。

なお、本実施形態においては、平行化レンズ２６を用いることとして説明したが、図８に示す平行化レンズ２７を用いることとしてもよい。入射面が凹面であり射出面が平面である平行化レンズ２７は、上述のように平行化レンズ２７を透過する励起光の平行度を平行化レンズ２６よりも向上させることができる。そのため、第１レンズアレイ３２および重畳光学系５０を用いた励起光の平均化を行い易くなる。

また、本実施形態においては、発光素子６０の光照射面６０ａの平面視面積が、射出瞳Ｐの大きさと略等しいこととした。しかし、例えば射出瞳Ｐの方が大きい場合であっても、一部の励起光が無駄となるが、発光素子６０での光飽和は抑制されるため、発光効率の改善が期待できる。

また、本実施形態においては、光照射面６０ａが重畳光学系５０の焦点Ｆ２と重なって配置されることとしたが、焦点Ｆ２からずれていたとしても、第１レンズアレイ３２を介することによる励起光の重畳の効果が期待でき、励起光の光強度は平均化される傾向にある。そのため、発光素子６０における光飽和現象を抑制し、発光効率の高い光源とすることができる。