JP2021167911A - 光源装置、プロジェクタおよび機械加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】色収差を低減することができる光源装置、プロジェクタおよび機械加工装置を提供すること。【解決手段】光源装置１は、互いに異なる波長のレーザ光を出射する第１光学ユニット１０（Ｒ）、第２光学ユニット１０（Ｇ）および第３光学ユニット１０（Ｂ）を有する。光学ユニットは、レーザ光を発する複数のＬＤパッケージ２１と、レーザ光の光路中に配置されたコリメータ３と、コリメータ３に対して、ＬＤパッケージの光軸方向下流側に配置され、各レーザ光を集光する集光レンズ５と、集光レンズ５に対して、光軸方向下流側に配置され、集光レンズ５によって集光された各レーザ光を導光する導光体６と、コリメータ３と集光レンズ５との間に配置され、コリメータ３を通るレーザ光のビーム径をＦＡＳＴ軸方向α１に縮小する縮小光学系４とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、光源装置、プロジェクタおよび機械加工装置に関する。

複数の半導体レーザ光源から出射された各レーザビームを光ファイバに入射させて１本に合波する合波光学系が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の合波光学系は、行列状に配置された複数の半導体レーザ光源と、各半導体レーザ光源から出射したレーザビームを平行光とする複数のコリメータレンズと、コリメータレンズを通過したレーザビームを、ＳＬＯＷ軸方向を含む面内およびＦＡＳＴ軸方向を含む面内の一方のみで集光する第１集光レンズ（シリンドリカルレンズ）と、第１集光レンズを通過したレーザビームを、第１集光レンズとともに前記２つの面内の双方で集光する第２集光レンズ（アナモルフィックレンズ）と、第２集光レンズを通過した各レーザビームが入射する光ファイバとで構成される。

特開２００７−１６３９４７号公報

例えば、特許文献１に記載の合波光学系を用いて、カラー画像をスクリーン上に投影しようとする場合、波長が互いに異なる赤系、緑系および青系のレーザビームをそれぞれ照射する３つの合波光学系が必要となる。
しかしながら、各合波光学系では、レーザビームの色によって光ファイバに対する集光位置がずれる現象が生じる、すなわち、色収差が生じる。その結果、スクリーン上でのカラー画像は、例えば一部がぼやけた画像となるおそれがある。

本発明の目的は、色収差を低減することができる光源装置、プロジェクタおよび機械加工装置を提供することにある。

本発明の態様は、互いに異なる波長のレーザ光を出射する第１光出射部および第２光出射部を有する光源装置であって、
前記第１光出射部および前記第２光出射部は、それぞれ、
レーザ光を発する複数の発光素子と、
前記レーザ光の光路中に配置されたコリメータと、
前記コリメータに対して、前記発光素子の光軸方向下流側に配置され、各レーザ光を集光する集光レンズと、
前記集光レンズに対して、前記発光素子の光軸方向下流側に配置され、前記集光レンズによって集光された各レーザ光を導光する導光体と、
前記コリメータと前記集光レンズとの間に配置され、前記コリメータを通る前記レーザ光のビーム径を前記発光素子のＦＡＳＴ軸方向に縮小する縮小光学系とを有する光源装置に関する。

本発明の態様は、上記の光源装置を備えるプロジェクタに関する。
本発明の態様は、上記の光源装置を備える機械加工装置に関する。

本発明によれば、波長が互いに異なるレーザ光同士間に生じる色収差を、縮小光学系により、相殺する（低減する）ことができる。これにより、波長の大きさに関わらず、導光体に対するレーザ光の集光位置を、導光体の入射面上に位置させることができる。

本発明の光源装置の第１実施形態を示す概略構成図である。 図１に示す光源装置が備える１つの光学ユニットの概略構成図である。 図２に示す光学ユニットが備える光源の縦断面図である。 図３中の光源を矢印Ａ方向から見た図である。 本発明の光源装置の第２実施形態を示す概略構成図である。 本発明の光源装置の第３実施形態を示す概略構成図である。

以下、本発明の光源装置、プロジェクタおよび機械加工装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１〜図４を参照して、本発明の光源装置、プロジェクタおよび機械加工装置の第１実施形態について説明する。なお、図１の構成図は、レーザ光のＦＡＳＴ軸方向α１と平行な平面視における光源装置の各部の配置構成を示す。また、図２の上側の構成図は、レーザ光のＦＡＳＴ軸方向α１と平行な平面視における光源装置の各部の配置構成を示し、図２の下側の構成図は、レーザ光のＳＬＯＷ軸方向α２と平行な平面視における光源装置の各部の配置構成を示す。また、以下では、説明の都合上、図１中の左側を「発光素子の光軸方向上流側（または左側）」、右側を「発光素子の光軸方向下流側（または右側）」と言う。また、発光素子の光軸方向上流側については、単に「上流側」、発光素子の光軸方向下流側については、単に「下流側」と言うことがある。

図１に示す光源装置１は、画像等をスクリーン（図示せず）に投影するプロジェクタ１００に適用することができる。プロジェクタ１００は、光源装置１を備える。この場合、光源装置１は、波長が互いに異なる、赤系のレーザ光ＬＢ（Ｒ）、緑系のレーザ光ＬＢ（Ｇ）および青系のレーザ光ＬＢ（Ｂ）をそれぞれ照射するよう構成されている。そして、レーザ光ＬＢ（Ｒ）、レーザ光ＬＢ（Ｇ）、レーザ光ＬＢ（Ｂ）を合波することにより、カラー画像を投影することができる。

具体的には、光源装置１は、レーザ光ＬＢ（Ｒ）を出射する第１光出射部としての第１光学ユニット１０（Ｒ）と、レーザ光ＬＢ（Ｇ）を出射する第２光出射部としての第２光学ユニット１０（Ｇ）と、レーザ光ＬＢ（Ｂ）を出射する第３光出射部としての第３光学ユニット１０（Ｂ）とを有する。

第１光学ユニット１０（Ｒ）、第２光学ユニット１０（Ｇ）および第３光学ユニット１０（Ｂ）は、出射するレーザ光の色が互いに異なり、また、後述する縮小光学系４の構成が異なること以外は、同じ構成であるため、第１光学ユニット１０（Ｒ）について代表的に説明する。ここで、「同じ構成」とは、各光学部品の位置関係等が同じことを言う。

図２に示すように、第１光学ユニット１０（Ｒ）は、光軸方向上流側から下流側に向かって順に配置された、光源２と、コリメータ（コリメータレンズ）３と、縮小光学系４と、集光レンズ５と、導光体６とを備えている。以下、各光学部品の構成について説明する。

光源２は、複数のＬＤパッケージ２１を有する。各ＬＤパッケージ２１の構成は、同じであるため、１つのＬＤパッケージ２１の構成について代表的に説明する。
図３に示すように、ＬＤパッケージ２１は、レーザダイオード素子（ＬＤ素子）２２と、フォトダイオード２３と、パッケージ２４とを有する。

レーザダイオード素子２２は、赤系のレーザ光（半導体レーザ）ＬＢ（Ｒ）を発する発光素子である。レーザダイオード素子２２は、例えば、活性層（発光層）と、活性層を介して配置されたｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層とを有する積層体で構成される。活性層の両端面は、それぞれ、反射面となっている。レーザダイオード素子２２に順方向に電圧を印加した際、ｎ型クラッド層から活性層に電子が流入するとともに、ｐ型クラッド層から活性層にホールが流入して、活性層内で再結合して発光する。各クラッド層の屈折率が活性層より低いため、光は、活性層内で前記両端面の間で増幅されながら往復する。そして、誘導放出が生じることにより、当該光は、レーザ光ＬＢ（Ｒ）として照射される。

レーザダイオード素子２２（活性層）が発せられたレーザ光ＬＢ（Ｒ）は、完全な直線光ではなく、回折することにより広がりながら進行していく。また、積層体であるレーザダイオード素子２２は、幅方向が厚さ方向よりも大きく形成される。これにより、図４に示すように、レーザ光ＬＢ（Ｒ）は楕円状に拡がり、レーザ光ＬＢ（Ｒ）の強度分布（ファーフィールドパターン）は、レーザ光ＬＢ（Ｒ）のＦＡＳＴ軸方向α１のビーム径がＳＬＯＷ軸方向α２のビーム径よりも大きくなる。

パッケージ２４は、レーザダイオード素子２２とフォトダイオード２３とを一括して収納する。パッケージ２４は、いわゆるＣＡＮ型パッケージであり、ベース２４１と、キャップ２４２と、カバーガラス２４３とを有する。
ベース２４１は、円盤状をなし、フォトダイオード２３が支持される円盤状部２４４と、円盤状部２４４から突出して形成され、レーザダイオード素子２２が支持される支持部２４５とを有する。また、円盤状部２４４は、パッケージ２４において、外径が最大に拡径したフランジ部となる。そして、ＬＤパッケージ２１を光源装置１での所定箇所に固定する際、円盤状部２４４でＬＤパッケージ２１を安定して固定することができる。

ベース２４１には、キャップ２４２が固定されている。キャップ２４２は、ベース２４１に支持されたレーザダイオード素子２２およびフォトダイオード２３を覆う部材である。また、キャップ２４２には、レーザ光ＬＢ（Ｒ）が通過する貫通孔２４６が形成されている。
ベース２４１およびキャップ２４２の構成材料としては、特に限定されず、例えば、アルミニウム等の金属材料を用いることができる。
カバーガラス２４３は、キャップ２４２の内側から貫通孔２４６を覆うガラス板である。レーザ光ＬＢ（Ｒ）は、カバーガラス２４３を透過することができる。なお、パッケージ２４は、カバーガラス２４３が省略されていてもよい。

以上のような構成のＬＤパッケージ２１は、レーザ光ＬＢ（Ｒ）のＦＡＳＴ軸方向α１に沿って複数行、ＳＬＯＷ軸方向α２に沿って複数列に行列状に配置されている。図２に示すように、本実施形態では、ＦＡＳＴ軸方向α１のＬＤパッケージ２１の配置数は３つであり、ＳＬＯＷ軸方向α２のＬＤパッケージ２１の配置数も３つであるが、各方向の配置数については、これに限定されない。また、ＦＡＳＴ軸方向α１のＬＤパッケージ２１の配置数と、ＳＬＯＷ軸方向α２のＬＤパッケージ２１の配置数とは、同じに限定されず、異なっていてもよい。

レーザ光ＬＢ（Ｒ）の光路中、すなわち、レーザダイオード素子２２の光軸上には、光源２から離間してコリメータ３が配置されている。コリメータ３は、複数の円形のレンズ（平凸レンズ）３１で構成されている。
各レンズ３１は、レーザ光ＬＢ（Ｒ）が入射する入射面３１１と、レーザ光ＬＢ（Ｒ）が出射する出射面３１２とを有する。入射面３１１は、平面で構成されている。出射面３１２は、湾曲した凸面で構成されている。なお、レンズ３１の有効径は、円盤状部２４４の外径よりも大きいのが好ましい。

また、各レンズ３１は、１つずつ、レーザダイオード素子２２に臨んで配置されている。また、各レンズ３１は、レーザダイオード素子２２の光軸が当該レンズ３１の中心をとおる位置に配置されている。これにより、各レーザダイオード素子２２から発せられたレーザ光ＬＢ（Ｒ）を、ＦＡＳＴ軸方向α１、ＳＬＯＷ軸方向α２のいずれの方向にも平行光とすることができる。なお、コリメータ３は、組み合わせレンズで構成されていてもよい。

レーザ光ＬＢ（Ｒ）の光路上であって、コリメータ３に対して下流側には、集光レンズ５が配置されている。コリメータ３と集光レンズ５とは、互いに離間しており、コリメータ３と集光レンズ５との間に縮小光学系４が配置されている。
集光レンズ５は、各レーザ光ＬＢ（Ｒ）を導光体６に向けて集光するレンズである。集光レンズ５は、レーザ光ＬＢ（Ｒ）が入射する入射面５１と、レーザ光ＬＢ（Ｒ）が出射する出射面５２とを有する。入射面５１は、湾曲した凸面で構成されている。出射面５２は、平面で構成されている。

レーザ光ＬＢ（Ｒ）の光路上であって、集光レンズ５に対して下流側には、導光体６が配置されている。導光体６は、長尺状をなし、入射面６１となる上流側の端面と、出射面６２となる下流側の端面とを有する。入射面６１には、集光レンズ５によって集光された複数のレーザ光ＬＢ（Ｒ）が一括して入射される。このレーザ光ＬＢ（Ｒ）は、導光体６内を通過して出射面６２まで導かれ、当該出射面６２から出射することができる。導光体６としては、特に限定されず、例えば、光ファイバ、光導波路等を用いることができる。
なお、第１光学ユニット１０（Ｒ）、第２光学ユニット１０（Ｇ）および第３光学ユニット１０（Ｂ）では、光源２と導光体６の入射面６１との間の距離が等しくなっている。

前述したように、例えば特許文献１に記載の合波光学系を用いて、カラー画像をスクリーン上に投影しようとする場合、その投影装置は、波長が互いに異なる赤系、緑系および青系のレーザビームをそれぞれ照射する３つの合波光学系を備える。この場合、各合波光学系の間では、レーザビームの色によって光ファイバに対する集光位置が光軸方向にずれる現象が生じる、すなわち、色収差が生じる。その結果、各光ファイバの出力にばらつきが生じて、スクリーン上でのカラー画像は、例えば一部がぼやけた画像となるおそれがある。

そこで、光源装置１では、このような不具合が解消されるよう構成されている。以下、この構成および作用について説明する。
図１に示すように、光源装置１では、第１光学ユニット１０（Ｒ）、第２光学ユニット１０（Ｇ）および第３光学ユニット１０（Ｂ）がそれぞれ縮小光学系４を備える。以下、第１光学ユニット１０（Ｒ）が備える縮小光学系４を「縮小光学系４（Ｒ）」と言い、第２光学ユニット１０（Ｇ）が備える縮小光学系４を「縮小光学系４（Ｇ）」と言い、第３光学ユニット１０（Ｂ）が備える縮小光学系４を「縮小光学系４（Ｂ）」と言う。

第１光学ユニット１０（Ｒ）では、縮小光学系４（Ｒ）は、コリメータ３と集光レンズ５との間に配置される。また、第２光学ユニット１０（Ｇ）でも、縮小光学系４（Ｇ）は、コリメータ３と集光レンズ５との間に配置され、同様に、第３光学ユニット１０（Ｂ）でも、縮小光学系４（Ｂ）は、コリメータ３と集光レンズ５との間に配置される。

縮小光学系４（Ｒ）、縮小光学系４（Ｇ）および縮小光学系４（Ｂ）は、縮小光学系４（Ｇ）および縮小光学系４（Ｂ）がそれぞれ移動支持機構７を有すること以外は、同じ構成であるため、縮小光学系４（Ｒ）について代表的に説明する。

前述したように、レーザ光ＬＢ（Ｒ）の強度分布は、ＦＡＳＴ軸方向α１がＳＬＯＷ軸方向α２よりも大きくなる（図４参照）。すなわち、レーザ光ＬＢ（Ｒ）のビーム径（ビーム幅）は、ＦＡＳＴ軸方向α１の方がＳＬＯＷ軸方向α２よりも大きくなる。縮小光学系４（Ｒ）は、ビーム径が大きい方、すなわち、ＦＡＳＴ軸方向α１のビーム径を縮小するよう構成されている。

図２に示すように、縮小光学系４（Ｒ）の前後では、コリメータ３を透過したレーザ光ＬＢ（Ｒ）は、ビーム径がＦＡＳＴ軸方向α１に縮小されるが、ＳＬＯＷ軸方向α２では一定に維持される。なお、各方向におけるビーム径としては、レーザ光ＬＢ（Ｒ）の強度がピーク値の１／ｅ^２になる二点間で測定された測定値を用いることができる。

すなわち、ＦＡＳＴ軸方向α１では、縮小光学系４（Ｒ）を透過する前のレーザ光ＬＢ（Ｒ）のビーム径Ｗα１−１は、レーザ光ＬＢ（Ｒ）が縮小光学系４（Ｒ）を透過した後にビーム径Ｗα１−２となり、当該ビーム径Ｗα１−２は、ビーム径Ｗα１−１よりも小さい。一方、ＳＬＯＷ軸方向α２では、縮小光学系４（Ｒ）を透過する前のレーザ光ＬＢ（Ｒ）のビーム径Ｗα２−１は、レーザ光ＬＢ（Ｒ）が縮小光学系４（Ｒ）を透過した後のビーム径Ｗα２−２と等しい。

縮小光学系４（Ｒ）は、ＦＡＳＴ軸方向α１にパワーを有する第１シリンドリカルレンズ４１、第２シリンドリカルレンズ４２、第３シリンドリカルレンズ４３および第４シリンドリカルレンズ４４を備える。また、第１シリンドリカルレンズ４１、第２シリンドリカルレンズ４２、第３シリンドリカルレンズ４３および第４シリンドリカルレンズ４４は、上流側から下流側に向かって順番に配置されている。

第１シリンドリカルレンズ４１は、レーザ光ＬＢ（Ｒ）が入射する入射面４１１と、レーザ光ＬＢ（Ｒ）が出射する出射面４１２とを有する。入射面４１１は、ＦＡＳＴ軸方向α１に沿って連続的に突出高さが変化するように形成された凸面４１３を有する。一方、出射面４１２は、平面で構成されている。このような入射面４１１および出射面４１２により、第１シリンドリカルレンズ４１は、ＦＡＳＴ軸方向α１にパワーを有するシリンドリカルレンズとなる。

第２シリンドリカルレンズ４２は、レーザ光ＬＢ（Ｒ）が入射する入射面４２１と、レーザ光ＬＢ（Ｒ）が出射する出射面４２２とを有する。入射面４２１は、ＦＡＳＴ軸方向α１に沿って連続的に突出高さが変化するように形成された凸面４２３を有する。一方、出射面４２２は、平面で構成されている。このような入射面４２１および出射面４２２により、第２シリンドリカルレンズ４２は、ＦＡＳＴ軸方向α１にパワーを有するシリンドリカルレンズとなる。

第３シリンドリカルレンズ４３は、レーザ光ＬＢ（Ｒ）が入射する入射面４３１と、レーザ光ＬＢ（Ｒ）が出射する出射面４３２とを有する。入射面４３１は、ＦＡＳＴ軸方向α１に沿って連続的に深さが変化するように形成された凹面４３３を有する。一方、出射面４３２は、平面で構成されている。このような入射面４３１および出射面４３２により、第３シリンドリカルレンズ４３は、ＦＡＳＴ軸方向α１にパワーを有するシリンドリカルレンズとなる。

第４シリンドリカルレンズ４４は、レーザ光ＬＢ（Ｒ）が入射する入射面４４１と、レーザ光ＬＢ（Ｒ）が出射する出射面４４２とを有する。入射面４４１は、平面で構成されている。一方、出射面４４２は、ＦＡＳＴ軸方向α１に沿って連続的に深さが変化するように形成された凹面４４３を有する。このような入射面４４１および出射面４４２により、第４シリンドリカルレンズ４４は、ＦＡＳＴ軸方向α１にパワーを有するシリンドリカルレンズとなる。

そして、最も上流側に位置する第１シリンドリカルレンズ４１と、最も下流側に位置する第４シリンドリカルレンズ４４とによって、１組の縮小光学系４（Ｒ）が構成されている。また、第１シリンドリカルレンズ４１と第４シリンドリカルレンズ４４と間に位置する、第２シリンドリカルレンズ４２と第３シリンドリカルレンズ４３とによって、１組の縮小光学系４（Ｒ）が構成されている。このように、縮小光学系４（Ｒ）は、２組の縮小光学系４（Ｒ）によって構成されている。これにより、ＦＡＳＴ軸方向α１のビーム径は、レーザ光ＬＢ（Ｒ）が進むにつれて縮小されることとなる。

前述したように、縮小光学系４（Ｇ）および縮小光学系４（Ｂ）は、それぞれ、移動支持機構７を有する。図１に示すように、各移動支持機構７は、第１シリンドリカルレンズ４１〜第４シリンドリカルレンズ４４のうち、第２シリンドリカルレンズ４２〜第４シリンドリカルレンズ４４を、光軸方向に沿って移動可能に支持する。これにより、第２シリンドリカルレンズ４２〜第４シリンドリカルレンズ４４の位置調整（微調整）を行うことができる。

各移動支持機構７は、通電より作動するアクチュエータ７１を３つ有する。３つのアクチュエータ７１のうち、１つのアクチュエータ７１は、第２シリンドリカルレンズ４２の移動を担い、他の１つのアクチュエータ７１は、第３シリンドリカルレンズ４３の移動を担い、残りの１つのアクチュエータ７１は、第４シリンドリカルレンズ４４の移動を担う。これにより、第２シリンドリカルレンズ４２〜第４シリンドリカルレンズ４４の位置調整をそれぞれ独立して行うことができる。

なお、アクチュエータ７１の構成としては、特に限定されず、例えば、モータ７２と、ボールねじ７３と、リニアガイド７４とを有し、モータ７２とリニアガイド７４とがボールねじ７３を介して連結された構成とすることができる。これにより、第２シリンドリカルレンズ４２〜第４シリンドリカルレンズ４４の位置調整を高精度に行うことができる。

縮小光学系４（Ｒ）により、導光体６に対するレーザ光ＬＢ（Ｒ）の集光位置を、導光体６の入射面６１上に位置させることができる。

また、縮小光学系４（Ｇ）における第１シリンドリカルレンズ４１〜第４シリンドリカルレンズ４４の互いの離間距離を、縮小光学系４（Ｒ）における第１シリンドリカルレンズ４１〜第４シリンドリカルレンズ４４の互いの離間距離と同じとした場合、前述した色収差が原因で、導光体６に対するレーザ光ＬＢ（Ｇ）の集光位置は、導光体６の入射面６１よりも上流側かまたは下流側に位置することとなる。

同様に、縮小光学系４（Ｂ）における第１シリンドリカルレンズ４１〜第４シリンドリカルレンズ４４の互いの離間距離を、縮小光学系４（Ｒ）における第１シリンドリカルレンズ４１〜第４シリンドリカルレンズ４４の互いの離間距離と同じとした場合も、前述した色収差が原因で、導光体６に対するレーザ光ＬＢ（Ｂ）の集光位置は、導光体６の入射面６１よりも上流側かまたは下流側に位置することとなる。

そこで、縮小光学系４（Ｇ）では、色収差を相殺する（低減する）よう、第２シリンドリカルレンズ４２〜第４シリンドリカルレンズ４４の位置調整がそれぞれ行われる。これにより、導光体６に対するレーザ光ＬＢ（Ｇ）の集光位置を、導光体６に対するレーザ光ＬＢ（Ｒ）の集光位置と同様に、導光体６の入射面６１上に位置させることができる。

また、縮小光学系４（Ｂ）でも、色収差を相殺する（低減する）よう、第２シリンドリカルレンズ４２〜第４シリンドリカルレンズ４４の位置調整がそれぞれ行われる。これにより、導光体６に対するレーザ光ＬＢ（Ｂ）の集光位置を、導光体６に対するレーザ光ＬＢ（Ｒ）の集光位置と同様に、導光体６の入射面６１上に位置させることができる。

以上のような構成により、各導光体６の出力が等しくなり、スクリーン上でのカラー画像は、鮮明な画像となる。また、各縮小光学系４により、球面収差も低減することができる。そして、この球面収差低減と、色収差低減との相乗効果により、各導光体６に対する結合効率の低下をさらに防止することができる。

＜第２実施形態＞
以下、図５を参照して本発明の光源装置、プロジェクタおよび機械加工装置の第２実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
本実施形態は、縮小光学系の構成が異なること以外は前記第１実施形態と同様である。

図５に示すように、本実施形態では、縮小光学系４は、ＦＡＳＴ軸方向α１にパワーを有する第１シリンドリカルレンズ４５、第２シリンドリカルレンズ４６および第３シリンドリカルレンズ４７を備える。また、第１シリンドリカルレンズ４５、第２シリンドリカルレンズ４６および第３シリンドリカルレンズ４７は、上流側から下流側に向かって順番に配置されている。

第１シリンドリカルレンズ４５は、レーザ光ＬＢ（Ｒ）が入射する入射面４５１と、レーザ光ＬＢ（Ｒ）が出射する出射面４５２とを有する。入射面４５１は、ＦＡＳＴ軸方向α１に沿って連続的に突出高さが変化するように形成された凸面４５３を有する。出射面４５２は、ＦＡＳＴ軸方向α１に沿って連続的に深さが変化するように形成された凹面４５４を有する。このような入射面４５１および出射面４５２により、第１シリンドリカルレンズ４５は、ＦＡＳＴ軸方向α１にパワーを有するシリンドリカルレンズとなる。

第２シリンドリカルレンズ４６は、レーザ光ＬＢ（Ｒ）が入射する入射面４６１と、レーザ光ＬＢ（Ｒ）が出射する出射面４６２とを有する。入射面４６１は、ＦＡＳＴ軸方向α１に沿って連続的に深さが変化するように形成された凹面４６３を有する。一方、出射面４６２も、ＦＡＳＴ軸方向α１に沿って連続的に深さが変化するように形成された凹面４６４を有する。のような入射面４６１および出射面４６２により、第２シリンドリカルレンズ４６は、ＦＡＳＴ軸方向α１にパワーを有するシリンドリカルレンズとなる。

第３シリンドリカルレンズ４７は、レーザ光ＬＢ（Ｒ）が入射する入射面４７１と、レーザ光ＬＢ（Ｒ）が出射する出射面４７２とを有する。入射面４７１は、平面で構成されている。一方、出射面４７２は、ＦＡＳＴ軸方向α１に沿って連続的に深さが変化するように形成された凹面４７３を有する。このような入射面４７１および出射面４７２により、第３シリンドリカルレンズ４７は、ＦＡＳＴ軸方向α１にパワーを有するシリンドリカルレンズとなる。

そして、第１シリンドリカルレンズ４５と第２シリンドリカルレンズ４６とによって、１組の縮小光学系４が構成されている。また、第１シリンドリカルレンズ４５と第３シリンドリカルレンズ４７によって、１組の縮小光学系４が構成されている。このように、縮小光学系４は、２組の縮小光学系４によって構成されている。これにより、ＦＡＳＴ軸方向α１のビーム径を、下流側に向かって縮小することができる。

なお、前記第１実施形態と同様に、第１シリンドリカルレンズ４５、第２シリンドリカルレンズ４６および第３シリンドリカルレンズ４７のうちの少なくとも１つのシリンドリカルレンズが移動可能に支持されている。この場合、例えば、第２シリンドリカルレンズ４６および第３シリンドリカルレンズ４７を移動可能としてもよい。

＜第３実施形態＞
以下、図６を参照して本発明の光源装置、プロジェクタおよび機械加工装置の第３実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
本実施形態は、光源装置の適用態様が異なること以外は前記第１実施形態と同様である。

図６に示すように、光源装置１は、レーザ加工を行う機械加工装置２００に適用することができる。機械加工装置２００は、光源装置１を備える。この場合、光源装置１は、例えば、波長が互いに異なる青系のレーザ光ＬＢ（Ｂ１）およびレーザ光ＬＢ（Ｂ２）をそれぞれ照射する２つの第３光学ユニット１０（Ｂ）を備える。

２つの第３光学ユニット１０（Ｂ）のうち、一方の第３光学ユニット１０（Ｂ）からは、レーザ光ＬＢ（Ｂ１）が照射される。また、他方の第３光学ユニット１０（Ｂ）からは、レーザ光ＬＢ（Ｂ１）と波長が異なるレーザ光ＬＢ（Ｂ２）が照射される。そして、レーザ光ＬＢ（Ｂ１）とレーザ光ＬＢ（Ｂ１）とを合波することにより、当該合波光により、例えば、レーザ加工を行うことができる。

以上、本発明の光源装置、プロジェクタおよび機械加工装置を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、光源装置、プロジェクタおよび機械加工装置を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。

また、本発明の光源装置、プロジェクタおよび機械加工装置は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
また、縮小光学系４は、前記第１実施形態では４つのシリンドリカルレンズを有し、前記第１実施形態では３つのシリンドリカルレンズを有するが、シリンドリカルレンズの配置数については、特に限定されず、２つまたは５つ以上とすることもできる。

また、縮小光学系４（Ｇ）および縮小光学系４（Ｂ）は、それぞれ、移動支持機構７を有するが、縮小光学系４（Ｒ）も移動支持機構７を有してもよい。
また、移動支持機構７は、前記第１実施形態では、第１シリンドリカルレンズ４１〜第４シリンドリカルレンズ４４のうち、第２シリンドリカルレンズ４２〜第４シリンドリカルレンズ４４を移動可能に支持するよう構成されているが、これに限定されず、例えば、第１シリンドリカルレンズ４１〜第４シリンドリカルレンズ４４の全てを移動可能に支持するよう構成されていてよい。

［態様］
上述した複数の例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

（第１項）一態様に係る光源装置は、
互いに異なる波長のレーザ光を出射する第１光出射部および第２光出射部を有する光源装置であって、
前記第１光出射部および前記第２光出射部は、それぞれ、
レーザ光を発する複数の発光素子と、
前記レーザ光の光路中に配置されたコリメータと、
前記コリメータに対して、前記発光素子の光軸方向下流側に配置され、各レーザ光を集光する集光レンズと、
前記集光レンズに対して、前記発光素子の光軸方向下流側に配置され、前記集光レンズによって集光された各レーザ光を導光する導光体と、
前記コリメータと前記集光レンズとの間に配置され、前記コリメータを通る前記レーザ光のビーム径を前記発光素子のＦＡＳＴ軸方向に縮小する縮小光学系とを有する。

第１項に記載の光源装置によれば、波長が互いに異なるレーザ光同士間に生じる色収差を、縮小光学系により、相殺する（低減する）ことができる。

（第２項）第１項に記載の光源装置において、
前記縮小光学系は、前記発光素子のＦＡＳＴ軸方向にパワーを有する複数のシリンドリカルレンズを有する。

第２項に記載の光源装置によれば、シリンドリカルレンズを用いるという簡単な構成で、レーザ光のビーム径をＦＡＳＴ軸方向に縮小することができる。

（第３項）第２項に記載の光源装置において、
前記第１光出射部および前記第２光出射部のうちの少なくとも一方の前記縮小光学系は、前記複数のシリンドリカルレンズのうちの少なくとも１つのシリンドリカルレンズを、光軸方向に沿って移動可能に支持する移動支持機構を有する。

第３項に記載の光源装置によれば、シリンドリカルレンズの位置調整（微調整）を行うことができる。

（第４項）第３項に記載の光源装置において、
前記移動支持機構は、通電より作動するアクチュエータを有する。

第４項に記載の光源装置によれば、シリンドリカルレンズの位置調整（微調整）を高精度に行うことができる。

（第５項）第１項〜第４項のいずれか１項に記載の光源装置において、
前記縮小光学系は、複数組の縮小光学系によって構成されている。

第５項に記載の光源装置によれば、ＦＡＳＴ軸方向のビーム径は、レーザ光が進むにつれて過不足なく縮小されることとなる。

（第６項）第５項に記載の光源装置において、
前記縮小光学系は、それぞれ、光軸方向上流側から順番に、第１シリンドリカルレンズ、第２シリンドリカルレンズ、第３シリンドリカルレンズ、および第４シリンドリカルレンズを有し、該第１シリンドリカルレンズと該第４シリンドリカルレンズとによって１組の縮小光学系を構成し、該第２シリンドリカルレンズと該第３シリンドリカルレンズとによって１組の縮小光学系を構成している。

第６項に記載の光源装置によれば、ＦＡＳＴ軸方向のビーム径は、レーザ光が進むにつれて過不足なく縮小されることとなる。

（第７項）第６項に記載の光源装置において、
前記第１シリンドリカルレンズは、凸面を有する入射面と、平面で構成された出射面とを有し、
前記第２シリンドリカルレンズは、凸面を有する入射面と、平面で構成された出射面とを有し、
前記第３シリンドリカルレンズは、凹面を有する入射面と、平面で構成された出射面と有し、
前記第４シリンドリカルレンズは、平面で構成された入射面と、凹面を有する出射面とを有する。

第７項に記載の光源装置によれば、各シリンドリカルレンズは、ＦＡＳＴ軸方向に過不足なくパワーを有するシリンドリカルレンズとなる。

（第８項）第５項に記載の光源装置において、
前記縮小光学系は、光軸方向上流側から順番に、第１シリンドリカルレンズ、第２シリンドリカルレンズ、および第３シリンドリカルレンズを有し、該第１シリンドリカルレンズと該第２シリンドリカルレンズとによって１組の縮小光学系を構成し、該第１シリンドリカルレンズと該第３シリンドリカルレンズによって１組の縮小光学系を構成している。

第８項に記載の光源装置によれば、ＦＡＳＴ軸方向のビーム径は、レーザ光が進むにつれて過不足なく縮小されることとなる。

（第９項）第８項に記載の光源装置において、
前記第１シリンドリカルレンズは、凸面を有する入射面と、凹面を有する出射面とを有し、
前記第２シリンドリカルレンズは、凹面を有する入射面と、凹面を有する出射面と有し、
前記第３シリンドリカルレンズは、平面で構成された入射面と、凹面を有する出射面とを有する。

第９項に記載の光源装置によれば、各シリンドリカルレンズは、ＦＡＳＴ軸方向に過不足なくパワーを有するシリンドリカルレンズとなる。

（第１０項）一態様に係るプロジェクタは、
第１項〜第９項のいずれか１項に記載の光源装置を備える。

第１０項に記載のプロジェクタによれば、波長が互いに異なるレーザ光同士間に生じる色収差を、光源装置の縮小光学系により、相殺する（低減する）ことができる。

（第１１項）一態様に係る機械加工装置は、
第１項〜第９項のいずれか１項に記載の光源装置を備える。

第１１項に記載の機械加工装置によれば、波長が互いに異なるレーザ光同士間に生じる色収差を、光源装置の縮小光学系により、相殺する（低減する）ことができる。

１ 光源装置
１０（Ｒ） 第１光学ユニット
１０（Ｇ） 第２光学ユニット
１０（Ｂ） 第３光学ユニット
２ 光源
２１ ＬＤパッケージ
２２ レーザダイオード素子（ＬＤ素子）
２３ フォトダイオード
２４ パッケージ
２４１ ベース
２４２ キャップ
２４３ カバーガラス
２４４ 円盤状部
２４５ 支持部
２４６ 貫通孔
３ コリメータ（コリメータレンズ）
３１ レンズ（平凸レンズ）
３１１ 入射面
３１２ 出射面
４ 縮小光学系
４（Ｒ） 縮小光学系
４（Ｇ） 縮小光学系
４（Ｂ） 縮小光学系
４１ 第１シリンドリカルレンズ
４１１ 入射面
４１２ 出射面
４１３ 凸面
４２ 第２シリンドリカルレンズ
４２１ 入射面
４２２ 出射面
４２３ 凸面
４３ 第３シリンドリカルレンズ
４３１ 入射面
４３２ 出射面
４３３ 凹面
４４ 第４シリンドリカルレンズ
４４１ 入射面
４４２ 出射面
４４３ 凹面
４５ 第１シリンドリカルレンズ
４５１ 入射面
４５２ 出射面
４５３ 凸面
４５４ 凹面
４６ 第２シリンドリカルレンズ
４６１ 入射面
４６２ 出射面
４６３ 凹面
４６４ 凹面
４７ 第３シリンドリカルレンズ
４７１ 入射面
４７２ 出射面
４７３ 凹面
５ 集光レンズ
５１ 入射面
５２ 出射面
６ 導光体
６１ 入射面
６２ 出射面
７ 移動支持機構
７１ アクチュエータ
７２ モータ
７３ ボールねじ
７４ リニアガイド
１００ プロジェクタ
２００ 機械加工装置
ＬＢ（Ｒ） レーザ光
ＬＢ（Ｇ） レーザ光
ＬＢ（Ｂ） レーザ光
ＬＢ（Ｂ１） レーザ光
ＬＢ（Ｂ２） レーザ光
Ｗα１−１ ビーム径
Ｗα１−２ ビーム径
Ｗα２−１ ビーム径
Ｗα２−２ ビーム径
α１ ＦＡＳＴ軸方向
α２ ＳＬＯＷ軸方向

Claims (11)

1. 互いに異なる波長のレーザ光を出射する第１光出射部および第２光出射部を有する光源装置であって、
   前記第１光出射部および前記第２光出射部は、それぞれ、
   レーザ光を発する複数の発光素子と、
   前記レーザ光の光路中に配置されたコリメータと、
   前記コリメータに対して、前記発光素子の光軸方向下流側に配置され、各レーザ光を集光する集光レンズと、
   前記集光レンズに対して、前記発光素子の光軸方向下流側に配置され、前記集光レンズによって集光された各レーザ光を導光する導光体と、
   前記コリメータと前記集光レンズとの間に配置され、前記コリメータを通る前記レーザ光のビーム径を前記発光素子のＦＡＳＴ軸方向に縮小する縮小光学系とを有する光源装置。
2. 前記縮小光学系は、前記発光素子のＦＡＳＴ軸方向にパワーを有する複数のシリンドリカルレンズを有する請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第１光出射部および前記第２光出射部のうちの少なくとも一方の前記縮小光学系は、前記複数のシリンドリカルレンズのうちの少なくとも１つのシリンドリカルレンズを、光軸方向に沿って移動可能に支持する移動支持機構を有する請求項２に記載の光源装置。
4. 前記移動支持機構は、通電より作動するアクチュエータを有する請求項３に記載の光源装置。
5. 前記縮小光学系は、複数組の縮小光学系によって構成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の光源装置。
6. 前記縮小光学系は、それぞれ、光軸方向上流側から順番に、第１シリンドリカルレンズ、第２シリンドリカルレンズ、第３シリンドリカルレンズ、および第４シリンドリカルレンズを有し、該第１シリンドリカルレンズと該第４シリンドリカルレンズとによって１組の縮小光学系を構成し、該第２シリンドリカルレンズと該第３シリンドリカルレンズとによって１組の縮小光学系を構成している請求項５に記載の光源装置。
7. 前記第１シリンドリカルレンズは、凸面を有する入射面と、平面で構成された出射面とを有し、
   前記第２シリンドリカルレンズは、凸面を有する入射面と、平面で構成された出射面とを有し、
   前記第３シリンドリカルレンズは、凹面を有する入射面と、平面で構成された出射面と有し、
   前記第４シリンドリカルレンズは、平面で構成された入射面と、凹面を有する出射面とを有する請求項６に記載の光源装置。
8. 前記縮小光学系は、光軸方向上流側から順番に、第１シリンドリカルレンズ、第２シリンドリカルレンズ、および第３シリンドリカルレンズを有し、該第１シリンドリカルレンズと該第２シリンドリカルレンズとによって１組の縮小光学系を構成し、該第１シリンドリカルレンズと該第３シリンドリカルレンズによって１組の縮小光学系を構成している、請求項５に記載の光源装置。
9. 前記第１シリンドリカルレンズは、凸面を有する入射面と、凹面を有する出射面とを有し、
   前記第２シリンドリカルレンズは、凹面を有する入射面と、凹面を有する出射面と有し、
   前記第３シリンドリカルレンズは、平面で構成された入射面と、凹面を有する出射面とを有する請求項８に記載の光源装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の光源装置を備えるプロジェクタ。
11. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の光源装置を備える機械加工装置。
    
    

Images