JP7133754B2

JP7133754B2 - 光学系、及び光源装置

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Publication number: JP7133754B2
Application number: JP2018553639A
Authority: JP
Inventors: 和博南
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-11-30
Filing date: 2017-03-21
Publication date: 2022-09-09
Anticipated expiration: 2037-03-21
Also published as: US11041602B2; JPWO2018100758A1; US20190211994A1; WO2018100758A1

Description

本開示は、複数の光源からそれぞれ射出される光を収束する複数のレンズを有する光学系、及びそれを有する光源装置に関する。

特許文献１は、複数の半導体発光装置を保持する保持部材を開示している。

特開２０１６－５１９０２号公報

本開示の光学系は、複数の光源から射出される光をそれぞれ収束する複数のレンズと、前記複数のレンズを保持するレンズ保持部材と、を備える。前記複数のレンズは少なくとも第１の方向に配列される。前記複数のレンズの光軸は互いに平行である。前記複数のレンズのそれぞれは、前記複数のレンズのそれぞれを上面から見た場合の形状が第１の円の周縁部の一部が切り取られた部分円状となるように、切取面を有する。前記複数のレンズのうちの、前記第１方向で隣接するレンズの前記切取面は互いに対向する。前記複数のレンズのうちの、前記第１方向で隣接する前記レンズの中心どうしの間隔は、前記第１の円の直径よりも小さい。前記レンズ保持部材は、前記複数のレンズがそれぞれ配置される複数のレンズ配置孔が設けられた外表面を有する。前記複数のレンズ配置孔のうち、前記第１方向に隣接するレンズ配置孔は連結して連結孔を構成する。前記連結孔の、前記連結孔を上面から見た場合の形状は、それぞれ前記第１の円の直径よりも所定微小量大きい直径を有する複数の第２の円を前記第１方向に一部重畳させて並べた形状の少なくとも一部を示す形状である。

本開示の光源装置は、前記光学系と、対応する前記複数のレンズに、それぞれ前記光を射出する前記複数の光源と、を備える。

図１は、実施の形態１における光源装置の平面形状を示す外観図である。図２は、図１の２Ｃ－２Ｃ線による断面図である。図３は、図１の３Ｃ－３Ｃ線による断面図である。図４は、Ｉ字状のコリメートレンズの平面形状と、コリメートレンズを透過するレーザ光の断面形状を示す外観図である。図５は、レンズ保持部材の平面形状を示す外観図である。図６は、レンズ配置孔及びレーザ光通過孔の形成方法を説明する図である。図７は、レンズ押さえバネの平面形状を示す外観図である。図８は、従来の光源装置の平面形状を示す外観図である。図９は、従来の光源装置に関する課題及び実施の形態１の光源装置の効果を説明する図である。図１０は、従来の光源装置で収束されたレーザ光の分布を説明する図である。図１１は、実施の形態１の光源装置で収束されたレーザ光の分布を説明する図である。図１２は、実施の形態１による他の効果を説明する図である。図１３は、Ｉ字状のコリメートレンズを保持するレンズ保持部材（検討例１）の平面形状を示す外観図である。図１４は、Ｉ字状のコリメートレンズを保持するレンズ保持部材（検討例２）の平面形状を示す外観図である。図１５は、実施の形態２における光源装置の平面形状を示す外観図である。図１６は、Ｄ字状のコリメートレンズの平面形状と、コリメートレンズを透過するレーザ光の断面形状を示す外観図である。図１７は、実施の形態３におけるレンズ保持部材の平面形状を示す外観図である。図１８は、実施の形態３における光源装置の平面形状を示す外観図である。図１９は、実施の形態３における光源装置の他の例を示す平面形状を示す外観図である。図２０は、実施の形態４におけるレンズ保持部材の平面形状を示す外観図である。図２１は、実施の形態４における光源装置の平面形状を示す外観図である。図２２は、実施の形態５における投写型映像表示装置の構成を示すブロック図である。図２３は、他の実施の形態における光源装置の平面形状を示す外観図である。図２４は、他の実施の形態における光源装置の平面形状を示す外観図である。図２５は、他の実施の形態における光源装置の平面形状を示す外観図である。図２６は、他の実施の形態における光源装置の平面形状を示す外観図である。図２７は、他の実施の形態における光源装置の平面形状を示す外観図である。図２８は、他の実施の形態における光源装置の平面形状を示す外観図である。

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

（実施の形態１）
以下、図面を参照して、実施の形態１を説明する。

図１は、実施の形態１における光源装置の平面形状を示す外観図である。図２は、図１の２Ｃ－２Ｃ線による断面図である。図３は、図１の３Ｃ－３Ｃ線による断面図である。図１～図３に示すように、光源装置１は、複数の半導体レーザ（光源）１０と、複数のコリメートレンズ（レンズ）２０及びレンズ保持部材３０とを有する光学系と、を備える。なお、図１においてコリメートレンズ２０には、認識しやすいように適宜ハッチングを付している。

半導体レーザ１０は、レーザ光を射出する。半導体レーザ１０は、例えば、赤色、青色、緑色の可視光や赤外光を射出する。半導体レーザ１０は、図２に示すように、基部１２と発光部１１とを有する。複数の半導体レーザ１０は、同一平面上において、行方向と列方向（第１方向）とに配列される。つまり複数の半導体レーザ１０は、マトリクス状に配置される。

複数のコリメートレンズ２０は、複数の半導体レーザ１０の各々から射出されるレーザ光をそれぞれコリメート（平行光化）する。これらのコリメートレンズ２０は、同一平面上において、行方向と列方向（第１方向）とに配列される。

レンズ保持部材３０は、複数のコリメートレンズ２０がマトリクス状に配置されるようにこれらのコリメートレンズ２０を保持する。またレンズ保持部材３０は、これらのコリメートレンズ２０の光軸ＡＸが互いに平行となるようにコリメートレンズ２０を保持する。そして、レンズ保持部材３０は、複数の半導体レーザ１０も保持する。レンズ保持部材３０は、複数の半導体レーザのそれぞれを、複数のコリメートレンズ２０のそれぞれと一つずつ対向するように保持する。レンズ保持部材３０は、放熱性、硬度等を考慮して、例えば真鍮で形成される。

以下、コリメートレンズ２０の詳細な構成について説明する。

図４は、実施の形態１におけるコリメートレンズ２０の平面形状を示す外観図である。平面形状とは、図２、図３に示す紙面の上方からコリメートレンズ２０を見た場合の形状、すなわちコリメートレンズ２０を上面から見た場合の形状である。各コリメートレンズ２０の平面形状は、円の周縁部の一部が切り取られた部分円状である。部分円状とは、円の一部の弧が弦で置き換えられた形状である。実施の形態１の部分円状は、平行な一対の弦部２１を有するＩ字状の平面形状である。弦部２１は、行方向と平行である。ここで、Ｉ字状の平面形状のコリメートレンズ２０は、素材としての円形のコリメートレンズを、２箇所の周縁部で平行に切断することで形成される。したがって、図３に示すように、弦部２１は、コリメートレンズ２０の、光軸ＡＸに平行な側面となる。以下、弦部２１で構成された側面を、切取面と言う。Ｉ字状のコリメートレンズ２０は、二つの切取面を有する。これらの切取面は、行方向に平行な面である。

図１に示すように、各コリメートレンズ２０は、列方向において隣接するコリメートレンズ２０と互いの弦部２１が対向するように配置される。つまり、列方向で隣接するコリメートレンズ２０の切取面は互いに対向する。このように配置された状態において、列方向で隣接するコリメートレンズ２０の中心どうしの間隔ＤＣは、これらのコリメートレンズ２０の直径ＲＣよりも小さい。

また、図４は、Ｉ字状のコリメートレンズ２０を透過するレーザ光の断面形状も示す。半導体レーザ１０から射出されるレーザ光ＬＲはＦａｓｔ軸とＳｌｏｗ軸を有する。レーザ光ＬＲの光軸ＡＸに垂直な断面の形状は楕円形状である。また、複数の半導体レーザ１０は、レーザ光ＬＲの楕円形状の長径が行方向に平行となり、楕円形状の短径が列方向に平行となるように配置される。ここでＩ字状のコリメートレンズ２０の平面形状は、レーザ光ＬＲの楕円形状よりも大きい。したがって、レーザ光ＬＲの楕円形状は、コリメートレンズ２０の平面形状の内部に納まる。そのため、レーザ光ＬＲの全体が、Ｉ字状のコリメートレンズ２０を適切に透過する。

以下、レンズ保持部材３０の詳細な構成について図２、図３、図５を用いて説明する。なお、図５は、実施の形態１におけるレンズ保持部材３０の平面形状を示す外観図である。レンズ保持部材３０には、図２及び図３の紙面下方から順に、複数の基部収容孔３４、複数の発光部収容孔３３、複数のレーザ光通過孔３２、複数のレンズ配置孔３１が設けられている。基部収容孔３４、発光部収容孔３３、レーザ光通過孔３２、レンズ配置孔３１は、それぞれ一つずつ対応するように上下方向に連通して配置される。対応するこれらの孔の中心軸は同一軸心上に配置されている。以下、これらの孔の構成について説明する。

基部収容孔３４は、断面の形状が円形の貫通孔である。基部収容孔３４は、レンズ保持部材３０の下方の外表面において開口する。基部収容孔３４には、半導体レーザ１０の基部１２が収容される。

発光部収容孔３３は、断面の形状が円形の貫通孔である。発光部収容孔３３には半導体レーザ１０の発光部１１が収容される。発光部収容孔３３の断面の直径は、基部収容孔３４の断面の直径よりも小さい。したがって、発光部収容孔３３と基部収容孔３４の間には、図２の下方に面する段差面３６が形成される。半導体レーザ１０の基部１２は、段差面３６に下方から押し付けられた状態で固定され、半導体レーザ１０の発光部１１は発光部収容孔３３に固定される。発光部収容孔３３のレーザ光通過孔３２側の側面には、レーザ光通過孔３２側ほど発光部収容孔３３の直径が大きくなるように傾斜面３３ａが形成されている。この傾斜面３３ａにより、レーザ光ＬＲを、発光部収容孔３３の側面で遮られることなくレーザ光通過孔３２に導くことができる。

レーザ光通過孔３２は、半導体レーザ１０の発光部１１から射出されたレーザ光ＬＲをコリメートレンズ２０に導く孔である。それぞれのレーザ光通過孔３２の断面の形状は、部分円状であり、行方向に対向する一対の円弧部３２ａを有する。レーザ光通過孔３２の対向する円弧部３２ａ間の距離、すなわちレーザ光通過孔３２の部分円状の直径は、コリメートレンズ２０の直径ＲＣよりも小径であるが、レーザ光ＬＲの断面の形状である楕円形状の長径よりも大きい。これにより、断面の形状が行方向に長い楕円形状であるレーザ光ＬＲが、レーザ光通過孔３２によって遮られない。また、図５に示すように、複数のレーザ光通過孔３２のうち列方向に隣接するレーザ光通過孔３２は、連結して連結孔３９Ｂを構成する。連結孔３９Ｂの平面形状は、複数の円形領域Ａ３２を列方向に一部重畳させて並べた領域の形状の一部を示す形状である。連結孔３９Ｂには、列方向に領域を仕切る仕切壁が存在しない。したがって、列方向においては、レーザ光通過孔３２の側面によりレーザ光ＬＲが遮られること自体が生じない。

レンズ配置孔３１は、レンズ保持部材３０の上側の外表面において、開口する孔である。レンズ配置孔３１の行方向の直径は、レーザ光通過孔３２の行方向の直径よりも大きい。したがって図２に示すように、レーザ光通過孔３２とレンズ配置孔３１との間には、上方に面する段差面３５が形成される。ここで、それぞれのレンズ配置孔３１には、コリメートレンズ２０が一つずつ配置される。コリメートレンズ２０は、段差面３５に上方から押し付けられた状態で、レンズ配置孔３１に配置される。そして図５に示すように、複数のレンズ配置孔３１は、レンズ保持部材３０の外表面において、マトリクス状に設けられている。複数のレンズ配置孔３１のうち、列方向に隣接するレンズ配置孔３１は連結して連結孔３９Ａを構成する。連結孔３９Ａの平面形状は、それぞれ各コリメートレンズ２０の直径ＲＣよりも所定微小量大きい直径を有する複数の円形領域Ａ３１を列方向に一部重畳させて並べた領域の形状の一部を示す形状である。所定微小量は、光源装置１の使用時の温度変化や製造公差等を考慮して、コリメートレンズ２０及びレンズ保持部材３０の双方に過度の応力が生じない量に設定される。

レンズ保持部材３０のレンズ配置孔３１、レーザ光通過孔３２、発光部収容孔３３、及び基部収容孔３４は、それぞれの孔の直径と同じ直径を有するドリルを利用して形成される。

ここで、レンズ配置孔３１及びレーザ光通過孔３２は、上述のように複数の円形領域Ａ３１及び円形領域Ａ３２を列方向に一部重畳させて並べた領域の全部または一部の形状を有する連結孔３９Ａ及び連結孔３９Ｂとして構成されている。そのため、図６に示すように、レンズ保持部材３０の素材３０Ｍにおいてレンズ配置孔３１及びレーザ光通過孔３２を形成する予定の位置Ｃｅで、円形領域Ａ３１及び円形領域Ａ３２と同じ直径のドリルをレンズ配置孔３１及びレーザ光通過孔３２の中心軸方向に進退させることで、レンズ配置孔３１及びレーザ光通過孔３２を形成することができる。

図７は、レンズ押さえバネを有する光源装置１の平面形状を示す外観図である。光源装置１には、レンズ保持部材３０のレンズ配置孔３１からコリメートレンズ２０が脱落するのを防止するために、例えば、図７に示すレンズ押さえバネ４０を設けてもよい。レンズ押さえバネ４０の形状は、列方向を長手方向とする板状である。レンズ押さえバネ４０は、レンズ押さえバネ４０の長手方向の両方の端部においてレンズ保持部材３０にネジ等で固定される。またレンズ押さえバネ４０は、長手方向の両方の端部にそれぞれ腕部４１を有している。これらの腕部４１により、コリメートレンズ２０をレンズ保持部材３０の段差面３５（図２参照）に押し付ける。これにより、コリメートレンズ２０は、レンズ配置孔３１内に安定して保持される。

なお、レンズ押さえバネ４０でコリメートレンズ２０を押し付ける構成では、コリメートレンズ２０がレンズ配置孔３１内でレンズ中心を中心として回転する可能性がある。しかし、この回転は、隣接するコリメートレンズ２０に当接するまでの範囲に制限される。また、Ｉ字状のコリメートレンズ２０の平面形状は、コリメートレンズ２０が上記の範囲内で回転した場合でも、断面が楕円形状のレーザ光ＬＲの全体がＩ字状のコリメートレンズ２０を通過する形状に設定されている。

図８は、従来の光源装置の平面形状を示す外観図である。従来の光源装置３００では、レンズ保持部材３３０には、複数の円形のコリメートレンズ３２０を嵌めるための複数の円形のレンズ配置孔３３１がマトリクス状に形成されている。ここで、複数の円形のコリメートレンズ３２０を高密度に配置するためには、例えば、コリメートレンズ３２０の直径を半導体レーザ３１０の基部の直径程度まで小さくする必要がある。

図９は、従来の光源装置３００に関する課題及び実施の形態１の光源装置１の効果を説明する図である。図９の（ａ）に示すように、従来の光源装置３００では、コリメートレンズ３２０として円形のコリメートレンズが用いられている。レンズ保持部材３３０のレンズ配置孔３３１の直径は、円形のコリメートレンズ３２０の直径よりも若干大きな値に設定される。しかし、コリメートレンズ３２０の直径を半導体レーザ３１０の基部程度の大きさにして高密度に配置する場合、コリメートレンズ３２０の焦点距離Ｌ１は短くなる。コリメートレンズ３２０の焦点距離Ｌ１が短くなると、レンズ配置孔３３１内に配置されたコリメートレンズ３２０の中心位置Ｃｐが半導体レーザ３１０の光軸ＡＬの位置に対してずれたときに、コリメートレンズ３２０を透過したレーザ光の光軸ＡＣが半導体レーザ３１０から射出されるレーザ光の光軸ＡＬに対して大きく傾く。そのため、コリメートレンズ３２０の中心位置Ｃｐの調整には、非常に精度のよい治具や高度なスキルが必要である。

この問題を解決するために、実施の形態１では、図９の（ｂ）に示すように、コリメートレンズ２０の直径ＲＣをコリメートレンズ３２０の直径より大きくするとともに、焦点距離Ｌ２を焦点距離Ｌ１より長くしている。これにより、コリメートレンズ２０の中心位置Ｃｐが図９の（ａ）の場合と同程度の距離Ｄずれたとしても、コリメートレンズ２０を透過したレーザ光の光軸ＡＣは、図９の（ａ）の場合ほどには傾かない。これにより、レンズ位置の調整が容易となる。

しかし、コリメートレンズ２０の直径ＲＣを大きくして焦点距離Ｌ２を長くすると、図８の従来の光源装置３００と比べ、光源装置の寸法が大きくなるという新たな課題が生じる。

これを解決するため、実施の形態１の光源装置１では、さらに、上記図１、図５を用いて既述したように、コリメートレンズ２０の平面形状を円の一部の弧を弦で置き換えたＩ字状とする。また列方向において隣接するコリメートレンズ２０の弦部２１は、互いに対向するように配置される。さらに列方向において隣接するコリメートレンズ２０の中心どうしの間隔ＤＣを、これらのコリメートレンズ２０の直径ＲＣよりも小さくしている。これにより、図９の（ｃ）のように、コリメートレンズ２０の列方向の長さＬ３を直径ＲＣよりも小さくできる。したがって、コリメートレンズ２０の直径を単純に大きくして焦点距離を長くする場合よりも、特に列方向において光源装置１の寸法の増大が抑制される。また、列方向のコリメートレンズ２０の中心位置Ｃｐが図９の（ａ）の場合と同程度の距離Ｄだけずれたとしても、コリメートレンズ２０を透過したレーザ光の光軸ＡＣは、半導体レーザ１０から射出されるレーザ光の光軸ＡＬに対して、図９の（ａ）の場合ほどには傾かないという効果が得られる。

また、実施の形態１によると、以下のような効果が得られる。図１０は、従来の光源装置３００で収束、又は、コリメートされたレーザ光の分布を説明する図である。図１１は、実施の形態１の光源装置１で収束、又は、コリメートされたレーザ光の分布を説明する図である。図１０に示すように、従来の光源装置３００では、実施の形態１の光源装置１と比べ、コリメートレンズ３２０の直径が小さく、この直径に対するコリメートレンズ３２０間の列方向の距離が大きいため、コリメートレンズ３２０の配置密度が低い。そのため、コリメートレンズ３２０で収束、又は、コリメートされたレーザ光ＬＲの面密度は低く、光量分布にムラがある。これに対し、実施の形態１の光源装置１では、図１１に示すように、コリメートレンズ２０の直径が大きく、かつこの直径に対するコリメートレンズ２０間の距離が小さいため、コリメートレンズ２０の配置密度が高くなる。そのため、コリメートレンズ２０で収束、又は、コリメートされたレーザ光ＬＲの面密度が高く、光量分布のムラが抑制される。

図１２は、実施の形態１の光源装置１における他の効果を説明する図である。実施の形態１の光源装置１のレンズ保持部材３０では、列方向で隣接する複数のレーザ光通過孔３２は、連結孔３９Ｂの一部として構成され、レーザ光通過孔３２間には仕切壁が存在していない。つまり、レーザ光通過孔３２は列方向に隣接するレーザ光通過孔３２と繋がっている。そのため、列方向の一端側からファン等により冷却風を送風することで、冷却風がレーザ光通過孔３２（連結孔３９Ｂ）内を列方向に通過する。そのため、半導体レーザ１０を冷却風により良好に冷却することができる。また、列方向で隣接するコリメートレンズ２０の間にはそれぞれ隙間ＤＰがある。そのため、この隙間ＤＰを介して外部に熱を放散することもでき、半導体レーザ１０をより効果的に冷却できる。

また、図１３の検討例１及び図１４の検討例２と比較することにより、実施の形態１の他の効果について説明する。図１３は、Ｉ字状のコリメートレンズ２０を保持するレンズ保持部材の検討例１の平面形状を示す外観図である。本願発明者は、複数のＩ字状のコリメートレンズ２０を保持するレンズ保持部材として、図１３のレンズ保持部材１３０についても検討した。図１３の構成では、レンズ配置孔１３１は、前述のＩ字状のコリメートレンズ２０と同じ平面形状を有する（図１３はＩ字状のコリメートレンズ２０を図示していない）。この構成では、列方向において隣接するレンズ配置孔１３１間に、コリメートレンズ２０間を仕切る仕切壁１３７が設けられている。このような構成において、Ｉ字状のコリメートレンズ２０の形状にあわせてレンズ配置孔１３１を形成する場合、レンズ配置孔１３１の平面形状における弦と弧との間には、角となる逃げ部Ｙが形成される。同様に、Ｉ字状のコリメートレンズ２０の形状にあわせて実施の形態１のようなレーザ光通過孔１３２を形成する場合、レーザ光通過孔１３２の平面形状における弦と弧との間には、角となる逃げ部Ｙが形成される。これらの逃げ部Ｙを精度よく形成するためには精密な削り出しが必要であり、レンズ保持部材１３０の製造コストが高くなることがある。

図１４は、Ｉ字状のコリメートレンズ２０を保持するレンズ保持部材の検討例２の平面形状を示す外観図である。本願発明者は、製造コストを削減するために、複数のＩ字状のコリメートレンズ２０を保持するレンズ保持部材として、図１４のレンズ保持部材２３０についても検討した。この構成では、図１３の場合同様に、列方向において隣接するレンズ配置孔２３１間に、コリメートレンズ２０間を仕切る仕切壁２３７が設けられている。また、レンズ保持部材２３０の逃げ部Ｙは、ドリル孔Ｈｄで形成される。この構成によれば、逃げ部Ｙを容易に形成できる。しかし、仕切壁２３７の行方向の端部が削られることで、仕切壁２３７が外力により列方向に傾く場合がある。

そこで、本願発明者はさらに鋭意検討した結果、図５で説明した実施の形態１のレンズ保持部材３０の構成の知見を得た。すなわち、レンズ保持部材３０の複数のレンズ配置孔３１は、連結孔３９Ａを構成する。連結孔３９Ａの平面形状は、各コリメートレンズ２０の直径よりも所定微小量大きい直径を有する複数の円形領域を列方向に一部重畳させて並べた領域の形状の一部を示す形状である。そのため、列方向を仕切る仕切壁は存在しない。これにより、レンズ保持部材３０の各レンズ配置孔３１の形成予定位置において円形ドリルを軸方向に進退させるだけでレンズ配置孔３１を容易に形成できる。また、仕切壁がないため逃げ部が不要であり、逃げ部の加工が不要となり、製造コストを低減できる。

同様に、レンズ保持部材３０の複数のレーザ光通過孔３２は、連結孔３９Ｂを構成する。連結孔３９Ｂにも列方向を仕切る仕切壁は存在しない。これにより、各レーザ光通過孔３２の形成予定位置において円形ドリルを軸方向に進退させるだけでレーザ光通過孔３２を容易に形成できる。また、仕切壁がないため逃げ部が不要であり、逃げ部の加工が不要となり、製造コストを低減できる。

（実施の形態２）
実施の形態２について説明する。図１５は、実施の形態２における光源装置１の平面形状を示す外観図である。図１６は、Ｄ字状のコリメートレンズ２０の平面形状を示す外観図である。実施の形態２では、複数のコリメートレンズ２０のうち列方向における一端と他端とに配置されたコリメートレンズ２０の平面形状が、Ｄ字状である。つまり複数のコリメートレンズ２０のうち、第１行（上端側）及び最終行（下端側）のコリメートレンズ２０がＤ字状である。平面形状がＤ字状とは、コリメートレンズ２０を上面から見た場合の形状が、円の一部の弧が弦で置き換えられた形状である。つまりＤ字状とは、１つの弦部２１を有する形状である。Ｄ字状のコリメートレンズ２０の弦部２１は、隣接するＩ字状のコリメートレンズ２０の弦部２１と対向する。その他の構成は実施の形態１と同一である。コリメートレンズ２０の素材である円形コリメートレンズからＩ字状のコリメートレンズ２０を形成するためには、素材の円形コリメートレンズの外周部の一部を２回カットする必要があるのに対し、Ｄ字状のコリメートレンズ２０は、素材の円形コリメートレンズの外周部の一部を１回カットするだけで形成される。そのため、コリメートレンズ２０の加工工数及び加工コストを削減することができる。また、図１６は、Ｄ字状のコリメートレンズ２０を透過するレーザ光の断面形状も示す。Ｄ字状のコリメートレンズ２０はＤ字状の平面形状を有するが、前述のように半導体レーザ１０から射出されるレーザ光ＬＲはＦａｓｔ軸とＳｌｏｗ軸を有し、レーザ光ＬＲの光軸ＡＸに垂直な断面は楕円形状を有する。また、複数の半導体レーザ１０は、レーザ光ＬＲの楕円形状の長径が行方向に平行（楕円形状の短径が列方向に平行）となるように配置される。また、Ｄ字状のコリメートレンズ２０は、弦部２１の延設方向が行方向と平行となるように配置される。そのため、Ｄ字状のコリメートレンズ２０はレーザ光ＬＲの全体を適切に透過させることができる。

（実施の形態３）
実施の形態３について説明する。図１７は、実施の形態３におけるレンズ保持部材３０の平面形状を示した外観図である。図１８は、実施の形態３における光源装置１の平面形状を示す外観図である。実施の形態３では、光学系２５は、実施の形態２と同一の構成を有するが、レンズ保持部材３０の構造が異なる。具体的に、レンズ保持部材３０は、連結孔３９Ａ及び連結孔３９Ｂの列方向の端部に、外壁部３７を有する。つまりレンズ保持部材３０は、列方向における一端と他端のレンズ配置孔３１及びレーザ光配置孔３２の列方向の端部、つまり第１行及び最終行のレンズ配置孔３１及びレーザ光通過孔３２の列方向の端部に、外壁部３７を有する。外壁部３７の内面形状は、Ｄ字状のコリメートレンズ２０の外周形状に対応する。複数のレンズ配置孔３１は、連結孔３９Ａを構成する。また複数のレーザ光配置孔３２は、連結孔３９Ｂを構成する。連結孔３９Ａ及び連結孔３９Ｂの形状は、コリメートレンズ２０の直径よりも所定微小量大きい直径を有する複数の円形領域を列方向に一部重畳させて並べた領域の全部を示す形状である。このような構成により、第１行及び最終行（列方向における一端と他端）のコリメートレンズ２０（Ｄ字状のコリメートレンズ２０）を効果的に保護できる。

図１９は、実施の形態３における光源装置１の他の例を示す平面形状を示す外観図である。実施の形態３のレンズ保持部材３０によると、図１９に示すように、列方向における一端と他端のＤ字状のレンズ配置孔３１に、それぞれＩ字状のコリメートレンズ２０を配置することも可能である。

（実施の形態４）
実施の形態４について説明する。図２０は、実施の形態４におけるレンズ保持部材３０の平面形状を示す外観図である。図２１は、実施の形態４における光源装置１の平面形状を示す外観図である。実施の形態４では、光学系２５は、実施の形態１と同一の構成を有するが、レンズ保持部材３０の構造が異なる。具体的に、実施の形態４では、第１行及び最終行のＩ字状のコリメートレンズ２０を保持するレンズ配置孔３１及びレーザ光通過孔３２（連結孔３９Ａ及び連結孔３９Ｂ）の列方向の端部に、外壁部３８が設けられている。この外壁部３８の内面形状は、Ｉ字状のコリメートレンズ２０の外周形状に対応する。そのため、コリメートレンズ２０を効果的に保護できる。なお、逃げ部Ｙの加工が必要となるが、図１３の仕切壁１３７に相当するような仕切壁は存在しないため、図１３の検討例１の場合よりも、精密加工の必要な領域が減少し、レンズ保持部材３０の加工工数及び加工コストを削減することができる。

（実施の形態５）
実施の形態５について説明する。図２２は、実施の形態５における動体追従プロジェクタシステムの概要を示す図である。動体追従プロジェクタシステムは、動体に追従して可視光映像を投写する。動体追従プロジェクタシステムは、プロジェクタ１１０とカメラ１２０とを有する。プロジェクタ１１０は、実施の形態１～実施の形態４の光源装置１と映像生成部１１１とを有する。光源装置１は、赤外光を生成できる。動体追従プロジェクタシステムにおいて、プロジェクタ１１０は、光源装置１で生成した赤外光を空間コード化したパターンを、被写体が存在するエリアに向けて投写する。カメラ１２０は、投写されたパターンを撮像する。映像生成部１１１は、カメラ１２０で撮像されたパターンに基づいて被写体形状を計算し、被写体形状に応じた可視光映像を生成して被写体に投写する。このような動体追従プロジェクタシステムにおいて、赤外光を射出する光源装置として実施の形態１～実施の形態４の光源装置１を利用することで、プロジェクタ１１０の大型化を抑制できる。

（効果等）
実施の形態１～実施の形態４の光学系２５は、複数の半導体レーザ１０から射出されるレーザ光をそれぞれ収束する複数のコリメートレンズ２０（レンズの一例）を有する。複数のコリメートレンズ２０は、マトリクス状に、かつこれらの光軸ＡＸが互いに平行になるように配置される。複数のコリメートレンズ２０のそれぞれを上面から見た形状は、円の周縁部の一部が切り取られた部分円状である。つまり複数のコリメートレンズ２０のそれぞれの上面から見た形状は、弦部２１（切取部）を有する。弦部２１は、コリメートレンズ２０の切取面を構成する。列方向（第１方向）で隣接するコリメートレンズ２０の切取面は互いに対向する。列方向で隣接するコリメートレンズ２０の中心どうしの間隔ＤＣは、これらのコリメートレンズ２０の部分円状の直径よりも小さい。

実施の形態１～実施の形態４の光学系２５により、複数の半導体レーザ１０から射出されるレーザ光をそれぞれ収束する複数のコリメートレンズ２０を高密度に配置できる。

実施の形態１～実施の形態４において、部分円状とは、円の周縁部の一部の弧が弦で置き換えられたＩ字状またはＤ字状である。列方向の一端側と他端側にあるコリメートレンズ２０の間に配置されるコリメートレンズ２０は、Ｉ字状の平面形状を有する。さらに列方向の一端側及びまた他端側のコリメートレンズ２０の少なくとも一方は、Ｄ字状の平面形状を有してもよい。あるいは列方向の一端側と他端側に一つずつコリメートレンズ２０が配置され（つまり列方向に合計２個のコリメートレンズが配置され）、これらのコリメートレンズ２０は、Ｄ字状の平面形状を有してもよい。

実施の形態１～実施の形態４の光学系２５において、レーザ光ＬＲの光軸に垂直な断面は楕円形状を有し、各コリメートレンズ２０の平面形状（部分円状）は、レーザ光ＬＲの楕円形状の全体が透過可能なように設定されている。これにより、各コリメートレンズ２０の平面形状を部分円状としても、レーザ光ＬＲを適切に透過させることができる。

実施の形態１～実施の形態４のレンズ保持部材３０は、実施の形態１～実施の形態４の光学系２５を構成する複数のコリメートレンズ２０を保持する。レンズ保持部材３０の外表面には、複数のコリメートレンズ２０の各々が配置される複数のレンズ配置孔３１がマトリクス状に設けられる。複数のレンズ配置孔３１は、連結孔３９Ａを構成する。連結孔３９Ａの形状は、コリメートレンズ２０の直径よりも所定微小量大きい直径ＲＣを有する複数の円形領域Ａ３１を列方向に一部重畳させて並べた形状の全部または一部を示す形状である。

また、実施の形態１～実施の形態４のレンズ保持部材３０により、実施の形態１～実施の形態４の光学系２５のコリメートレンズ２０を高密度に配置できる。また、レンズ保持部材３０のレンズ配置孔３１をドリルにより簡単に形成できる。

実施の形態１～実施の形態４のレンズ保持部材３０において、コリメートレンズ２０と半導体レーザ１０の間にレーザ光通過孔３２が設けられている。複数のレーザ光通過孔３２のうち、列方向（第１方向）に隣接するレーザ光通過孔３２は連結している。これにより、列方向の一端側から送風することで半導体レーザ１０を冷却できる。

また、実施の形態１～実施の形態４のレンズ保持部材３０は、真鍮により形成されている。これにより、レンズ保持部材３０について適切な放熱性や強度を得ることができる。

実施の形態１～実施の形態４のレンズ保持部材３０は、各コリメートレンズ２０を、これに対応する各レンズ配置孔３１内に押し付けるレンズ押さえバネ４０を有する。これにより、コリメートレンズ２０を、レンズ配置孔３１内に安定して保持できる。

実施の形態１～実施の形態４の光源装置１は、実施の形態１～実施の形態４の光学系２５と、実施の形態１～実施の形態４のレンズ保持部材３０と、光学系２５の複数のコリメートレンズ２０の各々に対応させて設けられ、レーザ光を射出する複数の半導体レーザ１０と、を有する。これにより、光源装置１を小型化できる。

実施の形態１～実施の形態４の光源装置１において、複数の半導体レーザ１０は、レーザ光ＬＲの楕円形状の短径が列方向に配置される。これによりレーザ光ＬＲの全体を効率よくコリメートレンズ２０に透過させる事ができる。

（他の実施の形態）
本開示は、前述の実施の形態１～実施の形態５に限られず、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で種々の修正および変更が可能である。

（１）実施の形態１～実施の形態４では、光学系２５のコリメートレンズ２０のマトリクスが３行３列である場合について説明した。しかし、本開示において、マトリクスの行数及び列数は３行３列に限定されない。本開示は、１行１列を除くｎ行ｍ列（ｎ＝整数、ｍ＝整数）のマトリクスに広く適用可能である。例えば、図２３は、図１の３行３列の構成を、４行３列とする場合を示している。また、図２４は、図１８の３行３列の構成を、２行３列とする場合を示している。

（２）実施の形態１では、図２５の（ａ）に示すように列方向における一端と他端のコリメートレンズ２０の弦部２１の位置とレンズ保持部材３０の列方向における側面の位置を距離Ｓだけずらしている。しかし、図２５の（ｂ）に示すように、第１行及び最終行（列方向における一端と他端）のコリメートレンズ２０の弦部２１の位置とレンズ保持部材３０の列方向における側面の位置とを一致させてもよい。これにより、光源装置１の列方向の寸法をより小さくできる。また、図２５の（ｃ）に示すように、列方向で隣接する各コリメートレンズ２０の弦部２１同士を極力接近させて隙間の大きさを最低限の大きさとしてもよい。これにより、光源装置１の列方向の寸法をより一層小さくできる。最低限の大きさの隙間とは、光源装置１の使用時の温度変化による熱膨張で、第１行と最終行の間の中間行のコリメートレンズ２０が、第１行側及び最終行側から圧縮力が加わっても破損等しない程度の隙間である。

（３）実施の形態１～実施の形態４では、光学系２５のコリメートレンズ２０は、ｎ行ｍ列のマトリクス状（平面状の一例）に配置されている。しかし、本開示の光学系において、コリメートレンズ２０は、マトリクス状に限らず、その他の平面状に配置されてもよい。図２６、図２７はそれぞれ、コリメートレンズ２０が千鳥配置となるように、第１方向及び第２方向に配置された例を示す。また、図２８は、コリメートレンズ２０の第２方向の位置を第１方向の位置に応じて所定量ずつずらして配置した例を示す。

（４）実施の形態１では、レンズ保持部材３０がレンズ押さえバネ４０を有し、レンズ押さえバネ４０がコリメートレンズ２０のレンズ保持部材３０からの脱落を抑制する構成を例示した。しかしレンズ押さえバネ４０を用いず、コリメートレンズ２０を、接着剤等でレンズ保持部材３０に固定し、レンズ保持部材３０からの脱落を抑制してもよい。

（５）実施の形態５では、本開示の光源装置をプロジェクタに適用する場合を例示した。しかし、本開示の光源装置は、例えば、物体を照明する照明装置や、監視カメラ用の照明装置等としても利用可能である。

（６）実施の形態１～実施の形態４では、光学系のレンズがコリメートレンズ２０である場合を例示した。しかし、本開示において、光学系のレンズは、半導体レーザ等の光源から射出される光（レーザ光）を収束（コリメートを含む）するレンズであればどのようなものでもよい。

（７）実施の形態１～実施の形態４では、光源がレーザ光源である場合を例示した。しかし、本開示において、光源としては、半導体レーザ以外に種々の光源が挙げられる。たとえばＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）、ファイバーレーザ、レーザからの光を光ファイバの先端に設けた蛍光体から射出させるファイバ光源等である。これらの光源は、複数の光源からなる群光源の一つとして用いられる。

以上のように、添付図面および詳細な説明によって、ベストモードと考える実施の形態と他の実施の形態とを提供した。これらは、特定の実施の形態を参照することにより、当業者に対して、請求の範囲に記載の主題を例証するために提供されるものである。したがって、請求の範囲またはその均等の範囲において、上述の実施の形態に対して、種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示は、複数の半導体レーザから射出されるレーザ光をそれぞれ収束する複数のレンズを有する光学系、及びそれを有する光源装置に広く適用可能である。

１光源装置
１０半導体レーザ
１１発光部
１２基部
２０コリメートレンズ
２１弦部
２５光学系
３０レンズ保持部材
３１レンズ配置孔
３２レーザ光通過孔（光通過孔）
３３発光部収容孔
３４基部収容孔
３５段差面
３６段差面
３７外壁部
３８外壁部
３９Ａ連結孔
３９Ｂ連結孔
４０レンズ押さえバネ
４１腕部
１１０プロジェクタ
１１１映像生成部
１２０カメラ

Claims

複数の光源から射出される光をそれぞれ収束する複数のレンズと、前記複数のレンズを保持するレンズ保持部材と、を備える光学系であって、
前記複数のレンズは少なくとも第１の方向に配列され、
前記複数のレンズの光軸は互いに平行であり、
前記複数のレンズのそれぞれは、前記複数のレンズのそれぞれを上面から見た場合の形状が第１の円の周縁部の一部が切り取られた部分円状となるように、切取面を有し、
前記複数のレンズのうちの、前記第１の方向で隣接するレンズの前記切取面は互いに対向し、
前記複数のレンズのうちの、前記第１の方向で隣接する前記レンズの中心どうしの間隔は、前記第１の円の直径よりも小さく、
前記レンズ保持部材は、前記複数のレンズがそれぞれ配置される複数のレンズ配置孔が設けられた外表面を有し、
前記複数のレンズ配置孔のうち、前記第１の方向に隣接するレンズ配置孔は連結して連結孔を構成し、
前記連結孔を上面から見た場合の形状は、
前記第１の円の直径よりも大きい直径を有する複数の第２の円を前記第１の方向に一部重畳させて並べた形状の少なくとも一部を示す形状であり、
前記第１の円の直径よりも小さい直径を有する複数の第３の円を前記第１の方向に並べた形状であり、
前記レンズ保持部材のうち、
前記複数の第２の円を形成する部材は、前記複数のレンズを保持し、
前記複数の第３の円を形成する部材は、前記複数の光源を保持する、
光学系。
前記レンズ保持部材は、前記複数のレンズと前記複数の光源との間に設けられた複数の光通過孔を有し、
前記複数の光通過孔のうち、前記第１の方向に隣接する光通過孔は連結している、
請求項１に記載の光学系。
前記外表面は、前記複数のレンズ配置孔の間に、前記光通過孔と互いに連結した複数の通気孔を有する、
請求項２に記載の光学系。
前記レンズ保持部材の材料は真鍮である、
請求項１から３のいずれか１項に記載の光学系。
前記レンズ保持部材は、前記複数のレンズを、対応する前記複数のレンズ配置孔の内部にそれぞれ押し付ける複数のレンズ押さえバネを有する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の光学系。
前記部分円状は、前記第１の円の前記周縁部の前記一部である弧が弦に置き換えられたＩ字状及びＤ字状の一方である、
請求項１から５のいずれか１項に記載の光学系。
前記複数のレンズのうち、前記第１の方向の一端側に配置されたレンズと他端側に配置されたレンズの間に配置されたレンズの、前記上面から見た場合の前記形状は、前記Ｉ字状である、
請求項６に記載の光学系。
前記第１の方向の前記一端側に配置された前記レンズの前記上面から見た場合の前記形状、及び前記他端側に配置された前記レンズの前記上面から見た場合の前記形状の少なくとも一方は、前記Ｄ字状である、
請求項７に記載の光学系。
前記複数のレンズのうち、前記第１の方向の一端側に配置されたレンズの前記上面から見た場合の前記形状、及び前記第１の方向の他端側に配置されたレンズの前記上面から見た場合の前記形状の少なくとも一方は、前記Ｄ字状である、
請求項６に記載の光学系。
前記複数のレンズは、前記複数の光源からから射出される前記光をそれぞれコリメートするコリメートレンズである、
請求項１から９のいずれか１項に記載の光学系。
前記複数のレンズは、マトリクス状に配置される、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の光学系。
請求項１から１１のいずれか１項に記載の前記光学系と、
対応する前記複数のレンズに、それぞれ前記光を射出する前記複数の光源と、を備える、
光源装置。
前記複数の光源のそれぞれから射出される前記光の、前記光軸に垂直な断面の形状は楕円形状であり、
前記複数のレンズのそれぞれの、前記上面から見た場合の前記形状は、前記光の前記楕円形状よりも大きい、
請求項１２に記載の光源装置。
前記楕円形状は、前記第１の方向に平行な短径と、前記短径と交差する長径とで定義される、
請求項１３に記載の光源装置。