JP7133754B2 - 光学系、及び光源装置 - Google Patents

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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(Light Emitting Diode)、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 (14)

  1. 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、
    記複数の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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 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。
  13. 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。
  14. 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。
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