WO2011033979A1 - 発光装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an optical device capable of fixing a light source unit including a light source to a holding body by adjusting an optical axis thereof in an appropriate direction.
- a light-emitting device that holds a light source unit including a light source is used in various information processing apparatuses.
- Patent Document 1 discloses a light emitting device mounted on an optical head device.
- the outer peripheral surface of the element side holder that supports the semiconductor laser is a convex curved surface having a circular arc cross section
- the positioning region formed in the opening of the fixed side holder is a concave curved surface having a circular arc cross section
- the curvature radius of the convex curved surface and the concave curved surface is the same.
- the optical surface of the semiconductor laser is adjusted by changing the tilt angle of the element side holder by sliding the convex curved surface against the concave curved surface and sliding the convex curved surface and the concave curved surface. After the adjustment, the element side holder is fixed to the fixed side holder by an anaerobic adhesive.
- the convex curved surface formed on the element side holder and the concave curved surface formed on the fixed side holder are formed with the same curvature, and the convex curved surface and the concave curved surface are in the entire area around the optical axis. It is a structure to abut.
- the convex curved surface and concave curved surface are in the entire area around the optical axis.
- the gap at the joint tends to vary depending on the location around the optical axis. Therefore, the adhesive stress due to the adhesive interposed between the two holders differs depending on the location, and when the adhesive is cured after adjusting the optical axis, the angle of the optical axis is likely to shift.
- the present invention solves the above-described conventional problems, and provides a light emitting device capable of fixing a light source unit to a holding body after the light source unit is positioned on the holding body while maintaining the positioning state.
- the purpose is that.
- the present invention relates to a light emitting device having a light source unit including a light source and a holding body for holding the light source unit.
- the holding body is formed with a holding hole into which the light source unit is inserted, and the light source unit is provided with three protruding portions that protrude in a direction away from the center line of the holding hole,
- the shape of the surface of the protrusion when cut along a plane including the center line is a convex curve, the surface of the protrusion is applied to the edge of the holding hole, and the optical axis is directed in a predetermined direction. In this state, the surface of the protruding portion and the edge portion are fixed.
- the surfaces of the protrusions provided at the three positions of the light source unit become convex curves and hit the edge part, the surfaces of all the protrusions and the edge part can be reliably abutted. Since the variation in the fixing state between the surface of each projecting portion and the edge portion can be reduced, it is easy to maintain the posture of the light source unit during adjustment after the fixing operation is performed after adjusting the direction of the light source unit. Further, since the light source unit and the holder are fixed at least at three places, even if there is a temperature change or the like when the light emitting device is used, the light source unit is less likely to be misoriented.
- the convex curves of the three protruding portions are located on a virtual spherical surface having a center of curvature on the center line.
- the light source unit is pressed against the edge of the holding hole of the holding body, and the light source unit is tilted with the center of curvature as a fulcrum, so that the fixing operation can be performed after smoothly adjusting the direction of the light source unit.
- the shape of the inner peripheral surface continuous to the edge portion of the holding hole when cut along a plane including the center line is a concave curve having a smaller radius of curvature than the convex curve of the protruding portion. It is preferable.
- the gap between the surface of the protruding portion and the inner peripheral surface of the holding hole at the portion adjacent to the contact portion between the protruding portion and the edge portion can be made minute. It is possible to prevent a large gap from being formed in the welded portion, to realize a stable fixing state, for example, to realize stable welding quality.
- the concave curve on the inner peripheral surface is located on a virtual sphere having a center of curvature on the center line.
- the shape of the surface of the projecting part when cut along a plane perpendicular to the center line including the contact part between the projecting part and the edge part is a radius of curvature more than the holding hole. It is preferable that the convex curve is small.
- the surface of the protruding portion and the holding hole of the holding body can be theoretically brought into point contact, and the light source unit is held in a stable posture by the holding body by the three contact portions. Moreover, the clearance gap between a protrusion part and a holding hole becomes fine around the contact part, and it is easy to stabilize the adhering state of each adhering part, for example, the welding quality of a welding part.
- the protruding portion and the edge portion can be welded.
- welding can be performed by the energy of laser light.
- the fixing between the protruding portion and the edge portion is not limited to welding, and may be performed by fixing means such as adhesion.
- the present invention can be configured such that the light source unit and the holding portion are provided at a plurality of locations, and the optical axes of the light source units are aligned on the same line.
- the light source unit and the holding body can be fixed by slightly adjusting the inclination posture of each light source unit, the optical axes of the light emitted from the plurality of light source units are aligned on the same line. It is easy and the direction of each optical axis is not likely to be distorted.
- the present invention may be a light emitting device in which one light source unit is held by one holder.
- the optical axis of the light emitted from the light source unit can be irradiated in the correct direction with respect to other optical elements and recording media, and the light source unit can be finely adjusted and fixed. become.
- the light source unit can be brought into contact with the holding body in a stable posture, when welding is performed by adjusting the inclination posture, the variation in welding quality of at least three welding locations can be reduced, and the light source unit It is possible to prevent the stress that is biased from acting on the light source unit, and it is difficult for the inclination of the light source unit to be distorted.
- the light source unit and the holding body are fixed by welding, even if the light source unit is used for a long time or there is a severe change in environmental temperature, the light source unit is unlikely to be displaced.
- FIG. 4 is an enlarged partial sectional view schematically showing a part of FIG. Sectional drawing which cut
- a first light source mounting portion 3 is provided on one end surface 2 a of the case 2, and a second light source mounting portion 4 and a third light source mounting portion 5 are provided on one side surface 2 b of the case 2.
- the end surface 2a and the side surface 2b are perpendicular to each other.
- the holding body 6 is fixed to the end surface 2 a of the case 2, and the light source unit 7 is positioned and fixed to the holding body 6.
- the holding body 8 is fixed to the side surface 2 b of the case 2, and the light source unit 9 is fixed to the holding body 8.
- the holding body 8 is fixed after its position is adjusted in the vertical direction (Z direction) and the horizontal direction (X direction) on the side surface 2b.
- the light source unit 9 is positioned and fixed with respect to the holding body 8 after the inclination angle with respect to the Y-axis is adjusted.
- the holding body 20 is fixed to the side surface 2 b of the case 2, and the light source unit 30 is fixed to the holding body 20.
- the holding body 20 is fixed after the position is adjusted in the vertical direction (Z direction) and the horizontal direction (X direction) on the side surface 2b.
- the light source unit 30 is positioned and fixed with respect to the holding body 20 after the inclination angle with respect to the Y axis is adjusted.
- two band-pass filters 11 and 12 are provided with a distance in the X-axis direction.
- the bandpass filters 11 and 12 are both installed with an inclination of 45 degrees with respect to the X axis and the Y axis.
- the wavelengths of light emitted from the light sources provided in the light source unit 7, the light source unit 9, and the light source unit 30 are different from each other.
- the band filter 11 and the band filter 12 have different transmission characteristics and reflection characteristics.
- the band filter 11 transmits the light emitted from the light source unit 7 and reflects the light emitted from the light source unit 9.
- the band filter 12 transmits both the light emitted from the light source unit 7 and the light emitted from the light source unit 9 and reflects the light emitted from the light source unit 30.
- the optical axis B1 of the light from the light source unit 7 that is transmitted and the optical axis B2 of the light from the light source unit 9 and the optical axis B3 of the light from the light source unit 30 that is reflected by the band filter 12 can be made substantially coincident. .
- light emitted from different light source units 7, 9, and 30 can be sent out as light of the same optical axis B0. Therefore, lights having different wavelengths and different hues emitted from the light source units 7, 9, and 30 can be alternately switched and irradiated along the same optical axis B0.
- the light emitted from the light source units 7, 9, 30 is R (red) wavelength, G (green) wavelength, B (blue) wavelength, and the optical axis B 0 is bent in front of the optical axis B 0.
- a laser scanning type projector capable of color display can be configured.
- the light source accommodated in the light source units 7, 9, and 30 may be a light emitting diode, but by using a semiconductor laser, the color of the image projected on the screen is vivid and the straightness of the light is improved. It becomes possible to project a high-resolution image at a higher level.
- the structure of the holding body 20 and the light source unit 30 provided in the third light source mounting portion 5 and the adjustment and fixing operations of the light source unit 30 will be described.
- the structures of the holding body 8 and the light source unit 9 in the second light source mounting portion 4 are substantially the same as the structures of the holding body 20 and the light source unit 30, and thus the description thereof is omitted.
- the optical axis B1 of the light from the light source unit 7 and the optical axis B2 of the light from the light source unit 9 and the optical axis B3 of the light from the light source unit 30 as the optical axis B1. Since the first light source mounting portion 3 is adjusted so as to match, the position adjustment of the light source unit 7 in the YZ direction and the tilt adjustment with respect to the X axis are not particularly required. However, the structure of the holding body 6 and the light source unit 7 of the first light source mounting part 3 is the same as the structure of the holding body 20 and the light source unit 30 of the third light source mounting part 5 and is generated from the light source unit 7.
- the optical axis B1 of the light may be adjusted in the YZ direction so that the inclination of the optical axis B1 can be adjusted.
- 3 to 7 is formed of a metal material that is easy to weld, such as stainless steel (Ni—Cr—Fe alloy).
- the front surface 21 and the rear surface 22 of the holding body 20 are parallel to each other.
- the holding body 20 is fixed to the side surface 2b with the back surface 22 in close contact with the side surface 2b of the case 2 and adjusted in position in the XY direction.
- a holding hole 23 penetrating in the Y-axis direction is formed in the holding body 20.
- the holding hole 23 is a perfect circle, and in FIG. 3 and FIG. 6 and the like, an imaginary line extending in the Y-axis direction through the opening center of the holding hole 23 is shown as a center line L0.
- the holding hole 23 is formed with an inner peripheral surface 24 that opens to the surface 21 side.
- the inner peripheral surface 24 is a concave curved surface with the concave side directed to the center line L0.
- the inner peripheral surface 24 is continuously formed over the entire circumference around the center line L0. As schematically shown in FIG. 7, the entire inner peripheral surface 24 is centered on the center line L0. It coincides with a virtual spherical surface G1 having a radius R1 and having O1.
- the boundary part between the surface 21 of the holding body 20 and the inner peripheral surface 24 is an edge part 25. Since the inner peripheral surface 24 is continuously formed over the entire circumference around the center line L0, the edge portion 25 is formed along a locus of a perfect circle having a center of curvature at the center line L0.
- the edge portion 25 which is a boundary portion between the surface 21 and the inner peripheral surface 24 appears theoretically as a dot in the cross section shown in FIGS. 6 and 7, but actually, the edge portion 25 in the cross section has a minute amount. A chamfered portion or a minute curved surface may appear.
- the inner peripheral portion of the holding hole 23 of the holding body 20 has a minimum diameter portion 26 continuous with the inner peripheral surface 24 coinciding with the virtual spherical surface G ⁇ b> 1, and a continuous with the minimum diameter portion 26.
- a tapered surface 27 whose diameter gradually increases toward the back surface 22 is formed.
- the light source unit 30 has an outer case 31 and an inner case 32.
- the inner case 32 includes a base portion 33 made of a metal material that can be welded, such as stainless steel, and a cylindrical metal cover 34 fixed in front of the base portion 33.
- a base portion 33 made of a metal material that can be welded, such as stainless steel
- a cylindrical metal cover 34 fixed in front of the base portion 33.
- the inside of the metal cover 34 is a cavity, the left side in the figure, that is, the front in the light emitting direction is covered with a cover glass 37, and the other portions are sealed so as not to transmit light.
- a support member 35 fixed to the base portion 33 is provided inside the metal cover 34, and a light source 36 is mounted on the support member 35.
- a conductive terminal 38 for energizing the light source 36 extends behind the base portion 33.
- the light source 36 is a semiconductor laser chip. Laser light having a wavelength that can be reflected by the bandpass filter 12 shown in FIGS. 1 and 2 is emitted from the light source 36, and the laser light passes through the cover glass 37 and is emitted forward.
- the outer case 31 is made of stainless steel, which is a metal material that is easy to weld.
- the outer case 31 has a flat surface 41 facing the right side in the figure, and a through-hole penetrating front and rear along an axis orthogonal to the surface 41 is formed.
- a positioning peripheral surface 42 having the shortest inner diameter and a protrusion formed in parallel to the surface 41 on the right side of the positioning peripheral surface 42.
- a contact surface 43 is formed.
- a clearance hole 44 having a large diameter is formed on the right side of the abutting surface 43 in the figure.
- the inner case 32 is inserted into the through hole of the outer case 31 from the metal cover 34 side.
- the reference portion 39 located at the boundary between the metal cover 34 and the base portion 33 is fitted to the positioning peripheral surface 42, and the surface facing the left side of the base portion 33 is the abutting surface.
- the inner case 32 is positioned inside the outer case 31 by being abutted against the inner surface 43.
- the outer case 31 and the base part 33 are being fixed with the laser welding means etc., or being fixed with the adhesive agent.
- the lens holder 45 is fitted and positioned and fixed in the light emitting side opening of the through hole of the outer case 31.
- the lens holder 45 is formed of a weldable metal material such as stainless steel, and is fixed to the outer case 31 by laser welding or the like, or is fixed by an adhesive or the like.
- a lens 46 is held by the lens holder 45 and fixed with an adhesive or the like.
- the laser light emitted from the light source 36 passes through the cover glass 37, the beam diameter is reduced by the lens 46, or converted into convergent light or the like and emitted.
- the outer case 31 has a small-diameter cylindrical surface 31a on the outer peripheral surface of the portion holding the inner case 32 in the right portion in the drawing, and the lens holder 45 in the left portion in the drawing.
- the outer peripheral surface of the held portion is a large-diameter cylindrical surface 31b having a larger diameter than the small-diameter cylindrical surface 31a.
- the outer case 31 is integrally formed with projecting portions 47 that project from three locations of the small-diameter cylindrical surface 31a.
- the protrusions 47 protrude in the normal direction so as to be separated from the center line L0, and are arranged at an angular interval of 120 degrees around the center line L0.
- the three protruding portions 47 have the same shape and the same dimensions.
- the light source unit 30 is inserted into the holding hole 23 of the holding body 20 from the large-diameter cylindrical portion 31b side of the outer case 31. Then, the surface 48 of the protruding portion 47 protruding from the outer case 31 hits the edge portion 25 of the opening of the holding hole 23 of the holding body 20, so that the light source unit 30 is positioned on the holding body 20.
- FIG. 4 shows three radiating virtual lines L ⁇ extending in the radial direction from the center line L0.
- the opening angle ⁇ of the three radiating virtual lines L ⁇ is 120 degrees.
- the surface 48 and the edge part 25 of each protrusion part 47 contact
- the surface 48 of the protrusion 47 and the edge portion 25 are in point contact geometrically.
- the edge portion 25 may be formed with fine chamfering, and the edge portion 25 and the surface 48 may be deformed. Therefore, the contact portion P is not necessarily limited to strict point contact. Is not to be done.
- FIG. 4 shows a state in which the outer case 31 of the light source unit 30 is cut on a plane orthogonal to the center line L0 including the three contact portions P between the surface 48 of the protruding portion 47 and the edge portion 25. Yes.
- FIG. 5 is an enlarged view of one contact portion P appearing in the cross section of FIG.
- the surface 48 of the protrusion 47 when viewed in a cross section including the contact portion P appears as a convex curve 48b.
- the edge portion 25 is a perfect circle with a radius Ra having a center of curvature on the center line L0.
- the radius of curvature Rb at the contact portion P of the convex curve 48b is shorter than the radius Ra of the edge portion 25.
- the convex curve 48b is an arc curve located on a perfect circle with a radius Rb having a center of curvature Oa on the imaginary radial line L ⁇ .
- the convex curve 48b is not necessarily limited to a perfect circular arc curve.
- the contact portion P exists on the convex curve 48b of the surface 48 of the protruding portion 47 and on the imaginary radiation line L ⁇ . Since the curvature radius Rb of the convex curve 48b is shorter than the curvature radius Ra of the edge portion 25, the distance between the surface 48 of the protruding portion 47 and the edge portion 25 is separated from the contact portion P in the clockwise direction and the counterclockwise direction. It gradually becomes wider as you go.
- FIG. 6 shows a cross section in which one protrusion 47 is cut along a plane including the radiation imaginary line L ⁇
- FIG. 7 shows two protrusions 47 cut along a plane including the radiation imaginary line L ⁇ . The resulting cross-section is shown schematically.
- the surface 48 of the protrusion 47 appears as a convex curve 48a.
- the convex curve 48a is an intersection line between the surface 48 and a plane including the imaginary radiation line L ⁇ .
- the convex curves 48a of the respective surfaces 48 of the protrusions 47 provided at the three locations are located on the surface of the phantom spherical surface having a radius R2 with O2 located on the center line L0 as the center of curvature.
- the three contact portions P are located on the respective convex curves 48a.
- the convex curve 48a is a part of a perfect circular arc having the center of curvature O2, but the convex curve 48a does not necessarily coincide with the perfect circular arc.
- the curvature radius R2 of the convex curve 48a of the surface 48 of the protrusion 47 is longer than the curvature radius R1 of the concave curve 24a appearing in the cross section of the inner peripheral surface 24 of the holding hole 23 of the holding body 20. Moreover, the curvature center O2 having the curvature radius R2 is located farther from the edge portion 25 than the curvature center O1 having the curvature radius R1. Therefore, when viewed in the cross section of FIGS. 6 and 7, the surface 48 of the protrusion 47 comes into contact with the contact portion P on the edge portion 25. The gap between the surface 48 of the protruding portion 47 and the inner peripheral surface 24 of the holding hole 23 gradually increases as it advances from the contact portion P into the holding hole 23.
- the surface 21 of the holding body 20 is marked with three marks 29 located on the respective virtual radiation lines L ⁇ .
- marks 51 located on the imaginary radiation line L ⁇ are also stamped at three locations.
- the inner case 32 having the light source 36 is attached to the outer case 31, the lens holder 45 having the lens 46 is attached, and the light source unit 30 is assembled.
- the light source unit 30 is inserted into the holding hole 23 of the holding body 20, and at this time, the mark 51 formed on the outer case 31 of the light source unit 30 is aligned with the mark 29 formed on the holding body 20.
- the position of the light source unit 30 in the rotational direction is adjusted.
- the surface 48 of the projecting portion 47 and the edge portion 25 theoretically come into point contact at the contact portion P on the radiation imaginary line L ⁇ . . Since the abutting portions P are set at three locations, the surface 48 of the protruding portion 47 and the edge portion 25 abut on each abutting portion P with substantially the same pressure, and the surface 48 of any one of the protruding portions 47. And the edge portion 25 are not pressed extremely strongly, or a gap is not formed at any of the contact portions P.
- the posture of the light source unit 30 can be tilted, and the posture can be adjusted by tilting the optical axis B3 shown in FIG. 1 with respect to the Y axis.
- the laser beam is focused on the intersection of each radiating virtual line L ⁇ and the edge portion 25, and the inclination posture is adjusted.
- laser light is irradiated, and the contact portion between the surface 48 of the protruding portion 47 and the edge portion 25 is melted and welded with the light energy.
- the edge portion 25 When viewed in the cross section shown in FIG. 5, the edge portion 25 is a concave curve and the surface 48 of the protruding portion 47 is a convex curve 48 b, so that the surface 48 is slightly away from the contact portion P in the clockwise or counterclockwise direction. And the edge portion 25 are not greatly expanded. Therefore, even if the laser beam irradiation location and the contact portion P are slightly displaced, the welding state at the contact portion P does not vary greatly. In addition, since the gap between the surface 48 and the edge portion 25 is small in the vicinity of the contact portion P, the welding quality does not easily vary at the three contact portions P.
- the convex curve 48a of the surface 48 of the protrusion 47 appearing in the cross section of FIG. 7 has a radius of curvature R2 longer than the concave curve 24a of the inner peripheral surface 24 of the holding hole 23, and the curvature center O2 of the convex curve 48a is It is further away from the edge portion 25 than the center of curvature O1 of the concave curve 24a. For this reason, when the posture of the light source unit 30 is tilted, the surfaces 48 of the three protruding portions 47 always come into contact with the edge portion 25.
- the gap between the concave curve 24 a and the convex curve 48 a gradually increases from the contact portion P toward the left side of the drawing, and in the vicinity of the contact portion P, the gap between the surface 48 and the inner peripheral surface 24. Does not spread greatly. Therefore, the weld quality of the welded portion at the three contact portions P is less likely to vary.
- the surface 48 of the protrusion 47 and the edge portion 25 always contact each other, and in the three contact portions P, it is difficult for the quality of the welded portion to vary. It is possible to prevent the biased large stress from acting on the unit 30. For this reason, after adjusting the position of the light source unit 30 and welding, the light source unit 30 can easily maintain the adjusted position.
- FIG. 8 is a partial sectional view showing a modification of the present invention.
- the shape of the protrusion 47 and the surface 48 of the light source unit 30 is the same as that of the above embodiment, but the inner peripheral surface 24A continuous to the edge 25A of the holding body 20A is not a concave curved surface but a center line L0. It is a cylindrical surface extending in the direction.
- the surface 48 of the protrusion 47 and the edge portion 25 ⁇ / b> A can come into contact with each other at the contact portion P, and the light source unit 30 and the holding body 20 can be brought into contact at three points.
- the distance between the surface 48 of the protruding portion 47 and the inner peripheral surface 24A is widened. Therefore, in terms of stable welding quality, the above-described embodiment is more preferable as shown in FIG. preferable.
- the surface 48 of the projecting portion 47 shown in FIG. 5 can be formed into a triangular shape whose width dimension is abruptly narrowed toward the contact portion P.
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Abstract
【課題】 光源を備えた光源ユニットの姿勢を調整した後に、光源ユニットの姿勢を安定させて保持体に保持させることができる発光装置を提供する。 【解決手段】 保持体20の保持穴23に、エッジ部25とこれに連続する凹曲面の内周面24が設けられている。光源36を支持している光源ユニット30には3箇所に突出部47が形成され、その表面48に前記内周面24よりも曲率半径の長い凸曲線48aが形成されている。光源ユニット30が保持穴23に挿入されると、3箇所の突出部47の表面48が、凸曲線48a上の当接部Pで、エッジ部25に点接触する。この当接部Pでレーザ溶接することにより、傾き調整後の光源ユニット30を姿勢を安定させて保持体20に固定することができる。
Description
本発明は、光源を備えた光源ユニットを、その光軸を適正な向きに調整して保持体に固定することができる光学装置に関する。
光源を備えた光源ユニットが保持される発光装置は、各種情報処理装置に使用されている。この種の発光装置は、光源ユニットから発せられる光の光軸が適正な向きとなるように、光源ユニットの傾き姿勢を調整して固定することが必要である。
以下の特許文献1には、光ヘッド装置に搭載される発光装置が開示されている。この発光装置は、半導体レーザを支持する素子側ホルダの外周面が、断面円弧状の凸曲面であり、固定側ホルダの開口部に形成された位置決め領域が、断面円弧状の凹曲面であり、前記凸曲面と前記凹曲面の曲率半径が同じである。
前記凸曲面を前記凹曲面に突き当て、前記凸曲面と前記凹曲面とを摺動させることで、素子側ホルダの傾き角度を変えて、半導体レーザの光軸を調整する。その調整後に、嫌気性接着剤によって前記素子側ホルダが固定側ホルダに固定される。
特許文献1に記載された発光装置は、素子側ホルダに形成された凸曲面と固定側ホルダに形成された凹曲面が同じ曲率で形成されて、凸曲面と凹曲面が光軸回りの全域で当接する構造である。しかし、凸曲面と凹曲面の加工精度には限界があるため、凸曲面と凹曲面を光軸回りの全域で正確に密着させることは不可能であり、素子側ホルダと固定側ホルダとの嵌合部の隙間が、光軸回りの場所によってばらつきやすい。そのため、両ホルダの間に介在する接着剤による接着応力が場所によって相違し、光軸を調整した後に接着剤が硬化した時点で、光軸の角度のずれが発生しやすい。
また、素子側ホルダと固定側ホルダとを接着剤で固定する構造では、接着剤そのものが温度変化により変質しやすいため、長期間使用する間に、接着剤による固定応力が変化し、半導体レーザの光軸の角度が変化するなどの問題が生じやすい。
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、光源ユニットが保持体に位置決めされた後に、その位置決め状態を維持して、光源ユニットを保持体に固定することが可能な発光装置を提供することを目的としている。
また、本発明は、光源ユニットを保持体に強固に固定することができ、長期間使用しても、光軸の傾きなどが発生しにくい発光装置を提供することを目的としている。
本発明は、光源を備えた光源ユニットと、前記光源ユニットが保持される保持体とを有する発光装置において、
前記保持体に、前記光源ユニットが挿入される保持穴が形成され、前記光源ユニットに、前記保持穴の中心線から離れる方向へ突出する3箇所の突出部が設けられており、
前記中心線を含む平面で切断したときの前記突出部の表面の形状が凸曲線であり、前記突出部の前記表面が前記保持穴のエッジ部に当てられ、前記光軸が所定の方向に向けられた状態で、前記突出部の表面と前記エッジ部とが固着されていることを特徴とするものである。
前記保持体に、前記光源ユニットが挿入される保持穴が形成され、前記光源ユニットに、前記保持穴の中心線から離れる方向へ突出する3箇所の突出部が設けられており、
前記中心線を含む平面で切断したときの前記突出部の表面の形状が凸曲線であり、前記突出部の前記表面が前記保持穴のエッジ部に当てられ、前記光軸が所定の方向に向けられた状態で、前記突出部の表面と前記エッジ部とが固着されていることを特徴とするものである。
本発明の発光装置は、光源ユニットの3箇所に設けられた突出部の表面が凸曲線となってエッジ部に当たるため、全ての突出部の表面とエッジ部とを確実に突き当てることができる。それぞれの突出部の表面とエッジ部との固着状態のばらつきを小さくできるため、光源ユニットの向きを調整してから固着作業を行った後で、調整時の光源ユニットの姿勢を維持しやすい。また、光源ユニットと保持体とが少なくとも3箇所で固着されているため、発光装置を使用しているときに温度変化などがあっても、光源ユニットの向きの狂いが生じにくくなる。
本発明は、3箇所の前記突出部の前記凸曲線が、前記中心線上に曲率中心を有する仮想球面上に位置することが好ましい。
この構造では、光源ユニットを保持体の保持穴のエッジ部に押し付けて、前記曲率中心を支点として光源ユニットを傾けることで、光源ユニットの向きを滑らかに調整した後に固着作業を行うことが可能になる。
本発明は、前記中心線を含む平面で切断したときの、前記保持穴の前記エッジ部に連続する内周面の形状が、前記突出部の前記凸曲線よりも曲率半径が小さい凹曲線であることが好ましい。
保持穴の内周面を曲率半径の小さい凹曲面にすると、突出部とエッジ部との当接部に隣接する部分での突出部の表面と保持穴の内周面との隙間を微小にでき、溶接部に大きな隙間ができるのを防止でき、安定した固着状態を実現でき、例えば安定した溶接品質を実現できる。
この場合に、前記内周面の前記凹曲線は、前記中心線上に曲率中心を有する仮想球面上に位置するものが好ましい。
また、本発明は、前記突出部と前記エッジ部との当接部を含んで前記中心線と直交する平面で切断したときの、前記突出部の表面の形状が、前記保持穴よりも曲率半径の小さい凸曲線であることが好ましい。
上記構成では、突出部の表面と保持体の保持穴とを理論的に点接触させることができ、3箇所の当接部によって、光源ユニットが保持体に安定した姿勢で保持される。また、当接部の周囲で突出部と保持穴との隙間が微細になり、それぞれの固着部の固着状態、例えば溶接部の溶接品質を安定させやすい。
本発明は、前記突出部と前記エッジ部とを溶接することが可能である。この場合に、レーザ光のエネルギーによって溶接することが可能である。
なお、突出部とエッジ部との固着は、溶接に限られず、接着などの固着手段によるものであってもよい。
さらに本発明は、前記光源ユニットと前記保持部とが複数箇所に設けられ、それぞれの光源ユニットの光軸が、同一線上に揃えられているものとして構成できる。
上記光学装置では、それぞれの光源ユニットの傾き姿勢を微妙に調整して、光源ユニットと保持体とを固定することができるため、複数の光源ユニットから発せられる光の光軸を同一線上に一致させやすく、またそれぞれの光軸の向きに狂いが生じにくい。
ただし、本発明は、1個の保持体に1個の光源ユニットが保持される発光装置であってもよい。この場合には、光源ユニットから発せられる光の光軸を、他の光学素子や記録メディアなどに対して正確な向きで照射できるようになり、光源ユニットを微妙に調整して固定することが可能になる。
本発明は、光源ユニットを保持体に安定した姿勢で当接させることができるため、傾き姿勢を調整して溶接したときに、少なくとも3箇所の溶接箇所の溶接品質のばらつきを少なくでき、光源ユニットに偏った応力が作用するのを防止でき、光源ユニットの傾きに狂いが発生しにくくなる。
また、光源ユニットと保持体とが溶接で固定されるため、長期間使用したり、激しい環境温度の変化があったとしても、光源ユニットの姿勢のずれが発生しにくい。
図1と図2に示す発光装置1は、立方体形状のケース2を有している。ケース2の1つの端面2aに第1の光源取付け部3が設けられており、ケース2の1つの側面2bに第2の光源取付け部4と第3の光源取付け部5が設けられている。前記端面2aと前記側面2bは互いに直角である。
第1の光源取付け部3では、ケース2の端面2aに保持体6が固定され、この保持体6に光源ユニット7が位置決めされて固定されている。
第2の光源取付け部4では、ケース2の側面2bに保持体8が固定され、この保持体8に光源ユニット9が固定されている。保持体8は、側面2bにおいて上下方向(Z方向)と左右方向(X方向)に位置が調整されてから固定される。また光源ユニット9は保持体8に対してY軸に対する傾き角度が調整されてから位置決めされて固定される。
第3の光源取付け部5では、ケース2の側面2bに保持体20が固定され、この保持体20に光源ユニット30が固定されている。保持体20は、側面2bにおいて上下方向(Z方向)と左右方向(X方向)に位置が調整されてから固定される。また光源ユニット30は保持体20に対してY軸に対する傾き角度が調整されてから位置決めされて固定される。
ケース2の内部には、X軸方向に距離を空けて2つの帯域フィルター11,12が設けられている。帯域フィルター11,12は、共にX軸とY軸に対して45度の傾きを有して設置されている。
光源ユニット7と光源ユニット9および光源ユニット30のそれぞれに設けられた光源から発せられる光の波長は互いに相違している。帯域フィルター11と帯域フィルター12は、透過特性と反射特性が互いに相違している。帯域フィルター11は、光源ユニット7から発せられる光を透過し、光源ユニット9から発せられる光を反射する。帯域フィルター12は、光源ユニット7から発せられる光と、光源ユニット9から発せられる光の双方を透過し、光源ユニット30から発せられた光を反射する。
第2の光源取付け部4において保持体8の取付け位置を調整して固定し、保持体8に対して光源ユニット9の傾き姿勢を調整して固定することで、帯域フィルター11を透過する光源ユニット7からの光の光軸B1と、帯域フィルター11で反射される光源ユニット9からの光の光軸B2をほぼ一致させることができる。また、第3の光源取付け部5において保持体20の取付け位置を調整して固定し、保持体20に対して光源ユニット30の傾き姿勢を調整して固定することで、帯域フィルター11,12を透過する光源ユニット7からの光の光軸B1および光源ユニット9からの光の光軸B2と、帯域フィルター12で反射される光源ユニット30からの光の光軸B3とをほぼ一致させることができる。
図1に示す発光装置1では、異なる光源ユニット7,9,30から発せられた光を、同一の光軸B0の光として送り出すことができる。したがって、光源ユニット7,9,30から発せられる波長が相違し色相が相違する光を、交互に切換えて同一の光軸B0に沿って照射することができる。例えば、光源ユニット7,9,30から発せられる光をR(赤)の波長、G(緑)の波長、B(青)の波長とし、光軸B0の前方にこの光軸B0を曲げて縦方向と横方向に走査させる光学アクチュエータを設けることにより、レーザ走査式のカラー表示可能なプロジェクタを構成することができる。
光源ユニット7,9,30に収納されている光源は、発光ダイオードであってもよいが、半導体レーザを使用することで、スクリーンに投影される画像の色彩を鮮やかにし、また光の直進性を高めて高い解像度の画像を投影することが可能になる。
次に、図3以下を参照して、第3の光源取付け部5に設けられた保持体20と光源ユニット30の構造および光源ユニット30の傾き姿勢の調整および固定作業を説明する。なお、第2の光源取付け部4における保持体8と光源ユニット9の構造は、前記保持体20と光源ユニット30の構造と実質的に同じであるので説明を省略する。
図1に示す発光装置1では、光源ユニット7からの光の光軸B1を基準とし、光源ユニット9からの光の光軸B2と光源ユニット30からの光の光軸B3を前記光軸B1に一致するように調整しているため、第1の光源取付け部3では、光源ユニット7のY-Z方向の位置調整やX軸に対する傾き調整は特に不要である。ただし、第1の光源取付け部3の保持体6と光源ユニット7の構造を、第3の光源取付け部5における保持体20と光源ユニット30の構造と同じにして、光源ユニット7から発生される光の光軸B1をY-Z方向に調整し、光軸B1の傾きを調整することを可能にしてもよい。
図3ないし図7に示す保持体20はステンレス鋼(Ni-Cr-Fe合金)などの溶接しやすい金属材料で形成されている。
図3および図6に示すように、保持体20の表面21と裏面22は互いに平行である。保持体20は、裏面22がケース2の側面2bに密着し、X-Y方向に位置が調整されて側面2bに固定される。
保持体20にはY軸方向に貫通する保持穴23が形成されている。保持穴23は真円形であり、図3と図6などには、保持穴23の開口中心を通ってY軸方向に延びる仮想線を中心線L0として図示している。
保持穴23には表面21の側に開放される内周面24が形成されている。前記内周面24は、中心線L0に凹側が向けられた凹曲面である。内周面24は、中心線L0の周囲の全周にわたって連続して形成されており、図7において模式的に示すように、内周面24は、その全面が、中心線L0上に曲率中心O1を有する半径R1の仮想球面G1に一致している。
保持体20の表面21と前記内周面24との境界部がエッジ部25である。内周面24が中心線L0の周囲の全周にわたって連続して形成されているため、エッジ部25は、中心線L0に曲率中心を有する真円の軌跡に沿って形成されている。表面21と内周面24との境界部であるエッジ部25は、図6と図7に示す断面において、理論的には点で現われるが、実際には、前記断面において、エッジ部25に微小の面取り部や微小な曲面が現れてもよい。
図6に示すように、保持体20の保持穴23の内周部には、仮想球面G1に一致する前記内周面24と連続する最小径部26と、この最小径部26と連続して裏面22に向けて徐々に直径が広くなるテーパ面27が形成されている。
図3と図6に示すように、光源ユニット30は外部ケース31と内部ケース32を有している。
図6に示すように内部ケース32は、ステンレス鋼などの溶接が可能な金属材料で形成された基台部33と、この基台部33の前方に固定された円筒状の金属カバー34とを有している。図6に示すように、金属カバー34の内部は空洞であり、図示左側すなわち発光方向の前方がカバーガラス37で覆われ、それ以外は光を通さないように密閉されている。金属カバー34の内部には、前記基台部33に固定された支持部材35が設けられ、この支持部材35に光源36が実装されている。基台部33の後方には、光源36に通電するための導電端子38が延び出ている。
前記光源36は半導体レーザのチップである。光源36からは、図1と図2に示す帯域フィルター12で反射することができる波長のレーザ光が発せられ、レーザ光はカバーガラス37を透過して前方へ出射する。
外部ケース31は、溶接しやすい金属材料であるステンレス鋼で形成されている。外部ケース31は、図示右側に向く表面41が平面であり、表面41に直交する軸に沿って前後を貫通する貫通穴が形成されている。図3と図6に示すように、外部ケース31の貫通穴の内部には、内径寸法が最短とされた位置決め周面42と、位置決め周面42の右側において表面41と平行に形成された突き当て面43が形成されている。突き当て面43より図示右側には、直径の広い逃げ穴44が形成されている。
前記内部ケース32は、金属カバー34側から外部ケース31の貫通穴に挿入される。図6に示すように、金属カバー34と基台部33との境界部に位置する基準部39が、前記位置決め周面42に嵌合し、基台部33の左側に向く面が突き当て面43に突き当てられて、内部ケース32が外部ケース31の内部に位置決めされる。そして、外部ケース31と基台部33とがレーザ溶接手段などで固定され、または接着剤で固定されている。
図6に示すように、外部ケース31の貫通穴の発光側の開口部にレンズホルダ45が嵌合して位置決めされて固定されている。レンズホルダ45はステンレス鋼などの溶接が可能な金属材料で形成されて、外部ケース31にレーザ溶接などで固定されまたは接着剤などで固定されている。このレンズホルダ45にレンズ46が保持され、接着剤などで固定されている。
光源ユニット30は、光源36から発せられたレーザ光が、カバーガラス37を透過し、レンズ46によってビーム径が絞られ、あるいは収束光などに変換されて出射する。
図3と図4に示すように、外部ケース31は、図示右側の部分で内部に内部ケース32を保持している部分の外周面が小径円筒面31aであり、図示左側部分でレンズホルダ45を保持している部分の外周面が前記小径円筒面31aよりも直径の大きい大径円筒面31bである。
図3と図6に示すように、外部ケース31の外周面には、小径円筒面31aの3箇所から突出する突出部47が一体に形成されている。突出部47は、中心線L0から離れるように法線方向へ向けて突出し、中心線L0の回りに120度の角度間隔で配置されている。3箇所の突出部47は同じ形状で同じ寸法に形成されている。
図6に示すように、光源ユニット30は、保持体20の保持穴23の内部に向けて、外部ケース31の大径円筒部31b側から挿入される。そして、外部ケース31から突出する前記突出部47の表面48が、保持体20の保持穴23の開口部のエッジ部25に当たって、光源ユニット30が保持体20に位置決めされる。
図4には、中心線L0から放射方向に延びる3つの放射仮想線Lθが示されている。3つの放射仮想線Lθの開き角度θは120度である。それぞれの突出部47の表面48とエッジ部25は、放射仮想線Lθ上の当接部Pにおいて当接する。当接部Pにおいて、突出部47の表面48とエッジ部25が、幾何学的に点接触する。ただし、実際には、エッジ部25に微細な面取りが形成されていることがあり、エッジ部25や表面48が変形することが有るために、当接部Pは、必ずしも厳格な点接触に限定されるものではない。
図4は、突出部47の表面48とエッジ部25との3箇所の当接部Pを含んで中心線L0と直交する平面で、光源ユニット30の外部ケース31が切断された状態を示している。また、図5は、図4の断面に現れている1箇所の前記当接部Pを拡大して示している。
図4と図5に示すように、当接部Pを含む断面で見たときの突出部47の表面48は凸曲線48bとして現れている。エッジ部25は、中心線L0上に曲率中心を有する半径Raの真円であるが、前記凸曲線48bの前記当接部Pでの曲率半径Rbは、エッジ部25の半径Raよりも短い。凸曲線48bは、放射仮想線Lθ上に曲率中心Oaを有する半径Rbの真円上に位置する円弧曲線である。ただし、凸曲線48bは、必ずしも真円の円弧曲線に限られるものではない。
図4と図5の断面に示されるように、前記当接部Pは、突出部47の表面48の凸曲線48b上で且つ放射仮想線Lθ上に存在する。凸曲線48bの曲率半径Rbが、エッジ部25の曲率半径Raよりも短いために、突出部47の表面48とエッジ部25との間隔は、当接部Pから時計方向および反時計方向へ離れるにしたがって徐々に広くなっている。
図6には、1つの突出部47が放射仮想線Lθを含む面で切断された断面が示されており、図7には、2つの突出部47がそれぞれ放射仮想線Lθを含む面で切断された断面が模式的に示されている。
図6と図7の断面では、突出部47の表面48が凸曲線48aとして現れている。この凸曲線48aは、表面48と放射仮想線Lθを含む面との交線である。3箇所に設けられた突出部47のそれぞれの表面48の凸曲線48aは、中心線L0上に位置するO2を曲率中心とする半径R2の仮想球面の表面に位置している。3箇所の前記当接部Pは、それぞれの凸曲線48a上に位置している。前記凸曲線48aは、曲率中心O2を有する真円の円弧の一部であるが、凸曲線48aは、必ずしも真円の円弧に一致していなくてもよい。
図7に示すように、突出部47の表面48の凸曲線48aの曲率半径R2は、保持体20の保持穴23の内周面24の断面に現れる凹曲線24aの曲率半径R1よりも長い。しかも、曲率半径R2の曲率中心O2が曲率半径R1の曲率中心O1よりも、エッジ部25から離れた位置にある。そのため、図6と図7の断面で見たときに、突出部47の表面48がエッジ部25上の当接部Pで当接する。突出部47の表面48と保持穴23の内周面24との隙間は、当接部Pから保持穴23の内部に進むにしたがって、徐々に広くなっていく。
図3と図4に示すように、保持体20の表面21には、それぞれの放射仮想線Lθ上に位置する目印29が3箇所に刻印されている。光源ユニット30の外部ケース31の表面41にも、放射仮想線Lθ上に位置する目印51が3箇所に刻印されている。
次に、光源ユニット30を保持体20に位置決めして固定する方法を説明する。
図3と図6に示すように、外部ケース31に光源36を有する内部ケース32が装着され、レンズ46を有するレンズホルダ45が装着されて、光源ユニット30が組み立てられる。
図3と図6に示すように、外部ケース31に光源36を有する内部ケース32が装着され、レンズ46を有するレンズホルダ45が装着されて、光源ユニット30が組み立てられる。
光源ユニット30は、保持体20の保持穴23に挿入され、このとき、光源ユニット30の外部ケース31に形成された目印51が、保持体20に形成された目印29と同一線上に一致するように、光源ユニット30の回転方向の位置が調整される。回転方向の位置の調整により、目印29と目印51が同じ放射仮想線Lθ上に一致したときに、図7に示すように、中心線L0に沿う力Fで、光源ユニット30の端部の中心すなわち基台部33の表面の中心を中心線L0に沿って押圧し、外部ケース31の3箇所の突出部47の表面48を、保持体20のエッジ部25に押し付ける。
光源ユニット30が中心線L0に沿う力Fで保持体20に押し付けられると、突出部47の表面48とエッジ部25とが、放射仮想線Lθ上の当接部Pにおいて理論上は点接触する。当接部Pが3箇所に設定されているため、それぞれの当接部Pにおいて、突出部47の表面48とエッジ部25とがほぼ同じ圧力で当接し、いずれかの突出部47の表面48とエッジ部25とが極端に強く押されたり、またはいずれかの当接部Pにおいて隙間が形成されることもない。
前記力Fを作用させ続けながら、3箇所の突出部47のいずれかをY方向へ押圧すると、当接部Pにおいて、突出部47の表面48とエッジ部25とが摺動し、3箇所の当接部Pで安定した当接を維持したまま、光源ユニット30の姿勢を傾けることができ、図1に示す光軸B3をY軸に対して傾けて姿勢調整を行うことができる。
光源ユニット30の光軸B3の向きを調整しているとき、またはその調整作業の前に、それぞれの放射仮想線Lθとエッジ部25との交点にレーザ光の焦点を合わせておき、傾き姿勢の調整を完了したら、レーザ光を照射し、その光エネルギーで、突出部47の表面48とエッジ部25の接触部を溶融させて溶接する。
図5に示す断面でみたときに、エッジ部25が凹曲線で突出部47の表面48が凸曲線48bであるため、当接部Pから時計方向または反時計方向へ少し離れた位置で表面48とエッジ部25との隙間が大きく広がることがない。したがって、レーザ光の照射箇所と当接部Pとがわずかに位置ずれたとしても、当接部Pにおける溶接状態が大きくばらつくことがない。また、当接部Pの近傍において、表面48とエッジ部25との隙間がわずかであるため、3箇所の当接部Pにおいて溶接品質のばらつきが生じにくい。
図7の断面に現れている突出部47の表面48の凸曲線48aは、保持穴23の内周面24の凹曲線24aよりも曲率半径R2が長く、しかも凸曲線48aの曲率中心O2が、凹曲線24aの曲率中心O1よりも、エッジ部25から離れている。そのために、光源ユニット30の姿勢を傾けるときに、3箇所の突出部47の表面48が必ずエッジ部25に当接する。
また、図7において、凹曲線24aと凸曲線48aの隙間が、当接部Pから図示左側に向かうにしたがって徐々に広くなり、当接部Pの近傍では、表面48と内周面24の隙間が大きく広がることがない。そのため、3箇所の当接部Pでの溶接部の溶接品質にばらつきが生じにくい。
3箇所の当接部Pにおいて、突出部47の表面48とエッジ部25とが必ず当接し、また3箇所の当接部Pにおいて、溶接部の品質にばらつきが生じにくいため、溶接部から光源ユニット30に偏った大きな応力が作用するのを防止できる。そのため、光源ユニット30の姿勢を調整し溶接した後において、光源ユニット30が調整時の姿勢を維持しやすくなる。
図8は本発明の変形例を示す部分断面図である。
この変形例は、光源ユニット30の突出部47および表面48の形状が前記実施の形態と同じであるが、保持体20Aのエッジ部25Aに連続する内周面24Aが凹曲面ではなく中心線L0方向に延びる円筒面となっている。
この変形例は、光源ユニット30の突出部47および表面48の形状が前記実施の形態と同じであるが、保持体20Aのエッジ部25Aに連続する内周面24Aが凹曲面ではなく中心線L0方向に延びる円筒面となっている。
図8においても、突出部47の表面48とエッジ部25Aが当接部Pにおいて当接でき、光源ユニット30と保持体20とを3点で接触させることが可能である。ただし、当接部Pの近傍において、突出部47の表面48と内周面24Aの間隔が大きく広がるために、溶接品質の安定の点では、図7に示すように前記実施の形態の方が好ましい。
同様に、図5に示す突出部47の表面48を当接部Pに向けて幅寸法が急激に狭くなる三角形状にすることも可能であるが、溶接品質の安定の点において、図5の断面において、突出部47の表面48が凸曲線48bとなることが好ましい。
1 発光装置
2 ケース
3 第1の光源取付け部
4 第2の光源取付け部
5 第3の光源取付け部
20 保持体
23 保持穴
24 内周面
25 エッジ部
30 光源ユニット
31 外部ケース
32 内部ケース
33 基台部
34 金属カバー
36 光源
47 突出部
48 表面
48a 凸曲線
48b 凸曲線
B3 光軸
2 ケース
3 第1の光源取付け部
4 第2の光源取付け部
5 第3の光源取付け部
20 保持体
23 保持穴
24 内周面
25 エッジ部
30 光源ユニット
31 外部ケース
32 内部ケース
33 基台部
34 金属カバー
36 光源
47 突出部
48 表面
48a 凸曲線
48b 凸曲線
B3 光軸
Claims (7)
- 光源を備えた光源ユニットと、前記光源ユニットが保持される保持体とを有する発光装置において、
前記保持体に、前記光源ユニットが挿入される保持穴が形成され、前記光源ユニットに、前記保持穴の中心線から離れる方向へ突出する3箇所の突出部が設けられており、
前記中心線を含む平面で切断したときの前記突出部の表面の形状が凸曲線であり、前記突出部の前記表面が前記保持穴のエッジ部に当てられ、前記光軸が所定の方向に向けられた状態で、前記突出部の表面と前記エッジ部とが固着されていることを特徴とする発光装置。 - 3箇所の前記突出部の前記凸曲線が、前記中心線上に曲率中心を有する仮想球面上に位置する請求項1記載の発光装置。
- 前記中心線を含む平面で切断したときの、前記保持穴の前記エッジ部に連続する内周面の形状が、前記突出部の前記凸曲線よりも曲率半径が小さい凹曲線である請求項1記載の発光装置。
- 前記内周面の前記凹曲線は、前記中心線上に曲率中心を有する仮想球面上に位置する請求項3記載の発光装置。
- 前記突出部と前記エッジ部との当接部を含んで前記中心線と直交する平面で切断したときの、前記突出部の表面の形状は、前記保持穴よりも曲率半径の小さい凸曲線である請求項1に記載の発光装置。
- 前記突出部と前記エッジ部とが溶接されている請求項1に記載の発光装置。
- 前記光源ユニットと前記保持部とが複数箇所に設けられ、それぞれの光源ユニットの光軸が、同一線上に揃えられている請求項1に記載の発光装置。
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