WO2024034166A1 - 光学装置 - Google Patents

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WO2024034166A1
WO2024034166A1 PCT/JP2023/007579 JP2023007579W WO2024034166A1 WO 2024034166 A1 WO2024034166 A1 WO 2024034166A1 JP 2023007579 W JP2023007579 W JP 2023007579W WO 2024034166 A1 WO2024034166 A1 WO 2024034166A1
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prism
light
light source
wavelength
functional layer
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PCT/JP2023/007579
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French (fr)
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泰州 深井
邦彦 堀川
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Alps Alpine Co Ltd
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Alps Alpine Co Ltd
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/18—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical projection, e.g. combination of mirror and condenser and objective
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0225—Out-coupling of light
    • H01S5/02253—Out-coupling of light using lenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0225—Out-coupling of light
    • H01S5/02255—Out-coupling of light using beam deflecting elements

Definitions

  • the present disclosure relates to an optical device.
  • the projector which is an optical device described in Patent Document 1
  • the image exposure device which is an optical device described in Patent Document 2
  • An optical device includes a first surface, a second surface forming an angle of 45 degrees with the first surface, and a second surface forming an angle of 45 degrees with the second surface and 90 degrees with the first surface.
  • a first prism having a third surface forming an angle of 45 degrees, a fourth surface bonded to the second surface of the first prism, and a fifth surface forming an angle of 45 degrees with the fourth surface;
  • a second prism having a sixth surface forming an angle of 45 degrees with the fifth surface and forming an angle of 90 degrees with the fourth surface; a first light source that emits light of a first wavelength; and a first light source having a first wavelength.
  • a second light source that emits light of a second wavelength different from the first prism; and a second light source that is provided along the second surface of the first prism to reflect the light of the first wavelength and transmit the light of the second wavelength.
  • a first optical functional layer that reflects light from the first light source, and a second optical functional layer that is provided along the sixth surface of the second prism and reflects light of the second wavelength.
  • the light from the second light source is The light enters the fifth surface of the prism, is reflected by the second optical functional layer, passes through the first optical functional layer, exits from the first surface of the first prism, and is reflected by the second optical functional layer.
  • a condensing lens is arranged on an extension of the optical axis of light emitted from one surface, and the wavelength of the light from one of the first light source and the second light source is shorter than the wavelength of the light from the other, and the refractive index is and the first light source and the second light source are arranged such that the optical path length from one of the first light source and the second light source to the condensing lens is shorter than the optical path length from the other to the condensing lens. It is characterized by having been.
  • the above optical device can suppress the increase in size of the light emitting part.
  • FIG. 3 is a front view of the optical device.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the optical device.
  • FIG. 3 is a perspective view of a prism and a light source.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the relationship between the positions of three light sources with respect to a condenser lens and the spread of light emitted by the three light sources.
  • FIG. 3 is a diagram showing how light emitted from a light source passes through a prism and reaches a condensing lens.
  • FIG. 3 is a top view of a light emitting section provided within the housing.
  • FIG. 1 is a front view of the optical device 100
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the optical device 100.
  • FIG. 2 shows a cross section of the optical device 100 on a virtual plane parallel to the XY plane represented by the dashed line LN1 in FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view of the light source LD and prism PS that constitute the light emitting section EP of the optical device 100.
  • X1 represents one direction of the X-axis constituting the three-dimensional orthogonal coordinate system
  • X2 represents the other direction of the X-axis
  • Y1 represents one direction of the Y-axis constituting the three-dimensional orthogonal coordinate system
  • Y2 represents the other direction of the Y-axis
  • Z1 represents one direction of the Z axis constituting the three-dimensional orthogonal coordinate system
  • Z2 represents the other direction of the Z axis.
  • the X1 side of the optical device 100 corresponds to the front side (front side) of the optical device 100
  • the X2 side of the optical device 100 corresponds to the rear side (back side) of the optical device 100.
  • the Y1 side of the optical device 100 corresponds to the left side of the optical device 100
  • the Y2 side of the optical device 100 corresponds to the right side of the optical device 100
  • the Z1 side of the optical device 100 corresponds to the upper side of the optical device 100
  • the Z2 side of the optical device 100 corresponds to the lower side of the optical device 100. The same applies to other figures.
  • the optical device 100 is a device that includes a light source LD and a prism PS.
  • the optical device 100 is a color sensor that discriminates the color of a subject, and as shown in FIG. It includes a light-emitting part EP and a light-receiving part RP that are housed in a housing space SP inside.
  • the housing HS includes a pair of side walls SW (a left wall SWL and a right wall SWR) facing each other along the width direction (Y-axis direction) perpendicular to the depth direction (X-axis direction). , and a housing space SP formed between a pair of side walls SW (left side wall SWL and right side wall SWR).
  • the optical device 100 applies the light emitted by the light emitting part EP to the subject, receives the light reflected by the subject by the light receiving part RP, and calculates the intensity based on the intensity of each wavelength of the light received by the light receiving part RP. , is configured to determine whether the color of the subject is the same as a predetermined color.
  • the light receiving unit RP may be configured to receive light transmitted through the subject.
  • the light receiving section RP is provided below the light emitting section EP (Z2 side) in the housing HS, and includes a light receiving lens LS and a light receiving element PD, as shown in FIG.
  • the light receiving lens LS is configured to have a maximum diameter that fits within the width (value WD) of the housing HS. This is to improve color discrimination performance by increasing the amount of received light as much as possible.
  • the light emitting unit EP includes three light sources LD (first light source LD1, second light source LD2, and third light source LD3) and three prisms PS (first prism PS1, second prism PS2, and It is configured to include a third prism PS3) and a condensing lens CL.
  • the light source LD is configured to emit light of a specific color.
  • each of the three light sources LD (first light source LD1, second light source LD2, and third light source LD3) is composed of a single wavelength laser diode.
  • Single-wavelength laser diodes are preferred over light-emitting diodes in that they can emit light in a narrower wavelength range than light-emitting diodes and therefore do not require an achromatic lens.
  • at least one of the three light sources LD may be composed of a light emitting diode.
  • the first light source LD1 is a single wavelength laser diode that emits light of a first wavelength
  • the second light source LD2 is a single wavelength laser diode that emits light of a second wavelength different from the first wavelength
  • the third light source LD3 is a single wavelength laser diode that emits light of a third wavelength different from both the first wavelength and the second wavelength.
  • the first wavelength light is blue light from 430 nm to 490 nm
  • the second wavelength light is red light from 640 nm to 770 nm
  • the third wavelength light is green light from 490 nm to 550 nm.
  • blue light is represented by a dash-dotted line
  • red light is represented by a dash-double-dotted line
  • green light is represented by a thick dotted line. The same applies to FIGS. 4 to 6, which will be described later.
  • each of the three light sources LD is mounted on a board (not shown) and fixed to the housing HS via the board.
  • the prism PS is an optical element for dispersing, refracting, total internal reflection, or birefringence of light.
  • the prism PS is a dichroic prism formed of a transparent medium such as glass or crystal, and is fixed to the housing HS.
  • each of the three prisms PS (first prism PS1, second prism PS2, and third prism PS3) is formed of glass and has the same shape (triangular prism shape) and have the same size.
  • the first prism PS1 has a first surface SF1 facing the condenser lens CL, a second surface SF2 forming an angle of 45 degrees with the first surface SF1, and a second surface SF2 forming an angle of 45 degrees with the second surface SF2.
  • the first surface SF1 forms an angle of 90 degrees
  • the third surface SF3 forms an angle of 90 degrees.
  • the third surface SF3 of the first prism PS1 is a surface facing the first light source LD1, and is arranged parallel to and opposite to the inner surface of the right side wall SWR of the housing HS.
  • the second prism PS2 has a fourth surface SF4 bonded to the second surface SF2 of the first prism PS1, a fifth surface SF5 forming an angle of 45 degrees with the fourth surface SF4, and a fifth surface SF5. It has a sixth surface SF6 that forms an angle of 45 degrees with the fifth surface SF5 and an angle of 90 degrees with the fourth surface SF4.
  • the fifth surface SF5 of the second prism PS2 is a surface facing the second light source LD2, and is arranged to face the inner surface of the left side wall SWL of the housing HS in parallel.
  • the third prism PS3 has a seventh surface SF7 bonded to the sixth surface SF6 of the second prism PS2, an eighth surface SF8 forming an angle of 45 degrees with the seventh surface SF7, and an eighth surface SF8 that forms an angle of 45 degrees with the seventh surface SF7. It has a ninth surface SF9 that forms an angle of 45 degrees with the eight surface SF8 and an angle of 90 degrees with the seventh surface SF7.
  • the eighth surface SF8 of the third prism PS3 is a surface facing the third light source LD3, and is arranged to face the inner surface of the rear wall of the housing HS in parallel.
  • the first optical functional layer FL1 is provided along the second surface SF2 of the first prism PS1.
  • the first optical functional layer FL1 is a layer that reflects light of a first wavelength and transmits light of wavelengths other than the first wavelength.
  • the first optical functional layer FL1 is provided along the second surface SF2 of the first prism PS1 between the second surface SF2 of the first prism PS1 and the fourth surface SF4 of the second prism PS2.
  • the first optical functional layer FL1 may be coated on the fourth surface of the second prism PS2.
  • the first optical functional layer FL1 is provided along the entire second surface SF2 of the first prism PS1, but a part of the second surface SF2 of the first prism PS1 (light source LD It may also be provided along the area (portion exposed to light).
  • the second optical functional layer FL2 is provided along the sixth surface SF6 of the second prism PS2.
  • the second optical functional layer FL2 is a layer that reflects light of a second wavelength and transmits light of a wavelength other than the second wavelength.
  • the second optical functional layer FL2 is provided along the sixth surface SF6 of the second prism PS2 between the sixth surface SF6 of the second prism PS2 and the seventh surface SF7 of the third prism PS3.
  • the second optical functional layer FL2 may be coated on the seventh surface of the third prism PS3.
  • the second optical functional layer FL2 is provided along the entire surface of the sixth surface SF6 of the second prism PS2, but a part of the sixth surface SF6 of the second prism PS2 (light source LD It may also be provided along the area (portion exposed to light).
  • each of the three prisms PS is bonded to each other with an adhesive.
  • each of the three prisms PS may be joined without using an adhesive.
  • the light emitting unit EP of the optical device 100 is configured to include three light sources LD and three prisms PS, but the third light source LD3 and the third prism PS3 may be omitted. .
  • the condensing lens CL is an optical element used to direct the light emitted by the light source LD in a desired direction.
  • the condenser lens CL is a lens used to direct the light emitted by each of the first light source LD1, second light source LD2, and third light source LD3 in a desired direction, and the prism PS ( It is arranged on the downstream side of the first surface SF1) of the first prism PS1.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing the relationship between the relative positions of the three light sources LD with respect to the condenser lens CL and the spread of light emitted by the three light sources LD. Specifically, the upper diagram in FIG.
  • FIG. 4 shows the distance (optical path length) between the first light source LD1 and the condensing lens CL, the distance (optical path length) between the second light source LD2 and the condensing lens CL, 4 is a diagram when the distances (optical path lengths) between the third light source LD3 and the condenser lens CL are the same, and the lower diagram in FIG. 4 is a diagram when the three distances (optical path lengths) are different from each other.
  • FIG. 4 shows the distance (optical path length) between the first light source LD1 and the condensing lens CL, the distance (optical path length) between the second light source LD2 and the condensing lens CL, 4 is a diagram when the distances (optical path lengths) between the third light source LD3 and the condenser lens CL are the same, and the lower diagram in FIG. 4 is a diagram when the three distances (optical path lengths) are different from each other.
  • FIG. 4 shows the distance (optical path
  • the uppermost optical path of the blue light emitted by the first light source LD1 is represented by a dashed-dotted line
  • the uppermost optical path of the red light emitted by the second light source LD2 is represented by a dashed-dot line
  • the uppermost optical path of the green light emitted from the third light source LD3 is represented by a thick dotted line.
  • illustration of the three prisms PS located between each of the three light sources LD and the condenser lens CL is omitted.
  • the first light source LD1 emits blue light.
  • the green light emitted by the third light source LD3 is spread out more than the blue light
  • the red light emitted by the second light source LD2 is spread out more than the green light.
  • the optical path length DS2 is larger than the optical path length DS3
  • the optical path length DS3 is larger than the optical path length DS1.
  • the optical device 100 can emit three lights (blue light, red light, and green light) emitted from the three light sources LD when each of the optical path lengths DS1, DS2, and DS3 are appropriately set. It is possible to make the spread of the light the same when each of the lights (light) exits one common condensing lens CL.
  • FIG. 5 is a diagram showing how light emitted from the light source LD passes through the prism PS and reaches the condenser lens CL.
  • the upper diagram in FIG. 5 shows how the blue light emitted by the first light source LD1 passes through the first prism PS1 and reaches the condenser lens CL
  • the lower diagram in FIG. The figure shows how the emitted red light passes through the second prism PS2 and the first prism PS1 and reaches the condenser lens CL.
  • FIG. 6 is a top view of the light emitting section EP provided within the housing HS.
  • the left diagram in FIG. 6 is a top view of the light emitting unit EP described with reference to FIGS. 2 and 3, and the right diagram in FIG. It is a top view of part EPA.
  • the light emitting unit EPA is mainly configured such that the first light source LD1 emits red light and the second light source LD2 emits blue light.
  • the first light source LD1 emits blue light and the second light source LD2 emits red light. This is different from the light emitting section EP which emits the light.
  • the letter "B" attached to the first light source LD1 indicates that the first light source LD1 emits blue light
  • the letter "R” attached to the second light source LD2 indicates that the first light source LD1 emits blue light
  • the letter "G” attached to the third light source LD3 represents that the third light source LD3 emits green light.
  • the letter "R” attached to the first light source LD1 indicates that the first light source LD1 emits red light
  • the letter "B” attached to the second light source LD2 indicates that the first light source LD1 emits red light.
  • the letter "G” attached to the third light source LD3 represents that the third light source LD3 emits green light.
  • a light source LD, a prism PS, and a condensing lens CL are arranged at the center. This is to make the width of the housing HS as small as possible.
  • the optical axis OA means the optical axis of three lights emitted from each of the three light sources LD. Therefore, in the present embodiment, the light emitted by the first light source LD1 is reflected by the first optical functional layer FL1, and the light emitted by the second light source LD2 is reflected by the second optical functional layer FL2. is also located on the optical axis of the light emitted by the third light source LD3.
  • the optical device 100 including the light emitting part EP is arranged such that the width of the housing HS is a value WD1, that is, the width of the optical axis OA and the left side wall of the housing HS are The distance between the outer surface of the SWL and the distance between the optical axis OA and the outer surface of the right side wall SWR of the housing HS are both configured to be the value WD1/2 (half of the value WD1). .
  • the optical device 100 including the light emitting part EPA is configured such that the width of the housing HS is a value WD2, that is, the optical axis OA and the outer surface of the left side wall SWL of the housing HS. and the distance between the optical axis OA and the outer surface of the right side wall SWR of the housing HS are both configured to have a value WD2/2 (half of the value WD2).
  • the width of the housing HS is the larger of the optical path length DS11 and the optical path length DS12. This is because it has to be more than twice as large as the average.
  • the optical path length DS1, the optical path length DS2, and the optical path length DS3 should be adjusted appropriately. Since they need to be different, it is difficult to make the optical path length DS11, which is a part of the optical path length DS1, and the optical path length DS12, which is a part of the optical path length DS2, the same size.
  • the first light source LD1 and the second light source LD2 are arranged so that the difference between the optical path length DS11 and the optical path length DS12 is as small as possible.
  • the first light source LD1 emits blue light toward the first prism PS1, and the second light source LD2 emits red light toward the second prism PS2.
  • the third light source LD3 is configured to emit green light toward the third prism PS3.
  • the first light source LD1 emits red light toward the first prism PS1, the second light source LD2 emits blue light toward the second prism PS2, and the third light source LD3 emits green light toward the third prism PS3.
  • the width of the housing HS (the difference between the optical path length DS11 and the optical path length DS12) can be made smaller than in the case where the light emitting part EPA is configured to emit light toward the light emitting part EPA.
  • the distance (optical path length DS11) between the first light source LD1 and the optical axis OA (first optical functional layer FL1) in the light emitting part EP is It is larger than the distance (optical path length DS12) between the second light source LD2 and the optical axis OA (second optical functional layer FL2) in EP.
  • the distance (optical path length DS11A) between the first light source LD1 and the optical axis OA (first optical functional layer FL1) in the light emitting part EPA is It is larger than the distance (optical path length DS12A) between the light source LD2 and the optical axis OA (second optical functional layer FL2).
  • the optical path length DS11 in the light emitting unit EP in the left diagram of FIG. 6 is smaller than the optical path length DS11A in the light emitting unit EPA in the right diagram in FIG. DS12 is larger than the optical path length DS12A in the light emitting unit EPA in the right diagram of FIG. 6 by a distance difference DF2.
  • the optical device 100 including the light emitting part EP has an optical path length DS12 smaller than the optical path length DS11, which is larger than the optical path length DS12A in the light emitting part EPA by the distance difference DF2, but an optical path length DS11 larger than the optical path length DS12. becomes smaller than the optical path length DS11A in the light emitting part EPA by the distance difference DF1.
  • What is effective in reducing the width of the housing HS is to make the larger of the optical path length DS11 and the optical path length DS12 as small as possible.
  • the optical device 100 including the light emitting part EP compared to the optical device 100 including the light emitting part EPA, it is possible to reduce the distance between the optical axis OA and the outer surface of the right side wall SWR of the housing HS by the distance difference DF3.
  • the distance between the optical axis OA and the outer surface of the left side wall SWL of the housing HS can be reduced by the distance difference DF4.
  • the distance difference DF3 and the distance difference DF4 are the same.
  • the optical device 100 has a first surface SF1, a second surface SF2 forming an angle of 45 degrees with the first surface SF1, and a second surface SF2, as shown in FIG. a first prism PS1 having a third surface SF3 forming an angle of 45 degrees with the surface SF2 and an angle of 90 degrees with the first surface SF1; and a fourth surface SF4 bonded to the second surface SF2 of the first prism PS1.
  • a fifth surface SF5 forming an angle of 45 degrees with the fourth surface SF4
  • a sixth surface SF6 forming an angle of 45 degrees with the fifth surface SF5 and 90 degrees with the fourth surface SF4.
  • a prism PS2 a first light source LD1 that emits light of a first wavelength, a second light source LD2 that emits light of a second wavelength different from the first wavelength, and a second light source LD2 that emits light of a second wavelength different from the first wavelength.
  • a first optical functional layer FL1 is provided along the sixth surface SF6 of the second prism PS2 and is provided along the sixth surface SF6 of the second prism PS2 to reflect light of the first wavelength and transmit light of the second wavelength. 2nd optical function layer FL2 which reflects.
  • the light from the first light source LD1 enters the third surface SF3 of the first prism PS1, is reflected by the first optical functional layer FL1, and exits from the first surface SF1 of the first prism PS1.
  • the light from the second light source LD2 enters the fifth surface SF5 of the second prism PS2, is reflected by the second optical functional layer FL2, passes through the first optical functional layer FL1, and is transmitted to the fifth surface SF5 of the first prism PS1.
  • the light is emitted from one surface SF1.
  • a condenser lens CL is arranged on an extension of the optical axis of light emitted from the first surface SF1 of the first prism PS1.
  • the wavelength of the light from one of the first light source LD1 and the second light source LD2 is shorter and has a higher refractive index than the wavelength of the light from the other.
  • the first light source LD1 and the second light source LD2 are arranged so that the optical path length from one of the first light source LD1 and the second light source LD2 to the condensing lens CL is shorter than the optical path length from the other to the condensing lens CL.
  • a light source LD2 is arranged.
  • the first light source LD1 and a second light source LD2 are arranged.
  • This configuration has the effect of suppressing chromatic aberration of the light emitted from the light emitting portion EP. This is because the spread of light (diameter of parallel light) can be made the same when each of the plurality of colors of light emitted by the plurality of light sources LD exits one common condensing lens CL. Furthermore, this configuration can suppress the chromatic aberration of the light emitted from the light emitting part EP, and therefore has the effect that an achromatic lens for suppressing the chromatic aberration can be omitted. Further, this configuration has the effect of suppressing an increase in the size of the light emitting section and an increase in the number of parts. This is because, in this configuration, a condenser lens is not disposed between each of the plurality of light sources LD and the prism PS, and an achromatic lens is also not disposed.
  • first light source LD1 and the second light source LD2 may be single wavelength laser diodes.
  • This configuration has the effect of being able to narrow the wavelength range of the emitted light from each of the first light source LD1 and the second light source LD2, and suppressing chromatic aberration, compared to the case where other light sources such as light emitting diodes are used. .
  • the optical device 100 includes a pair of side walls SW (left side wall
  • the housing HS may include a housing space SP formed between a pair of side walls SW (left side wall SWL and right side wall SWR) and a pair of side walls SW (left side wall SWL and right side wall SWR).
  • the two prisms PS2 and the second light source LD2 may be sequentially arranged along the width direction (Y-axis direction).
  • the first light source LD1 and the second light source LD2 may be configured such that the wavelength of the light from the first light source LD1 is shorter than the wavelength from the second light source LD2 and the refractive index is higher. good.
  • the first optical path length (optical path length DS1) from the first light source LD1 to the condensing lens CL is shorter than the second optical path length (optical path length DS2) from the second light source LD2 to the condensing lens CL.
  • FIG. see FIG. 2 may be arranged outside (on the Y1 side).
  • the example shown in the left diagram of FIG. 6 is configured such that the second light source LD2 emits red light, and the first light source LD1 emits blue light that has a shorter wavelength and a higher refractive index than the red light. has been done.
  • the first light source LD1 is arranged outside the third surface SF3 (see FIG. 2) of the first prism PS1 (on the Y2 side) so that the optical path length DS1 of the blue light is shorter than the optical path length DS2 of the red light.
  • the second light source LD2 is arranged outside (Y1 side) of the fifth surface SF5 (see FIG. 2) of the second prism PS2. This configuration is as shown in the right side of FIG.
  • the first light source LD1 is configured to emit red light
  • the second light source LD2 is configured to output blue light, which has a shorter wavelength and a higher refractive index than the red light.
  • this has the effect of suppressing the enlargement of the light emitting part EP.
  • the configuration shown in the left diagram of FIG. can be made smaller by the sum of the distance differences DF4).
  • the optical device 100 has a first surface SF1, a second surface SF2 forming an angle of 45 degrees with the first surface SF1, and a second surface SF2.
  • a first prism PS1 having a first surface SF1 forming an angle of 45 degrees and a third surface SF3 forming an angle of 90 degrees;
  • a fourth surface SF4 bonded to the second surface SF2 of the first prism PS1;
  • a second prism PS2 having a fifth surface SF5 forming an angle of 45 degrees with the fourth surface SF4; and a sixth surface SF6 forming an angle of 45 degrees with the fifth surface SF5 and forming an angle of 90 degrees with the fourth surface SF4;
  • a seventh surface SF7 bonded to the sixth surface SF6 of the second prism PS2, an eighth surface SF8 forming an angle of 45 degrees with the seventh surface SF7, and a seventh surface SF8 forming an angle of 45 degrees with the eighth surface SF8
  • a third prism PS3 having a ninth surface SF9 forming an angle of 90 degrees with the surface SF7, a first light source LD1 that emits light of a first wavelength, and a first light source LD1 that emits light of a second wavelength different from the first wavelength.
  • a first optical functional layer FL1 is provided along the sixth surface SF6 of the second prism PS2 to reflect light of the second wavelength and transmit light of a second wavelength.
  • the light from the first light source LD1 enters the third surface SF3 of the first prism PS1, is reflected by the first optical functional layer FL1, and exits from the first surface SF1 of the first prism PS1.
  • the light from the second light source LD2 enters the fifth surface SF5 of the second prism PS2, is reflected by the second optical functional layer FL2, passes through the first optical functional layer FL1, and is transmitted to the fifth surface SF5 of the first prism PS1. The light is emitted from one surface SF1.
  • the light from the third light source LD3 enters the eighth surface SF8 of the third prism PS3, passes through the second optical functional layer FL2, passes through the first optical functional layer FL1, and passes through the eighth surface SF8 of the first prism PS1.
  • the light is emitted from one surface SF1.
  • the first prism PS1, the second prism PS2, and the third prism PS3 have the same right-angled isosceles triangular prism shape.
  • This configuration has the effect of suppressing an increase in the size of the light emitting part EP and an increase in the number of parts. This is because, in this configuration, no condensing lens is disposed between each of the plurality of light sources LD and the prism PS.
  • the first optical functional layer FL1 may be coated on the second surface SF2 of the first prism PS1.
  • This configuration has the effect of suppressing chromatic aberration of the light emitted by the first light source LD1, compared to the case where the first optical functional layer FL1 is coated on the fourth surface SF4 of the second prism PS2. This is because it is possible to suppress the presence of an adhesive or the like between the second surface SF2 of the first prism PS1 and the first optical functional layer FL1.
  • the second optical functional layer FL2 may be coated on the sixth surface SF6 of the second prism PS2.
  • This configuration has the effect of suppressing chromatic aberration of the light emitted by the second light source LD2, compared to the case where the second optical functional layer FL2 is coated on the seventh surface SF7 of the third prism PS3. This is because it is possible to suppress the presence of an adhesive or the like between the sixth surface SF6 of the second prism PS2 and the second optical functional layer FL2.
  • Optical device CL Condensing lens EP, EPA... Light emitting part FL1... First optical functional layer FL2... Second optical functional layer HS... Housing LD... Light source LD1...first light source LD2...second light source LD3...third light source LS...light receiving lens OA...optical axis PD...light receiving element PS...prism PS1...first Prism PS2...Second prism PS3...Third prism RP...Light receiving section SF1...First surface SF2...Second surface SF3...Third surface SF4...Fourth surface SF5 ...5th surface SF6...6th surface SF7...7th surface SF8...8th surface SF9...9th surface SP...Accommodation space SW...Side wall SWL...Left side Wall SWR...right side wall

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Abstract

光学装置（１００）は、第１プリズム（ＰＳ１）に設けられ、第１光源（ＬＤ１）からの第１波長の光を反射させるとともに第２光源（ＬＤ２）からの第２波長の光を透過させる第１光学機能層（ＦＬ１）と、第２プリズム（ＰＳ２）に設けられ、第２波長の光を反射させる第２光学機能層（ＦＬ２）とを備える。第１波長の光は、第１プリズム（ＰＳ１）の第３面（ＳＦ３）に入射し、第１光学機能層（ＦＬ１）で反射し、第１プリズム（ＰＳ１）の第１面（ＳＦ１）から出射する。第２波長の光は、第２プリズム（ＰＳ２）の第５面（ＳＦ５）に入射し、第２光学機能層（ＦＬ２）で反射し、第１光学機能層（ＦＬ１）を透過し、第１面（ＳＦ１）から出射する。第１波長は第２波長よりも短い。第１光源（ＬＤ１）から集光レンズ（ＣＬ）までの光路長は、第２光源（ＬＤ２）から集光レンズ（ＣＬ）までの光路長よりも短い。

Description

光学装置
　本開示は、光学装置に関する。
　従来、プリズムと複数のレーザ光源とを含む発光部（投光部）を備えた光学装置が知られている（特許文献１及び特許文献２参照）。
特開２０１７－１１１２６６号公報 特開２００３－２３２９０８号公報
　特許文献１に記載の光学装置であるプロジェクタは、各レーザ光源とプリズムとの間にコリメータレンズを備えている。また、特許文献２の記載の光学装置である画像露光装置は、プリズムの出射面側に比較的長い棒状のセルフォック（登録商標）レンズアレイを備えている。
　しかしながら、上述の光学装置は何れも発光部のサイズが大きくなってしまうおそれがある。
　そこで、発光部の大型化を抑制できる光学装置を提供することが望まれる。
　本開示の一実施形態に係る光学装置は、第１面と、前記第１面と４５度の角度をなす第２面と、前記第２面と４５度の角度をなし前記第１面と９０度の角度をなす第３面とを有する第１プリズムと、前記第１プリズムの前記第２面に貼り合わされる第４面と、前記第４面と４５度の角度をなす第５面と、前記第５面と４５度の角度をなし前記第４面と９０度の角度をなす第６面とを有する第２プリズムと、第１波長の光を出射する第１光源と、前記第１波長とは異なる第２波長の光を出射する第２光源と、前記第１プリズムの前記第２面に沿うように設けられ、前記第１波長の光を反射させるとともに前記第２波長の光を透過させる第１光学機能層と、前記第２プリズムの前記第６面に沿うように設けられ、前記第２波長の光を反射させる第２光学機能層と、を備え、前記第１光源からの光は、前記第１プリズムの前記第３面に入射し、前記第１光学機能層で反射し、前記第１プリズムの前記第１面から出射し、前記第２光源からの光は、前記第２プリズムの前記第５面に入射し、前記第２光学機能層で反射し、前記第１光学機能層を透過し、前記第１プリズムの前記第１面から出射し、前記第１プリズムの前記第１面から出射する光の光軸の延長線上に集光レンズが配置され、前記第１光源と前記第２光源の一方からの光の波長が他方からの光の波長よりも短くて屈折率が高く、前記第１光源と前記第２光源の一方から前記集光レンズまでの光路長が他方から前記集光レンズまでの光路長よりも短くなるように前記第１光源と前記第２光源が配置されたことを特徴とする。
　上述の光学装置は、発光部の大型化を抑制できる。
光学装置の正面図である。 光学装置の断面図である。 プリズム及び光源の斜視図である。 集光レンズに対する三つの光源の位置と三つの光源が出射する光の広がりとの関係を概略的に示す図である。 光源が出射した光がプリズムを通って集光レンズに至る様子を示す図である。 筐体内に設けられる発光部の上面図である。
　以下、添付図面を参照し、本開示の実施形態に係る光学装置１００について説明する。図１は、光学装置１００の正面図であり、図２は、光学装置１００の断面図である。具体的には、図２は、図１の一点鎖線ＬＮ１で表されるＸＹ平面に平行な仮想平面における光学装置１００の断面を示す。図３は、光学装置１００の発光部ＥＰを構成する光源ＬＤ及びプリズムＰＳの斜視図である。
　Ｘ１は三次元直交座標系を構成するＸ軸の一方向を表し、Ｘ２はＸ軸の他方向を表す。Ｙ１は三次元直交座標系を構成するＹ軸の一方向を表し、Ｙ２はＹ軸の他方向を表す。Ｚ１は三次元直交座標系を構成するＺ軸の一方向を表し、Ｚ２はＺ軸の他方向を表す。本実施形態では、光学装置１００のＸ１側は、光学装置１００の前側（正面側）に相当し、光学装置１００のＸ２側は、光学装置１００の後側（背面側）に相当する。また、光学装置１００のＹ１側は、光学装置１００の左側に相当し、光学装置１００のＹ２側は、光学装置１００の右側に相当する。また、光学装置１００のＺ１側は、光学装置１００の上側に相当し、光学装置１００のＺ２側は、光学装置１００の下側に相当する。他の図においても同様である。
　光学装置１００は、光源ＬＤとプリズムＰＳとを含む装置である。本実施形態では、光学装置１００は、被検体の色を判別するカラーセンサであり、図１に示すように、金属又は合成樹脂等の任意の材料で形成された筐体ＨＳと、筐体ＨＳ内の収容空間ＳＰに収容される発光部ＥＰ及び受光部ＲＰとを含む。筐体ＨＳは、図２に示すように、奥行き方向（Ｘ軸方向）と直交する幅方向（Ｙ軸方向）に沿って対向配置された一対の側壁ＳＷ（左側壁ＳＷＬ及び右側壁ＳＷＲ）と、一対の側壁ＳＷ（左側壁ＳＷＬ及び右側壁ＳＷＲ）の間に形成される収容空間ＳＰとを有する。
　具体的には、光学装置１００は、発光部ＥＰが出射する光を被検体に当て、被検体で反射した光を受光部ＲＰで受け、受光部ＲＰで受けた光の波長毎の強度に基づき、被検体の色が所定の色と同じであるか否かを判別するように構成されている。但し、受光部ＲＰは、被検体を透過した光を受けるように構成されていてもよい。
　図示例では、受光部ＲＰは、図１に示すように、筐体ＨＳ内において発光部ＥＰの下側（Ｚ２側）に設けられ、受光レンズＬＳ及び受光素子ＰＤを含む。受光レンズＬＳは、筐体ＨＳの幅（値ＷＤ）に収まる最大の径を有するように構成されている。受光光量をできるだけ増大させることによって色識別性能を向上させるためである。
　発光部ＥＰは、図２に示すように、三つの光源ＬＤ（第１光源ＬＤ１、第２光源ＬＤ２、及び第３光源ＬＤ３）と三つのプリズムＰＳ（第１プリズムＰＳ１、第２プリズムＰＳ２、及び第３プリズムＰＳ３）と集光レンズＣＬとを含むように構成されている。
　光源ＬＤは、特定の色の光を出射できるように構成されている。図示例では、三つの光源ＬＤ（第１光源ＬＤ１、第２光源ＬＤ２、及び第３光源ＬＤ３）のそれぞれは、単波長レーザーダイオードで構成されている。単波長レーザーダイオードは、発光ダイオードよりも狭い波長範囲の光を出射できるため、色消しレンズが必要とされないという点で、発光ダイオードよりも好ましい。但し、三つの光源ＬＤの少なくとも一つは、発光ダイオードで構成されていてもよい。
　具体的には、第１光源ＬＤ１は、第１波長の光を出射する単波長レーザーダイオードであり、第２光源ＬＤ２は、第１波長とは異なる第２波長の光を出射する単波長レーザーダイオードであり、第３光源ＬＤ３は、第１波長及び第２波長の何れとも異なる第３波長の光を出射する単波長レーザーダイオードである。
　図示例では、第１波長の光は４３０ｎｍ～４９０ｎｍの青色光であり、第２波長の光は６４０ｎｍ～７７０ｎｍの赤色光であり、第３波長の光は４９０ｎｍ～５５０ｎｍの緑色光である。図２では、明瞭化のため、青色光は一点鎖線で表され、赤色光は二点鎖線で表され、緑色光は太点線で表されている。後述の図４～図６においても同様である。
　また、図示例では、三つの光源ＬＤのそれぞれは、不図示の基板に実装され、その基板を介して筐体ＨＳに固定されている。
　プリズムＰＳは、光を分散、屈折、全反射、又は複屈折させるための光学素子である。本実施形態では、プリズムＰＳは、ガラス又は水晶等の透明な媒質で形成されたダイクロイックプリズムであり、筐体ＨＳに固定されている。
　図示例では、三つのプリズムＰＳ（第１プリズムＰＳ１、第２プリズムＰＳ２、及び第３プリズムＰＳ３）のそれぞれは、図３に示すように、ガラスで形成されるとともに、同じ形状（三角柱形状）及び同じ大きさを有する。
　第１プリズムＰＳ１は、図２に示すように、集光レンズＣＬと対向する第１面ＳＦ１と、第１面ＳＦ１と４５度の角度をなす第２面ＳＦ２と、第２面ＳＦ２と４５度の角度をなし第１面ＳＦ１と９０度の角度をなす第３面ＳＦ３とを有する。第１プリズムＰＳ１の第３面ＳＦ３は、第１光源ＬＤ１と対向する面であり、筐体ＨＳの右側壁ＳＷＲの内面に平行に対向配置されている。
　第２プリズムＰＳ２は、図２に示すように、第１プリズムＰＳ１の第２面ＳＦ２に貼り合わされる第４面ＳＦ４と、第４面ＳＦ４と４５度の角度をなす第５面ＳＦ５と、第５面ＳＦ５と４５度の角度をなし第４面ＳＦ４と９０度の角度をなす第６面ＳＦ６とを有する。第２プリズムＰＳ２の第５面ＳＦ５は、第２光源ＬＤ２と対向する面であり、筐体ＨＳの左側壁ＳＷＬの内面に平行に対向配置されている。
　第３プリズムＰＳ３は、図２に示すように、第２プリズムＰＳ２の第６面ＳＦ６に貼り合わされる第７面ＳＦ７と、第７面ＳＦ７と４５度の角度をなす第８面ＳＦ８と、第８面ＳＦ８と４５度の角度をなし第７面ＳＦ７と９０度の角度をなす第９面ＳＦ９とを有する。第３プリズムＰＳ３の第８面ＳＦ８は、第３光源ＬＤ３と対向する面であり、筐体ＨＳの後側壁の内面に平行に対向配置されている。
　本実施形態では、第１プリズムＰＳ１の第２面ＳＦ２に沿うように第１光学機能層ＦＬ１が設けられている。第１光学機能層ＦＬ１は、第１波長の光を反射させ、第１波長以外の波長の光を透過させる層である。図示例では、第１光学機能層ＦＬ１は、第１プリズムＰＳ１の第２面ＳＦ２と第２プリズムＰＳ２の第４面ＳＦ４との間で第１プリズムＰＳ１の第２面ＳＦ２に沿うように設けられ、第１波長の光を反射させ、第２波長の光及び第３波長の光を透過させる光学機能層であり、第１プリズムＰＳ１の第２面ＳＦ２にコーティングされている。但し、第１光学機能層ＦＬ１は、第２プリズムＰＳ２の第４面にコーティングされていてもよい。また、図示例では、第１光学機能層ＦＬ１は、第１プリズムＰＳ１の第２面ＳＦ２の全面に沿うように設けられているが、第１プリズムＰＳ１の第２面ＳＦ２の一部（光源ＬＤの光が当たる部分）に沿うように設けられていてもよい。
　また、本実施形態では、第２プリズムＰＳ２の第６面ＳＦ６に沿うように第２光学機能層ＦＬ２が設けられている。第２光学機能層ＦＬ２は、第２波長の光を反射させ、第２波長以外の波長の光を透過させる層である。図示例では、第２光学機能層ＦＬ２は、第２プリズムＰＳ２の第６面ＳＦ６と第３プリズムＰＳ３の第７面ＳＦ７との間で第２プリズムＰＳ２の第６面ＳＦ６に沿うように設けられ、第２波長の光を反射させ、第３波長の光を透過させる光学機能層であり、第２プリズムＰＳ２の第６面ＳＦ６にコーティングされている。但し、第２光学機能層ＦＬ２は、第３プリズムＰＳ３の第７面にコーティングされていてもよい。また、図示例では、第２光学機能層ＦＬ２は、第２プリズムＰＳ２の第６面ＳＦ６の全面に沿うように設けられているが、第２プリズムＰＳ２の第６面ＳＦ６の一部（光源ＬＤの光が当たる部分）に沿うように設けられていてもよい。
　また、図示例では、三つのプリズムＰＳのそれぞれは、互いに接着剤で接合されている。但し、三つのプリズムＰＳのそれぞれは、接着剤を用いずに接合されていてもよい。
　また、図示例では、光学装置１００の発光部ＥＰは、三つの光源ＬＤと三つのプリズムＰＳとを含むように構成されているが、第３光源ＬＤ３及び第３プリズムＰＳ３は省略されてもよい。
　集光レンズＣＬは、光源ＬＤが出射した光を所望の方向に向けるために利用される光学素子である。本実施形態では、集光レンズＣＬは、第１光源ＬＤ１、第２光源ＬＤ２、及び第３光源ＬＤ３のそれぞれが出射した光を所望の方向に向けるために利用されるレンズであり、プリズムＰＳ（第１プリズムＰＳ１の第１面ＳＦ１）の下流側に配置されている。
　次に、図４を参照し、集光レンズＣＬに対する三つの光源ＬＤの相対位置と三つの光源ＬＤが出射する光の広がり（平行光の直径）との関係について説明する。図４は、集光レンズＣＬに対する三つの光源ＬＤの相対位置と三つの光源ＬＤが出射する光の広がりとの関係を概略的に示す図である。具体的には、図４の上図は、第１光源ＬＤ１と集光レンズＣＬとの間の距離（光路長）、第２光源ＬＤ２と集光レンズＣＬとの間の距離（光路長）、及び、第３光源ＬＤ３と集光レンズＣＬとの間の距離（光路長）が等しい場合の図であり、図４の下図は、三つの距離（光路長）が互いに異なる場合の図である。なお、図４では、明瞭化のため、第１光源ＬＤ１が出射する青色光の最も上側の光路が一点鎖線で表され、第２光源ＬＤ２が出射する赤色光の最も上側の光路が二点鎖線で表され、第３光源ＬＤ３が出射する緑色光の最も上側の光路が太点線で表されている。また、図４では、明瞭化のため、三つの光源ＬＤのそれぞれと集光レンズＣＬとの間にある三つのプリズムＰＳの図示が省略されている。
　図４の上図に示すように、三つの光源ＬＤのそれぞれと集光レンズＣＬとの間の距離（光路長）が同じ距離（光路長ＤＳ１）である場合、第１光源ＬＤ１が出射する青色光が集光レンズＣＬによって平行化されるときには、第３光源ＬＤ３が出射する緑色光は青色光よりも広がり、第２光源ＬＤ２が出射する赤色光は緑色光よりも広がる。
　一方、図４の下図に示すように、第１光源ＬＤ１と集光レンズＣＬとの間の距離（光路長ＤＳ１）、第２光源ＬＤ２と集光レンズＣＬとの間の距離（光路長ＤＳ２）、及び、第３光源ＬＤ３と集光レンズＣＬとの間の距離（光路長ＤＳ３）が適切に設定された場合、三つの光源ＬＤが出射する三つの光のそれぞれは平行化される。この場合、光路長ＤＳ２は光路長ＤＳ３よりも大きく、光路長ＤＳ３は光路長ＤＳ１よりも大きい。
　このように、光学装置１００は、光路長ＤＳ１、光路長ＤＳ２、及び光路長ＤＳ３のそれぞれが適切に設定された場合、三つの光源ＬＤが出射する三つの光（青色光、赤色光、及び緑色光）のそれぞれが共通の一つの集光レンズＣＬを出たときの光の広がりを同じにすることができる。
　次に、図５及び図６を参照し、光路長ＤＳ１、光路長ＤＳ２、及び光路長ＤＳ３の設定例について説明する。図５は、光源ＬＤが出射した光がプリズムＰＳを通って集光レンズＣＬに至る様子を示す図である。具体的には、図５の上図は、第１光源ＬＤ１が出射した青色光が第１プリズムＰＳ１を通って集光レンズＣＬに至る様子を示し、図５の下図は、第２光源ＬＤ２が出射した赤色光が第２プリズムＰＳ２及び第１プリズムＰＳ１を通って集光レンズＣＬに至る様子を示す。図６は、筐体ＨＳ内に設けられる発光部ＥＰの上面図である。具体的には、図６の左図は、図２及び図３を参照して説明した発光部ＥＰの上面図であり、図６の右図は、発光部ＥＰの別の構成例である発光部ＥＰＡの上面図である。
　発光部ＥＰＡは、主に、第１光源ＬＤ１が赤色光を出射し、第２光源ＬＤ２が青色光を出射する点で、第１光源ＬＤ１が青色光を出射し、第２光源ＬＤ２が赤色光を出射する発光部ＥＰと異なる。なお、図６の左図において、第１光源ＬＤ１に付された文字「Ｂ」は、第１光源ＬＤ１が青色光を出射することを表し、第２光源ＬＤ２に付された文字「Ｒ」は、第２光源ＬＤ２が赤色光を出射することを表し、第３光源ＬＤ３に付された文字「Ｇ」は、第３光源ＬＤ３が緑色光を出射することを表す。また、図６の右図において、第１光源ＬＤ１に付された文字「Ｒ」は、第１光源ＬＤ１が赤色光を出射することを表し、第２光源ＬＤ２に付された文字「Ｂ」は、第２光源ＬＤ２が青色光を出射することを表し、第３光源ＬＤ３に付された文字「Ｇ」は、第３光源ＬＤ３が緑色光を出射することを表す。
　図６の左図に示す発光部ＥＰ、及び、図６の右図に示す発光部ＥＰＡは何れも、筐体ＨＳの幅方向（Ｙ軸方向）の中央線と光軸ＯＡとが一致するように光源ＬＤ、プリズムＰＳ、及び集光レンズＣＬが配置されるように構成されている。筐体ＨＳの幅をできるだけ小さくするためである。
　なお、光軸ＯＡは、三つの光源ＬＤのそれぞれが出射する三つの光の光軸を意味する。そのため、本実施形態では、第１光源ＬＤ１が出射する光が第１光学機能層ＦＬ１で反射する点、及び、第２光源ＬＤ２が出射する光が第２光学機能層ＦＬ２で反射する点は何れも、第３光源ＬＤ３が出射する光の光軸上に位置する。
　具体的には、図６の左図に示すように、発光部ＥＰを含む光学装置１００は、筐体ＨＳの幅が値ＷＤ１となるように、すなわち、光軸ＯＡと筐体ＨＳの左側壁ＳＷＬの外面との間の距離、及び、光軸ＯＡと筐体ＨＳの右側壁ＳＷＲの外面との間の距離が何れも値ＷＤ１／２（値ＷＤ１の半分）となるように構成されている。
　また、図６の右図に示すように、発光部ＥＰＡを含む光学装置１００は、筐体ＨＳの幅が値ＷＤ２となるように、すなわち、光軸ＯＡと筐体ＨＳの左側壁ＳＷＬの外面との間の距離、及び、光軸ＯＡと筐体ＨＳの右側壁ＳＷＲの外面との間の距離が何れも値ＷＤ２／２（値ＷＤ２の半分）となるように構成されている。
　筐体ＨＳの幅をできるだけ小さくするためには、第１光源ＬＤ１と光軸ＯＡ（第１光学機能層ＦＬ１）との間の距離（光路長ＤＳ１１）と、第２光源ＬＤ２と光軸ＯＡ（第２光学機能層ＦＬ２）との間の距離（光路長ＤＳ１２）とは同じであることが望ましい。筐体ＨＳの幅方向の中央線と光軸ＯＡとが一致する構成では、光路長ＤＳ１１と光路長ＤＳ１２とが異なる場合、筐体ＨＳの幅は、光路長ＤＳ１１及び光路長ＤＳ１２のうちの大きい方の二倍以上にならざるを得ないためである。
　しかしながら、図４を参照して説明したように、三つの光源ＬＤが出射する三つの光のそれぞれの広がりを同じにする場合には、光路長ＤＳ１、光路長ＤＳ２、及び光路長ＤＳ３を適切に異ならせる必要があるため、光路長ＤＳ１の一部である光路長ＤＳ１１と、光路長ＤＳ２の一部である光路長ＤＳ１２とを同じ大きさにするのは困難である。
　そのため、光学装置１００では、第１光源ＬＤ１と第２光源ＬＤ２とは、光路長ＤＳ１１と光路長ＤＳ１２との間の差ができるだけ小さくなるように配置される。
　具体的には、発光部ＥＰを含む光学装置１００は、第１光源ＬＤ１が青色光を第１プリズムＰＳ１に向けて出射し、第２光源ＬＤ２が赤色光を第２プリズムＰＳ２に向けて出射し、且つ、第３光源ＬＤ３が緑色光を第３プリズムＰＳ３に向けて出射するように構成される。第１光源ＬＤ１が赤色光を第１プリズムＰＳ１に向けて出射し、第２光源ＬＤ２が青色光を第２プリズムＰＳ２に向けて出射し、且つ、第３光源ＬＤ３が緑色光を第３プリズムＰＳ３に向けて出射するように構成される発光部ＥＰＡを有する場合に比べ、筐体ＨＳの幅（光路長ＤＳ１１と光路長ＤＳ１２との間の差）を小さくできるためである。
　より具体的には、図６の左図に示すように、発光部ＥＰにおける第１光源ＬＤ１と光軸ＯＡ（第１光学機能層ＦＬ１）との間の距離（光路長ＤＳ１１）は、発光部ＥＰにおける第２光源ＬＤ２と光軸ＯＡ（第２光学機能層ＦＬ２）との間の距離（光路長ＤＳ１２）よりも大きい。また、図６の右図に示すように、発光部ＥＰＡにおける第１光源ＬＤ１と光軸ＯＡ（第１光学機能層ＦＬ１）との間の距離（光路長ＤＳ１１Ａ）は、発光部ＥＰＡにおける第２光源ＬＤ２と光軸ＯＡ（第２光学機能層ＦＬ２）との間の距離（光路長ＤＳ１２Ａ）よりも大きい。また、図６の左図の発光部ＥＰにおける光路長ＤＳ１１は、図６の右図の発光部ＥＰＡにおける光路長ＤＳ１１Ａよりも距離差ＤＦ１だけ小さく、図６の左図の発光部ＥＰにおける光路長ＤＳ１２は、図６の右図の発光部ＥＰＡにおける光路長ＤＳ１２Ａよりも距離差ＤＦ２だけ大きい。
　このように、発光部ＥＰを含む光学装置１００は、光路長ＤＳ１１よりも小さい光路長ＤＳ１２が発光部ＥＰＡにおける光路長ＤＳ１２Ａよりも距離差ＤＦ２だけ大きくなるが、光路長ＤＳ１２よりも大きい光路長ＤＳ１１が発光部ＥＰＡにおける光路長ＤＳ１１Ａよりも距離差ＤＦ１だけ小さくなる。そして、筐体ＨＳの幅を小さくする上で有効なのは、光路長ＤＳ１１及び光路長ＤＳ１２のうちの大きい方をできるだけ小さくすることである。
　そのため、発光部ＥＰを含む光学装置１００は、発光部ＥＰＡを含む光学装置１００に比べ、光軸ＯＡと筐体ＨＳの右側壁ＳＷＲの外面との間の距離を距離差ＤＦ３だけ小さくすることができ、且つ、光軸ＯＡと筐体ＨＳの左側壁ＳＷＬの外面との間の距離を距離差ＤＦ４だけ小さくすることができる。なお、図示例では、距離差ＤＦ３と距離差ＤＦ４とは同じである。
　上述のように、本開示の一実施形態に係る光学装置１００は、図２に示すように、第１面ＳＦ１と、第１面ＳＦ１と４５度の角度をなす第２面ＳＦ２と、第２面ＳＦ２と４５度の角度をなし第１面ＳＦ１と９０度の角度をなす第３面ＳＦ３とを有する第１プリズムＰＳ１と、第１プリズムＰＳ１の第２面ＳＦ２に貼り合わされる第４面ＳＦ４と、第４面ＳＦ４と４５度の角度をなす第５面ＳＦ５と、第５面ＳＦ５と４５度の角度をなし第４面ＳＦ４と９０度の角度をなす第６面ＳＦ６とを有する第２プリズムＰＳ２と、第１波長の光を出射する第１光源ＬＤ１と、第１波長とは異なる第２波長の光を出射する第２光源ＬＤ２と、第１プリズムＰＳ１の第２面ＳＦ２に沿うように設けられ、第１波長の光を反射させるとともに第２波長の光を透過させる第１光学機能層ＦＬ１と、第２プリズムＰＳ２の第６面ＳＦ６に沿うように設けられ、第２波長の光を反射させる第２光学機能層ＦＬ２と、を備えている。この構成では、第１光源ＬＤ１からの光は、第１プリズムＰＳ１の第３面ＳＦ３に入射し、第１光学機能層ＦＬ１で反射し、第１プリズムＰＳ１の第１面ＳＦ１から出射する。また、第２光源ＬＤ２からの光は、第２プリズムＰＳ２の第５面ＳＦ５に入射し、第２光学機能層ＦＬ２で反射し、第１光学機能層ＦＬ１を透過し、第１プリズムＰＳ１の第１面ＳＦ１から出射する。また、第１プリズムＰＳ１の第１面ＳＦ１から出射する光の光軸の延長線上に集光レンズＣＬが配置されている。そして、第１光源ＬＤ１と第２光源ＬＤ２の一方からの光の波長は他方からの光の波長よりも短くて屈折率が高い。また、この構成では、第１光源ＬＤ１と第２光源ＬＤ２の一方から集光レンズＣＬまでの光路長が他方から集光レンズＣＬまでの光路長よりも短くなるように第１光源ＬＤ１と第２光源ＬＤ２が配置されている。例えば、図４の下図に示す例では、第１光源ＬＤ１から集光レンズＣＬまでの光路長ＤＳ１が第２光源ＬＤ２から集光レンズＣＬまでの光路長ＤＳ２よりも短くなるように第１光源ＬＤ１と第２光源ＬＤ２が配置されている。
　この構成は、発光部ＥＰから出る光の色収差を抑制できるという効果をもたらす。複数の光源ＬＤが出射する複数色の光のそれぞれが共通の一つの集光レンズＣＬを出たときの光の広がり（平行光の直径）を同じにすることができるためである。また、この構成は、発光部ＥＰから出る光の色収差を抑制できるため、色収差を抑制するための色消しレンズを省略できるという効果をもたらす。また、この構成は、発光部の大型化及び部品点数の増加を抑制できるという効果をもたらす。この構成では、複数の光源ＬＤのそれぞれとプリズムＰＳとの間に集光レンズが配置されておらず、色消しレンズも配置されていないためである。
　また、第１光源ＬＤ１及び第２光源ＬＤ２は、単波長レーザーダイオードであってもよい。
　この構成は、発光ダイオード等の他の光源が使用される場合に比べ、第１光源ＬＤ１及び第２光源ＬＤ２のそれぞれの出射光の波長範囲を狭めることができ、色収差を抑制できるという効果をもたらす。
　また、光学装置１００は、図２に示すように、光軸ＯＡに沿う奥行き方向（Ｘ軸方向）と直交する幅方向（Ｙ軸方向）に沿って対向配置された一対の側壁ＳＷ（左側壁ＳＷＬ及び右側壁ＳＷＲ）、及び、一対の側壁ＳＷ（左側壁ＳＷＬ及び右側壁ＳＷＲ）の間に形成される収容空間ＳＰを有する筐体ＨＳを備えていてもよい。そして、この構成では、図６に示すように、筐体ＨＳ又は収容空間ＳＰの幅方向（Ｙ軸方向）における中心に光軸ＯＡが位置するように第１光源ＬＤ１、第１プリズムＰＳ１、第２プリズムＰＳ２、及び第２光源ＬＤ２が幅方向（Ｙ軸方向）に沿って順次配置されてもよい。また、この構成では、第１光源ＬＤ１及び第２光源ＬＤ２は、第１光源ＬＤ１からの光の波長が第２光源ＬＤ２からの波長よりも短くて屈折率が高くなるように構成されていてもよい。更に、この構成では、第１光源ＬＤ１から集光レンズＣＬまでの第１光路長（光路長ＤＳ１）が第２光源ＬＤ２から集光レンズＣＬまでの第２光路長（光路長ＤＳ２）よりも短くなるように、第１光源ＬＤ１が第１プリズムＰＳ１の第３面ＳＦ３（図２参照）の外方（Ｙ２側）に配置されるとともに第２光源ＬＤ２が第２プリズムＰＳ２の第５面ＳＦ５（図２参照）の外方（Ｙ１側）に配置されていてもよい。
　図６の左図に示す例は、第２光源ＬＤ２が赤色光を出射するように、且つ、第１光源ＬＤ１が赤色光よりも波長が短くて屈折率が高い青色光を出射するように構成されている。そして、青色光の光路長ＤＳ１が赤色光の光路長ＤＳ２よりも短くなるように、第１光源ＬＤ１が第１プリズムＰＳ１の第３面ＳＦ３（図２参照）の外方（Ｙ２側）に配置されるとともに第２光源ＬＤ２が第２プリズムＰＳ２の第５面ＳＦ５（図２参照）の外方（Ｙ１側）に配置されている。この構成は、第１光源ＬＤ１が赤色光を出射するように、且つ、第２光源ＬＤ２が赤色光よりも波長が短くて屈折率が高い青色光を出射するように構成された図６の右図に示す例に比べ、発光部ＥＰの大型化を抑制できるという効果をもたらす。具体的には、図６の左図に示す構成は、図６の右図に示す構成に比べ、発光部ＥＰを収容する筐体ＨＳのＹ軸方向における幅を（右側の距離差ＤＦ３と左側の距離差ＤＦ４の合計だけ）小さくできる。
　また、本開示の一実施形態に係る光学装置１００は、図２に示すように、第１面ＳＦ１と、第１面ＳＦ１と４５度の角度をなす第２面ＳＦ２と、第２面ＳＦ２と４５度の角度をなし第１面ＳＦ１と９０度の角度をなす第３面ＳＦ３とを有する第１プリズムＰＳ１と、第１プリズムＰＳ１の第２面ＳＦ２に貼り合わされる第４面ＳＦ４と、第４面ＳＦ４と４５度の角度をなす第５面ＳＦ５と、第５面ＳＦ５と４５度の角度をなし第４面ＳＦ４と９０度の角度をなす第６面ＳＦ６とを有する第２プリズムＰＳ２と、第２プリズムＰＳ２の第６面ＳＦ６に貼り合わされる第７面ＳＦ７と、第７面ＳＦ７と４５度の角度をなす第８面ＳＦ８と、第８面ＳＦ８と４５度の角度をなし第７面ＳＦ７と９０度の角度をなす第９面ＳＦ９とを有する第３プリズムＰＳ３と、第１波長の光を出射する第１光源ＬＤ１と、第１波長とは異なる第２波長の光を出射する第２光源ＬＤ２と、第１波長及び第２波長の何れとも異なる第３波長の光を出射する第３光源ＬＤ３と、第１プリズムＰＳ１の第２面ＳＦ２に沿うように設けられ、第１波長の光を反射させるとともに第２波長の光を透過させる第１光学機能層ＦＬ１と、第２プリズムＰＳ２の第６面ＳＦ６に沿うように設けられ、第２波長の光を反射させるとともに第３波長の光を透過させる第２光学機能層ＦＬ２と、を備えている。そして、この構成では、第１光源ＬＤ１からの光は、第１プリズムＰＳ１の第３面ＳＦ３に入射し、第１光学機能層ＦＬ１で反射し、第１プリズムＰＳ１の第１面ＳＦ１から出射する。また、第２光源ＬＤ２からの光は、第２プリズムＰＳ２の第５面ＳＦ５に入射し、第２光学機能層ＦＬ２で反射し、第１光学機能層ＦＬ１を透過し、第１プリズムＰＳ１の第１面ＳＦ１から出射する。また、第３光源ＬＤ３からの光は、第３プリズムＰＳ３の第８面ＳＦ８に入射し、第２光学機能層ＦＬ２を透過し、第１光学機能層ＦＬ１を透過し、第１プリズムＰＳ１の第１面ＳＦ１から出射する。また、第１プリズムＰＳ１、第２プリズムＰＳ２、及び第３プリズムＰＳ３は、同一形状の直角二等辺三角柱形状である。
　この構成は、発光部ＥＰの大型化及び部品点数の増加を抑制できるという効果をもたらす。この構成では、複数の光源ＬＤのそれぞれとプリズムＰＳとの間に集光レンズが配置されていないためである。
　また、光学装置１００では、第１光学機能層ＦＬ１は、第１プリズムＰＳ１の第２面ＳＦ２にコーティングされていてもよい。
　この構成は、第１光学機能層ＦＬ１が第２プリズムＰＳ２の第４面ＳＦ４にコーティングされる場合に比べ、第１光源ＬＤ１が出射する光の色収差を抑制できるという効果をもたらす。第１プリズムＰＳ１の第２面ＳＦ２と第１光学機能層ＦＬ１との間に接着剤等が介在するのを抑制できるためである。
　また、光学装置１００では、第２光学機能層ＦＬ２は、第２プリズムＰＳ２の第６面ＳＦ６にコーティングされていてもよい。
　この構成は、第２光学機能層ＦＬ２が第３プリズムＰＳ３の第７面ＳＦ７にコーティングされる場合に比べ、第２光源ＬＤ２が出射する光の色収差を抑制できるという効果をもたらす。第２プリズムＰＳ２の第６面ＳＦ６と第２光学機能層ＦＬ２との間に接着剤等が介在するのを抑制できるためである。
　以上、本発明の好ましい実施形態について詳説した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態に制限されることはない。上述した実施形態は、本発明の範囲を逸脱することなしに、種々の変形又は置換等が適用され得る。また、上述の実施形態を参照して説明された特徴のそれぞれは、技術的に矛盾しない限り、適宜に組み合わされてもよい。
　本願は、２０２２年８月１０日に出願した日本国特許出願２０２２－１２８１４８号に基づく優先権を主張するものであり、この日本国特許出願の全内容を本願に参照により援用する。
　１００・・・光学装置　ＣＬ・・・集光レンズ　ＥＰ、ＥＰＡ・・・発光部　ＦＬ１・・・第１光学機能層　ＦＬ２・・・第２光学機能層　ＨＳ・・・筐体　ＬＤ・・・光源　ＬＤ１・・・第１光源　ＬＤ２・・・第２光源　ＬＤ３・・・第３光源　ＬＳ・・・受光レンズ　ＯＡ・・・光軸　ＰＤ・・・受光素子　ＰＳ・・・プリズム　ＰＳ１・・・第１プリズム　ＰＳ２・・・第２プリズム　ＰＳ３・・・第３プリズム　ＲＰ・・・受光部　ＳＦ１・・・第１面　ＳＦ２・・・第２面　ＳＦ３・・・第３面　ＳＦ４・・・第４面　ＳＦ５・・・第５面　ＳＦ６・・・第６面　ＳＦ７・・・第７面　ＳＦ８・・・第８面　ＳＦ９・・・第９面　ＳＰ・・・収容空間　ＳＷ・・・側壁　ＳＷＬ・・・左側壁　ＳＷＲ・・・右側壁

Claims (5)

  1. 　第１面と、前記第１面と４５度の角度をなす第２面と、前記第２面と４５度の角度をなし前記第１面と９０度の角度をなす第３面とを有する第１プリズムと、
    　前記第１プリズムの前記第２面に貼り合わされる第４面と、前記第４面と４５度の角度をなす第５面と、前記第５面と４５度の角度をなし前記第４面と９０度の角度をなす第６面とを有する第２プリズムと、
    　第１波長の光を出射する第１光源と、
    　前記第１波長とは異なる第２波長の光を出射する第２光源と、
    　前記第１プリズムの前記第２面に沿うように設けられ、前記第１波長の光を反射させるとともに前記第２波長の光を透過させる第１光学機能層と、
    　前記第２プリズムの前記第６面に沿うように設けられ、前記第２波長の光を反射させる第２光学機能層と、を備え、
    　前記第１光源からの光は、前記第１プリズムの前記第３面に入射し、前記第１光学機能層で反射し、前記第１プリズムの前記第１面から出射し、
    　前記第２光源からの光は、前記第２プリズムの前記第５面に入射し、前記第２光学機能層で反射し、前記第１光学機能層を透過し、前記第１プリズムの前記第１面から出射し、
    　前記第１プリズムの前記第１面から出射する光の光軸の延長線上に集光レンズが配置され、
    　前記第１光源と前記第２光源の一方からの光の波長が他方からの光の波長よりも短くて屈折率が高く、
    　前記第１光源と前記第２光源の一方から前記集光レンズまでの光路長が他方から前記集光レンズまでの光路長よりも短くなるように前記第１光源と前記第２光源が配置されたことを特徴とする光学装置。
  2. 　前記第１光源及び前記第２光源は単波長レーザーダイオードである、
    　請求項１に記載の光学装置。
  3. 　前記光軸に沿う奥行き方向と直交する幅方向に沿って対向配置された一対の側壁、及び、前記一対の側壁の間に形成される収容空間を有する筐体を備え、
    　前記収容空間の幅方向における中心に前記光軸が位置するように前記第１光源、前記第１プリズム、前記第２プリズム、及び前記第２光源が幅方向に沿って順次配置され、
    　前記第１光源からの光の波長が前記第２光源からの波長よりも短くて屈折率が高く、
    　前記第１光源から前記集光レンズまでの第１光路長が前記第２光源から前記集光レンズまでの第２光路長よりも短くなるように、前記第１光源が前記第１プリズムの前記第３面の外方に配置されるとともに前記第２光源が前記第２プリズムの前記第５面の外方に配置されている、
    　請求項１記載の光学装置。
  4. 　第１面と、前記第１面と４５度の角度をなす第２面と、前記第２面と４５度の角度をなし前記第１面と９０度の角度をなす第３面とを有する第１プリズムと、
    　前記第１プリズムの前記第２面に貼り合わされる第４面と、前記第４面と４５度の角度をなす第５面と、前記第５面と４５度の角度をなし前記第４面と９０度の角度をなす第６面とを有する第２プリズムと、
    　前記第２プリズムの前記第６面に貼り合わされる第７面と、前記第７面と４５度の角度をなす第８面と、前記第８面と４５度の角度をなし前記第７面と９０度の角度をなす第９面とを有する第３プリズムと、
    　第１波長の光を出射する第１光源と、
    　前記第１波長とは異なる第２波長の光を出射する第２光源と、
    　前記第１波長及び前記第２波長の何れとも異なる第３波長の光を出射する第３光源と、
    　前記第１プリズムの前記第２面に沿うように設けられ、前記第１波長の光を反射させるとともに前記第２波長の光を透過させる第１光学機能層と、
    　前記第２プリズムの前記第６面に沿うように設けられ、前記第２波長の光を反射させるとともに前記第３波長の光を透過させる第２光学機能層と、を備え、
    　前記第１光源からの光は、前記第１プリズムの前記第３面に入射し、前記第１光学機能層で反射し、前記第１プリズムの前記第１面から出射し、
    　前記第２光源からの光は、前記第２プリズムの前記第５面に入射し、前記第２光学機能層で反射し、前記第１光学機能層を透過し、前記第１プリズムの前記第１面から出射し、
    　前記第３光源からの光は、前記第３プリズムの前記第８面に入射し、前記第２光学機能層を透過し、前記第１光学機能層を透過し、前記第１プリズムの前記第１面から出射し、
    　前記第１プリズム、前記第２プリズム、及び前記第３プリズムは、同一形状の直角二等辺三角柱形状であることを特徴とする光学装置。
  5. 　前記第１光学機能層は、前記第１プリズムの前記第２面にコーティングされ、
    　前記第２光学機能層は、前記第２プリズムの前記第６面にコーティングされている、
    　請求項１乃至請求項４の何れかに記載の光学装置。
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