(57)【要約】【課題】温度変化に対する光軸の変動を抑制することができる光学装置を提供する。【解決手段】光学装置４は、レーザ光ＬＺを出力する発光素子１と、発光素子１から出射されたレーザ光ＬＺが入射するレンズ部材２０と、発光素子１およびレンズ部材２０を収納する筐体１０とを備えている。レンズ部材２０は、レーザ光ＬＺに沿った焦点方向Ｚで対向する面のいずれか一方（特に、レンズ入射面２３）が筐体１０に接着固定されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出力する発光素子と、
前記発光素子から出射されたレーザ光が入射するレンズ部材と、
前記発光素子および前記レンズ部材を収納する筐体とを備えた光学装置であって、
前記レンズ部材は、前記レーザ光に沿った焦点方向で対向する面のいずれか一方が前記筐体に接着固定されていること
を特徴とする光学装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光学装置であって、
前記レンズ部材は、中央に形成され、前記レーザ光を平行光とする曲面部と、外縁に形成されたコバ部とが設けられ、
前記コバ部は、前記筐体に接着されていること
を特徴とする光学装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光学装置であって、
前記筐体は、前記焦点方向で開口した素子保持部が設けられ、
前記発光素子は、前記素子保持部に保持されており、
前記レンズ部材は、前記素子保持部から前記焦点方向に対して直交する方向へ延伸されたレンズ接着部に接着されていること
を特徴とする光学装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載の光学装置を備えた投影装置。
【請求項５】
入射したレーザ光を平行光とするレンズ部材であって、
中央に形成された曲面部と、外縁に形成されたコバ部とが設けられていること
を特徴とするレンズ部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を出力する発光素子を備えた光学装置および投影装置に関し、また、光学装置に用いられるレンズ部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体レーザは、産業用、民生用を問わず盛んに利用されるようになっており、例えば、レーザ光を走査することで、画像を投影するプロジェクタなどが知られている。半導体レーザダイオードにおいては、光学部品に照射されるスポットの位置精度が重要とされており、コリメータレンズ等での調整が必要とされている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１８０２４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の光走査装置は、光源と、光源から出射される光が透過するレンズと、レンズが設置されるハウジングとを備えている。レンズは、光軸に直交する方向（第１方向）でレンズの側面に対向して設けられた支持部との間に充填された接着剤で固定されている。このように、レンズの側面を接着するには、面積を確保するため、レンズや支持部の厚みを大きくする必要があり、装置の小型化を妨げていた。ところで、光走査装置では、レーザ光を出射する光源を用いているが、光源は、稼動に伴って高温になるので、レンズを接着する接着剤への影響が懸念される。そして、温度変化に伴う接着剤の膨張および収縮によって、レンズの位置ズレが生じる虞がある。ここで、レンズの側面が接着されていると、光軸に直交する方向でレンズが移動するので、光軸の位置が変動するという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、温度変化に対する光軸の変動を抑制することができる光学装置および投影装置を提供することを目的とする。また、このような光学装置に適したレンズ部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る光学装置は、レーザ光を出力する発光素子と、前記発光素子から出射されたレーザ光が入射するレンズ部材と、前記発光素子および前記レンズ部材を収納する筐体とを備えた光学装置であって、前記レンズ部材は、前記レーザ光に沿った焦点方向で対向する面のいずれか一方が前記筐体に接着固定されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る光学装置では、前記レンズ部材は、中央に形成され、前記レーザ光を平行光とする曲面部と、外縁に形成されたコバ部とが設けられ、前記コバ部は、前記筐体に接着されている構成としてもよい。
【０００８】
本発明に係る光学装置では、前記筐体は、前記焦点方向で開口した素子保持部が設けられ、前記発光素子は、前記素子保持部に保持されており、前記レンズ部材は、前記素子保持部から前記焦点方向に対して直交する方向へ延伸されたレンズ接着部に接着されている構成としてもよい。
【０００９】
本発明に係る投影装置は、本発明に係る光学装置を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係るレンズ部材は、入射したレーザ光を平行光とするレンズ部材であって、中央に形成された曲面部と、外縁に形成されたコバ部とが設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、レンズ部材の端面を筐体に直接固定することで、温度変化に対する光軸の変動を抑制することができる。つまり、上述した接着箇所とすれば、接着剤によってレンズ部材が位置ズレする方向は、焦点方向が主体的になるので、光軸の位置に対する影響を抑えることができる。
【００１２】
また、本発明によると、レンズ部材にコバ部を設けることで、筐体と接着するのに充分な領域を確保でき、接着剤がレーザ光に干渉することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光学装置の内部の構造を示す概略構造図である。
【図２】図１の発光素子近傍を拡大して示す概略上面図である。
【図３】図２のレンズ部材のレーザ光出射側から見た状態を示す概略正面図である。
【図４】本実施の形態に対する比較例を示す概略上面図である。
【図５】図４のレンズ部材のレーザ光出射側から見た状態を示す概略正面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る光学装置の概略上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係る光学装置について、図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明の第１実施形態に係る光学装置の内部の構造を示す概略構造図である。なお、図１では、図面の見易さを考慮して、筐体１０を透視的に示している。
【００１６】
光学装置４は、３つの発光素子１、集光レンズ２、およびＭＥＭＳミラー３を備えており、それらが筐体１０に収納された構造とされている。
【００１７】
３つの発光素子１は、レーザダイオードであって、出力されるレーザ光ＬＺが互いに異なっていてもよく、例えば、青色光、赤色光、および緑色光のうち、いずれかを出力する。なお、それぞれの発光素子１の近傍には、レーザ光ＬＺを平行光とするレンズ部材２０などが配置されており、後述する図２および図３を参照して、詳細に説明する。
【００１８】
集光レンズ２は、発光素子１から出力されたレーザ光ＬＺのビーム径を変更する。なお、集光レンズ２は、１つに限定されず、用途に応じて複数設けられていてもよい。
【００１９】
ＭＥＭＳミラー３は、回転駆動するミラーであって、集光レンズ２を経由したレーザ光ＬＺを反射し、レーザ光ＬＺが筐体１０の外部へ照射される。ＭＥＭＳミラー３が駆動して反射する方向を変えることで、レーザ光ＬＺを走査させることができる。本実施の形態において、ＭＥＭＳミラー３のサイズは、直径１ｍｍとされている。
【００２０】
なお、光学装置４は、他の光学部材を備えていてもよく、例えば、スリットが形成されたアパーチャなどを設けてもよい。レーザ光ＬＺは、アパーチャを通過することで、所望する形状にビーム径が整形される。
【００２１】
図２は、図１の発光素子近傍を拡大して示す概略上面図であって、図３は、図２のレンズ部材のレーザ光出射側から見た状態を示す概略正面図である。
【００２２】
発光素子１は、内部に向かって開口した筐体１０の素子保持部１１に固定されており、レーザ光ＬＺの出射面が筐体１０の内部に面している。以下では説明のため、発光素子１から出射されるレーザ光ＬＺに沿った方向を焦点方向Ｚとし、焦点方向Ｚに直交し筐体１０の底面に平行な方向を第１光軸方向Ｘとし、焦点方向Ｚおよび第１光軸方向Ｘのいずれにも直交する方向を第２光軸方向Ｙと呼ぶことがある。
【００２３】
筐体１０には、素子保持部１１から第１光軸方向Ｘおよび第２光軸方向Ｙへ延伸されたレンズ接着部１２が設けられている。レンズ部材２０（コバ付レンズ２０ａ）は、中央に形成された曲面部２１と、外縁に形成されたコバ部２２とが設けられている。曲面部２１は、焦点方向Ｚで突出した曲面とされ、コバ部２２は、平坦な平面とされている。つまり、レンズ部材２０において、曲面部２１が、主に入射したレーザ光ＬＺを平行光とするコリメータレンズとして機能する。コバ部２２は、レーザ光ＬＺの入射側の面（レンズ入射面２３）が、接着剤３０を介してレンズ接着部１２に接着されている。本実施の形態において、曲面部２１だけでの直径（第１レンズ幅ＣＷ１）は、約１．５ｍｍとされ、コバ部２２を含めたレンズ部材２０全体での直径（第２レンズ幅ＣＷ２）は、約４ｍｍとされている。なお、図３に示すように、レンズ部材２０は、コバ部２２の３箇所を接着剤３０で接着されているが、図２では、コバ部２２が接着されていることを明確にするため、２箇所のみ示している。レンズ部材２０を接着する領域については、適宜調整すればよく、正面視において、接着剤３０が曲面部２１に重ならないようにすればよい。
【００２４】
図４は、本実施の形態に対する比較例を示す概略上面図であって、図５は、図４のレンズ部材のレーザ光出射側から見た状態を示す概略正面図である。
【００２５】
比較例では、図２および図３と比較して、筐体１１０にレンズ支持部１４０が設けられ、コリメータレンズ１２０の側面を接着している点で異なる。具体的に、比較例では、本実施の形態と同様に、発光素子１０１が筐体１１０に固定されており、発光素子１０１から焦点方向Ｚで離間した位置にコリメータレンズ１２０が配置されている。コリメータレンズ１２０と第２光軸方向Ｙで面する位置（図５では、コリメータレンズ１２０の下方）には、レンズ支持部１４０が設けられている。レンズ支持部１４０は、筐体１１０の底面から第２光軸方向Ｙ（図５では、上方）へ延伸された２つの接着支持部１４１が形成されている。２つの接着支持部１４１は、互いに第１光軸方向Ｘで対向して設けられ、２つの接着支持部１４１の間にコリメータレンズ１２０が位置している。コリメータレンズ１２０は、２つの接着支持部１４１と対向するそれぞれの側面（コリメータ側面１２１）を接着剤１３０によって接着固定されている。また、筐体１１０の底面と対向するコリメータレンズ１２０の側面（図５では、コリメータレンズ１２０の下部）も、レンズ支持部１４０に接着されている。
【００２６】
上述したように、コリメータレンズ１２０を接着する接着剤１３０は、発光素子１０１からの熱によって、膨張および収縮といった変動をする。比較例では、コリメータレンズ１２０に対し第１光軸方向Ｘで接着剤１３０が面しているので、コリメータレンズ１２０には、第１光軸方向Ｘで移動させる力（第２接着応力ＳＦ２）が加わる。ここで、コリメータレンズ１２０と発光素子１０１とを接近させて焦点距離を短くした構成では、第１光軸方向Ｘおよび第２光軸方向Ｙに対するレーザ光ＬＺの感度が高くなる。すなわち、コリメータレンズ１２０が第１光軸方向Ｘおよび第２光軸方向Ｙで移動すると、他の光学系に照射されるレーザ光ＬＺの位置が大きくずれてしまう。
【００２７】
これに対し、本実施の形態では、レンズ接着部１２と焦点方向Ｚで対向するレンズ入射面２３が接着されていることから、レンズ部材２０に加わる力は、焦点方向Ｚで移動させる力（第１接着応力ＳＦ１）が主体的になり、第１光軸方向Ｘおよび第２光軸方向Ｙでの変動が抑制される。このように、レンズ部材２０の端面を筐体１０に直接固定することで、温度変化に対する光軸の変動を抑制することができる。なお、焦点方向Ｚについては、レーザ光ＬＺをアパーチャ等で整形したりして補正できることなどから、第１光軸方向Ｘおよび第２光軸方向Ｙに比べて、多少の位置ズレを許容できる構成とされている。
【００２８】
また、本実施の形態では、素子保持部１１の周囲にレンズ接着部１２を設けることで、筐体１０にレンズ部材２０を接着する部分を確保することができ、発光素子１とレンズ部材２０とを至近距離に配置することができる。それによって、発光素子１から照射されるレーザ光ＬＺをレンズ部材２０に効率よく入射させ、レーザ光ＬＺの損失を低減させることができる。
【００２９】
上述したように、光学装置４は、ＭＥＭＳミラー３を備えた投影装置（プロジェクタ）に用いられるが、投影装置では、高い光量が求められており、レーザ光ＬＺの利用効率の向上が望まれている。このことから、レンズ部材２０は、焦点距離が短くなるように配置されているが、それに伴って、レーザ光ＬＺの位置ズレに対する影響が大きくなる。このような課題を解決するために、本発明では、レンズ部材２０を筐体１０に固定する構造としており、光軸変動の抑制をすることは、ＭＥＭＳプロジェクタにおいて、非常に有意な効果をもたらす。
【００３０】
また、レンズ部材２０においては、コバ部２２を設けることで、筐体１０と接着するのに充分な領域を確保でき、接着剤３０がレーザ光ＬＺに干渉することを防止できる。
【００３１】
（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態に係る光学装置の概略上面図である。なお、第１実施形態と機能が実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３２】
第２実施形態では、第１実施形態に対して、レンズ部材２０の構造が異なる。第２実施形態において、レンズ部材２０（曲面レンズ２０ｂ）は、レーザ光ＬＺの出射側の面の全体が曲面とされたコリメータレンズとされている。レンズ部材２０は、中央が発光素子１に面しており、外縁が筐体１０（特に、レンズ接着部１２）に面している。接着剤３０は、レンズ部材２０のレーザ光ＬＺの入射側の面とレンズ接着部１２との間を接着している。本実施の形態では、レンズ部材２０の外縁を筐体１０に接着した構造としているため、発光素子１よりも充分に直径が大きいレンズ部材２０を用いるのが望ましい。
【００３３】
なお、今回開示した実施の形態は全ての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明に係る光学装置は、例えば、プロジェクタなどの投影装置に好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１  発光素子
２  レンズ
３  ＭＥＭＳミラー
４  光学装置
１０  筐体
１１  素子保持部
１２  レンズ接着部
２０  レンズ部材
２１  曲面部
２２  コバ部
２３  レンズ入射面
３０  接着剤
ＬＺ  レーザ光
ＣＷ１  第１レンズ幅
ＣＷ２  第２レンズ幅
ＳＦ１  第１接着応力
ＳＦ２  第２接着応力
Ｘ  第１光軸方向
Ｙ  第２光軸方向
Ｚ  焦点方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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