Линза ввода-вывода, осветительное устройство и электронное устройство

Линза ввода-вывода, осветительное устройство и электронное устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

По этой заявке испрашивается приоритет заявки №2008-321135 на патент Японии, поданной 17 декабря 2008 года, раскрытие которой полностью включено в эту заявку, основанную на указанной выше заявке.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к осветительному устройству, сконфигурированному для объединения модулируемого света, излучаемого от множества источников света, и для излучения объединенного света в одном направлении. Настоящее изобретение также относится к линзе ввода-вывода, используемой в осветительном устройстве, установке воспроизведения изображений проекционного типа, такой как лазерный проектор сканирующего типа, и т.п., имеющей осветительное устройство, и электронному устройству, такому как мобильный телефон и что-либо подобное, в котором расположена установка воспроизведения изображений проекционного типа.

Уровень техники

Совсем недавно была разработана установка воспроизведения изображений проекционного типа (в дальнейшем называемая проектором) с использованием светоизлучающего диода, лазера или аналогичного элемента, и ожидается разработка портативного проектора небольшого размера.

В частности, был разработан малогабаритный проектор сканирующего типа, объединяющий лазеры трех основных цветов и зеркало на основе микроэлектромеханической системы (МЭМС), для которого требуется небольшое количество частей или компонентов и который допускает возможность микроминиатюризации (см., например, патент Японии №4031481).

На фиг.22 показан такой обычный проектор сканирующего типа, имеющий лазеры трех основных цветов и зеркало на основе микроэлектромеханической системы. Проектор, показанный на фиг.22, имеет полупроводниковые лазеры 1-R, 1-G и 1-В, сконфигурированные для излучения лазерного света, красного R, зеленого G и синего В соответственно, линзы 2-R, 2-G и 2В, сконфигурированные для фокусирования лазерного света, излучаемого от полупроводниковых лазеров 1-R, 1-G и 1-В соответственно, дихроичные зеркала 3R, 3G и 3В, сконфигурированные для отражения только красного света, зеленого света и синего света соответственно, и пропускания света других цветов, зеркальное устройство 501 на основе микроэлектромеханической системы, имеющее зеркало, сконфигурированное для получения переменного угла наклона, и управляющее устройство 502, выполненное с возможностью управления вращением или поворотом зеркального устройства 501 на основе микроэлектромеханической системы в горизонтальном и вертикальном направлениях и излучением лазерного света полупроводниковых лазеров 1-R, 1-G и 1-В, интенсивность света которых модулируется в соответствии с входными видеосигналами.

Управляющее устройство 502 имеет секцию управления зеркалом и секцию модуляции, и изображение формируется на экране 503 путем модуляции интенсивности лазерного света синхронно с углом поворота зеркального устройства 501 на основе микроэлектромеханической системы.

В таком способе объединения света различных цветов фокусирующая линза необходима для каждого лазера, так что число частей и компонентов возрастает и невозможно получать малогабаритное и легкое устройство.

На фиг.23 показан пример, в котором световые потоки от трех цветных источников света, красного 601R, зеленого 601G и синего 601В, объединяются дихроичной призмой 602 и фокусируются фокусирующей линзой 603 (см., например, публикацию №2001-154607 заявки на патент Японии).

Хотя в такой конфигурации использована только одна фокусирующая линза, источники света расположены таким образом, что направления излучения источников света отличаются друг от друга, вследствие чего недостаток заключается в невозможности получения малогабаритного и легкого устройства.

На фиг.24 показан пример, в котором световые потоки от двух источников света излучаются в по существу одном и том же направлении и вводятся-выводятся одной линзой ввода-вывода, а объединяются и излучаются по одному световому пути объединяющей два пучка призмой, и поэтому свет от множества источников света объединяется и излучается по одному световому пути.

Этот пример относится к системе оптического считывания с оптического диска, и излучения полупроводникового лазера 1011 с длиной волны 660 нм и полупроводникового лазера 1012 с длиной волны 780 нм превращаются в по существу параллельные световые потоки коллимирующей линзой 1020, и, чтобы обеспечить ввод в объектив, объединяющая два пучка призма 1031 сконфигурирована для согласования друг с другом оптических осей светового потока 660 нм и светового потока 780 нм.

Что касается коллимирующей линзы, использованной при считывании света с оптического диска, то для точной фокусировки света в пятно на рабочей поверхности оптического диска (1061, 1062) без вариации необходимо гарантировать достаточную интенсивность в распределении интенсивности света, падающего на край объектива 1050, относительно пиковой интенсивности источника лазерного света, так что фокусное расстояние коллимирующей линзы нельзя уменьшать.

Когда фокусное расстояние коллимирующей линзы является большим (около 10 мм или больше), эффективность ввода-вывода света от источника света уменьшается и эффективность использования света снижается.

Кроме того, вследствие большого фокусного расстояния невозможно сдерживать большой размер установки. Если фокусное расстояние коллимирующей линзы задавать небольшим, становится трудно исключать астигматизм, создающийся в свете, отражающемся на задней поверхности объединяющей два пучка призмы, при практических условиях, таких как интервал между двумя источниками света и толщина объединяющей два пучка призмы. В соответствии с этим трудно объединять световые потоки от двух источников света одной коллимирующей линзой с небольшим фокусным расстоянием. Обычная технология также описана в публикации №2002-207110 заявки на патент Японии.

Как описывалось выше, используя одну коллимирующую линзу с небольшим фокусным расстоянием, трудно объединять световые потоки от множества источников света с хорошим волновым фронтом на одном световом пути с помощью объединяющей два пучка призмы при излучении световых потоков двумя источниками света в по существу одинаковых направлениях и при использовании для ввода-вывода световых потоков одной линзы ввода-вывода, как это описано в известной технологии.

Сущность изобретения

В основном настоящее изобретение направлено на создание осветительного устройства, получение малогабаритного устройства, повышение эффективности использования света и на повышение качества волнового фронта световых потоков.

Для решения указанных выше задач предложена линза ввода-вывода согласно осуществлению настоящего изобретения, предназначенная для ввода-вывода первого света, имеющего первую длину волны, который излучается от первого источника света, совместно со вторым светом, имеющим вторую длину волны, который излучается от второго источника света, расположенного рядом с первым источником света, при этом первый и второй свет излучаются в по существу одном и том же направлении. Линза ввода-вывода включает в себя первую поверхность, расположенную с обращением к первому и второму источникам света, при этом первая поверхность включает в себя первую область, через которую проходит первый свет, и вторую область, через которую проходит второй свет, первая область имеет кривизну первой области и вторая область имеет кривизну второй области, и вторую поверхность, расположенную на противоположной стороне от первой поверхности и имеющую кривизну второй поверхности. Положение центра кривизны первой области, относящегося к кривизне первой области в первой области, отличается от положения центра кривизны второй области, относящегося к кривизне второй области во второй области. Центр кривизны второй поверхности, относящийся к кривизне второй поверхности на второй поверхности, и центр кривизны первой области расположены на оптической оси первого или второго источника света.

Краткое описание чертежей

На чертежах:

фиг.1 - схематический вид, показывающий конфигурацию осветительного устройства согласно первому осуществлению настоящего изобретения;

фигуры 2А и 2В - виды, показывающие расположение в пространстве центров кривизны первой и второй поверхностей линзы ввода-вывода;

фиг.3 - вид, показывающий оптическую систему с использованием обычной линзы ввода-вывода;

фиг.4 - вид, показывающий оптическую систему с использованием линзы ввода-вывода согласно осуществлению настоящего изобретения;

фиг.5 - схематический вид, показывающий конфигурацию осветительного устройства согласно второму осуществлению настоящего изобретения;

фиг.6 - схематический вид, показывающий конфигурацию осветительного устройства согласно третьему осуществлению настоящего изобретения;

фиг.7 - пояснительный вид, показывающий числовую апертуру линзы ввода-вывода в четвертом осуществлении настоящего изобретения;

фиг.8 - схематический вид, показывающий конфигурацию осветительного устройства согласно пятому осуществлению настоящего изобретения;

фиг. 9А и 9В - виды, показывающие условия размещения источников света с точки зрения выделения теплоты;

фиг.10 - схематический вид, показывающий конфигурацию осветительного устройства, основанную на расчете, в случае, когда первая и вторая области имеют отличающиеся друг от друга фокусные расстояния;

фиг.11 - схематический вид, показывающий конфигурацию осветительного устройства согласно седьмому осуществлению настоящего изобретения;

фиг.12 - схематический вид, показывающий конфигурацию осветительного устройства согласно девятому осуществлению настоящего изобретения;

фиг.13 - схематический вид, показывающий конфигурацию линзы ввода-вывода согласно десятому осуществлению настоящего изобретения;

фиг.14 - схематический вид, показывающий еще одну конфигурацию линзы ввода-вывода согласно десятому осуществлению настоящего изобретения;

фиг.15 - вид, показывающий зависимость между числовой апертурой линзы ввода-вывода и эффективностью ввода-вывода;

фиг.16 - схематический вид, показывающий конфигурацию установки воспроизведения изображений проекционного типа согласно двенадцатому осуществлению настоящего изобретения;

фиг.17 - перспективный вид, показывающий конфигурацию зеркала на основе микроэлектромеханической системы в качестве сканирующего устройства;

фиг.18 - перспективный вид, показывающий использованную структуру мобильного телефона в качестве электронного устройства, в котором размещена установка воспроизведения изображений проекционного типа согласно тринадцатому осуществлению настоящего изобретения;

фиг.19 - схематический вид, показывающий конфигурацию в случае, когда установка воспроизведения изображений проекционного типа использована в качестве индикатора на ветровом стекле транспортного средства;

фиг.20 - схематический вид, показывающий конфигурацию в случае, когда установка воспроизведения изображений проекционного типа использована в качестве оптической системы записи;

фиг.21 - схематический вид, показывающий осветительное устройство в случае, когда источники света (полупроводниковые лазеры) трех цветов, синего, зеленого и красного, заключены в одном модуле;

фиг.22 - схематический вид, показывающий обычную конфигурацию проектора сканирующего типа, имеющего лазеры трех основных цветов и зеркало на основе микроэлектромеханической системы;

фиг.23 - схематический вид, показывающий обычную конфигурацию, в которой свет от источников света трех основных цветов объединяется дихроичной призмой и фокусируется фокусирующей линзой; и

фиг.24 - схематический вид, показывающий обычную конфигурацию, в которой свет от множества источников света объединяется на один световой путь с помощью объединяющей два пучка призмы.

Вариант осуществления изобретения

Ниже предпочтительные осуществления этого изобретения будут описаны подробно на основании чертежей.

На фиг.1 показано осветительное устройство, имеющее линзу ввода-вывода, согласно первому осуществлению настоящего изобретения. Осветительное устройство включает в себя первый источник 1 света, сконфигурированный для излучения первого света, имеющего первую длину λ1 волны, второй источник 2 света, расположенный рядом с первым источником 1 света и сконфигурированный для излучения второго света, имеющего вторую длину λ2 волны, и линзу 5 ввода-вывода, сконфигурированную для ввода-вывода первого света совместно со вторым светом. Первый свет и второй свет излучаются в по существу одном и том же направлении. Линза 5 ввода-вывода имеет первую поверхность 5А, обращенную к первому и второму источникам 1, 2 света, и вторую поверхность 5В, расположенную на противоположной стороне относительно первой поверхности 5А и имеющую кривизну второй поверхности. Первая поверхность 5А включает в себя первую область 6, через которую проходит первый свет, и вторую область 7, через которую проходит второй свет. Первая область 6 имеет кривизну второй области, и вторая область 7 имеет кривизну второй области. Положение центра кривизны первой области, относящегося к кривизне первой области в первой области 6, отличается от положения центра кривизны второй области, относящегося к кривизне второй области во второй области 7. Центр кривизны второй поверхности, относящийся к кривизне второй поверхности на второй поверхности 5В, и центр кривизны первой области расположены на оптической оси первого 1 или второго 2 источника света. Первый и второй источники 1, 2 света установлены рядом друг с другом на одном и том же держателе 3 в виде одного модуля 4.

В качестве первого источника 1 света можно использовать полупроводниковый лазер, сконфигурированный для излучения света, имеющего длину волны в диапазоне красного участка спектра (в дальнейшем «красный лазерный диод»), и в качестве второго источника 2 света - полупроводниковый лазер, сконфигурированный для излучения света, имеющего длину волны в диапазоне синего участка спектра (в дальнейшем «синий лазерный диод»).

Диапазон синего участка спектра и диапазон красного участка спектра могут быть от 400 нм до 480 нм и от 600 нм до 700 нм соответственно. Можно использовать красный лазерный диод, излучающий красный свет, например, с длиной λ1 волны 640 нм, и синий лазерный диод, излучающий синий свет, например, с длиной λ2 волны 445 нм, и в нижеследующих примерах используются эти длины волн. Хотя в этом осуществлении красный лазерный диод 1 и синий лазерный диод 2 образованы на отдельных кристаллах и установлены на одном и том же держателе 3, красный лазерный диод 1 и синий лазерный диод 2 могут быть образованы на одном кристалле.

Осветительное устройство может включать в себя формирующий световой путь элемент, сконфигурированный для согласования светового пути первого света со световым путем второго света. Формирующим световой путь элементом может быть клиновидная призма.

Красный свет 11, излучаемый от красного лазерного диода 1, и синий свет 12, излучаемый от синего лазерного диода 2, вводятся-выводятся одной оптической системой ввода-вывода (в дальнейшем линзой ввода-вывода) 5 и далее направляются к клиновидной призме 13 в качестве формирующего свет элемента. На фиг.1 схематически показаны световые пути света каждого цвета.

Красный свет 11 и синий свет 12 входят в клиновидную призму 13, объединяются и излучаются по одному световому пути. В соответствии с этим осветительное устройство сконфигурировано таким образом, что свет двух видов в диапазонах длин волн синего и красного участков спектра излучается по одному световому пути.

Хотя в приведенном выше пояснении использовались диапазон длин волн красного участка спектра для первого источника света и диапазон длин волн синего участка спектра для второго источника света, можно использовать другие диапазоны длин волн.

Клиновидная призма 13 представляет собой плоскую пластинку, включающую в себя первую поверхность 20 призмы, через которую проходит свет в диапазоне длин волн синего участка спектра, и вторую поверхность 21 призмы, сконфигурированную для отражения света в диапазоне длин волн синего участка спектра. Первая поверхность призмы и вторая поверхность призмы, относящиеся к клиновидной призме 13, образованы на клиновидной плоской пластинке и относительно наклонены под углом α.

Красный свет 11 и синий свет 12 поступают на первую поверхность 20 призмы и отражаются на первой и второй поверхностях призмы и далее излучаются от них соответственно. Первая и вторая поверхности призмы, которые сконфигурированы для избирательного отражения или пропускания света в зависимости от длины волны, соответственно, могут быть образованы оптическими многослойными пленками, которые называют дихроичными фильтрами.

Далее будет конкретно пояснена линза 5 ввода-вывода. Первая поверхность 5А линзы 5 ввода-вывода, которая является поверхностью на стороне источников света, то есть поверхностью стороны источников света, имеет первую область 6, через которую проходит только красный свет 11, и вторую область 7, через которую проходит только синий свет 12.

Центр кривизны поверхности линзы в первой области 6 находится на месте, показанном позицией 8 на фиг.1, а центр кривизны поверхности линзы во второй области 7 находится на месте, показанном позицией 9 на фиг.1, то есть два центра кривизны находятся на местах 8, 9, которые отличаются друг от друга.

Вторая поверхность 5В линзы 5 ввода-вывода, которая находится на противоположной стороне относительно первой и второй областей 6, 7, образована как одна поверхность.

Относительные положения центров кривизны первой и второй поверхностей 5А, 5В линзы 5 ввода-вывода показаны на фиг. 2А и 2В. Свет излучается в направлении z, которое является направлением оптической оси каждого источника света. Оптические оси первого и второго источников 1, 2 света показаны позициями 30, 31.

На фиг.2А центр кривизны второй поверхности 5В линзы 5 ввода-вывода находится на месте, показанном позицией 32, и центр кривизны первой области 6 первой поверхности 5А находится на месте, показанном позицией 8.

Оба центра 8, 32 кривизны находятся на оптической оси первого источника 1 света, а поверхность линзы в первой области 6, относящейся к первой поверхности 5А линзы 5 ввода-вывода, и вторая поверхность 5В сконфигурированы так, что находятся в состоянии, в котором они не сдвинуты относительно друг друга. В соответствии с этим линзы легко рассчитывать без необходимости учета ухудшения характеристик вследствие сдвига поверхностей.

На фиг.2В показан случай, когда центры 9, 32 кривизны находятся на оптической оси второго источника 2 света. В этом примере первая область показана позицией 7 и вторая область показана позицией 6.

Будет показан пример конкретного расчета линзы ввода-вывода согласно настоящему изобретению.

Пример конкретного расчета настоящего изобретения показан в таблице 1 совместно с другим расчетом в качестве сравнительного примера, где поверхность на стороне источника света, то есть поверхность стороны источника света, образована как одна поверхность.

Конфигурацией, показанной на фиг.3, представлена оптическая система, полученная в соответствии с обычным проектированием системы, где поверхность линзы 5 ввода-вывода на стороне источников света образована как одна поверхность.

В конфигурации, показанной на фиг.3, позицией 1 обозначен источник света с длиной волны 640 нм, позицией 2 - источник света с длиной волны 445 нм и позицией 18 обозначено покровное стекло модуля 4, показанного на фиг.1.

Свет, излучаемый от одного из первого и второго источников света, который проходит через центр кривизны первой области, относящийся к первой области первой поверхности, и центр кривизны второй поверхности, может быть сконфигурирован для отражения на передней поверхности клиновидной призмы, и свет, излучаемый от другого из первого и второго источников света, может быть сконфигурирован для прохождения через вторую область первой поверхности и отражения на задней поверхности клиновидной призмы.

После того как свет от источников света 1, 2 связывается друг с другом линзой 5 ввода-вывода, свет 640 нм отражается на передней поверхности (в данном случае первой поверхности призмы) клиновидной призмы 13 и свет 445 нм отражается на задней поверхности (в данном случае второй поверхности призмы) клиновидной призмы 13. Угол при вершине клиновидной призмы 13 равен α, а позицией 19 обозначен световой поток света, который образуется объединением света с двумя длинами волн.

Конфигурацией, показанной на фиг.4, представлена оптическая система в разработанной системе, основанной на настоящем изобретении, где первая поверхность 5А линзы 5 ввода-вывода, которая находится на стороне источников света, разделена на первую область 6 и вторую область 7. Свет с длиной волны 640 нм сконфигурирован для прохождения через первую область 6 и свет с длиной волны 445 нм сконфигурирован для прохождения через вторую область. Иначе говоря, использована такая же конфигурация, как конфигурация, показанная на фиг.1.

В таблице 1 значение волновой аберрации получено для случая прохождения апланатического света со стороны первой поверхности 20 призмы, относящейся к клиновидной призме 13, то есть в направлении y, и фокусирования на стороне источников света.

Хотя при фактическом применении свет входит в клиновидную призму 13 со стороны источников света, полную аберрацию оптической системы можно оценивать этим способом.

Обратимся к результатам относительно волновой аберрации, показанным в таблице 1, для случая, когда поверхность линзы 5 ввода-вывода на стороне источников света образована как одна поверхность, при этом свет 640 нм является по существу апланатическим, а свет 445 нм имеет волновую аберрацию 0,17λ, так что конфигурация не находится на уровне практического применения.

С другой стороны, в случае, когда поверхность на стороне источников света, то есть первая поверхность 5А линзы 5 ввода-вывода согласно этому осуществлению настоящего изобретения, образована первой областью 6 и второй областью 7, свет 640 нм является по существу апланатическим, а свет 445 нм имеет волновую аберрацию 0,0352λ, так что конфигурация имеет волновую аберрацию, сниженную до практического уровня.

Волновая аберрация на практическом уровне составляет около 0,07λ (среднеквадратичное значение - СКЗ) или меньше.

Второе осуществление настоящего изобретения будет пояснено при обращении к фиг.5.

Свет, излучаемый от источника света, который имеет оптическую ось, проходящую через положения центра 32 кривизны второй поверхности 5В линзы 5 ввода-вывода, которая находится на противоположной стороне относительно первой поверхности 5А, и центра 8 кривизны первой области 6 первой поверхности 5А линзы 5 ввода-вывода, отражается на передней поверхности 20 клиновидной призмы 13.

Световой поток, отражающийся на задней поверхности 21 клиновидной призмы 13, имеет астигматизм, а световой поток, отражающийся на передней поверхности 20 клиновидной призмы 13, не имеет аберрации в случае, когда отражающая поверхность 20 является идеальной плоской поверхностью. В соответствии с этой конфигурацией можно получать хорошие оптические свойства в случае, когда свет, проходящий через находящиеся на противоположных сторонах поверхности линзы 5 ввода-вывода без относительного сдвига, отражается на передней поверхности 20 клиновидной призмы 13.

С другой стороны, вторая поверхность 5В линзы 5 ввода-вывода, которая находится на противоположной стороне относительно первой поверхности 5А, и поверхность линзы из второй области 7 первой поверхности 5А линзы 5 ввода-вывода сдвинуты относительно друг друга так, что создается астигматизм. Можно устранять астигматизм, образующийся в линзе 5 ввода-вывода, и астигматизм, образующийся в случае, когда свет отражается на задней поверхности 21 клиновидной призмы 13, путем оптимизации конфигурации линзы (толщины, кривизны, асферичности, показателя преломления и т.п.), конфигурации клиновидной призмы (толщины, угла α при вершине, показателя преломления и т.п.) и положения точки свечения.

В соответствии с конфигурацией этого осуществления световые пути света от двух источников 1, 2 света можно объединять, чтобы формировать световой поток, имеющий небольшую аберрацию.

Третье осуществление настоящего изобретения будет пояснено при обращении к фиг.6.

Осветительное устройство согласно этому осуществлению в дополнение к первому и второму источникам 1, 2 света, описанным в первом осуществлении (см. фиг.1), также включает в себя третий источник 14 света.

Более конкретно, третий источник 14 света расположен так, что излучает третий свет, имеющий третью длину волну, в направлении, которое отличается от направления излучения первого света от первого источника 1 света и второго света от второго источника 2 света. В этом осуществлении третий свет излучается в направлении, по существу перпендикулярном к первому и второму свету. В качестве третьего источника 14 света можно использовать источник зеленого света, сконфигурированный для излучения третьего света, имеющего длину волны в диапазоне длин волн зеленого участка спектра от 500 нм до 550 нм. В качестве источника зеленого света предпочтительно использовать полупроводниковый лазер. Однако в настоящее время фактически отсутствует зеленый полупроводниковый лазер, который можно использовать непрерывно, и поэтому используют гармоники твердотельного лазера или инфракрасного полупроводникового лазера.

Конкретная конфигурация источника зеленого света будет описана ниже, а в этом осуществлении использован источник света с длиной λ3 волны 530 нм.

Осветительное устройство также включает в себя добавочную линзу ввода-вывода или добавочную оптическую систему ввода-вывода (в дальнейшем «вторую линзу ввода-вывода») 15, сконфигурированную для ввода-вывода зеленого третьего света от источника 14 зеленого света и далее направления зеленого третьего света к клиновидной призме 13. Третий свет, проходящий через добавочную линзу ввода-вывода, может быть сконфигурирован для прохождения через клиновидную призму, а световой путь третьего света может быть сконфигурирован для согласования со световыми путями первого и второго света. Красный свет 11, синий свет 12 и зеленый свет 16, которые попадают на клиновидную призму 13, объединяются на одном световом пути и излучаются. Как описывалось выше, осветительное устройство сконфигурировано так, что световые потоки из диапазонов длин волн синего, красного и зеленого участков спектра излучаются по одному световому пути.

Как описывалось выше, хотя диапазон длин волн красного участка спектра использован для первого источника света, диапазон длин волн синего участка спектра использован для второго источника света и диапазон длин волн зеленого участка спектра использован для третьего источника света, можно использовать другие диапазоны длин волн. Источник света, который сконфигурирован для излучения объединенного света, красного, синего и зеленого света, является наиболее предпочтительным, поскольку такой источник света можно использовать для проектора сканирующего типа.

Как описывалось выше, поскольку трудно использовать полупроводниковый лазер в качестве источника зеленого света, то нелегко расположить источник зеленого света на одном держателе совместно с другими источниками света. В соответствии с этим конфигурация, в которой первый источник света является источником красного или синего света, второй источник света является источником синего или красного света и третий источник света является зеленым, предпочтительна для легкого изготовления.

Клиновидная призма 13 представляет собой плоскую пластинку, имеющую первую поверхность 20 призмы, сконфигурированную для отражения света диапазона длин волн красного участка спектра и пропускания света диапазонов длин волн синего и зеленого участков спектра, и вторую поверхность 21, сконфигурированную для отражения света диапазона длин волн синего участка спектра и пропускания света диапазона длин волн зеленого участка спектра. Клиновидная призма 13 имеет клиновидную плоскую пластинку, в которой первая и вторая поверхности клиновидной призмы 13 наклонены относительно друг друга.

Потоки 11, 12 красного и синего света, которые попадают на первую поверхность 20 призмы, отражаются на первой и второй поверхностях клиновидной призмы 13 и далее излучаются, соответственно. Поток 16 зеленого света попадает на вторую поверхность 21 призмы, проходит через вторую и первую поверхности 21, 20 призмы и далее излучается. Первая и вторая поверхности 20, 21 призмы сконфигурированы для избирательного отражения или пропускания светового потока в зависимости от длины волны светового потока и могут быть образованы оптическими многослойными пленками, которые называют дихроичными зеркалами.

Четвертое осуществление настоящего изобретения будет пояснено при обращении к фиг. 1 и 7.

Интенсивность света, относящаяся к свету, излучаемому от источника света, который может выводиться линзой ввода-вывода, определяется числовой апертурой оптической системы.

Линза ввода-вывода может быть образована из множества материалов, имеющих показатели преломления, отличающиеся друг от друга.

Числовая апертура NA на фиг.7 определяется следующим уравнением (1):

NA=sinθ (1).

Позицией 101 обозначен источник света, позиция 102 соответствует линзе ввода-вывода, 103 соответствует положению кардинальной точки передней стороны, θ соответствует половине угла, при котором свет от источника света входит в линзу ввода-вывода, f является фокусным расстоянием линзы ввода-вывода и D является эффективным диаметром линзы ввода-вывода.

Свет, излучаемый из линзы 102 ввода-вывода, является параллельным светом. Необходимо, чтобы множество световых потоков вводилось-выводилось единственной линзой 102 ввода-вывода, и в случае, когда свет используют для освещения, каждый из диаметров световых потоков, излучаемых из линзы ввода-вывода, является по существу одним и тем же. Диаметр Φ света, излучаемого из линзы 102 ввода-вывода, получают в соответствии со следующим уравнением (2):

Φ=2×f×NA (2).

В соответствии с этим в случае, когда углы входа множества световых потоков являются по существу одинаковыми, то есть числовая апертура NA является по существу одной и той же, необходимо, чтобы фокусные расстояния линзы 102 ввода-вывода для множества световых потоков были по существу одинаковыми. В случае, когда длины волн источников света являются различными, показатели преломления материалов в линзе 102 ввода-вывода должны быть различными. Соответственно, в первом осуществлении, показанном на фиг.1, в поверхности линзы 5 ввода-вывода на стороне источника света радиусы кривизны первой области 6, через которую проходит только первый свет первой длины волны, и второй области 7, через которую проходит только второй свет второй длины волны, можно изменять для обеспечения возможности конфигурирования фокусного расстояния, чтобы фокусное расстояние единственной линзы ввода-вывода было по существу одинаковым для двух световых потоков, имеющих различные длины волн.

Результаты примера расчета линзы показаны в таблице 2. Радиусы кривизны первой и второй областей сконфигурированы так, что отличаются друг от друга, и в таком случае оптическая система может иметь одинаковое фокусное расстояние и одинаковую числовую апертуру для разного света, имеющего различные длины волн.

Пятое осуществление настоящего изобретения будет пояснено при обращении к фиг. 1, 4, 7, 8, 9А и 9В. На фиг.8 те же самые позиции использованы для таких же конфигураций, как конфигурации на фиг.4. Поскольку в четвертом осуществлении радиус кривизны первой области 6 линзы 5 ввода-вывода задан отличающимся от радиуса кривизны второй области 7 линзы 5 ввода-вывода, для света, имеющего различные длины волн, можно получать одно и то же фокусное расстояние и одну и ту же числовую апертуру, и поэтому световые потоки, излучаемые из линзы 5 ввода-вывода, могут иметь одинаковый диаметр.

В данном случае, если картины распределения интенсивности света (диаграмма направленности в дальней зоне: ДНДЗ) световых потоков, излучаемых от двух источников 1, 2 света, являются по существу одинаковыми, можно определить, что оптическая система находится в состоянии, в котором «световые потоки имеют по существу одинаковый диаметр».

Диаграмма направленности в дальней зоне полупроводникового лазера, который обычно используют в качестве источника света, является разной в зависимости от типа полупроводникового лазера. При рассмотрении различий диаграмм направленности в дальней зоне необходимо, чтобы в идеальном случае диаметр был одинаковым.

Чтобы установить одинаковыми диаметры световых потоков после прохождения через линзу 5 ввода-вывода в случае, когда источники 1, 2 света имеют отличающиеся друг от друга диаграммы направленности в дальней зоне, требуется только определить числовую апертуру линзы с тем, чтобы задать интенсивность света, входящего в линзу 5 ввода-вывода при максимальном угле.

В случае, когда диаметр D светового потока, который входит в линзу ввода-вывода, является постоянным, показанным на фиг.7, изменение числовой апертуры NA соответствует изменению фокусного расстояния линзы ввода-вывода.

Если для фиг.4 задать соотношение А<В, где А (в градусах) является диаграммой направленности в дальней зоне первого источника 1 света, измеряемой по полной ширине на половине максимума, и В (в градусах) является диаграммой направленности в дальней зоне второго источника 2 света, и к тому же f1>f2, где f1 представляет собой фокусное расстояние первой области линзы 5 ввода-вывода для света, проходящего через область 6 на фиг.4, и f2 представляет собой фокусное расстояние второй области линзы 5 ввода-вывода для света, проходящего через область 7 на фиг.4, распределения интенсивностей двух световых пучков 19, объединяемых клиновидной призмой 13, могут быть по существу одинаковыми.

На фиг.8 показаны световой путь и форма линзы 5 ввода-вывода, рассчитанной так, чтобы соблюдалось f1>f2, а в таблице 3 показаны результаты для разработанной конфигурации. В результате при изменении фокусных расстояний первой и второй областей 6, 7 положения первого и второго источников 1, 2 света отклоняются друг от друга в направлении z, что показано посредством Δd на фиг.8.

На фиг. 9А и 9В показано состояние, в котором точки излучения (источники света) 1, 2 расположены на держателе 3. Когда источники 1, 2 света излучают свет, источники 1, 2 света выделяют теплоту, и необходимо отводить теплоту, чтобы предотвращать ухудшение характеристик, снижение срока службы изделия и т.п. Держатель 3 выполнен с возможностью отвода теплоты, выделяемой источниками 1, 2 света, и предпочтительно, чтобы контактный участок между источниками 1, 2 света и держателем 3 был большим.

В соответствии с этим, когда два источника 1, 2 света разносят в направлении z на фиг. 9А, 9В, один источник света нельзя смещать от держателя 3 вперед в направлении излучения, и поэтому его смещают к задней стороне держателя 3.

На фиг.9А представлен вид, иллюстрирующий состояние, в котором источник 1 света смещен на держателе 3 к задней стороне. В этом состоянии нет проблемы с отводом теплоты. Однако, как показано на фиг.9В, наблюдаемой с направления y, если источник света чрезмерно сместить к задней стороне, участок на стороне держателя 3 в направлении x на фиг.9В в пределах света, излучаемого от источника 1 света, дойдет до держателя 3 или будет затеняться держателем 3, так что возможно искажение распределения излучаемого света.

В соответствии с этим предпочтительно, чтобы точки излучения двух источников 1, 2 света находились по существу в одном положении по направлению z на фиг.9В.

Толщина линзы в первой обл