平行光发生装置制造方法及图纸

透镜(10)具有呈柱面形状且凹面形状的入射面(11)和相对于光轴(10a)呈凸面形状的出射面(12)。光源(20)在垂直方向具有较大的发散角，在水平方向具有比垂直方向的发散角小的发散角。光源(20)配置在透镜(10)的垂直方向的入射面侧焦距的位置。将光源(20)的水平方向被配置为透镜(10)的柱面形状的曲率方向。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】平行光发生装置
本专利技术涉及平行光发生装置，该平行光发生装置具有：光源，其射出具有在与光轴垂直的面内包含的双轴方向上不对称的发散角的光；以及转换光学系统，其减小来自光源的输出光的发散角。
技术介绍
近年来，高效率的照明用的光源备受关注，已实现使用LED(LightEmittingDiode：发光二极管)或激光器的固体照明产品。从光源射出的光随着传播而发散，因而在向期望的光学系统或照射面传播时，要求减小发散角而成为接近平行光的光线。为了使光线成为平行光，广泛采用通过使用透镜在透镜的入射面侧焦点位置配置光源来进行校准的技术。以往，例如专利文献1所示的结构通过使用非球面单透镜并在透镜的焦点位置配置光源，使发散角较大的光成为大致平行光。实际的光源不是点光源而是具有有限的发光点的尺寸。此时，使用在校准时使用的透镜的焦距f和光源的各方向的发光半宽wh、wv，将水平方向和垂直方向的校准后的发散半角θho、θvo表示成如下式(1)所示。θho＝Tan-1(wh/f)θvo＝Tan-1(wv/f)(1)由此，在用焦距f的透镜进行校准的情况下，光源的发光半宽wh、wv越大，则校准后的发散半角θho、θvo越大。光源的发光宽度通常使用者是不能自由变更的，因而为了减小发散角，需要增大透镜的焦距f。此时，光源配置在透镜的入射面侧焦点位置，因而随着增大焦距f，光源与透镜的距离增大。另外，当使用发散角在与光的出射方向垂直的面处不同的光源的情况下，从光的利用效率的观点考虑，优选以相对于发散角较大的方向的光线不产生损失的方式决定透镜的有效直径Φ。在设较大的方向的发散半角为θvi时，透镜位置处的光线的发光半宽wv1表示成如下式(2)所示。wv1＝wv+f×Tan(θvi)(2)由此，在使用焦距f的透镜的情况下，为了有效地利用发散半角θvi内的能量，透镜的有效直径Φ优选为2×wv1以上。其结果是，在增大焦距f时，需要具有与f成比例地增大的有效直径Φ的透镜。在透镜的有效直径小于式(2)的值的情况下，发散半角θvi内的能量的一部分因晕影而消失。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开平2-235010号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题根据式(1)和式(2)的关系，对于具有发光半宽wh、wv的光源，焦距f、透镜的有效直径Φ和校准后的发散半角θho、θvo是不能单独决定的，存在取舍的关系。即，为了减小发散角，需要增大焦距f，需要将较大的透镜置于较远的位置。在使用焦距f较短的透镜时，不能减小发散角。因此，存在很难同时满足小型化、较小的发散角以及较高的光利用效率的条件这样的问题。本专利技术正是为了解决该问题而完成的，其目的在于，得到一种平行光发生装置，能够同时满足小型化、较小的发散角以及较高的光利用效率的条件。用于解决问题的手段本专利技术的平行光发生装置具有：透镜，其具有呈柱面形状且凹面形状的入射面和呈关于光轴凸面形状的出射面；以及光源，其与光轴垂直的面内的一个方向和与一个方向相差90度的另一个方向的发散角不同，光源配置在透镜的另一个方向的入射面侧焦距的位置，而且光源的一个方向被配置为透镜的柱面形状的曲率方向。专利技术效果本专利技术的平行光发生装置具有透镜，该透镜具有呈柱面形状且凹面形状的入射面和呈关于光轴凸面形状的出射面，将在一个方向和另一个方向具有不同的发散角的光源配置在透镜的另一个方向的入射面侧焦距的位置，而且配置成使一个方向为透镜的柱面形状的曲率方向。由此，作为平行光发生装置，能够满足小型化、较小的发散角以及较高的光利用效率的条件。附图说明图1A是本专利技术的实施方式1的平行光发生装置的俯视图，图1B是侧视图。图2A是本专利技术的实施方式1的平行光发生装置的光源的俯视图，图2B是侧视图。图3A是用于说明本专利技术的实施方式1的平行光发生装置的光路的俯视图，图3B是侧视图。图4是表示水平方向和垂直方向的校准后的发散半角θho、θvo与焦距f的关系的说明图。图5是表示光源的各方向的发光半宽wh、wv与焦距f的关系的说明图。图6A是本专利技术的实施方式2的平行光发生装置的俯视图，图6B是侧视图。图7A是本专利技术的实施方式3的平行光发生装置的光源的俯视图，图7B是侧视图。具体实施方式下面，为了更详细地说明本专利技术，参照附图说明用于实施本专利技术的方式。实施方式1图1是实施方式1的平行光发生装置的说明图，图1A是俯视图，图1B是侧视图。在实施方式1的平行光发生装置中，作为光源20使用半导体激光器，光源20在与光轴垂直的面内的一个方向即水平方向和与一个方向相差90度的另一个方向即垂直方向，具有不同的发散角。水平方向的光线20a是最小的发散半角，典型地是2°～15°(半角1/e2)。另外，内部位置21a是水平方向的光线20a的假想出射点。垂直方向的光线20b是最大的发散半角，典型地是15°～45°(半角1/e2)。垂直方向的光线20b的出射点是光源20的端面21b。并且，光源20在水平、垂直方向具有有限的发光宽度20c、20d。水平方向的发光宽度20c通常在数μm～数百μm的范围。垂直方向的发光宽度20d通常在1μm～数μm的范围。如图2A和图2B所示，通常作为光源20的半导体激光器具有数μm～20μm左右的像散，在水平方向和垂直方向上假想出射点不同，水平方向呈从比半导体激光器的端面更靠内部出射的状态。即，内部位置21a是假想出射点。透镜10是具有入射面11和出射面12的中心厚度d的光学元件，用折射率n的玻璃制作。透镜10利用研磨或模塑成形等通常制作透镜的方法制作。在入射面11和出射面12的表面形成针对光源波长的防反射膜，但没有图示。入射面11构成为相对于光源20的水平方向的光线20a为柱面的凹面形状，出射面12具有关于透镜10的光轴10a旋转对称的凸面形状。入射面11具有在水平方向为曲率半径Rh1且在垂直方向为曲率半径Rv1(平面)的曲率，出射面12具有在水平方向、垂直方向都是曲率半径Rv2的曲率。入射面11的水平方向的曲率半径Rh1和出射面12的水平方向的曲率半径Rh2、透镜的厚度d以及玻璃的折射率n满足下式(3)的关系。另外，关于曲率半径Rh1和Rh2的符号，以入射面11和出射面12与光轴10a的交点为基准，将曲率中心的位置位于光源侧的情况定义为正，将位于相对一侧的情况定义为负。针对垂直方向的光线20b，垂直方向的焦距f和前侧(光源侧)焦距FFLv使用入射面11的垂直方向的曲率半径Rv1、出射面12的垂直方向的曲率半径Rv2、透镜的厚度d以及玻璃的折射率n表示成如下式(4)所示。其中，h1是透镜10的垂直方向的前侧(光源侧)主点位置，从入射面11与光轴10a的交点朝向透镜内部的方向，将符号定义为正。在曲率半径Rv1无限大(平面)的情况下，式(4)可简化成下式(5)。在设出射面12旋转对称的情况下，曲率半径Rh2＝Rv2，将式(3)和式(5)关联起来。将光源20设置成使其端面21b位于透镜10的针对垂直方向的焦距FFLv处。下面，使用图3说明实施方式1的动作。图3A是俯视图，图3B是侧视图。从光源20射出的光线一边发散一边入射到透镜10的入射面11，从入射面11到出射面12在透镜内部传播，并从出射面12出射。入射面11成为柱面形状，因而水平方向的光线20a和垂直方向的光线20b根本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种平行光发生装置，其特征在于，该平行光发生装置具有：透镜，其具有呈柱面形状且凹面形状的入射面和呈关于光轴凸面形状的出射面；以及光源，其与所述光轴垂直的面内的一个方向和与该一个方向相差90度的另一个方向的发散角不同，所述光源配置在所述透镜的所述另一个方向的入射面侧焦距的位置，而且所述光源的一个方向被配置为所述透镜的柱面形状的曲率方向。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种平行光发生装置，其特征在于，该平行光发生装置具有：透镜，其具有呈柱面形状且凹面形状的入射面和呈关于光轴凸面形状的出射面；以及光源，其与所述光轴垂直的面内的一个方向和与该一个方向相差90度的另一个方向的发散角不同，所述光源配置在所述透镜的所述另一个方向的入射面侧焦距的位置，而且所述光源的一个方向被配置为所述透镜的柱面形状的曲率方向。2.根据权利要求1所述的平行光发生装置，其特征在于，所述光源的所述一个方向的发光点宽度大于所述另一个方向的发光点宽度。3.根据权利要求1所述的平...

【专利技术属性】
技术研发人员：酒井浩平，高田由香里，正田史生，广泽贤一，柳泽隆行，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP