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公開番号2025031080
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-07
出願番号2023137060
出願日2023-08-25
発明の名称光ビーム出射装置
出願人国立大学法人福井大学,ウイニングオプト株式会社
代理人弁理士法人フィールズ国際特許事務所
主分類F21S 2/00 20160101AFI20250228BHJP(照明)
要約【課題】光ビーム出射装置に関し、映像品質が劣化しない光ビーム投影装置或いは走査型蛍光測定装置等の光ビーム出射装置の小型化とハイパワー化を可能にする。
【解決手段】光ビーム出射装置であって、複数の光出射部材と集光部材とを有し、複数の光出射部材から出射する各光ビームの出射スポットの集光部材の光軸からの配列方向の移動量dが下記の条件を満たす範囲内に入るように設定する。
d=D₀×(Q/2)
D₀≦k×(n-n₀)/NA
但し、Qは、光出射部材の出射スポットから出射した光ビームが集光部材を通過した直後の光ビームの集光部材の光軸から移動した方向のビームサイズ、kは集光部材の周囲の屈折率に依存する比例定数、nは集光部材の屈折率、n₀は集光部材の周囲の屈折率、NAは光出射部材の開口数。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
複数の光出射部材と
集光部材と
を有し、
前記複数の光出射部材から出射する各光ビームの出射スポットの前記集光部材の光軸からの配列方向の移動量ｄが下記の条件を満たす範囲内に入っている光ビーム出射装置。
ｄ＝Ｄ
０
×（Ｑ／２）
Ｄ
０
≦ｋ×（ｎ-ｎ
０
）／ＮＡ
但し、Ｑは、前記光出射部材の出射スポットから出射した光ビームが前記集光部材を通過した直後の光ビームの前記集光部材の光軸から移動した方向の前記光ビームのサイズ、ｋは前記集光部材の周囲の屈折率に依存する比例定数、ｎは前記集光部材の屈折率、ｎ
０
は前記集光部材の周囲の屈折率、ＮＡは前記光出射部材の開口数。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記複数の光出射部材が、少なくとも一つの半導体発光素子を含む請求項１に記載の光ビーム出射装置。
【請求項３】
前記集光部材の周囲が、空気或いは真空である請求項１または請求項２に記載の光ビーム出射装置。
【請求項４】
前記複数の光出射部材の内で最も前記集光部材の光軸から離れた位置に設置される光出射部材の光ビームの出射スポットの前記集光部材の光軸からの配列方向の移動量ｄが、
ｄ＞Ｑ
ｃ
／２
である請求項１または請求項２に記載の光ビーム出射装置。
但し、Ｑ
ｃ
は、前記複数の光出射部材の内で前記集光部材の光軸に最も近い光出射部材から出射した光ビームの前記集光部材の光軸から移動した方向の前記光ビームのサイズ。
【請求項５】
前記複数の光出射部材の内で最も波長の短い光出射部材を前記集光部材の光軸上或いは前記集光部材の光軸に対して最も近い位置に設置する請求項１または請求項２に記載の光ビーム出射装置。
【請求項６】
前記複数の光出射部材を最も波長の短い光出射部材が前記集光部材の光軸に最も近づくように、波長の短い順に前記集光部材の光軸に近づけて設置する請求項１または請求項２に記載の光ビーム出射装置。
【請求項７】
複数の光出射部材と
集光部材と
を有し、
前記複数の光出射部材から出射する各光ビームの出射スポットの前記集光部材の光軸からの配列方向の移動量ｄが下記の条件を満たす範囲内に入っている光ビーム出射装置。
ｄ≦１．７×（Ｑ／２）
但し、Ｑは、前記光出射部材の出射スポットから出射した光ビームが前記集光部材を通過した直後の光ビームの前記集光部材の光軸から移動した方向の前記光ビームのサイズ。
【請求項８】
前記複数の光出射部材が、少なくとも一つの半導体発光素子を含む請求項７に記載の光ビーム出射装置。
【請求項９】
前記集光部材の周囲が空気或いは真空である請求項７または請求項８に記載の光ビーム出射装置。
【請求項１０】
前記複数の光出射部材の内で最も前記集光部材の光軸から離れた位置に設置される光出射部材の光ビームの出射スポットの前記集光部材の光軸からの配列方向の移動量ｄが、
ｄ＞Ｑ
ｃ
／２
である請求項７または請求項８に記載の光ビーム出射装置。
但し、Ｑ
ｃ
は、前記複数の光出射部材の内で前記集光部材の光軸に最も近い光出射部材から出射した光ビームの前記集光部材の光軸から移動した方向の前記光ビームのサイズ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ビーム出射装置に関するものであり、例えば、小型化が可能で、かつ構成が単純な光ビーム投影装置や走査型蛍光測定装置等の光ビーム出射装置を提供する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、光ビーム出射装置の応用として、色の異なる複数の光ビームを用いてカラー映像を投影するための光ビーム投影装置がある。ここでは、光ビーム出射装置中に合波器を設けて各光ビームを１本に合波し、光ビーム出射装置から出射する合波ビームを２次元走査して映像をスクリーン等に投影する光ビーム投影装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一方、複数の光ビームを合波しない光ビーム出射装置を用いて、それから出射する光ビームをそのまま走査して映像を得る光ビーム投影装置が、かなり以前から知られている（例えば、特許文献２乃至特許文献４参照）。また、複数の光ビームを合波しない光ビーム出射装置として、小型化が可能な構成が提案されている（例えば、特許文献５参照）。この光ビーム出射装置は、一方で、走査型蛍光測定装置への応用も考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第５８１７０２２号
特開２００３－２１８００号公報
欧州登録特許３０５４６７６
欧州登録特許２９７７８０８
特許第６９６６１４４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１のように合波器を用いた光ビーム出射装置による光ビーム投影では、合波するための部品が必要であり、装置構成が複雑になって、装置自体の小型化が難しいという問題がある。
【０００６】
一方、特許文献２乃至特許文献４のように、複数の光ビームを合波せず映像を投影する光ビーム出射装置や、それを用いた光ビーム投影装置では、装置構成は簡単になるが、ビームが１本化されていないため、色むらが生じ、高精細の映像を得ることが難しくなる。このため、映像出力信号のタイミング調整など複雑な映像信号の処理が必要になる問題がある（例えば、特許文献３及び特許文献４参照）。
【０００７】
また、特許文献５のように、複数の光ビームを合波せず映像を投影する光ビーム投影装置においても、光源の配置方法を工夫して、色むらの原因となるビーム特性の改善が図られているが、完全に色むらを排除することはできていない。
【０００８】
したがって、本発明は、複数の光ビームを合波せず映像を投影する光ビーム投影装置において、色むらが生じず、かつ、映像出力信号のタイミング調整など複雑な映像信号の処理が簡単な光ビーム出射装置およびそれを用いた光ビーム投影装置を提供することを目的とする。なお、本発明においては、「光ビーム出射装置」は、複数の光ビームを単に出射する装置を言い、「光ビーム投影装置」は、「光ビーム出射装置」から出射された光ビームを光走査ミラー等によって走査し、スクリーン等に映像を投影する装置を言う。また、光ビーム出射装置のビーム特性の改善は、走査型蛍光測定装置においても、蛍光分布の解析を高精度で実施するときの課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一つの態様では、複数の光出射部材と集光部材とを有し、複数の光出射部材から出射する各光ビームの出射スポットの集光部材の光軸からの配列方向の移動量ｄが下記の条件を満たす範囲内に入っている光ビーム出射装置。
ｄ＝Ｄ
０
×（Ｑ／２）
Ｄ
０
≦ｋ×（ｎ-ｎ
０
）／ＮＡ
但し、Ｑは、光出射部材の出射スポットから出射した光ビームが集光部材を通過した直後の光ビームの集光部材の光軸から移動した方向の光ビームのサイズ、ｋは集光部材の周囲の屈折率に依存する比例定数、ｎは集光部材の屈折率、ｎ
０
は集光部材の周囲の屈折率、ＮＡは光出射部材の開口数。
【００１０】
他の態様では、複数の光出射部材と集光部材とを有し、複数の光出射部材から出射する各光ビームの出射スポットの集光部材の光軸からの配列方向の移動量ｄが下記の条件を満たす範囲内に入っている光ビーム出射装置。
ｄ≦１．７×（Ｑ／２）
但し、Ｑは、光出射部材の出射スポットから出射した光ビームが集光部材を通過した直後の光ビームの集光部材の光軸から移動した方向の光ビームのサイズ。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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