JP2006071487A

JP2006071487A - 分光装置

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Publication number: JP2006071487A
Application number: JP2004255864A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Niwa; 真一丹羽; Toshiaki Asakawa; 寿昭浅川; Shigeyuki Adachi; 重之足立; Kuniyuki Takao; 邦之高尾
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2004-09-02
Filing date: 2004-09-02
Publication date: 2006-03-16
Also published as: US20060044656A1; US6999253B1

Abstract

【課題】その目的とするところは、時分割型の分光装置を高精度かつ低コストに提供する。
【解決手段】カラーホイール１４が、モータを構成するハブ１２に直接接合されている。カラーホイール１４をモータに固定するための構造および作業工程の単純化を図ることによって、カラーホイールを備えた分光装置１０の部品点数および組立工数の削減を図り、時分割型の分光装置を高精度かつ低コストに提供することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、時分割型の分光装置のフィルタ素子として好適なカラーホイールを備えた分光装置に関するものである。

従来、投射型の画像表示装置における色合成の方式は、画素毎の光量を調節して画像を生成するライトバルブ素子を１つ使用し、画素ごとにＲ（赤色）光、Ｇ（緑色）光、Ｂ（青色）光に分光する単板式、Ｒ光用、Ｇ光用、Ｂ光用にライトバルブ素子を３つ使用して並列に生成したＲ画像、Ｇ画像、Ｂ画像を合成する３板式などの方式が一般的であった。近年、たとえば強誘電性液晶表示素子やデジタルマイクロミラーデバイスなどの高速スイッチング可能なライトバルブ素子が実用化されるにつれて、１つのライトバルブ素子にＲ光、Ｇ光、Ｂ光を順次入射させ、そのライトバルブ素子を入射光の切り替えに同期させて駆動してＲ画像、Ｇ画像、Ｂ画像を時系列的に生成し、それらを順次スクリーン等に投射する時分割型の単板方式が広く使用されるようになってきている。この場合、画像の色合成はいわゆる残像効果により観察者の視覚系において実行されるものである。この方式によれば、比較的単純な光学系を用いて装置の小型化、軽量化を達成できるため、投射型の画像表示装置を低コストで実現する上で好適な方式である。カラーホイールは、このような画像表示装置において、白色光源から出射する光を、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの波長帯域の光に順次分光する時分割型分光装置用のフィルタ素子として、好適に使用されるものである。

このようなカラーホイールを備えた時分割型の分光装置の例を図４に示す。図４におい
て、分光装置２００はカラーホイール１００と、モータ１０６とを備えている。カラーホイール１００は、たとえば光学ガラスなどの光透過性材料からなる円盤状の基板１０１上に、たとえばＲ光のみを透過させるフィルタ領域１０２、Ｇ光のみを透過させるフィルタ領域１０３、Ｂ光のみを透過させるフィルタ領域１０４が形成され、モータ１０６の構成部材であるハブ１０５に対し、カラーホイール１００が固定されている。この分光装置２００は、モータ１０６の回転につれてカラーホイール１００が高速回転し、カラーホイール１００に入射する白色光Ｓの入射面に対するフィルタ領域がＲ透過フィルタ領域１０２、Ｇ透過フィルタ領域１０３、Ｂ透過フィルタ領域１０４と順次切り替ることによって、入射白色光ＳをそれぞれＲ光、Ｇ光、Ｂ光に順次分光するものである。

さて、図５、図６には、別々に作成された複数の扇形カラーフィルタセグメントを同心円状に配列して、互いに固定することにより構成された「セグメントタイプ」のカラーホイール１６０の構造例を示している。このカラーホイールは、複数（図５では４つ）の独立した扇形カラーフィルタセグメント１１２、１１４、１１６、１１８を、支持体１２０および保持リング１２２を用いて固定することによって、カラーホイール１６０を構成したものである。
図５のカラーホイール１６０は、図６に分解断面図でも示すように、支持体１２０の小径円筒部１２０ａに対し、各扇形カラーフィルタセグメント１１２〜１１８の内周辺１１２ａ〜１１８ａを当接させることによって、各扇形カラーフィルタセグメントの、（カラーホイールの）半径方向の位置決めを行い、かつ、支持体１２０の環状座部１２０ｂに対し、各扇形カラーフィルタセグメント１１２〜１１８の内周辺寄りの側面を当接させることにより、各扇形カラーフィルタセグメントの厚み方向の位置合わせを行うものである。

さらに、支持体１２０の中心穴１２０ｃに対し、保持リング１２２の小径部１２２ａを嵌合させ、保持リング１２２の環状座部１２２ｂと支持体１２０の環状座部１２０ｂとで、各扇形カラーフィルタセグメント１１２〜１１８の内周辺寄りの側面を挟持し、さらに、各扇形カラーフィルタセグメント１１２〜１１８と支持体１２０とカバー１１２とを接着固定することにより、各扇形カラーフィルタセグメント１１２〜１１８は一体化される。そして、保持リング１２２の中心穴１２２ｃを、図４に示すハブ１０５に挿通して固定することにより、モータ１０６に対して固定される（例えば、特許文献１、２参照。）。

特開２００４−１０１８２７号公報（〔００１０〕、図６）特開平１０−４８５４２号公報（〔請求項１〕、図２）

ところで、従来のカラーホイール１６０は、上記のように、支持体１２０および保持リング１２２によって各扇形カラーフィルタセグメント１１２〜１１８を一体化した後に、ハブ１０５に対して固定する手順を採っている。したがって、構成部品の点数が多くなり、部品コストの上昇と製造コストの増加が問題とされていた。
なお、保持リング１２２は、カラーホイールをモータ１０６のハブ１０５へと接合する機能を備える部品であり、当初から一体のディスク上に各色フィルタが形成され、支持体を持たない「モノリシックタイプ」のカラーホイールの場合であっても、ハブ１０５に対する固定に保持リング１２２が必要とされている。よって、モノリシックタイプのカラーホイールを用いた分光装置においても、更なる構成部品の省略化が望まれていたところである。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、時分割型の分光装置を高精度かつ低コストに提供することにある。

上記課題を解決するための、本発明の請求項１に係る分光装置は、異なる波長帯域の光を透過または反射する複数のフィルタ領域が形成されたカラーホイールと、該カラーホイールを回転駆動させるモータとを備え、前記カラーホイールが、前記モータを構成するハブに直接接合されていることを特徴とするものである。
この構成により、カラーホイールをモータに固定するための構造および作業工程の単純化を図ることができる

また、本発明の請求項２に係る分光装置は、請求項１記載の分光装置において、前記カラーホイールは、複数の扇型カラーフィルタセグメントを同心円状に配列して構成されていることを特徴とするものである。
本発明によれば、前述のセグメントタイプのカラーホイールにおいても、モータに固定するための構造および作業工程の単純化を図ることができる。

さらに、本発明の請求項３に係る分光装置は、請求項２記載の分光装置において、前記ハブから突出する凸部が設けられると共に、前記カラーフィルタセグメントに前記凸部を受け入れるための凹部または貫通穴が形成されていることを特徴とするものである。
本発明によれば、ハブから突出する凸部が、扇型カラーフィルタセグメントに形成された凹部または貫通穴と係合することで、ハブに対する各扇型カラーフィルタセグメントの半径方向の位置決めがなされる。よって、カラーホイールが高速回転する際に、各扇形カラーフィルタセグメントに作用する遠心力に抗して、各扇形カラーフィルタセグメントの飛散を確実に防止することができる。しかも、ハブと各扇形カラーフィルタセグメントとの固定に際し、これらと独立した固定用の部品を用いることなく、確実に両者を固定することが可能となる。

また、本発明の請求項４に係る分光装置は、請求項３記載の分光装置において、前記凸部は、前記ハブに形成された穴若しくは凹部に、圧入固定されたピンであり、本発明の請求項５に係る分光装置では、前記凸部は、前記ハブに形成された穴若しくは凹部に挿入され、接着固定されたピンである。さらに、本発明の請求項６に係る分光装置では、前記凸部は、前記ハブに形成された穴若しくは凹部に、圧入固定されたボールであり、本発明の請求項７に係る分光装置では、前記凸部は、前記ハブに形成された穴若しくは凹部に挿入され、接着固定されたボールである。
そして、これらの何れの構成においても、ハブから突出する各態様の凸部が、扇型カラーフィルタセグメントに形成された凹部または貫通穴と係合することで、ハブに対する各扇型カラーフィルタセグメントの半径方向の位置決めがなされる。よって、カラーホイールが高速回転する際に、各扇形カラーフィルタセグメントに作用する遠心力に抗して、各扇形カラーフィルタセグメントの飛散を確実に防止することができる。

また、本発明の請求項８に係る分光装置は、請求項３から７のいずれか１項記載の分光装置において、前記凸部は、前記ハブと前記カラーフィルタセグメントとが重なり合い、前記ハブに形成された穴若しくは凹部と、前記カラーフィルタセグメントの凹部または貫通穴とが一致した状態で、前記ハブの穴若しくは凹部と、前記カラーフィルタセグメントの凹部または貫通穴とに圧入または挿入されたものである。
本発明によれば、カラーホイールがハブに対し最終的に固定される状態で、ハブから突出する各態様の凸部が、扇型カラーフィルタセグメントに形成された凹部または貫通穴と係合し、ハブに対する各扇型カラーフィルタセグメントの半径方向の位置決めがなされる。よって、カラーホイールが高速回転する際に、各扇形カラーフィルタセグメントに作用する遠心力に抗して、各扇形カラーフィルタセグメントの飛散を確実に防止することができる。

さらに、本発明の請求項９に係る分光装置は、請求項３記載の分光装置において、前記ハブは鋳造品であり、前記ハブから突出する凸部は、前記ハブの他の部分と一体に成形されたものであり、本発明の請求項１０に係る分光装置では、前記ハブはプレス成形品であり、前記ハブから突出する凸部は、前ハブの他の部分と一体にプレス加工により成形されたものである。
これらの発明によれば、凸部を有するハブの構成部品数および組立工数の削減を図ることができる。

また、本発明の請求項１１に係る分光装置は、請求項７記載の分光装置において、前記ハブに形成された凹部を、環状の溝としたものであり、本発明の請求項１２に係る分光装置では、前記ハブに形成された凹部を、円弧状の溝としたものである。
そして、これらの構成によれば、ハブと扇型カラーフィルタセグメントとを接着させる際に、ボールをハブに形成された円弧上の溝若しくは環状の溝に係合させて移動または転動させることができることから、ハブと前記カラーフィルタセグメントとを当接させた状態で、両者の円周方向の相対位置を変化させて、いわゆる摺り合わせによる接着剤の延ばしを行うことが可能となる。

また、本発明の請求項１３に係る分光装置は、請求項３から１２のいずれか１項記載の分光装置において、前記ハブの凸部と、前記カラーフィルタセグメントの凹部または貫通穴とが、圧入固定されているものであり、本発明の請求項１４に係る分光装置では、請求項３から１２のいずれか１項記載の分光装置において、前記ハブの凸部と、前記カラーフィルタセグメントの凹部または貫通穴とが、挿入状態で前記ハブと前記カラーフィルタセグメントとが接着されているものである。

さらに、本発明の請求項１５に係る分光装置は、請求項１から１４のいずれか１項記載の分光装置において、前記モータを構成するハブは、前記カラーホイールを結合した後に、前記モータを構成する他の部材と一体化されたものである。
本発明によれば、ハブをモータの他の部分に対して回転自在に保持するための軸受に対し、カラーホイールをハブに取り付ける際にハブに加わる力が加わることがないため、軸受不良の発生を抑えることが可能となる。

本発明はこのように構成したので、時分割型の分光装置を高精度かつ低コストに提供することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
本発明の実施の形態に係る分光装置１０は、図１に示すように、モータを構成するハブ１２に対し、カラーホイール１４を直接接合したものである。図１の例では、モノリシックタイプのカラーホイール１４を、ハブ１２に対して接着剤を用いて固定している。
一方、セグメントタイプのカラーホイール（図３のカラーホイール１５を参照）を用いる場合であっても、各カラーフィルタセグメントを、ハブ１２に対し直接的に接着することとする。さらに、セグメントタイプのカラーホイールの場合には、図２に示すように、ハブ１２から凸部１６を突出させると共に、カラーフィルタセグメント１８（以下、単に「セグメント」ともいう。）に、ピン１６を受け入れるための凹部または貫通穴２６（図示の例では貫通穴）を形成し、ピン１６を貫通穴２６に一致させて、カラーフィルタセグメント１８をハブ１２に接着固定することが望ましい。

なお、図２では、一つのセグメント１８のみ図示しているが、実際には、図３に示すように、複数のセグメント１８、２０、２２、２４によって、円形のカラーホイール１５が形成されるものである。また、各セグメント毎に、ピン１６を貫通穴２６とが配置される。さらに、１つのセグメント毎のピン１６および貫通穴２６の数は、図２の二つに限らず、必要に応じて一つとしても良く、三つ以上のピン１６および貫通穴２６を設けることとしても良い。また、ピン１６は、図２のように単純な円柱状のものを用いるのみならず、その先端部に面取りが施されたピンを用いることとしても良く、ピンは半球状に形成されていても良い。さらに、ピン１６に替えて、ハブ１２からベアリングボール等のボールを突出させることとしても良い。また、ハブ１２に対する、ピン１６等の凸部の固定方法は、ハブに形成した凹部または貫通穴に対し、ピン１６を圧入することによって固定しても良く、また、ハブに形成した凹部または貫通穴に対し隙間嵌め状態でピン１６を挿入し、接着剤を用いてこれを接着固定しても良い。
さらに、セグメント１８の基材としてはガラス材が一般的に用いられているが、このガラス材に凹部または貫通穴を形成するには、通常の機械加工によっても行うことができるが、それ以外にも超音波加工、ブラスト加工またはレーザ加工等の方法が適用可能できる。

また、セグメント１８をハブ１２に取付けるに際し、ピン１６を備えないハブ１２とセグメント１８とを重ね合わせ、ハブ１２に形成されたピン穴と、セグメント１８の貫通穴２６とを一致させた状態で、ピン１６をセグメント１８の貫通穴２６およびハブ１２のピン穴に圧入固定し、または挿入して接着固定することとしてもよい。そして、何れの場合においても、ハブ１２から突出するピン１６が、最終的な完成状態において、セグメント１８に形成された貫通穴２６と係合することで、ハブ１２に対する各セグメント１８の半径方向の位置決めがなされる。
なお、ピン１６とセグメント１８の貫通穴２６との固定方法についても、ピン１６を、セグメント１８の貫通穴２６に対し圧入固定するものであってもよく、ピン１６を、隙間嵌め状態で貫通穴２６に挿入し、ピン１６をセグメント１８の貫通穴２６に対し接着固定するものであってもよい。

さらに、凸部１６にボールを用いる場合の応用例として、図３に斜視図で示すように、ハブ１２の各セグメント１８、２０、２２、２４との当接面に、ボール２８を受け入れるための環状の溝３０を形成することとしても良く、また、環状の溝３０を所定の長さに分断して、円弧状の溝を構成することとしてもよい。
更なる別例としては、ハブ１２を鋳造品とし、ハブ１２から突出するピンを、支持体１６の他の部分と一体に鋳造成形しても良く、また、支持体１６をプレス成形品とし、プレス加工により、ハブ１２から突出する凸部を成形することとしても良い。

また、カラーホイール１４、１５とハブ１２とをモータ（図４のモータ１０６参照。）に取付ける手順としては、ハブ１２をモータに接合した後に、カラーホイール１４、１５をハブ１２に固定することとしても良く、ハブ１２にカラーホイール１４、１５を接合した後に、ハブ１２をモータを構成する他の部材と一体化することとしても良い。

上記構成をなす、本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果をえることが可能である。まず、カラーホイール１４、１５が、モータを構成するハブ１２に直接接合されていることから、カラーホイール１４、１５をモータ（図４のモータ１０６参照。）に固定するための構造および作業工程の単純化を図ることができる。また、部品点数の削減に伴ってモータ回転時のバランスに悪影響を及ぼす因子が少なくなることから、カラーホイールを組み付け後のバランス調整が容易となり、アンバランスの修正に要する工数の削減が期待できる。よって、カラーホイールを備えた分光装置１０の部品点数および組立工数の削減を図り、時分割型の分光装置を高精度かつ低コストに提供することが可能となる。

また、ここで用いられるカラーホイールは、モノリシックタイプのカラーホイール１４のみならず、複数の扇型カラーフィルタセグメントを同心円状に配列して構成されたセグメントタイプのカラーホイール１５も用いることとしてもよい。そして、セグメントタイプのカラーホイール１５においても、モータに固定するための構造および作業工程の単純化を図ることができる。

さらに、セグメントタイプのカラーホイール１５を採用する場合には、ハブ１２から突出する凸部１６が設けられると共に、カラーフィルタセグメント１８に凸部１６を受け入れるための凹部または貫通穴２６が形成されていることで、ハブ１２から突出する凸部１６が、扇型カラーフィルタセグメント１８に形成された凹部または貫通穴２６と係合することにより、ハブ１２に対する各扇型カラーフィルタセグメント１８の半径方向の位置決めがなされる。よって、カラーホイール１５が高速回転する際に、各扇形カラーフィルタセグメントに作用する遠心力に抗して、各扇形カラーフィルタセグメントの飛散を確実に防止することができる。しかも、ハブと各扇形カラーフィルタセグメントとの固定に際し、これらと独立した固定用の部品（例えば、支持体や保持リング等。）を用いることなく、確実に両者を固定することが可能となる。

また、ハブ１２の凸部は、ハブ１２に形成された穴若しくは凹部に、ピン１６を圧入固定したものや、ハブ１２に形成された穴若しくは凹部にピンを挿入し、接着固定したものであってもよい。また、ピン１２に代えて、ボール２８を用いることも可能である。これらの何れの構成においても、ハブから突出する各態様の凸部１６、２８が、扇型カラーフィルタセグメント１８に形成された凹部または貫通穴２６と係合することで、ハブ１２に対する各扇型カラーフィルタセグメント１８、２０、２２、２４の半径方向の位置決めがなされる。よって、カラーホイール１５が高速回転する際に、各扇形カラーフィルタセグメント１８、２０、２２、２４に作用する遠心力に抗して、各扇形カラーフィルタセグメント１８、２０、２２、２４の飛散を確実に防止することができる。

また凸部１６、２８は、ハブ１２とカラーフィルタセグメント１８とが重なり合い、ハブ１２に形成された穴若しくは凹部と、カラーフィルタセグメント１８の凹部または貫通穴２６とが一致した状態で、ハブ１２の穴若しくは凹部と、カラーフィルタセグメント１８の凹部または貫通穴２６とに圧入または挿入されたものとすれば、カラーホイール１５がハブ１２に対し最終的に固定される状態で、ハブ１２から突出する各態様の凸部１６、２８が、扇型カラーフィルタセグメント１８に形成された凹部または貫通穴２６と係合し、ハブ１２に対する各扇型カラーフィルタセグメント１８の半径方向の位置決めがなされる。よって、カラーホイール１５が高速回転する際に、各扇形カラーフィルタセグメント１８に作用する遠心力に抗して、各扇形カラーフィルタセグメント１８の飛散を確実に防止することができる。

さらに、ハブ１２を鋳造品とし、ハブ１２から突出する凸部１６を、ハブ１２の他の部分と一体に成形することとしても良く、ハブ１２をプレス成形品とし、ハブ１２から突出する凸部１６を、ハブ１２の他の部分と一体にプレス加工により成形することとしても良く、何れの場合でも、凸部１６を有するハブ１２の構成部品数および組立工数の削減を図ることができる。

また、ハブ１２の凸部にボール２８を用いる場合には、ハブ１２に形成された凹部を、環状の溝３０としても良く、円弧状の溝としてもよい。そして、これらの構成によれば、ハブ１２と扇型カラーフィルタセグメント１８、２０、２２、２４とを接着させる際に、ボール２８をハブ１２に形成された円弧上の溝３０若しくは環状の溝に係合させて移動または転動させることができることから、ハブ１２とカラーフィルタセグメント１８、２０、２２、２４とを当接させた状態で、両者の円周方向の相対位置を変化させて、いわゆる摺り合わせによる接着剤の延ばしを行うことが可能となる。

また、ハブ１２の凸部１６、２８と、カラーフィルタセグメント１８の凹部または貫通穴２６とが、圧入固定されているものとしても良く、ハブ１２の凸部１６、２８と、カラーフィルタセグメント１８の凹部または貫通穴２６とが挿入状態で、ハブ１２とカラーフィルタセグメント１８とが接着されていても良い。

さらに、分光装置１０の、モータを構成するハブ１２は、カラーホイール１４、１５をハブ１２に結合した後に、モータを構成する他の部材と一体化することとすれば、ハブ１２をモータの他の部分に対して回転自在に保持するための軸受に対し、カラーホイール１４、１５をハブ１２に取り付ける際にハブ１２に加わる力が加わることがないため、軸受不良を原因とするモータ不良の発生を抑えることが可能となる。

本発明の実施の形態に係る、カラーホイールを使用した分光装置の要部を示す斜視図であり、（ａ）は分解図、（ｂ）は組立完了図である。図１に示す分光装置の応用例を示す分解斜視図である。図２に示すカラーホイールの別の応用例を示す分解斜視図である。従来の分光装置を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。従来のセグメントタイプのカラーホイールを示す平面図である。図５に示すカラーホイールの分解断面図である。

符号の説明

１０：分光装置、１２：ハブ、１４、１５：カラーホイール、１６：ピン、１８、２０、２２、２４：扇形カラーフィルタセグメント、２６：貫通穴、２８：ボール、３０：環状の溝

Claims

異なる波長帯域の光を透過または反射する複数のフィルタ領域が形成されたカラーホイールと、該カラーホイールを回転駆動させるモータとを備え、
前記カラーホイールが、前記モータを構成するハブに直接接合されていることを特徴とする分光装置。
前記カラーホイールは、複数の扇型カラーフィルタセグメントを同心円状に配列して構成されていることを特徴とする請求項１記載の分光装置。
前記ハブから突出する凸部が設けられると共に、前記カラーフィルタセグメントに前記凸部を受け入れるための凹部または貫通穴が形成されていることを特徴とする請求項２記載の分光装置。
前記凸部は、前記ハブに形成された穴若しくは凹部に、圧入固定されたピンであることを特徴とする請求項３記載の分光装置。
前記凸部は、前記ハブに形成された穴若しくは凹部に挿入され、接着固定されたピンであることを特徴とする請求項３記載の分光装置。
前記凸部は、前記ハブに形成された穴若しくは凹部に、圧入固定されたボールであることを特徴とする請求項３記載の分光装置。
前記凸部は、前記ハブに形成された穴若しくは凹部に挿入され、接着固定されたボールであることを特徴とする請求項３記載の分光装置。
前記凸部は、前記ハブと前記カラーフィルタセグメントとが重なり合い、前記ハブに形成された穴若しくは凹部と、前記カラーフィルタセグメントの凹部または貫通穴とが一致した状態で、前記ハブの穴若しくは凹部と、前記カラーフィルタセグメントの凹部または貫通穴とに、圧入または挿入されたものであることを特徴とする請求項３から７のいずれか１項記載の分光装置。
前記ハブは鋳造品であり、前記ハブから突出する凸部は、前記ハブの他の部分と一体に成形されたものであることを特徴とする請求項３記載の分光装置。
前記ハブはプレス成形品であり、前記ハブから突出する凸部は、前記ハブの他の部分と一体にプレス加工により成形されたものであることを特徴とする請求項３記載の分光装置。
前記ハブに形成された凹部は、環状の溝であることを特徴とする請求項７記載の分光装置。
前記ハブに形成された凹部は、円弧状の溝であることを特徴とする請求項７記載の分光装置。
前記ハブの凸部と、前記カラーフィルタセグメントの凹部または貫通穴とが、圧入固定されていることを特徴とする請求項３から１２のいずれか１項記載の分光装置。
前記ハブの凸部と、前記カラーフィルタセグメントの凹部または貫通穴とが、挿入状態で前記ハブと前記カラーフィルタセグメントとが接着されていることを特徴とする請求項３から１２のいずれか１項記載の分光装置。
前記モータを構成するハブは、前記カラーホイールを結合した後に、前記モータを構成する他の部材と一体化されるものであることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項記載の分光装置。