WO2020008656A1 - 光源装置、プロジェクタ - Google Patents

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WO2020008656A1
WO2020008656A1 PCT/JP2018/031544 JP2018031544W WO2020008656A1 WO 2020008656 A1 WO2020008656 A1 WO 2020008656A1 JP 2018031544 W JP2018031544 W JP 2018031544W WO 2020008656 A1 WO2020008656 A1 WO 2020008656A1
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WO
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light
optical system
light source
source device
semiconductor laser
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PCT/JP2018/031544
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English (en)
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裕貴 山田
三浦　雄一
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ウシオ電機株式会社
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    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0239—Combinations of electrical or optical elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S2/00—Systems of lighting devices, not provided for in main groups F21S4/00 - F21S10/00 or F21S19/00, e.g. of modular construction
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    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30

Definitions

  • the present invention relates to a light source device, and more particularly, to a light source device using light emitted from a semiconductor laser chip.
  • the invention also relates to a projector provided with such a light source device.
  • Semiconductor laser chips are being used as light sources for projectors.
  • a light source device that uses a semiconductor laser chip as a light source and further increases the light output has been expected from the market.
  • a method of condensing light emitted from a plurality of semiconductor laser chips can be considered.
  • semiconductor laser chips have a certain width, and there is a limit in arranging them in close proximity. That is, merely arranging a plurality of semiconductor laser chips increases the size of the light source device.
  • a semiconductor laser chip group is arranged in a first region, another semiconductor laser chip group is arranged in a second region different from the first region,
  • a technique for combining light emitted from a group of semiconductor laser chips by using a light combining means including a slit mirror According to such a method, it is possible to increase the light intensity while reducing the arrangement area as compared with a case where a plurality of semiconductor laser chips are simply arranged in the same place.
  • a method for increasing the light intensity on the light source side a method using a semiconductor laser chip provided with a plurality of regions for emitting laser light (light emitting region: hereinafter sometimes referred to as “emitter”) is considered.
  • a semiconductor laser chip may be referred to as a “multi-emitter type”.
  • the present inventors have studied to increase the light intensity by using a multi-emitter type semiconductor laser chip as a light source, and have found that the following problems exist.
  • FIG. 1A is a perspective view schematically showing a structure of a semiconductor laser chip having one emitter. Such a semiconductor laser chip may be referred to as a “single-emitter type”.
  • FIG. 1A also schematically illustrates a light beam of light (laser light) emitted from the emitter.
  • a bundle of rays emitted from a single emitter and formed in a bundle is referred to as a “ray bundle”, and a ray emitted from the center of the emitter in parallel with the optical axis is referred to as a “principal ray”. Name.
  • a direction (Y direction shown in FIG. 1A) in which the divergence angle of the light beam 101L is large is defined as a direction of two directions (X direction and Y direction) orthogonal to the optical axis (Z direction shown in FIG. 1A).
  • the direction in which the divergence angle of the light beam 101L is small (the X direction shown in FIG. 1A) is referred to as a “Fast axis direction” and is referred to as a “Slow axis direction”.
  • the divergence angle refers to an angle twice as large as the angle formed by the light beam that travels at a light intensity of 1 / e 2 of the principal light with the maximum light intensity and the principal light.
  • FIG. 1B schematically illustrates the light beam 101L when viewed from the X direction and when viewed from the Y direction. As shown in FIG. 1B, larger divergence angle theta y light bundle 101L is for Fast axis, divergence angle theta x light bundle 101L is smaller for Slow axis direction.
  • the divergence angle of the light beam may be exaggerated in some cases for convenience of explanation.
  • each light flux 101L is converted into parallel light. After being converted, the light is generally collected by a lens. More specifically, a collimating lens (also referred to as a “collimation lens”) is arranged downstream of the semiconductor laser chip 100 to reduce the divergence angle of each light beam 101L.
  • a collimating lens also referred to as a “collimation lens”
  • FIG. 2A is a drawing schematically showing a light beam traveling in the YZ plane direction when the collimator lens 102 is arranged at the subsequent stage of the semiconductor laser chip 100.
  • FIG. 2A only light rays emitted from the upper end and the lower end of the emitter are drawn.
  • the light beam 101L after passing through the collimating lens 102, the light beam 101L becomes a substantially parallel light beam in the Fast axis direction (Y direction) (hereinafter, referred to as “substantially parallel light beam”).
  • substantially parallel light beam or “substantially parallel light beam” refers to a light beam having a divergence angle of less than 4 °.
  • the substantially parallel light beam may be illustrated as a completely parallel light beam.
  • FIG. 2B is a diagram schematically showing a light beam traveling in the XZ plane direction when the collimating lens 102 is disposed at the subsequent stage of the semiconductor laser chip 100.
  • the light beam 101L becomes a substantially parallel light beam also in the Slow axis direction (X direction).
  • FIG. 3A is a perspective view schematically showing a structure of a semiconductor laser chip having a plurality of emitters, unlike FIG. 1A.
  • FIG. 3A shows a case where the semiconductor laser chip 110 includes two emitters (111, 112).
  • FIG. 3B is a schematic diagram of the light flux (111L, 112L) emitted from each emitter (111, 112) divided into a case viewed from the X direction and a case viewed from the Y direction, following FIG. 1B. This is shown in FIG. Since the emitters (111, 112) are formed at the same coordinate position in the Y direction, the light beams (111L, 112L) completely overlap when viewed from the X direction. On the other hand, since the respective emitters (111, 112) are formed at different coordinate positions in the X direction, the light beams (111L, 112L) are displayed with their respective positions shifted when viewed from the Y direction.
  • each light beam (111L, 112L) passes through the collimating lens 102, and then becomes a substantially parallel light beam as in FIG. 2A.
  • FIG. 4 is a drawing schematically showing a light beam traveling in the XZ plane direction when the collimating lens 102 is arranged at the subsequent stage of the semiconductor laser chip 110. Since the semiconductor laser chip 110 includes a plurality of emitters (111, 112) separated in the X direction, the X coordinate at the center position of the collimating lens 102 and the X coordinate at the center position of each emitter (111, 112) Is inevitably shifted.
  • the light beam 111L emitted from the emitter 111 and the light beam 112L emitted from the emitter 112 become substantially parallel light beams after passing through the collimating lens 102, but the main light beam 111Lm of the light beam 111L,
  • the principal ray 112Lm of the ray bundle 112L is non-parallel. That is, the light beam 111L and the light beam 112L have different traveling directions in the X direction.
  • the angle of the traveling direction of the light beam 111L and the light beam 112L in the X direction is determined by the relative value of the distance between the emitters (111, 112) to the focal length of the collimating lens 102.
  • the above problem can also occur in the single-emitter type semiconductor laser chip 100. That is, the above-described problem is caused when the width of the emitter 101 is widened to increase the output of the semiconductor laser chip 100, or when a plurality of single-emitter type semiconductor laser chips 100 are arranged and emitted from the plurality of semiconductor laser chips 100. The same can occur when the collimated lens beam is incident on one collimating lens 102.
  • the light source device A plurality of light emitting regions provided on the same or different semiconductor laser chips, Including a plurality of flat surfaces having different inclination angles, at least a part of each of a plurality of first light beams emitted from a plurality of light emitting regions adjacent to each other is incident on the different flat surfaces, and a plurality of the first light beams are emitted.
  • a first refractive optical system that converts each principal ray of the light beam into a plurality of second light beams that travel while moving away from each other, and A plurality of the second light fluxes emitted from the first refractive optical system are incident, and the traveling directions of the respective principal rays of the plurality of the second light fluxes are converted substantially parallel to the optical axis.
  • a second refractive optical system that converts each of the plurality of second light beams into a substantially parallel light beam and emits the converted light beams.
  • the light source device includes a first refraction optical system including a plurality of flat surfaces having different inclination angles at a stage subsequent to the laser light source. At least some of the plurality of first light beams emitted from the laser light source are incident on different flat surfaces of the first refractive optical system. In accordance with the inclination angle formed on the flat surface, the plurality of first light beams are refracted, and their traveling directions change.
  • the inclination angle of each flat surface is set such that the respective principal rays of the plurality of first light beams travel while moving away from each other. As a result, the respective second light beams after passing through the first refractive optical system travel while moving away from each other.
  • the principal rays of the second light flux after passing through the first refracting optical system converge within a certain range on an extension line directed in the opposite direction (the laser light source side) to the traveling direction of the light.
  • the principal rays of the second light flux that have passed through the first refraction optical system are substantially light emitted from one light emission area.
  • the light source device at the subsequent stage of the first refractive optical system, while converting the traveling direction of the principal ray of each of the plurality of second light beams substantially parallel to the optical axis, each of the plurality of second light beams, A second refractive optical system that converts the light into a substantially parallel light beam and emits the light;
  • the respective second light beams that have passed through the second refracting optical system have substantially the same traveling direction.
  • the light source device converts the first light flux emitted from the plurality of light emission areas into the second light flux substantially emitted from one area by the first refraction optics, and converts them into the second light flux.
  • the refracting optical system emits each ray bundle and each ray as substantially parallel light (substantially parallel light).
  • the light beams do not cross each other, or only extremely fine light beams cross.
  • light having a high irradiance can be obtained by condensing these light beams at a later stage.
  • the light source device since the spread of the light beam is suppressed by disposing the second refraction optical system after the first refraction optical system, it is necessary to dispose a large collimating lens having a long focal length. Therefore, expansion of the device scale is suppressed.
  • the light source device may be provided with a plurality of multi-emitter type semiconductor laser chips having a plurality of light emitting regions (so-called “emitters”) on the same semiconductor laser chip, or on the same semiconductor laser chip.
  • a plurality of single-emitter type semiconductor laser chips having a single light emitting region (emitter) may be provided.
  • the window may be configured by the first refractive optical system.
  • the laser light source and the first refractive optical system can be configured as a single light source device by casing.
  • this light source device and the second refraction optical system having a focal length according to the application outside substantially parallel light can be obtained.
  • a casing material having a window part that shows transparency to light is provided in a part thereof,
  • the window may be configured by the second refractive optical system.
  • the laser light source, the first refraction optical system, and the second refraction optical system can be formed into a single light source device by casing. Substantially parallel light can be obtained only with this light source device.
  • the casing material may contain a plurality of the semiconductor laser chips.
  • the first refractive optical system may have a plurality of the flat surfaces on the light incident surface side.
  • the plurality of first light beams emitted from the light emitting region travel while spreading around the principal light.
  • Each principal ray travels while maintaining parallelism, but the light beam travels while spreading, and eventually a part of the light beam reaches the optical axis.
  • the light beam further propagates while spreading, so that a part of the light beam crosses the optical axis and a part of each light beam advances while overlapping. Then, the overlap of the light beams increases as the light beams progress.
  • the first refraction optical system is arranged before the position where a part of the first light beam reaches the optical axis.
  • the first refracting optical system is arranged at a stage before the position where a part of the first light beam reaches the optical axis, so that the plurality of first light beams emitted from the light emitting area are respectively It is completely incident on a different flat surface of the first refractive optical system.
  • all the light beams included in each first light beam can be made substantially parallel by the second refraction optical system and guided to the subsequent stage.
  • the first refracting optical system may be arranged at a stage subsequent to a position where a part of the first light beam reaches the optical axis.
  • the adjacent first light beams are incident on the flat surface of the second refractive optical system in a state where the first light beams partially overlap each other.
  • the first light flux emitted from the light emitting area has the highest light intensity at the position of the principal ray, and the light distribution is such that the light intensity decreases rapidly as the distance from the principal ray increases, such as a Gaussian distribution. Distribution.
  • each first ray bundle exhibits a distribution such as a Gaussian distribution, and rays near the principal ray included in each first ray bundle are the same as the principal ray by the second refractive optical system. Since these light beams travel in the direction, these light beams are focused on a target position by a later-stage focusing optical system. That is, also in this mode, the intensity of the unusable light beam is extremely low, and does not significantly affect the light use efficiency when viewed as a whole device.
  • the light exit surface of the first refractive optical system and the light entrance slope of the second refractive optical system may be shared.
  • a single optical system can convert a light beam emitted from a laser light source having a plurality of light emission regions into substantially parallel light, and further convert each light beam into substantially parallel light. Since the light can be converted into substantially parallel light by one optical system, expansion of the device scale is suppressed. Further, the members for disposing the first refracting optical system and the second refracting optical system become one, and the expansion of the apparatus scale is further suppressed.
  • the projector according to the present invention includes: An image is projected using light emitted from the light source device.
  • a light source device that uses a plurality of semiconductor laser chips to increase the light output while suppressing an increase in the device scale is realized.
  • FIG. 1A schematically illustrates a light beam emitted from the semiconductor laser chip of FIG. 1A separately when viewed from an X direction and when viewed from a Y direction.
  • FIG. 3 is a drawing schematically showing a light beam traveling in the YZ plane direction when a collimator lens is arranged at a stage subsequent to a semiconductor laser chip.
  • FIG. 3 is a drawing schematically showing a light beam traveling in the XZ plane direction when a collimator lens is arranged at a subsequent stage of a semiconductor laser chip.
  • FIG. 1A schematically illustrates a light beam emitted from the semiconductor laser chip of FIG. 1A separately when viewed from an X direction and when viewed from a Y direction.
  • FIG. 3 is a drawing schematically showing a light beam traveling in the YZ plane direction when a collimator lens is arranged at a stage subsequent to a semiconductor laser chip
  • FIG. 3A schematically illustrates a light beam emitted from the semiconductor laser chip of FIG. 3A separately when viewed from the X direction and when viewed from the Y direction.
  • FIG. 3B is a drawing schematically showing a light beam traveling in the XZ plane direction when a collimator lens is arranged at the subsequent stage of the semiconductor laser chip of FIG. 3A. It is a figure showing typically composition of one embodiment of a light source device.
  • FIG. 3B is a drawing schematically showing a light beam traveling in the XZ plane direction when the first refractive optical system is arranged at a stage subsequent to the semiconductor laser chip of FIG. 3A.
  • FIG. 6B is a partially enlarged view of FIG. 6A.
  • FIG. 1 is a drawing schematically showing a configuration example in which a first refractive optical system and a second refractive optical system are integrated into a combined refractive optical system. It is drawing which shows typically the structure of one embodiment of the light source device which was casing. It is drawing which shows another example of a structure of the light source device in which the casing was carried out typically. It is drawing which shows another example of a structure of the light source device in which the casing was carried out typically. It is drawing which shows another example of a structure of the light source device in which the casing was carried out typically. It is drawing which shows another example of a structure of the light source device in which the casing was carried out typically. It is drawing which shows another example of a structure of the light source device in which the casing was carried out typically. It is drawing of XY plane view of FIG. 12A.
  • FIG. 3 is a perspective view of a light source device in which a plurality of semiconductor laser chips are casing with the same casing material.
  • 1 is a drawing schematically showing a configuration of an embodiment of a light source device in which a plurality of semiconductor laser chips are individually partitioned by a single casing material and casing.
  • FIG. 3 is a perspective view of a light source device in which a plurality of semiconductor laser chips are casing with the same casing material.
  • FIG. 1 is a drawing schematically showing a configuration of an embodiment of a light source device in which a plurality of semiconductor laser chips are casing in the same space of one casing material. It is a figure which shows typically another example of the structure of the light source device in which the some semiconductor laser chip was casing in the same space of one casing material. It is a figure which shows typically another example of the structure of the light source device in which the some semiconductor laser chip was casing in the same space of one casing material.
  • 3 is a diagram schematically illustrating a configuration example of a projector including a light source device.
  • FIG. 5 is a drawing schematically showing a configuration of an embodiment of the light source device.
  • the light source device 1 includes a semiconductor laser chip 5, a first refractive optical system 2, and a second refractive optical system 3.
  • FIG. 5 shows, as an example, a case where the semiconductor laser chip 5 is a multi-emitter type laser light source having two light emitting regions (10, 20).
  • the optical axis is defined as the Z direction
  • the direction in which the light emitting regions (10, 20) are separated is defined as the X direction
  • the direction orthogonal to the X direction and the Z direction is defined as the Y direction.
  • the first refracting optical system 2 is an optical system that refracts the first light beam (11, 21) emitted from the light emitting area (10, 20) of the semiconductor laser chip 5 at a predetermined angle.
  • the first refractive optical system 2 is a prism having flat surfaces (2a, 2b) having different inclination angles on the incident surface side of the first light flux (11, 21). The description of the tilt angle will be described later with reference to FIG. 6B.
  • the second refracting optical system 3 receives the second light flux (12, 22) emitted from the first refracting optical system 2 and changes the traveling direction of each principal ray (12Lm, 22Lm) of the second light flux.
  • An optical system that converts light beams substantially parallel to the optical axis and converts each of the plurality of second light fluxes (12, 22) into substantially parallel light fluxes.
  • the second refractive optical system 3 is a collimating lens.
  • FIG. 6A is a drawing schematically showing a light beam traveling in the XZ plane direction when the first refracting optical system 2 is arranged at a stage subsequent to the semiconductor laser chip 5.
  • the first light fluxes (11, 21) emitted from the light emission areas (10, 20) of the semiconductor laser chip 5 are refracted by the first refraction optical system 2, and the principal rays (12Lm, 22Lm) are separated from each other. Proceed to. Thereafter, the second light flux (12, 22) emitted from the first refraction optical system 2 travels while diverging based on each principal ray (12Lm, 22Lm).
  • FIG. 6B is a partially enlarged view of FIG. 6A.
  • the first refracting flat plane of the optical system 2 (2a, 2b) tilt angle ( ⁇ a, ⁇ b) is set for. More specifically, each flat surface (2a, 2b) has the same convergence as though the first light beam (11, 21) is emitted from the spaced light emitting regions (10, 20).
  • the inclination angles ( ⁇ a , ⁇ b ) are set so as to have a function of optically simulating the light emitted from the region 6.
  • the inclination angles ( ⁇ a , ⁇ b ) of the flat surfaces (2a, 2b) refer to angles with respect to the optical axis 60 of the first light flux (11, 21), and this angle includes It is assumed that positive and negative values are added according to the direction of rotation for distinction.
  • the case where the rotation direction is counterclockwise is defined as positive
  • the case where the rotation direction is clockwise is defined as negative. That is, according to the example of FIG. 6B, the flat surface 2a of the first refractive optical system 2 is inclined in the counterclockwise direction with respect to the optical axis 60, the inclination angle theta a is a positive value.
  • the flat surface 2b of the first refractive optical system 2 is inclined in the clockwise direction with respect to the optical axis 60, the inclination angle theta b is a negative value. That is, the inclination angle theta a flat surface 2a, and the inclination angle theta b of the flat surface 2b, a different value.
  • the inclination angles ( ⁇ a , ⁇ b ) of the flat surfaces (2a, 2b) are set so that the converging region 6 is located in the middle of the light emitting regions (10, 20) of the semiconductor laser chip 5. Is set, but does not have to be located in the middle of the light emitting area (10, 20) of the semiconductor laser chip 5. Further, it does not have to be on the optical axis 60.
  • each principal ray (12Lm, 22Lm) of the light beam refracted by the flat surface (incident surface) (2a, 2b) and the exit surface 2c of the first refracting optical system 2 is moved in the traveling direction.
  • imaginary lines (11a, 21a) extending in the opposite direction are drawn, the imaginary lines converge on the convergence area 6. That is, the light beams (11, 21) that have passed through the first refracting optical system 2 become light beams emitted from the virtual convergence region 6, that is, substantially from the single emitter.
  • the light beam 101 ⁇ / b> L emitted from the emitter (light emission region) 101 of the single-emitter type semiconductor laser chip 100 is converted by the collimator lens 102 into substantially parallel light.
  • the light beam (11, 21) emitted from the semiconductor laser chip 5 shown in FIG. 5 is converted by the first refractive optical system 2 into a light beam substantially emitted from a single emitter.
  • FIG. 7 is a drawing schematically showing another configuration example of the light source device 1.
  • the light source device 1 may include a combined refractive optical system 4 in which the first refractive optical system 2 and the second refractive optical system 3 are integrated.
  • Reference numeral 7 shown in FIG. 7 indicates a boundary surface between the first refractive optical system 2 and the second refractive optical system 3.
  • the first light beam (11, 2) refracted on the incident surface (the flat surfaces (2a, 2b) in FIG. 6B) of the first refractive optical system 2 disposed before the combined refractive optical system 4. 21) travels through the first refractive optical system 2 so as to diverge based on the principal ray (11m, 21m).
  • the light beams (11, 21) reaching the boundary surface 7 enter the second refractive optical system 3 as they are, and travel through the second refractive optical system 3. Then, the light is refracted on the exit surface of the second refraction optical system 3 (coupling refraction optical system 4), and is emitted as substantially parallel light.
  • the combined refractive optical system 4 may be configured by combining the first refractive optical system 2 and the second refractive optical system 3 having the same refractive index, or may be configured by combining the first refractive optical system 2 having different refractive indexes.
  • the second refractive optical system 3 may be combined with the second refractive optical system 3.
  • the coupling and refracting optical system 4 may be configured as one member instead of combining two members.
  • an optical member having a convex curved surface on the exit surface side and a flat surface with a different inclination angle on the incident surface side may be used.
  • the light source device 1 may be realized by casing the semiconductor laser chip 5 with a predetermined material.
  • FIG. 8 is a drawing schematically showing a configuration of one embodiment of the light source device 1 that is casing.
  • the casing material 30 provided in the light source device 1 casings the semiconductor laser chip 5, and the first refractive optical system 2 and the second refractive optical system 3 are arranged outside the casing material 30. Have been.
  • Part of the casing member 30 is provided with a window portion 30a that shows light transmission.
  • the casing material 30 has a portion other than the window 30a made of a metal having a thermal expansion coefficient similar to that of glass such as Kovar, and the window 30a is made of an optical glass such as BK-7.
  • the window portion 30a is arranged at a position facing the light emitting area (10a, 20a) of the semiconductor laser chip 5, and the light is emitted from each light emitting area (10a, 20a).
  • the first light beams (11, 21) pass through the window 30a and enter the first refractive optical system 2 arranged outside the casing member 30.
  • the light source device 1 shown in FIG. 8 is located between the light emitting area (10a, 20a) of the semiconductor laser chip 5 and the first refractive optical system 2 as compared with the light source device 1 described with reference to FIG. Since only the window 30a of the casing member 30 which does not optically affect the progress of the first light beam (11, 21) is arranged, from the viewpoint of avoiding overlap, each of the windows after the window 30a is provided. A description of the progress of the light beam will be omitted.
  • FIG. 9 is a drawing schematically showing another configuration example of the light source device 1 that is casing.
  • the casing material 30 included in the light source device 1 casings the semiconductor laser chip 5 and the first refractive optical system 2, and the second refractive optical system 3 is disposed outside the casing material 30. ing.
  • Part of the casing member 30 is provided with a window portion 30a that shows light transmission.
  • the semiconductor laser chip 5 the first refractive optical system 2 arranged downstream of the semiconductor laser chip 5, and the second refractive optical system arranged downstream of the first refractive optical system 2 Since the light source device 1 is provided with the system 3, the light source device 1 described with reference to FIG. 5 is the same as the light source device 1.
  • the light source device 1 shown in FIG. 9 has a configuration in which the first refractive optical system 2 is disposed inside the casing member 30, it is necessary to provide a space in which the first refractive optical system 2 can be disposed in the casing member 30. However, the influence is small, and it is not necessary to dispose the first refraction optical system 2 outside the casing member 30, so that the overall size of the light source device 1 can be reduced.
  • the first refractive optical system 2 can be arranged closer to the semiconductor laser chip 5 than the light source device 1 shown in FIG. For this reason, when the semiconductor laser chip 5 is of a multi-emitter type, the first refracting optical system 2 must be turned off before the first light beams (11, 21) emitted from the respective light emitting regions (10, 20) are greatly expanded.
  • the light can be incident on a predetermined incident surface (flat surfaces 2a and 2b). As a result, the size of the incident surface (flat surface 2a, 2b) of the first refractive optical system 2 can be reduced, which contributes to downsizing of the entire light source device 1.
  • FIG. 10 is a drawing schematically showing another example of the configuration of the light source device 1 in a casing. More specifically, the first refracting optical system 2 is configured to have the function of the window 30a of the casing member 30 in FIG.
  • the semiconductor laser chip 5 the first refractive optical system 2 arranged downstream of the semiconductor laser chip 5, and the second refractive optical system arranged downstream of the first refractive optical system 2 Since the light source device 1 is provided with the system 3, the light source device 1 described with reference to FIG. 5 is the same as the light source device 1.
  • FIG. 11 is a drawing schematically showing another example of the configuration of the light source device 1 in a casing. More specifically, the second refracting optical system 3 has the function of the window 30a of the casing member 30 in FIG. 8, and the first refracting optical system 2 is disposed inside the casing member. .
  • the semiconductor laser chip 5 the first refractive optical system 2 arranged downstream of the semiconductor laser chip 5, and the second refractive optical system arranged downstream of the first refractive optical system 2 Since the light source device 1 is provided with the system 3, the light source device 1 described with reference to FIG. 5 is the same as the light source device 1.
  • the light source device 1 shown in FIG. 11 also has the configuration in which the first refractive optical system 2 is disposed inside the casing member 30 similarly to the configuration in FIG. 9, so that the first refractive optical system 2 can be disposed in the casing member 30. It is necessary to provide space. However, the influence is small, and the first refractive optical system 2 can be arranged near the semiconductor laser chip 5, and the first refractive optical system 2 and the second refractive optical system 3 need to be arranged outside the casing material 30. By eliminating the point, the apparatus scale of the entire light source device 1 can be reduced.
  • FIG. 12A is a drawing schematically showing another example of the configuration of the light source device 1 in a casing. More specifically, the combined refracting optical system 4 in which the first refracting optical system 2 and the second refracting optical system 3 are integrated has the function of the window 30a of the casing member 30 in FIG. There is no need to provide a space between the first refracting optical system 2 and the second refracting optical system 3, and the size of the device can be further reduced as compared with the light source device 1 shown in FIG.
  • the window of the casing member 30 is configured by the second refractive optical system 3, and the first refractive optical system 2 and the second refractive optical system 3 are joined to form the combined refractive optical system 4.
  • FIG. 12B shows the shapes of the first refractive optical system 2 and the second refractive optical system 3 in XY plane view in FIG. 12A. However, since the first refractive optical system 2 has the same shape as the second refractive optical system 3 in the XY plane view, the first refractive optical system 2 is hidden behind the second refractive optical system 3 in FIG.
  • FIG. 12C shows the window of the casing member 30 in the XY plane view in FIG. 12C.
  • a part of the portion corresponding to the second refractive optical system 3 may be arranged so as to be in contact with the outer wall surface of the casing material 30. Further, the first refracting optical system 2 and the second refracting optical system 3 do not have to be circular or square in XY plan view.
  • the coupled refraction optics obtained by integrating the semiconductor laser chip 5 and the first refraction optical system 2 and the second refraction optical system 3 disposed at the subsequent stage of the semiconductor laser chip 5 Since the light source device 1 is provided with the system 4, it is the same as the light source device 1 described with reference to FIG.
  • the light source device 1 may include a plurality of semiconductor laser chips 5.
  • each semiconductor laser chip 5 may be casing with the same casing material.
  • FIG. 13A is a schematic perspective view of the light source device 1 in which a plurality of semiconductor laser chips 5 are casing with the same casing material 31 (hereinafter, may be referred to as “multi-casing material 31”).
  • the light source device of the present invention is also constituted by the multi-casing member 31, and can be used as a light source for a projector or the like.
  • FIG. 13A schematically shows an example.
  • the semiconductor laser chip 5 is arranged in an arrangement area that is individually partitioned in the multi-casing material 31.
  • illustration of the refractive optical system (2, 3) is omitted for convenience of explanation.
  • the window of the multi-casing member 31 may be constituted by the first refractive optical system 2 and the second refractive optical system 3. 12A to 12D, the first refracting optical system 2 and the second refracting optical system 3 may be constituted by a combined refracting optical system 4 which is shared.
  • the plurality of semiconductor laser chips 5 and the refractive optical system (2, 3) are constituted by one casing material, the number of optical systems arranged outside can be reduced, and a voltage is applied to each semiconductor laser chip 5.
  • the electrodes for applying the voltage can be shared, which contributes to a reduction in the size of the device. There is no particular limitation on the number of semiconductor laser chips 5 accommodated in the same multi-casing material 31 and the arrangement method of each semiconductor laser chip 5.
  • FIG. 13B is a drawing showing the multi-casing material 31 shown in FIG. 13A together with the refractive optical system (2, 3) arranged at the subsequent stage.
  • a plurality of semiconductor laser chips are individually divided by one casing material and are casing.
  • the light source device 1 shown in FIG. 13B is configured by arranging a plurality of semiconductor laser chips 5 in a multi-casing material 31 and arranging a first refractive optical system 2 and a second refractive optical system 3 outside the multi-casing material 31. Have been.
  • FIG. 14A is another perspective view of a light source device in which a plurality of semiconductor laser chips 5 are casing with the same casing material.
  • the semiconductor laser chips 5 are arranged in the multi-casing member 32 without being separated.
  • FIG. 14A omits illustration of the refractive optical system (2, 3) for the sake of explanation, similarly to FIG. 13A.
  • FIG. 14B is a drawing showing the multi-casing material 32 shown in FIG. 14A together with the refractive optical system (2, 3) arranged at the subsequent stage.
  • the light source device 1 shown in FIG. 14B has a plurality of semiconductor laser chips 5 arranged in a multi-casing material 32, and a first refracting optical system 2 and a second refracting optical system outside the multi-casing material 32 separated by a window 32 a.
  • the system 3 is arranged.
  • FIG. 14C is a drawing schematically showing another configuration example of the light source device in which a plurality of semiconductor laser chips are casing in the same space of one casing material. As shown in FIG. 14C, a plurality of first refractive optical systems 2 may be combined to form the optical member 33.
  • FIG. 14D is a drawing schematically showing another configuration example of a light source device in which a plurality of semiconductor laser chips are casing in the same space of one casing material. As shown in FIG. 14D, even if the plurality of first refractive optical systems 2 are combined to form one optical member 33, and the optical member 33 further configures the window 32 b of the multi-casing material 32. I do not care.
  • the exit surface side of the optical member 33 in FIG. 14D and the entrance surface side of the second refraction optical system may be in contact or shared to constitute one optical member.
  • FIG. 15 is a drawing schematically showing a configuration example of a projector including the light source device 1 described above.
  • the projector 9 includes an illumination optical system 70 including the light source device 1, and a spectral / projection optical system 80 that splits light guided from the illumination optical system 70 and then projects the split light on a screen 90.
  • the light source device 1 is a red light source. That is, the illumination optical system 70 includes the light source device 1 as a red light source, a blue light source 71, a fluorescent light source 72 that receives blue light emitted from the blue light source 71 to generate fluorescence, and a diffuse reflection optical system 73. , A dichroic mirror (74, 75), an integrator optical system 50, a combining optical system 76, and a quarter-wave plate 77.
  • the red light R having a high light density emitted from the light source device 1 is reflected by the dichroic mirror 74 and then guided to the integrator optical system 50. Further, the blue light B emitted from the blue light source 71 is separated into light reflected by the dichroic mirror 75 and light transmitted therethrough according to the polarization.
  • the dichroic mirror 75 may include a polarization separation element that can control the traveling direction of light depending on the polarization direction.
  • the blue light of a certain polarization direction reflected by the dichroic mirror 75 is guided to the fluorescent light source 72 and used as excitation light of the phosphor contained in the fluorescent light source 72, and the obtained fluorescent light is used as the dichroic mirror (75, 74). And is guided to the integrator optical system 50.
  • the blue light of another polarization direction that has passed through the dichroic mirror 75 passes through the quarter-wave plate 77 and then enters the diffuse reflection optical system 73.
  • the light passes through the ⁇ wavelength plate 77 and is guided to the dichroic mirror 75. This light is reflected by the dichroic mirror 75, passes through the dichroic mirror 74, and is guided to the integrator optical system 50.
  • the light of each color is combined with the white light by the combining optical system 76 after the illuminance distribution is made uniform.
  • the combining optical system 76 may include a polarization conversion element that makes the polarization direction uniform.
  • the white light that has passed through the combining optical system 76 is guided to the spectral / projection optical system 80.
  • the light of each color that has been color-separated by each dichroic mirror (81a, 81b, 81c) included in the spectral / projection optical system 80 is appropriately adjusted via mirrors (81d, 81e), and then adjusted for each color.
  • the light is incident on the modulators (82R, 82G, 82B).
  • the modulators (82R, 82G, 82B) modulate each color light in accordance with the image information and output to the color combining optical system 83.
  • the color synthesizing optical system 83 synthesizes light corresponding to the image information and makes the light enter the projection optical system 84.
  • the projection optical system 84 projects light according to the image information on the screen 90.
  • the light source device 1 of the present embodiment is used as a light source that generates red light, but may be a light source that generates blue light.
  • a light source device 1 that generates blue light and a fluorescent light source that emits blue light emitted from the light source device 1 as excitation light to generate fluorescence are provided. May be combined to generate white light.
  • the projector 9 may be configured to generate light of each color of R, G, and B by the light source device 1 of the present embodiment, and to combine them by the combining optical system 76. That is, the light source device 1 may include the semiconductor laser chip 5 that generates blue light, the semiconductor laser chip 5 that generates red light, and the semiconductor laser chip 5 that generates green light. In this case, the light of each color emitted from each light source device 1 may be propagated through a light guide member such as an optical fiber and may be incident on the modulation device (82R, 82G, 82B) of each color.
  • a light guide member such as an optical fiber
  • the projector 9 shown in FIG. 15 is illustrated assuming that the modulators (82R, 82G, and 82B) are configured by transmissive liquid crystal elements. However, the projector 9 shown in FIG. : Digital Micromirror Device (registered trademark) may be used.
  • the spectral / projection optical system 80 is appropriately set according to the configuration of the modulation device.
  • the semiconductor laser chip 5 described above with reference to FIG. 5 and the like has a multi-emitter type configuration having two light emitting regions (10, 20).
  • the number of light emitting regions provided in the semiconductor laser chip 5 is not limited to two, and may be three or more.
  • the number of flat surfaces (2a, 2b, ....) having different inclination angles provided in the first refraction optical system 2 is set according to the number of light emission areas.
  • each semiconductor laser chip 5 has a single-emitter type configuration having a single light emitting region, and the emitted light from the plurality of semiconductor laser chips 5 A configuration in which the light enters the one-refractive optical system 2 may be used. Further, in a mode in which light emitted from the plurality of semiconductor laser chips 5 is incident on the first refractive optical system 2, each semiconductor laser chip 5 may have a multi-emitter type structure.
  • the first refractive optical system 2 only needs to be provided corresponding to each semiconductor laser chip 5, and even if the first refractive optical system 2 itself is provided individually, it is integrally formed in an array. No problem.
  • the light source device 1 according to the present invention can be applied to other than a projector as long as it is an application that collects a plurality of light beams and irradiates a predetermined irradiation target.
  • the light source device 1 can be used as a light source for an exposure apparatus.
  • ⁇ 4 >>>
  • the optical arrangement mode provided in the light source device 1 described above is merely an example, and the present invention is not limited to the illustrated configurations.
  • a reflection optical system for changing the traveling direction of light may be appropriately interposed between one optical system and another optical system.
  • Optical member 40 Rear optical system 50: Integrator optical system 60: Optical axis 70: Illumination optical system 71: Blue light source 72: Fluorescent light source 73: Diffuse reflection optics System 74, 75: Da Echroic mirror 76: Synthetic optical system 77: Wave plate 80: Spectral / projection optical system 81a, 81, 81c: Dichroic mirror 81d, 81e: Mirror 82B, 82G,

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Abstract

複数の半導体レーザチップを用いて、装置規模の拡大を抑制しながら光出力を高めた光源装置を提供する。　光源装置は、同一又は異なる半導体レーザチップ上に設けられた複数の光出射領域と、異なる傾斜角を有する複数の平坦面を含み、隣接する複数の光出射領域から出射された複数の第一光線束それぞれの少なくとも一部が異なる前記平坦面に入射されて、複数の第一光線束のそれぞれの主光線が、相互に離れながら進行する複数の第二光線束に変換して出射する第一屈折光学系と、第一屈折光学系から出射された複数の第二光線束が入射されて、複数の第二光線束のそれぞれの主光線の進行方向を光軸に対して略平行に変換するとともに、複数の第二光線束それぞれを、略平行光線束に変換して出射する第二屈折光学系と、を備える。

Description

光源装置、プロジェクタ
　本発明は、光源装置に関し、特に半導体レーザチップから出射された光を利用する光源装置に関する。また、本発明は、このような光源装置を備えたプロジェクタに関する。
　プロジェクタ用の光源として、半導体レーザチップを利用することが進められている。近年、このように半導体レーザチップを光源として用いながらも、更に光出力を高めた光源装置が市場から期待されている。
　光源側の光出力を高めるためには、複数の半導体レーザチップから出射された光を集光する方法が考えられる。しかし、半導体レーザチップには一定の幅が存在し、これらを密接して配置することには限界がある。つまり、単に複数の半導体レーザチップを配置するだけでは、光源装置が大型化してしまう。
　かかる観点から、例えば下記特許文献１のように、第一の領域に半導体レーザチップ群を配置し、第一の領域とは別の第二の領域に別の半導体レーザチップ群を配置し、両半導体レーザチップ群から出射される光を、スリットミラーからなる光合成手段を用いて合成する技術が存在する。かかる方法により、単に同一箇所に複数の半導体レーザチップを並べた場合と比較して、配置面積を縮小しながらも光強度を高めることが可能となる。
特開２０１７－２１５５７０号公報
　ところで、光源側の光強度を高める方法として、レーザ光を出射する領域（光出射領域：以下では「エミッタ」と称することがある。）を複数設けた半導体レーザチップを用いる方法が考えられる。このような半導体レーザチップは、「マルチエミッタ型」と称されることがある。本発明者らは、マルチエミッタ型の半導体レーザチップを光源に利用することで、光強度を高めることを検討したところ、以下のような課題が存在することを突き止めた。
　図１Ａは、一つのエミッタを備えた半導体レーザチップの構造を模式的に示す斜視図である。このような半導体レーザチップは、「シングルエミッタ型」と称されることがある。なお、図１Ａには、エミッタから出射される光（レーザ光）の光線束についても、模式的に図示している。なお、本明細書では、単一のエミッタから出射される束状に形成された光線群を「光線束」と称し、エミッタの中心から光軸と平行に出射される光線を「主光線」と称する。
　図１Ａに示されるような、いわゆる「端面発光型」の半導体レーザチップ１００の場合、エミッタ１０１から出射される光線束１０１Ｌは、楕円錐型を示すことが知られている。本明細書では、光軸（図１Ａに示すＺ方向）に直交する２方向（Ｘ方向及びＹ方向）のうち、光線束１０１Ｌの発散角が大きい方向（図１Ａに示すＹ方向）を、「Ｆａｓｔ軸方向」と呼び、光線束１０１Ｌの発散角が小さい方向（図１Ａに示すＸ方向）を、「Ｓｌｏｗ軸方向」と呼ぶ。ここで、発散角とは、光強度が最大となる主光線の１／e2の光強度で進行する光線と、主光線とがなす角の２倍の角を指す。
　図１Ｂは、光線束１０１Ｌを、Ｘ方向から見た場合と、Ｙ方向から見た場合とに分けて模式的に図示したものである。図１Ｂに示すように、Ｆａｓｔ軸方向については光線束１０１Ｌの発散角θyが大きく、Ｓｌｏｗ軸方向については光線束１０１Ｌの発散角θxが小さい。
　なお、以下の各図では、説明の都合上、光線束の発散角が実際よりも誇張して図示されている場合がある。
　半導体レーザチップ１００を複数配置し、各半導体レーザチップ１００から出射される光（光線束１０１Ｌ）を集光して利用する場合、光学部材のサイズを抑制する観点から、各光線束１０１Ｌを平行光化した後、レンズによって集光するのが一般的である。具体的には、半導体レーザチップ１００の後段にコリメートレンズ（「コリメーションレンズ」とも称される。）を配置して、各光線束１０１Ｌの発散角を縮小することが行われる。
　図２Ａは、半導体レーザチップ１００の後段にコリメートレンズ１０２を配置した場合において、ＹＺ平面方向に進行する光線束を、模式的に示した図面である。なお、図２Ａでは、エミッタの上端及び下端から出射される光線のみを描画している。
　図２Ａによれば、光線束１０１Ｌは、コリメートレンズ１０２を通過した後、Ｆａｓｔ軸方向（Ｙ方向）に関して実質的な平行光線束（以下、「略平行光線束」と称する。）となる。なお、本明細書において、「実質的な平行光線束」又は「略平行光線束」とは、発散角が４°未満である光線束を指す。なお、図２Ａないし以下の各図において、略平行光線束は完全な平行光線束として図示されている場合がある。
　図２Ｂは、半導体レーザチップ１００の後段にコリメートレンズ１０２を配置した場合において、ＸＺ平面方向に進行する光線束を、模式的に示した図面である。図２Ｂによれば、光線束１０１Ｌは、コリメートレンズ１０２を通過した後、Ｓｌｏｗ軸方向（Ｘ方向）に関しても略平行光線束となる。
　図３Ａは、図１Ａとは異なり、複数のエミッタを備えた半導体レーザチップの構造を模式的に示す斜視図である。図３Ａでは、半導体レーザチップ１１０が２つのエミッタ（１１１，１１２）を備えている場合が示されている。
　図３Ｂは、図１Ｂにならって、各エミッタ（１１１，１１２）から出射される光線束（１１１Ｌ，１１２Ｌ）を、Ｘ方向から見た場合と、Ｙ方向から見た場合とに分けて模式的に図示したものである。各エミッタ（１１１，１１２）は、Ｙ方向については同一の座標位置に形成されるため、Ｘ方向から見たときに光線束（１１１Ｌ，１１２Ｌ）は完全に重なっている。一方、各エミッタ（１１１，１１２）は、Ｘ方向については異なる座標位置に形成されるため、Ｙ方向から見たときに光線束（１１１Ｌ，１１２Ｌ）はそれぞれの位置がずれて表示される。
　図３Ａに図示された半導体レーザチップ１１０の後段に、図２Ａ及び図２Ｂと同様にコリメートレンズ１０２を配置した場合における光線束の態様について検討する。図３Ｂを参照して上述したように、Ｘ方向から見たときに光線束（１１１Ｌ，１１２Ｌ）は完全に重なっている。このため、Ｆａｓｔ軸方向（Ｙ方向）に関しては、各光線束（１１１Ｌ，１１２Ｌ）は、コリメートレンズ１０２を通過した後、図２Ａと同様に略平行光線束となる。
　図４は、半導体レーザチップ１１０の後段にコリメートレンズ１０２を配置した場合において、ＸＺ平面方向に進行する光線束を、模式的に示した図面である。半導体レーザチップ１１０は、Ｘ方向に離間して複数のエミッタ（１１１，１１２）を備えているため、コリメートレンズ１０２の中心位置におけるＸ座標と、各エミッタ（１１１，１１２）の中心位置におけるＸ座標には不可避的にずれが生じる。
　この結果、エミッタ１１１から出射された光線束１１１Ｌ、及びエミッタ１１２から出射された光線束１１２Ｌのそれぞれは、コリメートレンズ１０２を通過後に略平行光線束となるものの、光線束１１１Ｌの主光線１１１Ｌｍと、光線束１１２Ｌの主光線１１２Ｌｍとは、非平行となる。つまり、光線束１１１Ｌと光線束１１２Ｌとは、それぞれＸ方向に係る進行方向を異ならせてしまう。
　かかる構成の場合、後に集光光学系を用いて各光線束（１１１Ｌ，１１２Ｌ）を集光したとしても、集光後の光線束群に拡がりが生じ、目的とする方向に導くことのできない光線が生じてしまう。この結果、光の利用効率が低下する。特に、マルチエミッタ型の半導体レーザチップ１１０を複数配置して、各半導体レーザチップ１１０から出射される光を利用するような場合には、利用できない光が無視できない量となる。
　コリメートレンズ１０２を通過した後において、光線束１１１Ｌと光線束１１２ＬのＸ方向に係る進行方向の角度は、コリメートレンズ１０２の焦点距離に対する、エミッタ（１１１，１１２）間の距離の相対値によって決定される。より詳細には、コリメートレンズ１０２の光軸から、コリメートレンズ１０２の光軸から最も遠い各エミッタ（１１１，１１２）の位置までの距離をｄ、コリメートレンズ１０２の焦点距離ｆとしたときに、光線束（１１１Ｌ，１１２Ｌ）のそれぞれの主光線（１１１Ｌｍ，１１２Ｌｍ）の進行方向とコリメートレンズの光軸とのなす角θは、θ= tan-1（ｄ／ｆ）で規定される。
　特に、マルチエミッタ型の半導体レーザチップ１１０を複数配置し、角θが小さくなるように構成する場合には、焦点距離の長いコリメートレンズ１０２を複数使用する必要があるため、装置規模が極めて大きくなってしまう。
　上記の課題は、シングルエミッタ型の半導体レーザチップ１００でも起こり得る。すなわち、上記の課題は、半導体レーザチップ１００の出力を上昇させるべく、エミッタ１０１の幅を広くした場合や、シングルエミッタ型の半導体レーザチップ１００を複数配置して、複数の半導体レーザチップ１００から出射された光線束を一つのコリメートレンズ１０２に対して入射させる場合においても同様に起こり得る。
　本発明は、上記の課題に鑑み、複数の半導体レーザチップを用いて、装置規模の拡大を抑制しながら光出力を高めた光源装置を提供することを課題とする。また、本発明は、かかる光源装置を備えたプロジェクタを提供することを課題とする。
　本発明に係る光源装置は、
　同一又は異なる半導体レーザチップ上に設けられた複数の光出射領域と、
　異なる傾斜角を有する複数の平坦面を含み、隣接する複数の前記光出射領域から出射された複数の第一光線束それぞれの少なくとも一部が異なる前記平坦面に入射されて、複数の前記第一光線束のそれぞれの主光線を、相互に離れながら進行する複数の第二光線束に変換して出射する第一屈折光学系と、
　前記第一屈折光学系から出射された複数の前記第二光線束が入射されて、複数の前記前記第二光線束のそれぞれの主光線の進行方向を光軸に対して略平行に変換するとともに、複数の前記第二光線束それぞれを、略平行光線束に変換して出射する第二屈折光学系と、を備えることを特徴とする。
　上記光源装置は、レーザ光源の後段に、異なる傾斜角を有する複数の平坦面を含む第一屈折光学系を備える。レーザ光源から出射された複数の第一光線束は、それぞれの少なくとも一部が、第一屈折光学系の異なる平坦面に入射される。平坦面に形成された傾斜角に応じて、複数の第一光線束は屈折し、その進行方向が変化する。ここで、各平坦面は、複数の第一光線束のそれぞれの主光線が、相互に離れながら進行するように、傾斜角が設定されている。この結果、第一屈折光学系を通過した後の各第二光線束は、相互に離れながら進行する。
　従って、第一屈折光学系を通過した後の第二光線束の主光線同士は、光の進行方向とは反対方向（レーザ光源側）に向かう延長線上で、一定の範囲内に収束する。第一屈折光学系を通過した第二光線束の主光線同士は、実質的に一つの光出射領域から出射された光となる。
　上記光源装置は、第一屈折光学系の後段に、複数の第二光線束のそれぞれの主光線の進行方向を光軸に対して略平行に変換するとともに、複数の第二光線束それぞれを、略平行光線束に変換して出射する第二屈折光学系を備える。第二屈折光学系を通過した各第二光線束は、相互に進行方向が実質的に同一方向となる。
　従って、上記光源装置は、複数の光出射領域から出射された第一光線束を、第一屈折光学によって実質的に一つの領域から出射された第二光線束へと変換し、それらを第二屈折光学系によって各光線束同士と各光線同士を、実質的に平行光（略平行光）として出射するものである。
　この略平行光は、各光線束同士が交差することがなく、若しくは、きわめて微細な光線同士が交差するにとどまる。この結果、これらの光線束を後段で集光することで、高い放射照度を有する光が得られる。
　そして、上記光源装置によれば、第一屈折光学系の後段に、第二屈折光学系を配置することで、光線の拡がりが抑制されるため、焦点距離の長い大型のコリメートレンズを配置する必要がなく、装置規模の拡大が抑制される。
　上記光源装置は、同一の半導体レーザチップ上に複数の光出射領域（いわゆる「エミッタ」）を有してなるマルチエミッタ型の半導体レーザチップを複数備えるものとしても構わないし、同一の半導体レーザチップ上に単一の光出射領域（エミッタ）を有してなるシングルエミッタ型の半導体レーザチップを複数備えるものとしても構わない。
　上記光源装置において、
　前記半導体レーザチップを収容すると共に、一部分に光に対する透過性を示す窓部を有してなるケーシング材を備え、
　前記窓部は、前記第一屈折光学系によって構成されているものとしても構わない。
　上記構成によれば、レーザ光源と第一屈折光学系をケーシングして一つの光源装置として構成できる。この光源装置と、用途に応じた焦点距離の第二屈折光学系を外部に配置することで、略平行光が得られる。
　上記光源装置において、
　前記半導体レーザチップ及び前記第一屈折光学系を収容すると共に、一部分に光に対する透過性を示す窓部を有してなるケーシング材を備え、
　前記窓部は、前記第二屈折光学系によって構成されているものとしても構わない。
　上記構成によれば、レーザ光源と第一屈折光学系及び第二屈折光学系をケーシングして一つの光源装置として構成できる。この光源装置のみで略平行光が得られる。
　上記光源装置において、
　前記ケーシング材は、複数の前記半導体レーザチップを収容するものとしても構わない。
　上記光源装置において、
　前記第一屈折光学系は、光入射面側に複数の前記平坦面を有するものとしても構わない。
　光出射領域から出射された複数の第一光線束は、その主光線を中心に広がりながら進行する。それぞれの主光線は平行を保ちながら進行するが、光線束は広がりながら進行し、やがて光線束の一部が光軸に到達する。各光線束の一部が光軸に到達すると、その後も光線束は広がりながら進行するため、光線束の一部が光軸を越えて、互いの光線束の一部が重なりながら進行する。そして、光線束の重なりは進行するにつれて大きくなる。
　したがって、第一屈折光学系は、第一光線束の一部が光軸に到達してしまう位置よりも前段に配置されるものであることが好ましい。このように配置することで、各エミッタから出射された各第一光線束が、光軸を越えての各第一光線束の一部が重なり合う前に、第一屈折光学系のそれぞれの平坦面に入射することができる。
　つまり、第一光線束の一部が光軸に到達してしまう位置よりも前段に第一屈折光学系が配置されることで、光出射領域から射出された複数の第一光線束は、それぞれ完全に第一屈折光学系の異なる平坦面上に入射される。この結果、各第一光線束に含まれる全ての光線を、前記第二屈折光学系によって略平行光化して、後段に導くことができる。
　逆に、第一屈折光学系は、第一光線束の一部が光軸に到達してしまう位置よりも後段に配置されるものとしても構わない。この場合、隣接する第一光線束同士が一部重なり合いを有した状態で、第二屈折光学系の平坦面に入射される。
　ところで、光出射領域から出射された第一光線束は、主光線の位置において最も光強度が高く、主光線から離れるほど光強度が急激に低下するような配光分布、例えば、ガウス分布のような分布を示す。
　この構成の場合、第一屈折光学系の平坦面に入射された第一光線束に含まれる一部の光線は、同光線束の主光線とは異なる方向に進行することとなる。この光線は、後段の第二屈折光学系によって主光線と略平行とはならずに、迷光となる可能性がある。しかし、上述したように、各第一光線束は例えばガウス分布のような分布を示し、且つ、各第一光線束に含まれる主光線近傍の光線は、第二屈折光学系によって主光線と同方向に進行するため、これらの光線は後段の集光光学系によって目的の位置に集光される。つまり、この態様においても、利用できない光線の強度は極めて低いものであって、装置全体として鑑みた場合、光の利用効率に大きく影響するものではない。
　上記光源装置において、
　前記第一屈折光学系の光出射面と、前記第二屈折光学系の光入斜面とが、共通化されてなるものとしても構わない。
　上記構成とすることで、一つの光学系によって、複数の光出射領域を備えるレーザ光源から出射される光線束を略平行光に変換し、さらに各光線束同士も略平行光に変換できる。一つの光学系で略平行光に変換できることで、装置規模の拡大は抑制される。また、第一屈折光学系と第二屈折光学系それぞれを配置するための部材が一つとなり、さらに装置規模の拡大が抑制される。
　本発明に係るプロジェクタは、
　上記光源装置から出射された光を利用して画像を投影することを特徴とする。
　本発明によれば、複数の半導体レーザチップを用いて、装置規模の拡大を抑制しながらも、光出力を高めた光源装置が実現される。
シングルエミッタ型の半導体レーザチップの構造を模式的に示す斜視図である。 図１Ａの半導体レーザチップから出射される光線束を、Ｘ方向から見た場合と、Ｙ方向から見た場合とに分けて模式的に図示したものである。 半導体レーザチップの後段にコリメートレンズを配置した場合において、ＹＺ平面方向に進行する光線束を、模式的に示した図面である。 半導体レーザチップの後段にコリメートレンズを配置した場合において、ＸＺ平面方向に進行する光線束を、模式的に示した図面である。 マルチエミッタ型の半導体レーザチップの構造を模式的に示す斜視図である。 図３Ａの半導体レーザチップから出射される光線束を、Ｘ方向から見た場合と、Ｙ方向から見た場合とに分けて模式的に図示したものである。 図３Ａの半導体レーザチップの後段にコリメートレンズを配置した場合において、ＸＺ平面方向に進行する光線束を、模式的に示した図面である。 光源装置の一実施形態の構成を模式的に示す図面である。 図３Ａの半導体レーザチップの後段に第一屈折光学系を配置した場合において、ＸＺ平面方向に進行する光線束を、模式的に示した図面である。 図６Ａの一部拡大図である。 第一屈折光学系と第二屈折光学系を一体化させて、結合屈折光学系とした構成例を模式的に示す図面である。 ケーシングされた光源装置の一実施形態の構成を模式的に示す図面である。 ケーシングされた光源装置の別の構成例を模式的に示す図面である。 ケーシングされた光源装置の別の構成例を模式的に示す図面である。 ケーシングされた光源装置の別の構成例を模式的に示す図面である。 ケーシングされた光源装置の別の構成例を模式的に示す図面である。 図１２ＡのＸＹ平面視の図面である。 ケーシングされた光源装置の別の構成例を模式的に示す図面である。 図１２ＣのＸＹ平面視の図面である。 複数の半導体レーザチップが同一のケーシング材でケーシングされた光源装置の斜視図である。 複数の半導体レーザチップが、一つのケーシング材で個別に区切られてケーシングされた光源装置の一実施形態の構成を模式的に示す図面である。 複数の半導体レーザチップが同一のケーシング材でケーシングされた光源装置の斜視図である。 複数の半導体レーザチップが、一つのケーシング材の同一空間内でケーシングされた光源装置の一実施形態の構成を模式的に示す図面である。 複数の半導体レーザチップが、一つのケーシング材の同一空間内でケーシングされた光源装置の別の構成例を模式的に示す図面である。 複数の半導体レーザチップが、一つのケーシング材の同一空間内でケーシングされた光源装置の別の構成例を模式的に示す図面である。 光源装置を含むプロジェクタの構成例を模式的に示す図面である。
　以下、本発明に係る光源装置、及びプロジェクタの各実施形態について、適宜図面を参照して説明する。なお、以下の各図面は、いずれも模式的に図示されたものであり、実際の寸法比と図面上の寸法比とは必ずしも一致していない。
　図５は、光源装置の一実施形態の構成を模式的に示す図面である。光源装置１は、半導体レーザチップ５と、第一屈折光学系２と、第二屈折光学系３を備える。
　図５には、一例として、半導体レーザチップ５が、二つの光出射領域（１０，２０）を有するマルチエミッタ型のレーザ光源である場合が図示されている。なお、以下の各図においても、図１Ａ～図４と同様に、ＸＹＺの３軸を規定する。すなわち、光軸をＺ方向とし、光出射領域（１０，２０）の離間する方向をＸ方向とし、Ｘ方向及びＺ方向に直交する方向をＹ方向とする。
　第一屈折光学系２は、半導体レーザチップ５の光出射領域（１０，２０）から出射された第一光線束（１１，２１）を所定の角度屈折させる光学系である。本実施形態において、第一屈折光学系２は、第一光線束（１１，２１）の入射面側に異なる傾斜角を有する平坦面（２ａ，２ｂ）を備えたプリズムである。傾斜角の説明については図６Ｂを参照して後述される。
　第二屈折光学系３は、第一屈折光学系２から出射された第二光線束（１２，２２）が入射されて、第二光線束のそれぞれの主光線（１２Ｌｍ，２２Ｌｍ）の進行方向を光軸に対して略平行に変換するとともに、複数の前記第二光線束（１２，２２）それぞれを、略平行光線束に変換する光学系である。本実施形態において第二屈折光学系３はコリメートレンズである。
　図６Ａは、半導体レーザチップ５の後段に第一屈折光学系２を配置した場合において、ＸＺ平面方向に進行する光線束を、模式的に示した図面である。半導体レーザチップ５の光出射領域（１０，２０）から出射された第一光線束（１１，２１）は、第一屈折光学系２によって屈折し、各主光線（１２Ｌｍ，２２Ｌｍ）は互いに離れるように進行する。その後、第一屈折光学系２から出射された第二光線束（１２，２２）は、各主光線（１２Ｌｍ，２２Ｌｍ）を基準として発散しながら進行する。
　図６Ｂは、図６Ａの一部拡大図である。第一屈折光学系２の平坦面（２ａ，２ｂ）については傾斜角（θa，θb）が設定されている。より詳細には、各平坦面（２ａ，２ｂ）は、第一光線束（１１，２１）が、離間した光出射領域（１０，２０）から出射されているにもかかわらず、あたかも同一の収束領域６から出射されているように光学的に模擬する機能を有するように、傾斜角（θa，θb）が設定されている。
　ここで、平坦面（２ａ，２ｂ）の傾斜角（θa，θb）とは、第一光線束（１１，２１）の光軸６０を基準としたときの角度を指し、この角度には回転方向に応じて正負の値を付して区別するものとする。ここでは、回転方向が反時計方向である場合を正とし、時計方向である場合を負とする。すなわち、図６Ｂの例によれば、第一屈折光学系２の平坦面２ａは、光軸６０に対して反時計方向に傾いており、傾斜角θaは正の値である。一方、第一屈折光学系２の平坦面２ｂは、光軸６０に対して時計方向に傾いており、傾斜角θbは負の値である。つまり、平坦面２ａの傾斜角θaと、平坦面２ｂの傾斜角θbとは、それぞれ異なる値である。
　また、本実施形態においては、収束領域６が半導体レーザチップ５の光出射領域（１０，２０）の中間に位置するように、平坦面（２ａ，２ｂ）の傾斜角（θa，θb）が設定されているが、半導体レーザチップ５の光出射領域（１０，２０）の中間に位置していなくても構わない。さらには、光軸６０上でなくても構わない。
　図６Ｂに図示されているように、第一屈折光学系２の平坦面（入射面）（２ａ，２ｂ）と出射面２ｃによって屈折した光線束の各主光線（１２Ｌｍ，２２Ｌｍ）を、進行方向とは逆方向に延長する仮想線（１１ａ，２１ａ）を引いた場合に、各仮想線が収束領域６に収束している。すなわち、第一屈折光学系２を通過したそれぞれの光線束（１１，２１）は、仮想的な収束領域６から、すなわち実質的にシングルエミッタから出射された光線束となる。
　図２Ｂを参照して上述したように、シングルエミッタ型の半導体レーザチップ１００のエミッタ（光出射領域）１０１から出射された光線束１０１Ｌは、コリメートレンズ１０２によって略平行光に変換される。これと同様に、図５に示す半導体レーザチップ５から出射された光線束（１１，２１）は、第一屈折光学系２によって、実質的にシングルエミッタから出射された光線束に変換された後、第二屈折光学系３に入射し、各光線束（１２，２２）が略平行光線束となるように変換される。
　図７は、光源装置１の別の構成例を模式的に示す図面である。図７に示すように、光源装置１は、第一屈折光学系２と第二屈折光学系３を一体化させてなる結合屈折光学系４を備えるものとしても構わない。図７に示す符号７は、第一屈折光学系２と第二屈折光学系３との境界面を指している。図６Ａと同様の理由により、結合屈折光学系４の前段に配置された第一屈折光学系２の入射面（図６Ｂにおける平坦面（２ａ，２ｂ））で屈折した第一光線束（１１，２１）は、主光線（１１ｍ，２１ｍ）を基準として発散するように第一屈折光学系２中を進行する。境界面７に到達した光線束（１１，２１）はそのまま第二屈折光学系３に入射し、第二屈折光学系３中を進行する。そして、第二屈折光学系３（結合屈折光学系４）の出射面で屈折し、略平行光として出射される。
　結合屈折光学系４は、同一の屈折率を有する第一屈折光学系２と第二屈折光学系３を結合することで構成してもよく、又は異なる屈折率を有する第一屈折光学系２と第二屈折光学系３を結合することで構成してもよい。
　また、結合屈折光学系４は二つの部材を結合させるのではなく、一つの部材として構成してもよい。例えば、出射面側が凸曲面を有し、入射面側に傾斜角の異なる平坦面を有する光学部材で構成しても構わない。
　光源装置１は、半導体レーザチップ５を所定の材料によってケーシングすることで実現しても構わない。図８は、ケーシングされた光源装置１の一実施形態の構成を模式的に示す図面である。図８に示される例では、光源装置１が備えるケーシング材３０は、半導体レーザチップ５をケーシングし、第一屈折光学系２と、第二屈折光学系３とは、ケーシング材３０の外部に配置されている。ケーシング材３０の一部には、光に対する透過性を示す窓部３０ａが設けられている。
　ケーシング材３０は、窓部３０ａ以外の部分は、例えばコバールのようなガラスと熱膨張率が近い金属からなり、窓部３０ａは、例えばＢＫ－７のような光学ガラスからなる。図８に示す光源装置１において、窓部３０ａは、半導体レーザチップ５の光出射領域（１０ａ，２０ａ）に対向する位置に配置されており、各光出射領域（１０ａ，２０ａ）から出射された第一光線束（１１，２１）が、窓部３０ａを通過してケーシング材３０の外部に配置された第一屈折光学系２に入射される。
　すなわち、図８に示す光源装置１は、図５を参照して説明した光源装置１と比較した場合、半導体レーザチップ５の光出射領域（１０ａ，２０ａ）と第一屈折光学系２の間に、第一光線束（１１，２１）の進行には光学的に影響を与えないケーシング材３０の窓部３０ａが配置されているだけであるため、重複を避ける観点から、窓部３０ａ以後の各光線束の進行についての説明を省略する。
　図９は、ケーシングされた光源装置１の別の構成例を模式的に示す図面である。図９に示される例では、光源装置１が備えるケーシング材３０は、半導体レーザチップ５と第一屈折光学系２とをケーシングし、第二屈折光学系３は、ケーシング材３０の外部に配置されている。ケーシング材３０の一部には、光に対する透過性を示す窓部３０ａが設けられている。
　図９に示す光源装置１においても、半導体レーザチップ５と、半導体レーザチップ５の後段に配置された第一屈折光学系２と、第一屈折光学系２の後段に配置された第二屈折光学系３とを備えるという点においては、図５を参照して説明した光源装置１と同じであるため、重複を避ける観点から各光線束の進行についての説明を省略する。
　図９に示す光源装置１は、ケーシング材３０の内部に第一屈折光学系２を配置する構成であるため、ケーシング材３０に第一屈折光学系２を配置できる空間を設ける必要がある。しかしながら、その影響は小さく、第一屈折光学系２をケーシング材３０外部に配置する必要がなくなる点によって、光源装置１全体の装置規模としては縮小化ができる。
　さらに、図９に示す光源装置１によれば、図８に示された光源装置１よりも、第一屈折光学系２を半導体レーザチップ５の近くに配置できる。このため、半導体レーザチップ５がマルチエミッタ型である場合、各光出射領域（１０，２０）から出射される第一光線束（１１，２１）が大きく広がる前に、第一屈折光学系２の所定の入射面（平坦面２ａ，２ｂ）に入射することができる。この結果、第一屈折光学系２の入射面（平坦面２ａ，２ｂ）の大きさを縮小化できるため、光源装置１全体の小型化に寄与する。
　図１０は、ケーシングされた光源装置１の別の構成例を模式的に示す図面である。より詳細には、第一屈折光学系２が、図８におけるケーシング材３０の窓部３０ａの機能を兼ね備えた構成である。
　図１０に示す光源装置１においても、半導体レーザチップ５と、半導体レーザチップ５の後段に配置された第一屈折光学系２と、第一屈折光学系２の後段に配置された第二屈折光学系３とを備えるという点においては、図５を参照して説明した光源装置１と同じであるため、重複を避ける観点から各光線束の進行についての説明を省略する。
　図１１は、ケーシングされた光源装置１の別の構成例を模式的に示す図面である。より詳細には、第二屈折光学系３が、図８におけるケーシング材３０の窓部３０ａの機能を兼ね備えた構成であって、第一屈折光学系２をケーシング材の内部に配置したものである。
　図１１に示す光源装置１においても、半導体レーザチップ５と、半導体レーザチップ５の後段に配置された第一屈折光学系２と、第一屈折光学系２の後段に配置された第二屈折光学系３とを備えるという点においては、図５を参照して説明した光源装置１と同じであるため、重複を避ける観点から各光線束の進行についての説明を省略する。
　図１１に示す光源装置１においても、図９の構成と同様にケーシング材３０の内部に第一屈折光学系２を配置する構成であるため、ケーシング材３０に第一屈折光学系２を配置できる空間を設ける必要がある。しかしながら、その影響は小さく、第一屈折光学系２を半導体レーザチップ５の近くに配置できる点、及び第一屈折光学系２と、第二屈折光学系３とをケーシング材３０外部に配置する必要がなくなる点によって、光源装置１全体の装置規模としては縮小化ができる。
　図１２Ａは、ケーシングされた光源装置１を別の構成例を模式的に示す図面である。より詳細には、第一屈折光学系２と第二屈折光学系３が一体化されてなる結合屈折光学系４が、図８におけるケーシング材３０の窓部３０ａの機能を兼ね備えた構成である。第一屈折光学系２と第二屈折光学系３との間に、空間を設ける必要がなく、図１１に示す光源装置１よりも、さらに装置規模の縮小化ができる。
　図１２Ａは、ケーシング材３０の窓部を第二屈折光学系３で構成し、第一屈折光学系２と第二屈折光学系３を接合して結合屈折光学系４を構成している。図１２Ｂでは、図１２Ａにおける、ＸＹ平面視での第一屈折光学系２と第二屈折光学系３の形状を示している。ただし、ＸＹ平面視において第一屈折光学系２は第二屈折光学系３と同一形状であるため、図１２Ｂでは、第一屈折光学系２が第二屈折光学系３の後ろに隠れている。
　図１２Ｃも、ケーシング材３０の窓部を第二屈折光学系３で構成し、第一屈折光学系２と第二屈折光学系３を接合して結合屈折光学系４を構成している。図１２Ｄでは、図１２Ｃにおける、ＸＹ平面視での第一屈折光学系２と第二屈折光学系３の形状を示している。
　図１２Ｃ及び図１２Ｄの実施形態のように、第二屈折光学系３に相当する部分の一部が、ケーシング材３０の外壁面に接触するように配置しても構わない。また、第一屈折光学系２と第二屈折光学系３は、ＸＹ平面視で円や四角形でなくても構わない。
　図１２Ａ及び１２Ｂに示す光源装置１においても、半導体レーザチップ５と、半導体レーザチップ５の後段に配置された第一屈折光学系２と第二屈折光学系３を一体化させてなる結合屈折光学系４を備えるという点においては、図７を参照して説明した光源装置１と同じであるため、重複を避ける観点から各光線束の進行についての説明を省略する。
　光源装置１は、複数の半導体レーザチップ５を備えても構わない。この場合において、各半導体レーザチップ５を同一のケーシング材でケーシングしても構わない。図１３Ａは、複数の半導体レーザチップ５を同一のケーシング材３１（以下、「マルチケーシング材３１」と称することがある。）でケーシングされた光源装置１の模式的な斜視図である。本発明の光源装置も、マルチケーシング材３１で構成し、プロジェクタ等の光源として用いることができる。図１３Ａはその一例を模式的に図示したものである。図１３Ａに示す光源装置１では、半導体レーザチップ５が、マルチケーシング材３１内で個別に区切られた配置領域に配置されている。なお、図１３Ａでは、説明の都合上、屈折光学系（２，３）の図示を省略している。
　図１０～図１１と同様に、マルチケーシング材３１の窓部を第一屈折光学系２や第二屈折光学系３で構成しても構わない。また、図１２Ａ～図１２Ｄと同様に、第一屈折光学系２と第二屈折光学系３とが共通化された結合屈折光学系４によって構成しても構わない。
　複数の半導体レーザチップ５と、屈折光学系（２，３）を一つのケーシング材で構成すれば、外部に配置する光学系の点数を削減でき、さらに、各半導体レーザチップ５に対して電圧を印加するための電極も共有化することもできるため、装置規模の縮小化に寄与する。同一のマルチケーシング材３１内に収容される半導体レーザチップ５の数や、各半導体レーザチップ５の配列方法には特に制限はない。
　図１３Ｂは、図１３Ａに図示されたマルチケーシング材３１と、その後段に配置された屈折光学系（２，３）とを併せて示す図面である。複数の半導体レーザチップが、一つのケーシング材で個別に区切られてケーシングされている。図１３Ｂに示す光源装置１は、マルチケーシング材３１内に複数の半導体レーザチップ５を配置し、マルチケーシング材３１の外部に第一屈折光学系２と第二屈折光学系３を配置して構成されている。
　図１４Ａは、複数の半導体レーザチップ５が同一のケーシング材でケーシングされた光源装置の別の斜視図である。図１４Ａに示す光源装置１では、図１３Ａに示す光源装置１とは異なり、半導体レーザチップ５が、マルチケーシング材３２内において個別の区切りなく配置されている。なお、図１４Ａは、図１３Ａと同様に、説明の都合上、屈折光学系（２，３）の図示を省略している。
　図１４Ｂは、図１４Ａに図示されたマルチケーシング材３２と、その後段に配置された屈折光学系（２，３）とを併せて示す図面である。図１４Ｂに示す光源装置１は、マルチケーシング材３２内に複数の半導体レーザチップ５を配置し、マルチケーシング材３２の窓部３２ａで仕切られた外部に第一屈折光学系２と第二屈折光学系３を配置して構成されている。
　図１４Ｃは、複数の半導体レーザチップが、一つのケーシング材の同一空間内でケーシングされた光源装置の別の構成例を模式的に示す図面である。図１４Ｃに示すように、複数の第一屈折光学系２が結合して、光学部材３３を構成するものであっても構わない。
　図１４Ｄは、複数の半導体レーザチップが、一つのケーシング材の同一空間内でケーシングされた光源装置の別の構成例を模式的に示す図面である。図１４Ｄに示すように、複数の第一屈折光学系２が結合して、一つの光学部材３３を構成し、さらに光学部材３３がマルチケーシング材３２の窓部３２ｂを構成するものであっても構わない。
　さらに別実施例として、図１４Ｄの光学部材３３の出射面側と、第二屈折光学系の入射面側が接触または共通化されて、一つの光学部材を構成するものであっても構わない。
　図１５は、上述した光源装置１を含むプロジェクタの構成例を模式的に示す図面である。プロジェクタ９は、光源装置１を含む照明光学系７０と、照明光学系７０から導かれた光を分光した後にスクリーン９０に投影する分光・投影光学系８０とを備える。
　図１５に示す例では、光源装置１を赤色用光源とした場合が想定されている。すなわち、照明光学系７０は、赤色用光源としての光源装置１と、青色光源７１と、青色光源７１から出射された青色光を受光して蛍光を生成する蛍光光源７２と、拡散反射光学系７３と、ダイクロイックミラー（７４，７５）と、インテグレータ光学系５０と、合成光学系７６と、１／４波長板７７とを備える。
　光源装置１から出射された、光密度の高い赤色光Ｒは、ダイクロイックミラー７４で反射された後、インテグレータ光学系５０へと導かれる。また、青色光源７１から出射された青色光Ｂは、偏光に応じてダイクロイックミラー７５で反射される光と透過する光とに分離される。例えば、ダイクロイックミラー７５には、偏光方向によって光の進行方向を制御することのできる偏光分離素子を含むものとしてもよい。
　ダイクロイックミラー７５で反射されたある偏光方向の青色光は、蛍光光源７２に導かれて、蛍光光源７２に含まれる蛍光体の励起光として用いられ、得られた蛍光がダイクロイックミラー（７５，７４）を透過してインテグレータ光学系５０へと導かれる。ダイクロイックミラー７５を透過した別の偏光方向の青色光は、１／４波長板７７を通過した後、拡散反射光学系７３に入射され、その拡散光が拡散反射光学系７３から反射されて、再度１／４波長板７７を通過して、ダイクロイックミラー７５に導かれる。この光は、ダイクロイックミラー７５で反射された後、ダイクロイックミラー７４を透過してインテグレータ光学系５０へと導かれる。
　インテグレータ光学系５０において、各色の光は照度分布が均一化された後、合成光学系７６によって白色光に合成される。合成光学系７６は、偏光方向を均一化させる偏光変換素子を含むものとしても構わない。
　合成光学系７６を通過した白色光は、分光・投影光学系８０に導かれる。分光・投影光学系８０に含まれる各ダイクロイックミラー（８１ａ，８１ｂ，８１ｃ）によって、色分離された各色の光は、適宜ミラー（８１ｄ，８１ｅ）を介して進行方向が調整された後、各色の変調装置（８２Ｒ，８２Ｇ，８２Ｂ）に入射される。変調装置（８２Ｒ，８２Ｇ，８２Ｂ）は、画像情報に応じて各色光を変調し、色合成光学系８３に出力する。色合成光学系８３は、前記画像情報に応じた光を合成して投射光学系８４に入射する。投射光学系８４は、前記画像情報に応じた光をスクリーン９０に投射する。
　なお、図１５に示すプロジェクタ９において、本実施形態の光源装置１は赤色光を生成する光源に利用した場合を想定しているが、青色光を生成する光源とすることも可能である。この場合、青色光を生成する光源装置１と、この光源装置１から出射された青色光が励起光として入射し蛍光を生成する蛍光光源と、を備え、青色光と蛍光とが合成光学系７６を介して合成されて白色光を生成するものとしてもよい。
　更に、プロジェクタ９は、本実施形態の光源装置１によって、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の光を生成し、これらを合成光学系７６によって合成する態様とすることも可能である。すなわち、光源装置１が、青色光を生成する半導体レーザチップ５、赤色光を生成する半導体レーザチップ５、緑色光を生成する半導体レーザチップ５をそれぞれ備えるものとしても構わない。この場合、各光源装置１から出射された各色の光は、光ファイバなどの導光部材を通じて伝搬されて、各色の変調装置（８２Ｒ，８２Ｇ，８２Ｂ）に入射されるものとしても構わない。
　なお、図１５に示すプロジェクタ９は、変調装置（８２Ｒ，８２Ｇ，８２Ｂ）が透過型の液晶素子で構成されている場合を想定して図示されたものであるが、反射型の変調装置（ＤＭＤ：デジタル・マイクロミラー・デバイス、登録商標）が用いられていても構わない。分光・投影光学系８０は、変調装置の構成に応じて適宜設定される。
　［別実施形態］
　以下、別実施形態につき説明する。
　〈１〉　図５等を参照して上述した半導体レーザチップ５は、２つの光出射領域（１０，２０）を有するマルチエミッタ型の構成であった。この半導体レーザチップ５が備える光出射領域の数は、２個に限定されず、３個以上であっても構わない。第一屈折光学系２が備える、傾斜角の異なる平坦面（２ａ，２ｂ，‥‥）の数は、光出射領域の数に応じて設定される。
　逆に、各半導体レーザチップ５は、例えば図１Ａを参照して上述したように、単独の光出射領域を有するシングルエミッタ型の構成であり、複数の半導体レーザチップ５からの出射光が、第一屈折光学系２に入射される構成であっても構わない。更に、複数の半導体レーザチップ５からの出射光が、第一屈折光学系２に入射される態様において、各半導体レーザチップ５がマルチエミッタ型の構造であっても構わない。また、第一屈折光学系２は各半導体レーザチップ５に対応して設けられていれば良く、該第一屈折光学系２自身が個別に設けられていても、アレー状に一体形成されていても構わない。
　〈２〉　上記実施形態では、各半導体レーザチップ５の光出射領域（１０，２０）が半導体レーザチップ５の端面に形成された、いわゆる「端面発光型」の構造である場合を想定して説明した。しかし、本発明は、各半導体レーザチップ５が、半導体層の積層方向に光が取り出される、いわゆる「面発光型」の構造であっても、同様に適用可能である。
　〈３〉　本発明に係る光源装置１は、複数の光線束を集光して、所定の照射対象物に照射するアプリケーションであれば、プロジェクタ以外にも適用可能である。一例として、光源装置１を露光装置用の光源として利用することが可能である。
　〈４〉　上述した光源装置１が備える光学配置態様は、あくまで一例であり、本発明は、図示された各構成に限定されない。例えば、ある光学系と別の光学系との間において、光の進行方向を変化させるための反射光学系が適宜介在されていても構わない。
　　　　１　　　　：　　光源装置
　　　　２　　　　：　　第一屈折光学系
　　　　２ａ，２ｂ：　　第一屈折光学系が備える平坦面
　　　　３　　　　：　　第二屈折光学系
　　　　４　　　　：　　結合屈折光学系
　　　　５　　　　：　　半導体レーザチップ
　　　　６　　　　：　　収束領域
　　　　７　　　　：　　境界面
　　　　９　　　　：　　プロジェクタ
　　　１０，２０　：　　光出射領域
　　　１１，２１　：　　第一光線束
　　　１２，２２　：　　第二光線束
　　　３０　　　　：　　ケーシング材
　　　３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ　：　ケーシング材の窓部
　　　３１，３２　：　　マルチケーシング材
　　　３１ａ，３２ａ，３２ｂ　　：　　マルチケーシング材の窓部
　　　３３　　　　：　　光学部材
　　　４０　　　　：　　後段光学系
　　　５０　　　　：　　インテグレータ光学系
　　　６０　　　　：　　光軸
　　　７０　　　　：　　照明光学系
　　　７１　　　　：　　青色光源
　　　７２　　　　：　　蛍光光源
　　　７３　　　　：　　拡散反射光学系
　　　７４，７５　：　　ダイクロイックミラー
　　　７６　　　　：　　合成光学系
　　　７７　　　　：　　波長板
　　　８０　　　　：　　分光・投影光学系
　　　８１ａ，８１，８１ｃ　　：　　ダイクロイックミラー
　　　８１ｄ，８１ｅ　　：　　ミラー
　　　８２Ｂ，８２Ｇ，８２Ｒ　　：　　変調装置
　　　８４　　　　：　　投射光学系
　　　８５　　　　：　　色合成光学系
　　　９０　　　　：　　スクリーン
　　１００，１１０　　　：　　半導体レーザチップ
　　１０１，１１１，１１２　　　：　　エミッタ
　　１０１Ｌ，１１１Ｌ，１１２Ｌ　　：　　エミッタから出射される光線束
　　１０２　　　：　　　コリメートレンズ

Claims (7)

  1. 　同一又は異なる半導体レーザチップ上に設けられた複数の光出射領域と、
    　異なる傾斜角を有する複数の平坦面を含み、隣接する複数の前記光出射領域から出射された複数の第一光線束それぞれの少なくとも一部が異なる前記平坦面に入射されて、複数の前記第一光線束のそれぞれの主光線を、相互に離れながら進行する複数の第二光線束に変換して出射する第一屈折光学系と、
    　前記第一屈折光学系から出射された複数の前記第二光線束が入射されて、複数の前記前記第二光線束のそれぞれの主光線の進行方向を光軸に対して略平行に変換するとともに、複数の前記第二光線束それぞれを、略平行光線束に変換して出射する第二屈折光学系と、を備えることを特徴とする光源装置。
  2. 　前記半導体レーザチップを収容すると共に、一部分に光に対する透過性を示す窓部を有してなるケーシング材を備え、
    　前記窓部は、前記第一屈折光学系によって構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の光源装置。
  3. 　前記半導体レーザチップ及び前記第一屈折光学系を収容すると共に、一部分に光に対する透過性を示す窓部を有してなるケーシング材を備え、
    　前記窓部は、前記第二屈折光学系によって構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の光源装置。
  4. 　前記ケーシング材は、複数の前記半導体レーザチップを収容することを特徴とする、請求項２または３に記載の光源装置。
  5. 　前記第一屈折光学系は、光入射面側に複数の前記平坦面を有する、請求項１～４のいずれか１項に記載の光源装置。
  6. 　前記第一屈折光学系の光出射面と、前記第二屈折光学系の光入射面とが、共通化されてなることを特徴とする、請求項５に記載の光源装置。
  7. 　請求項１～６のいずれか１項の光源装置から出射された光を利用して画像を投影することを特徴とする、プロジェクタ。
     
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021102254A1 (de) 2021-02-01 2022-08-04 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronische anordnung

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11490059B2 (en) 2018-08-16 2022-11-01 Sony Corporation Light source device and projection type display device
JP7314778B2 (ja) * 2019-11-25 2023-07-26 セイコーエプソン株式会社 光源装置およびプロジェクター
CN111985455A (zh) * 2020-09-08 2020-11-24 国网江西省电力有限公司电力科学研究院 一种光伏组件可见光故障模型的训练和识别方法及装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009103529A (ja) * 2007-10-22 2009-05-14 Denso Corp レーザビーム照射装置
JP2010140745A (ja) * 2008-12-11 2010-06-24 Canon Inc 照明装置、及び投射型画像表示装置
JP2015015305A (ja) * 2013-07-03 2015-01-22 浜松ホトニクス株式会社 レーザ装置
WO2017029874A1 (ja) * 2015-08-18 2017-02-23 アルプス電気株式会社 発光装置
US20170252859A1 (en) * 2014-11-19 2017-09-07 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh System for asymmetric optical beam shaping
US20180062342A1 (en) * 2016-08-30 2018-03-01 Corning Incorporated Laser cutting of materials with intensity mapping optical system

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003066369A (ja) * 2001-08-28 2003-03-05 Canon Inc 画像表示装置、画像表示装置の制御方法、画像処理システム
WO2004100331A1 (ja) * 2003-05-09 2004-11-18 Hamamatsu Photonics K.K. 半導体レーザ装置
TWM296531U (en) * 2006-01-02 2006-08-21 Sean & Stephen Corp Green laser module
JP6515514B2 (ja) * 2014-12-11 2019-05-22 セイコーエプソン株式会社 光源装置、照明装置およびプロジェクター
JP2017215570A (ja) * 2016-05-26 2017-12-07 セイコーエプソン株式会社 光源装置およびプロジェクター

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009103529A (ja) * 2007-10-22 2009-05-14 Denso Corp レーザビーム照射装置
JP2010140745A (ja) * 2008-12-11 2010-06-24 Canon Inc 照明装置、及び投射型画像表示装置
JP2015015305A (ja) * 2013-07-03 2015-01-22 浜松ホトニクス株式会社 レーザ装置
US20170252859A1 (en) * 2014-11-19 2017-09-07 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh System for asymmetric optical beam shaping
WO2017029874A1 (ja) * 2015-08-18 2017-02-23 アルプス電気株式会社 発光装置
US20180062342A1 (en) * 2016-08-30 2018-03-01 Corning Incorporated Laser cutting of materials with intensity mapping optical system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021102254A1 (de) 2021-02-01 2022-08-04 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronische anordnung

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