(57)【要約】      （修正有）【課題】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。【解決手段】光源装置１は、同一の又は異なる半導体レーザチップ５上に設けられた複数の光射出領域と、隣接する複数の光射出領域から射出された複数の第一光線束が入射されて、複数の第一光線束それぞれを、略平行光線束である複数の第二光線束に変換して射出する第一屈折光学系６とを含む、複数の半導体レーザユニット２と、異なる傾斜角を有する複数の平坦面を含み、同一の半導体レーザユニットから射出された複数の第二光線束それぞれの少なくとも一部が異なる平坦面に入射されて、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して射出する第二屈折光学系３と、を備える。第二屈折光学系は、半導体レーザユニットの数に対応して配置されている。【選択図】図６
2019148692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の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射出領域と、隣接する複数の前記光射出領域から射出された複数の第一光線束が入射されて、前記複数の第一光線束それぞれを、略平行光線束である複数の第二光線束に変換して射出する第一屈折光学系とを含む、複数の半導体レーザユニットと、
異なる傾斜角を有する複数の平坦面を含み、同一の前記半導体レーザユニットから射出された複数の前記第二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して射出する第二屈折光学系と、を備え、
前記第二屈折光学系は、前記半導体レーザユニットの数に対応して配置されていることを特徴とする、光源装置。
【請求項２】
前記第一屈折光学系は、光射出面側に凸曲面を有し、
前記第二屈折光学系は、前記第一屈折光学系に対して、前記第一屈折光学系の焦点距離よりも離れた位置に配置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。
【請求項３】
前記第二屈折光学系は、隣接する一対の前記第二光線束に関して、一方の前記第二光線束の上光線と他方の前記第二光線束の下光線とが交差する特定位置、又は前記特定位置よりも前記第一光学部材に対して離れた位置に配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記第二屈折光学系は、隣接する前記半導体レーザユニットから射出された前記第二光線束が入射されない位置に配置されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項５】
前記第二屈折光学系は、光入射面側に複数の前記平坦面を有し、複数の前記平坦面のうち、一の前記平坦面が、光軸に対して直交する面であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記第二屈折光学系は、光射出面側に、光軸に対する直交面を有することを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
【請求項７】
前記平坦面とは反対側の面において、複数の前記第二屈折光学系が一体化されてなる第一光学部材を有することを特徴とする、請求項５又は６に記載の光源装置。
【請求項８】
前記第二屈折光学系の後段の位置において、前段フライアイレンズ及び後段フライアイレンズからなるインテグレータ光学系を有し、
前記前段フライアイレンズは、前記第一光学部材の光射出面側に連結して配置されており、複数の前記第二屈折光学系が備える、同一の前記傾斜角を有する前記平坦面同士の周期よりも短周期で配置された複数のレンズを含んでなることを特徴とする、請求項７に記載の光源装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項の光源装置から射出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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置に関し、特に半導体レーザチップから射出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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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射出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。
【０００４】
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射出される光を、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−２１５５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、光源側の光強度を高める方法として、レーザ光を射出する領域（光射出領域：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。
【０００７】
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、エミッタから射出される光（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射出される束状に形成された光線群を「光線束」と称する。
【０００８】
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から射出される光線束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、「ファースト軸方向」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、「スロー軸方向」と呼ぶ。
【０００９】
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、ファースト軸方向については光線束１０１Ｌの発散角θyが大きく、スロー軸方向については光線束１０１Ｌの発散角θxが小さい。
【００１０】
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。
【００１１】
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から射出される光（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。
【００１２】
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、幾何光学上における上光線及び下光線のみを描画している。
【００１３】
本明細書において、「上光線」とは、光線束のうち、光学部材（例えばレンズ）の絞り（入射瞳）の上縁を通過する光線を指し、「下光線」とは、光線束のうち、前記絞り（入射瞳）の下縁を通過する光線を指す。また、以下では、光線束のうち、前記絞り（入射瞳）の中心を通る光線を「主光線」と称する。主光線は、光線束の上光線と下光線との間の中心を通過する光線である。
【００１４】
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、ファースト軸方向（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、上光線と下光線のなす角度が２°未満である光線束を指す。
【００１５】
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、スロー軸方向（Ｘ方向）に関しても略平行光線束となる。
【００１６】
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。
【００１７】
図３Ｂは、図１Ｂにならって、各エミッタ（１１１，１１２）から射出される光線束（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。
【００１８】
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、ファースト軸方向（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。
【００１９】
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。
【００２０】
この結果、エミッタ１１１から射出された光線束１１１Ｌ、及びエミッタ１１２から射出された光線束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。
【００２１】
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から射出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。
【００２２】
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）の発散角θは、θ= tan-1（ｄ／ｆ）で規定される。
【００２３】
図５は、同一のコリメートレンズ１０２を用い、図４の構成よりも、エミッタ（１１１，１１２）間の距離（Ｘ方向の距離）を拡げた場合において、図４にならって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。言い換えれば、図５は、図４の構成よりも、コリメートレンズ１０２の焦点距離に対する、エミッタ（１１１，１１２）間の距離の相対値を大きくした場合に対応する。
【００２４】
図５によれば、主光線１１１Ｌｍと主光線１１２Ｌｍとのなす角度θxm（この角度は、コリメートレンズ１０２の光軸と各主光線のなす角度の２倍に対応する。）は、図４の場合よりも大きくなっていることが分かる。この場合、光線束１１１Ｌと光線束１１２Ｌとが、図４の態様よりも、Ｚ方向に関してコリメートレンズ１０２に対して近い位置で完全に分離してしまう。図４の態様では、光軸方向（Ｚ方向）に関して、ｚ１の位置で光線束１１１Ｌと光線束１１２Ｌとが完全に分離する。これに対し、図５の態様では、光軸方向（Ｚ方向）に関して、ｚ１よりも前段のｚ２の位置で光線束１１１Ｌと光線束１１２Ｌとが完全に分離する。
【００２５】
逆にいえば、コリメートレンズ１０２の焦点距離に対して、エミッタ（１１１，１１２）間の距離が十分無視できる程度の大きさである場合には、Ｘ方向に関しても、光線束１１１Ｌの主光線１１１Ｌｍと、光線束１１２Ｌの主光線１１２Ｌｍとのなす角度は実質的に０°に近づき、各光線束（１１１Ｌ，１１２Ｌ）が分離するようなことは生じない。しかし、このためには、コリメートレンズ１０２を、十分長い焦点距離を有するレンズとする必要があり、光学系のサイズが拡大してしまう。
【００２６】
特に、マルチエミッタ型の半導体レーザチップ１１０を複数配置する場合、各半導体レーザチップ１１０に対応してコリメートレンズ１０２を配置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。
【００２７】
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から射出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。
【００２８】
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。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明に係る光源装置は、
同一の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射出領域と、隣接する複数の前記光射出領域から射出された複数の第一光線束が入射されて、前記複数の第一光線束それぞれを、略平行光線束である複数の第二光線束に変換して射出する第一屈折光学系とを含む、複数の半導体レーザユニットと、
異なる傾斜角を有する複数の平坦面を含み、同一の前記半導体レーザユニットから射出された複数の前記第二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して射出する第二屈折光学系と、を備え、
前記第二屈折光学系は、前記半導体レーザユニットの数に対応して配置されていることを特徴とする。
【００３０】
第一屈折光学系に対して複数の第一光線束が入射されると、それぞれは略平行光線束である複数の第二光線束に変換される。しかし、各第二光線束同士、より詳細には各第二光線束の主光線同士は、第一光線束の主光線同士の間隔に応じた角度を有して進行する。第一光線束の主光線同士の間隔は、各第一光線束を射出する光射出領域の中心位置同士の間隔に依存する。
【００３１】
上記光源装置は、第一屈折光学系の後段に、異なる傾斜角を有する複数の平坦面を含む第二屈折光学系を備える。そして、同一の半導体レーザユニットから射出された、より詳細には同一の第一屈折光学系から射出された、複数の第二光線束は、それぞれの少なくとも一部が、第二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、複数の第二光線束は屈折し、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となるように、傾斜角が設定されている。この結果、第二屈折光学系を通過した後の各第二光線束は、相互に進行方向が実質的に同一方向となる。
【００３２】
従って、第二光線束の主光線同士が、実質的に平行光（略平行光）となるため、各第二光線束同士が交差することがなく、若しくは、極めて微細な光線同士が交差するにとどまる。
【００３３】
上記光源装置は、半導体レーザチップ及び第一屈折光学系を含む半導体レーザユニットを複数備え、この半導体レーザユニットの数に対応した複数の第二屈折光学系を備えている。これにより、各第二屈折光学系から射出された複数の光線束は、それぞれ主光線同士が実質的に平行化される。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。
【００３４】
そして、上記光源装置によれば、各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。
【００３５】
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射出領域（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射出領域（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。
【００３６】
上記光源装置において、
前記第一屈折光学系は、光射出面側に凸曲面を有し、
前記第二屈折光学系は、前記第一屈折光学系に対して、前記第一屈折光学系の焦点距離よりも離れた位置に配置されているものとしても構わない。
【００３７】
第一屈折光学系から射出された複数の第二光線束は、その主光線同士が、第一屈折光学系の焦点の位置で交差する。各第二光線束の上光線と下光線の幅は、実質的に共通であるため、第一屈折光学系の焦点の位置において、各第二光線束同士が完全に重なり合う。仮に、第二屈折光学系が配置されていないとすれば、各第二光線束同士は、第一屈折光学系の焦点の位置から離れるに連れて相互に拡がりを有して進行していく。
【００３８】
ところで、第一屈折光学系から射出された第二光線束は、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。
【００３９】
上記構成によれば、少なくとも第一屈折光学系から射出された複数の第二光線束の主光線は、それぞれ第二屈折光学系の異なる平坦面上に入射される。つまり、各第二光線束のうち、放射照度が極めて高い光線については、異なる平坦面に入射された後、相互に略平行化される。この結果、上述したように、第二屈折光学系から射出された複数の光線束を後段の集光光学系によって集光することで、高い放射照度を有する光を得ることができる。
【００４０】
上記構成において、前記第二屈折光学系は、隣接する一対の前記第二光線束に関して、一方の前記第二光線束の上光線と他方の前記第二光線束の下光線とが交差する特定位置、又は前記特定位置よりも前記第一光学部材に対して離れた位置に配置されているものとしても構わない。
【００４１】
前記特定位置において、隣接する一対の前記第二光線束同士は完全に分離される。仮に、第二屈折光学系が配置されていないとすれば、各第二光線束同士は、前記特定位置から離れるに連れて、離間距離を拡げながら分散進行する。
【００４２】
つまり、上記特定位置、又はその特定位置よりも後段に第二屈折光学系が配置されることで、第一屈折光学系から射出された複数の第二光線束は、それぞれ完全に第二屈折光学系の異なる平坦面上に入射される。この結果、各第二光線束に含まれる全ての光線を、略平行光として、後段に導くことができる。
【００４３】
逆に、前記第二屈折光学系は、前記第一屈折光学系に対して、前記第一屈折光学系の焦点距離よりも離れた位置であって、前記特定位置よりも前段の位置に配置されるものとしても構わない。この場合、隣接する第二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。
【００４４】
仮に、第二屈折光学系が配置されていないとすると、複数の第二光線束全体の幅（光軸に対して直交する平面上における外形）は、特定位置、又はその後段の位置と比較して、特定位置よりも前段の位置の方が小さい。つまり、上記の構成によれば、複数の第二光線束は、ビーム幅が小さい状態で第二屈折光学系に導かれる。この結果、第二屈折光学系から射出された複数の第二光線束を、ビーム幅の小さい光線束として後段に導くことができる。
【００４５】
なお、この構成の場合、第二屈折光学系の平坦面に入射された第二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、後段の集光光学系によって目的の位置に集光されずに、迷光となる可能性がある。しかし、上述したように、各第二光線束は例えばガウス分布のような分布を示し、且つ、各第二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。
【００４６】
前記第二屈折光学系は、隣接する前記半導体レーザユニットから射出された前記第二光線束が入射されない位置に配置されているものとすることができる。このことは、第二屈折光学系の、第一光学系からの離間位置の好ましい上限値を規定することに対応する。
【００４７】
仮に、第二屈折光学系を第一屈折光学系から極めて遠い位置に配置すると、この第二屈折光学系に対して、隣接する半導体レーザユニットから射出された第二光線束が入射される。このとき、以下の問題が生じる可能性がある。
【００４８】
第二屈折光学系が第一屈折光学系から極めて遠い位置に配置されるため、同一の第一屈折光学系から射出された複数の第二光線束同士は、完全に分離し、更にその離間距離が大きい状態で、第二屈折光学系の各平坦面に入射されることになる。この結果、第二屈折光学系は、各平坦面の大きさを大きくするか、又は、各平坦面間の間隔を大きくする必要が生じ、第二屈折光学系の規模が大きくなってしまう。
【００４９】
更に、第二屈折光学系のうち、端部に位置する平坦面に対しては、対応する第一屈折光学系から射出された第二光線束が入射される。これに対し、第二屈折光学系のうち、端部以外に位置する平坦面に対しては、対応する第一屈折光学系からの第二光線束に加えて、隣接する第一屈折光学系からの第二光線束が入射される。この場合、多くの光線が光軸に対して非平行となって進行し、光の利用効率が低下する可能性がある。
【００５０】
上記の構成とすることで、第二屈折光学系の大きさを必要以上に拡大化することなく、光の利用効率を向上させることができる。
【００５１】
前記第二屈折光学系は、光入射面側に複数の前記平坦面を有し、複数の前記平坦面のうち、一の前記平坦面が、光軸に対して直交する面であるものとしても構わない。この場合、一の光射出領域の中心位置と、光軸に対して直交する面で構成された、前記平坦面の中心位置を、それぞれ光軸上に位置合わせすることで光学系の位置合わせが可能となる。
【００５２】
前記第二屈折光学系は、光射出面側に、光軸に対する直交面を有するものとしても構わない。
【００５３】
前記光源装置は、前記平坦面とは反対側の面において、複数の前記第二屈折光学系が一体化されてなる第一光学部材を有するものとすることができる。この場合、各第二屈折光学系は、第一光学部材の一部分に対応する。
【００５４】
前記光源装置は、
前記第二屈折光学系の後段の位置において、前段フライアイレンズ及び後段フライアイレンズからなるインテグレータ光学系を有し、
前記前段フライアイレンズは、前記第一光学部材の光射出面側に連結して配置されており、複数の前記第二屈折光学系が備える、同一の前記傾斜角を有する前記平坦面同士の周期よりも短周期で配置された複数のレンズを含んでなるものとしても構わない。
【００５５】
光源装置がインテグレータ光学系を有することで、その後段において照射面上における照度を略均一化することができる。このとき、インテグレータ光学系に含まれる前段フライアイレンズを、複数の第二屈折光学系が一体化されてなる第一光学部材と連結して配置することで、光軸方向に係る装置規模を縮小化できる。
【００５６】
前記光源装置は、一の前記第二屈折光学系から射出された光線束の下光線と、隣接する前記第二屈折光学系から射出された別の光線束の上光線とが交差する位置に配置され、曲面を相互に対向させて配置された前段フライアイレンズ及び後段フライアイレンズからなるインテグレータ光学系を備えるものとしても構わない。
【００５７】
光源装置がインテグレータ光学系を有することで、その後段において照射面上における照度を略均一化することができる。しかも、上記の構成によれば、ある第二屈折光学系から射出された光線と、隣接する第二屈折光学系から射出された光線とが、前段フライアイレンズの構成要素である同一のレンズ（単レンズ）に入射される。この結果、前段フライアイレンズに含まれる各単レンズに入射された時点における、光の放射照度のバラツキがある程度抑制されるため、その後段の照射面上における照度バラツキを抑制する効果が更に高められる。
【００５８】
ところで、隣接する第二屈折光学系から射出された光線は、隣接する半導体レーザチップから射出された光線である。つまり、上記の構成によれば、同一の半導体レーザチップから射出された光線のみならず、一部隣接する半導体レーザチップから射出された光線が、前段フライアイレンズの構成要素である同一の単レンズに入射される。これにより、光源装置から射出された光を集光して対象物に照射する際、照射面上におけるスペックルノイズを低減する効果が期待される。
【００５９】
本発明に係るプロジェクタは、上記光源装置から射出された光を利用して画像を投影することを特徴とする。
【発明の効果】
【００６０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１Ａ】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１Ｂ】図１Ａの半導体レーザチップから射出される光線束を、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２Ａ】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。
【図２Ｂ】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。
【図３Ａ】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３Ｂ】図３Ａの半導体レーザチップから射出される光線束を、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４】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。
【図５】図４の構成よりも、エミッタ間の距離を拡げた場合において、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６】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７Ａ】図６から一つの半導体レーザユニットと、その後段に配置された第二屈折光学系とを抽出して図示した図面である。
【図７Ｂ】図７Ａの一部拡大図である。
【図７Ｃ】図７Ａの一部拡大図である。
【図８】図７Ａの状態から、第二屈折光学系の配置位置を前段に移動させた場合の光線の進行を模式的に示す図面である。
【図９Ａ】第二屈折光学系の別の構成例を模式的に示す図面である。
【図９Ｂ】第二屈折光学系の別の構成例を模式的に示す図面である。
【図１０】第二屈折光学系の別の構成例を模式的に示す図面である。
【図１１】第二屈折光学系の別の構成例を模式的に示す図面である。
【図１２】光源装置の別の実施形態の構成を模式的に示す図面である。
【図１３】光源装置の別の実施形態の構成を模式的に示す図面である。
【図１４】図１３の一部分を抽出して模式的に拡大した図面である。
【図１５】第二屈折光学系とインテグレータ光学系の別の態様を模式的に示す図面である。
【図１６】光源装置の別の実施形態の構成を模式的に示す図面である。
【図１７】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。
【図１８】光源装置の別の実施形態の構成を模式的に示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００６２】
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。
【００６３】
図６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、複数の半導体レーザユニット（２，２，‥‥）と、各半導体レーザユニットの数に応じて配置された第二屈折光学系（３，３，‥‥）とを備える。なお、図６では、第二屈折光学系（３，３，‥‥）から射出された光が導かれる後段光学系４０が図示されている。
【００６４】
半導体レーザユニット２は、半導体レーザチップ５と、第一屈折光学系６とを備える。図７Ａは、一つの半導体レーザユニット２と、この半導体レーザユニット２に対応して配置された第二屈折光学系３とを抽出して図示した図面である。本実施形態において、半導体レーザチップ５は、複数の光射出領域（１０，２０）を備えた、マルチエミッタ型の構造であり、図３Ａを参照して上述した半導体レーザチップ１１０と同様の形状を示す。以下では、図３Ａと同様に、光射出領域（１０，２０）が隣接する方向をＸ方向、光軸方向をＺ方向、Ｘ及びＺ方向に直交する方向をＹ方向として説明する。なお、図７Ｂは、図７Ａにおいて、光射出領域（１０，２０）から第一屈折光学系６までの部分を拡大した図面である。
【００６５】
半導体レーザチップ５が備える各光射出領域（１０，２０）の、ファースト軸方向（Ｙ方向）に係る幅は、２μｍ以下であり、一例として１μｍである。各光射出領域（１０，２０）の、スロー軸方向（Ｘ方向）に係る幅は５μｍ以上５００μｍ以下であり、一例として８０μｍである。各光射出領域（１０，２０）の間隔（Ｘ方向）は、５０μｍ以上、１０００μｍ以下であり、一例として、１５０μｍである。
【００６６】
半導体レーザチップ５は、各光射出領域（１０，２０）から、ほぼ円錐形状の第一光線束（１１，２１）を射出する。このとき、図３Ｂを参照して上述したのと同様に、各光射出領域（１０，２０）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各第一光線束（１１，２１）は完全に重なっている。一方、各光射出領域（１０，２０）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各第一光線束（１１，２１）はそれぞれの位置がずれて表示される。図７Ａは、各第一光線束（１１，２１）を、Ｙ方向から見たときの光線図を模式的に示している。
【００６７】
より詳細には、図７Ｂに図示されるように、第一光線束１１は、上光線１１ａと、下光線１１ｂとに挟まれた光線群で規定される。上光線１１ａと下光線１１ｂとの中間を進行する光線を、主光線１１ｍと定義する。同様に、第一光線束２１は、上光線２１ａと、下光線２１ｂとに挟まれた光線群で規定され、その中間の位置に主光線２１ｍが存在する。主光線（１１ｍ，２１ｍ）は、便宜上一点鎖線で示されている。なお、図７Ａ及び図７Ｂでは、第一屈折光学系６の光軸が光軸６１として図示されている。
【００６８】
半導体レーザチップ５は、その中心位置５ａが、第一屈折光学系６の光軸６１上に位置するように配置される。この結果、各光射出領域（１０，２０）は、それぞれＸ方向に関して光軸６１から離れた位置に配置される。更に、個々の光射出領域（１０，２０）においても、Ｘ方向に大きさを有しているため、光軸６１に近い側の端部と、光軸６１から遠い側の端部との間では、それぞれ光軸からの距離に差が生じる。
【００６９】
半導体レーザチップ５と第一屈折光学系６とは、Ｚ方向に関して、第一屈折光学系６の焦点距離ｆ６だけ離れて配置される。これにより、半導体レーザチップ５の各光射出領域（１０，２０）から射出された各第一光線束（１１，２１）は、第一屈折光学系６によって屈折され、それぞれが略平行光線束である第二光線束（１２，２２）に変換される。第一屈折光学系６は、各第一光線束（１１，２１）を、略平行光線束である第二光線束（１２，２２）に変換する光学系であれば、どのような光学部材で構成されていても構わない。
【００７０】
上述したように、各光射出領域（１０，２０）は、それぞれＸ方向に関して光軸６１から離れた位置に配置されている。このため、略平行光線束である第二光線束（１２，２２）それぞれの主光線（１２ｍ，２２ｍ）は、第一屈折光学系６の後段の（光射出面側の）焦点位置に向かって進行する。この結果、第二光線束（１２，２２）は、それぞれ略平行光線束として進行しながらも、それぞれの進行方向は異なる。図７Ａには、各第二光線束（１２，２２）が交差する場合が図示されている。
【００７１】
第二光線束（１２，２２）は、第一屈折光学系６の後段に配置された第二屈折光学系３に導かれる。図７Ｃは、図７Ａにおいて、第二屈折光学系３の近傍の部分を拡大した図面である。図７Ｃにおいて、第二屈折光学系３の光軸を「光軸６２」として示している。本実施形態では、第一屈折光学系６の光軸６１と、第二屈折光学系３の光軸６２とが一致するように、各屈折光学系（６，３）の位置が調整されているものとして説明する。
【００７２】
図７Ｃに示されるように、第二屈折光学系３は、光入射面側に設けられた、異なる傾斜角（θa、θb）を示す複数の平坦面（３ａ，３ｂ）と、光射出面側に設けられた平坦面３ｃを有する。平坦面３ｃは、光軸６２（６１）に対して直交する面で構成されている。
【００７３】
ここで、平坦面（３ａ，３ｂ）の傾斜角（θa，θb）とは、光軸６２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７Ｃの例によれば、第二屈折光学系３の平坦面３ａは、光軸６２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、第二屈折光学系３の平坦面３ｂは、光軸６２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３ａの傾斜角θaと、平坦面３ｂの傾斜角θbとは、それぞれ異なる値である。
【００７４】
第二屈折光学系３は、各平坦面（３ａ，３ｂ）に入射された第二光線束（１２，２２）を、光軸６２に対して略平行にするよう、それぞれの傾斜角（θa，θb）が設定されている。より詳細には、平坦面３ａは、第二光線束２２の主光線２２ｍが入射されると、その主光線２２ｍが光軸６２に対して略平行となるよう、傾斜角θaが設定されている。同様に、平坦面３ｂは、第二光線束１２の主光線１２ｍが入射されると、その主光線１２ｍが光軸６２に対して略平行となるよう、傾斜角θbが設定されている。
【００７５】
かかる構成によれば、第二屈折光学系３を通過した各第二光線束（１２，２２）は、それぞれ実質的に同一方向（光軸６２に対して平行な方向）に進行する。図６を参照して上述したように、光源装置１は、半導体レーザユニット２の数に応じて、第二屈折光学系３を備えている。この結果、各第二屈折光学系３から射出された第二光線束（１２，２２）は、いずれもが、実質的に同一方向に向かって進行する略平行光線束となる。この結果、後段光学系４０が集光光学系を含む場合、この後段光学系４０内において集光された光線束群のビーム幅を縮小化することができる。
【００７６】
第二屈折光学系３は、入射された各第二光線束（１２，２２）を、光軸６２に対して略平行に変換する機能を有していれば、どのような光学部材で構成しても構わない。一例として、第二屈折光学系３は、プリズムで構成される。
【００７７】
図７Ａでは、第二屈折光学系３が、第一屈折光学系６側に凸となるような形状を示す場合について図示されている。かかる場合には、第二屈折光学系３は、Ｚ方向に関して、第一屈折光学系６の焦点距離ｆ６よりも遠方に離れた位置に配置される。図７Ａでは、隣接する一対の第二光線束（１２，２２）に関して、一方の第二光線束１２の上光線１２ａと他方の第二光線束２２の下光線２２ｂとが交差する位置ｚ１（「特定位置」に対応する。）よりもＺ方向（光軸６１，６２の方向）に関して、後段の位置に第二屈折光学系３が配置されている。第二屈折光学系３がこのような位置に配置された場合、各第二光線束（１２，２２）は、それぞれが完全に分離された状態で第二屈折光学系３に対して入射される。
【００７８】
図８は、図７Ａの状態から、第二屈折光学系３の配置位置を前段（第一屈折光学系６側）に移動させた場合の各光線の進行を模式的に示す図面である。第二屈折光学系３を通過した光線束全体の幅（ビーム幅ｄ）は、図７Ａの場合と比べて小さくなる。この結果、後段光学系４０内に対して、ビーム幅を縮小化した状態で光線束群を入射させることができるため、装置規模の縮小化に寄与する。
【００７９】
ところで、図８の態様では、上述したように、各第二光線束（１２，２２）の一部が重なっている状態で、各第二光線束（１２，２２）が第二屈折光学系３に対して入射される。つまり、第二屈折光学系３の各平坦面（３ａ，３ｂ）に対して、隣接する第二光線束（１２，２２）の一部の光線が入射される。より詳細には、平坦面３ａに対して、主光線２２ｍを含む第二光線束２２に加えて、第二光線束１２の上光線１２ａ近傍の光線が入射される。同様に、平坦面３ｂに対して、主光線１２ｍを含む第二光線束１２に加えて、第二光線束２２の下光線２２ｂ近傍の光線が入射される。
【００８０】
図７Ａ〜図７Ｃを参照して上述したように、第二屈折光学系３が備える平坦面（３ａ，３ｂ）は、各平坦面（３ａ，３ｂ）に入射された第二光線束（１２，２２）を、光軸６２に対して略平行にするように、それぞれの傾斜角（θa，θb）が設定されている。より詳細には、平坦面３ａは、主光線２２ｍを含む第二光線束２２を光軸６２に対して略平行化するよう、傾斜角θaが設定されており、平坦面３ｂは、主光線１２ｍを含む第二光線束１２を光軸６２に対して略平行化するよう、傾斜角θbが設定されている。
【００８１】
つまり、平坦面３ａに対して入射される光線のうち、第二光線束２２に属する光線については、光軸６２に対して略平行な光線に変換される。しかし、上述したように、平坦面３ａに対しては、第二光線束１２の上光線１２ａ近傍の光線も入射される。この光線は、第二光線束２２とは異なる入射角で平坦面３ａに対して入射されるため、第二光線束２２とは異なり、光軸６２に対して非平行な光線となる。
【００８２】
同様に、平坦面３ｂに対して入射される光線のうち、第二光線束１２に属する光線については、光軸６２に対して略平行な光線に変換される。しかし、上述したように、平坦面３ｂに対しては、第二光線束２２の下光線２２ｂ近傍の光線も入射される。この光線は、第二光線束１２とは異なる入射角で平坦面３ｂに対して入射されるため、第二光線束１２とは異なり、光軸６２に対して非平行な光線となる。
【００８３】
つまり、平坦面３ａに入射された、第二光線束１２の上光線１２ａ近傍の光線、及び、平坦面３ｂに対して入射された、第二光線束２２の下光線２２ｂ近傍の光線は、いずれも後段光学系４０において目的の位置に集光されずに、迷光となる可能性がある。
【００８４】
しかし、第二光線束（１２，２２）は、それぞれの主光線（１２ｍ，２２ｍ）を最大強度とし、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。すなわち、平坦面３ａに入射された、第二光線束１２の上光線１２ａ近傍の光線の強度、及び、平坦面３ｂに対して入射された、第二光線束２２の下光線２２ｂ近傍の光線の強度は、極めて低い。
【００８５】
つまり、第二屈折光学系３を図８に図示された位置に配置したことで、上述したような迷光が発生したとしても、その光量は微小であるため、光源装置１全体としての、光の利用効率には大きな影響を及ぼすものではない。第二屈折光学系３を図８に図示された位置に配置したことで、むしろ、図７Ａに図示された装置構成と比較して、後段に導かれるビーム径ｄの幅を縮小化できるため、限られた領域内に多くの光線束を導くことができ、高出力の光源装置１が実現できるという効果を奏する。
【００８６】
図７Ａに示される第二屈折光学系３は、光入射面側に、傾斜角を有する平坦面（３ａ，３ｂ）を有し、光射出面側に、光軸６２に対して直交する平坦面３ｃを有する。これに対し、図９Ａに示すように、第二屈折光学系３が、光入射面側に、光軸６２に対して直交する平坦面３ｃを有し、光射出面側に、傾斜角を有する平坦面（３ａ，３ｂ）を有する構成としても構わない。
【００８７】
この構成によれば、各第二光線束（１２，２２）は、第二屈折光学系３の平坦面３ｃに入射されると、屈折して進行方向を変化させて第二屈折光学系３の内部を進行し、その後、平坦面（３ａ，３ｂ）に到達すると、再度屈折して進行方向が変化し、光軸６２に対して略平行となる。言い換えれば、この図９Ａの構成によれば、各第二光線束（１２，２２）の進行方向を光軸６２に対して略平行とするために、各第二光線束（１２，２２）を２回にわたって屈折させることができる。
【００８８】
この結果、図７Ａの場合と比較して、第二屈折光学系３の光入射面側における、各第二光線束（１２，２２）の入射角度を小さくでき、第二屈折光学系３の表面における反射光の光量を削減できる。つまり、図９Ａの構成によれば、図７Ａの場合と比較して、光の利用効率を向上できる。
【００８９】
また、図９Ｂに示されるように、第二屈折光学系３が、光入射面側に、傾斜角を有する平坦面（３ａ，３ｂ）を有し、光射出面側にも、傾斜角を有する平坦面（３ｄ，３ｅ）を有するものとしても構わない。この場合においても、図９Ａの構成と同様に、各第二光線束（１２，２２）の進行方向を光軸６２に対して略平行とするために、各第二光線束（１２，２２）を２回にわたって屈折させることができるため、第二屈折光学系３の表面での反射光量が抑制され、光の利用効率を向上できる。
【００９０】
なお、第二屈折光学系３の光軸６２は、必ずしも第一屈折光学系６の光軸６１と一致していなくても構わない。例えば、図１０に示すように、第二屈折光学系３の光射出面側の平坦面３ｃを傾斜させることで、第二屈折光学系３から射出される各第二光線束（１２，２２）を、第二屈折光学系３の光軸６２に対しては略平行であって、第一屈折光学系６の光軸６１とは非平行としても構わない。例えば、後段光学系４０において、光学系に導くために、光線束の進行方向を反射光学系（ミラー等）を用いて変更させる必要がある場合などでは、図１０のような構成を採用することで、予め第二屈折光学系３側で進行方向を調整することができるため、光学部材の点数を削減する効果が得られる。
【００９１】
また、図７Ａに図示された第二屈折光学系３は、第二屈折光学系３が有する各平坦面（３ａ，３ｂ）のいずれもが、第一屈折光学系６の光軸６１に対して直交する平面（ＸＹ平面）に対して、傾斜していた。これに対し、図１１に図示されるように、例えば、平坦面３ｂは、第一屈折光学系６の光軸６１に対して直交するように配置されていても構わない。
【００９２】
図１１に図示される半導体レーザユニット２は、光射出領域１０の中心位置が第一屈折光学系６の光軸６１に一致するように配置されている。この場合、光射出領域１０から射出される第一光線束１１に含まれる主光線１１ｍは、第一屈折光学系６の光軸６１に位置するように進行する。よって、第一光線束１１は、第一屈折光学系６に入射された後、第一屈折光学系６の光軸６１に平行な方向に進行する略平行光線束に変換される（第二光線束１２）。
【００９３】
よって、この第二光線束１２を、第一屈折光学系６の光軸６１に対して直交するように配置された平坦面３ｂに入射させることで、第二屈折光学系３を通過した後においても、引き続き、第一屈折光学系６の光軸６１（第二屈折光学系３の光軸６２）に平行な方向に進行させることができる。一方、光射出領域２０から射出される第一光線束２１については、図７Ａを参照して上述したように、第一屈折光学系６の光軸６１に対して非平行に進行するため、第二屈折光学系３に設けられた、傾斜した平坦面３ａに入射されることで、光軸（６１，６２）に略平行に変換することができる。
【００９４】
かかる構成によれば、半導体レーザユニット２と第二屈折光学系３との光学的な位置合わせが容易化される。
【００９５】
別の構成例として、図１２に図示されるように、光源装置１が備える複数の第二屈折光学系（３，３，‥‥）は、それぞれが一体化されてなる第一光学部材３０を形成することができる。図１２に図示された例では、それぞれの第二屈折光学系３は、図７Ｃを参照して上述した形状を呈している。この場合、第一光学部材３０の面のうち、光射出面側の面については、直交面を構成する平坦面３ｃとし、これらを各第二屈折光学系３において共通化する。また、第一光学部材３０の面のうち、光入射面側の面については、複数の傾斜した平坦面（３ａ，３ｂ）を、半導体レーザユニット２の数に対応した数だけ連続的に形成する。このように形成された図１２に示される光源装置１は、図６を参照して上述した光源装置１と光学的に同機能を示す。
【００９６】
なお、図６に図示された光源装置１において、各第二屈折光学系３は、それぞれに対応した半導体レーザユニット２から射出された光線束が入射され、その隣接する半導体レーザユニット２から射出された光線束については入射されないのが好ましい。第二屈折光学系３に対して、隣接する半導体レーザユニット２から射出された光線束が入射される場合とは、第二屈折光学系３の配置位置が、半導体レーザユニット２（より詳細には、第一屈折光学系６）から光軸６１の方向に極めて遠い場合に対応する。
【００９７】
このような構成の場合、同一の第一屈折光学系６から射出され、第二屈折光学系３に対して入射される第二光線束（１２，２２）同士の離間距離が空いてしまう。このような第二光線束（１２，２２）を入射させるためには、第二屈折光学系３の平坦面（３ａ，３ｂ）を、Ｘ方向に関して大きな寸法を有する形状にしなければならない。この結果、第二屈折光学系３の形状が大型化してしまう。
【００９８】
図１３に示すように、光源装置１は、各第二屈折光学系３の後段に、インテグレータ光学系５０を備えるものとしても構わない。図１４は、図１３の一部分を抽出して模式的に拡大した図面である。インテグレータ光学系５０は、前段フライアイレンズ５１と後段フライアイレンズ５２とを含み、これらが互いに対向して配置されている。前段フライアイレンズ５１及び後段フライアイレンズ５２は、同一焦点距離、同一形状の複数のレンズ（単レンズ）を、縦横それぞれに多数並べたものとして形成されている。
【００９９】
かかる構成によれば、各第二屈折光学系３を通過した第二光線束（１２，２２）は、インテグレータ光学系５０によって、多重像が形成されることで、照射面上における照度分布を均一化した疑似光源が形成される。つまり、インテグレータ光学系５０を通過した光線束が後段光学系４０に入射されることで、後段光学系４０から射出された光が照射される、対象照射面上における照度バラツキが抑制される。
【０１００】
なお、図１５に図示されるように、第二屈折光学系３と、インテグレータ光学系５０の前段フライアイレンズ５１とが、一体化されているものとしても構わない。この場合、第二屈折光学系３の周期、より詳細には、同一の傾斜角を有する平坦面同士（例えば平坦面３ａ同士）の周期よりも、前段フライアイレンズ５１が備える複数のレンズの周期の方が短周期で構成される。
【０１０１】
更に、図１２に図示したように、光源装置１が備える複数の第二屈折光学系（３，３，‥‥）は、それぞれが一体化されてなる第一光学部材３０を形成している場合において、この第一光学部材３０の光射出面側において、インテグレータ光学系５０の前段フライアイレンズ５１が一体化されているものとしても構わない（図１６参照）。
【０１０２】
ところで、図８を参照して説明したように、第二屈折光学系３を第一屈折光学系６に少し近づけて配置した場合、第二屈折光学系３から射出される、光強度の弱い一部の光線は、光軸６２に対して非平行に進行する。この光線を、隣接する第二屈折光学系３に対応して配置されたインテグレータ光学系５０に入射させることで、後段光学系４０から射出された光が照射される対象照射面上における、スペックルコントラストを低減する効果が得られる。
【０１０３】
図１７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。
【０１０４】
図１７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から射出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とを備える。
【０１０５】
光源装置１から射出された、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から射出された青色光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。
【０１０６】
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、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、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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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画像光を合成して投射光学系８４に入射する。投射光学系８４は、画像光をスクリーン９０に投射する。
【０１０９】
図１７に示すプロジェクタ９の構成の場合、合成光学系７６、及び分光・投影光学系８０が、図６における後段光学系４０に対応する。
【０１１０】
なお、図１７に示すプロジェクタ９は、本実施形態の光源装置１を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から射出された青色光が励起光として入射されて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が生成されるものとしてもよい。
【０１１１】
なお、図１５及び図１６を参照して上述したように、光源装置１が備える各第二屈折光学系３が、インテグレータ光学系５０と一体化されているものとしても構わない。この場合、図１７に図示されている、ダイクロイックミラー７４と合成光学系７６との間に配置されたインテグレータ光学系５０は、その配置を省略するものとしても構わない。
【０１１２】
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から射出された各色の光は、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。
【０１１３】
なお、図１７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。
【０１１４】
［別実施形態］
以下、別実施形態につき説明する。
【０１１５】
〈１〉  図６等を参照して上述した半導体レーザチップ５は、２つの光射出領域（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が備える光射出領域の数は、２個に限定されず、３個以上であっても構わない。第二屈折光学系３が備える、傾斜角の異なる平坦面（３ａ，３ｂ，‥‥）の数は、同一半導体レーザユニット２に含まれる光射出領域の数に応じて設定される。
【０１１６】
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、単独の光射出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からの射出光が、第一屈折光学系６に入射される構成であっても構わない（図１８参照）。更に、図１８のように、複数の半導体レーザチップ５からの射出光が、第一屈折光学系６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６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６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。
【０１１７】
〈２〉  上記実施形態では、各半導体レーザチップ５が光射出領域（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。
【０１１８】
〈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。
【０１１９】
〈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。
【符号の説明】
【０１２０】
１        ：    光源装置
２        ：    半導体レーザユニット
３        ：    第二屈折光学系
３ａ，３ｂ：    第二屈折光学系が備える平坦面
５        ：    半導体レーザチップ
５ａ      ：    半導体レーザチップの中心位置
６        ：    第一屈折光学系
９        ：    プロジェクタ
１０，２０  ：    光射出領域
１１，２１  ：    第一光線束
１２，２２  ：    第二光線束
３０        ：    第一光学部材
４０        ：    後段光学系
５０        ：    インテグレータ光学系
６１        ：    第一屈折光学系の光軸
６２        ：    第二屈折光学系の光軸
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
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    ：    エミッタから射出される光線束
１０２      ：      コリメートレンズ
【図１Ａ】
2019148692.tif 000003
【図１Ｂ】
2019148692.tif 000004
【図２Ａ】
2019148692.tif 000005
【図２Ｂ】
2019148692.tif 000006
【図３Ａ】
2019148692.tif 000007
【図３Ｂ】
2019148692.tif 000008
【図４】
2019148692.tif 000009
【図５】
2019148692.tif 000010
【図６】
2019148692.tif 000011
【図７Ａ】
2019148692.tif 000012
【図７Ｂ】
2019148692.tif 000013
【図７Ｃ】
2019148692.tif 000014
【図８】
2019148692.tif 000015
【図９Ａ】
2019148692.tif 000016
【図９Ｂ】
2019148692.tif 000017
【図１０】
2019148692.tif 000018
【図１１】
2019148692.tif 000019
【図１２】
2019148692.tif 000020
【図１３】
2019148692.tif 000021
【図１４】
2019148692.tif 000022
【図１５】
2019148692.tif 000023
【図１６】
2019148692.tif 000024
【図１７】
2019148692.tif 000025
【図１８】
2019148692.tif 000026
【手続補正書】
【提出日】平成30年6月1日(2018.6.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の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射出領域と、隣接する複数の前記光射出領域から射出された複数の第一光線束が入射されて、前記複数の第一光線束それぞれを、略平行光線束である複数の第二光線束に変換して射出する第一屈折光学系とを含む、複数の半導体レーザユニットと、
異なる傾斜角を有する複数の平坦面を含み、同一の前記半導体レーザユニットから射出された複数の前記第二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して射出する第二屈折光学系と、を備え、
前記第二屈折光学系は、前記半導体レーザユニットの数に対応して配置されていることを特徴とする、光源装置。
【請求項２】
前記第一屈折光学系は、光射出面側に凸曲面を有し、
前記第二屈折光学系は、前記第一屈折光学系に対して、前記第一屈折光学系の焦点距離よりも離れた位置に配置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。
【請求項３】
前記第二屈折光学系は、隣接する一対の前記第二光線束に関して、一方の前記第二光線束の上光線と他方の前記第二光線束の下光線とが交差する特定位置、又は前記特定位置よりも前記第一屈折光学系に対して離れた位置に配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記第二屈折光学系は、隣接する前記半導体レーザユニットから射出された前記第二光線束が入射されない位置に配置されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項５】
前記第二屈折光学系は、光入射面側に複数の前記平坦面を有し、複数の前記平坦面のうち、一の前記平坦面が、光軸に対して直交する面であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記第二屈折光学系は、光射出面側に、光軸に対する直交面を有することを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
【請求項７】
前記平坦面とは反対側の面において、複数の前記第二屈折光学系が一体化されてなる第一光学部材を有することを特徴とする、請求項５又は６に記載の光源装置。
【請求項８】
前記第二屈折光学系の後段の位置において、前段フライアイレンズ及び後段フライアイレンズからなるインテグレータ光学系を有し、
前記前段フライアイレンズは、前記第一光学部材の光射出面側に連結して配置されており、複数の前記第二屈折光学系が備える、同一の前記傾斜角を有する前記平坦面同士の周期よりも短周期で配置された複数のレンズを含んでなることを特徴とする、請求項７に記載の光源装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項の光源装置から射出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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
上記構成において、前記第二屈折光学系は、隣接する一対の前記第二光線束に関して、一方の前記第二光線束の上光線と他方の前記第二光線束の下光線とが交差する特定位置、又は前記特定位置よりも前記第一屈折光学系に対して離れた位置に配置されているものとしても構わない。
【手続補正書】
【提出日】平成31年4月10日(2019.4.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の半導体レーザチップ上にスロー軸方向に離間して設けられた複数の光射出領域と、隣接する複数の前記光射出領域から射出された複数の第一光線束が入射されて、前記複数の第一光線束それぞれを、略平行光線束である複数の第二光線束に変換して射出する第一屈折光学系とを含む、複数の半導体レーザユニットと、
異なる傾斜角を有する複数の平坦面を含み、同一の前記半導体レーザユニットから射出された複数の前記第二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して射出する第二屈折光学系と、を備え、
前記第二屈折光学系は、前記半導体レーザユニットの数に対応して配置されており、
複数の前記光射出領域のそれぞれから射出された前記第一光線束が変換されてなる前記第二光線束が前記第二屈折光学系に入射される領域の、前記スロー軸方向に係る中心位置を通り前記第一屈折光学系の光軸に平行な中心軸と、前記半導体レーザチップの前記スロー軸方向に係る中心位置を通り前記第一屈折光学系の光軸に平行な中心軸とは、前記スロー軸方向に関して前記第一屈折光学系の光軸を挟む位置に存在することを特徴とする、光源装置。
【請求項２】
前記第一屈折光学系は、光射出面側に凸曲面を有し、
前記第二屈折光学系は、前記第一屈折光学系に対して、前記第一屈折光学系の焦点距離よりも離れた位置に配置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。
【請求項３】
前記第二屈折光学系は、隣接する一対の前記第二光線束に関して、一方の前記第二光線束の上光線と他方の前記第二光線束の下光線とが交差する特定位置、又は前記特定位置よりも前記第一屈折光学系に対して離れた位置に配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記第二屈折光学系は、隣接する前記半導体レーザユニットから射出された前記第二光線束が入射されない位置に配置されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項５】
前記第二屈折光学系は、光入射面側に複数の前記平坦面を有し、複数の前記平坦面のうち、一の前記平坦面が、光軸に対して直交する面であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記第二屈折光学系は、光射出面側に、光軸に対する直交面を有することを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
【請求項７】
前記平坦面とは反対側の面において、複数の前記第二屈折光学系が一体化されてなる第一光学部材を有することを特徴とする、請求項５又は６に記載の光源装置。
【請求項８】
前記第二屈折光学系の後段の位置において、前段フライアイレンズ及び後段フライアイレンズからなるインテグレータ光学系を有し、
前記前段フライアイレンズは、前記第一光学部材の光射出面側に連結して配置されており、複数の前記第二屈折光学系が備える、同一の前記傾斜角を有する前記平坦面同士の周期よりも短周期で配置された複数のレンズを含んでなることを特徴とする、請求項７に記載の光源装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項の光源装置から射出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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本明細書において、「上光線」とは、単一のエミッタから射出された光線束のうち、光学部材（例えばレンズ）の絞り（入射瞳）の上縁を通過する光線を指し、「下光線」とは、単一のエミッタから射出された光線束のうち、前記絞り（入射瞳）の下縁を通過する光線を指す。また、以下では、単一のエミッタから射出された光線束のうち、前記絞り（入射瞳）の中心を通る光線を「主光線」と称する。主光線は、単一のエミッタから射出された光線束の上光線と下光線との間の中心を通過する光線である。