(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のエミッタを有しかつ断面が楕円形のレーザ光を第１の方向に出射するマルチエミッタレーザ光源と、前記マルチエミッタレーザ光源から出射したレーザ光のうちＦａｓｔ軸方向のレーザ光をコリメートするとともにＳｌｏｗ軸方向のレーザ光を収束させる第１のレンズ部と、前記第１のレンズ部によってＳｌｏｗ軸方向の前記レーザ光が収束して生じたビームウェストに配置されかつ前記第１のレンズ部を通過した前記レーザ光の向きを変える第２のレンズ部と、前記第２のレンズ部によって向きを変えた前記レーザ光を第２の方向に反射するミラー部とを有するレーザ光源ユニットを複数備え、
前記複数のレーザ光源ユニットは、同一平面上に配置され、かつ、前記第２の方向に反射したレーザ光の断面が呈する楕円形の長軸の方向が一致するように隣り合うレーザ光源ユニットが直列的に隣接した状態で配置され、
各前記ミラー部は、前記第２の方向に反射されたレーザ光の断面が呈する前記楕円形の長軸の方向と前記第２の方向とが所定の角度をなすように、各前記レーザ光源から出射される前記レーザ光の光軸に対する回転角度が設定可能である、レーザ光源装置。
【請求項２】
各前記ミラー部は、隣接する前記レーザ光源ユニットの前記ミラー部の側方を通過するように前記レーザ光を反射可能に、各前記レーザ光源から出射された前記レーザ光の光軸に対する回転角度が設定され、
各前記ミラー部によって反射された前記レーザ光の光軸は互いに略平行となる、請求項１記載のレーザ光源装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のレーザ光源装置と、
前記レーザ光源装置から出射されたレーザ光の強度分布を均一化する均一化部と、
前記均一化部によって均一化された前記レーザ光を照明光として照射する照明光学系と、
前記照明光を、外部から入力される映像信号に応じて空間変調する映像表示素子と、
前記映像表示素子によって空間変調された前記照明光をスクリーンに投射する投射光学系と、
を備える、映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のレーザ光源から出射されたレーザ光を空間合成する小型で安価な高出力のレーザ光源装置、およびレーザ光源装置を備える映像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルシネマ用または大会議室用、さらには屋外でのプロジェクションマッピングといった映像を大画面に表示する用途から、プロジェクタ装置のさらなる高輝度化が求められている。既にデジタルシネマではレーザ光源装置を備えたレーザプロジェクタの導入が始まろうとしており、高輝度レーザ光源への期待が高い。一般に単一のレーザモジュールの高出力化には限界があるため、このような高輝度のレーザプロジェクタにおいては、複数のレーザモジュールからのレーザビーム（レーザ光）を効率よく合成して、レーザ光源装置の光出力を大きくしている。
【０００３】
複数のレーザモジュールからのレーザビームを合成して空間的な光束密度を高め、光学系のエタンデューを抑制して光源装置の高輝度化を図るための具体的な例として、階段状のミラー手段を用いて、複数のレーザモジュールのビーム射出軸間隔よりも小さなビーム間隔に変換する方法が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００４】
しかし、階段状に配置されたミラー手段を用いると、レーザモジュールからの距離が遠いミラー手段ほど部品の形状とその配置の精度に起因する性能ばらつき感度が高くなるため、レーザモジュールとミラー手段の相対位置を決める保持構造体に高い精度が要求される。さらには、ミラー手段に寸法精度の高いプリズムミラーが必要となったり、個々のミラー手段の位置を調整する工程または高精度のミラー手段調整機能が必要となったり、安価なレーザ光源装置を構成することが困難になる。このような傾向は、レーザモジュールの個数が増えるほど顕著になるため、レーザ光源装置のさらなる高出力化を図る場合には階段状のミラー手段は適当ではないという問題があった。そこで、階段状のミラー手段を使わずに光束密度を高める手法として、透明材料の平行平板をコリメート光束に対して斜めに配置する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−２０８０２３号公報
【特許文献２】特開平２−６０１７９号公報
【特許文献３】特許第４７３９８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献３に記載の方法では、平行平板の厚みとその配置角度、さらには透明材料の屈折率によって平行平板を透過した後の光束密度を高めることができる。しかし、個々のレーザモジュール寸法が大きく、例えば合成前のレーザ光射出軸間隔が５０ｍｍ程度必要であるとした場合、高屈折率の平行平板であってもその厚みは数１０ｍｍ以上必要となる。このため、平行平板、およびこれを保持する構造体の重量および体積が増すため、安価で小型の光源装置を構成することが困難であった。
【０００７】
そこで、本発明は、複数のレーザ光源からのレーザ光を効率よく集光して高出力化を図ることができる、小型で安価なレーザ光源装置および映像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るレーザ光源装置は、複数のエミッタを有しかつ断面が楕円形のレーザ光を第１の方向に出射するマルチエミッタレーザ光源と、前記マルチエミッタレーザ光源から出射したレーザ光のうちＦａｓｔ軸方向のレーザ光をコリメートするとともにＳｌｏｗ軸方向のレーザ光を収束させる第１のレンズ部と、前記第１のレンズ部によってＳｌｏｗ軸方向の前記レーザ光が収束して生じたビームウェストに配置されかつ前記第１のレンズ部を通過した前記レーザ光の向きを変える第２のレンズ部と、前記第２のレンズ部によって向きを変えた前記レーザ光を第２の方向に反射するミラー部とを有するレーザ光源ユニットを複数備え、前記複数のレーザ光源ユニットは、同一平面上に配置され、かつ、前記第２の方向に反射したレーザ光の断面が呈する楕円形の長軸の方向が一致するように隣り合うレーザ光源ユニットが直列的に隣接した状態で配置され、各前記ミラー部は、前記第２の方向に反射されたレーザ光の断面が呈する前記楕円形の長軸の方向と前記第２の方向とが所定の角度をなすように、各前記レーザ光源から出射される前記レーザ光の光軸に対する回転角度が設定可能であるものである。
【００１０】
本発明に係る映像表示装置は、レーザ光源装置と、前記レーザ光源装置から出射されたレーザ光の強度分布を均一化する均一化部と、前記均一化部によって均一化された前記レーザ光を照明光として照射する照明光学系と、前記照明光を、外部から入力される映像信号に応じて空間変調する映像表示素子と、前記映像表示素子によって空間変調された前記照明光をスクリーンに投射する投射光学系とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るレーザ光源装置によれば、複数のレーザ光源ユニットが直列的に配置され、ミラー部によって各レーザ光を同一方向に反射するため、互いの光軸を平行に保ってエタンデューの増大を抑えたレーザ光の空間合成を行うことができる。また、ミラー部は、マルチエミッタレーザ光源から出射されるレーザ光の光軸に対する回転角度が設定可能であるため、第２の方向に反射されたレーザ光が、その進行方向側に隣接するレーザ光源ユニットのミラー部に干渉しないように回転角度を決めることができ、光損失の少ないレーザ光源装置を構成することができる。
【００１５】
また、直列的に配置される複数のレーザ光源ユニットは、レーザ光の断面が呈する楕円形の長軸の方向が一致するように配置される。このため、上記ミラー部の作用によれば、数度以下の小さな回転角の設定によって複数のマルチエミッタレーザ光源からのレーザ光を楕円形の短軸の方向に近接させて並べたように再配列させることができ、密度の高い空間合成を実現することができる。
【００１６】
また、２つのレンズを追加するだけでレーザ光の向きを変え、かつ、各レーザ光源ユニットから出射されるレーザ光束の平行化を図ることができるため、レーザ光の空間合成をさらに小さな空間で行って、これらを覆うカバー部品をコンパクトにでき、安価で小型のレーザ光源装置、さらにはこれを搭載した安価で小型の映像表示装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１に係るレーザ光源装置の構成を示す概略図である。
【図２】レーザ光源の構成を示す概略図である。
【図３】ミラーの配置とレーザ光出射方向との関係を示す概略図である。
【図４】レーザアレイ光束の位置と回転具合を模式的に示す概略図である。
【図５】レーザ光源を光軸Ｘｓに沿って２つ並列配置した例を示す概略図である。
【図６】再配列された複数のレーザアレイ光束による合成光束を、光軸に垂直な平面で断面観察した像を示す概略図である。
【図７】レーザ光源を連続的に並べて配置し、筐体に収めた光線装置を示す概略図である。
【図８】透明ガラス材によってレーザアレイ光束を偏向させた状態のレーザ光源装置を示す概略図である。
【図９】ミラーホルダを示す概略図である。
【図１０】レーザ光源をレーザ光の出射側の反対側から見た概略図である。
【図１１】実施の形態２に係るレーザ光源装置の構成を示す概略図である。
【図１２】半導体レーザアレイからのレーザ光を平行化および収束化する様子を示す概略図である。
【図１３】コリメータレンズアレイによってレーザ光を平行化する様子を示す概略図である。
【図１４】球面レンズを追加してレーザ光を平行化する様子を示す概略図である。
【図１５】球面レンズをさらに追加することで平行ビーム束を一層長い距離にわたって維持できることを示す概略図である。
【図１６】シリンドリカルレンズを配置した場合のレーザ光束の振る舞いを示す概略図である。
【図１７】球面レンズを出射窓とするキャップ封止による密閉構造の概略図である。
【図１８】シリンドリカルレンズを出射窓とするキャップ封止による密閉構造の概略図である。
【図１９】実施の形態３に係る映像光源装置の構成を示す概略図である。
【図２０】レーザ光源装置のレーザアレイ光束の分布を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態１について、図面を用いて以下に説明する。図１は、実施の形態１に係るレーザ光源装置１の構成を示す概略図である。
【００１９】
図１に示すように、レーザ光源装置１は、レーザ光源ユニット６１，６２，６３，６４と、ベースプレート３とを備えている。レーザ光源ユニット６１，６２，６３，６４は、レーザ光源１１，１２，１３，１４と、レーザ光源１１，１２，１３，１４に１対１に対応するミラー２１，２２，２３，２４（ミラー部）と、図１では図示しない後述するミラーホルダ（ホルダ部）とをそれぞれ備えている。ベースプレート３は、レーザ光源１１，１２，１３，１４を直列的にかつ同一平面上に配置するための部材である。また、ミラー２１，２２，２３，２４は、ミラーホルダでそれぞれ保持されている。
【００２０】
レーザ光源１１，１２，１３，１４は、例えば半導体レーザであり、レーザ光を第１の方向に出射する。出射されるレーザ光は直交する二方向で異なる発散特性を有するため、レーザ光の断面は楕円形(図１中、レーザ光源の出射窓に模式的に楕円形を示している)となる。レーザ光源１１，１２，１３，１４は、この楕円形の長軸が基準線Ｌに沿って一直線上に並ぶようにベースプレート３上に配置されている。ミラー２１，２２，２３，２４は、レーザ光源１１，１２，１３，１４の光軸上に配置され、さらにミラー２１，２２，２３，２４の反射面がベースプレート３に対して傾角４５度の斜面となるように設定され、ベースプレート３に垂直に出射されたレーザ光をベースプレート３に対して平行となるように第２の方向に折り曲げる（反射する）。また、各ミラー２１，２２，２３，２４はレーザ光源１１，１２，１３，１４の光軸に対する回転角度が設定可能に構成されるため、レーザ光の進行方向を任意に設定することができる。
【００２１】
ミラー２１，２２，２３，２４の反射面におけるレーザ光の像は楕円形になるが、この楕円形の像の長軸の方向と斜面（ミラー２１，２２，２３，２４の反射面）の最大傾斜線の方向（第２の方向）とのなす角度が所定の角度となるように、ミラー２１，２２，２３，２４のレーザ光源１１，１２，１３，１４の光軸に対する回転角度が設定される。さらに、図１に示すように、レーザ光源１１，１２，１３，１４の光軸とミラー２１，２２，２３，２４との交点がミラー２１，２２，２３，２４の端部近くとなるようにミラー２１，２２，２３，２４全体が偏って配置されている。
【００２２】
このようなミラー２１，２２，２３，２４の回転角度とミラー位置の設定によれば、例えばミラー２２で折り曲げられたレーザ光源１２のレーザ光を、レーザ光の進行方向側に隣接するレーザ光源ユニット６１のミラー２１の近傍（側方）を通り過ぎるように進行させることができる。同様にして、レーザ光源ユニット６３のレーザ光源１３からのレーザ光も、対応するミラー２３の設定によって隣接するレーザ光源ユニット６２のミラー２２の近傍（側方）を通り過ぎるように進行させることができる。ミラー２４の設定と、ミラー２１の設定も同様にすれば、各ミラーによって折り曲げられたレーザ光が互いにほぼ平行となるように設定することが可能である。このため、図１に示すように、隣接した状態で配置された複数のレーザ光源ユニット６１，６２，６３，６４のレーザ光源１１，１２，１３，１４からの断面が楕円形のレーザ光を、楕円形の短軸の方向に近接させて再配列させることができる。
【００２３】
レーザ光源１１，１２，１３，１４は、シングルエミッタタイプの半導体レーザを想定してもよいし、複数のエミッタを備えたマルチエミッタタイプの半導体レーザアレイを想定することもできる。例えば、エミッタのサイズが１２０μｍ、エミッタ間隔が７００μｍ、エミッタの数が６個であり、エミッタが３．５ｍｍのアレイ幅方向に略等間隔に配列された光源である。半導体レーザアレイから出射されるレーザアレイ光束の発散角は、アレイ幅方向（Ｓｌｏｗ軸、Ｘｓとする）とこれに垂直な方向（Ｆａｓｔ軸、Ｘｆとする）で大きく異なり、後者が前者よりも大きな発散角を有する。Ｆａｓｔ軸方向に関しては、例えば、エミッタの直後にシリンドリカルレンズを配置することで半導体レーザアレイから広がる光をコリメートし、発散角を抑えることで光を効率よく利用することができる。シリンドリカルレンズの焦点距離は約１．２ｍｍである。レーザアレイ光束の発散角は、光強度が最高になる方向に対する、光強度が１／ｅ2になる方向の角度（全角）で定義される。
【００２４】
シリンドリカルレンズの作用により、レーザ光源１１，１２，１３，１４から出射されるレーザアレイ光束の発散角はＦａｓｔ軸方向で約１度、Ｓｌｏｗ軸方向で約５度と、互いに直交する二方向で大きく異なる発散特性を有している。このように、レーザ光源がシングルエミッタであれ、シリンドリカルレンズと組み合わせたマルチエミッタタイプであれ、レーザ光の断面が楕円形を示すようなレーザ光源である限り、レーザ光源装置１として有効に作用し、所望の効果を得ることができる。なお、レーザ光源の個数、エミッタのサイズ、エミッタ間隔、エミッタの数、またはシリンドリカルレンズの焦点距離は、上記の値に限定されない。
【００２５】
次に、半導体レーザアレイからなるレーザ光源１１の構成について説明する。図２は、レーザ光源１１の構成を示す概略図である。半導体レーザアレイおよびシリンドリカルレンズは、ステム１１０上に取り付けられたキャップ１１１内に収められている。コリメートされたレーザアレイ光束は、窓ガラス１１２を通じてステム１１０の平面（上面）の略法線方向に出射される。この光軸をＸａとする。ステム１１０は略長方形の板状部品であり、半導体レーザアレイは、Ｆａｓｔ軸とＳｌｏｗ軸がステム１１０の縦横の稜線と略平行となるように配置されている。図２においても、図１の場合と同様に、レーザアレイ光束の細長い断面を模式的に楕円形で示している。
【００２６】
ステム１１０は、所定の平行度と平面度が規定された板状部品であり、レーザ光源１１から出射されるレーザアレイ光束の方向と位置を定める基準となっている。よって、ステムを介して、複数のレーザ光源をベースプレート３上に精度よく並べることができる。キャップ１１１は、その天面にレーザアレイ光束が出射する窓ガラス１１２を備えた金属部品であり、例えば半田またはろう付け等でステム１１０に接合されて封止構造をなす。このように、封止された内部空間に半導体レーザアレイ等の主要部品が設けられるため、レーザ光源１１としてハンドリングが容易で、非常に高い耐環境性を保つことができる。
【００２７】
次に、図３を用いて、ミラー２１の配置とレーザ光出射方向との関係について説明する。図３は、ミラー２１の配置とレーザ光出射方向との関係を示す概略図である。なお、ミラー２２，２３，２４の構成は、ミラー２１の構成と同様であるため説明を省略する。レーザ光源１１から出射されるレーザアレイ光束を９０度折り曲げるため、ミラー２１は図２の光軸Ｘａに対して４５度傾いた状態で配置され、ミラー２１によって反射された後のレーザアレイ光束はステム１１０の上面と略平行となるように折り曲げられる。ミラー２１は、光軸Ｘａに対して角度θだけ回転しており、ミラー２１によって反射された後のレーザアレイ光束の光軸Ｘｌ１は、光軸Ｘｓに対して角度θだけ傾いている。つまり、光軸Ｘｌと光軸Ｘｓのなす角度θはミラー２１の光軸Ｘａに対する回転角度で調整することができる。
【００２８】
図４は、レーザアレイ光束の位置と回転具合を模式的に示す概略図であり、ミラー２１を光軸Ｘａに対して回転させた場合と、これとは別の回転軸で回転させた場合のレーザアレイ光束の軌跡の違いを説明するための図である。レーザ光源１１から出射されるレーザアレイ光束は、上記の通り細長い楕円形の断面で概略的に表現できるが、４５度傾いた状態で配置されたミラー２１上ではさらに細長い像となり、これをカバーするミラー２１の有効エリア２５は斜線部で示すように細長い長方形となる。
【００２９】
有効エリア２５を光軸Ｘａに対して回転させると、レーザ光源１１から所定の距離だけ離れた位置に設けた光軸Ｘａと平行な観察面において、レーザアレイ光束の像は軌跡Ｔａを描くことになる。すなわち、光軸Ｘａに対する回転角度が大きくなると、レーザアレイ光束の像はその光軸Ｘａ方向の高さを変えることなく、自身を回転させながら位置を変化させる。この場合、観察面をレーザ光源１１からさらに遠ざけてもこの軌跡Ｔａの高さは変わらないことは明らかである。
【００３０】
一方、有効エリア２５をその長辺方向の軸Ｘｍに対して回転させると、レーザアレイ光束の像は放物線のような軌跡Ｔｍを描いて急激にその高さを変化させる。ミラー２１の回転軸が十分小さければ両者の差異は無視できるが、レーザ光源１１と観察面との距離が大きくなると、像の位置が顕著に変化することの影響は無視できなくなる。図１に示したようなレーザ光源１１，１２，１３，１４の連続配置を想定すると、ミラー２１を光軸Ｘａに対して回転させた場合に複数のレーザアレイ光束の空間合成のまとまりがよく、レーザ光源装置１の高さ方向への影響が少ない。
【００３１】
上記で説明したミラー配置を有するレーザ光源１１，１２を、光軸Ｘｓに沿って２つ並列配置した例を示す概略図を図５に示す。レーザ光源１１から出射されたレーザアレイ光束は、ミラー２１で折り曲げられて光軸Ｘｌ１となり、隣接するレーザ光源１２に設けられたミラー２２の近傍（側方）を通過する。レーザ光源１２から出射されたレーザアレイ光束は、ミラー２２で折り曲げられて光軸Ｘｌ２となる。光軸Ｘｌ１と光軸Ｘｌ２は略平行であり、光軸Ｘｌ１と光軸Ｘｌ２がなす角度は１度以下とすることが望ましい。また、光軸Ｘｌ１に沿って進むレーザアレイ光束がミラー２２に干渉しないぎりぎりを狙ってミラー２１を回転させる角度θを選定することが望ましい。こうすることで、ステム１１０の辺長さだけ離れた位置に配置せざるを得ない複数のレーザ光源１１，１２のレーザアレイ光束を空間的に密度高く再配列することが可能である。これにより、エタンデューが小さく、集光性に優れた合成光束を作ることができる。
【００３２】
例えば、ミラー２１は複数のエミッタから２０ｍｍの高さに配置され、Ｆａｓｔ軸に沿った発散角が全角で約１度、ステム１１０の光軸Ｘｓに沿った辺の長さが４０ｍｍ、エミッタのアレイ幅と垂直な方向の幅が１ｍｍとすると、ミラー２１におけるレーザアレイ光束の光軸Ｘｆ方向の幅は約１．７ｍｍとなる。ミラー２１の光軸Ｘａに関する回転角度θは、所定のマージンを取って有効寸法が定められたミラー２１の近傍を、４０ｍｍ離れた隣のレーザ光源１２からのレーザアレイ光束が所定の間隔を保って通過する条件から求めることができる。上記パラメータの場合は、ミラー２１の光軸Ｘａに対する回転角度θを約３．５度とすることで、ミラー２１の寸法マージンを約０．５ｍｍ、ミラー２１とレーザアレイ光束との間隔を約１ｍｍに設定することができる。ただし、ミラー２１の配置高さ、Ｆａｓｔ軸に沿った発散角、ステム１１０の光軸Ｘｓに沿った辺の長さ、エミッタのアレイ幅と垂直な方向の幅、ミラー２１の寸法マージンおよびミラー２１とレーザアレイ光束との間隔は、上記値に限定されない。
【００３３】
再配列された複数のレーザアレイ光束による合成光束を、光軸に垂直な平面で断面観察した像を示す概略図を図６に示す。ここでは４つのレーザ光源１１，１２，１３，１４を図１に示すように連続的に配置し、各レーザ光源１１，１２，１３，１４に対応するミラー２１，２２，２３，２４によってレーザアレイ光束を略等間隔に再配列させた。このとき、各ミラー２１，２２，２３，２４によって反射されたレーザアレイ光束の像の長軸の方向は、同一方向に揃っている。レーザアレイ光束の像は細長い楕円形で模式的に表されるが、レーザアレイ光束の像の長軸をＸｓ’、短軸をＸｆ’とする。
【００３４】
図４を用いて説明したように、ミラーの回転作用により、レーザアレイ光束の像全体が角度θだけ回転している。図中発光点から２０ｍｍの高さに配置したミラーの回転角度を３．５度、隣接するレーザ光源の間隔を４０ｍｍとすると、隣接するレーザアレイ光束の間隔は約２．４ｍｍになる。最も光路長の長いレーザ光源１４からのレーザアレイ光束の像の長径（長軸）は約３５ｍｍ、最も近くに配置されるレーザ光源１１からのレーザアレイ光束の像の長径（長軸）は約１９ｍｍ、４つの光束の像を囲む矩形を想定するとその寸法は約２３ｍｍ×約３５ｍｍとなる。したがって、４０ｍｍピッチで４つのレーザ光源１１，１２，１３，１４を連続的に並べたレーザ光源装置１の基本構成そのままの状態と比べ、はるかに大きな光束密度が得られ、エタンデューの増大を抑制することができる。
【００３５】
半導体レーザは出射した光が何らかの理由で再帰した場合、動作が不安定になったり、故障したりといった信頼性上の問題が起きることはよく知られている。図７は、レーザ光源１１，１２，１３を連続的に並べて配置し、筐体５０に収めた光線装置１０を示す概略図である。
【００３６】
筐体５０は箱状に形成され、筐体５０においてレーザアレイ光束が通過する位置に窓ガラス４０が設けられている。上記の方法によれば、複数のレーザアレイ光束の光軸Ｘｌは光軸Ｘｓに対して角度θだけ傾いており、光軸Ｘｓに垂直な平行平板を窓ガラス４０として配置するとその反射光は図７の点線矢印に示す通り各レーザ光源１１，１２，１３には戻らない。通常、窓ガラス４０には透過率を最大にする反射防止コーティングが施されており、ここで生じる反射光はごく弱いものである。しかし、半導体レーザは戻り光が弱い場合でも動作が不安定になり不具合が起きる可能性があるため、レーザ光源装置１の構成は信頼性の点で優れている。なお、窓ガラス４０で反射した一部のレーザアレイ光束は、筐体５０内の所定の位置に光吸収手段等を設けることによって、内面反射等による二次的な不具合を防ぐことは容易である。
【００３７】
しかしながら、光軸Ｘｓに対して傾いたレーザアレイ光束が出射されるレーザ光源装置では、これを複数個並べて高出力の光源装置を構成する場合に不都合となることが考えられる。このような不都合は、図８に示すように、断面視で楔状の透明ガラス材４０ａを光路に配置するだけで簡単に解消できる。図８は、透明ガラス材４０ａによってレーザアレイ光束を偏向させた状態のレーザ光源装置１を示す概略図である。
【００３８】
断面視で楔状の透明ガラス材４０ａによって、光軸Ｘｓに対して傾いたレーザアレイ光束の光軸Ｘｌを補正することができ、光軸Ｘｓと光軸Ｘｌを略平行にすることが可能である。レーザアレイ光束の光軸を光軸Ｘｓ、すなわちレーザ光源装置１の光軸Ｘｌとどの方向から見ても平行にすることが可能となるので、レーザ光源装置１の実装上、光軸Ｘｌが傾いていることに起因する様々な不都合を解消することができる。角度θを補正してレーザ光源装置１から出射するレーザアレイ光束の光軸Ｘｌの傾きをゼロにするための楔状の頂角θ’は、例えば透明ガラス材４０ａの屈折率を１．５とすると約７度である。
【００３９】
レーザ光源装置１に外郭筐体を設ける場合は、この透明ガラス材４０ａをレーザアレイ光束の出射窓とすればよい。また、透明ガラス材４０ａの表裏の両面のいずれもがレーザアレイ光束の光軸Ｘｌと垂直にならないように配置することで、透明ガラス材４０ａの表裏両面のいずれの面からの反射光もレーザ光源１１，１２，１３に直接戻らないようにすることができ、上記の戻り光による半導体レーザの不具合等を回避することができる。
【００４０】
次に、図９を用いてミラーホルダ３１について説明する。図９は、ミラーホルダ３１を示す概略図である。ミラーホルダ３１は、ミラー２１を保持するために、ステム１１０上に配置されている。レーザ光源装置１は、ミラー２１を保持するミラーホルダ３１の他に、図１に示すミラー２２，２３，２４をそれぞれ保持するミラーホルダを備えているが、これらは同じ構成であるため、ここではミラーホルダ３１について説明する。
【００４１】
ミラーホルダ３１は、一対の足部３１ａと、胴体部３１ｂとを備えている。ミラーホルダ３１は、足部３１ａによってステム１１０の上面に固定されている。胴体部３１ｂは、キャップ１１１の上側に配置され、一対の足部３１ａは、胴体部３１ｂの下端部からステム１１０と平行方向に延びるように設けられている。また、一対の足部３１ａは、ステム１１０に対する位置決め構造を備えている。
【００４２】
胴体部３１ｂは、ミラー２１の光学面（反射面）を４５度の傾きに設定する基準面を有し、図示しない押さえ手段でミラー２１の一部を背面から支持してこれを固定することができる。ミラー２１は表面鏡であることが望ましく、表面鏡である場合、基材の厚みばらつきおよび歪みをほぼ無視することができ、安定した反射面を配置することで光を折り曲げる精度を高めることができる。
【００４３】
また、基材の透過率等を気にする必要がないため、大量に流通しているミラー部品を流用して安価に構成することが容易である。また、図９の斜線部で示すミラー２１の有効エリア２５が、ミラーホルダ３１の基準面からはみ出して窓ガラス１１２の上方に位置するようにミラー２１が配置されている。寸法マージンを考慮したミラー２１の有効エリア２５は約９ｍｍ×３ｍｍの長方形となる。レーザアレイ光束が近傍を通過する側のミラー２１の辺は、最外縁まで有効エリアとなるようにミラー２１をカットして辺を作ることが望ましい。なお、有効エリアをミラーホルダの基準面からはみ出させる量は、ミラーホルダ毎に厳密に調整することができ、個々のレーザ光源のばらつきにも柔軟に対応することができる。
【００４４】
また、胴体部３１ｂは、窓ガラス１１２から出射されるレーザ光に干渉しない形状となっているが、足部３１ａは設置面積を確保するためにキャップ１１１を挟むことが可能な位置まで足部３１ａの先端が伸びている。ステム１１０に対するミラーホルダ３１の十分な接地面積を確保することができるため、ステム１１０に対するミラーホルダ３１の組立安定性を高めることができる。ミラー２１の押さえ手段としては、金属の薄板によるバネ手段を用いてミラー２１の背面からバネ圧で押す方法が一般的であるが、補助的に接着剤を使う場合でも、レーザ光源１１はキャップ１１１で封止されており、キャップ１１１の内部に接着剤から発生するガスが侵入してキャップ１１１内に配置された部品を汚染することを抑制できる。
【００４５】
なお、ミラー２１の取り扱いと組立を容易にし、ミラー２１の光学面の位置精度と保持の安定性を高めるために、ミラーホルダ３１の基準面に接触させるミラー２１の取り付け面は、斜線で示す有効エリア２５の２倍から３倍程度以上の面積を確保することが望ましい。このようなミラー形状によれば、ミラー２１そのもののハンドリングが容易になって組立の作業性が高まるだけでなく、例えば有効エリア２５から離れた位置に接着剤等を塗布してミラー固定を強化する際も、作業中にミラー２１を汚したりする可能性を低くすることができ、ミラーホルダ３１の組立工程の歩留りを高めることができるといった利点がある。ミラーホルダ３１は加工性に富み、変形に強い金属材料で作成することが望ましいが、耐クリープ性および耐熱性が高い樹脂材料を用いてもよい。金属材料の場合はダイカスト等で同じ形状のものを安価に作成し、形状精度の必要な部位にはさらに２次加工を施して平面度または平行度を高めたり、位置決め基準穴または基準ピンを設けたりしてもよい。
【００４６】
このように、ミラーホルダ方式によれば、ミラーホルダ単体の精度を高めることが容易であるだけでなく、ベースプレート３を基準にして組み立てることによって隣接するミラーホルダの相対的な位置精度を高めることも容易になる。また、製造中の不具合または使用中の故障等があってもミラーホルダ単位で交換修理が可能であり、組立工程での不具合に柔軟に対応し、さらに製品としてのサービス性を向上させることにも貢献する。
【００４７】
なお、図６に示すように、各レーザ光源１１，１２，１３，１４からのレーザアレイ光束は互いに平行に並んでいることから、偏光を利用した液晶表示装置との親和性が高い。ミラーホルダは、足部に位置決め構造を備えることでステムに対して相対的に回転調整してミラーの回転角度を微調整することができるため、偏光度の向上を図って液晶表示装置のコントラスト性能を向上させることが可能である。
【００４８】
上記の説明においては、隣接するレーザ光源を一直線に並べる構成を説明したが、これはレーザ光源装置１のスペースファクターの点で有利というだけでなく、レーザ光源の冷却の観点からも好ましい。図１０は、レーザ光源１１，１２をレーザ光の出射側の反対側から見た概略図である。
【００４９】
図１０に示すように、Ｘｓ軸の右側に並ぶそれぞれ４つの小さな円形は２組のアノードピンとカソードピンを示している。レーザ光源１１，１２は光軸Ｘｓと光軸Ｘｆ１、光軸Ｘｆ２の交点をそれぞれ原点として、ここにレーザチップを配置するように構成されている。具体的には、ステム１１０，１２０上に取り付けられたブロック（図示省略）の側面に薄い板状のレーザチップをマウントするので、ブロックの底面は図１０の斜線部で示すように光軸Ｘｓから偏った位置になる。このブロックを通じてレーザチップの排熱が行われるため、斜線部がすなわちそれぞれのレーザ光源１１，１２の被冷却面５１，５２になる。レーザ光源１１の被冷却面５１およびレーザ光源１２の被冷却面５２は、直線上に並ぶことになり、アノードピンおよびカソードピンを回避しながら冷却のための構造体を設計する上で有利である。
【００５０】
上記の説明においては、ミラーの回転角度をすべて同一とし、複数のレーザアレイ光束が互いに平行を保ったまま空間的に合成される場合を説明したが、例えばミラーの回転角度を少しずつ調整して互いに同一とはせず、レーザアレイ光束が全体として集光気味となるように合成することもできる。このように、合成光束のエタンデューの許容値を超えない範囲であれば、ミラーの回転角度の調整のみで光束密度の細かな調節に対応することが可能である。
【００５１】
また、上記の説明においては、レーザアレイ光束が一方向に大きく拡がるような発散角の異方性を有する場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、シリンドリカルレンズの異なる設計、または光学素子の追加によってこの異方性を小さくできる場合でも同様の光束密度向上の効果が得られる。
【００５２】
以上のように、実施の形態１に係るレーザ光源装置１では、複数のレーザ光源ユニット６１，６２，６３，６４が直列的に配置され、それぞれのレーザ光の光軸上に配置されたミラー２１，２２，２３，２４によって各レーザ光を同一方向に反射するため、互いの光軸を平行に保ってエタンデューの増大を抑えたレーザ光の空間合成を行うことができる。また、ミラー２１，２２，２３，２４は、レーザ光源から出射されるレーザ光の光軸に対する回転角度が設定可能であるため、第２の方向に反射されたレーザ光が、その進行方向側に隣接するレーザ光源ユニットのミラーに干渉しないように回転角度を決めることができ、光損失の少ないレーザ光源装置１を構成することができる。
【００５３】
また、直列的に配置される複数のレーザ光源ユニット６１，６２，６３，６４は、レーザ光の断面が呈する楕円形の長軸の方向が一致するように配置される。このため、上記ミラー２１，２２，２３，２４の作用によれば、数度以下の小さな回転角の設定によって複数のレーザ光源からのレーザ光を楕円形の短軸の方向に近接させて並べたように再配列させることができ、密度の高い空間合成を実現することができる。
【００５４】
また、複数のレーザ光源ユニット６１，６２，６３，６４は同一平面上に配置され、各レーザ光源ユニット６１，６２，６３，６４には同じ種類のミラーホルダによって同じ種類のミラーがそれぞれ保持されるため、部品の種類を抑え、組立性に優れる、安価で小型のレーザ光源装置１を提供することが可能である。
【００５５】
また、ベースプレート３における同一平面上に複数のレーザ光源１１，１２，１３，１４を連続的に配置するため、これらの被冷却面も同一平面上に揃えることが容易であり、冷却性能を高めて高出力化を図ることができる。さらに、この場合にレーザアレイ光束の出射軸方向に細長いレーザ光源装置１を構成できるため、複数のレーザ光源装置１をスタックした場合でも小型化することができる。
【００５６】
また、レーザ光源装置１を小型化できることから、包装の小型化を図ることができるとともに、運搬の容易性が向上する。また、空間密度の高いレーザアレイ光束に合成して効率よく集光することができるため、エネルギー消費量の削減を図ることが可能となる。
【００５７】
各ミラー２１，２２，２３，２４は、隣接するレーザ光源ユニットのミラーの側方を通過するようにレーザアレイ光束を反射可能に、各レーザ光源１１，１２，１３，１４から出射されたレーザアレイ光束の光軸に対する回転角度が設定され、各ミラー２１，２２，２３，２４によって反射されたレーザアレイ光束の光軸は互いに略平行となる。
【００５８】
したがって、ステム１１０の辺長さだけ離れた位置に配置せざるを得ない複数のレーザ光源１１，１２，１３，１４のレーザアレイ光束を空間的に密度高く再配列することが可能である。これにより、エタンデューが小さく、集光性に優れた合成光束を作ることができる。
【００５９】
＜実施の形態２＞
次に、実施の形態２に係るレーザ光源装置２０について説明する。図１１は、実施の形態２に係るレーザ光源装置２０の構成を示す概略図である。なお、実施の形態２において、実施の形態１で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
【００６０】
図１１に示すように、レーザ光源装置２０は、レーザ光源ユニット７１，７２，７３，７４と、ベースプレート３０とを備えている。レーザ光源ユニット７１，７２，７３，７４は、ブロック材料１０５，１０６，１０７，１０８と、半導体レーザアレイ１５，１６，１７，１８（マルチエミッタレーザ光源）と、コリメータレンズアレイ１１５，１１６，１１７，１１８（第１のレンズ部）と、球面レンズ４５，４６，４７，４８（第２のレンズ部）と、ミラー２１，２２，２３，２４（ミラー部）とをそれぞれ備えている。
【００６１】
ブロック材料１０５，１０６，１０７，１０８は、ベースプレート３０上に直列的に配置され、ブロック材料１０５，１０６，１０７，１０８の側面に半導体レーザアレイ１５，１６，１７，１８が配置されている。半導体レーザアレイ１５，１６，１７，１８は、複数のエミッタからなるマルチエミッタを有している。コリメータレンズアレイ１１５，１１６，１１７，１１８は、半導体レーザアレイ１５，１６，１７，１８のマルチエミッタに対応して設けられている。球面レンズ４５，４６，４７，４８は、各レーザ光源ユニットの各々の光軸上に配置され、球面レンズ４５，４６，４７，４８の後段にはミラー２１，２２，２３，２４が配置されている。なお、球面レンズ４５，４６，４７，４８と、ミラー２１，２２，２３，２４は、図示しないそれぞれのホルダ部によって保持されているものとする。
【００６２】
半導体レーザアレイ１５，１６，１７，１８は、複数のエミッタがアレイ状に構成されたものであり、その出射端面からはベースプレート３０と垂直である第１の方向にレーザ光が出射される。出射されるレーザ光は直交する二方向で異なる発散特性を有するため、レーザ光の断面は楕円形(図１１中、模式的に楕円形で示している)となる。半導体レーザアレイ１５，１６，１７，１８を側面に配置するブロック材料１０５，１０６，１０７，１０８は、全てのエミッタが一直線上に並ぶように共通のベースプレート３０上に配置されている。
【００６３】
また、ミラー２１，２２，２３，２４は、ベースプレート３０に対して傾角４５度の斜面となるように回転角度が設定され、第１の方向に出射されたレーザ光をベースプレート３０に対して平行な第２の方向に折り曲げる（反射する）。これらのミラー２１，２２，２３，２４は、実施の形態１で説明したミラー２１，２２，２３，２４と同様の動作と作用を有するので同じ符号が付されている。
【００６４】
したがって、ミラー２１，２２，２３，２４は半導体レーザアレイ１５，１６，１７，１８の光軸に関する回転角度が任意に設定可能であり、例えばミラー２２で折り曲げられたレーザ光が、レーザ光の進行方向側に隣接するレーザ光源ユニット７１のミラー２１の側方を干渉せずにぎりぎり近寄せて通り過ぎるように設定することができる。全てのミラーを同様に設定すると、各ミラーによって折り曲げられたレーザ光は図１１の楕円形で示されるように、楕円の短軸方向に互いに近接させて配列することができる。
【００６５】
半導体レーザアレイから出射されるレーザ光をレンズによって平行化したり収束化したりすることで、所定の距離にわたってレーザ光束の径をほぼ一定に保つことができる。図１２に示すように、半導体レーザアレイ１５は、例えばエミッタサイズが１００μｍ、エミッタ間隔が３００μｍのエミッタを３個備えている。図１２は、半導体レーザアレイ１５からのレーザ光を平行化および収束化する様子を示す概略図である。なお、レーザ光源ユニット７１，７２，７３，７４の構成は同じであるため、以下、レーザ光源ユニット７１におけるレーザ光の平行化および収束化についてのみ説明する。
【００６６】
出射されるレーザ光の発散角は、アレイ幅方向（Ｓｌｏｗ軸、Ｘｓ）とこれに垂直な方向（Ｆａｓｔ軸、Ｘｆ）とで大きく異なり、後者が前者よりも極端に大きな発散角を有する。Ｆａｓｔ軸方向に関しては、まず半導体レーザアレイ１５のエミッタの直後にコリメータレンズアレイ１１５を配置することでレーザ光をほぼ平行にすることができる。一方、コリメータレンズアレイ１１５の作用によって、小さな発散角をもってコリメータレンズアレイ１１５に入射されるＳｌｏｗ軸方向のレーザ光は、コリメータレンズアレイ１１５の後方で結像し、ビームウェスト（以下、「結像位置」ともいう）を形成する。このビームウェストに球面レンズ４５が配置される。球面レンズ４５は、入射されるレーザ光が発散角の異方性を有するのに対して、どの方向にも同じ作用を呈する。
【００６７】
図１３は、コリメータレンズアレイ１１５によってレーザ光を平行化する様子を示す概略図であり、図１３（ａ）は、大きな発散角を有するＦａｓｔ軸方向のレーザ光の場合であり、図１３（ｂ）は、Ｓｌｏｗ軸方向のレーザ光の場合である。図１３（ａ）に示すように、コリメータレンズアレイ１１５の入射面は平面状に形成され、個々のレンズユニットの出射面は球面状に形成されており、コリメータレンズアレイ１１５においては、コリメータレンズアレイ１１５の材料の屈折率および分散などの物理特性、レンズ厚さ、および出射面の曲率などが主な設計パラメータとなる。レーザ光を出射するエミッタ幅は多くとも１μｍ程度しかないため、焦点距離が１ｍｍ程度のレンズであれば十分に平行度の高いレーザ光の平行化を行うことができる。
【００６８】
一方、図１３（ｂ）に示すように、Ｓｌｏｗ軸方向にはコリメータレンズアレイ１１５の３つのエミッタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃが並んでおり、エミッタ幅はレンズ焦点距離の１／１０程度もあるため、レーザ光はコリメータレンズアレイ１１５から出射後に平行とはならず、それぞれのビームウェストを形成する。図１３（ｂ）にはコリメータレンズアレイ１１５による３つのエミッタの結像の関係を矢印で模式的に示したが、紙面右側の下向きの矢印の位置にビームウェストが形成されていることがわかる。これは、コリメータレンズアレイ１１５から距離ｓ１だけ離れた位置に置かれたエミッタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃのコリメータレンズアレイ１１５による像が、コリメータレンズアレイ１１５から距離ｓ２だけ離れた位置に形成されるからである。コリメータレンズアレイ１１５によってＳｌｏｗ軸方向のレーザ光は一旦絞られてビームウェストを形成した後、全体として発散する。すなわち、半導体レーザアレイ１５とコリメータレンズアレイ１１５の組み合わせだけでは、Ｆａｓｔ軸方向のレーザ光は平行化されるものの、Ｓｌｏｗ軸方向のレーザ光は発散して平行化されない。
【００６９】
図１４は、球面レンズ４５を追加してレーザ光を平行化する様子を示す概略図であり、図１４（ａ）は、Ｆａｓｔ軸方向のレーザ光の場合であり、図１４（ｂ）は、Ｓｌｏｗ軸方向のレーザ光の場合である。具体的には、図１３（ｂ）に示したコリメータレンズアレイ１１５によるＳｌｏｗ軸方向のビームウェストに球面レンズ４５が配置されている。図１４（ａ）に示すように、Ｆａｓｔ軸方向に関しては、コリメータレンズアレイ１１５によって平行化されたレーザ光は球面レンズ４５によって収束され所定の位置に像を結んでいる。
【００７０】
一方、Ｓｌｏｗ軸方向に関しては、図１４（ｂ）に示すように、ビームウェスト、すなわちコリメータレンズアレイ１１５によるエミッタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃの結像位置に球面レンズ４５が配置されているため、球面レンズ４５はフィールドレンズとして作用する。ここで、フィールドレンズは結像作用を持たず、単にレーザ光の向きだけを変える作用を有する。つまり、図１４（ｂ）の紙面において球面レンズ４５の上側部分に入射されるエミッタ１５ａからのレーザ光束は、下向きの方向に大きく曲げられ、反対に球面レンズ４５の下側部分に入射されるエミッタ１５ｃからのレーザ光束は、上向きに大きく曲げられる。その結果、球面レンズ４５を通過したレーザ光束全体の光束径はしばらく一定値を保ち、図中白抜きの矢印で示すあたりまで平行ビーム束が維持される。
【００７１】
図１５は、球面レンズ４９をさらに追加することで平行ビーム束を一層長い距離にわたって維持できることを示す概略図であり、図１５（ａ）は、Ｆａｓｔ軸方向のレーザ光の場合であり、図１５（ｂ）は、Ｓｌｏｗ軸方向のレーザ光の場合である。図１５（ａ），（ｂ）に示すように、図１４（ｂ）において白抜き矢印で示す位置に球面レンズ４９がさらに追加されている。
【００７２】
Ｆａｓｔ軸方向のレーザ光に関しては、コリメータレンズアレイ１１５と球面レンズ４５によって生じた結像位置に球面レンズ４９が配置されるため、球面レンズ４９はフィールドレンズとして作用するが、球面レンズ４９に入射されるレーザ光はレンズの中心近傍のみを通過するため、レーザ光束に対してはほとんどフィールドレンズとして作用しない。
【００７３】
一方、Ｓｌｏｗ軸方向のレーザ光に関しては、図１５（ｂ）の紙面において球面レンズ４９の上側部分と下側部分にレーザ光が入射されるため、図１４（ｂ）で説明した場合と同様のフィールドレンズ作用によって平行ビーム束が維持される長さが延長される。このような考えに基づいて、球面レンズ４５による結像位置にフィールドレンズとして作用する球面レンズ４９を追加すれば、平行ビーム束をさらに延長することが可能である。
【００７４】
ここで、フィールドレンズの役割を担う２枚の球面レンズ４５と球面レンズ４９は、Ｓｌｏｗ軸方向にだけ作用するシリンドリカルレンズであっても同様の平行ビーム束形成の効果が得られる。図１６は、シリンドリカルレンズ４０１，４０２を配置した場合のレーザ光束の振る舞いを示す概略図であり、図１６（ａ）は、Ｆａｓｔ軸方向のレーザ光の場合であり、図１６（ｂ）は、Ｓｌｏｗ軸方向のレーザ光の場合である。
【００７５】
図１６（ａ）に示すように、シリンドリカルレンズ４０１，４０２はＦａｓｔ軸方向のレーザ光にはフィールドレンズとしての作用を有しないため、コリメータレンズアレイ１１５で平行化されたレーザ光はそのまま平行を保って伝搬する。
【００７６】
一方、所定のビームウェストにシリンドリカルレンズ４０１，４０２が配置されるＳｌｏｗ軸方向は、図１５（ｂ）で説明した場合と同様の平行ビーム束の延長が期待できる。いずれにしても、コリメータレンズアレイ１１５はマルチエミッタに対応させるためのアレイ構造が必須であるが、球面レンズ４５，４９、およびシリンドリカルレンズ４０１，４０２はフィールドレンズとしての作用が期待されるため、アレイ構造を持たない単純なレンズ面形状を有していればよく、球面レンズ４５，４９、およびシリンドリカルレンズ４０１，４０２に関して安価な研磨レンズを採用することができる。
【００７７】
なお、図１１には筐体構造を示していないが、ベースプレート３０上の構成要素を覆うカバー手段を設け、さらにカバー手段におけるレーザ光束が出射される部分に開口を設けて窓ガラスを配置し、密閉タイプのレーザ光源装置２０を構成することができる。よって、防塵および防湿効果が期待できるため、半導体レーザアレイ１５，１６，１７，１８の信頼性を保ったり、光学部品の寿命を延ばしたりするだけでなく、光学面の汚染による明るさ性能低下の対策にもなる。空間合成されるレーザ光束は平行ビーム束であるため、カバー手段はレーザ光束と干渉する限度いっぱいの大きさまでコンパクトにすることができる。
【００７８】
なお、実施の形態１で説明したようにキャップで半導体レーザアレイ１５，１６，１７，１８を個別に内包したパッケージタイプの半導体レーザアレイを用いてもよい。図１３（ｂ）に示したように、コリメータレンズアレイ１１５によるＳｌｏｗ軸方向のビームウェストはコリメータレンズアレイ１１５のすぐ後ろに形成されるため、図１７に示すように、第２のレンズ部である球面レンズ４５を出射窓とするキャップ封止による密閉構造にすることができる。図１７は、球面レンズ４５を出射窓とするキャップ封止による密閉構造の概略図である。
【００７９】
この場合、図２に示したステム１１０上にキャップ１１１を取り付ける構造とすればよい。窓ガラスである球面レンズ４５から出射したレーザ光束はミラー２１で折り曲げられた後、球面レンズ４９に入射する。なお、球面レンズ４９は、図１７に示すように、ステム１１０の表面に対して垂直なカット面が形成されている。同様にミラー２１の一方の端部にレーザ光束が入射されるように、ミラー２１は位置をずらした状態で配置されている。こうすることで、レーザ光束の進行方向と反対側の半導体レーザアレイからのレーザ光束がミラー２１と球面レンズ４９に干渉することなくすぐ近傍を通り過ぎることができる。
【００８０】
また、２枚の球面レンズがともにシリンドリカルレンズである図１６を用いて説明した例であっても、図１８で示す密閉構造を採用すれば同様の効果が期待できる。図１８は、シリンドリカルレンズ４０１を出射窓とするキャップ封止による密閉構造の概略図である。図１８に示すように、キャップ１１４にはシリンドリカルレンズ４０１が取り付けられ、ミラー２１で９０度折り曲げられたレーザ光束はシリンドリカルレンズ４０２に入射する。
【００８１】
以上のように、実施の形態２に係るレーザ光源装置２０では、複数のレーザ光源ユニット７１，７２，７３，７４が直列的に配置され、ミラー２１，２２，２３，２４によって各レーザ光を同一方向に反射するため、互いの光軸を平行に保ってエタンデューの増大を抑えたレーザ光の空間合成を行うことができる。また、ミラー２１，２２，２３，２４は、半導体レーザアレイ１５，１６，１７，１８から出射されるレーザ光の光軸に対する回転角度が設定可能であるため、第２の方向に反射されたレーザ光が、その進行方向側に隣接するレーザ光源ユニットのミラーに干渉しないように回転角度を決めることができ、光損失の少ないレーザ光源装置２０を構成することができる。
【００８２】
また、直列的に配置される複数のレーザ光源ユニット７１，７２，７３，７４は、レーザ光の断面が呈する楕円形の長軸の方向が一致するように配置される。このため、上記ミラー２１，２２，２３，２４の作用によれば、数度以下の小さな回転角の設定によって複数の半導体レーザアレイ１５，１６，１７，１８からのレーザ光を楕円形の短軸の方向に近接させて並べたように再配列させることができ、密度の高い空間合成を実現することができる。
【００８３】
また、２つのレンズを追加するだけでレーザ光の向きを変え、かつ、各レーザ光源ユニットから出射されるレーザ光束の平行化を図ることができるため、レーザ光の空間合成をさらに小さな空間で行って、これらを覆うカバー部品（カバー手段）をコンパクトにでき、安価で小型のレーザ光源装置２０を提供することが可能である。
【００８４】
＜実施の形態３＞
次に、実施の形態３に係るレーザ光源装置１５０および映像表示装置について説明する。図１９は、実施の形態３に係る映像光源装置の構成を示す概略図である。なお、実施の形態２において、実施の形態１および２で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
【００８５】
図１９に示すように、実施の形態３に係る映像表示装置は、レーザ光源装置１５０と、均一化部であるインテグレータロッド４２と、照明光学系であるリレーレンズ４３と、映像表示素子であるライトバルブ５と、投射光学系である投射レンズ４４とを備えている。
【００８６】
レーザ光源装置１５０は、複数台（例えば３台）のレーザ光源装置１と、各レーザ光源装置１からのレーザアレイ光束を折り曲げるミラー２２０，２３０，２４０と、各ミラー２２０，２３０，２４０からのレーザアレイ光束を集光する手段である集光レンズ４１とを備えている。レーザ光源装置１は光軸方向に細長い直方体形状を有しているため、レーザ光源装置１を同一平面上に敷き詰めることがスペースの点で好ましい。集光レンズ４１によって集光されたレーザアレイ光束は、インテグレータロッド４２に入射され、強度分布が均一化される。均一化されたレーザアレイ光束は、リレーレンズ４３によって照明光としてライトバルブ５に照射される。ライトバルブ５に照射された照明光は、外部から入力される映像信号に応じて空間変調され、空間変調された照明光は、投射レンズ４４によってスクリーン６に拡大投射される。なお、レーザ光源装置１５０は複数台のレーザ光源装置２０から構成することもできる。
【００８７】
ミラー２２０，２３０，２４０は階段状に配置され、各レーザ光源装置１からのレーザアレイ光束を空間合成してその光束密度を高めるためのものである。レーザ光源装置１５０が備えるレーザ光源装置１の台数を増やす場合は、集光レンズ４１の仕様を変えることで、インテグレータロッド４２に効率よくレーザアレイ光束を伝達することができる。
【００８８】
例えば、図２０は、レーザ光源装置１５０のレーザアレイ光束の分布を示す概略図である。すなわち、レーザ光源装置１を３台並べて配置した場合に、集光レンズ４１の入射面上に並ぶ、各レーザ光源装置１からのレーザアレイ光束の像の分布を概略的に示した図である。階段状に配置されたミラー２２０，２３０，２４０の効果によって、レーザアレイ光束の像はｘ軸に沿って密に並んでいる。これは、図１９においてレーザ光源装置１を敷き詰めた方向と同じである。各レーザアレイ光束は細長い楕円形で概略的に示されるが、この短軸方向は光線の平行度が高いため、集光レンズ４１によって非常に高い密度で集光することができる。
【００８９】
一方、ｙ軸方向は光線の平行度が低いため、ｙ軸に沿った方向にはレーザアレイ光束を並べない方が都合がよい。また、ミラー２２０，２３０，２４０によれば、レーザ光源装置１の出射光束が角度θだけ傾いていることを補正して、集光レンズ４１による合成レーザ光束の光軸をレーザ光源装置１５０の縦横と合わせることができ、映像表示装置の設計が容易になるといった利点をもたらす。
【００９０】
以上のように、実施の形態３に係る映像表示装置は、レーザ光源装置１５０と、レーザ光源装置１５０から出射されたレーザ光の強度分布を均一化するインテグレータロッド４２と、インテグレータロッド４２によって均一化されたレーザ光を照明光として照射するリレーレンズ４３と、照明光を、外部から入力される映像信号に応じて空間変調するライトバルブ５と、ライトバルブ５によって空間変調された照明光をスクリーン６に投射する投射レンズ４４とを備える。したがって、空間密度の高いレーザアレイ光束に合成して効率よく集光することができるため、高出力化を図ることが可能となる。
【００９１】
また、実施の形態１および２で説明したように、安価で小型のレーザ光源装置１およびレーザ光源装置２０を実現できることから、安価で小型のレーザ光源装置１５０を実現でき、ひいては安価で小型の映像表示装置を実現できる。
【００９２】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００９３】
１  レーザ光源装置、５  ライトバルブ、１１，１２，１３，１４  レーザ光源、１５，１６，１７，１８  半導体レーザアレイ、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ  エミッタ、２０  レーザ光源装置、２１，２２，２３，２４  ミラー、３１  ミラーホルダ、４２  インテグレータロッド、４３  リレーレンズ、４４  投射レンズ、４５，４６，４７，４８  球面レンズ、６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４  レーザ光源ユニット、１１５，１１６，１１７，１１８  コリメータレンズアレイ、１５０  レーザ光源装置、４０１，４０２  シリンドリカルレンズ。
【図１】
0006463111.tif 000002
【図２】
0006463111.tif 000003
【図３】
0006463111.tif 000004
【図４】
0006463111.tif 000005
【図５】
0006463111.tif 000006
【図６】
0006463111.tif 000007
【図７】
0006463111.tif 000008
【図８】
0006463111.tif 000009
【図９】
0006463111.tif 000010
【図１０】
0006463111.tif 000011
【図１１】
0006463111.tif 000012
【図１２】
0006463111.tif 000013
【図１３】
0006463111.tif 000014
【図１４】
0006463111.tif 000015
【図１５】
0006463111.tif 000016
【図１６】
0006463111.tif 000017
【図１７】
0006463111.tif 000018
【図１８】
0006463111.tif 000019
【図１９】
0006463111.tif 000020
【図２０】
0006463111.tif 000021