(57)【要約】  干渉縞およびスペックルの発生を低減し、かつ、レーザ発振による温度上昇を低減することができるレーザ光源装置の提供を目的とする。レーザ光源装置は、ベースと、各々が個別にベースの上面に保持され、偏光方向が一方向に揃った複数のビームを出射する複数の半導体レーザ素子と、複数のビームのうち少なくとも一部のビームの偏光方向を回転させることにより、複数のビームの偏光方向が一方向に揃わないように乱す偏光変換部と、を含む。
2020066868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、
各々が個別に前記ベースの上面に保持され、偏光方向が一方向に揃った複数のビームを出射する複数の半導体レーザ素子と、
前記複数のビームのうち少なくとも一部のビームの前記偏光方向を回転させることにより、前記複数のビームの前記偏光方向が前記一方向に揃わないように乱す偏光変換部と、を備えるレーザ光源装置。
【請求項２】
前記偏光変換部は、
前記複数のビームのうち一部のビームの前記偏光方向を９０°回転させる偏光回転素子を含み、
前記偏光回転素子は、
前記複数の半導体レーザ素子のうち前記一部のビームを出射する半導体レーザ素子に対応して選択的に配置される、請求項１に記載のレーザ光源装置。
【請求項３】
前記複数の半導体レーザ素子の上方を覆って設けられるスペーサを、さらに備え、
前記スペーサは、
前記複数のビームの各々が通過するスペーサ窓部と、
前記スペーサ窓部の内周に設けられたレンズ保持段差部と、
前記スペーサ窓部の外周に設けられた偏光回転素子保持段差部と、を含み、
前記偏光回転素子は、前記偏光回転素子保持段差部に保持される、請求項２に記載のレーザ光源装置。
【請求項４】
前記偏光回転素子の外形は、平行四辺形を有し、
前記偏光回転素子保持段差部の外形は、前記偏光回転素子の前記外形よりも大きい相似形状を有する、請求項３に記載のレーザ光源装置。
【請求項５】
前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれに対応して設けられ、前記複数のビームのそれぞれを平行光に変換する複数のレンズを、さらに備え、
前記スペーサは、前記ベースに固定され、
前記複数のレンズの各々は、前記レンズ保持段差部において保持され、
前記偏光回転素子保持段差部は、前記偏光回転素子を、前記複数のレンズのうち前記偏光回転素子に対応するレンズの上部に保持する、請求項３または請求項４に記載のレーザ光源装置。
【請求項６】
前記偏光変換部は、
前記複数のビームのうち前記少なくとも一部のビームの前記偏光方向を回転させる少なくとも１つの偏光回転素子を含み、
前記少なくとも１つの偏光回転素子は、
前記少なくとも一部のビームの前記偏光方向である前記一方向に対して、速軸が角度θをなすように配置され、かつ、前記偏光方向を角度２θで回転させるｎ種類の１／２波長板を含み、
前記ｎ種類の１／２波長板を透過することにより前記偏光方向が回転した前記複数のビームは、２ｎ種類の直線偏光を有する、請求項１に記載のレーザ光源装置。
【請求項７】
前記複数の半導体レーザ素子の上方を覆って設けられるスペーサを、さらに備え、
前記スペーサは、
前記複数のビームの各々が通過するスペーサ窓部と、
前記スペーサ窓部の内周に設けられたレンズ保持段差部と、
前記スペーサ窓部の外周に設けられた偏光回転素子保持段差部と、を含み、
前記少なくとも１つの偏光回転素子の各々は、前記偏光回転素子保持段差部に保持される、請求項６に記載のレーザ光源装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの偏光回転素子の各々の外形は、平行四辺形を有し、
前記偏光回転素子保持段差部の外形は、前記少なくとも１つの偏光回転素子の各々の前記外形よりも大きい相似形状を有する、請求項７に記載のレーザ光源装置。
【請求項９】
前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれに対応して設けられ、前記複数のビームのそれぞれを平行光に変換する複数のレンズを、さらに備え、
前記スペーサは、前記ベースに固定され、
前記複数のレンズの各々は、前記レンズ保持段差部において保持され、
前記偏光回転素子保持段差部は、前記少なくとも１つの偏光回転素子の各々を、前記複数のレンズのうち前記少なくとも１つの偏光回転素子に対応するレンズの上部に保持する、請求項７または請求項８に記載のレーザ光源装置。
【請求項１０】
前記複数の半導体レーザ素子の上方を覆って設けられるスペーサを、さらに備え、
前記スペーサは、前記複数のビームの各々が通過するスペーサ窓部と前記スペーサ窓部の外周に設けられたスペーサ段差部とを含み、
前記偏光回転素子は、前記スペーサ段差部に保持される、請求項２に記載のレーザ光源装置。
【請求項１１】
前記偏光回転素子の外形は、平行四辺形を有し、
前記スペーサ段差部の外形は、前記偏光回転素子の前記外形よりも大きい相似形状を有する、請求項１０に記載のレーザ光源装置。
【請求項１２】
前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれに対応して設けられ、前記複数のビームのそれぞれを平行光に変換する複数のレンズを、さらに備え、
前記スペーサは、前記ベースに固定され、かつ、前記複数のレンズを保持する、請求項１０または請求項１１に記載のレーザ光源装置。
【請求項１３】
前記複数の半導体レーザ素子の上方を覆って設けられるスペーサを、さらに備え、
前記スペーサは、前記複数のビームの各々が通過するスペーサ窓部と前記スペーサ窓部の外周に設けられたスペーサ段差部とを含み、
前記少なくとも１つの偏光回転素子の各々は、前記スペーサ段差部に保持される、請求項６に記載のレーザ光源装置。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの偏光回転素子の各々の外形は、平行四辺形を有し、
前記スペーサ段差部の外形は、前記少なくとも１つの偏光回転素子の各々の前記外形よりも大きい相似形状を有し、
前記角度２θは、９０°以外である、請求項１３に記載のレーザ光源装置。
【請求項１５】
前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれに対応して設けられ、前記複数のビームのそれぞれを平行光に変換する複数のレンズを、さらに備え、
前記スペーサは、前記ベースに固定され、かつ、前記複数のレンズを保持する、請求項１３または請求項１４に記載のレーザ光源装置。
【請求項１６】
前記複数の半導体レーザ素子は、選択的に異なる色の前記複数のビームを出射するように構成されている、請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
【請求項１７】
前記偏光変換部は、
前記複数の半導体レーザ素子のうち隣接する２以上の半導体レーザ素子から出射される２以上のビームの偏光方向を、１つの偏光回転素子により回転させる、請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ素子は、消費電力が小さく、ビームの単色性および高指向性に優れる。このような特長を有する半導体レーザ素子は、現在普及しているランプの置き換え光源として期待されている。例えば、近年、半導体レーザ素子は、プロジェクタ等の投射型表示装置の光源として注目されている。半導体レーザ素子が投射型表示装置に光源として搭載される場合、半導体レーザ素子は発光面積が小さいことから、その光学設計において、ビームの空間合成に必要な光学素子の小型化を可能とする。さらに、光学素子の小型化は、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ（Digital Mirror Device））、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ（Liquid Crystal Display））などの表示デバイス自体の小型化を可能とし、その結果、システムコストが低下する。【０００３】
現状の半導体レーザ素子は、１つの素子で投射型表示装置に求められる出力を達成することは困難である。そのため、一般的には、投射型表示装置の光源は、複数の半導体レーザ素子によって構成される。【０００４】
半導体レーザ素子から出射されるビームは、位相が揃った波により構成されている。この特徴により、半導体レーザの単色性、高指向性が生み出される。一方で、複数の波が重なり合った場合、互いの波の干渉性により縞模様あるいはスペックルが発生する。スペックルとは、スクリーン上に照射されたビームによって現れるランダムな波の干渉性による粒子状のパターンのことである。このような干渉パターンは、投射型表示装置の光源としてレーザを使用する際に問題となる。【０００５】
干渉縞やスペックルの軽減手段として、複数の波長の半導体レーザ光を混合する手段または半導体レーザ光の偏光を乱す手段が有効である。【０００６】
例えば、特許文献１には、レーザ光源が有する１個もしくは複数個の発光点から出射されるレーザ光の偏光を、その光軸上に配置された偏光回転部によって、９０°回転させるレーザ光源装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第５４７３７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１のレーザ光源装置においては、１つの半導体レーザチップから複数のレーザビームが発振するアレイ型レーザ光源である。そのため、隣接するレーザから発生する熱により、利得が低減する。特に中央部のレーザは両隣から熱を受けるため、大きく利得が低減する。その結果、十分な出力が得られない。【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、干渉縞およびスペックルの発生を低減し、かつ、レーザ発振による温度上昇を低減することができるレーザ光源装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るレーザ光源装置は、ベースと、各々が個別にベースの上面に保持され、偏光方向が一方向に揃った複数のビームを出射する複数の半導体レーザ素子と、複数のビームのうち少なくとも一部のビームの偏光方向を回転させることにより、複数のビームの偏光方向が一方向に揃わないように乱す偏光変換部と、を含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、干渉縞およびスペックルの発生を低減し、かつ、レーザ発振による温度上昇を低減するレーザ光源装置の提供が可能である。【００１２】
本発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１におけるレーザ光源装置の構成およびレーザ光源装置から出射されるビームを示す斜視図である。
【図２】実施の形態１におけるレーザ光源装置の構成を示す分解斜視図である。
【図３】実施の形態１における偏光回転素子の構成を示す図である。
【図４】実施の形態１における半導体レーザ素子の詳細な構成を示す斜視図である。
【図５】実施の形態１におけるベースおよび半導体レーザ素子の構成を示す斜視図である。
【図６】図５に示されたＡ−Ａ’における断面図である。
【図７】実施の形態１における偏光回転素子の動作を説明する図である。
【図８】実施の形態１における偏光回転素子の動作を説明する図である。
【図９】実施の形態１におけるスペーサおよびレンズの構成を示す斜視図である。
【図１０】図９に示されたＢ−Ｂ’における断面図である。
【図１１】実施の形態１の変形例におけるスペーサおよび偏光回転素子の構成を示す図である。
【図１２】実施の形態１の変形例における偏光回転素子を含む偏光素子基板を示す図である。
【図１３】実施の形態２におけるレーザ光源装置の構成およびレーザ光源装置から出射されるビームを示す斜視図である。
【図１４】実施の形態２におけるレーザ光源装置の構成を示す分解斜視図である。
【図１５】実施の形態２における各偏光回転素子の設置方向および各ビームの偏光方向を示す図である。
【図１６】実施の形態２の変形例におけるスペーサおよび偏光回転素子の構成を示す図である。
【図１７】実施の形態２の変形例における偏光回転素子を含む偏光素子基板を示す図である。
【図１８】実施の形態３におけるレーザ光源装置の構成およびレーザ光源装置から出射されるビームを示す斜視図である。
【図１９】実施の形態３におけるレーザ光源装置の構成を示す分解斜視図である。
【図２０】実施の形態３におけるスペーサおよびレンズの構成を示す斜視図である。
【図２１】図２０に示されたＣ−Ｃ’における断面図である。
【図２２】実施の形態３の変形例におけるスペーサおよび偏光回転素子の構成を示す図である。
【図２３】実施の形態４におけるレーザ光源装置の構成およびレーザ光源装置から出射されるビームを示す斜視図である。
【図２４】実施の形態４におけるレーザ光源装置の構成を示す分解斜視図である。
【図２５】実施の形態４の変形例におけるスペーサおよび偏光回転素子の構成を示す図である。
【図２６】実施の形態５におけるレーザ光源装置の構成およびレーザ光源装置から出射されるビームを示す斜視図である。
【図２７】実施の形態５におけるスペーサおよび偏光回転素子の構成を示す図である。
【図２８】実施の形態６におけるレーザ光源装置の構成およびレーザ光源装置から出射されるビームを示す斜視図である。
【図２９】実施の形態６におけるレーザ光源装置の構成を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜実施の形態１＞
実施の形態１におけるレーザ光源装置を説明する。図１は、実施の形態１におけるレーザ光源装置１の構成およびレーザ光源装置１から出射されるビーム７１から７４を示す斜視図である。図２は、レーザ光源装置１の構成を示す分解斜視図である。
【００１５】
レーザ光源装置１は、ベース３０、半導体レーザ素子１０１から１０４、レンズ４１から４４、スペーサ２０、偏光回転素子５２、５４により構成されている。
【００１６】
ベース３０は、上面３０Ａにて半導体レーザ素子１０１から１０４を支持する。実施の形態１において、ベース３０は、上面３０Ａに平面を有し、その平面に半導体レーザ素子１０１から１０４が固定されている。ベース３０は、例えば、平板である。
【００１７】
ベース３０には、長穴３１から３４が設けられている。長穴３１から３４は、ここでは、貫通穴である。長穴３１から３４は、半導体レーザ素子１０１から１０４の各々が有する２本のリードピン１４が差し込まれる穴である。各半導体レーザ素子には、リードピン１４を介して電流が供給される。なお、各図に記載されたｘ、ｙ、ｚ軸は直交座標系を構成している。ｘ軸とｙ軸とはベース３０の上面３０Ａと平行であり、ｚ軸はベース３０の上方を指している。
【００１８】
半導体レーザ素子１０１から１０４は、各々１つのレーザビームを発振する半導体レーザチップが搭載された素子である。半導体レーザ素子１０１から１０４の各々は、ベース３０の上面３０Ａに保持される。ここでは、各半導体レーザ素子は、ベース３０の上面３０Ａに形成された平面に固定されている。なお、半導体レーザチップは、効率を改善するため、発振部を２〜３分割して構成する場合もある。
【００１９】
半導体レーザ素子１０１から１０４は、各々の偏光方向が一方向に揃ったビーム７１から７４を出射する。実施の形態１において、半導体レーザ素子１０１から１０４から出射されるビーム７１から７４の偏光は、後述するｙ軸方向に平行である。また、半導体レーザ素子１０１から１０４は、ｘ軸方向に幅の広い断面形状を有するビーム７１から７４を、ｚ軸方向と平行に出射する。
【００２０】
スペーサ２０は、半導体レーザ素子１０１から１０４の上方を覆って設けられる。スペーサ２０は、後述するレンズ４１から４４を保持し、各レンズと各半導体レーザ素子との間隔を一定に保つ機能を有する。
【００２１】
スペーサ２０は、上面に、スペーサ窓部２１から２４を有する。実施の形態１において、スペーサ窓部２１から２４の外形は、正方形を有する。また、スペーサ２０は、スペーサ窓部２１から２４のそれぞれの外周に設けられたスペーサ段差部２５から２８を有する。各スペーサ段差部には、偏光回転素子が設置可能である。半導体レーザ素子１０１から１０４から出射されるビーム７１から７４は、それぞれスペーサ窓部２１から２４を通過する。
【００２２】
スペーサ２０は、ベース３０の上面３０Ａに、ねじによって締結固定されてもよいし、接着剤によって固定されてもよい。あるいは、スペーサ２０は、その両方によって固定されていてもよい。スペーサ２０は、例えば、成形性を考慮して亜鉛やアルミ等のダイキャストで製造される。ただし、スペーサ２０に熱的な効果は求められないため、スペーサ２０は、樹脂材料で製造されてもよい。
【００２３】
偏光回転素子５２、５４は、偏光変換部を構成する。偏光変換部は、ビーム７１から７４のうち少なくとも一部のビームの偏光方向を回転させ、ビーム７１から７４の偏光方向が一方向に揃わないように乱す。実施の形態１において、偏光回転素子５２、５４は、ビーム７１から７４のうち一部のビーム７２、７４の偏光方向を回転させる。すなわち、偏光回転素子５２、５４は、ビーム７２、７４を出射する半導体レーザ素子１０２、１０４に対応して選択的に配置される。
【００２４】
図３は、偏光回転素子５２、５４の構成を示す図である。偏光回転素子５２、５４は、屈折率が低い方位に速軸（Ｆ軸）５０Ａを、屈折率が高い方位に遅軸（Ｓ軸）５０Ｂを有する。偏光回転素子５２、５４は、速軸（Ｆ軸）５０Ａと遅軸（Ｓ軸）５０Ｂとが直交したＦＳ面に対し平行な平面を有する板状の素子である。ここでは、偏光回転素子５２、５４は、ビーム７２、７４の速軸方向の成分に対して遅軸方向の成分を１／２波長分遅延させる１／２波長板である。
【００２５】
偏光回転素子５２、５４は、実施の形態１において、半導体レーザ素子１０２、１０４から出射されるビーム７２、７４の偏光方向に対し、速軸５０Ａおよび遅軸５０Ｂが４５°の角度をなすように配置される。半導体レーザ素子１０２、１０４から出射されるビーム７２、７４の偏光は、ｙ軸に平行な直線偏光である。よって、速軸５０Ａおよび遅軸５０Ｂは、ｙ軸に対し４５°の角度をなす。
【００２６】
偏光回転素子５２、５４の外形は、図２に示されるように、スペーサ段差部２６、２８の外形と相似関係にある正方形を有する。その正方形は、ｘ軸またはｙ軸に平行な辺からなる。偏光回転素子５２、５４の速軸５０Ａおよび遅軸５０Ｂは、その正方形の対角方向に一致する。偏光回転素子５２、５４は、それぞれスペーサ段差部２６、２８に保持される。このように、偏光回転素子５２はスペーサ段差部２６に、偏光回転素子５４はスペーサ段差部２８に収納されることにより、偏光回転素子５２、５４は半導体レーザ素子１０１から１０４のうち、一部の半導体レーザ素子１０２、１０４に対応して選択的に配置される。
【００２７】
なお、実施の形態１において、偏光回転素子５２、５４は、スペーサ２０の上面側に配置されているが、偏光回転素子５２、５４は、スペーサ２０の底面側に配置されてもよい。その場合、偏光回転素子は、例えば、スペーサ２０の裏面に設けられたスペーサ段差部に、接着剤もしくは保持部材によって固定される。
【００２８】
また、偏光回転素子５２、５４の形状は、正方形以外の矩形、円形、楕円形などであってもよく、半導体レーザ素子１０２、１０４のビーム７２、７４を覆う形状であればよい。このような偏光回転素子５２、５４は、その大きさを最小限にすることを可能にし、コストの低減を実現する。同様に、スペーサ窓部２１から２４の形状も、ビーム７１から７４が通過できれば、正方形以外の矩形、円形、楕円形などでもよい。
【００２９】
レンズ４１から４４は、ビーム７１から７４を集光する。レンズ４１から４４を透過したビーム７１から７４は、それぞれｚ軸に対して平行な方向に進行する。レンズ４１から４４は、スペーサ２０に保持されている。また、レンズ４１から４４は、それぞれスペーサ窓部２１から２４を覆うように配置される。
【００３０】
次に実施の形態１における半導体レーザ素子１０１の詳細な構成について説明する。
【００３１】
図４は半導体レーザ素子１０１の詳細な構成を示す斜視図である。半導体レーザ素子１０１は、ＴＯ−Ｃａｎタイプのパッケージに半導体レーザチップが内包された構成を有する。ＴＯ−Ｃａｎタイプの半導体レーザ素子１０１は、主にキャップ１１、ガラス窓１２、ステム１３、リードピン１４、および半導体レーザチップ（図示せず）によって構成されている。
【００３２】
キャップ１１は、ステム１３の上部に設けられている。ガラス窓１２は、キャップ１１の上面に設けられている。リードピン１４は、ステム１３の下部に設けられている。半導体レーザチップは、キャップ１１の内部に配置されている。
【００３３】
半導体レーザチップは、主光軸をステム１３に対して垂直な方向に有する。すなわち半導体レーザチップは、ｚ軸方向にビーム７１を出射する。一般的に、空気中の水分または粉塵が半導体レーザチップの端面に付着した場合、半導体レーザチップは容易に破壊に至る。しかし、ＴＯ−Ｃａｎタイプのパッケージは、キャップ１１によって半導体レーザチップを封止している。そのため、キャップ１１の内部の気密性が保たれ、半導体レーザチップの駆動環境に求められる条件が緩和される。また、ＴＯ−Ｃａｎタイプのパッケージ素子は小型である。そのため、使用個数の調整、すなわち要求仕様に応じた光出力のスケーリングが容易である。
【００３４】
投射型表示装置の光源には、高出力の端面発光型のレーザチップが使用される。半導体レーザチップの主材料は、ＧａＡｓまたはＧａＮ等の化合物半導体である。半導体レーザチップの活性層は、エピタキシャル成長により形成される。実施の形態１において、エピタキシャル成長の方向はｘ軸方向に、活性層の水平方向はｙ軸方向にそれぞれ対応する。レーザは、エピタキシャル成長の方向（ｘ軸方向）と直交する方向（ｚ軸方向）に位置するチップ端面から出射する。ビーム７１は、そのチップ端面において、活性層の鉛直方向（ｘ軸方向）に約１μｍ、活性層の水平方向（ｙ軸方向）に数十から数百μｍの発光輝点から出射される。活性層の鉛直方向（ｘ軸方向）の出射口が非常に小さいため、ビーム７１は、回折効果によってｘ軸方向に拡がる。そのｘ軸方向のビーム７１の拡がりは、全角で約６０°である。活性層の鉛直方向（ｘ軸方向）のビームの拡がりは、活性層の水平方向（ｙ軸方向）のビーム７１の拡がりに対して約１０倍大きい。したがって、ビーム７１の断面すなわち遠視野像は、図４に示されるように、楕円形状を有する。
【００３５】
また、一般的にＴＯ−Ｃａｎパッケージの半導体レーザ素子において、２本のリードピン１４の配列方向は、半導体レーザチップの活性層の水平方向（ｙ軸方向）と同方向である。そのため、ビーム７１は、リードピン１４の配列方向に拡がりが小さく、それと直交するｘ軸方向の拡がりが大きい。
【００３６】
上記の構成を有する半導体レーザ素子１０１から出射されるビーム７１の偏光は、活性層に水平な方向（ｙ軸方向）と平行である。すなわち、半導体レーザ素子１０１は、活性層の水平方向（ｙ軸方向）に電場が振動する直線偏光を出射する。ただし、活性層を構成する原子配列によっては、ビームは、活性層の鉛直方向（ｘ軸方向）に偏光する場合もある。
【００３７】
図５は、ベース３０および半導体レーザ素子１０１から１０４の構成を示す斜視図である。図６は、図５に示されたＡ−Ａ’における断面図である。
【００３８】
半導体レーザ素子１０１から１０４の各々は、電流が供給されることによって駆動し、その駆動により熱が発生する。ステム１３の熱容量だけでは、十分な放熱が行われないため、半導体レーザチップが高温となり、急激な光出力低下が起こり得る。また、そのような熱負荷の増大は、半導体レーザチップの短寿命化、もしくは半導体レーザ素子を構成する部品の熱的破壊を引き起こす。そのため、ステム１３からベース３０への放熱が必要である。実施の形態１において、ベース３０は、熱伝導性の高い部材で構成される。ベース３０は、例えば、Ｃｕ、Ａｌなどの金属材料を含む。または、例えば、ベース３０は、ＳｉＣ、ＡｌＮ等の高い熱伝導率を有するセラミックを含む。または、ステム１３における熱容量および放熱面積を向上させるようなフィンや、水や冷媒が封入されたヒートパイプに接続された、冷却部材がステム１３に付加されてもよい。
【００３９】
半導体レーザ素子１０１から１０４は、熱伝導性の高いグリスもしくはシート状の放熱材を介して、ベース３０の上面３０Ａに形成された平面に密着して固定されている。さらに放熱性を高めるために、各半導体レーザ素子は、はんだ材によって、ベース３０にはんだ接合されることが好ましい。はんだ材は、例えば、ＳｎＡｇＣｕ、ＡｕＳｎ等を主成分に含む。
【００４０】
なお、ステム１３を含むＴＯ−Ｃａｎパッケージの半導体レーザ素子１０１から１０４とベース３０とが別部材である構成を示したが、ステム１３とベース３０とが一体化した部材に半導体レーザチップが搭載されている構成であってもよく、その場合、レーザ光源装置１の放熱性が向上する。さらに、ステム径に制約されずに、半導体レーザチップをより近接した任意の間隔で配置することが可能となり、レーザ光源装置１の小型化が可能となる。
【００４１】
次に実施の形態１におけるベース３０の詳細について説明する。
【００４２】
上述したように、ベース３０は平板であるが、それに限定されるものではなく、ステム１３と接触する面が平面であればよい。例えば、ベース３０には、ステム１３の形状に合わせたざぐりが設けられていてもよい。
【００４３】
ベース３０が導電性材料である場合、半導体レーザ素子１０１から１０４のリードピン１４とベース３０との間で確実な絶縁を確保する必要がある。長穴３１から３４は、リードピン１４とベース３０とが接触しないような穴形状を有し、また、リードピン１４とベース３０とが接触しないように配置されている。ベース３０は、長穴３１から３４に代えて、リードピン１４とベース３０との接触を回避可能な丸穴を有していてもよい。または、ベース３０は、長穴３１から３４に代えて、リードピン１４とベース３０との接触を回避し、かつ、半導体レーザ素子１０１から１０４に電流を供給する配線経路を確保できる溝構造を有していてもよい。
【００４４】
次に実施の形態１における偏光回転素子５２、５４の詳細を説明する。
【００４５】
偏光回転素子５２、５４は、例えば、複屈折性を有する無機材料または樹脂材料によって構成される。複屈折性を有する無機材料とは、例えば、水晶である。また、複屈折性を有する樹脂材料とは、例えば、ポリカーボネートなどを母材として含む樹脂であって、一方向に延伸されたものである。
【００４６】
図７および図８は、偏光回転素子５２、５４の動作を説明する図である。空気よりも屈折率が高い媒質中を伝搬する光の速度は、空気中を伝搬する光の速度よりも遅い。すなわち、屈折率の高い媒質ほど、その媒質を伝搬する光の速度は遅い。偏光回転素子において、遅軸方向に電場が振動する光の伝搬速度は、速軸方向に電場が振動する光の伝搬速度よりも遅い。
【００４７】
上述したように、実施の形態１において、偏光回転素子５２、５４は、１／２波長板である。図７に示されるように、速軸（Ｆ軸）および遅軸（Ｓ軸）に対して４５°の角度をなす直線偏光８０Ａを有するビームが１／２波長板に入射した場合、速軸（Ｆ軸）方向の光線の伝搬に対して、遅軸（Ｓ軸）方向の光線の伝搬が遅れる。１／２波長板においては、速軸方向に対する遅軸方向の伝搬遅延が、１／２波長分に設計されている。そのため、図８に示されるように、偏光回転素子を透過した後のビームの偏光は、透過前の直線偏光８０Ａに対して９０°回転した直線偏光８０Ｂに変換される。
【００４８】
次に実施の形態１におけるスペーサ２０およびレンズ４１から４４の詳細な構成について説明する。
【００４９】
図９は、スペーサ２０およびレンズ４１から４４の構成を示す斜視図である。図１０は、図９に示されたＢ−Ｂ’における断面図である。
【００５０】
レーザ光源装置１から出射されたビーム７１から７４は、投射型表示装置（図示せず）の光学系の開口に集光される。レーザ光源装置１から投射型表示装置の光学系開口までの間隔は限定されないため、レーザ光源装置１から出射されるビーム７１から７４は平行光であることが好ましい。
【００５１】
前述したように各半導体レーザ素子からは、拡がったビームが出射される。それらビームを平行光に変換するためには、凸レンズにより集光する必要がある。図１０に示されるとおり、レンズ４１から４４は、入射面（−ｚ方向の面）に平面を、出射面（＋ｚ方向の面）に軸対称の球面あるいは非球面の凸面を有する。すなわち、レンズ４１から４４は、凸レンズである。半導体レーザ素子１０１から１０４のレーザ発光端面が、レンズ４１から４４の焦点位置近傍に配置されることにより、レンズ４１から４４を透過したビーム７１から７４は平行光に変換される。
【００５２】
なお、レンズ４１から４４は、必ずしもその入射面が平面である必要はない。各レンズは、凸レンズとしての機能を有する限り、凹面もしくは凸面を入射面または出射面に有していてもよい。ただし、スペーサ２０の上面と接する可能性のある面は、平面であることが好ましい。
【００５３】
また、各レンズの出射面および入射面は、軸対称の曲面である必要はない。例えば、各レンズは、出射面あるいは入射面に、半導体レーザ素子から出射されるビームの拡がり角が大きい活性層の鉛直方向（ｘ軸方向）のみ平行光に変換するシリンドリカルレンズであってもよい。
【００５４】
レンズ４１、４４の中心軸１４１、１４４は、それぞれ半導体レーザ素子１０１、１０４の光線の中心軸と一致するように配置される。レンズ４１、４４は、接着剤によって、スペーサ２０の上面に固定されることが好ましい。なお、レンズ４１、４４がスペーサ２０の上面に固定可能であれば、レンズ４１、４４は、上部から各レンズを抑える部材によって固定されてもよい。また、図１０には示されていないが、レンズ４２、４３も、レンズ４１、４４と同様に、スペーサ２０上面に固定される。
【００５５】
スペーサ段差部２８の外形は、偏光回転素子５４の外形と相似関係にある。スペーサ段差部２８の外形は、偏光回転素子５４の外形より大きい。また、スペーサ段差部２８の高さは、偏光回転素子５４の厚みより大きい。そのため、偏光回転素子５４は、スペーサ２０の上面から上方にはみ出ることなく、スペーサ段差部２８とレンズ４４の底面とによって構成される空間に収納されるように配置される。なお、スペーサ段差部２５から２７の外形形状も、スペーサ段差部２８の外形形状と同様である。
【００５６】
なお、偏光回転素子が配置されていないスペーサ段差部２５、２７には、偏光を回転する機能を有しない透明基板が設けられてもよい。透明基板とは、例えば、ガラス板、透明樹脂板である。
【００５７】
透明基板が配置されていない場合、半導体レーザ素子１０１、１０３の出射端面からレンズ４１、４３までの距離は、半導体レーザ素子１０２、１０４の出射端面からレンズ４２、４４までの、偏光回転素子５２、５４が挿入された見かけの距離より長い。透明基板が挿入されることにより、半導体レーザ素子１０１、１０３から、レンズ４１、４３までの見かけの距離が短くなる。そのため、半導体レーザ素子１０１から１０４のレーザ出射端面からレンズ４１から４４までの距離が、等距離に補正される。半導体レーザ素子１０１から１０４のレーザ出射端面からレンズ４１から４４が等距離に補正された結果、レーザ光源装置１から出射される４つのビーム７１から７４は、ほぼ同じ平行度でｚ軸方向に進行する。
【００５８】
次に、レーザ光源装置１の動作を説明する。半導体レーザ素子１０１から１０４の駆動により発生する熱は、ベース３０へ放熱される。各半導体レーザ素子は、分離しているため、各半導体レーザ素子で発生した熱は、その隣の半導体レーザ素子に伝達しにくい。このように、レーザ光源装置１は、半導体レーザ素子の温度上昇を抑える。
【００５９】
また、図１に示されるように、半導体レーザ素子１０２、１０４から出射されたｙ軸方向の直線偏光は、偏光回転素子５２、５４によって、ｘ軸方向に振動する直線偏光８２、８４に変換される。一方で、半導体レーザ素子１０１、１０３から出射されたビーム７１、７３は、ｙ軸方向の直線偏光８１、８３を維持する。その結果、レーザ光源装置１からは、ｘ軸方向の直線偏光８２、８４のビーム７２、７４と、ｙ軸方向の直線偏光８１、８３のビーム７１、７３とが出射される。ビーム７１から７４は、同じ断面形状（ビームプロファイル）を有しながらも、偏光方向が一方向に揃っていない。
【００６０】
このように、レーザ光源装置１は、偏光回転素子５２、５４により、複数のビーム７１から７４のうち一部のビーム７２、７４の偏光方向を回転させることにより、偏光方向が異なる２種類のビーム７１から７４を出射する。このようなビーム７１から７４は、干渉縞やスペックルの発生を低減する。
【００６１】
以上をまとめると、実施の形態１におけるレーザ光源装置１は、ベース３０と、各々が個別にベース３０の上面３０Ａに保持され、偏光方向が一方向に揃った複数のビーム７１から７４を出射する複数の半導体レーザ素子１０１から１０４と、複数のビーム７１から７４のうち少なくとも一部のビーム７２、７４の偏光方向を回転させることにより、複数のビーム７１から７４の偏光方向が一方向に揃わないように乱す偏光変換部と、を含む。
【００６２】
このようなレーザ光源装置１は、個別に設けられた複数の半導体レーザ素子１０１から１０４により構成されるため、レーザ発振による温度上昇を低減する。また、レーザ光源装置１は、偏光方向が異なる複数のビーム７１から７４を出射するため、それら複数のビーム７１から７４を合成した時に生じる干渉縞およびスペックルの発生を低減する。
【００６３】
また、実施の形態１におけるレーザ光源装置１の偏光変換部は、複数のビーム７１から７４のうち一部のビーム７２、７４の偏光方向を９０°回転させる偏光回転素子５２、５４を含む。偏光回転素子５２、５４は、複数の半導体レーザ素子１０１から１０４のうち一部のビーム７２、７４を出射する半導体レーザ素子１０２、１０４に対応して選択的に配置される。
【００６４】
以上の構成により、レーザ光源装置１は、偏光方向が異なる２種類のビーム７１から７４を出射するため、それら２種類のビーム７１から７４を合成した時に生じる干渉縞およびスペックルの発生を低減する。
【００６５】
また、実施の形態１におけるレーザ光源装置１は、複数の半導体レーザ素子１０１から１０４の上方を覆って設けられるスペーサ２０を、さらに含む。スペーサ２０は、複数のビーム７１から７４の各々が通過するスペーサ窓部２１から２４とスペーサ窓部２１から２４の外周に設けられたスペーサ段差部２５から２８とを含む。偏光回転素子５２、５４は、スペーサ段差部２６、２８に保持される。
【００６６】
以上の構成により、レーザ光源装置１は、偏光回転素子５２、５４を容易にかつ選択的に配置することを可能にする。
【００６７】
また、実施の形態１におけるレーザ光源装置１は、複数の半導体レーザ素子１０１から１０４のそれぞれに対応して設けられ、複数のビーム７１から７４のそれぞれを平行光に変換する複数のレンズ４１から４４を、さらに含む。スペーサ２０は、ベース３０に固定され、かつ、複数のレンズ４１から４４を保持する。
【００６８】
以上の構成により、レーザ光源装置１は、高出力かつ平行度の高いビーム７１から７４を出射することを可能にする。
【００６９】
（実施の形態１の変形例）
実施の形態１の変形例におけるレーザ光源装置は、スペーサおよび偏光回転素子の構成が、実施の形態１におけるレーザ光源装置１のそれらとは異なる。
【００７０】
図１１は、実施の形態１の変形例におけるレーザ光源装置のスペーサ１２０および偏光回転素子１５２、１５４の構成を示す図である。偏光回転素子１５２、１５４の外形は、平行四辺形を有する。スペーサ１２０のスペーサ段差部１２６、１２８の外形は、偏光回転素子１５２、１５４の外形より少し大きい相似形状である平行四辺形を有する。
【００７１】
通常、偏光回転素子は、それよりも大きな板材である偏光素子基板から矩形状に切り出される。その矩形を形成する角度が９０°であるため、偏光素子基板から無駄なく偏光回転素子が切り出される。一方で、本変形例における偏光回転素子１５２、１５４は、一方向に対し角度αをなして切り出される。図１２は、偏光回転素子１５２、１５４を含む偏光素子基板を示す図である。偏光回転素子１５２、１５４は、ｘ軸方向に対し、わずかな角度αをなして切り出される。そのため、偏光回転素子１５２、１５４の外形は、平行四辺形を有する。
【００７２】
また、上述した通り、スペーサ１２０のスペーサ段差部１２６、１２８の外形は、偏光回転素子１５２、１５４の外形より少し大きい相似形状である平行四辺形を有する。これにより、偏光回転素子１５２、１５４が９０°回転した場合、またはその表裏が逆転した場合、偏光回転素子１５２、１５４は、スペーサ段差部１２６、１２８に嵌合しない。そのため、偏光回転素子１５２、１５４の設置方向が限定される。
【００７３】
さらに、偏光回転素子が設置されないスペーサ窓部２１、２３には、スペーサ段差部が設けられていない。このような構成により、偏光回転素子の設置箇所が限定される。
【００７４】
このような構成を有するレーザ光源装置であっても、実施の形態１と同様の効果が得られる。さらに、偏光回転素子の設置方向および設置位置が限定されるため、レーザ光源装置の組立工程における作業性が向上する。
【００７５】
＜実施の形態２＞
実施の形態２におけるレーザ光源装置を説明する。なお、実施の形態１と同様の構成および動作については説明を省略する。
【００７６】
図１３は、実施の形態２におけるレーザ光源装置１０の構成およびレーザ光源装置１０から出射されるビーム１７１から１７４を示す斜視図である。図１４は、レーザ光源装置１０の構成を示す分解斜視図である。なお、実施の形態２における各図において、実施の形態１に示された図面と同一符号は、同一または相当する部分を示す。
【００７７】
偏光回転素子２５２から２５４は、偏光変換部を構成する。偏光変換部は、ビーム１７１から１７４のうち少なくとも一部のビーム１７２から１７４の偏光方向を回転させ、ビーム１７１から１７４の偏光方向が一方向に揃わないように乱す。実施の形態２において、偏光回転素子２５２から２５４は、１／２波長板である。偏光回転素子２５２から２５４は、速軸５０Ａが半導体レーザ素子１０２から１０４からそれぞれ出射されるｙ軸方向の直線偏光に対して、角度θをなすように配置される。角度θは、偏光回転素子２５２から２５４ごとに異なる。
【００７８】
図１５は、各偏光回転素子の設置方向および各ビームの偏光方向を示す図である。偏光回転素子２５２から２５４は、ｙ軸方向の直線偏光を角度２θだけ回転させる。
【００７９】
偏光回転素子２５２は、その速軸５０Ａがｙ軸に対して右回りに２２．５°（θ＝−２２．５°）傾いた状態でスペーサ段差部２６に配置される。偏光回転素子２５２は、ｙ軸方向の直線偏光を２θ＝−４５°回転させる。すなわち、偏光回転素子２５２を透過したビーム１７２は、入射光の偏光に対して右回りに４５°傾いた直線偏光１８２を有する。
【００８０】
偏光回転素子２５３は、その速軸５０Ａがｙ軸に対して右回りに４５°（θ＝−４５°）傾いた状態でスペーサ段差部２７に配置される。偏光回転素子２５３は、ｙ軸方向の直線偏光を２θ＝−９０°回転させる。すなわち、偏光回転素子２５３を透過したビーム１７３は、入射光の偏光に対して右回りに９０°傾いた直線偏光１８３を有する。
【００８１】
偏光回転素子２５４は、その速軸５０Ａがｙ軸に対して左回りに２２．５°（θ＝２２．５°）傾いた状態でスペーサ段差部２８に配置される。偏光回転素子２５４は、ｙ軸方向の直線偏光を２θ＝４５°回転させる。すなわち、偏光回転素子２５４を透過したビーム１７４は、入射光の偏光に対して左回りに４５°傾いた直線偏光１８４を有する。偏光回転素子２５２を透過した偏光と偏光回転素子２５４を透過した偏光とは、どちらも入射光線の偏光に対して４５°傾いた偏光を有するが、互いの偏光方向は直交している。
【００８２】
スペーサ窓部２１には、偏光回転素子は配置されない。実施の形態１と同様に、偏光を回転させないガラス板等が配置されてもよい。スペーサ窓部２１を通過したビーム１７１は、偏光方向がｙ軸に一致した直線偏光１８１を有する。
【００８３】
このように、偏光回転素子２５２から２５４を透過したビーム１７２から１７４は、角度２θで回転した直線偏光を有する。そして、レーザ光源装置１０は、スペーサ窓部２１を透過するビーム１７１と合わせて、４方向の直線偏光１８１から１８４を有するビーム１７１から１７４を出射する。
【００８４】
４方向の直線偏光を生成するためには、θ＝−２２．５°で配置される偏光回転素子２５２、θ＝−４５°で配置される偏光回転素子２５３、θ＝２２．５°で配置される偏光回転素子２５４からなる３種類の１／２波長板が必要である。しかし、実施の形態２における１／２波長板は、表裏の区別なく作用する。偏光回転素子２５４は、偏光回転素子２５２と同じ１／２波長板の表裏がｙ軸に対して反転した状態で、スペーサ段差部２８に配置された１／２波長板である。
【００８５】
このように、９０°回転した偏光を生成する偏光回転素子２５３と、表裏の使い分けにより２種類の４５°回転した偏光を生成する偏光回転素子２５２と２５４をあわせて、２種類の１／２波長板により、４方向の直線偏光が生成可能である。
【００８６】
実施の形態２では、偏光回転素子２５２および偏光回転素子２５４に、表裏の区別なく作用する１／２波長板が適用された場合、１種類の１／２波長板により、２方向の直線偏光の生成が可能であることが示された。さらに、より多くの半導体レーザ素子を含むレーザ光源装置によって多方向の直線偏光のレーザを生成する場合、ｎ種類の偏光回転素子により、２ｎ方向の直線偏光を含むレーザの生成が可能である。
【００８７】
また、上記の角度θに限らず、θ＝４５°や２２．５°以外の任意の角度で偏光回転素子が配置されてもよい。それにより、レーザ光源装置１０は、９０°や４５°以外の任意の角度２θの偏光方向が異なるビームを出射する。
【００８８】
以上をまとめると、実施の形態２におけるレーザ光源装置１０の偏光変換部は、複数のビーム１７１から１７４のうち少なくとも一部のビーム１７２から１７４の偏光方向を回転させる少なくとも１つの偏光回転素子２５２から２５４を含む。偏光回転素子２５２から２５４は、少なくとも一部のビーム１７２から１７４の偏光方向である一方向に対して、速軸５０Ａがθの角度をなすように配置され、偏光方向を２θの角度に回転させるｎ種類の１／２波長板を含む。ｎ種類の１／２波長板を透過することにより偏光方向が回転した複数のビーム１７１から１７４は、２ｎ種類の直線偏光を有する。
【００８９】
このような構成により、レーザ光源装置１０は、偏光回転素子２５２から２５４によって、９０°に限らず任意の方向に偏光を回転させる。レーザ光源装置１０から出射されるビーム１７１から１７４は、多方向の直線偏光により構成されるため、自然光のようなより無偏光に近いビームの生成を可能とする。そのようなレーザ光源装置１０は、干渉縞およびスペックルの発生を低減し、かつ、レーザ発振による温度上昇を低減する。このような光源は、投射型表示装置の光源に適している。
【００９０】
（実施の形態２の変形例）
実施の形態２の変形例におけるレーザ光源装置は、スペーサおよび偏光回転素子の構成が、実施の形態１または２におけるレーザ光源装置のそれらとは異なる。
【００９１】
図１６は、実施の形態２の変形例におけるレーザ光源装置のスペーサ２２０および偏光回転素子２５３、３５２、３５４の構成を示す図である。
【００９２】
偏光回転素子３５２、３５４の外形は、平行四辺形を有する。スペーサ２２０のスペーサ段差部２２６、２２８の外形は、偏光回転素子３５２、３５４の外形より少し大きい相似形状である平行四辺形を有する。偏光回転素子２５３の構成は、実施の形態２と同様である。
【００９３】
図１７は、偏光回転素子３５２、３５４を含む偏光素子基板を示す図である。偏光回転素子３５２、３５４は、一方向（ｘ軸方向）に対し、角度αをなして切り出される。そのため、偏光回転素子３５２、３５４の外形は、平行四辺形を有する。
【００９４】
この際、偏光回転素子３５２、３５４は、入射光の偏光を９０°以外の任意の方向に回転するよう、速軸５０Ａと角度αとの関係を考慮して切り出される。偏光素子基板から切り出された偏光回転素子３５２、３５４は、同じ特性を有する１／２波長板であり、同じ外形を有する。
【００９５】
偏光回転素子３５２は、スペーサ段差部２２６に配置される。スペーサ段差部２２６の外形は、偏光回転素子３５２の外形より大きい相似形状である平行四辺形を有する。偏光回転素子３５２は、右回りに偏光を回転させる。
【００９６】
偏光回転素子３５４は、偏光回転素子３５２との関係において、表裏反転して、スペーサ段差部２２８に配置される。スペーサ段差部２２８の外形は、偏光回転素子３５４の外形より大きい相似形状である平行四辺形を有する。偏光回転素子３５４は、左回りに偏光を回転させる。
【００９７】
偏光回転素子３５２の形状と、それが表裏反転した偏光回転素子３５４の形状とは、ｘｙ平面において、一致しない。そのため、両者は区別可能である。偏光回転素子３５２は、スペーサ段差部２２８には、嵌合しない。また、偏光回転素子３５４は、スペーサ段差部２２６には、嵌合しない。よって、偏光回転素子３５２、３５４の設置位置は、それぞれ定められたスペーサ段差部２２６、２２８に限定される。
【００９８】
偏光回転素子２５３は、スペーサ段差部２７に配置される。偏光回転素子２５３は、偏光を９０°回転させる。偏光回転素子２５３の速軸５０Ａは、その外形を構成する辺と４５°の角度をなす。また、偏光回転素子２５３の外形は、正方形を有する。そのため、偏光回転素子２５３は、表裏反転してもその動作は変わらない。
【００９９】
偏光回転素子２５３の外形は、ビーム１７３の断面を覆う形状であればｘ軸方向に長方形であってもよい。同様に偏光回転素子３５２、３５４も、ビーム１７２、１７３の断面を覆う、ｘ軸方向に長い平行四辺形であってもよい。偏光回転素子２５３の外形は、偏光回転素子３５２、３５４の外形と異なる形状であればよい。また、偏光回転素子２５３が、偏光回転素子３５２、３５４と異なる角度で切り出された場合、偏光回転素子２５３の表裏も規定される。そのため、偏光回転素子２５３と、その他の偏光回転素子との区別が可能となる。
【０１００】
このように構成されたレーザ光源装置であっても、他の実施の形態または変形例と同様の効果が得られる。さらに、実施の形態２の変形例におけるレーザ光源装置は、そのレーザ光源装置の組立工程において、複数種類の偏光回転素子を、所定の位置に間違えることなく配置することを可能とする。
【０１０１】
＜実施の形態３＞
実施の形態３におけるレーザ光源装置を説明する。なお、実施の形態１または２と同様の構成および動作については説明を省略する。
【０１０２】
図１８は、実施の形態３におけるレーザ光源装置１００の構成およびレーザ光源装置１００から出射されるビーム７１から７４を示す斜視図である。図１９は、レーザ光源装置１００の構成を示す分解斜視図である。図２０は、スペーサ３２０、レンズ４１から４４および偏光回転素子５２、５４の構成を示す斜視図である。図２１は、図２０に示されたＣ−Ｃ’における断面図である。実施の形態３における各図において、実施の形態１に示された図面と同一符号は、同一または相当する部分を示す。
【０１０３】
レーザ光源装置１００は、ベース３０と、半導体レーザ素子１０１から１０４と、スペーサ３２０と、レンズ４１から４４と、偏光回転素子５２、５４とが、下方から順に配置された構成を有する。レーザ光源装置１００においては、レンズ４１から４４および偏光回転素子５２、５４を固定するスペーサ３２０の構造が実施の形態１のスペーサ２０の構造とは異なる。
【０１０４】
スペーサ３２０は、スペーサ窓部３２１から３２４と、レンズ保持段差部３６１から３６４と、偏光回転素子保持段差部３２５から３２８とを含む。
【０１０５】
スペーサ窓部３２１から３２４は、複数のビーム７１から７４の各々が通過する開口を含む。ここでは、その開口の外形は、レンズ４１から４４と同様の円形である。また、その開口の直径は、レンズ４１から４４の直径よりも少し大きい。
【０１０６】
レンズ保持段差部３６１から３６４は、スペーサ窓部３２１から３２４の開口の内側に、その開口よりも小さな開口が設けられることによって形成される段差を含む。言い換えると、レンズ保持段差部３６１から３６４は、スペーサ窓部３２１から３２４の内周に設けられた段差である。ここでは、レンズ保持段差部３６１から３６４を構成するその小さな開口の外形は、レンズ４１から４４と同様の円形である。また、その小さな開口の直径は、レンズ４１から４４の直径よりも小さい。スペーサ窓部３２１から３２４とレンズ保持段差部３６１から３６４とが、このような構成を有することにより、スペーサ窓部３２１から３２４に挿入されたレンズ４１から４４は、レンズ保持段差部３６１から３６４に固定される。
【０１０７】
偏光回転素子保持段差部３２５から３２８は、レンズ保持段差部３６１から３６４の上方に設けられる段差であって、スペーサ窓部３２１から３２４の開口よりも大きい開口からなる段差を含む。言い換えると、偏光回転素子保持段差部３２５から３２８は、スペーサ窓部３２１から３２４の外周に設けられた段差である。ここでは、偏光回転素子保持段差部３２５から３２８の外形は、偏光回転素子５２、５４の外形より少し大きい相似形状である。また、その偏光回転素子５２、５４の外形は、スペーサ窓部３２２、３２４の開口の直径よりも大きい。そのため、偏光回転素子５２、５４は、スペーサ窓部３２２、３２４の開口に落下することなく偏光回転素子保持段差部３２６、３２８に保持されるとともに、偏光回転素子５２、５４の配置が規制される。
【０１０８】
レンズ保持段差部３６１から３６４に対する偏光回転素子保持段差部３２５から３２８の高さ方向の位置は、レンズ保持段差部３６１から３６４に固定されたレンズ４１から４４の頂部よりも高い位置にある。言い換えると、偏光回転素子５２、５４は、偏光回転素子保持段差部３２６、３２８によって、レンズ４２、４４の上部に保持される。このような構成により、レンズ保持段差部３６１から３６４に固定されるレンズ４１から４４と、偏光回転素子保持段差部３２６、３２８に保持される偏光回転素子５２、５４とを、互いに干渉しないように配置できる。
【０１０９】
スペーサ３２０の上面に対する偏光回転素子保持段差部３２５から３２８の高さ方向の位置は、偏光回転素子５２、５４の位置が規制できれば、偏光回転素子５２、５４の厚みとの関係に制限はない。ただし、偏光回転素子保持段差部３２５から３２８が、スペーサ３２０の上面から偏光回転素子５２、５４の厚みよりも低い位置にあることが好ましい。この場合、偏光回転素子保持段差部３２６から３２８に保持された偏光回転素子５２、５４が、スペーサ３２０の上面よりも上方に突出しないため、偏光回転素子５２、５４の破損を抑制できる。
【０１１０】
偏光回転素子５２、５４は、実施の形態１と同様に、偏光変換部を構成する。偏光変換部は、ビーム７１から７４のうち少なくとも一部のビームの偏光方向を回転させ、ビーム７１から７４の偏光方向が一方向に揃わないように乱す。実施の形態３における偏光回転素子５２、５４は、ビーム７１から７４のうち一部のビーム７２、７４の偏光方向を９０°回転させる。言い換えると、偏光回転素子５２、５４は、ビーム７２、７４を出射する半導体レーザ素子１０２、１０４に対応して選択的に配置される。
【０１１１】
半導体レーザ素子１０１から１０４を出射したビーム７１から７４は、レンズ４１から４４によりｚ軸方向に平行なビーム７１から７４に変換される。そして、平行化されたビーム７２、７４が、偏光回転素子５２、５４の全領域に均一に入射する。偏光の回転は、偏光回転素子５２、５４を透過する際の光路長により決定される。光路長が適正でない場合、偏光の回転が不十分な成分が発生する。例えば、偏光回転素子の面に対して斜めに傾いた光線が、偏光回転素子に入射した場合、偏光回転素子を透過するレーザ光の光路長が長くなるため、偏光の回転が不十分な成分が発生する。実施の形態３によれば、偏光回転素子５２、５４の入射前にビーム７２、７４が平行化されているので、全領域均一に偏光が回転する。
【０１１２】
半導体レーザ素子１０２、１０４から出射されたｙ軸方向の直線偏光は、偏光回転素子５２、５４によって、ｘ軸方向に振動する直線偏光８２、８４に変換される。一方で、半導体レーザ素子１０１、１０３から出射されたビーム７１、７３は、ｙ軸方向の直線偏光８１、８３を維持する。その結果、レーザ光源装置１００からは、ｘ軸方向の直線偏光８２、８４のビーム７２、７４と、ｙ軸方向の直線偏光８１、８３のビーム７１、７３とが出射される。ビーム７１から７４は、同じ断面形状（ビームプロファイル）を有しながらも、偏光方向が一方向に揃っていない。
【０１１３】
このように、レーザ光源装置１００は、偏光回転素子５２、５４により、複数のビーム７１から７４のうち一部のビーム７２、７４の偏光方向を回転させすることにより、偏光方向が異なる２種類のビーム７１から７４を出射する。このようなビーム７１から７４は、干渉縞やスペックルの発生を低減する。
【０１１４】
スペーサ窓部３２１から３２４の外形は、レンズ４１から４４の配置を規制できれば、矩形などの他の形状であってもよい。また、スペーサ窓部３２１から３２４の開口の直径は、レンズ４１から４４の直径よりも十分に大きくてもよい。そのような構成の場合、図２１に示されるように、半導体レーザ素子の発光中心（図示せず）とレンズ４１、４４とを、スペーサ窓部３２１、３２４の中心軸１４１、１４４に一致するよう調整できる。
【０１１５】
また、レンズ保持段差部３６１から３６４を構成する開口の外形は、ビーム７１から７４の断面形状に合わせた矩形や楕円形状であってもよい。
【０１１６】
偏光回転素子５２、５４の外形は、偏光回転素子５２、５４がスペーサ窓部３２２、３２４に落ちない形状であれば、レンズ保持段差部３６２、３６４の開口と同様に、偏光回転素子５２、５４の外形も、ビーム７２、７４の断面形状に合わせた矩形や楕円であってもよい。このような構造は、偏光回転素子５２、５４の大きさを最小限にすることを可能とし、コストの低減を実現する。
【０１１７】
以上をまとめると、実施の形態３におけるレーザ光源装置１００は、複数のレンズ４１から４４を含む。複数のレンズ４１から４４は、複数の半導体レーザ素子１０１から１０４のそれぞれに対応して設けられ、複数のビーム７１から７４を平行光に変換する。また、実施の形態３におけるレーザ光源装置１００は、実施の形態１におけるスペーサ２０に代えて、スペーサ３２０を含む。スペーサ３２０は、複数の半導体レーザ素子１０１から１０４の上方を覆うように設けられる。スペーサ３２０は、スペーサ窓部３２１から３２４と、レンズ保持段差部３６１から３６４と、偏光回転素子保持段差部３２５から３２８と、を含む。スペーサ窓部３２１から３２４は、複数のビーム７１から７４の各々が通過する開口を含む。レンズ保持段差部３６１から３６４は、スペーサ窓部３２１から３２４の開口の内側に、その開口よりも小さな開口が設けられることによって形成される段差を含む。レンズ保持段差部３６１から３６４は、その段差にレンズ４１から４４を保持する。また、偏光回転素子保持段差部３２５から３２８は、レンズ保持段差部３６１から３６４の上方に設けられる段差であって、スペーサ窓部３２１から３２４の開口よりも大きい開口からなる段差を含む。上方とは、複数のビーム７１から７４が進行する方向に対応する。偏光回転素子保持段差部３２６、３２８は、偏光回転素子５２、５４を、複数のレンズ４１から４４のうち偏光回転素子５２、５４に対応するレンズ４２、４４の上部に保持する。
【０１１８】
このようなレーザ光源装置１００においては、平行化されたビーム７２、７４が、偏光回転素子５２、５４の全領域に均一に入射する。偏光回転素子５２、５４の入射前にビーム７２、７４が平行化されているので、全領域均一に偏光が回転する。
【０１１９】
（実施の形態３の変形例）
実施の形態３の変形例におけるレーザ光源装置は、スペーサおよび偏光回転素子の構成が、実施の形態３におけるレーザ光源装置１００のそれらとは異なる。
【０１２０】
図２２は、実施の形態３の変形例におけるレーザ光源装置のスペーサ４２０および偏光回転素子１５２、１５４の構成を示す図である。偏光回転素子１５２、１５４の外形は、平行四辺形を有する。スペーサ４２０の偏光回転素子保持段差部４２６、４２８の外形は、偏光回転素子１５２、１５４の外形より少し大きい相似形状である平行四辺形を有する。
【０１２１】
偏光回転素子１５２、１５４の表裏が反転した場合、偏光回転素子１５２、１５４は、偏光回転素子保持段差部４２６、４２８に嵌合しない。そのため、偏光回転素子１５２、１５４の設置方向が限定される。また、偏光回転素子を設置しないレンズ４３、４１の上部には、偏光回転素子保持段差部が設けられていない。そのため、偏光回転素子１５２、１５４の設置箇所が限定される。
【０１２２】
なお、偏光回転素子１５２、１５４の作製方法は、実施の形態１の変形例の図１２の説明と同様であり、ここでは詳述を省略する。
【０１２３】
このような構成を有するレーザ光源装置であっても、実施の形態３と同様の効果が得られる。さらに、偏光回転素子１５２、１５４の設置方向および設置位置が限定されるため、レーザ光源装置の組立工程における作業性が向上する。
【０１２４】
＜実施の形態４＞
実施の形態４におけるレーザ光源装置を説明する。なお、実施の形態１から３のいずれかと同様の構成および動作については説明を省略する。
【０１２５】
図２３は、実施の形態４におけるレーザ光源装置２００の構成およびレーザ光源装置２００から出射されるビーム１７１から１７４を示す斜視図である。図２４は、レーザ光源装置２００の構成を示す分解斜視図である。なお、実施の形態４における各図において、実施の形態２および３に示された図面と同一符号は、同一または相当する部分を示す。
【０１２６】
実施の形態４におけるスペーサ３２０は、実施の形態３と同様の構成を有する。偏光回転素子２５２から２５４の構成および作用は、実施の形態２の図１５に示される構成および作用と同様である。
【０１２７】
偏光回転素子２５２から２５４は、偏光変換部を構成する。偏光変換部は、ビーム１７１から１７４のうち少なくとも一部のビーム１７２から１７４の偏光方向を回転させ、ビーム１７１から１７４の偏光方向が一方向に揃わないように乱す。実施の形態４において、偏光回転素子２５２から２５４は、１／２波長板である。偏光回転素子２５２から２５４は、速軸５０Ａが半導体レーザ素子１０２から１０４からそれぞれ出射されるｙ軸方向の直線偏光に対して、角度θをなすように配置される。偏光回転素子２５２から２５４は、ｙ軸方向の直線偏光を角度２θだけ回転させる。ここでは、角度θは、偏光回転素子２５２から２５４ごとに異なる。
【０１２８】
偏光回転素子２５２は、その速軸５０Ａがｙ軸に対して−２２．５°傾いた状態で、偏光回転素子保持段差部３２６に配置される。偏光回転素子２５２を透過したビーム１７２の直線偏光１８２は、偏光回転素子を透過しないビーム１７１の直線偏光１８１に対して、−４５°回転、つまり右回りに４５°回転している。
【０１２９】
偏光回転素子２５３は、その速軸５０Ａがｙ軸に対して−４５°傾いた状態で、偏光回転素子保持段差部３２７に配置される。偏光回転素子２５３を透過したビーム１７３の直線偏光１８３は、ビーム１７１の直線偏光１８１に対して９０°回転、つまりｙ軸からｘ軸に回転している。
【０１３０】
偏光回転素子２５４は、その速軸５０Ａがｙ軸に対して２２．５°傾いた状態で、偏光回転素子保持段差部３２８に配置される。偏光回転素子２５４を透過したビーム１７４の直線偏光１８４は、ビーム１７１の直線偏光１８１に対して４５°回転、つまり左回りに４５°回転している。
【０１３１】
レーザ光源装置２００は、偏光回転素子を透過しないビーム１７１と合わせて、４方向の直線偏光１８１から１８４を有するビーム１７１から１７４を出射する。
【０１３２】
４方向の直線偏光を生成するためには、偏光回転素子２５２、２５３、２５４の３種類の１／２波長板が必要である。しかし、実施の形態２の図１４おいて詳述したように、１／２波長板は、表裏の区別なく作用する。偏光回転素子２５４は、偏光回転素子２５２と同じ１／２波長板の表裏がｙ軸に対して反転した状態で、偏光回転素子保持段差部３２８に配置された１／２波長板である。
【０１３３】
このように、９０°回転した偏光を生成する偏光回転素子２５３と、表裏の使い分けにより２種類の４５°回転した偏光を生成する偏光回転素子２５２と２５４をあわせて、２種類の１／２波長板により、４方向の直線偏光が生成可能である。
【０１３４】
また、偏光回転素子２５２および偏光回転素子２５４のように、表裏の区別なく作用する１／２波長板が適用された場合、１種類の１／２波長板により、２方向の直線偏光の生成が可能であるため、より多くの半導体レーザ素子を含むレーザ光源装置によって多方向の直線偏光のレーザを生成する場合、ｎ種類の偏光回転素子により、２ｎ方向の直線偏光を含むレーザの生成が可能であること、およびその効果は、実施の形態２と同様である。
【０１３５】
また、半導体レーザ素子１０１から１０４を出射したビーム１７１から１７４は、レンズ４１から４４によりｚ軸方向に平行なビーム１７１から１７４に変換される。偏光回転素子２５２から２５４の入射前にビーム１７２から１７４が平行化されているので、実施の形態３と同様に、全領域均一に偏光が回転する。
【０１３６】
（実施の形態４の変形例）
実施の形態４の変形例におけるレーザ光源装置は、スペーサおよび偏光回転素子の構成が、実施の形態４におけるレーザ光源装置２００のそれらとは異なる。
【０１３７】
図２５は、実施の形態４の変形例におけるレーザ光源装置のスペーサ５２０および偏光回転素子２５３、３５２、３５４の構成を示す図である。
【０１３８】
偏光回転素子３５２および３５４の外形は、平行四辺形を有する。スペーサ５２０の偏光回転素子保持段差部５２６および５２８の外形は、それぞれ、偏光回転素子３５２および３５４の外形より少し大きい相似外形である平行四辺形を有する。偏光回転素子２５３の構成は、実施の形態３と同様である。
【０１３９】
偏光回転素子３５２、３５４の製作方法は、実施の形態２の変形例の図１７と同様であり説明を省略するが、偏光回転素子３５２、３５４は、同じ特性を有する１／２波長板であり、同じ平行四辺形の外形を有する。ただし、偏光回転素子３５４は、偏光回転素子３５２の表裏を反転している。そのため、偏光回転素子３５２の外形は、偏光回転素子３５４の外形とは、異なる平行四辺形を有する。また、偏光回転素子３５２の速軸５０Ａも、偏光回転素子３５４のそれとは、異なった方向に傾いている。
【０１４０】
偏光回転素子保持段差部５２６および５２８は、偏光回転素子３５２および３５４の外形にそれぞれ対応するように構成されているため、偏光回転素子３５２は偏光回転素子保持段差部５２６に、偏光回転素子３５４は偏光回転素子保持段差部５２８に配置される。
【０１４１】
偏光回転素子２５３は、偏光回転素子３５２、３５４と異なる矩形形状を有する。偏光回転素子２５３は、偏光回転素子２５３と相似形状の偏光回転素子保持段差部３２７に配置される。
【０１４２】
偏光回転素子３５２の速軸５０Ａは、ｙ軸から−２２．５°傾いている。偏光回転素子３５２を透過したビーム１７２は、−４５°回転、つまり右回りに４５°回転した直線偏光１８２を有する。
【０１４３】
偏光回転素子３５４の速軸５０Ａは、ｙ軸から２２．５°傾いている。偏光回転素子３５４を透過したビーム１７４は、４５°回転、つまり左回りに４５°回転した直線偏光１８４を有する。
【０１４４】
偏光回転素子２５３の速軸５０Ａは、ｙ軸から−４５°傾いている。偏光回転素子２５３を透過したビーム１７３は、−９０°回転、つまりｙ軸からｘ軸に回転した直線偏光１８３となる。
【０１４５】
偏光回転素子３５２の形状と、それが表裏反転した偏光回転素子３５４の形状とは、ｘｙ平面において、一致しない。そのため、両者は区別可能である。偏光回転素子３５２は、偏光回転素子保持段差部５２８には、嵌合しない。また、偏光回転素子３５４は、偏光回転素子保持段差部５２６には、嵌合しない。よって、偏光回転素子３５２、３５４の設置位置は、それぞれ定められた偏光回転素子保持段差部５２６、５２８に限定される。
【０１４６】
偏光回転素子２５３は、偏光回転素子保持段差部３２７に配置される。偏光回転素子２５３は、偏光を９０°回転させる。偏光回転素子２５３の速軸５０Ａは、その外形を構成する辺と４５°の角度をなす。また、偏光回転素子２５３の外形は、正方形を有する。そのため、偏光回転素子２５３は、表裏反転してもその動作は変わらない。
【０１４７】
偏光回転素子２５３の外形は、長方形であってもよい。偏光回転素子２５３の外形は、偏光回転素子３５２、３５４の外形と異なる外形であればよい。また、偏光回転素子２５３が、偏光回転素子３５２、３５４と異なる角度で切り出された平行四辺形である場合、偏光回転素子保持段差部３２７も相似外形にすることにより、偏光回転素子２５３の表裏も規定される。そのため、偏光回転素子２５３と、その他の偏光回転素子との区別が可能となる。また、偏光回転素子３５２および偏光回転素子３５４の外形も、異なる角度で切り出された平行四辺形であってもよい。そのような構成は、偏光回転素子３５２，３５４の表裏の規定を可能とする。
【０１４８】
このように構成されたレーザ光源装置であっても、他の実施の形態または変形例と同様の効果が得られる。さらに、実施の形態４の変形例におけるレーザ光源装置は、そのレーザ光源装置の組立工程において、複数種類の偏光回転素子を、所定の位置に間違えることなく配置することを可能とする。
【０１４９】
以上の実施の形態１、２、３、４およびそれらの変形例においては、ｘ軸方向に２個およびｙ軸方向に２個（２×２）の半導体レーザ素子が配列されたレーザ光源装置を一例として示した。しかし、レーザ光源装置が含む半導体レーザ素子の搭載個数は、それに限定されるものではない。レーザ光源装置は、ｘ軸方向およびｙ軸方向に搭載個数を増加させた複数の半導体レーザ素子を含んでもよい。そのような構成により、高出力のレーザ光源装置が実現できる。また、半導体レーザ素子の配列は、２×４、４×４のような２次元アレイであってもよいし、１×４のような１次元アレイであってもよい。
【０１５０】
また、隣り合う行もしくは列の半導体レーザ素子の配列ピッチが、互いに半ピッチずれた関係にある場合、最密の配列が可能となる。このような構成は、集光レンズの有効径を縮小化させ、投射型表示装置の小型化、低コスト化に寄与する。
【０１５１】
また、半導体レーザ素子の各々が異なる波長のレーザを発振する場合、レーザ光源装置は、さらに干渉およびスペックルの発生を低減することができる。例えば、半導体レーザ素子１０１、１０２が、波長６３８ｎｍの赤色のレーザを発振し、半導体レーザ素子１０３、１０４が波長６４２ｎｍの赤色のレーザを発振する場合、レーザ光源装置は、上記の偏光方向だけでなく、波長に関しても特性が異なる４種類のビームを出射することが可能となる。
【０１５２】
また、偏光回転素子が配置されるスペーサ段差部は、各実施の形態に示されたスペーサ段差部に限定されない。つまり、偏光回転素子が各図に示されたスペーサ段差部とは異なるいずれかのスペーサ段差部に配置された場合であっても、上記と同様の効果を奏する。
【０１５３】
＜実施の形態５＞
実施の形態５におけるレーザ光源装置を説明する。なお、実施の形態１から４のいずれかと同様の構成および動作については説明を省略する。図２６は、実施の形態５におけるレーザ光源装置６００の構成およびレーザ光源装置６００から出射されるビーム６７１から６７６を示す斜視図である。図２７は、実施の形態５におけるスペーサ６２０および偏光回転素子６５２、６５４、６５６の構成を示す図である。
【０１５４】
ベース６３０には６個の半導体レーザ素子が配置されている（図示せず）。それぞれの半導体レーザ素子からは、スペーサ６２０に保持されたレンズ６４１から６４６と、選択的に配置された偏光回転素子６５２、６５４、６５６とを介して、ビーム６７１から６７６が出射される。
【０１５５】
複数の半導体レーザ素子は、選択的に異なる色の複数のビームを出射するように構成されている。例えば、ビーム６７１、６７２は４４５〜４７５ｎｍの青色レーザであり、ビーム６７３、６７４は５２０〜５５０ｎｍの緑色レーザであり、ビーム６７５、６７６は６３０〜６６０ｎｍの赤色レーザである。
【０１５６】
いずれの半導体レーザ素子においても、半導体レーザチップの活性層の水平方向がｙ軸方向に配置されており、レーザビームはｙ軸方向に振動する直線偏光を有する。
【０１５７】
半導体レーザ素子から出射された青色レーザのビーム６７１は、レンズ６４１により平行光に変換され、ｙ軸方向の直線偏光６８１を有する青色レーザのビーム６７１がｚ軸方向に出射する。青色レーザのビーム６７２は、偏光方向を９０°回転するための偏光回転素子６５２を透過して、ｘ軸方向の直線偏光６８２を有する青色レーザのビーム６７２がｚ軸方向に出射する。同様に、ｙ軸方向の直線偏光６８３を有する緑色レーザのビーム６７３と、ｘ軸方向の直線偏光６８４を有する緑色レーザのビーム６７４とがｚ軸方向に出射する。また同様に、ｙ軸方向の直線偏光６８５を有する赤色レーザのビーム６７５と、ｘ軸方向の直線偏光６８６を有する赤色レーザのビーム６７６とがｚ軸方向に出射する。
【０１５８】
なお半導体レーザ素子は、その活性層を構成する原子配列により、ｘ軸方向の直線偏光を出射する場合があり、実施の形態５の例に限らず、偏光回転素子の配置箇所は適宜選択される。
【０１５９】
偏光回転素子が、位相差板である場合、位相差ΔΦ、位相差板の厚みｄ、波長λ、屈折率差Δｎは、以下の式（１）の関係を満たす。
【０１６０】
【数１】
2020066868.tif 000003
【０１６１】
ビームの波長λに応じて、位相差板の厚みｄ、あるいは、屈折率差Δｎが異なる仕様の位相差板が必要となる。また、位相差板の光損失を低減するための無反射コート膜の仕様も、波長λに応じて最適値が異なる。すなわち、ビームの色によって、偏光回転素子６５２、６５４、６５６の仕様は異なる。実施の形態５においては、偏光回転素子６５２は青色用の偏光回転素子であり、偏光回転素子６５４は緑色用の偏光回転素子であり、偏光回転素子６５６は赤色用の偏光回転素子である。
【０１６２】
偏光回転素子６５２、６５４、６５６は、平行四辺形をなす外形の角度が、それぞれα１、α２、α３と異なる。スペーサ６２０に形成された偏光回転素子保持段差部６６１、６６２の外形は、角度α１の平行四辺形をなす偏光回転素子６５２の外形より大きい相似の形状である。そのため、偏光回転素子６５２は偏光回転素子保持段差部６６１、６６２に嵌合可能である。角度α２の平行四辺形をなす偏光回転素子６５４と偏光回転素子保持段差部６６３、６６４の外形関係、および角度α３をなす偏光回転素子６５６と偏光回転素子保持段差部６６５、６６６の外形関係も同様である。
【０１６３】
角度α１をなす平行四辺形の偏光回転素子６５２は、角度α２をなす平行四辺形の偏光回転素子保持段差部６６３、６６４や、角度α３をなす平行四辺形の偏光回転素子保持段差部６６５、６６６に嵌合できない。青色用の偏光回転素子６５２は、青色レーザのビーム６７１、６７２に限定して配置される。言い換えると、青色用の偏光回転素子６５２は、偏光回転素子保持段差部６６１、６６２に嵌合して保持される。同様に角度α２をなす平行四辺形の緑色用の偏光回転素子６５４は、緑色レーザのビーム６７３、６７４に限定して配置される。また、角度α３をなす平行四辺形の赤色用の偏光回転素子６５６は、赤色レーザのビーム６７５、６７６に限定して配置される。
【０１６４】
このように、レーザの色に応じて仕様が異なる偏光回転素子の平行四辺形の角度αを変えることにより、レーザ光源装置６００の組立時において、レーザの色と偏光回転素子との組合せを間違えることがない。
【０１６５】
また、偏光回転素子を配置しない箇所には、必ずしも偏光回転素子保持段差部を設ける必要はなく、その配置を省略してもよい。この場合、偏光回転素子の配置が必要な箇所が限定されるため、レーザ光源装置６００の組立性が向上する。
【０１６６】
以上の構成を有するレーザ光源装置６００は、青、緑、赤の３色のレーザ光によりカラー映像に適した光源である。偏光回転素子がレーザの色により最適設計されているため、レーザ光源装置６００は、低損失、かつ、不要な偏光成分のないビームを生成できる。偏光方向が異なるビームは、干渉縞やスペックルの発生を低減する。
【０１６７】
半導体レーザ素子は、可視光に限らず、用途に応じて、紫外レーザや赤外レーザを適用してもよい。
【０１６８】
実施の形態５おいては、半導体レーザ素子側から、レンズ、偏光回転素子の順に構成するレーザ光源装置６００を一例として示したが、偏光回転素子、レンズの順に構成したレーザ光源装置であっても同様の効果を奏する。
【０１６９】
＜実施の形態６＞
実施の形態６におけるレーザ光源装置を説明する。なお、実施の形態１から５のいずれかと同様の構成および動作については説明を省略する。図２８は、実施の形態６におけるレーザ光源装置７００の構成およびレーザ光源装置７００から出射されるビーム７７１から７７４を示す斜視図である。図２９は、実施の形態６におけるレーザ光源装置７００の構成を示す分解斜視図である。
【０１７０】
レーザ光源装置７００は、４×４のマトリクス状に配列された半導体レーザ素子（図示せず）、１枚のレンズアレイ７６０、２枚の偏光回転素子７５１、７５３を含む。４×４の半導体レーザ素子はベース７３０上に配置されている。それぞれの半導体レーザチップの活性層の水平方向はｙ軸方向に配置されており、ｙ軸方向の直線偏光のビームが出射される。
【０１７１】
レンズアレイ７６０は、４×４に配列された単レンズが一体化されたレンズである。１６個の単レンズは、それぞれ、１６個の半導体レーザ素子に対応して配置されている。１６個の半導体レーザ素子および１枚のレンズアレイ７６０により、１６本の平行化されたビームがｚ軸方向に出射される。なお、図２８において、１６本のビームうち、一部のビームの図示は省略している。
【０１７２】
偏光回転素子７５１、７５３は、長尺形状を有し、ｘ方向に隣接して配置された４つの半導体レーザ素子から出射される４つのビームの偏光方向を９０°回転させる。
【０１７３】
ｘ方向を行方向、ｙ方向を列方向と定義すると、偏光回転素子７５１が配置された行と隣接する行には、偏光回転素子は設けられていない。その偏光回転素子が設けられていない行と隣接する行には、偏光回転素子７５３が配置されている。つまり、偏光回転素子はｙ方向に１行おきに配置されている。偏光回転素子７５１を透過したビーム７７１は、ｘ軸方向の直線偏光７８１を有する。同様に、偏光回転素子７５３を透過したビーム７７３は、ｘ軸方向の直線偏光７８３を有する。偏光回転素子を透過しないビーム７７２、７７４は、ｙ軸方向の直線偏光７８２、７８４を有する。このように、ビーム７７１および７７３を含む行のビームと、ビーム７７２および７７４を含む行のビームは、９０°偏光方向が異なる。そのため、レーザ光源装置７００からは、２種類の偏光方向を有するビームが出射される。
【０１７４】
偏光回転素子７５１は、スペーサ７２０に形成された偏光回転素子保持段差部７６１Ａ、７６１Ｂに嵌合して保持される。同様に、偏光回転素子７５３は、偏光回転素子保持段差部７６３Ａ、７６３Ｂに嵌合して保持される。偏光回転素子７５１の形状は、角度αをなす平行四辺形である。偏光回転素子保持段差部７６１Ａ、７６１Ｂの形状は、角度αをなす楔形状である。このような構成により、偏光回転素子７５１の表裏が規定されかつ実装すべき位置も規定される。同様に、角度αをなす偏光回転素子７５３は、角度αをなす楔形状の偏光回転素子保持段差部７６３Ａ、７６３Ｂに嵌合して保持される。
【０１７５】
このように構成された実施の形態６のレーザ光源装置７００は、高出力で平行度の高いビームの出射を可能にする。偏光方向が異なる２種類の直線偏光のビームは、干渉縞やスペックルの発生を低減する。複数の半導体レーザ素子の配置が高密度に集積化され、隣接するビーム間隔が近接している場合において、ビームを平行化するための単レンズの配置が干渉する。しかし、実施の形態６におけるレーザ光源装置７００には単レンズが一体化されたレンズアレイ７６０が適用されているため、そのような干渉が生じず、レーザ光源装置７００の小型化が可能である。同様に、隣接するビーム間隔が近接している場合には、実施の形態１から５に示されるような個別の偏光回転素子をそれぞれ保持する構造が必要となる。しかし、実施の形態６におけるレーザ光源装置７００は、４つのビームの偏光方向を１つの偏光回転素子７５１、７５３によって回転させる。そのため、偏光回転素子７５１、７５３の保持構造が簡素化され、レーザ光源装置７００の小型化が可能である。
【０１７６】
偏光回転素子７５１、７５３は、ｙ方向（列方向）に長い形状であってもよい。また、偏光回転素子７５１、７５３は、ビーム７７１〜７７４の断面形状に合わせてビームが透過できる形状であればよい。例えば、ビーム７７１〜７７４の断面形状がｘ方向に長い楕円形状である場合、偏光回転素子７５１、７５３は、短辺方向をさらに短くすることが可能となり、偏光回転素子７５１、７５３のコスト低減につながる。
【０１７７】
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、省略したりすることが可能である。
【０１７８】
本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、全ての局面において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【０１７９】
１  レーザ光源装置、１０  レーザ光源装置、１００  レーザ光源装置、２００  レーザ光源装置、６００  レーザ光源装置、７００  レーザ光源装置、１０１〜１０４  半導体レーザ素子、２０  スペーサ、１２０  スペーサ、２２０  スペーサ、３２０  スペーサ、４２０  スペーサ、５２０  スペーサ、６２０  スペーサ、７２０  スペーサ、２５〜２８  スペーサ段差部、３０  ベース、３０Ａ  上面、６３０  ベース、７３０  ベース、４１〜４４  レンズ、６４１〜６４６  レンズ、７６０  レンズアレイ、５０Ａ  速軸、５０Ｂ  遅軸、５２  偏光回転素子、５４  偏光回転素子、１５２  偏光回転素子、１５４  偏光回転素子、２５２〜２５４  偏光回転素子、３５２  偏光回転素子、３５４  偏光回転素子、６５２  偏光回転素子、６５４  偏光回転素子、６５６  偏光回転素子、７５１  偏光回転素子、７５３  偏光回転素子、７１〜７４  ビーム、１７１〜１７４  ビーム、６７１〜６７６  ビーム、７７１〜７７４  ビーム、８１〜８４  直線偏光、１８１〜１８４  直線偏光、６８１〜６８６  直線偏光、７８１〜７８４  直線偏光。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年10月1日(2020.10.1)
【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】
ベースと、
各々が個別に前記ベースの上面に保持され、偏光方向が一方向に揃った複数のビームを出射する複数の半導体レーザ素子と、
前記複数のビームのうち少なくとも一部のビームの前記偏光方向を回転させることにより、前記複数のビームの前記偏光方向が前記一方向に揃わないように乱す偏光変換部と、
前記複数の半導体レーザ素子の上方を覆って設けられるスペーサと、を備え、
前記偏光変換部は、
前記複数の半導体レーザ素子のうち、前記偏光方向を回転させる対象の前記少なくとも１つのビームを出射する半導体レーザ素子に対応して選択的に配置される偏光回転素子を含み、
前記スペーサは、
前記複数のビームの各々が通過するスペーサ窓部と、
前記スペーサ窓部の外周に設けられたスペーサ段差部と、を含み、
前記偏光回転素子は、前記スペーサ段差部に保持される、レーザ光源装置。
【請求項２】
前記偏光回転素子は、前記複数のビームのうち一部のビームの前記偏光方向を９０°回転させる、請求項１に記載のレーザ光源装置。
【請求項３】
前記偏光回転素子は、
前記少なくとも一部のビームの前記偏光方向である前記一方向に対して、速軸が角度θをなすように配置され、かつ、前記偏光方向を角度２θで回転させるｎ種類の１／２波長板を含み、
前記ｎ種類の１／２波長板を透過することにより前記偏光方向が回転した前記複数のビームは、２ｎ種類の直線偏光を有する、請求項１に記載のレーザ光源装置。
【請求項４】
前記スペーサは、前記スペーサ段差部として前記スペーサ窓部の外周に設けられた偏光回転素子保持段差部を含み、
前記偏光回転素子は、前記偏光回転素子保持段差部に保持され、
前記偏光回転素子の外形は、平行四辺形を有し、
前記偏光回転素子保持段差部の外形は、前記偏光回転素子の前記外形よりも大きい相似形状を有する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
【請求項５】
前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれに対応して設けられ、前記複数のビームのそれぞれを平行光に変換する複数のレンズを、さらに備え、
前記スペーサは、前記スペーサ窓部の内周に設けられたレンズ保持段差部を含み、かつ、前記ベースに固定され、
前記複数のレンズの各々は、前記レンズ保持段差部において保持され、
前記偏光回転素子保持段差部は、前記偏光回転素子を、前記複数のレンズのうち前記偏光回転素子に対応するレンズの上部に保持する、請求項４に記載のレーザ光源装置。
【請求項６】
前記偏光回転素子の外形は、平行四辺形を有し、
前記スペーサ段差部の外形は、前記偏光回転素子の前記外形よりも大きい相似形状を有する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
【請求項７】
前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれに対応して設けられ、前記複数のビームのそれぞれを平行光に変換する複数のレンズを、さらに備え、
前記スペーサは、前記ベースに固定され、かつ、前記複数のレンズを保持する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
【請求項８】
前記角度２θは、９０°以外である、請求項３に記載のレーザ光源装置。
【請求項９】
前記複数の半導体レーザ素子は、選択的に異なる色の前記複数のビームを出射するように構成されている、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
【請求項１０】
前記偏光回転素子は、
前記複数の半導体レーザ素子のうち隣接する２以上の半導体レーザ素子から出射される２以上のビームの偏光方向を、一括に回転させる１つの偏光回転素子である、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明に係るレーザ光源装置は、ベースと、各々が個別にベースの上面に保持され、偏光方向が一方向に揃った複数のビームを出射する複数の半導体レーザ素子と、複数のビームのうち少なくとも一部のビームの偏光方向を回転させることにより、複数のビームの偏光方向が一方向に揃わないように乱す偏光変換部と、複数の半導体レーザ素子の上方を覆って設けられるスペーサと、を含む。偏光変換部は、複数の半導体レーザ素子のうち、偏光方向を回転させる対象の少なくとも１つのビームを出射する半導体レーザ素子に対応して選択的に配置される偏光回転素子を含む。スペーサは、複数のビームの各々が通過するスペーサ窓部と、スペーサ窓部の外周に設けられたスペーサ段差部と、を含む。偏光回転素子は、スペーサ段差部に保持される。
【国際調査報告】
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