CN1882868A - 光学元件、激光光源和二维图像形成装置 - Google Patents

Abstract

提供一种光学元件、激光光源和二维图像形成装置。该光学元件(10)具有：多个波导管(11)～(13)、和为使该多个波导管以串联方式进行光学耦合而使相邻的波导管耦合的多个光路耦合部(21)、(22)，在上述多个波导管内传输的激光的路径在上述光路耦合部中是弯曲的。由此，可以使将入射光变换为具有均匀的断面光强度分布的出射光的光学元件更紧凑，且可以使使用该光学元件的激光光源或使用该激光光源的二维图像形成装置更紧凑。

Description

光学元件、激光光源和二维图像形成装置

技术领域

本发明涉及光学元件、激光光源和二维图像形成装置，特别涉及将入射光变换为具有均匀的出射光强度分布的出射光的光学元件、使用该光学元件的激光光源、和使用了该激光光源的二维图像形成装置。

背景技术

迄今为止，激光光源的用途的主流是计测、光通信、光盘等利用激光的聚光特性和高相干性的用途。然而，激光光源的研究和开发异常显著，以半导体激光器为代表的小型高输出激光器也正在进入实用化，虽然输出波长受到限制，但在半导体激光器中，例如，在多模式半导体激光器中也有达到数W级的输出的。

随着这样的激光光源的小型化和高输出化，使用小型且高输出的激光光源的应用的开拓和装置的开发正在日益活跃。

高输出光源，被期待应用于图像显示装置、照明装置、半导体曝光装置等广泛的用途，特别是高输出激光光源，正在摸索有效利用其单色性，例如，实现利用RGB三原色的高输出激光的激光显示器的高色纯度鲜明图像。另外，也期待将小型且高输出的激光光源应用于低功耗长寿命的照明光源中。而且，上述高输出激光光源也应用于激光加工，利用该高输出的激光器的微细形状加工正在实用化。

使用了这样的高输出激光光源的应用，除了利用激光的单色特性和高输出特性，对均匀的断面强度分布的要求很高，过去就存在满足此要求的方法。

例如，在专利文献1和专利文献2中，公开了使用称为均化器的光量均匀化器件和光学系统，使来自具有高斯光强度分布的激光光源的输出光成形为其光强度分布均匀的方法。另外，在专利文献3和专利文献4中，公开了使用称为光学积分器的光学器件与上述同样地使来自激光光源的输出光成形的方法。

专利文献1：日本专利申请特开平07-306304号公报

专利文献2：日本专利第3410813号公报

专利文献3：日本专利申请特开2002-40327号公报

专利文献4：日本专利申请特开2003-57514号公报

发明内容

然而，在现有的专利文献1～3所示的方法中，由于必须在来自激光光源的输出光入射到光学器件和光学系统之前将其断面积适当扩大，存在使包含激光光源的光学系统复杂化，装置面积规模大的问题。此外，在将激光光源发出的输出光的断面积扩大之后入射到光学器件的场合，由于切掉该输出光的光束的外周部，存在产生光量损失的问题。

此外，在专利文献4所示的方法中，不需要扩大上述输出光的断面积，但为了使来自该激光光源的输出光的光强度均匀化后输出，必须使杆状光学积分器的光传输方向的长度加长，在使用这样的在光的传输方向上长的杆状光学积分器时，存在装置面积大的问题。

另外，在使用干涉性高的激光光源作为光源的场合，从上述那样的使光量均匀化的光学器件出射的光，会产生称为斑纹噪声(specklenoise)的激光特有的微细的干涉图样引起的微细的斑状的噪声。作为消除此斑纹噪声的方法，迄今为止采用使屏幕振动的方法和透过扩散板对激光在时间空间上赋予随机相位的方法。然而，在使屏幕振动的方法中存在屏幕不能固定的问题，而在使用扩散板等的方法中存在在图像投影中使用的光量降低的同时，装置面积变大的问题。

本发明正是为解决上述问题而完成的，其目的在于得到将入射光变换为具有均匀的出射光强度分布的出射光的紧凑的光学元件、使用该光学元件的激光光源、和使用该激光光源的二维图像形成装置。

为解决上述问题，在本发明的方案1(对应于权利要求1，下同)中记述的光学元件具有：传输光的多个波导管、和以使上述多个波导管串联地进行光学耦合的方式使相邻的波导管耦合的多个光路耦合部，在上述多个波导管内传输的光的路径在上述光路耦合部的至少一个之中是弯曲的。

由此，利用非常紧凑的光学元件，可以将入射的激光变换为具有均匀的断面光强度分布的出射光。

另外，在本发明的方案2中记述的光学元件是，在方案1中记述的光学元件中，使用奇数个波导管作为上述多个波导管，上述奇数个波导管相对于各波导管的光的传输方向平行重叠配置。

由此，可以使进入光学元件的入射光行进方向和来自光学元件的出射光行进方向成为同一方向，可以使装载该光学元件的装置结构变得简单。

另外，在本发明的方案3中记述的光学元件是，在方案1中记述的光学元件中，由上述波导管和光路耦合部构成的波导路的、光入射面和光出射面以外的外表面由反射传输的光的反射膜覆盖。

由此，可以使入射到波导管内的光被高效率的反射而传输。

另外，在本发明的方案4中记述的光学元件是，在方案1中记述的光学元件中，上述光路耦合部在上述相邻的波导管的一个或两个端面上与上述波导管一体形成相对于与光传输方向垂直的平面为倾斜的倾斜面的光学器件。

由此，可以削减作为光路耦合部的部件。

另外，在本发明的方案5中记述的光学元件是，在方案1中记述的光学元件中，上述波导管具有中空结构，在该波导管的中空部分中封入气体或液体中的某一种和布朗粒子的光学器件。

由此，可以减小在干涉性高的激光光源中产生的斑纹噪声。

另外，在本发明的方案6中记述的光学元件是，在方案5中记述的光学元件中，上述布朗粒子是胶体粒子的光学元件。

由此，可以使入射到波导管的光的相位适当错乱。

在本发明的方案7中记述的光学元件是，在方案1中记述的光学元件中，从上述波导管的光入射面到光出射面的、沿着光传输路径的距离L满足以下的关系式(1)。

L≥W/tan(sin^-1(sin(θ/2)/n))                       ...(1)

W：上述波导管的宽度

n：上述波导管内部的折射率

θ：上述半导体激光器具有的最小光束展角。

由此，将入射的激光变换为具有均匀断面光强度分布的出射光的光学元件，可以变成必要的最小限度的大小。

另外，在本发明的方案8中记述的激光光源，具有半导体激光器、和传输从该半导体激光器出射的激光而出射的光学元件，上述光学元件具有传输光的多个波导管和以使上述多个波导管串联地进行光学耦合的方式使相邻的波导管耦合的多个光路耦合部，在上述多个波导管内传输的光的路径在上述光路耦合部中是弯曲的。

由此，可以提供输出具有均匀的断面光强度分布的出射光的非常紧凑的激光光源。

另外，在本发明的方案9中记述的激光光源是，在方案8中记述的激光光源中，具有配置在上述半导体激光器和上述光学元件之间的光路上的、使入射到上述光学元件的激光的展角小于从上述半导体激光器出射的激光的展角的凸透镜或平凸透镜。

由此，可以实现使来自光学元件的出射光展角可以变换为任意角度的断面光强度均匀化光源。其结果，由于可以使来自光学元件的出射光展角变小，所以可以使自该激光光源出射的出射光容易处理。

另外，在本发明的方案10中记述的激光光源是，在方案8中记述的激光光源中，在上述半导体激光器和上述光学元件之间的光路上配置柱面透镜。

由此，可以使从半导体激光器出射的具有椭圆形状的光束变为圆形形状的光束而变形为容易处理的光束形状。另外，即使是例如在将各波导管的断面形状设计成为具有任意长宽比的矩形的场合，由于可以实现通过选择上述柱面透镜的曲率，可以高效率地以短光路长度使出射光断面强度分布均匀化的具有任意的出射光长宽比的激光光源，也具有使上述光学元件的形状设计变得自由的效果。

另外，在本发明的方案11中记述的激光光源是，在方案10中记述的激光光源中，上述柱面透镜是平凹透镜。

由此，可以扩大入射到光学元件中的入射光的只在一个轴方向的展角，其结果可以使出射光断面强度分布均匀化所必需的光学元件的整个光路长度缩短。

另外，在本发明的方案12中记述的激光光源是，在方案8中记述的激光光源中，上述光学元件的光入射端面为具有曲率的弯曲形状。

由此，可以得到不需要在半导体激光器和光学元件之间的光路上配置透镜的紧凑的激光光源。

另外，本发明的方案13中记述的二维图像形成装置，具有：射出激光的激光光源、对从该激光光源出射的激光进行调制的空间光调制部、和使从上述激光光源出射的激光对上述空间光调制部进行照明的照明光学系统，上述激光光源具有传输光的多个波导管、和以使上述多个波导管串联地进行光学耦合的方式使相邻的波导管耦合的多个光路耦合部，在上述多个波导管内传输的光的路径在上述光路耦合部中是弯曲的。

由此，可以使构成二维图像形成装置的激光光源成为输出具有均匀断面光强度分布的出射光的非常紧凑的激光光源。

另外，在本发明的方案14中记述的二维图像形成装置是，在方案13中记述的二维图像形成装置中，具有对从上述空间光调制部出射的激光进行投射的投射光学系统。

由此，具有可以以简单的部件结构实现非常紧凑的二维图像形成装置的效果。

根据本发明的光学元件，由于具有传输光的多个波导管、和以使上述多个光波导管串联地进行光学耦合的方式使相邻的波导管耦合的多个光路耦合部，在上述多个波导管内传输的光的路径在上述光路耦合部中弯曲，所以可以得到使该光学元件的装置规模非常小的同时，在该光学元件中可以使入射的激光变换为具有均匀的断面光强度分布的出射光这样的效果。

另外，通过使上述多个波导管具有中空结构，在该中空内部封入气体或液体中的任一种和布朗粒子，可以使从半导体激光器出射的干涉性高的激光中产生的斑纹噪声减小。

另外，根据本发明的激光光源，使上述光学元件和半导体激光器一体化，在该半导体激光器和光学元件之间的光路上设置对激光进行聚光或扩散的透镜，因此可以使来自光学元件的出射光展角改变或只是使一个轴方向的展角度改变，所以可以得到使该出射光的断面光强度分布均匀化，其光束形状容易处理的激光光源。

而且，在上述激光光源中，在光学元件的前级中设置对上述激光进行聚光或扩散的透镜，通过选择该透镜的曲率，可以在以短的光路长度高效地使出射光断面强度分布均匀化之外，实现可以将出射光长宽比设定为任意的比率的激光光源，其结果光学元件的形状的自由度变大。

另外，根据本发明的二维图像形成装置，由于使用上述的激光光源，所以具有可以以简单的部件结构实现紧凑的二维图像形成装置这样的效果。

附图说明

图1为说明根据本发明的实施方式1的光学元件的立体图(图(a))和断面图(图(b))。

图2为以几何学方式示出在简单的杆状的波导管中传输的半导体激光的传输光路的图。

图3为说明上述实施方式1的光学元件的功能的图，与激光的自由空间中的光强度分布的变化(图(a))进行对比，示出在波导管内的激光的光强度分布的均匀化(图(b)、图(c))的图。

图4为示出根据上述实施方式1的光学元件的波导管的其他组合例的图。

图5为示出由波导管构成本发明的实施方式2的光学元件的光路耦合部的场合的断面图。

图6为说明根据本发明的实施方式3的光学元件的立体图。

图7为说明根据本发明的实施方式4的激光光源的立体图(图(a))和断面图(图(b))。

图8为说明根据本发明的实施方式5的激光光源的侧视图。

图9为说明根据本发明的实施方式6的激光光源的立体图(图(a))和断面图(图(b))。

图10为说明根据本发明的实施方式7的照明装置的图。

图11为说明根据本发明的实施方式8的二维图像形成装置的图。

(附图标记说明)

3反射膜

10、10a、10b、10c、10d、20、30、40、50、60光学元件

11、11a、11b、11c、11d、12、12a、12b、12c、12d、13、13a、13b、13c、13d、21、22、23、31、32、33、Wg波导管

21、22光路耦合部

21a、22a、22b、23b倾斜面

24a、24b光通过区域

41、51、61、Ld半导体激光器

52平凸透镜

62柱面透镜

70透镜

72液晶屏

81投影透镜

82屏幕

140、150、160、170激光光源

200、270照明装置

300二维图像形成装置

L1、L1a、L2、L2a、L3激光

具体实施方式

下面参照附图对本发明的实施方式进行说明。

(实施方式1)

在本实施方式1中，对使用多个波导管、和将该波导管在光学上串联耦合的光路耦合部，使装置规模变得非常小的光学元件进行说明。

图1为说明本实施方式1的光学元件10的图，图1(a)为立体图，图1(b)为断面图。

图1所示的光学元件10具有：传输入射的光的、由玻璃材料构成的长方体形状的第1～第3波导管11～13，和在光学上将该各波导管11～13串联耦合的光路耦合部21、22。

在此光学元件10中，在上述第1波导管11上，第2和第3波导管12和13以与这些波导管中的光传输方向平行的方式顺序重叠，第1波导管11和其上的第2波导管12、第2波导管12和其上的第3波导管13之间的对置面由粘接剂等进行粘接。

其中，与第2波导管12的光传输方向垂直的一个端面和与第3波导管13的光传输方向垂直的一个端面，与上述第1波导管11的光出射端面位于同一面内。另外，与第2波导管12的光传输方向垂直的另一个端面和与第3波导管13的光传输方向垂直的另一个端面，与上述第1波导管11的光入射端面位于同一面内。

于是，在第1波导管11的光出射端面侧设置作为在光学上耦合第1波导管和第2波导管的光路耦合部的直角棱镜21，该直角棱镜21，为了使从第1波导管11的光出射端面出射的光被反射而入射到第2波导管12的一个端面，配置成为横跨这些波导管的端面。另外，在第1波导管11的光入射端面侧设置作为在光学上耦合第2波导管和第3波导管的光路耦合部的直角棱镜22，该直角棱镜22，为了使从第2波导管12的另一面侧出射的光被反射而入射到第3波导管13的另一个端面，配置成横跨这些波导管的端面。

另外，在上述各波导管11～13的侧面和上下面以及直角棱镜的外表面上，为了高效率地进行在该波导管内的光封闭，形成反射膜3。该反射膜3是由例如铝材料等构成的金属膜等。

下面对作用效果进行说明。

首先，对本实施方式1的光学元件10的动作简单地进行说明。

当光入射到第1波导管11的光入射端面时，该入射光通过第1波导管11和直角棱镜2a传输而入射到第2波导管12。入射到该第2波导管12的光通过波导管12b和直角棱镜2b传输而入射到第3波导管13。于是，入射到第3波导管13的光从第3波导管13的一个端面出射。

下面对在本实施方式的光学元件10中可以使入射光变换为断面强度分布均匀的出射光这一点进行说明。

例如，考虑使用激光作为入射光的场合。一般，激光具有高斯分布的断面光强度分布，但在上述激光在波导管内进行多重反射的同时进行传输时，被反射了的激光混合。因此在与波导管11、12、13的光传输方向垂直的任意的面内的光强度分布，随着远离光入射端面而缓慢地在面内均匀化。所以，通过将波导管11、12、13的光传输方向长度设定为适当的值，可以使入射到波导管11的激光的断面光强度在波导管13的光出射端面上变为均匀。

在极其一般的半导体激光器(AlGaAs系、AlGaInP系和GaN系等)中，出射光的长宽比和展角不同。所以，例如，在使用断面长宽比大致为1的波导管的场合，对于从半导体激光器出射的展角大的方向，为使断面强度分布均匀化所必需的波导距离可以短，对于展角小的方向该距离必须加长。

过去，作为使输出光的断面强度分布均匀化的方法，例如，提出了使用如专利文献4中所示的杆状光学积分器波导管的器件，但为了进行完全均匀化，对于光的传输方向杆长必须大于等于数10mm。

与此相对，在本实施方式1中，因为第1～第3波导管11～13重叠配置，这些波导管11～13，为了使第1波导管的出射光入射到第2波导管，来自第2波导管的出射光入射到第3波导管，使用反射棱镜21和22在光学上耦合，所以这3个波导管11～13的长度合计成为对断面强度分布均匀化所必需的光的波导距离。由此，各波导管的光传输方向的长度可以缩短，整个元件的长度可以大幅度缩短。

下面对具体确定波导管的长度的方法进行说明。

在本实施方式1的光学元件10中，由于波导管的光传输方向长度是决定器件的大小的主要原因，所以实现尽可能紧凑的光学元件的设计是必需的。

图2为以几何光学方式示出经简单的杆状的波导管传输的半导体激光的传输光路的图。

在图2中，作为为了使出射光的光强度分布均匀化，光学元件的光传输方向的尺寸变成最长的场合，示出为使单一半导体激光器的出射光入射到一个波导管内而使其与波导管的光入射端面相邻配置的场合。

另外，图中，Ld是半导体激光器、是由折射率为n的透明材料构成的波导管。另外，θ1是在波导管Wg内的激光L1的展角，由光强度分布的半值全角表示。另外，将从激光展角方向的波导管Wg的宽度为W，从激光入射端面到波导管Wg的光出射端面的长度(即波导管的长度)为L。

在图2所示的半导体激光器和波导管的配置中，入射到波导管Wg的激光L1由波导管Wg的侧面反射。所以，在波导管Wg的内部，可观测到在自由空间中的光强度分布由波导管Wg的侧壁部分折返并重叠的光强度分布。

图3为说明由于在这样的波导管侧面中的激光的反射使光强度分布均匀化的状态的图。

图3(a)示出在激光通过不存在波导管的自由空间中传输的场合的强度分布，图3(b)示出激光在波导管内传输的场合在波导管侧面中的光强度分布的重叠状态，而图3(c)示出利用上述光强度分布的重叠得到的光强度分布。另外，在图3中，Ld是半导体激光器，Wg是由折射率为n的透明材料构成的波导管。另外，θ2表示自由空间中的半导体激光的展角，而θ3表示在折射率为n的波导管Wg内的激光的展角。

如图3(a)所示，在自由空间中传输的来自半导体激光器Ld的出射光，在传输的同时以展角θ2扩展。这样，在自由空间中，来自半导体激光器Ld的出射光的空间扩展增大，但其强度分布不改变，其断面强度分布继续维持高斯分布型的强度分布。

即，在与半导体激光器Ld附近的光传输方向垂直的面内D、与离开半导体激光器Ld的光传输方向垂直的面内F和与位于这些之间的光传输方向垂直的面内E中，任何光强度分布都是高斯分布。

另一方面，如图3(b)、(c)所示，通过波导管Wg内传输的来自半导体激光器Ld的出射光在该波导管Wg的侧壁上发生全反射。

即，入射到波导管Wg的激光的光强度分布，在与半导体激光器Ld附近的光传输方向垂直的面内D’中具有高斯分布，而在波导管内各激光在受到多重反射的同时，随着从光的入射面在光的传输方向上前进而缓慢地在波导管的断面(与光传输方向垂直的面E’)内均匀化，在与离开半导体激光器Ld的光传输方向垂直的面内F’中其光强度分布均匀化。

在此场合，入射到折射率n的波导管Wg内的激光的展角θ3为：

θ3＝2×sin^-1((sin(θ2/2))/n)

其中在设波导管Wg的宽度为W时，当入射到该波导管Wg的光束到达距入射面的距离为W/(2×tan(sin^-1(sin(θ2/2)/n)))的位置时，其光强度分布的一部分开始在波导管Wg的侧面反射。于是，当入射的光束越过此位置时，反射的光的强度分布缓慢增大，一直到到达波导管Wg的出射面为止，如图3(a)所示，可观测到将在光通过自由空间传输的场合的光强度分布在与波导管的侧壁相当的部分折返并重叠的光强度分布(图3(b))。

此时，为使实质的断面光强度分布(图3(c))，足够均匀，例如，将波导管Wg的长度取得足够长，全反射次数越多越好。然而，从器件的制作和使用的观点考虑，优选是尽可能紧凑的激光光源。

于是，对于使波导管Wg内的激光的光强度分布均匀化而必需的波导管的长度L进行分析时，知道了在至少满足以下所示的(式1)的条件时，光强度分布被均匀化。

L≥W/tan(sin^-1(sin(θ1/2)/n))                   ...(式1)

θ1：激光出射光的展角

n：波导管内部的折射率

W：波导管宽度。

因此，通过将多个波导管11～13立体重叠进行配置，将这些波导管利用光路耦合部21、22串联连接，可以使光学元件的光传输方向的尺寸成为光强度分布的均匀化所必需的长度，即光传输路径长度L的约三分之一。

这样，在本实施方式1的光学元件10中，由于具有立体重叠配置的多个波导管、和将这些波导管在光学上串联连接的光路耦合部21、22，可以将入射的激光变换为具有均匀的断面光强度分布的出射光，并且可以得到光传输方向的尺寸小的光学元件。

另外，在上述实施方式1中，重叠的波导管的个数设定为3个，但它并不限定于3个，并且，上述第1～第3波导管11～13各个的光传输方向长度如何都可以。换言之，如实施方式1中的光学元件那样将波导管重叠多个而成的光学元件，具有容易任意确定波导管重叠数和各波导管长度，可以使元件尺寸任意变化的这样的优点。

另外，通过使重叠的波导管的个数成为偶数个，可以使来自光学元件的出射光的行进方向成为与进入光学元件的入射光的行进方向相反的方向，通过使重叠的波导管的个数成为奇数个，可以使来自光学元件的出射光的行进方向成为与进入光学元件的入射光的行进方向相同的方向。因此，也具有增加使用使出射光的强度分布均匀化的光学元件的装置设计的自由度的优点。

此外，在本实施方式1中，示出的是为使各波导管中的光传输方向成为一定方向而在其高度方向上重叠多个波导管的光学元件，但是光学元件既可以是将多个波导管在其宽度方向上重叠的光学元件，或者也可以是将波导管的宽度方向的重叠和高度方向的重叠组合而成的光学元件，并且也可以是在一个波导管中的光传输方向与另一个波导管中的光传输方向不同。在此场合，可以使上述光学元件中的波导管的配置成为与装备该光学元件的装置中的布局上的限制相应的配置。

图4示出这样的多个波导管的立体配置的示例。

另外，图4中，L1是入射到波导管的入射光，而L2是从波导管出射的出射光。

图4(a)所示的光学元件10a，与图1所示的光学元件10一样，具有3个波导管11a、12a、13a和将这些波导管在光学上串联耦合的光路耦合部21a、22a。

在此光学元件10a中，3个波导管11a、12a、13a配置在同一平面上且与“コ”字形的各边相对应。于是，在波导管11a的光出射端面和波导管12a的光入射端面之间配置使光路弯曲90度的棱镜21a以使这些波导管在光学上耦合。另外，在波导管12a的光出射端面和波导管13a的光入射端面之间配置使光路弯曲90度的棱镜22a以使这些波导管在光学上耦合。

图4(b)所示的光学元件10b，与上述光学元件10或10a一样，具有3个波导管11b、12b、13b和将这些波导管在光学上串联耦合的光路耦合部21b和22b。

其中，上述3个波导管11b、12b、13b在其宽度方向上排列，波导管11b的光出射端面和波导管12b的光入射端面位于同一面内，并且波导管12b的光出射端面和波导管13b的光入射端面位于同一面内。因此，将波导管11b和波导管12b在光学上耦合的直角棱镜21b配置成为横跨该波导管11b的光出射侧端面和该波导管12b的光入射侧端面。另外，将波导管11b和波导管13b在光学上耦合的直角棱镜22b配置成为横跨该波导管12b的光出射侧端面和该波导管13b的光入射侧端面。

图4(c)所示的光学元件10c，与上述光学元件一样，具有3个波导管11c、12c、13c和将这些波导管在光学上串联耦合的光路耦合部21c、22c。

其中，波导管11c和波导管12c配置为在其宽度方向上相邻，在波导管12c上配置波导管13c。另外，波导管11c的光出射端面和波导管12c的光入射端面位于同一面内，并且波导管12c的光出射端面和波导管13c的光入射端面位于同一面内。因此，将波导管11c和波导管12c在光学上耦合的直角棱镜21c配置成为横跨该波导管11c的光出射侧端面和该波导管12c的光入射侧端面。另外，将波导管12c和波导管13c在光学上耦合的直角棱镜22c配置成为横跨该波导管12c的光出射侧端面和该波导管13c的光入射侧端面。

图4(d)所示的光学元件10d，与上述光学元件一样，具有3个波导管11d、12d、13d和将这些波导管在光学上串联耦合的光路耦合部21d、22d。

其中，波导管11d和波导管12d配置为在其宽度方向上相邻，将波导管11d和波导管12d在光学上耦合的直角棱镜21d配置成为横跨该波导管11d的光出射侧端面和该波导管12d的光入射侧端面。另外，波导管13d，在波导管12d的光出射端面侧配置成为其光传输方向成为波导管12d的高度方向，在波导管12d的光出射端面和波导管13d的光入射端面之间配置使光路弯曲90度的棱镜22d以使这些波导管在光学上耦合。

另外，在本实施方式1中，如图1或图4所示，是以在多个波导管内传输的光的路径在光路耦合部的全部之中弯曲的光学元件为例，但上述光的路径并不一定必须在全部光路耦合部中弯曲，该光路耦合部也可以在各个波导管之间进行串联连接。

另外，在上述实施方式1中，示出的是上述光学元件利用棱镜将各个波导管在光学上耦合的示例，但上述光学元件并不限定于使用棱镜使各个波导管在光学上耦合。

(实施方式2)

图5为说明本发明的实施方式2的光学元件的图。

该实施方式2的光学元件20是不使用棱镜将实施方式1的光学元件10的各波导管在光学上串联耦合的光学元件。

即，图5所示的光学元件20具有使一端侧端面相对于在波导管内的光传输方向倾斜45度的第1波导管21、使两端面相对于在波导管内的光传输方向倾斜45度的第2波导管22、以及使一端侧端面相对于在波导管内的光传输方向倾斜45度的第3波导管23。

其中，第1波导管21的一端侧的倾斜面21a是反射通过波导管内传输的光，使得沿着波导管高度方向出射的向上的反射面。第2波导管22的一端侧的倾斜面22b是反射沿着波导管高度方向入射的光，使其进行方向成为波导管长度方向的向下的反射面，而第2波导管22的另一端侧的倾斜面22a是反射通过波导管内传输的光，使得沿着波导管高度方向出射的向上的反射面。第3波导管23的一端侧的倾斜面23b是反射沿着该波导管高度方向入射的光，使其行进方向成为波导管长度方向的向下的反射面。

于是，在此光学元件20中，在上述第1波导管21上重叠第2波导管22，以使这些波导管的光传输方向平行并且第1波导管21的一端侧向上反射面21a和第2波导管22的一端侧向下反射面22b对置。另外，在第2波导管22上重叠第3波导管23，以使这些波导管的光传输方向平行并且第2波导管22的另一端侧向上反射面22a和第3波导管23的一端侧向下反射面23b对置。第1波导管21和其上的第2波导管22以及第2波导管22和其上的第3波导管23，利用粘接剂等将其对置的面粘接。

其中，由第1波导管21的向上反射面21a和第2波导管22的向下反射面22b，形成使第1波导管21和第2波导管22耦合的光路耦合部，由第2波导管22的向上反射面22a和第3波导管23的向下反射面23b，形成使第2波导管22和第3波导管23耦合的光路耦合部。

另外，在各波导管21、22、23的上下两侧面上，还有在光路耦合部的外表面上，为了效率好地进行在波导管内的光封闭，形成由例如铝材料构成的金属膜等的高反射膜。另外，在使上述上下波导管耦合的光路耦合部中，构成两个波导管的玻璃材料密接，该密接面为不形成高反射膜的光通过区域24a和24b。

下面对作用效果予以说明。

从第1波导管21的光入射侧端面入射的光，通过该第1波导管21和光路耦合部传输而入射到第2波导管22。入射到第2波导管22的光，通过该第2波导管22和光路耦合部传输而入射到第3波导管23。于是，入射到第3波导管23的光从其光出射侧端面出射。

这样，在本实施方式2中，因为重叠配置第1～第3波导管21～23，利用加工各波导管的端部而形成的倾斜面对这些波导管21～23进行光学耦合，以使第1波导管21的出射光入射到第2波导管22，而从该第2波导管22发出的出射光入射到第3波导管23，所以这3个波导管21～23的长度合计成为使断面强度分布均匀化所必需的光的波导距离。因此，各波导管的光传输方向的长度可以缩短，整个元件的长度可以大幅度地缩短。

另外，在本实施方式2中，因为是利用在波导管端部形成的倾斜面使各波导管在光学上耦合，不需要使用棱镜，还具有可以削减部件件数的效果。

(实施方式3)

图6为说明本发明的实施方式3的光学元件的立体图。

本实施方式3的光学元件30具有：传输入射的光的由玻璃材料构成的长方体形状的第1～第3波导管31～33，以及将该各波导管31～33在光学上串联耦合的光路耦合部21、22。

在该光学元件30中，与实施方式1一样，在上述第1波导管31上第2和第3波导管32和33以与这些波导管中的光传输方向平行的方式顺序重叠，第1波导管31和第2波导管32由作为光路耦合部的直角棱镜21在光学上耦合，而第2波导管32和第3波导管33由作为光路耦合部的直角棱镜22在光学上耦合。

于是，在本实施方式3中，上述各波导管31～33，例如，由在可见光区域中透明的材质构成的中空结构的盒(cell)形成，在上述各波导管的内部封入气体或液体中的任一种和布朗粒子。

下面对作用效果进行说明。

这样的结构的光学元件，具有紧凑的结构，可以使入射的激光变换为具有均匀断面光强度分布的出射光，此外，可以消除激光光源特有的斑纹噪声。

下面进行详细说明。

如上所述，斑纹噪声是在使用干涉性高的激光时产生的噪声，其原因是在屏幕表面的凹凸各部中反射的散射光之间的干涉。在一般公知的现有的减小斑纹噪声的方法中有使屏幕振动的方法、透过扩散板的方法，通过这些方式可以对激光赋予在时间空间上随机的相位，通过产生空间和时间上的斑纹图样的变化，可以减少可观察到的斑纹图样。

于是，可以认为，通过将构成光学元件的波导管作成为中空的盒结构，在上述波导管内部，使激光的相位紊乱是有效的。于是，本申请的发明人在观察气体或液体中的布朗粒子时发现布朗粒子具有同样的相位扰乱作用。

布朗粒子指的是进行布朗运动，即成为溶剂的气体或液体的粒子从各种方向以各种速度碰撞而引起的无规则的杂乱运动的粒子，运动的活泼程度取决于布朗粒子的大小、温度和溶剂的粘度。

例如，温度升高时，构成溶剂的分子的热运动变活泼。所以，由于温度上升溶剂分子移动激烈，随之而产生的布朗粒子的运动也活泼。即，溶剂分子有力地与布朗粒子发生碰撞时，布朗粒子的被冲击的量也变得很大。由此可以了解布朗运动是温度越高越活泼。

另外，当布朗粒子的大小增大时，质量也增大。因此溶剂分子冲击布朗粒子的量减小。并且，由于通过增加布朗粒子的表面积，一下子有很多粒溶剂分子从各种方向进行碰撞，其力互相抵消，布朗粒子受到的力变小。由于这两个理由，当布朗粒子大时就很难引起布朗运动。

在本实施方式3中，作为布朗粒子使用作为胶体粒子的胶乳粒子(聚苯乙烯标准粒子、粒径约1μm)。

所谓胶体一般是指10^-9m～10^-6m左右大小的粒子显示的性质，分为胶体粒子的分散溶剂是固体的凝胶，分散溶剂是液体的溶胶和分散溶剂是气体的气溶胶。任何胶体都显示布朗运动，为了易于处理，优选是使用分散溶剂由液体构成的溶胶。为了减小斑纹噪声，具有可使透过的光散射的大小的胶体粒子是必需的。于是，在本实施方式3中，使用上述的约1μm的粒径的胶体粒子。

并且特别是在可见光区域中，使用本发明的光学元件时优选是上述胶体粒子在使用波长区域中是透明的。胶体粒子对可见光多半是不透明的，但通过控制胶体浓度使用稀薄的胶体溶液等，可以调整光透过率和斑纹噪声减小的效果。

将上述胶乳粒子在作为填充剂(溶剂)的水中分散的胶乳溶液密封到盒结构的波导管内，在达到沉降平衡的状态下用激光照射，在将来自波导管的出射光投影到屏幕时观察到的斑纹噪声与利用由玻璃材料形成的不是中空的波导管的场合观察到的斑纹噪声进行比较。

在中空结构的波导管中封入胶乳溶液的光学元件中，除了上述的出射光强度分布均匀化作用之外，由进行布朗运动的胶乳粒子使通过波导管内传输的激光的相位在时间和空间上受到扰乱而平均化，例如，与使用由玻璃材料形成的非中空结构的波导管的场合相比斑纹噪声可大幅度减小。

另外，在使用粒径为0.8μm左右的胶乳粒子时，由于粒子变轻，粒子分布和粒子的布朗运动变得激烈，可以实现更有效的斑纹噪声的减小。并且反之，在使用粒径大的胶乳粒子(粒径为3μm左右)时，光的散射变大，但是由于布朗运动变缓，总的斑纹噪声降低效果变弱。但是，使胶乳溶液的温度为大于等于60℃的高温时，布朗运动变得激烈，可以实现有效的斑纹噪声的减小。

如上所述，在本实施方式3的光学元件30中，因为设置有具有中空结构的多个波导管31～33和在光学上将该波导管串联耦合的光路耦合部21、22，在各该波导管的中空部分中封入气体或液体中的任一种和布朗粒子，所以可以以紧凑的结构将入射的激光变换为具有均匀断面光强度分布的出射光，并且可以大幅度地减小激光光源特有的斑纹噪声。

另外，在上述实施方式3中，示出的是将3个波导管31～33在各波导管内的光传输方向平行地在其高度方向上重叠配置，并且这些波导管由光路耦合部21、22在光学上串联耦合的光学元件，但是构成光学元件的波导管的数目和光路耦合部的数目或波导管的长度和其配置，并不限定于上述实施方式3的方式。

另外，在本实施方式3中，在使波导管耦合的光路耦合部中使用的是直角棱镜21、22，但是波导管的耦合，如上述实施方式2所示，也可以使各波导管的端面相对于光传输方向倾斜而实现，在此场合也可以得到与实施方式3同样的效果。

(实施方式4)

图7为说明本发明的实施方式4的激光光源的图，图7(a)为立体图，图7(b)为侧面图。

该实施方式4的激光光源140是，将半导体激光器41与将从该半导体激光器41出射的激光变换为具有均匀化的光强度分布的出射光的光学元件40一体化的激光光源。其中，光学元件40，与实施方式1的光学元件10相同，具有在波导管高度方向上重叠配置的第1～第3波导管11～13和将这些波导管在光学上串联耦合的第1、第2光路耦合部21、22。

下面对作用效果进行说明。

现在，在广泛市售的激光光源中，最小型的通用激光光源是半导体激光器，使用于各种装置和民用制品中。如上所述，半导体激光器的小型高输出化正在取得进展，虽然输出波长受到限制，但是例如在多模式半导体激光器中也有达到数W级的输出的。为了利用这种小型高输出激光器实现使输出光强度分布均匀化的光源，使在实施方式1中示出的光学元件和半导体激光器一体化的光源模块是有效的。

即，在本实施方式的光学元件中，从半导体激光器41出射的激光L1，在从第1波导管11的光入射端面入射时，入射激光通过第1波导管11、直角棱镜21、第2波导管12、直角棱镜22以及第3波导管13内传输并从该第3波导管13的光出射端面出射。这样，在激光在波导管内多重反射的同时进行传输时，被反射的激光混合。因此在与波导管11、12、13的光传输方向垂直的任意的面内的光强度分布，随着在传输方向上远离光入射端面而缓慢地在面内均匀化。

所以，通过将实施方式1的光学元件和半导体激光器一体化，可以得到出射光的断面光强度被均匀化的激光光源。

如上所述，在本实施方式4中，因为将半导体激光器41和与实施方式1的光学元件同一结构的光学元件40一体化而构成使从该半导体激光器41出射的激光变换为具有均匀化的光强度分布的出射光出射的激光光源140，所以可以得到具有均匀的出射光断面强度分布的小型的激光光源。

另外，在本实施方式4中，构成激光光源的光学元件是与上述实施方式1同样的光学元件，但构成激光光源的光学元件也可以是与图4(a)～图4(d)、图5或图6所示的同样的光学元件。例如，通过使上述光学元件作为与图6所示的上述实施方式3的光学元件同样的光学元件，就可以得到可以在确保均匀的断面光强度的同时，消除激光光源特有的斑纹噪声的小型激光光源。

(实施方式5)

图8为示出本发明的实施方式5的激光光源的侧面图。

该实施方式5的激光光源150是，在构成实施方式4的激光光源的半导体激光器和光学元件之间的光路上配置了平凸透镜的激光光源。

即，激光光源150具有半导体激光器51、对从该半导体激光器51出射的激光进行聚光的平凸透镜52、以及将由该平凸透镜聚光的激光变换为具有均匀化的光强度分布的出射光的光学元件50。其中，半导体激光器51与实施方式4的半导体激光器41相同。另外，光学元件50与实施方式1的光学元件10相同，具有在波导管高度方向上重叠配置的第1～第3波导管11～13和对这些波导管进行光学上的串联耦合的第1、第2光路耦合部21、22。

下面对作用效果进行说明。

本实施方式5的激光光源，在构成实施方式4的激光光源140的半导体激光器和光学元件之间配置有平凸透镜52，因此，可以减小来自光学元件的出射光的光束展角，下面对这一点进行说明。

例如，在极其一般的半导体激光器，例如，由AlGaAs类、AlGaInP类以及GaN类等的半导体材料构成的半导体激光器中，在其结构上，出射椭圆形状的光束，出射光的展角在光束的垂直方向和水平方向不同。

有代表性的半导体激光器的展角在窄的一侧(在半导体激光器出射端中的光束形状的短轴方向)为8°～15°，在宽的一侧(在半导体激光器出射端中的光束形状的长轴方向)为20°～30°。

所以，使用例如本实施方式5中示出的波导管和光路耦合部的光学元件的出射光展角也具有同样的大小，在考虑利用出射光时，可以说是处理非常困难的光束。

为了解决这一问题，本申请的发明人等，对通过在实施方式4的激光光源中的半导体激光器和光学元件之间的光路上配置聚光透镜，使入射到光学元件的入射光角度变得小于半导体激光器的展角来抑制从光学元件出射的光的展角这一点进行了研究。

另外，图8中的X、Y和Z是为了便于表示方向而设，其中X方向是波导管宽度方向，Y方向是波导管高度方向，而Z方向是在波导管内的光传输方向。另外，θ4是半导体激光器出射光在和Y方向垂直的面内的展角(以下也称其为X方向展角)，而θ5是透过平凸透镜后的激光在和Y方向垂直的面内的展角(以下也称其为X方向展角)。

下面对本实施方式5的激光光源的动作进行简单说明。

在此激光光源150中，通过使来自半导体激光器51的出射光透过平凸透镜52，在X和Y方向上缩小，展角缩小的激光L1a入射到光学元件50。入射到光学元件50的激光L1a，通过波导管和光路耦合部内传输而从最后级的波导管的出射端面作为出射光L2a输出。

其中，通过选择平凸透镜52的折射率和曲率可以变换为任意的光束展角。

因此，例如，在从半导体激光器51出射的激光的X方向展角θ4为θ4＝30°的场合，入射到光学元件50的激光L1a的X方向展角θ5也可以小于等于10°。

因此，可以使在光学元件50内部反复进行多重全反射而传输并出射的激光L2a的X方向展角与入射到光学元件50的激光L1a的X方向展角θ5在相同程度上缩小。

另外，平凸透镜52，由于在垂直于X方向的面内和在垂直于Y方向的面内都具有相同曲率，入射到光学元件50的激光展角，在与X方向垂直的面内和与Y方向垂直的面内分别以同一比率缩小。另外，对于光学元件50的激光的入射展角的大小和光学元件50的内部光路长度，如在实施方式1中举例(式1)所示，具有折衷关系，入射到上述光学元件50的激光L1a的X方向展角θ5越小，则为使光学元件50的出射端面光强度分布均匀化所必需的波导管长度越大。所以，在本实施方式5的激光光源中，必须按照其用途选择入射到光学元件50的激光L1a的X方向展角θ5。

如上所述，因为在根据本实施方式5的激光光源150中，具有半导体激光器51、对从该半导体激光器51出射的激光进行聚光的平凸透镜52、以及将由该平凸透镜聚光的激光变换为具有均匀化的光强度分布的出射光的与实施方式1的光学元件结构相同的光学元件50，可以将入射激光变换为具有均匀的出射光断面强度分布的出射光，并且可以实现可以将出射光的展角调整为任意角度的紧凑的激光光源。

另外，在本实施方式5中，是假设对上述半导体激光器51的出射光进行聚光而出射到光学元件50的聚光透镜是平凸透镜，但上述聚光透镜也可以使用双凸透镜来代替该平凸透镜，在此场合也可以得到与上述实施方式5同样的效果。

另外，在本实施方式5中，示出的是在半导体激光器51和光学元件50之间的光路上配置透镜，调整出射光的展角的实施方式，但也可以代替配置该透镜将光学元件50的光入射端面加工成为凸面、凹面或在该入射端面的垂直方向和水平方向上具有不同曲率的形状，在此场合也可以得到与上述实施方式5同样的效果。

此外，在本实施方式5中示出的是将入射激光变换为具有均匀断面强度分布的出射光的光学元件是与上述实施方式1的光学元件同一结构的场合，但上述光学元件也可以是与上述实施方式2同样的结构。此外，上述光学元件也可以是与上述实施方式3的光学元件同样的结构，在此场合也可以得到可以消除激光光源特有的斑纹噪声的效果。

(实施方式6)

图9为说明根据本发明的实施方式6的激光光源的图，图9(a)为立体图，图9(b)为侧面图。

该实施方式6的激光光源160具有：半导体激光器61、使从该半导体激光器61出射的激光的展角角度改变的平凹透镜即柱面透镜62、以及将透过该透镜62的激光变换为具有均匀化的光强度分布的出射光的光学元件60。其中，半导体激光器61与上述实施方式4的半导体激光器41相同。另外，光学元件60与上述实施方式1的光学元件10相同，具有在波导管高度方向上重叠配置的第1～第3波导管11～13和对这些波导管进行光学上的串联耦合的第1、第2光路耦合部21、22。另外，柱面透镜62配置成为其光出射端面与第1波导管11的光入射端面密接，该光入射端面成为在垂直于波导管的宽度方向(图中的Y方向)的面内弯曲成为凹状的凹面形状。所以，在此柱面透镜62中，来自半导体激光器61的激光，在垂直于波导管的宽度方向(图中的Y方向)的面内的展角(以下也称其为X方向展角)经过扩大而输出。

下面对作用效果进行说明。

本实施方式6的激光光源160，在半导体激光器61和光学元件60之间的光路上配置柱面透镜62，因此可以缩短使入射光的断面光强度分布均匀化的光学元件的光路长度，并且可以任意选择来自光学元件60的出射光的长宽比的激光光源。以下对这些点进行说明。

如前所述，在一般的半导体激光器中，出射光的长宽比和展角不同。所以，对于展角大的方向为使断面强度分布均匀化所必需的波导距离短，而对于展角小的方向该距离必须长。其中，例如，通过将具有凹面的柱面透镜配置于半导体激光器和光学元件之间的光路上，可以使光学元件的总光路长度变得非常短而使出射光的断面光强度分布均匀化。

即，从半导体激光器61射出的激光L1由柱面透镜62只将与Y方向垂直的面内的展角进行扩大。于是，只是来自半导体激光器61的出射光本来具有的椭圆形状的短轴侧的展角扩大，可以实现任意的光束长宽比(X方向光束展角和Y方向光束展角的比)。

另外，由于利用具有凹面的柱面透镜62进行光束扩大，进入光学元件60的入射光的展角变大，因此，出射光的断面光强度分布的均匀化所必需的光学元件60的总光路长度可以缩短。

因此，例如，在将波导管断面形状设计成为具有任意长宽比的矩形的场合，在按照该波导管断面形状的长宽比选择柱面透镜62的曲率时，也可以得到能够高效率地以短光路长度使出射光断面强度分布均匀化的、具有任意光束长宽比的激光光源。

如上所述，在本实施方式6的激光光源160中，因为在半导体激光器61和光学元件60之间的光路上配置有柱面透镜62，利用该柱面透镜62可以使入射到光学元件的激光的光束长宽比成为任意的比。例如，可以将从半导体激光器出射的椭圆形状的光束整形为圆形而得到出射易于处理的光束的激光光源160。

另外，在将各波导管的断面形状设计成为具有任意长宽比的矩形的场合，由于选择上述柱面透镜的曲率，也可以高效率地以短光路长度使出射光断面强度分布均匀化，所以还具有上述光学元件的形状设计变得自由的效果。

另外，在本实施方式6中，激光光源是将柱面透镜62配置在半导体激光器61和光学元件60之间的光路上的激光光源，但也可以将波导管的端面加工成为光学元件60的光入射端面具有曲率来代替配置该柱面透镜，在此场合也可以得到同样的效果。

此外，在本实施方式6中，是假设使入射激光断面光强度分布均匀化的光学元件与上述实施方式1的光学元件相同，但上述光学元件也可以与上述实施方式2的光学元件相同。此外，上述光学元件也可以与上述实施方式3的光学元件相同，在此场合，也可以得到从该激光光源出射的光中消除激光光源特有的斑纹噪声的效果。

另外，在本实施方式6中，是以柱面透镜具有平凹面形状的场合为例进行说明的，但是柱面透镜也可以具有平凸面形状。在此场合，由于入射到该柱面透镜的光，缩小椭圆形状的一侧轴的展角，可以得到具有任意的出射光长宽比的激光光源而得到上述光学元件的形状设计变得自由的效果。

(实施方式7)

图10为说明根据本发明的实施方式7的照明装置200的图。

该实施方式7的照明装置200具有：射出激光L2的激光光源170、作为空间光调制器件的液晶屏72、以及使来自上述激光光源的出射光L2照射到上述液晶屏72的聚光透镜71。另外，L3是透过液晶屏71之后的激光。在此，上述激光光源170是与图7所示的上述实施方式4的激光光源140相同的激光光源。

在该实施方式7的激光光源170中，如在上述实施方式4中所述，从半导体激光器41入射到光学元件40的激光L1，在通过光学元件40传输时断面光强度分布均匀化，并从激光光源170输出断面光强度分布均匀化的出射光L2。此外，从激光光源170出射的激光L2由透镜71扩大投影到液晶屏72。此时，例如，通过将光学元件40的出射端面的形状作成与液晶屏72的形状的相似形，出射光L2的光量可以几乎毫无损失地有效地照射到液晶屏72上。照射到液晶屏72上的出射光L2，例如，通过将二维图像信号提供给液晶屏72，就可以调制成为具有任意的强度分布，即作为二维图像显示的激光L3。

通过使用这样的实施方式7的照明装置200，就可以实现例如，背投式显示器以及头戴式显示器那样的大小各种显示器。另外，使用适当的投影光学系统，也可以将透过空间光调制器件72的激光L3扩大投影到例如屏幕上。

(实施方式8)

图11为说明根据本发明的实施方式8的二维图像形成装置的图。

该实施方式8的二维图像形成装置300具有：构成照明光学系统的照明装置270、将从该照明装置270输出的经过调制的激光扩大投影的投影透镜81、以及接受来自该投影透镜81的投影光而显示二维图像的屏幕82。在此，上述照明装置270，具有上述实施方式7的照明装置200的结构。

在这样的二维图像形成装置300中，如前所述，来自激光光源170的出射光L2由透镜71聚光，以均匀光强度分布对作为空间光调制器件的液晶屏72进行照明。照射到液晶屏72上的激光，由上述液晶屏72调制成为具有任意的强度分布的激光L3并由投影透镜81扩大投影到屏幕82上。

这样，在本实施方式8的二维图像形成装置300中，由于构成激光光源170的光学元件40具有立体重叠配置的多个波导管、和将这些波导管在光学上串联耦合的光路耦合部，所以可以将入射的激光变换为具有均匀的断面光强度分布的出射光，并且可以得到光传输方向的尺寸小的光学元件，从而可以实现小型的可以进行100英寸尺寸级别的投影的、例如激光投影机那样的扩大投影二维图像形成装置。

另外，在上述实施方式7和8中，上述激光光源是与图7所示的上述实施方式4的激光光源140相同的激光光源，此激光光源也可以是与图8所示的上述实施方式5的激光光源150或图9所示的上述实施方式6的激光光源160相同的激光光源。

另外，在上述实施方式7和8中，构成上述激光光源的光学元件是与上述实施方式1相同的光学元件，但构成此激光光源的光学元件也可以是图4(a)、图4(b)、图4(c)、图4(d)、图5或图6中的任一个所示的光学元件相同的光学元件。

另外，在上述实施方式8中，二维图像形成装置300是具有单一激光光源的装置，但二维图像形成装置也可以是具有与红、蓝、绿各色相对应的激光光源的装置。在此场合，例如，与各色相对应的激光光源，将构成此激光光源的半导体激光器的波长选择为与红、蓝、绿各色相对应的波长，通过将构成各个激光光源的光学元件制作成为与上述实施方式1至3所示的光学元件同样的具有立体重叠配置的多个波导管和将这些波导管在光学上串联耦合的光路耦合部的结构，就可以实现小型且具有出射光的断面光强度分布均匀化的激光光源的全色二维图像形成装置。

另外，在上述实施方式7或8中说明的照明装置，作为构成激光光源的半导体激光器，通过使用紫外光波长区域的半导体激光器，也可以应用到需要高输出且均匀照明的半导体曝光装置等等。

本发明实现了得到具有均匀的光强度分布的激光的紧凑的光学元件、或将半导体激光器和上述光学元件一体化的出射光的断面光强度分布均匀化的激光光源，可以适用于高输出照明和激光辅助加工等，并且也可以适用于电视接收机、影像投影机等图像显示装置以及半导体曝光装置等的图像形成装置。

Claims (14)

1.一种光学元件，其特征在于具有：

传输光的多个波导管，和

以使上述多个波导管串联地进行光学耦合的方式使相邻的波导管耦合的多个光路耦合部；

在上述多个波导管内传输的光的路径在上述光路耦合部的至少一个之中是弯曲的。

2.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于：

作为上述多个波导管使用奇数个波导管，

上述奇数个波导管相对于各波导管的光的传输方向平行重叠配置。

3.如权利要求1中所述的光学元件，其特征在于：

由上述波导管和光路耦合部构成的波导路的、光入射面和光出射面以外的外表面由反射传输的光的反射膜覆盖。

4.如权利要求1中所述的光学元件，其特征在于：

上述光路耦合部形成为，在上述相邻的波导管的一个或两个端面上与上述波导管一体形成相对于与光传输方向垂直的平面为倾斜的倾斜面。

5.如权利要求1中所述的光学元件，其特征在于：

上述波导管，具有中空结构，在该波导管的中空部分中封入气体或液体中的任一种和布朗粒子。

6.如权利要求5中所述的光学元件，其特征在于：

上述布朗粒子是胶体粒子。

7.如权利要求1中所述的光学元件，其特征在于：

从上述波导管的光入射面到光出射面的、沿着光传输路径的距离L满足以下的关系式(1)：

L≥W/tan(sin^-1(sin(θ/2)/n))           ...(1)

W：上述波导管的宽度

n：上述波导管内部的折射率

θ：上述半导体激光器具有的最小光束展角。

8.一种激光光源，具有：半导体激光器、和传输从该半导体激光器出射的激光而出射的光学元件，其特征在于：

上述光学元件具有：

传输光的多个波导管；和

以使上述多个波导管串联地进行光学耦合的方式使相邻的波导管耦合的多个光路耦合部；

在上述多个波导管内传输的光的路径在上述光路耦合部中是弯曲的。

9.如权利要求8中所述的激光光源，其特征在于：

具有配置在上述半导体激光器和上述光学元件之间的光路上的、使入射到上述光学元件的激光的展角小于从上述半导体激光器出射的激光的展角的凸透镜或平凸透镜。

10.如权利要求8中所述的激光光源，其特征在于：

在上述半导体激光器和上述光学元件之间的光路上配置有柱面透镜。

11.如权利要求10中所述的激光光源，其特征在于：

上述柱面透镜是平凹透镜。

12.如权利要求8中所述的激光光源，其特征在于：

上述光学元件的光入射端面为具有曲率的弯曲形状。

13.一种二维图像形成装置，具有：射出激光的激光光源、对从该激光光源出射的激光进行调制的空间光调制部、和使从上述激光光源出射的激光对上述空间光调制部进行照明的照明光学系统，其特征在于：

上述激光光源，具有：半导体激光器、和传输从该半导体激光器出射的激光而出射的光学元件；

上述光学元件具有：

传输光的多个波导管、和

以使上述多个波导管串联地进行光学耦合的方式使相邻的波导管耦合的多个光路耦合部；

在上述多个波导管内传输的光的路径在上述光路耦合部中是弯曲的。

14.如权利要求13中所述的二维图像形成装置，其特征在于具有：

对从上述空间光调制部出射的激光进行投射的投射光学系统。

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