CN208834085U - 光源装置、投影仪 - Google Patents

光源装置、投影仪 Download PDF

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Abstract

一种光源装置及投影仪，使用多个半导体激光器芯片抑制装置规模的扩大并且提高光输出。光源装置具备：多个半导体激光器单元，包括设置在相同或不同的半导体激光器芯片上的多个光射出区域、和第一折射光学系统，第一折射光学系统被入射从相邻的多个光射出区域射出的多个第一光线束，将多个第一光线束分别变换为作为大致平行光线束的多个第二光线束并射出；以及第二折射光学系统，包含具有不同的倾斜角的多个平坦面，从相同的半导体激光器单元射出的多个第二光线束各自的至少一部分入射到不同的平坦面，将多个第二光线束各自的主光线的行进方向变换为与光轴大致平行并射出，第二折射光学系统与半导体激光器单元的数量对应地配置。

Description

光源装置、投影仪
技术领域
本实用新型涉及光源装置，特别涉及利用从半导体激光器芯片射出的光的光源装置。此外，本实用新型涉及具备这样的光源装置的投影仪。
背景技术
作为用于投影仪的光源而利用半导体激光器芯片的技术正在推进。近年来，从市场期待像这样将半导体激光器芯片用作光源并且进一步提高了光输出的光源装置。
为了提高光源侧的光输出，可以考虑将从多个半导体激光器芯片射出光进行聚光的方法。但是，半导体激光器芯片存在一定的宽度，将它们密接地配置是有限的。也就是说，仅仅是配置多个半导体激光器芯片，会导致光源装置大型化。
从该观点出发，存在如下技术：例如下述专利文献1那样，在第一区域配置半导体激光器芯片组，在与第一区域不同的第二区域配置其他半导体激光器芯片组，使用由缝隙镜构成的合成机构将从两半导体激光器芯片组射出的光进行合成。通过该方法，与仅仅在同一部位排列多个半导体激光器芯片的情况相比，能够缩小配置面积并且提高光强度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1日本特开2017-215570号公报
另外，作为提高光源侧的光强度的方法，可以考虑使用设置了多个射出激光的区域(光射出区域：以下有时称为“发射体”)的半导体激光器芯片的方法。这样的半导体激光器芯片有时被称为“多发射体型”。本申请发明人们研究了通过将多发射体型的半导体激光器芯片利用于光源来提高光强度的情况，发现存在如以下这样的课题。
图1A是示意地表示具备一个发射体的半导体激光器芯片的构造的立体图。这样的半导体激光器芯片有时被称为“单发射体型”。另外，图1A中还示意地表示了从发射体射出的光(激光)的光线束。另外，在本说明书中，将从单一的发射体射出的形成为束状的光线群称为“光线束”。
已知在如图1A所示的所谓的“端面发光型”半导体激光器芯片100的情况下，从发射体101射出的光线束101L呈现椭圆锥型。在本说明书中，将与光轴(图1A所示的Z方向)正交的2方向(X方向以及Y方向)之中的、光线束101L的发散角大的方向(图1A所示的Y方向)称为“快轴方向”，将光线束101L的发散角小的方向(图1A所示的X方向)称为“慢轴方向”。
图1B是分为将光线束101L从X方向观察的情况和从Y方向观察的情况而示意地图示的图。如图1B所示，针对快轴方向，光线束101L的发散角θy大，针对慢轴方向，光线束101L的发散角θx小。
另外，在以下的各图中，为了说明的方便，有时将光线束的发散角比实际夸张地图示。
在配置多个半导体激光器芯片100并将从各半导体激光器芯片100射出的光(光线束101L)进行聚光而利用的情况下，从抑制光学部件的尺寸的观点出发，通常在将各光线束101L平行光化之后通过透镜进行聚光。具体而言，在半导体激光器芯片100的后级配置准直透镜(还称作“视准透镜”)，来缩小各光线束101L的发散角。
图2A是示意地表示在半导体激光器芯片100的后级配置了准直透镜102的情况下在YZ平面方向上行进的光线束的图。另外，图2A中仅描绘了几何光学上的上光线以及下光线。
在本说明书中，“上光线”是指光线束之中的、穿过光学部件(例如透镜)的光圈(入射光瞳)的上缘的光线，“下光线”是指光线束之中的、穿过上述光圈(入射光瞳)的下缘的光线。此外，以下将光线束之中的穿过上述光圈(入射光瞳)的中心的光线称为“主光线”。主光线是穿过光线束的上光线与下光线之间的中心的光线。
根据图2A，光线束101L在穿过准直透镜102之后，对于快轴方向(Y方向)成为实质上的平行光线束(以下，称为“大致平行光线束”。)。另外，在本说明书中，“实质上的平行光线束”或“大致平行光线束”是指上光线与下光线所成的角度小于2°的光线束。
图2B是示意地表示在半导体激光器芯片100的后级配置了准直透镜102情况下在XZ平面方向上行进的光线束的图。根据图2B，光线束101L在穿过准直透镜102之后对于慢轴方向(X方向)也成为大致平行光线束。
图3A是示意地表示与图1A不同具备多个发射体的半导体激光器芯片的构造的立体图。图3A中，示出了半导体激光器芯片110具备两个发射体(111、112)的情况。
图3B是仿照图1B，分为将从各发射体(111、112)射出的光线束(111L、112L)从X方向观察的情况和从Y方向观察的情况而示意地图示的图。各发射体(111、112)关于Y方向形成于同一坐标位置，因此在从X方向观察时光线束(111L、112L)完全重叠。另一方面，各发射体(111、112)关于X方向形成于不同的坐标位置，因此在从Y方向观察时光线束(111L、112L)以各自的位置相偏离的方式被显示。
研究在图3A中图示的半导体激光器芯片110的后级、与图2A及图2B同样地配置准直透镜102的情况下的光线束的形态。如参照图3B来叙述的那样，在从X方向观察时光线束(111L、112L)完全重叠。因此，关于快轴方向(Y方向)，各光线束(111L、112L)在穿过准直透镜102之后，与图2A同样成为大致平行光线束。
图4是示意地表示在半导体激光器芯片110的后级配置了准直透镜102的情况下在XZ平面方向上行进的光线束的图。半导体激光器芯片110具备在X方向上分离的多个发射体(111、112)，因此准直透镜102的中心位置的X坐标和各发射体(111、112)的中心位置的X坐标不可避免地产生偏离。
其结果，从发射体111射出的光线束111L以及从发射体112射出的光线束112L在分别穿过准直透镜102之后成为大致平行光线束，但光线束111L的主光线111Lm与光线束112L的主光线112Lm不平行。也就是说，光线束111L与光线束112L分别使各自的有关X方向的行进方向不同。
在该结构的情况下，即使之后使用聚光光学系统将各光线束(111L、112L)聚光，聚光后的光线束群也会发生扩散，产生不能引导至作为目的的方向的光线。其结果，光的利用效率降低。特别是在配置多个多发射体型的半导体激光器芯片110而利用从各半导体激光器芯片110射出的光的情况下，不能利用的光达到不能忽视的量。
在穿过准直透镜102之后，光线束111L与光线束112L的有关X方向的行进方向的角度由发射体(111、112)间的距离相对于准直透镜102的焦点距离的相对值决定。更详细地讲，在设从准直透镜102的光轴到最远离准直透镜102的光轴的各发射体(111，112)的位置的距离为d、准直透镜102的焦点距离为f时，光线束(111L、112L)的发散角θ由θ＝tan-1(d/f)规定。
图5是在使用同一准直透镜102、与图4的结构相比将发射体(111、112)间的距离(X方向的距离)扩大的情况下，仿照图4示意地表示在XZ平面方向上行进的光线束的图。换言之，图5对应于与图4的结构相比使发射体(111、112)间的距离相对于准直透镜102的焦点距离的相对值变大的情况。
根据图5可知，主光线111Lm与主光线112Lm所成的角度θxm(该角度对应于准直透镜102的光轴与各主光线所成的角度的2倍)与图4的情况相比变大。在该情况下，光线束111L和光线束112L与图4的形态相比，关于Z方向在与准直透镜102更近的位置处完全分离。在图4的形态中，关于光轴方向(Z方向)，在z1的位置处光线束111L与光线束112L完全分离。相对于此，在图5的形态中，关于光轴方向(Z方向)，在比z1靠前级的z2的位置处光线束111L与光线束112L完全分离。
反而言之，在发射体(111、112)间的距离相对于准直透镜102的焦点距离为能够充分忽视的程度的大小的情况下，关于X方向，光线束111L的主光线111Lm与光线束112L的主光线112Lm所成的角度也实质上接近于0°，不会发生如各光线束(111L、112L)分离的情况。但是，为此需要使准直透镜102为具有足够长的焦点距离的透镜，导致光学系统的尺寸扩大。
特别是在配置多个多发射体型的半导体激光器芯片110的情况下，需要与各半导体激光器芯片110对应地配置准直透镜102，因此装置规模变得极其大。
上述课题在单发射体型的半导体激光器芯片100中也可能发生。即，上述课题在如下情况下也同样可能发生：为了使半导体激光器芯片100的输出上升而使发射体101的宽度变宽的情况、配置多个单发射体型的半导体激光器芯片100并使从多个半导体激光器芯片100射出的光线束向一个准直透镜102入射的情况。
实用新型内容
本实用新型鉴于上述课题，目的在于提供使用多个半导体激光器芯片来抑制装置规模的扩大并且提高光输出的光源装置。此外，本实用新型的目的在于提供具备该光源装置的投影仪。
本实用新型的光源装置的特征在于，具备：多个半导体激光器单元，包括多个光射出区域和第一折射光学系统，上述多个光射出区域设置在相同或不同的半导体激光器芯片上，上述第一折射光学系统被入射从相邻的多个上述光射出区域射出的多个第一光线束，将上述多个第一光线束分别变换为作为大致平行光线束的多个第二光线束并射出；以及第二折射光学系统，包含具有不同的倾斜角的多个平坦面，从相同的上述半导体激光器单元射出的多个上述第二光线束各自的至少一部分入射到不同的上述平坦面，将多个上述第二光线束各自的主光线的行进方向变换为与光轴大致平行并射出；上述第二折射光学系统被配置为与上述半导体激光器单元的数量对应。
如果多个第一光线束入射到第一折射光学系统，则多个第一光线束分别变换为作为大致平行光线束的多个第二光线束。但是，各第二光线束彼此、更详细地讲各第二光线束的主光线彼此具有与第一光线束的主光线彼此的间隔对应的角度而行进。第一光线束的主光线彼此的间隔依赖于射出各第一光线束的光射出区域的中心位置彼此的间隔。
上述光源装置在第一折射光学系统的后级具备包含多个平坦面的第二折射光学系统，该多个平坦面具有不同的倾斜角。并且，从同一半导体激光器单元射出的、更详细地讲从同一第一折射光学系统射出的多个第二光线束各自的至少一部分入射到第二折射光学系统的不同的平坦面。根据形成于平坦面的倾斜角，多个第二光线束折射，其行进方向变化。这里，对于各平坦面，倾斜角被设定为，使多个第二光线束各自的主光线的行进方向与光轴大致平行。其结果，穿过第二折射光学系统之后的各第二光线束的彼此的行进方向实质上成为相同方向。
因而，第二光线束的主光线彼此实质上成为平行光(大致平行光)，因此各第二光线束彼此不会交叉，或者仅仅极其微细的光线彼此交叉。
上述光源装置具备多个包括半导体激光器芯片以及第一折射光学系统的半导体激光器单元，并具备与该半导体激光器单元的数量对应的多个第二折射光学系统。由此，从各第二折射光学系统射出的多个光线束各自的主光线彼此实质上被平行化。其结果，通过使这些光线束在后级聚光，能够得到具有高放射照度的光。
并且，根据上述光源装置，通过在各第一折射光学系统的后级配置第二折射光学系统，光线的扩散得以抑制，因此不需要配置焦点距离长的大型准直透镜，装置规模的扩大得以抑制。
上述光源装置也可以具备多个在同一半导体激光器芯片上具有多个光射出区域(所谓的“发射体”)而成的多发射体型的半导体激光器芯片，并且也可以具备多个在同一半导体激光器芯片上具有单一的光射出区域(发射体)而成的单发射体型的半导体激光器芯片。
上述光源装置中，也可以是，上述第一折射光学系统在光射出面侧具有凸曲面，上述第二折射光学系统相对于上述第一折射光学系统配置在比上述第一折射光学系统的焦点距离更远离的位置。
从第一折射光学系统射出的多个第二光线束的主光线彼此在第一折射光学系统的焦点的位置交叉。各第二光线束的上光线和下光线的宽度实质上是共通的，因此在第一折射光学系统的焦点的位置上，各第二光线束彼此完全重合。假如没有配置第二折射光学系统，则各第二光线束彼此随着远离第一折射光学系统的焦点的位置，相互具有扩散地行进。
另外，从第一折射光学系统射出的第二光线束呈现在主光线的位置上光强度最高、越远离主光线则光强度越急剧下降的配光分布，例如高斯分布那样的分布。
根据上述结构，至少从第一折射光学系统射出的多个第二光线束的主光线分别入射到第二折射光学系统的不同的平坦面上。也就是说，各第二光线束之中放射照度极高的光线在入射到不同的平坦面之后，相互被大致平行化。其结果，如上所述，通过由后级的聚光光学系统对从第二折射光学系统射出的多个光线束进行聚光，能够得到具有高放射照度的光。
在上述结构中，也可以是，上述第二折射光学系统配置在相邻的一对上述第二光线束之中的一方的上述第二光线束的上光线与另一方的上述第二光线束的下光线交叉的特定位置，或者比上述特定位置更远离上述第一折射光学系统的位置。
在上述特定位置上，相邻的一对上述第二光线束彼此完全被分离。假如没有配置第二折射光学系统，则各第二光线束彼此随着远离上述特定位置，相离距离变宽地分散行进。
也就是说，通过在上述特定位置或比该特定位置靠后级配置第二折射光学系统，从第一折射光学系统射出的多个第二光线束分别完全入射到第二折射光学系统的不同的平坦面上。其结果，能够使各第二光线束中包含的全部光线成为大致平行光而向后级引导。
相反，也可以是，上述第二折射光学系统相对于上述第一折射光学系统，配置在比上述第一折射光学系统的焦点距离更远离且比上述特定位置靠前级的位置。在该情况下，相邻的第二光线束彼此以一部分具有重合的状态入射到第二折射光学系统的平坦面。
假如没有配置第二折射光学系统，则与特定位置或比其后级的位置相比，在比特定位置靠前级的位置上多个第二光线束整体的宽度(相对于光轴正交的平面上的外形)更小。也就是说，根据上述结构，多个第二光线束以光束宽度小的状态被引导至第二折射光学系统。其结果，能够使从第二折射光学系统射出的多个第二光线束成为光束宽度小的光线束来向后级引导。
另外，在该结构的情况下，入射到第二折射光学系统的平坦面的第二光线束所包含的一部分光线向与同光线束的主光线不同的方向行进。该光线不被后级的聚光光学系统聚光至目的位置，而可能成为杂散光。但是，如上所述，各第二光线束呈现例如高斯分布那样的分布，并且各第二光线束所包含的主光线附近的光线通过第二折射光学系统向与主光线相同方向行进，因此这些光线被后级的聚光光学系统聚光至目的位置。也就是说，在该方式中，不能利用的光线的强度也极低，在作为装置整体考虑的情况下，并不对光的利用效率造成大的影响。
上述第二折射光学系统可以配置在从相邻的上述半导体激光器单元射出的上述第二光线束不被入射的位置。这对应于规定第二折射光学系统相对于第一光学系统的相隔位置的优选的上限值。
假如将第二折射光学系统配置在从第一折射光学系统极远的位置，则从相邻的半导体激光器单元射出的第二光线束入射到该第二折射光学系。此时，可能发生以下的问题。
由于第二折射光学系统配置在从第一折射光学系统极远的位置，因此从同一第一折射光学系统射出的多个第二光线束彼此完全分离，进而以其相隔距离大的状态入射到第二折射光学系统的各平坦面。其结果，第二折射光学系统中需要使各平坦面的大小变大或使各平坦面间的间隔变大，导致第二折射光学系统的规模变大。
进而，对于第二折射光学系统之中的位于端部的平坦面，入射从对应的第一折射光学系统射出的第二光线束。相对于此，对于第二折射光学系统之中的位于端部以外的平坦面，除了来自对应的第一折射光学系统的第二光线束以外，还入射来自相邻的第一折射光学系统的第二光线束。在该情况下，较多的光线不与光轴平行地行进，光的利用效率有可能降低。
通过采用上述的结构，不用使第二折射光学系统的大小扩大到必要以上就能够提高光的利用效率。
上述第二折射光学系统也可以在光入射面侧具有多个上述平坦面，多个上述平坦面中的一个上述平坦面是与光轴正交的面。在该情况下，通过使一个光射出区域的中心位置和由与光轴正交的面构成的上述平坦面的中心位置分别在光轴上对位，能够进行光学系统的对位。
上述第二折射光学系统也可以在光射出面侧具有与光轴的正交面。
上述光源装置也可以在与上述平坦面相反侧的面中，具有多个上述第二折射光学系统被一体化而成的第一光学部件。在该情况下，各第二折射光学系统对应于第一光学部件的一部分。
上述光源装置也可以在上述第二折射光学系统的后级的位置上，具有由前级复眼透镜以及后级复眼透镜构成的积分光学系统；上述前级复眼透镜连结于上述第一光学部件的光射出面侧而配置，包括比多个上述第二折射光学系统所具备的具有相同的上述倾斜角的上述平坦面彼此的周期短的周期配置的多个透镜。
通过使光源装置具有积分光学系统，能够在其后级使照射面上的照度大致均匀化。此时，通过将积分光学系统中包含的前级复眼透镜与由多个第二折射光学系统一体化而成的第一光学部件连结而配置，能够使光轴方向的装置规模缩小化。
上述光源装置也可以具备积分光学系统，该积分光学系统配置在从一个上述第二折射光学系统射出的光线束的下光线与从相邻的上述第二折射光学系统射出的其他光线束的上光线交叉的位置上，由使曲面相互对置地配置的前级复眼透镜以及后级复眼透镜构成。
通过使光源装置具有积分光学系统，能够在其后级使照射面上的照度大致均匀化。而且，根据上述的结构，从某第二折射光学系统射出的光线和从相邻的第二折射光学系统射出的光线入射到作为前级复眼透镜的构成要素的同一透镜(单透镜)。其结果，入射到前级复眼透镜中包含的各单透镜的时间点的光的放射照度的偏差在某些程度上得以抑制，因此抑制其后级的照射面上的照度偏差的效果进一步提高。
另外，从相邻的第二折射光学系统射出的光线是从相邻的半导体激光器芯片射出的光线。也就是说，根据上述的结构，不仅是从同一半导体激光器芯片射出的光线，还有从一部分相邻的半导体激光器芯片射出的光线也入射到作为前级复眼透镜的构成要素的同一单透镜。由此，在将从光源装置射出的光进行聚光而向对象物照射时，可以期待减少照射面上的散斑噪声的效果。
本实用新型的投影仪的特征在于，利用从上述光源装置射出的光，对图像进行投影。
实用新型效果
根据本实用新型，实现使用多个半导体激光器芯片来抑制装置规模的扩大并且提高光输出的光源装置。
附图说明
图1A是示意地表示单发射体型的半导体激光器芯片的构造的立体图。
图1B是分为将从图1A的半导体激光器芯片射出的光线束从X方向观察的情况和从Y方向观察情况而示意地图示的图。
图2A是示意地表示在半导体激光器芯片的后级配置了准直透镜的情况下在YZ平面方向上行进的光线束的图。
图2B是示意地表示在半导体激光器芯片的后级配置了准直透镜的情况下在XZ平面方向上行进的光线束的图。
图3A是示意地表示多发射体型的半导体激光器芯片的构造的立体图。
图3B是分为将从图3A的半导体激光器芯片射出的光线束从X方向观察的情况和从Y方向观察的情况而示意地图示的图。
图4是示意地表示在图3A的半导体激光器芯片的后级配置了准直透镜的情况下在XZ平面方向上行进的光线束的图。
图5是示意地表示在与图4的结构相比扩大了发射体间的距离的情况下在XZ平面方向上行进的光线束的图。
图6是示意地表示光源装置的一个实施方式的结构的图。
图7A是从图6中提取一个半导体激光器单元和配置在其后级的第二折射光学系统而图示的图。
图7B是图7A的一部分放大图。
图7C是图7A的一部分放大图。
图8是示意地表示从图7A的状态将第二折射光学系统的配置位置移动到前级的情况的光线的行进的图。
图9A是示意地表示第二折射光学系统的其他结构例的图。
图9B是示意地表示第二折射光学系统的其他结构例的图。
图10是示意地表示第二折射光学系统的其他结构例的图。
图11是示意地表示第二折射光学系统的其他结构例的图。
图12是示意地表示光源装置的其他实施方式的结构的图。
图13是示意地表示光源装置的其他实施方式的结构的图。
图14是将图13的一部分提取并示意地放大的图。
图15是示意地表示第二折射光学系统和积分光学系统的其他方式的图。
图16是示意地表示光源装置的其他实施方式的结构的图。
图17是示意地表示包括光源装置的投影仪的结构例的图。
图18是示意地表示光源装置的其他实施方式的结构的图。
附图标记说明
1：光源装置；
2：半导体激光器单元；
3：第二折射光学系统；
3a、3b：第二折射光学系统所具备的平坦面；
5：半导体激光器芯片；
5a：半导体激光器芯片的中心位置；
6：第一折射光学系统；
9：投影仪；
10、20：光射出区域；
11、21：第一光线束；
12、22：第二光线束；
30：第一光学部件；
40：后级光学系统；
50：积分光学系统；
61：第一折射光学系统的光轴；
62：第二折射光学系统的光轴；
70：照明光学系统；
71：蓝色光源；
72：荧光光源；
73：扩散反射光学系统；
74、75：二向色镜；
76：合成光学系统；
80：分光·投影光学系统；
81a、81、81c：二向色镜；
81d、81e：镜；
82B、82G、82R：调制装置；
84：投射光学系统；
85：颜色合成光学系统；
90：屏幕；
100、110：半导体激光器芯片；
101、111、112：发射体；
101L.、111L、112L：从发射体射出的光线束；
102：准直透镜。
具体实施方式
以下，适当参照附图对本实用新型的光源装置以及投影仪的各实施方式进行说明。另外，以下的各附图都是示意地图示的，实际的尺寸与附图上的尺寸并不一定一致。
图6是示意地表示光源装置的一个实施方式的结构的图。光源装置1具备多个半导体激光器单元(2、2、……)、以及对应于各半导体激光器单元的数量而配置的第二折射光学系统(3、3、……)。另外，图6中图示了从第二折射光学系统(3、3、……)射出的光被引导的后级光学系统40。
半导体激光器单元2具备半导体激光器芯片5和第一折射光学系统6。图7A是提取一个半导体激光器单元2和与该半导体激光器单元2对应地配置的第二折射光学系统3而图示的图。在本实施方式中，半导体激光器芯片5是具备多个光射出区域(10、20)的多发射体型的构造，示出与参照图3A来叙述的半导体激光器芯片110同样的形状。以下，与图3A同样，将光射出区域(10、20)相邻的方向设为X方向、将光轴方向设为Z方向、将与X以及Z方向正交的方向设为Y方向来进行说明。另外，7B是在图7A中将从光射出区域(10、20)到第一折射光学系统6的部分放大的图。
半导体激光器芯片5所具备的各光射出区域(10、20)的快轴方向(y方向)的宽度为2μm以下，作为一例是1μm。各光射出区域(10、20)的慢轴方向(X方向)的宽度为5μm以上且500μm以下，作为一例是80μm。各光射出区域(10、20)的间隔(X方向)为50μm以上且1000μm以下，作为一例是150μm。
半导体激光器芯片5从各光射出区域(10、20)射出大致圆锥形状的第一光线束(11、21)。此时，与参照图3B而叙述的同样，各光射出区域(10、20)关于Y方向形成于同一坐标位置，因此在从X方向观察时各第一光线束(11、21)完全重叠。另一方面，各光射出区域(10、20)关于X方向形成于不同的坐标位置，因此在从Y方向观察时各第一光线束(11、21)以各自的位置相偏离的方式被显示。图7A示意地表示将各第一光线束(11、21)从Y方向观察时的光线图。
更详细地讲，如图7B所示，第一光线束11由被上光线11a与下光线l1b夹着的光线群规定。将在上光线11a与下光线11b的之间行进的光线定义为主光线11m。同样，第一光线束21由被上光线21a与下光线21b夹着光线群规定，在其中间的位置存在主光线21m。为了方便，将主光线(11m、21m)用单点划线表示。另外，图7A以及图7B中，将第一折射光学系统6的光轴图示为光轴61。
半导体激光器芯片5以其中心位置5a位于第一折射光学系统6的光轴61上的方式配置。其结果，各光射出区域(10、20)分别配置于关于X方向从光轴61离开的位置。进而，各个光射出区域(10、20)中，也在X方向上具有大小，因此在与光轴61近的一侧的端部与从光轴61远的一侧的端部之间，在各自距光轴的距离上产生差。
半导体激光器芯片5和第一折射光学系统6在Z方向上相离开相当于第一折射光学系统6的焦点距离f6而配置。由此，从半导体激光器芯片5的各光射出区域(10、20)射出的各第一光线束(11、21)由第一折射光学系统6折射，分别变换为作为大致平行光线束的第二光线束(12、22)。第一折射光学系统6只要是将各第一光线束(11、21)变换为作为大致平行光线束的第二光线束(12、22)的光学系统，由任何光学部件构成都可以。
如上所述，各光射出区域(10、20)分别配置于关于X方向从光轴61离开的位置。因此，作为大致平行光线束的第二光线束(12、22)各自的主光线(12m、22m)朝向第一折射光学系统6的后级的(光射出面侧的)焦点位置行进。其结果，第二光线束(12、22)分别作为大致平行光线束行进，但各自的行进方向不同。图7A中图示了各第二光线束(12、22)交叉的情况。
第二光线束(12、22)被引导至配置在第一折射光学系统6的后级的第二折射光学系统3。图7C是将图7A中第二折射光学系统3附近的部分放大的图。图7C中，将第二折射光学系统3的光轴表示为“光轴62”。在本实施方式中，假设各折射光学系统(6、3)的位置被调整为第一折射光学系统6的光轴61与第二折射光学系统3的光轴62一致来进行说明。
如图7C所示，第二折射光学系统3具有设置在光入射面侧的表示不同的倾斜角(θa、θb)的多个平坦面(3a、3b)和设置在光射出面侧的平坦面3c。平坦面3c由相对于光轴62(61)正交的面构成。
这里，平坦面(3a、3b)的倾斜角(8a、8b)是指以光轴62为基准时的角度，关于该角度，根据旋转方向附加正负的值来区分。这里，将旋转方向为逆时针方向的情况设为正，将顺时针方向的情况设为负。即，根据图7C的例子，第二折射光学系统3的平坦面3a相对于光轴62向逆时针方向倾斜，倾斜角θa是正的值。另一方面，第二折射光学系统3的平坦面3b相对于光轴62向顺时针方向倾斜，倾斜角θb是负的值。也就是说，平坦面3a的倾斜角θa和平坦面3b的倾斜角θb是分别不同的值。
对于第二折射光学系统3而言，以使入射到各平坦面(3a、3b)的第二光线束(12、22)相对于光轴62大致平行的方式来设定各个倾斜角(θa、θb)。更详细地讲，平坦面3a的倾斜角θa被设定为，使得当被入射第二光线束22的主光线22m时，其主光线22m相对于光轴62大致平行。同样，平坦面3b的倾斜角θb被设定为，使得当被入射第二光线束12的主光线12m时，其主光线12m相对于光轴62大致平行。
根据该结构，穿过第二折射光学系统3的各第二光线束(12、22)分别向实质上相同的方向(相对于光轴62平行的方向)行进。如参照图6来叙述的那样，光源装置1对应于半导体激光器单元2的数量而具备第二折射光学系统3。其结果，从各第二折射光学系统3射出的第二光线束(12、22)都成为实质上朝向相同的方向行进的大致平行光线束。其结果，在后级光学系统40包括聚光光学系统的情况下，能够将在该后级光学系统40内聚光的光线束群的光束宽度缩小化。
第二折射光学系统3只要具有将入射的各第二光线束(12、22)变换为相对于光轴62大致平行的功能，由任何光学部件构成都可以。作为一例，第二折射光学系统3由棱镜构成。
图7A中图示了第二折射光学系统3呈向第一折射光学系统6侧凸的形状的情况。在该情况下，第二折射光学系统3配置于在Z方向上比第一折射光学系统6的焦点距离f6更向远方离开的位置。图7A中，在Z方向(光轴61、62的方向)上比如下位置z1(对应于“特定位置”)靠后级的位置配置了第二折射光学系统3，上述位置z1为相邻的一对第二光线束(12、22)中的一方的第二光线束12的上光线12a与另一方的第二光线束22的下光线22b交叉的位置。在第二折射光学系统3配置在这样的位置上的情况下，各第二光线束(12、22)以分别完全分离的状态向第二折射光学系统3入射。
图8是示意地表示从图7A的状态将第二折射光学系统3的配置位置向前级(第一折射光学系统6侧)移动的情况下的各光线的行进的图。穿过第二折射光学系统3的光线束整体的宽度(光束宽度d)比7A的情况变小。其结果，能够使光线束群以将光束宽度缩小化的状态向后级光学系统40内入射，因此有利于装置规模的缩小化。
另外，在图8的方式中，如上所述，各第二光线束(12、22)以各第二光线束(12、22)的一部分重叠的状态向第二折射光学系统3入射。也就是说，对于第二折射光学系统3的各平坦面(3a、3b)，入射相邻的第二光线束(12、22)的一部分光线。更详细地讲，对于平坦面3a，除了包含主光线22m的第二光线束22以外，还入射第二光线束12的上光线12a附近的光线。同样，对于平坦面3b，除了包含主光线12m的第二光线束12以外，还入射第二光线束22的下光线22b附近的光线。
如参照图7A～图7C来叙述的那样，第二折射光学系统3所具备的平坦面(3a、3b)各自的倾斜角(θa、θb)被设定为，使入射到各平坦面(3a、3b)的第二光线束(12、22)相对于光轴62大致平行。更详细地讲，平坦面3a的倾斜角θa被设定为，使包含主光线22m的第二光线束22相对于光轴62大致平行化，平坦面3b的倾斜角θb被设定为，使包含主光线12m的第二光线束12相对于光轴62大致平行化。
也就是说，针对向平坦面3a入射的光线之中的属于第二光线束22的光线，变换为相对于光轴62大致平行的光线。但是，如上所述，对于平坦面3a，还入射第二光线束12的上光线12a附近的光线。该光线以与第二光线束22不同的入射角向平坦面3a入射，因此与第二光线束22不同，成为相对于光轴62不平行的光线。
同样，针对向平坦面3b入射的光线之中的属于第二光线束12的光线，变换为相对于光轴62大致平行的光线。但是，如上所述，对于平坦面3b，还入射第二光线束22的下光线22b附近光线。该光线以与第二光线束12不同的入射角向平坦面3b入射，因此与第二光线束12不同，成为相对于光轴62不平行的光线。
也就是说，入射到平坦面3a的第二光线束12的上光线12a附近的光线、以及入射到平坦面3b的第二光线束22的下光线22b附近的光线都在后级光学系统40中不聚光到目的的位置，可能成为杂散光。
但是，第二光线束(12、22)呈现以各自的主光线(12m、22m)为最大强度、越远离主光线则光强度越急剧下降的配光分布，例如像高斯分布那样的分布。即，入射到平坦面3a的第二光线束12的上光线12a附近的光线的强度、以及入射到平坦面3b的第二光线束22的下光线22b附近的光线的强度极其低。
也就是说，通过将第二折射光学系统3配置在图8中图示的位置，即使产生如上述的杂散光，其光量也微小，因此对作为光源装置1整体的光的利用效率不会造成大的影响。通过将第二折射光学系统3配置在图8中图示的位置，反而与图7A中图示的装置结构相比，能够使向后级引导的光束径d的宽度缩小化，因此能够向有限的区域内引导更多的光线束，起到能够实现高输出的光源装置1的效果。
图7A所示的第二折射光学系统3在光入射面侧具备具有倾斜角的平坦面(3a、3b)，在光射出面侧具有相对于光轴62正交的平坦面3c。相对于此，也可以如图9A所示，第二折射光学系统3在光入射面侧具有相对于光轴62正交的平坦面3c，在光射出面侧具备具有倾斜角的平坦面(3a、3b)。
根据该结构，各第二光线束(12、22)如果向第二折射光学系统3的平坦面3c入射，则折射而使行进方向变化，在第二折射光学系统3的内部行进，然后如果到达平坦面(3a、3b)，则再次折射而行进方向变化，相对于光轴62大致平行。换言之，根据该图9A的结构，为了使各第二光线束(12、22)的行进方向相对于光轴62大致平行，能够使各第二光线束(12、22)折射2次。
其结果，与图7A的情况相比，能够使第二折射光学系统3的光入射面侧的各第二光线束(12、22)的入射角度变小，能够削减第二折射光学系统3的表面中的反射光的光量。也就是说，根据9A的结构，与图7A的情况相比，能够提高光的利用效率。
此外，也可以如图9B所示，第二折射光学系统3在光入射面侧具备具有倾斜角的平坦面(3a、3b)，在光射出面侧具备具有倾斜角的平坦面(3d、3e)。在该情况下，也与图9A的结构同样，为了使各第二光线束(12、22)的行进方向相对于光轴62大致平行，能够使各第二光线束(12、22)折射2次，因此第二折射光学系统3的表面上的反射光量得以抑制，能够提高光的利用效率。
另外，也可以是，第二折射光学系统3的光轴62不一定与第一折射光学系统6的光轴61一致。例如，也可以是，如图10所示，通过使第二折射光学系统3的光射出面侧的平坦面3c倾斜，使从第二折射光学系统3射出的各第二光线束(12、22)相对于第二折射光学系统3的光轴62大致平行，而与第一折射光学系统6的光轴61不平行。例如，后级光学系统40中，为了向光学系统引导而需要使用反射光学系统(镜等)使光线束的行进方向变更等情况下，通过采用如图10所示的结构，能够预先在第二折射光学系统3侧调整行进方向，因此可得到削减光学部件的件数的效果。
此外，图7A中图示的第二折射光学系统3中，第二折射光学系统3所具有的各平坦面(3a、3b)都相对于与第一折射光学系统6的光轴61正交的平面(XY平面)倾斜。相对于此，也可以如图11中图示，例如平坦面3b以相对于第一折射光学系统6的光轴61正交的方式配置。
图11中图示的半导体激光器单元2以光射出区域10的中心位置与第一折射光学系统6的光轴61一致的方式配置。在该情况下，从光射出区域10射出的第一光线束11所包含的主光线11m以位于第一折射光学系统6的光轴61的方式行进。因此，第一光线束11在入射到第一折射光学系统6之后，变换为向与第一折射光学系统6的光轴61平行的方向行进的大致平行光线束(第二光线束12)。
因此，通过使该第二光线束12向以与第一折射光学系统6的光轴61正交的方式配置的平坦面3b入射，能够使其在穿过第二折射光学系统3之后也接着向与第一折射光学系统6的光轴61(第二折射光学系统3的光轴62)平行的方向行进。另一方面，关于从光射出区域20射出的第一光线束21，如参照图7A叙述的那样，由于与第一折射光学系统6的光轴61不平行地行进，因此通过向设置于第二折射光学系统3的倾斜的平坦面3a入射，能够变换为与光轴(61、62)大致平行。
根据该结构，半导体激光器单元2与第二折射光学系统3的光学上的对位变得容易。
作为其他结构例，如图12中图示，光源装置1所具备的多个第二折射光学系统(3、3…….)能够形成各自被一体化而成的第一光学部件30。在图12中图示的例中，各个第二折射光学系统3呈参照图7C叙述的形状。在该情况下，关于第一光学部件30的面之中的光射出面侧的面，设为构成正交面的平坦面3c，并将这些在各第二折射光学系统3中共用。此外，关于第一光学部件30的面之中的光入射面侧的面，以与半导体激光器单元2的数量对应的数量连续地形成多个倾斜的平坦面(3a、3b)。这样形成的图12所示的光源装置1在光学上呈现参照图6而叙述的光源装置1相同的功能。
此外，在图6中图示的源装置1中，各第二折射光学系统3被入射从对应于各自的半导体激光器单元2射出的光线束，而从其相邻的半导体激光器单元2射出的光线束优选的是不被入射。第二折射光学系统3中被入射从相邻的半导体激光器单元2射出的光线束的情况对应于第二折射光学系统3的配置位置在光轴61的方向上从半导体激光器单元2(更详细地讲是第一折射光学系统6)极其远的情况。
在这样的结构的情况下，从相同的第一折射光学系统6射出并向第二折射光学系统3入射的第二光线束(12、22)彼此的相隔距离变大。为了使这样的第二光线束(12、22)入射，必须使第二折射光学系统3的平坦面(3a、3b)呈在X方向上具有大尺寸的形状。其结果，第二折射光学系统3形状大型化。
如图13所示，光源装置1也可以为在各第二折射光学系统3的后级具备积分光学系统50的结构。图14是将图13的一部分提取而示意地放大的图。积分光学系统50包括前级复眼透镜51和后级复眼透镜52，前级复眼透镜51和后级复眼透镜52相互对置地配置。前级复眼透镜51以及后级复眼透镜52形成为将同一焦点距离、同一形状的多个透镜(单透镜)在纵向和横向上分别排列多个的结构。
根据该结构，穿过了各第二折射光学系统3的第二光线束(12、22)被积分光学系统50形成多重像，由此形成使照射面上的照度分布均匀化的伪光源。也就是说，穿过了积分光学系统50的光线束向后级光学系统40入射，由此被照射从后级光学系统40射出的光的对象照射面上的照度偏差得以抑制。
另外，如图15中图示，也可以是第二折射光学系统3和积分光学系统50的前级复眼透镜51被一体化的结构。在该情况下，与第二折射光学系统3的周期、更详细地讲具有相同的倾斜角的平坦面彼此(例如平坦面3a彼此)的周期相比，前级复眼透镜51所具备的多个透镜的周期以更短周期构成。
进而，也可以如图12中图示，光源装置1所具备的多个第二折射光学系统(3、3、……)在形成各自被一体化而成的第一光学部件30的情况下，在该第一光学部件30的光射出面侧，积分光学系统50的前级复眼透镜51被一体化(参照图16)。
另外，如参照图8说明的那样，在将第二折射光学系统3稍靠近第一折射光学系统6而配置的情况下，从第二折射光学系统3射出的光强度弱的一部分光线不与光轴62平行地行进。通过使该光线向与相邻的第二折射光学系统3对应地配置的积分光学系统50入射，可得到降低被照射从后级光学系统40射出的光的对象照射面上的散斑对比度的效果。
图17是示意地表示包括上述的光源装置1的投影仪的结构例的图。投影仪9具备包括光源装置1的照明光学系统70、将由照明光学系统70引导的光进行分光之后向屏幕90投影的分光·投影光学系统80。
在图17所示的例中，设想了使光源装置1为红色用光源的情况。即，照明光学系统70具备作为红色用光源的光源装置1、蓝色光源71、接受从蓝色光源71射出的蓝色光并生成荧光的荧光光源72、扩散反射光学系统73、二向色镜(74、75)、积分光学系统50以及合成光学系统76。
从光源装置1射出的光密度高的红色光R在被二向色镜74反射之后，引导至积分光学系统50。此外，从蓝色光源71射出的蓝色光B根据偏振被分离为由二向色镜75反射的光和透射二向色镜75的光。例如，二向色镜75也可以包含能够根据偏振方向对光的行进方向进行控制的偏振分离元件。
由二向色镜75反射的某偏振方向的蓝色光被引导至荧光光源72，被用作荧光光源72所包含的荧光体的激励光，得到的荧光透射二向色镜(75、74)被引导至积分光学系统50。透射了二向色镜75的其他偏振方向的蓝色光向扩散反射光学系统73入射，其扩散光从扩散反射光学系统73反射并被引导至二向色镜75。该光在被二向色镜75反射之后，透射二向色镜74被引导至积分光学系统50。
在积分光学系统50中，使各色光的照度分布均匀化之后，由合成光学系统76合成为白色光。合成光学系统76也可以为包括使偏振方向均匀化的偏振变换元件的结构。
穿过了合成光学系统76的白色光被引导至分光·投影光学系统80。由分光·投影光学系统80所包含的各二向色镜(81a、81b、81c)进行颜色分离而得到的各色光适当地经由镜(81d、81e)调整行进方向之后，向各色的调制装置(82R、82G、82B)入射。调制装置(82R、82G、82B)根据图像信息对各色光进行调制，向颜色合成光学系统83输出。颜色合成光学系统83将对应于上述图像信息的图像光进行合成，向投射光学系统84入射。投射光学系统84将图像光投射到屏幕90。
在图17所示的投影仪9的结构的情况下，合成光学系统76以及分光·投影光学系统80对应于图6中的后级光学系统40。
另外，关于图17所示的投影仪9，设想了将本实施方式的光源装置1利用于生成红色光的光源的情况，但也可以为生成蓝色光的光源。在该情况下，也可以具备生成蓝色光的光源装置1、以及被入射从该光源装置1射出的蓝色光作为励起光并生成荧光的荧光光源，将蓝色光和荧光经由合成光学系统76合成而生成白色光。
另外，如参照图15以及图16叙述的那样，光源装置1所具备的各第二折射光学系统3也可以与积分光学系统50一体化。在该情况下，也可以省略图17中图示的配置在二向色镜74与合成光学系统76之间的积分光学系统50的配置。
进而，投影仪9也可以是通过本实施方式的光源装置1生成R、G、B各色的光、由合成光学系统76对这些光进行合成的形态。即，光源装置1也可以分别具备生成蓝色光的半导体激光器芯片5、生成红色光的半导体激光器芯片5、生成绿色光的半导体激光器芯片5。在该情况下，从各光源装置1射出的各色光也可以通过光纤等导光部件被传播，并向各色的调制装置(82R、82G、82B)入射。
另外，关于图17所示的投影仪9，设想调制装置(82R、82G、82B)由透射型液晶元件构成的情况而进行了图示，但也可以使用反射型调制装置(DMD:数字微镜设备，注册商标)。分光·投影光学系统80根据调制装置的结构而被适当设定。
[其他实施方式]
以下，对其他实施方式进行说明。
<1>参照图6等而叙述的半导体激光器芯片5是具有两个光射出区域(10、20)的多发射体型结构。该半导体激光器芯片5所具备的光射出区域的数量不限定于2个，也可以是3个以上。第二折射光学系统3所具备的倾斜角不同的平坦面(3a、3b、……)的数量根据同一半导体激光器单元2所包含的光射出区域的数量而设定。
相反，也可以是，各半导体激光器芯片5是例如参照图1A来叙述的具有单独的光射出区域的单发射体型结构，是来自多个半导体激光器芯片5的射出光向第一折射光学系统6入射的结构(参照图18)。进而，如图18所示，在来自多个半导体激光器芯片5的射出光向第一折射光学系统6入射的方式中，各半导体激光器芯片5也可以是多发射体型构造。此外，第一折射光学系统6只要与各半导体激光器芯片5对应地设置即可，即使该第一折射光学系统6自身被单独设置，也可以一体形成为阵列状。
<2>在上述实施方式中，设想各半导体激光器芯片5为光射出区域(10、20)形成在半导体激光器芯片5的端面上的所谓的“端面发光型”构造的情况而进行了说明。但是，即使各半导体激光器芯片5为沿半导体层的层叠方向取出光的所谓的“面发光型”构造，也同样能够应用本实用新型。
<3>只要是将多个光线束进行聚光并向规定的照射对象物照射的应用，除了投影仪以外也能够应用本实用新型的光源装置1。作为一例，能够将光源装置1作为曝光装置用的光源来利用。
<4>上述的光源装置1所具备的光学配置方式只不过是一例，本实用新型并不限定于图示的各结构。例如，在某光学系统与其他光学系统之间，也可以适当存在用于使光的行进方向变化的反射光学系统。

Claims (10)

1.一种光源装置，其特征在于，具备：
多个半导体激光器单元，包括多个光射出区域和第一折射光学系统，上述多个光射出区域设置在相同或不同的半导体激光器芯片上，上述第一折射光学系统被入射从相邻的多个上述光射出区域射出的多个第一光线束，将上述多个第一光线束分别变换为作为大致平行光线束的多个第二光线束并射出；以及
第二折射光学系统，包含具有不同的倾斜角的多个平坦面，从相同的上述半导体激光器单元射出的多个上述第二光线束各自的至少一部分入射到不同的上述平坦面，将多个上述第二光线束各自的主光线的行进方向变换为与光轴大致平行并射出；
上述第二折射光学系统与上述半导体激光器单元的数量对应地被配置。
2.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，
上述第一折射光学系统在光射出面侧具有凸曲面，
上述第二折射光学系统相对于上述第一折射光学系统配置在比上述第一折射光学系统的焦点距离更远离的位置。
3.如权利要求2所述的光源装置，其特征在于，
上述第二折射光学系统配置在相邻的一对上述第二光线束之中的一方的上述第二光线束的上光线与另一方的上述第二光线束的下光线交叉的特定位置，或者比上述特定位置更远离上述第一折射光学系统的位置。
4.如权利要求1～3中任一项所述的光源装置，其特征在于，
上述第二折射光学系统配置在不被入射从相邻的上述半导体激光器单元射出的上述第二光线束的位置。
5.如权利要求1～3中任一项所述的光源装置，其特征在于，
上述第二折射光学系统在光入射面侧具有多个上述平坦面，多个上述平坦面之中的一个上述平坦面为相对于光轴正交的面。
6.如权利要求5所述的光源装置，其特征在于，
上述第二折射光学系统在光射出面侧具有相对于光轴的正交面。
7.如权利要求5所述的光源装置，其特征在于，
在与上述平坦面相反侧的面中，具有多个上述第二折射光学系统被一体化而成的第一光学部件。
8.如权利要求6所述的光源装置，其特征在于，
在与上述平坦面相反侧的面中，具有多个上述第二折射光学系统被一体化而成的第一光学部件。
9.如权利要求7或8所述的光源装置，其特征在于，
在上述第二折射光学系统的后级的位置上，具有由前级复眼透镜以及后级复眼透镜构成的积分光学系统；
上述前级复眼透镜连结于上述第一光学部件的光射出面侧而配置，包括以比多个上述第二折射光学系统所具备的具有相同的上述倾斜角的上述平坦面彼此的周期短的周期而配置的多个透镜。
10.一种投影仪，其特征在于，
利用从权利要求1～3中任一项所述的光源装置射出的光，将图像进行投影。
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