JP2016051603A - 光源装置及び該光源装置を備えたプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】全長が短い合波光学部品を用いて、その出射面において均一な光強度分布を得ることにより、小型で高性能な光源装置及びプロジェクタを提供する。【解決手段】 第１の半導体レーザ及び該第１のレーザと異なる波長の光を出射する第２の半導体レーザが、出射方向が同一であって、各半導体レーザのファーフィールドパターンの短軸方向が略一致するように配置されたレーザモジュールと、レーザモジュールからの出射光が集光されることなく入射する合波光学部品と、を備え、レーザモジュールの出射面において、第１の半導体レーザ及び第２の半導体レーザが短軸方向に線対称に配置されている光源装置及び該光源装置を備えたプロジェクタを提供する。【選択図】図８

Description

本発明の実施態様は、半導体レーザを用いた光源装置、及びこの光源装置を備えたプロジェクタに関する。

プロジェクタ等で用いる光源装置において、従来は超高圧水銀ランプ、キセノンランプ等の放電タイプの光源が使用されていたが、消費電力や環境負荷の優位性等により、近年、半導体レーザや発光ダイオードを用いることが提案されている。半導体レーザを用いた光源装置の中には、白色光をはじめとする所望の色の光を再現するため、複数の半導体レーザ（例えば、青色半導体レーザ）と半導体レーザによって励起される蛍光体を用いた光源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−７６７８１号公報 特開２０００−１１２０３１号公報

特許文献１に記載の光源装置では、回転する蛍光体ホイールを用いて、時分割に順次、波長の異なる光（例えば、赤色光、緑色光及び青色光）を出射し、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）といった光変調手段で映像にする。

また、特許文献２に記載の光学装置では、複数の発光ダイオードを用いて、波長の異なる光を出射し、液晶パネルといった光変調手段によって映像にする。

よって、映像にするためには、光学部品を用いて、光を空間的に均一に光変調手段へ入射する必要がある。この場合、発光ダイオードと比べて、半導体レーザから出射される光は指向性があるため、均一に合波することが困難であり、合波光学部品の出射面において均一な光強度分布を得るには、合波光学部品の全長を長くする必要がある。これにより、光源装置を小型化することが困難となり、延いては、この光源装置を用いたプロジェクタの小型化も困難になる。

本発明の実施態様は、上記の課題を解決するものであり、全長が短い合波光学部品を用いて、その出射面において均一な光強度分布を得ることができ、これにより小型で高性能な光源装置を提供し、延いては、この光源装置を備えた小型で高性能なプロジェクタを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る光源装置の１つの実施態様では、第１の半導体レーザ及び該第１のレーザと異なる波長の光を出射する第２の半導体レーザが、出射方向が同一であって、各半導体レーザのファーフィールドパターンの短軸方向が略一致するように配置されたレーザモジュールと、前記レーザモジュールからの出射光が集光されることなく入射する合波光学部品と、を備え、前記レーザモジュールの出射面において、前記第１の半導体レーザ及び前記第２の半導体レーザが前記短軸方向に線対称に配置されている。

本発明に係るプロジェクタの１つの実施態様では、上記の実施態様の光源装置と、該光源装置からの出射光を結像させるための光学系と、を備えている。

以上のように本発明の実施態様によれば、全長が短い合波光学部品を用いて、その出射面において均一な光強度分布を得ることができ、これにより小型で高性能な光源装置を提供し、延いては、この光源装置を備えた小型で高性能なプロジェクタを提供することができる。

（ａ）は光源装置の外観を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の矢印Ａ−Ａから見た断面図である。 （ａ）短軸方向に並んだ半導体レーザの列が１列設けられたレーザモジュール、及び（ｂ）短軸方向に並んだ半導体レーザの列が２列設けられたレーザモジュールの構造を模式的に示した斜視図である。 短軸方向に並んだ半導体レーザの列が１列設けられたレーザモジュールから、合波光学部品に発散光が入射するところを示した斜視図である。 （ａ）短軸方向に並んだ半導体レーザの列が１列設けられたレーザモジュールから、合波光学部品に発散光が入射するところを示した斜視図と、（ｂ）従来の半導体レーザの配置の一例と、当該配置における合波光学部品出射直後の光強度分布を示す図である。 本発明の半導体レーザの配置に関する第１の実施形態の半導体レーザの配置の一例と、当該一例における合波光学部品出射直後の光強度分布を示す図である。 合波光学部品の幅方向における両端の半導体レーザから出射される光が、合波光学部品内で伝播するイメージを模式的に示した模式図である。 合波光学部品の必要寸法等を説明するための概略平面図である。 本発明の半導体レーザの配置に関する第１の実施形態の半導体レーザの配置の一例及び比較例を示す模式図である。 本発明の半導体レーザの配置に関する第１の実施形態における半導体レーザの配置の一例を示す模式図である。 本発明の半導体レーザの配置に関する第１の実施形態における半導体レーザの配置の一例を示す模式図である。 本発明の半導体レーザの配置に関する第１の実施形態における半導体レーザの配置の一例を示す模式図である。 本発明の半導体レーザの配置に関する第２の実施形態の半導体レーザの配置の一例と、当該一例における合波光学部品出射直後の光強度分布を示す図である。 本発明の半導体レーザの配置に関する第２の実施形態における半導体レーザの配置の一例を示す模式図である。 本発明のプロジェクタの実施形態の概要を示す模式図である。

本発明に係る光源装置の実施態様１では、第１の半導体レーザ及び該第１のレーザと異なる波長の光を出射する第２の半導体レーザが、出射方向が同一であって、各半導体レーザのファーフィールドパターンの短軸方向が略一致するように配置されたレーザモジュールと、前記レーザモジュールからの出射光が集光されることなく入射する合波光学部品と、を備え、前記レーザモジュールの出射面において、前記第１の半導体レーザ及び前記第２の半導体レーザが前記短軸方向に線対称に配置されている。

本実施態様により、全長が短い合波光学部品を用いて、その出射面において均一な光強度分布を得ることができる。

なお、「第１の半導体レーザ及び第２の半導体レーザが短軸方向に線対称に配置されている」ことから、第１の半導体レーザ及び第２の半導体レーザの少なくとも一方は、複数の半導体レーザがレーザモジュールに備えられていることになる。

本発明に係る光源装置の実施態様２では、上記の実施態様１において、前記線対称の中心軸により区切られる各々の半導体レーザ群であって、前記中心軸の位置に半導体レーザが存在する場合には該半導体レーザを除いた半導体レーザ群において、前記第１のレーザ及び前記第２のレーザが、前記短軸方向に線対称に配置されている。

本実施態様により、上記の実施態様１に比べ、更にその出射面において均一な光強度分布を得ることができる。

本発明に係る光源装置の実施態様３では、第１の半導体レーザ及び該第１のレーザと異なる波長の光を出射する第２の半導体レーザが、出射方向が同一であって、各半導体レーザのファーフィールドパターンの短軸方向が略一致するように配置されたレーザモジュールと、前記半導体レーザからの出射光が集光されることなく入射する合波光学部品と、を備え、前記レーザモジュールの出射面において、前記第１の半導体レーザ及び前記第２の半導体レーザが前記短軸方向に並んだ複数の列が配置され、前記列と直交する方向において１つの半導体レーザのみが存在し、仮に、該半導体レーザを前記列と直交する方向に移動させて１つの列に並ぶようにしたとき、前記第１の半導体レーザ及び前記第２の半導体レーザが前記短軸方向に線対称に配置されている。

半導体レーザの拡散光の長軸方向の拡がり角は、短軸方向の拡がり角に比べて大きいので、本実施態様により、半導体レーザの複数の列においても、全長が短い合波光学部品を用いて、その出射面において均一な光強度分布を得ることができる。

本発明に係る光源装置の実施態様４では、上記の実施態様３において、前記線対称の中心軸により区切られる各々の半導体レーザ群であって、前記中心軸の位置に半導体レーザが存在する場合には該半導体レーザを除いた半導体レーザ群において、前記第１の半導体レーザ及び前記第２の半導体レーザが、前記短軸方向に線対称に配置されている。

本実施態様により、半導体レーザの複数の列においても、上記の実施態様３に比べ、更にその出射面において均一な光強度分布を得ることができる。

本発明に係る光源装置の実施態様５では、上記の実施態様１〜４の何れかにおいて、前記第１の半導体レーザ及び前記第２の半導体レーザが、緑色波長帯の光を出射する半導体レーザ及び青色波長帯の光を出射する半導体レーザである。

本実施態様に係る光源装置を用いることにより、所望の光を出射するプロジェクタや表示装置を得ることができる。

本発明に係る光源装置の実施態様６では、上記の実施態様５において、前記レーザモジュールの出射面において、前記第１及び第２の半導体レーザが前記短軸方向に並んだ列と、赤色波長帯の光を出射する半導体レーザが前記短軸方向に並んだ列とが配置されている。

本実施態様により、白色光を出射可能な高い性能を有する光源装置を提供できる。

本発明に係る光源装置の実施態様７では、上記の実施態様１〜６の何れかにおいて、前記レーザモジュールに配置された半導体レーザの波長帯を、６００ｎｍから６５０ｎｍまでの赤色波長帯と、５００ｎｍから５５０ｎｍまでの緑色波長帯と、４４０ｎｍから４９０ｎｍまでの青色波長帯とする。

本実施態様に係る光源装置を用いることにより、所望の光を出射するプロジェクタや表示装置を得ることができる。

本発明に係る光源装置の実施態様８では、上記の実施態様１〜７の何れかにおいて、前記合波光学部品が、中実のロッドインテグレータまたは中空のライトパイプであって、光が伝播する断面が前記半導体レーザの出射光の光軸と略直交する四角柱であり、かつ該合波光学部品の断面面積が前記レーザモジュールの出射面における発光面積より広くなっている。

本実施態様では、合波光学部品の断面面積がレーザモジュールの出射面における発光面積より広くなっているので、レーザモジュールから出射された拡散光を確実に合波光学部品に入射させることができる。

本発明に係る光源装置の実施態様９では、上記の実施態様１〜８の何れかにおいて、前記短軸方向において両端に配置された前記半導体レーザの光軸間距離を発光点全長とし、前記短軸方向において隣接して配置された前記半導体レーザの光軸間距離を隣接発光点距離としたとき、前記合波光学部品の前記短軸方向の寸法である幅寸法は、
発光点全長 ＋ （最小の隣接発光点距離×４）
よりも小さくなっている。

本実施態様の条件を満たすことにより、確実に、全長が短い合波光学部品を用いて、その出射面において均一な光強度分布を得ることができる。

本発明に係る光源装置の実施態様１０では、上記の実施態様１〜９の何れかにおいて、前記短軸方向において隣接して配置された前記半導体レーザの光軸間距離を隣接発光点距離としたとき、複数の前記半導体レーザにおいて、最大の隣接発光点距離は、
（最小の隣接発光点距離×３）
よりも小さくなっている。

本実施態様の条件を満たすことにより、確実に、全長が短い合波光学部品を用いて、その出射面において均一な光強度分布を得ることができる。

本発明に係る光源装置の実施態様１１では、上記の実施態様１〜１０の何れかにおいて、前記合波光学部品の光の進行方向の寸法である長さ寸法をＬ、該合波光学部品の前記短軸方向の寸法である幅寸法をＤ、前記短軸方向の発散角をθ_Ｘ、該合波光学部品の屈折率をｎとした場合、

の関係式を満たす。

本実施態様の条件を満たすことにより、確実に、全長が短い合波光学部品を用いて、その出射面において均一な光強度分布を得ることができる。

本発明に係る光源装置の実施態様１２では、上記の実施態様１〜１１の何れかにおいて、前記合波光学部品の光の進行方向の寸法である長さ寸法をＬ、該合波光学部品の前記短軸方向の寸法である幅寸法をＤとした場合、
Ｌ＜２２×Ｄ
の関係式を満たす。

本実施態様の条件を満たすことにより、確実に、全長が短い合波光学部品を用いて、その出射面において均一な光強度分布を得ることができる。

本発明に係るプロジェクタの実施態様１では、上記の実施態様１〜１２の何れかの実施態様の光源装置と、該光源装置からの出射光を結像させるための光学系と、を備えている。

以上のように、上記の実施態様によれば、全長が短い合波光学部品を用いて、その出射面において均一な光強度分布を得ることができ、これにより小型で高性能な光源装置を実現でき、よって、この光源装置を備えた小型で高性能なプロジェクタを提供することができる。
（光源装置の概要の説明）
本発明の光源装置及びこの光源装置を備えたプロジェクタについて、以下に図面を用いながら詳細に説明する。まず、図１及び２を参照して、本発明に係る光源装置の一実施形態について説明する。図１（ａ）は光源装置の外観を示す斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の矢印Ａ−Ａから見た断面図である。図２は、光源装置に備えられた半導体モジュールの構造を模式的に示した斜視図である。

図１に示すように、光源装置２には、複数の半導体レーザ（「半導体レーザ素子」と称する場合もある）を搭載するレーザモジュールを保持する保持部材８と、光出射方向に保持部材８と接続された第１放熱部材１２と、光出射方向に対して逆方向に保持部材８と接続された第２放熱部材１４とを備える。第１及び第２放熱部材１２、１４は、主に半導体レーザの発熱で高温になったレーザモジュールを冷却する機能を有し、多数のフィンを備えて、フィンの冷却面の空冷により冷却を行う。このとき、フィンの冷却性能を高めるため、第１及び第２放熱部材１２、１４のフィンの間に空気を流すための冷却ファン１６が備えられている。

また、第１放熱部材１２には、レーザモジュールからの出射光が通過するための貫通穴部分１２ａが設けられており、合波光学部品１０が、第１放熱部材１２の貫通穴部分１２ａを貫通するように配置されている。レーザモジュール６からの出射光は、集光されることなく合波光学部品１０に入射し、合波光学部品１０内を伝播して、図１（ｂ）の断面図における右側へ出射する。合波光学部品１０は、透明なガラス等で構成された光学部品であり、合波光学部品１０を傷つけることなく、第１放熱部材１２内で保持するため、合波光学部品１０と貫通穴部分１２ａとの間には、熱伝導率の高い金属（例えば、アルミニウム）等で構成されたホルダ１０ａが配置されている。

図２に示すように、レーザモジュール６には、複数の半導体レーザ４が配置されており、更に詳細に述べれば、異なる波長の光を出射する少なくとも２種類の半導体レーザ４が配置されている。なお、図２では、半導体レーザ４が見えるように、それらを覆う部材を一部切り欠いて表している。簡略化するため、半導体レーザ４が棚状の土台部７ａ上に載置された形状で表されている。半導体レーザ４はキャップ部７ｂ及び窓部７ｃによって取り囲まれ封止されている。なお、窓部７ｃは、透明な部材で形成されており、半導体レーザ４から出射された光が透過するようになっている。半導体レーザ４から出射された光は、窓部７ｃで集光されることなく合波光学部品１０へ入射する。

レーザモジュール６から出射される光は発散光であるが、図１に示すように、レーザモジュール６の出射面近傍に、合波光学部品１０を配置することにより、レーザモジュール６からの出射光をそのまま合波光学部品１０に入射させて、合波光学部品１０内で伝播させて、光を出射することができる。このとき、合波光学部品１０内を伝播させることによって、波長の異なる複数の半導体レーザから出射される発散光の強度分布を均一にすることができる。ただし、後述するように、光が合波光学部品１０内を進む間に、合波光学部品１０の内壁で光が反射されることにより、光の強度分布を均一にするので、合波光学部品１０はそれに対応した伝搬距離を要することになる。

上述のように、レーザモジュール６等の冷却のため、第１放熱部材１２及び第２放熱部材１４が備えられており、合波光学部品１０が第１放熱部材１２の開口部１２ａを貫通するように配置されている。このとき、合波光学部品１０は、光の出射側において、第１放熱部材から外部へ突出するように延びている必要がある。これは、レーザモジュール６から出射される発散光は、直接合波光学部品１０に入射するが、合波光学部品１０から出射される光は、レーザモジュール６から出射される発散光と同じ角度で発散されるため、第１放熱部材に遮られることを防ぐためである。

このような構成にすることで、合波光学部品１０の周辺をレーザモジュール６の放熱のために空間利用することができるため、放熱部材を含めた光源装置２のサイズを小さくすることができる。更に、第１放熱部材１２で十分放熱ができれば、第２放熱部材１４を省いてもよい。これにより光学装置２を更に小型化にすることができる。

（レーザモジュールの説明）
図２に示すように、半導体レーザ４は、楕円状に拡がった発散光を出射する。この場合、半導体レーザの活性層に対して、水平方向及び垂直方向で測定した光強度分布をファーフィールドパターン（「遠視野像」とも称する）と称し、図２では、ＦＦＰ（Ｆａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｐａｔｅｒｎ）として示してある。図２において、水平方向をＸ軸方向、垂直方向をＹ軸方向、光の出射方向をＺ軸方向とする。つまり、ＸＹ面がレーザモジュール６の出射面となる。図２においては、半導体レーザの活性層がＸ軸方向に沿うように配置されており、活性層に対して水平方向がＸ軸方向であり、活性層に対して垂直方向がＹ軸方向である。

この場合、Ｘ軸方向の拡がり角をθ_Ｘ（図２（ｃ）参照）、Ｙ軸方向の拡がり角をθ_Ｙで表すと、θ_Ｘがθ_Ｙよりも小さくなる（θ_Ｘ＜θ_Ｙ）。つまり、Ｘ軸方向が楕円の短軸、Ｙ軸方向が楕円の長軸となる。

本実施形態では、短軸方向であるＸ軸方向に半導体レーザ４が並んで配置されており、図２（ａ）には、半導体レーザ４がＸ軸（短軸）方向に並んだ列が１列設けられた場合を示し、図２（ｂ）には、半導体レーザ４がＸ軸（短軸）方向に並んだ列が２列設けられた場合を示す。更に詳細に述べれば、図２（ａ）に示すレーザモジュール６は、８個の半導体レーザ４が並んだ列が１列設けられており、計８個の発散光を出射し、図２（ｂ）に示すレーザモジュール６は、８個の半導体レーザ４が並んだ列が２列設けられており、計１６個の発散光を出射する。

ここで、必ずしも、半導体レーザ４がＸ軸（短軸）方向に並んだ列を形成する必要はなく、少なくとも半導体レーザ４がＸ軸（短軸）方向に配置されていればよい。この場合でも、各半導体レーザ４からＺ軸方向に、Ｘ軸方向を短軸、Ｙ軸方向を長軸とする楕円状に拡がった発散光を出射する。

なお、図２では半導体レーザ４から出射された発散光がそのままレーザモジュール６から出射されているが、半導体レーザ４の出射面がＸＹ面に平行である必要はない。例えば、半導体レーザ４の出射面がＸＺ面に平行になるように配置し、４５°ミラーで発散光を反射させ、レーザモジュール６の出射面からＺ方向に出射させてもよい。

また、図２（ｂ）の場合において、レーザモジュール６のＸ軸方向における発光点間隔と、半導体レーザ６のＹ軸方向の発光点間隔とが同一となるように配置することができる。

レーザモジュール６には、複数の波長帯の半導体レーザ４を複数搭載することができる。一般的に、可視領域の光は、赤色の光と緑色の光と青色の光とで再現することができる。そこで、 レーザモジュールは、６００ｎｍから６５０ｎｍまでの赤色波長帯の半導体レーザ４Ｒ、５００ｎｍから５５０ｎｍまでの緑色波長帯の半導体レーザ４Ｇ、４４０ｎｍから４９０ｎｍまでの青色波長帯の半導体レーザ４Ｂの何れか、またはそれらを組み合わせて搭載することが望ましい。

例えば、緑色波長帯の光を出射する半導体レーザ４Ｇ及び青色波長帯の光を出射する半導体レーザ４Ｂを用いた光源装置２や、更に赤色波長帯の光を出射する半導体レーザ４Ｒを加えて用いることにより、白色をはじめとする所望の光を出射するプロジェクタや表示装置を得ることができる。

次に、図３を用いて、合波光学部品１０について更に詳細に説明する。ここで、図３は、合波光学部品１０の外観を、レーザモジュール６（半導体レーザ４）からの光が入射する面側から見た斜視図である。図３に示すように、レーザモジュール６（半導体レーザ４）から出射された発散光は、光学系を通過せず、そのまま合波光学部品１０に入射する。

合波光学部品１０として、中実のロッドインテグレータ、または内壁が反射性膜で構成された中空のライトパイプを用いることが可能であり、光が伝播する断面がＸＹ面に平行な四角柱である。中実のロッドインテグレータは、可視光領域において透明な硝子材料から構成されることが好ましく、合成石英やＢＫ−７等で構成されることが更に好ましい。合成石英は非常に低膨張なので、高精度の光学材料としても適している。また、ＢＫ７は硼珪酸ガラスであり、波長が３５０ｎｍから２０００ｎｍの電磁波の透過が良く、泡、不純物の少ない均質で安価な光学材料である。

また、半導体レーザ４から発散光が出射されるので、合波光学部品１０の断面面積はレーザモジュール６の出射面における発光面積よりも広くすることが好ましい。

これにより、レーザモジュール６から出射された拡散光を、確実に合波光学部品１９に入射させることができる。

（波長の異なる半導体レーザの配置に関する説明）
図４を用いて、波長の異なる半導体レーザを備えたレーザモジュール６における、従来の半導体レーザの配置について説明する。図４（ａ）は、Ｘ軸（短軸）方向に並んだ半導体レーザの列が１列設けられたレーザモジュール６から、合波光学部品１０に発散光が入射するところを示した斜視図であり、この図は、従来の半導体レーザの配置であっても、本発明に係る半導体レーザの配置においても、同様に適用できる。図４（ａ）に示す複数の波長帯の半導体レーザ４を搭載したレーザモジュール６において、各波長帯の半導体レーザ４をそれぞれ駆動する場合、同じ波長帯の複数の半導体レーザ４を一塊として配置すると配線がしやすい。例えば、図４は、Ｘ軸（短軸）方向に４つの緑色波長帯の発散光（Ｇ）の塊と、２つの青色波長帯の発散光（Ｂ）の塊が発光するように半導体レーザ４Ｇ、４Ｂを配置し、レーザモジュール６からの出射光を集光することなく合波光学部品１０に入射する構成を示している。

合波光学部品１０の出射面において均一な光強度分布を得るためには、光が合波光学部品１０内を進む間に、合波光学部品１０の内壁で反射されることにより、光の強度を均一にする。このとき、レーザモジュール６から出射される各発散光は、Ｘ軸（短軸）方向の拡がり角が小さいため、合波光学部品１０は。それに対応した長い伝搬距離を要する。よって、合波光学部品１０の全長を長くする必要がある。

これを検証するため、以下の条件で光学シミュレーションを行った。

発散角θ_Ｘとθ_Ｙをそれぞれ５°（半角）と２５°（半角）とし、隣接する半導体レーザ４の発光点間隔を０．９ｍｍとし、合波光学部品１０を断面６ｍｍ×６ｍｍ、長さ５０ｍｍの合成石英製のロッドインテグレータとした。この条件に基づいてシミュレーションを行ったところ、合波光学部品（ロッドインテグレータ）から出射した直後におけるＸ軸（短軸）方向の青色波長帯の光強度分布は、図４（ｂ）に示すようになった。つまり、青色波長帯の光を出射する半導体レーザ４Ｂの配置に依存して、一方向に片寄った分布になる。図示していないが、合波光学部品（ロッドインテグレータ）の長さを伸ばすと片寄りは小さくなるが、均一な光強度分布にするには１７０ｍｍ以上は必要である。

一方、合波光学部品（ロッドインテグレータ）から出射した直後におけるＹ方向の青色波長帯の光強度分布は均一な分布である。これはＹ方向の発散角が大きく、長さが短い合波光学部品１０においても（内壁に対する）反射回数が多く、容易に均一な光強度分布になるためである。このことは、全方向に発散角が大きい発光ダイオードが、配置に関わらず均一な光強度分布にしやすいことと同じ理由である。

（半導体レーザの配置に関する第１の実施形態の説明）
次に、図５を用いて、本発明の半導体レーザの配置に関する第１の実施形態について説明する。なお、図５は、本発明の第１の実施形態の半導体レーザの配置の一例と、当該一例における合波光学部品から出射した直後の光強度分布を示す。まず、Ｘ軸（短軸）方向に４つの緑色波長帯の発散光（Ｇ）と２つの青色波長帯の発散光（Ｂ）について、波長帯の配列を変えて、光学シミュレーションを行った。図５には、（ａ）〜（ｃ）のそれぞれに、上側に半導体レーザ４Ｇ、４Ｂの配置を示し、下側に合波光学部品（ロッドインテグレータ）から出射した直後のＸ軸（短軸）方向の青色波長帯の光強度分布を示す。

半導体レーザの配置のパラメータは、図４に示す場合と同様に下記のようになっている。
発散角θ_Ｘ：５°（半角）
発散角θ_Ｙ：２５°（半角）
隣接する半導体レーザ４の発光点間隔：０．９ｍｍ
合波光学部品１０：断面６ｍｍ×６ｍｍ、長さ５０ｍｍの合成石英製のロッドインテグレータ

図５（ａ）に示す実施例では、レーザモジュールの出射面において、緑色波長帯の半導体レーザ４Ｇ及び青色波長帯の半導体レーザ４Ｂが、Ｘ軸（短軸）方向に線対称に配置されている。なお、線対称に配置されていることは、鏡面対象に配置されていると言い換えることもできる。詳細に述べれば、中心軸（鏡面対象であれば鏡面）の両側に、中心軸からＢ→Ｇ→Ｇの順に配列されている。この場合の合波光学部品（ロッドインテグレータ）１０から出射した直後におけるＸ軸（短軸）方向の青色波長帯の光強度分布を、図５（ａ）の下側のグラフに示す。このように、青色波長帯の発散光を中心側に配列した場合、合波光学部品（ロッドインテグレータ）１０から出射した直後の青色波長帯の光強度分布は、中心に寄った形となる。全体としては均等になっているとは言えないが、合波光学部品（ロッドインテグレータ）１０の幅方向における両端側で、青色波長帯の光強度が同様になっている。

図５（ｂ）に示す実施例でも、レーザモジュールの出射面において、緑色波長帯の半導体レーザ４Ｇ及び青色波長帯の半導体レーザ４Ｂが、Ｘ軸（短軸）方向に線対称に配置されている。詳細に述べれば、中心軸の両側に、中心軸からＧ→Ｇ→Ｂの順に配列されている。この場合の合波光学部品（ロッドインテグレータ）１０から出射した直後におけるＸ軸（短軸）方向の青色波長帯の光強度分布を、図５（ｂ）の下側のグラフに示す。このように、青色波長帯の発散光を両端に配列した場合、合波光学部品（ロッドインテグレータ）１０から出射した直後の青色波長帯の光強度分布は、両端に寄った形となる。全体としては均等になっているとは言えないが、合波光学部品（ロッドインテグレータ）１０の幅方向における両端側で、青色波長帯の光強度が同様になっている。

図５（ｃ）に示す実施例でも、レーザモジュールの出射面において、緑色波長帯の半導体レーザ４Ｇ及び青色波長帯の半導体レーザ４Ｂが、Ｘ軸（短軸）方向に線対称に配置されている（第１の線対称）。詳細に述べれば、中心軸の両側に、中心軸からＧ→Ｂ→Ｇの順に配列されている。更に、図５（ｃ）に示す実施例では、上記の線対称の中心軸により区切られる各々の半導体レーザ群（Ｇ・Ｂ・Ｇ）において、緑色波長帯の半導体レーザ４Ｇ及び青色波長帯の半導体レーザ４Ｂが、Ｘ軸方向（短軸方向）に線対称に配置されている（第２の線対称）。つまり、線対称の中心軸が青色波長帯の半導体レーザ４Ｂを通り、中心軸の両側にＧが配列されている。

この場合の合波光学部品（ロッドインテグレータ）１０から出射した直後におけるＸ軸（短軸）方向の青色波長帯の光強度分布を、図５（ｃ）の下側のグラフに示す。このように、青色波長帯の発散光を中間位置に配列した第１及び第２の線対称が成り立つ場合、合波光学部品（ロッドインテグレータ）１０から出射した直後の青色波長帯の光強度分布は、全体として均一な分布となる。

以上のように、図５（ｃ）の場合には、光強度分布が全体として均一な分布となるので、合波光学部品（ロッドインテグレータ）１０の全長を短くすることができるのは明白である。また、図５（ａ）及び（ｂ）に示すような実施例で、全体としては均等になっているとは言えないが、合波光学部品（ロッドインテグレータ）１０の幅方向における両端側で光強度が同様になっている。このような場合においても、従来に比べて、合波光学部品（ロッドインテグレータ）１０の全長を短くすることができる。このことについて、図６を用いて説明を行う。

図６は、半導体レーザ４及び合波光学部品１０を上面から見た平面図であり、合波光学部品１０の幅方向における両端の半導体レーザ４から出射される光が、合波光学部品１０内で伝播するイメージを模式的に示したものである。なお、合波光学部品１０内で反射した詳細な光路は図示していない。

ここで、両端の半導体レーザ４の波長帯は同じであるため、両端の半導体レーザ４から出射される光が合波光学部品１０内で１／２回以上反射すると、合波光学部品１０の出射面において光強度分布が均一になる。

よって、図５（ａ）、（ｂ）のような、第１の線対称のみが成り立つ場合には、第１の線対称及び第２の線対称の両方が成り立つ図５（（ｃ））の場合までは、合波光学部品１０の全長を短くすることはできないが、図４に示すような従来の半導体レーザの配置に比べて、合波光学部品１０の全長を短くすることができる。

＜合波光学部品１０の寸法に関する説明＞
以上のように、レーザモジュール６の出射面において、波長の異なる第１の半導体レーザ及び第２の半導体レーザ（例えば、緑と青）がＸ軸（短軸）方向に線対称に配置されている第１の線対称が成立すれば（図５（ａ）〜（ｃ）参照）、従来に比べて全長の短い合波光学部品１０で均等な出射光が得ることができる。更に、第１の線対称の中心軸により区切られる各々の半導体レーザ群において、波長の異なる第１の半導体レーザ及び第２の半導体レーザ（例えば、緑と青）がＸ軸（短軸）方向に線対称に配置されている第２の線対称が成立すれば（図５（ｃ）参照）、更に全長の短い合波光学部品１０で均等な出射光が得ることができる。

しかし、図５に示すような波長帯の配列が同じであっても、半導体レーザ４の発光点間隔と、合波光学部品１０の断面サイズによっては、合波光学部品１０の出射直後の光強度分布は不均一になり、合波光学部品１０の長さを短くかくすることができない場合もある。この点について、図７を用いて説明を行う。なお、図７は、合波光学部品１０の必要寸法等を説明するための概略平面図である。

光学シミュレーションで検討を行ったところ、図７に示すように、半導体レーザ４におけるＸ軸（短軸）方向の隣接する発光点間隔のうち、最小値及び最大値をそれぞれΔｍｉｎ．及びΔｍａｘ．とし、Ｘ軸（短軸）方向の発光点全長をＣ、合波光学部品のＸ軸（短軸）方向の幅をＤとした場合、
式（１） Ｄ＜Ｃ＋４×Δｍｉｎ．
式（２） Δｍａｘ．＜３×Δｍｉｎ．
の条件下において、合波光学部品１０内の反射回数を少なくしつつ、合波光学部品１０の出射直後の光強度分布を均一にすることができることがわかった。
／ 更に、合波光学部品１０の光伝播部における屈折率をｎ、レーザモジュールから出射される発散光のＸ軸（短軸）方向の拡がり角をθ_Ｘとした場合のＮＡ値を

とすると、理論的に、光が合波光学部品１０の内部を１回反射するのに要する長さは、

で表すことができる。

均等な光を得るため、上述のように、最低１／２回の反射を要すると考えられるが、実際の光の伝播における理論値からのばらつきも考慮すると、１回反射することが好ましく、３／２回反射することがより好ましい。よって、θ_Ｘの拡がり角を有する光が合波光学部品１０の内部を１／２回から３／２回反射する場合に対応して、合波光学部品１０の長さＬを
式（３）

に限定することができる。

また、合波光学部品１０が中実のロッドインテグレータである場合、合波光学部品１０は、例えば、合成石英やＢＫ−７で構成することができる。また合波光学部品１０が中空のライトパイプである場合、ライトパイプ内では光は空気中を伝播する。合成石英、ＢＫ−７、空気の屈折率は、それぞれ約１．４６、約１．５２、１．０である。半導体レーザ４から出射された拡散光の拡がり角θ_Ｘを４°以上とすると、式（３）より、合波光学部品の長さＬは、合波光学部品のＸ軸（短軸）方向の幅Ｄの２２倍以下にすることができる。

つまり、式（４）
Ｌ＜２２×Ｄ
の関係式を満たすことになる。

以上のような式（１）〜（４）に示す条件を満たすことにより、確実に、全長が短い合波光学部品１０を用いて、その出射面において均一な光強度分布を得ることができる。

＜半導体レーザの配置に関する第１の実施形態の更なる説明＞
図６及び７で示した条件下において、光学シミュレーションによる合波光学部品１０の出射面で均一な光強度分布を得るための知見に基づき、図８から図１１を用いて、波長の異なる半導体レーザの配置（波長帯配列）に関する本発明の第１の実施形態の更なる説明を以下に行う。

まず、図８には、１列に４つの緑色波長帯の半導体レーザ４Ｇと、４つの青色波長帯の半導体レーザ４Ｂとで構成される波長帯配列の概略図を示す。

図８（ａ）のように、半導体レーザ４Ｇと半導体レーザ４ＢとがＸ軸（短軸）方向に、中心軸ＣＬに対して線対称に配置されていると、合波光学部品１０の出射面が均一な光強度分布になる。つまり、図８（ａ）において、半導体レーザ群の列の線対称の中心軸ＣＬから、２つに分割された半導体レーザ群の波長帯は、中心軸側からＢ→Ｇ→Ｇ→Ｂの順に配列されている。

このことを別の表現で表せば、半導体レーザ４Ｇと半導体レーザ４ＢとがＸ軸（短軸）方向に鏡面対称に配置されているということもできる。更に、半導体レーザ群を列の中心ＣＬに対して２つの同数の半導体レーザ群に分割した場合、分割された２つの半導体レーザ群の波長帯の並び順が互いに逆であるということもできる。

一方、図８（ｂ）に示す波長帯配列では、半導体レーザ４Ｇと半導体レーザ４ＢとがＸ軸（短軸）方向に線対称（鏡面対象）に配置されていない。別の表現で表せば、半導体レーザ群を列の中心ＣＬに対して２つの同数の半導体レーザ群に分割した場合、一方の分割された半導体レーザ群の波長帯は、半導体レーザ群の列の中心からＢ→Ｇ→Ｇ→Ｂの順に配列されているのに対して、他方の分割された半導体レーザ群の波長帯は、Ｂ→Ｇ→Ｂ→Ｇの順に配列されており、互いに波長帯の並び順が逆ではない。

図８（ｂ）の場合、図６及び図７で示した条件下において、合波光学部品１０の出射面は均一な光強度分布にならず、均一な光強度分布にするためには合波光学部品１０の全長を長くする必要がある。

更に、図９に示す実施形態では、半導体レーザ４Ｇと半導体レーザ４ＢとがＸ軸（短軸）方向に中心軸ＣＬ１に対して線対称（鏡面対象）に配置されており（第１の線対称）、線対称の中心軸ＣＬ１により区切られる各々の半導体レーザ群において、半導体レーザ４Ｇと半導体レーザ４ＢとがＸ軸（短軸）方向に中心軸ＣＬ２に対して線対称（鏡面対象）に配置されている（第２の線対称）。

これを別の表現で示せば、中心軸ＣＬ１で分割された半導体レーザ群において、分割された半導体レーザ群の列の中心軸ＣＬ２に対して２つの同数の半導体レーザ群に新たに分割した場合、新たに分割された２つの半導体レーザ群の波長帯の並び順が互いに逆になっている。つまり、図９において、分割された半導体レーザ群の列の中心ＣＬ２から、２つの新たに分割された半導体レーザ群の波長帯は、中心軸ＣＬ２からＧ→Ｂの順に配列されている。

このような配置の場合には、図５（ｃ）に示すように、全長がより短い合波光学部品１０で、出射面が均一な光強度分布を得ることができる。

次に、１列に奇数個の半導体レーザ４が配列されている場合の適切な半導体レーザ４の波長帯配列について説明をする。

図１０（ａ）に、 １列に１つの赤色波長帯の半導体レーザ４Ｒと、４つの緑色波長帯の半導体レーザ４Ｇと、４つの青色波長帯の半導体レーザ４Ｂを配列した概略図を示す。

この場合、第一の線対称の対称軸ＣＬ１は、列の中心にある赤色波長帯の半導体レーザ４Ｒの中心を通過するが、この場合でも、半導体レーザ４Ｇと半導体レーザ４ＢとがＸ軸（短軸）方向に中心軸ＣＬ１に対して線対称（鏡面対象）に配置されており、第１の線対称が成り立っている。また、半導体レーザ４Ｒ自体も中心軸ＣＬ１に対して線対称（鏡面対象）に配置されている。

また、第１の線対称の中心軸ＣＬ１により区切られる各々の半導体レーザ群であって、中心軸ＣＬ１の位置に半導体レーザ４Ｒが存在する場合には、図１０（ｂ）に示すように、この半導体レーザ４Ｒを除いた半導体レーザ群において、半導体レーザ４Ｇと半導体レーザ４ＢとがＸ軸（短軸）方向に中心軸ＣＬ２に対して線対称（鏡面対象）に配置されており、第２の線対称も成り立っている。

よって、このような配置の場合には、図５（ｃ）に示すように、全長がより短い合波光学部品１０で、出射面が均一な光強度分布を得ることができる。

これを別の表現で示せば、図１０（ｂ）に示すように、半導体レーザ群の真ん中にある半導体レーザ４Ｒを除き、かつ半導体レーザ群を列の中心ＣＬ１に対して２つの同数の半導体レーザ群に分割した場合、分割された２つの半導体レーザ群の波長帯の並び順が互いに逆になっている。

つまり、半導体レーザ群の真ん中にある半導体レーザ４Ｒを除いた図１０（ｂ）を考えた場合、半導体レーザ群の列の中心ＣＬ１から、２つの分割された半導体レーザ群の波長帯は、Ｂ→Ｇ→Ｇ→Ｂの順に配列されている。

更に、分割された半導体レーザ群において、分割された半導体レーザ群の列の中心軸ＣＬ２に対して、２つの同数の半導体レーザ群に新たに分割した場合、新たに分割された２つの半導体レーザ群の波長帯の並び順が互いに逆になっている。つまり、図１０（ｂ）において、分割された半導体レーザ群の列の中心ＣＬ２から、２つの新たに分割された半導体レーザ群の波長帯はＧ→Ｂの順に配列されている。

このような場合には、より長さが短い合波光学部品１０の出射面が均一な光強度分布になる。

図１１では、半導体レーザ４がＸ軸（短軸）方向に並んだ列が、２列設けられている場合の波長帯の配列を例示する。この場合には、それぞれの列で、図６から図１０の条件が当てはまればよい。なお、図１１（ｃ）の下の列に示すような、１つの列が全て同じ半導体レーザで構成されている場合には、より長さが短い合波光学部品１０の出射面で均一な光強度分布を得られることは明白である。また、線対称（鏡面対象）になっていることも、明らかである。

図１１（ａ）のように、２列ともに同じ波長帯の配列であってもよいし、図１１（ｂ）のように、それぞれの列の波長帯の配列が異なっていてもよい。また、図１１（ｃ）のように、一方の列の波長帯が全て同一であってもよい。図１１（ｃ）のような配列により、白色光を出射可能な高い性能を有する光源装置を提供できる。

更に、図１１（ｅ）のように、一方の列の半導体レーザ４の数が偶数で、もう一方の列の半導体レーザ４の数が奇数であってもよい。

何れの場合であっても、より長さが短い合波光学部品１０の出射面が均一な光強度分布になる。

以上のように本発明の第１の半導体レーザの配置に関する実施形態によれば、第１の半導体レーザ（例えば、半導体レーザ４Ｇ）及びこの第１のレーザと異なる波長の光を出射する第２の半導体レーザ（例えば、半導体レーザ４Ｂ）が、出射方向が同一であって、Ｘ軸（短軸）方向が略一致するように配置されたレーザモジュール６と、レーザモジュール６からの出射光が集光されることなく入射する合波光学部品１０と、を備え、レーザモジュール６の出射面において、第１の半導体レーザ及び第２の半導体レーザがＸ軸（短軸）方向に中心軸Ｌ１に対して線対称（鏡面対象）に配置されている（第１の線対称（鏡面対象））。

このような構成により、全長が短い合波光学部品１０を用いて、その出射面において均一な光強度分布を得ることができる。

更に、線対称（鏡面対象）の中心軸により区切られる各々の半導体レーザ群であって、中心軸の位置に半導体レーザが存在する場合にはこの半導体レーザを除いた半導体レーザ群において、第１のレーザ及び第２のレーザが、短軸方向に中心軸Ｌ２に対して線対称に配置されている（第２の線対称（鏡面対象））。

第１の線対称及び第２の線対称の両方を満たす場合には、第１の線対称だけの場合に比べ、更にその出射面において均一な光強度分布を得ることができる。

（半導体レーザの配置に関する第２の実施形態の説明）
次に、光学シミュレーションによる合波光学部品１０の出射面で均一な光強度分布を得るための知見に基づき、図１２及び図１３を用いて、波長の異なる半導体レーザの配置（波長帯配列）に関する本発明の第２の実施形態を以下に説明する。

第２の実施形態においては、１つの列では、波長の異なる半導体レーザがＸ軸（短軸）方向に線対称（鏡面対象）に配置されてないが、２つの列を合わせて考えれば、Ｘ軸（短軸）方向に線対称（鏡面対象）に配置されている場合を示す。

図１２（ａ）では、緑色波長帯の半導体レーザ４Ｇと、青色波長帯の半導体レーザ４Ｂとを用いた例で説明する。図１２（ａ）には、各列で、６個の半導体レーザを配置できるスペースがあるが、各列で、３個の半導体レーザ４だけが設けられている。また、１つの半導体レーザ４が配置されている場所に対応する位置には、他方の列において半導体レーザ４が配置されていないようになっている。

このとき、例えば、図１２（ｂ）の矢印に示すように、一方の列の半導体レーザを、その列と直交する方向に移動させて１つの列に並ぶようにしたとき、つまり図１２（ｂ）であれば、第１の列の半導体レーザ４を垂直下方に移動させて、図１２（ｃ）に示すように、第２の列に並ぶようにしたとき、半導体レーザ４Ｇと半導体レーザ４ＢとがＸ軸（短軸）方向に中心軸ＣＬ１に対して線対称（鏡面対象）に配置されており（第１の線対称）、更に、線対称の中心軸ＣＬ１により区切られる各々の半導体レーザ群において、半導体レーザ４Ｇと半導体レーザ４ＢとがＸ軸（短軸）方向に中心軸ＣＬ２に対して線対称（鏡面対象）に配置されている（第２の線対称）。

一般的に、半導体レーザから出射される発散光のＹ軸（長軸）方向の拡がり角θ_Ｙは、Ｘ軸（短軸）方向の拡がり角θ_Ｘと比べるとかなり大きい。そのため、図２（ａ）のような１列の半導体レーザ群で構成されたレーザモジュール６であっても、図２（ｂ）のような２列の半導体レーザ群で構成されたレーザモジュール６であっても、合波光学部品１０の出射面においてＹ方向では均一な分布になりやすい。つまり、２列の半導体レーザ群で構成されたレーザモジュールにおいては、Ｘ軸（短軸）方向の同じ位置に２つの半導体レーザが存在しない限り、図１２（ｂ）に示すように列を区別することなく、図１２（ｃ）のように考えて、Ｘ軸（短軸）方向の波長帯の並び順を適切にすると、合波光学部品１０の出射面においてＸ軸（短軸）方向で均一な分布となる。

図１２（ａ）の半導体レーザ４の配置における、合波光学部品１０から出射した直後におけるＸ軸（短軸）方向の青色波長帯の光強度分布を、図１２（ａ）の下側のグラフに示す。このように、２列の半導体レーザ群で構成された場合であっても、合波光学部品１０から出射した直後の青色波長帯の光強度分布は、全体として均一な分布となる。

このことは、半導体レーザから出射される発散光のＹ方向の拡がり角θ_Ｙの大きさによっては、３列以上の半導体レーザ群で構成されたレーザモジュールであっても適用することができる。

次に、図１３を用いて、本発明の半導体レーザの配置に関する第２の実施形態における半導体レーザの配置の一例を説明する。ここで、図１３は、本発明の第２の実施形態における半導体レーザの配置の一例を示す模式図である。図１３（ａ）には、４つの緑色波長帯の半導体レーザ４Ｇと、４つの青色波長帯の半導体レーザ４Ｂとで構成される２列の波長帯配列の概略図を示す。

図１３（ａ）のように、列と直交する方向において１つの半導体レーザ４のみが存在する場合に、半導体レーザ４を列と直交する方向に移動させて１つの列に並ぶようにしたとき、半導体レーザ４Ｇと半導体レーザ４ＢとがＸ軸（短軸）方向に中心軸ＣＬ１に対して線対称（鏡面対象）に配置されている（第１の線対称）。これにより、全長が短い合波光学部品１０で、その出射面が均一な光強度分布を得ることができる。更に、線対称の中心軸ＣＬ１により区切られる各々の半導体レーザ群において、半導体レーザ４Ｇと半導体レーザ４ＢとがＸ軸（短軸）方向に中心軸ＣＬ２に対して線対称（鏡面対象）に配置されている（第２の線対称）。これにより、更に全長が短い合波光学部品１０で、その出射面が均一な光強度分布を得ることができる。

これを別の表現で示せば、２列の半導体レーザ群で構成されたレーザモジュール６において、半導体レーザ群を列の中心線ＣＬ１に対して２つの同数の半導体レーザ群に分割した場合、分割された２つの半導体レーザ群の波長帯の並び順が互いに逆であると、合波光学部品の出射面が均一な光強度分布になる。つまり、図１３（ａ）において、半導体レーザ群の列の中心線ＣＬ１から、２つの分割された半導体レーザ群の波長帯はＢ→Ｇ→Ｇ→Ｂの順に配列されている。

更に、分割された半導体レーザ群において、分割された半導体レーザ群の列の中心線ＣＬ２に対して２つの同数の半導体レーザ群に新たに分割した場合、新たに分割された２つの半導体レーザ群の波長帯の並び順が互いに逆であると、より長さが短い合波光学部品の出射面が均一な光強度分布になる。つまり、図１３（ａ）において、分割された半導体レーザ群の列の中心から、 ２つの新たに分割された半導体レーザ群の波長帯はＧ→Ｂの順に配列されている。

ここで仮に、中心軸ＣＬ１により分割された半導体レーザ群が奇数個の半導体レーザ４で構成されている場合、中心軸ＣＬ２の位置に存在する半導体レーザ４は中心軸ＣＬ２に対して線対称であり、半導体レーザ４Ｇと半導体レーザ４ＢとがＸ軸（短軸）方向に中心軸ＣＬ２に対して線対称（鏡面対象）に配置されている（第２の線対称）場合には、更に全長が短い合波光学部品１０で、その出射面が均一な光強度分布を得ることができる。

図１３（ｂ）に、１つの赤色波長帯の半導体レーザ４Ｒと、４つの緑色波長帯の半導体レーザ４Ｇと、４つの青色波長帯の半導体レーザ４Ｂとで構成される２列の波長帯配列の概略図を示す。

この場合、半導体レーザ４を列と直交する方向に移動させて１つの列に並ぶようにしたとき、半導体レーザ群が奇数個の半導体レーザ４で構成されている。列の中心にある半導体レーザ４Ｒの中心に中心軸ＣＬ１が通っており（半導体レーザ４ＲもＣＬ１に対して線対称（鏡面対象）になっている）、半導体レーザ４Ｇと半導体レーザ４ＢとがＸ軸（短軸）方向に中心軸ＣＬ１に対して線対称（鏡面対象）に配置されている（第１の線対称）。これにより、全長が短い合波光学部品１０で、その出射面が均一な光強度分布を得ることができる。更に、中心軸ＣＬ１の位置に半導体レーザ４Ｒが存在するので、図１３（ｂ）に示すように、この半導体レーザ４Ｒを除いた半導体レーザ群において、半導体レーザ４Ｇと半導体レーザ４ＢとがＸ軸（短軸）方向に中心軸ＣＬ２に対して線対称（鏡面対象）に配置されている（第２の線対称）。これにより、更に全長が短い合波光学部品１０で、その出射面が均一な光強度分布を得ることができる。

また仮に、中心軸ＣＬ１により分割された半導体レーザ群が奇数個の半導体レーザ４で構成されている場合であっても、中心軸ＣＬ２の位置に半導体レーザ４は中心軸に対して線対称であり、この半導体レーザ４を除いた半導体レーザ群において、半導体レーザ４Ｇと半導体レーザ４ＢとがＸ軸（短軸）方向に中心軸ＣＬ２に対して線対称（鏡面対象）に配置されている（第２の線対称）場合には、更に全長が短い合波光学部品１０で、その出射面が均一な光強度分布を得ることができる。

これを別の表現で示せば、図１３（ｃ）に示すように、半導体レーザ群の真ん中にある半導体レーザＲを除き、かつ半導体レーザ群を列の中心線ＣＬ２に対して２つの同数の半導体レーザ群に分割した場合、分割された２つの半導体レーザ群の波長帯の並び順が互いに逆であると、合波光学部品１０の出射面が均一な光強度分布になる。つまり、半導体レーザ群の真ん中にある半導体レーザである半導体レーザ４Ｒを除いた図１３（ｃ）を考えた場合、半導体レーザ群の列の中心線ＣＬ１から、２つの分割された半導体レーザ群の波長帯はＢ→Ｇ→Ｇ→Ｂの順に配列されている。ただし、真ん中にある半導体レーザ４Ｒも。中心軸ＣＬ１に対して線対称になっている。

更に、分割された半導体レーザ群において、分割された半導体レーザ群の列の中心線ＣＬ２に対して２つの同数の半導体レーザ群に新たに分割した場合、新たに分割された２つの半導体レーザ群の波長帯の並び順が互いに逆であると、より長さが短い合波光学部品の出射面が均一な光強度分布になる。

以上のように、本発明の第２の実施形態では、第１の半導体レーザ（例えば、半導体レーザ４Ｇ）及び該第１のレーザと異なる波長の光を出射する第２の半導体レーザ（例えば、半導体レーザ４Ｂ）が、出射方向が同一であって、Ｘ軸（短軸）方向が略一致するように配置されたレーザモジュール６と、半導体レーザからの出射光が集光されることなく入射する合波光学部品１０と、を備え、レーザモジュール６の出射面において、第１の半導体レーザ及び第２の半導体レーザがＸ軸（短軸）方向に並んだ複数の列（例えば２列）が配置され、列と直交する方向において１つの半導体レーザのみが存在し、仮に、この半導体レーザを列と直交する方向に移動させて１つの列に並ぶようにしたとき、第１の半導体レーザ及び第２の半導体レーザが中心軸Ｌ１に対して短軸方向に線対称（鏡面対象）に配置されている。

半導体レーザ４の拡散光のＹ軸（長軸）方向の拡がり角は、Ｘ軸（短軸）方向の拡がり角に比べて大きいので、半導体レーザ４の複数の列においても、全長が短い合波光学部品１０を用いて、その出射面において均一な光強度分布を得ることができる。

更に、上記のように１つの列に並ぶようにしたとき、線対称の中心軸ＣＬ１により区切られる各々の半導体レーザ群であって、中心軸ＣＬ１の位置に半導体レーザ４が存在する場合にはこの半導体レーザ４を除いた半導体レーザ群において、第１の半導体レーザ及び第２の半導体レーザが、Ｘ軸（短軸）方向に中心軸ＣＬ２に対して線対称に配置されている（第２の線対称）。

半導体レーザ４の複数の列においても、第１の線対称及び第２の線対称の両方を満たす場合には、第１の線対称だけの場合に比べ、更にその出射面において均一な光強度分布を得ることができる。

（本発明のプロジェクタの説明）
図１４は本発明の実施形態に係る光源装置を備えるプロジェクタを説明するための模式図である。
プロジェクタ２０は、光源装置２からの光を伝播及び集光させるレンズ光学系２２と、ミラー２４と、光変調器２６と、投射光学系２８とを備えて構成されている。
光源装置２から出射された光はレンズ光学系２２によって光変調器２６に照射される。ここで、光源装置２の合波光学部品の出射面が光変調器２６の受光面を含む平面に結像するようにレンズ光学系２２を１枚もしくは複数のレンズで構成する。

光源装置２から出射された光は映像信号に基づいて光変調器２６によって変調され、変調された映像光は投射光学系２８によってスクリーン等に投射される。

光変調器２６は、例えばマイクロミラーや液晶素子などの変調素子と制御部などにより構成される。
ここで、ミラー２４は光路を変えるためのものであり、プロジェクタの構成によってはミラーは無くてもよい。

このようなプロジェクタ２０によれば、光源装置２の合波光学部品１０の出射面の均一な強度分布を有する光をそのまま光変調器２６で変調することができ、空間的に光の強度分布を均一にする光学部品を別途配置する必要が無く、部品点数を少なく、且つ小型なプロジェクタを提供することができる。

以上のように、上述の実施形態によれば、全長が短い合波光学部品１０を用いて、その出射面において均一な光強度分布を得ることができるので、これにより小型で高性能な光源装置２を実現でき、よって、この光源装置２を備えた小型で高性能なプロジェクタ２０を提供することができる
なお、上述の実施形態では、本発明に係る照明装置をプロジェクタに用いる場合を示したが、これに限られるものではなく、表示装置をはじめとする様々な分野で、本発明に係る照明装置を適用することができる。

本発明の実施の形態を説明したが、開示内容は構成の細部において変化してもよく、実施の形態における要素の組合せや順序の変化等は請求された本発明の範囲および思想を逸脱することなく実現し得るものである。

２ 光源装置
４ 半導体レーザ
６ レーザモジュール
７ａ 本体
７ｂ キャップ部
７ｃ 窓部
８ 保持部材
１０ 合波光学部品
１０ａ ホルダ
１２ 第１放熱部材
１２ａ 貫通穴部分
１４ 第２放熱部材
１６ 冷却ファン
２０ プロジェクタ
２２ レンズ光学系
２４ ミラー
２６ 光変調器
２８ 投射光学系

Claims (13)

1. 第１の半導体レーザ及び該第１のレーザと異なる波長の光を出射する第２の半導体レーザが、出射方向が同一であって、各半導体レーザのファーフィールドパターンの短軸方向が略一致するように配置されたレーザモジュールと、
   前記レーザモジュールからの出射光が集光されることなく入射する合波光学部品と、
   を備え、
   前記レーザモジュールの出射面において、前記第１の半導体レーザ及び前記第２の半導体レーザが前記短軸方向に線対称に配置されていることを特徴とする光源装置。
   
2. 前記線対称の中心軸により区切られる各々の半導体レーザ群であって、前記中心軸の位置に半導体レーザが存在する場合には該半導体レーザを除いた半導体レーザ群において、
   前記第１のレーザ及び前記第２のレーザが、前記短軸方向に線対称に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
   
3. 第１の半導体レーザ及び該第１のレーザと異なる波長の光を出射する第２の半導体レーザが、出射方向が同一であって、各半導体レーザのファーフィールドパターンの短軸方向が略一致するように配置されたレーザモジュールと、
   前記半導体レーザからの出射光が集光されることなく入射する合波光学部品と、
   を備え、
   前記レーザモジュールの出射面において、前記第１の半導体レーザ及び前記第２の半導体レーザが前記短軸方向に並んだ複数の列が配置され、
   前記列と直交する方向において１つの半導体レーザのみが存在し、仮に、該半導体レーザを前記列と直交する方向に移動させて１つの列に並ぶようにしたとき、前記第１の半導体レーザ及び前記第２の半導体レーザが前記短軸方向に線対称に配置されていることを特徴とする光源装置。
   
4. 前記線対称の中心軸により区切られる各々の半導体レーザ群であって、前記中心軸の位置に半導体レーザが存在する場合には該半導体レーザを除いた半導体レーザ群において、
   前記第１の半導体レーザ及び前記第２の半導体レーザが、前記短軸方向に線対称に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
   
5. 前記第１の半導体レーザ及び前記第２の半導体レーザが、緑色波長帯の光を出射する半導体レーザ及び青色波長帯の光を出射する半導体レーザであることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の光源装置。
   
6. 前記レーザモジュールの出射面において、前記第１及び第２の半導体レーザが前記短軸方向に並んだ列と、赤色波長帯の光を出射する半導体レーザが前記短軸方向に並んだ列とが配置されていることを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
   
7. 前記レーザモジュールに配置された半導体レーザの波長帯を、
   ６００ｎｍから６５０ｎｍまでの赤色波長帯と、
   ５００ｎｍから５５０ｎｍまでの緑色波長帯と、
   ４４０ｎｍから４９０ｎｍまでの青色波長帯とすることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の光学装置。
   
8. 前記合波光学部品が、中実のロッドインテグレータまたは中空のライトパイプであって、
   光が伝播する断面が前記半導体レーザの出射光の光軸と略直交する四角柱であり、かつ
   該合波光学部品の断面面積が前記レーザモジュールの出射面における発光面積より広いことを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の光源装置。
   
9. 前記短軸方向において両端に配置された前記半導体レーザの光軸間距離を発光点全長とし、前記短軸方向において隣接して配置された前記半導体レーザの光軸間距離を隣接発光点距離としたとき、
   前記合波光学部品の前記短軸方向の寸法である幅寸法は、
   発光点全長 ＋ （最小の隣接発光点距離×４）
   よりも小さいことを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の光源装置。
   
10. 前記短軸方向において隣接して配置された前記半導体レーザの光軸間距離を隣接発光点距離としたとき、
    複数の前記半導体レーザにおいて、最大の隣接発光点距離は、
    （最小の隣接発光点距離×３）
    よりも小さいことを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の光源装置。
    
11. 前記合波光学部品の光の進行方向の寸法である長さ寸法をＬ、該合波光学部品の前記短軸方向の寸法である幅寸法をＤ、前記短軸方向の発散角をθ_Ｘ、該合波光学部品の屈折率をｎとした場合、
    
    

    

    
    

    

    の関係式を満たすことを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載の光源装置。
    
12. 前記合波光学部品の光の進行方向の寸法である長さ寸法をＬ、該合波光学部品の前記短軸向の寸法である幅寸法をＤとした場合、
    Ｌ＜２２×Ｄ
    の関係式を満たすことを特徴とする請求項１から１１の何れか１項に記載の光源装置。
    
13. 請求項１から１２の何れか１項に記載の光源装置と、
    該光源装置からの出射光を結像させるための光学系と、
    を備えたことを特徴とするプロジェクタ。

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