JP2016225448A - Light source device and projector - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light source device provided with optical elements having high light resistance with respect to incident light and being capable of enhancing a degree of freedom in material selection.SOLUTION: A light source device 100 includes: a substrate 10; semiconductor light-emitting elements 20 mounted onto a first surface 11a of the substrate 10 and emitting light in an in-plane direction of the first surface 11a; window portions 32 to which the light emitted from the semiconductor light-emitting elements 20 is incident; prisms 34 to which light transmitted through the window portions 32 is incident, the prisms deflecting the light transmitted through the window portions 32 in a direction separating from the first surface 11a; and condensing sections 40 condensing the light deflected by the prisms 34. The window portions 32 are formed of a material having higher light resistance with respect to wave lengths of the light emitted by the semiconductor light-emitting elements 20 than that of a material of the prisms 34.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、光源装置およびプロジェクターに関する。   The present invention relates to a light source device and a projector.

プロジェクターは、光源装置から射出される光を、光変調装置で画像情報に応じて変調し、得られた画像を投射装置によって拡大投射するものである。近年、このようなプロジェクターに用いられる光源装置として、半導体レーザー(LD)などの半導体発光素子を用いたものが注目されている。   The projector modulates light emitted from the light source device according to image information with a light modulation device, and enlarges and projects the obtained image with a projection device. In recent years, attention has been paid to a light source device used in such a projector using a semiconductor light emitting element such as a semiconductor laser (LD).

高光量化が要求されるプロジェクターに対して、半導体発光素子単体の光出力は十分でないため、このような光源装置では、複数の半導体発光素子をアレイ化して用いる。   Since the light output of a single semiconductor light emitting element is not sufficient for a projector that requires a high light quantity, such a light source device uses a plurality of semiconductor light emitting elements in an array.

例えば特許文献1には、基板の主面上に形成され、該基板の主面の面内方向と平行な方向に光を射出する複数の半導体レーザーと、複数の半導体レーザーの各々から射出された光を、基板の主面から離れる方向に反射させる光学素子と、を備えた光源装置が開示されている。また、この光学素子は、光学素子の内部に入射した光を基板の主面から離れる方向に反射させるプリズムと、プリズムにて反射された光の射出角を小さくするレンズと、を有し、プリズムとレンズとが一体に構成されている。   For example, in Patent Document 1, a plurality of semiconductor lasers formed on the main surface of the substrate and emitting light in a direction parallel to the in-plane direction of the main surface of the substrate were emitted from each of the plurality of semiconductor lasers. There is disclosed a light source device including an optical element that reflects light in a direction away from a main surface of a substrate. The optical element also includes a prism that reflects light incident on the optical element in a direction away from the main surface of the substrate, and a lens that reduces an emission angle of the light reflected by the prism. And the lens are integrally formed.

特開2010−45274号公報JP 2010-45274 A

しかしながら、特許文献1の光源装置では、プリズムの光入射面が半導体レーザーの光射出面の近くに設けられるため、半導体レーザーの射出光の強度によっては、プリズムに耐光性を持たせる必要があり、材料の選択の自由度に制限が生じる。このため、材料によってはレンズとプリズムの両方の形状精度を高めることが困難であった。   However, in the light source device of Patent Document 1, since the light incident surface of the prism is provided near the light emitting surface of the semiconductor laser, it is necessary to give the prism light resistance depending on the intensity of the emitted light of the semiconductor laser. There is a limit to the freedom of choice of materials. For this reason, it has been difficult to improve the shape accuracy of both the lens and the prism depending on the material.

本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、入射光に対する高い耐光性を有し、かつ、材料選択の自由度を高めることができる光学素子を備えた光源装置を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、上記光源装置を含むプロジェクターを提供することにある。   One of the objects according to some embodiments of the present invention is to provide a light source device including an optical element that has high light resistance to incident light and can increase the degree of freedom of material selection. . Another object of some aspects of the present invention is to provide a projector including the light source device.

本発明に係る光源装置は、
基板と、
前記基板の第1面に実装され、かつ、前記第1面の面内方向に光を射出する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子から射出された光が入射する窓部と、
前記窓部を透過した光が入射し、かつ、当該窓部を透過した光を前記第1面から離れる方向に折り曲げるプリズムと、
前記プリズムによって折り曲げられた光を集光する集光部と、
を含み、
前記窓部は、前記プリズムの材料よりも前記半導体発光素子が射出する光の波長に対する耐光性が高い材料によって形成されている。
The light source device according to the present invention includes:
A substrate,
A semiconductor light emitting device mounted on the first surface of the substrate and emitting light in an in-plane direction of the first surface;
A window part into which light emitted from the semiconductor light emitting element is incident;
A prism that receives light transmitted through the window and bends the light transmitted through the window in a direction away from the first surface;
A light collecting unit for collecting the light bent by the prism;
Including
The window portion is formed of a material having higher light resistance to the wavelength of light emitted from the semiconductor light emitting element than the material of the prism.

このような光源装置では、窓部がプリズムの材料よりも半導体発光素子が射出する光の波長に対する耐光性が高い材料によって形成されているため、窓部により入射光に対する耐光性を高めることができるとともに、プリズムの材料選択の自由度を高めることができる。したがって、入射光に対する高い耐光性を有し、かつ、材料選択の自由度を高めることができる光学素子を備えた光源装置を実現することができる。   In such a light source device, since the window portion is formed of a material having higher light resistance to the wavelength of light emitted from the semiconductor light emitting element than the material of the prism, the window portion can improve light resistance to incident light. In addition, the degree of freedom in selecting the prism material can be increased. Therefore, it is possible to realize a light source device including an optical element that has high light resistance to incident light and can increase the degree of freedom of material selection.

本発明に係る光源装置において、
前記窓部の光入射面には、前記半導体発光素子から射出された光を集光するレンズ面が形成されていてもよい。
In the light source device according to the present invention,
A lens surface for condensing light emitted from the semiconductor light emitting element may be formed on the light incident surface of the window portion.

このような光源装置では、窓部の光入射面にレンズ面が形成されているため、半導体発光素子の光射出面の近傍で半導体発光素子から射出された光を集光することができる。したがって、光学素子の小型化および光利用効率の向上を図ることができる。   In such a light source device, since the lens surface is formed on the light incident surface of the window portion, the light emitted from the semiconductor light emitting element can be collected in the vicinity of the light emitting surface of the semiconductor light emitting element. Therefore, it is possible to reduce the size of the optical element and improve the light utilization efficiency.

本発明に係る光源装置において、
前記窓部の光入射面には、前記半導体発光素子から射出された光を集光する回折光学素子が形成されていてもよい。
In the light source device according to the present invention,
A diffractive optical element that condenses the light emitted from the semiconductor light emitting element may be formed on the light incident surface of the window portion.

このような光源装置では、窓部の光入射面に回折光学素子が形成されているため、半導体発光素子の光射出面の近傍で半導体発光素子から射出された光を集光することができる。したがって、光学素子の小型化および光利用効率の向上を図ることができる。   In such a light source device, since the diffractive optical element is formed on the light incident surface of the window portion, the light emitted from the semiconductor light emitting element can be collected in the vicinity of the light emitting surface of the semiconductor light emitting element. Therefore, it is possible to reduce the size of the optical element and improve the light utilization efficiency.

本発明に係る光源装置において、
前記プリズムの反射面は、凹面であってもよい。
In the light source device according to the present invention,
The reflecting surface of the prism may be a concave surface.

このような光源装置では、プリズムの反射面にて光を集光することができる。   In such a light source device, light can be condensed on the reflecting surface of the prism.

本発明に係る光源装置において、
前記集光部は、回折光学素子であってもよい。
In the light source device according to the present invention,
The condensing unit may be a diffractive optical element.

このような光源装置では、入射光に対する耐光性を高めることができ、かつ、材料選択の自由度を高めることができる光学素子を備えた光源装置を実現することができる。   In such a light source device, it is possible to realize a light source device including an optical element that can improve light resistance against incident light and can increase the degree of freedom of material selection.

本発明に係る光源装置において、
前記プリズムと前記集光部とは、一体に構成されていてもよい。
In the light source device according to the present invention,
The prism and the light condensing unit may be integrally formed.

このような光源装置では、プリズムと集光部とが一体に構成されているため、プリズムと集光部とを独立した光学部品として設ける場合と比べて、部品点数を減らすことができる。したがって、部品間の位置合わせが容易であり、また製造コストを低減させることができる。   In such a light source device, since the prism and the condensing part are integrally formed, the number of parts can be reduced as compared with the case where the prism and the condensing part are provided as independent optical parts. Therefore, alignment between components is easy and manufacturing cost can be reduced.

本発明に係る光源装置において、
前記窓部の光入射面の垂線は、前記第1面の垂線方向から見て、前記半導体発光素子の光射出面の垂線に対して傾いていてもよい。
In the light source device according to the present invention,
The normal of the light incident surface of the window portion may be inclined with respect to the normal of the light emitting surface of the semiconductor light emitting element when viewed from the normal direction of the first surface.

本発明に係る光源装置において、
前記半導体発光素子は、
電流が注入されて光を発生させる活性層と、
前記活性層を挟む第1クラッド層および第2クラッド層と、
を有し、
前記活性層は、光を導波させる光導波路を構成し、
前記光導波路は、前記活性層と前記第1クラッド層との積層方向から見て、前記半導体発光素子の光射出面の垂線に対して傾いて設けられ、
前記半導体発光素子から射出された光は、前記窓部の光入射面で屈折して、前記半導体発光素子の光射出面の垂線に沿って進行してもよい。
In the light source device according to the present invention,
The semiconductor light emitting element is
An active layer in which current is injected to generate light;
A first cladding layer and a second cladding layer sandwiching the active layer;
Have
The active layer constitutes an optical waveguide for guiding light,
The optical waveguide is provided to be inclined with respect to a normal to the light emission surface of the semiconductor light emitting device as seen from the stacking direction of the active layer and the first cladding layer,
The light emitted from the semiconductor light emitting element may be refracted on the light incident surface of the window portion and travel along a perpendicular line of the light emitting surface of the semiconductor light emitting element.

このような光源装置では、半導体発光素子の光射出面から当該光射出面の垂線に対して傾いた方向に射出された光を、窓部の光入射面で屈折させて半導体発光素子の光射出面の垂線に沿って進行させることができる。そのため、例えば窓部の光入射面の垂線が半導体発光素子の光射出面の垂線に平行である場合と比べて、後段の光学系での光利用効率を向上させることができる。   In such a light source device, light emitted from the light emitting surface of the semiconductor light emitting element in a direction inclined with respect to the normal of the light emitting surface is refracted by the light incident surface of the window portion to emit light from the semiconductor light emitting element. It can proceed along the normal of the surface. For this reason, for example, the light utilization efficiency in the optical system at the subsequent stage can be improved as compared with the case where the perpendicular of the light incident surface of the window portion is parallel to the perpendicular of the light emitting surface of the semiconductor light emitting element.

本発明に係る光源装置において、
前記半導体発光素子は、
電流が注入されて光を発生させる活性層と、
前記活性層を挟む第1クラッド層および第2クラッド層と、
を有し、
前記活性層は、光を導波させる光導波路を構成し、
前記光導波路は、前記活性層と前記第1クラッド層との積層方向から見て、前記半導体発光素子の光射出面の垂線に平行に設けられていてもよい。
In the light source device according to the present invention,
The semiconductor light emitting element is
An active layer in which current is injected to generate light;
A first cladding layer and a second cladding layer sandwiching the active layer;
Have
The active layer constitutes an optical waveguide for guiding light,
The optical waveguide may be provided in parallel to a perpendicular line of the light emitting surface of the semiconductor light emitting device when viewed from the stacking direction of the active layer and the first cladding layer.

このような光源装置では、半導体発光素子から射出されて窓部の光入射面にて反射され半導体発光素子に戻る光に起因するレーザー発振の不安定化を低減させることができる。   In such a light source device, instability of laser oscillation caused by light emitted from the semiconductor light emitting element, reflected by the light incident surface of the window portion, and returning to the semiconductor light emitting element can be reduced.

本発明に係る光源装置において、
前記窓部の材質は、無機材料であってもよい。
In the light source device according to the present invention,
The window portion may be made of an inorganic material.

このような光源装置では、窓部の耐光性を高めることができる。   In such a light source device, the light resistance of the window portion can be improved.

本発明に係る光源装置において、
前記プリズムの材質は、樹脂材料であってもよい。
In the light source device according to the present invention,
The material of the prism may be a resin material.

このような光源装置では、プリズムを容易にかつ安価に製造することができる。   In such a light source device, the prism can be manufactured easily and inexpensively.

本発明に係る光源装置は、
基板と、
前記基板の第1面に実装され、かつ、前記第1面の面内方向に光を射出する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子から射出された光を、前記第1面から離れる方向に折り曲げるプリズムと、
前記プリズムによって折り曲げられた光を集光する集光部と、
を含み、
前記プリズムは、前記集光部の材料よりも前記半導体発光素子が射出する光の波長に対する耐光性が高い材料によって形成されている。
The light source device according to the present invention includes:
A substrate,
A semiconductor light emitting device mounted on the first surface of the substrate and emitting light in an in-plane direction of the first surface;
A prism that bends light emitted from the semiconductor light emitting element in a direction away from the first surface;
A light collecting unit for collecting the light bent by the prism;
Including
The prism is formed of a material having higher light resistance with respect to the wavelength of light emitted from the semiconductor light emitting element than the material of the light collecting portion.

このような光源装置では、プリズムが集光部の材料よりも半導体発光素子が射出する光の波長に対する耐光性が高い材料によって形成されているため、プリズムにより入射光に対する耐光性を高めることができるとともに、集光部の材料選択の自由度を高めることができる。したがって、入射光に対する高い耐光性を有し、かつ、材料選択の自由度を高め
ることができる光学素子を備えた光源装置を実現することができる。
In such a light source device, since the prism is formed of a material having higher light resistance to the wavelength of light emitted from the semiconductor light emitting element than the material of the light collecting portion, the light resistance to incident light can be improved by the prism. At the same time, the degree of freedom in selecting the material for the light collecting portion can be increased. Therefore, it is possible to realize a light source device including an optical element that has high light resistance to incident light and can increase the degree of freedom of material selection.

本発明に係る光源装置において、
前記集光部は、回折光学素子であってもよい。
In the light source device according to the present invention,
The condensing unit may be a diffractive optical element.

このような光源装置では、入射光に対する耐光性を高めることができ、かつ、材料選択の自由度を高めることができる光学素子を備えた光源装置を実現することができる。   In such a light source device, it is possible to realize a light source device including an optical element that can improve light resistance against incident light and can increase the degree of freedom of material selection.

本発明に係る光源装置において、
前記プリズムの光入射面には、前記半導体発光素子から射出された光を集光するレンズ面が形成されていてもよい。
In the light source device according to the present invention,
A lens surface for condensing light emitted from the semiconductor light emitting element may be formed on the light incident surface of the prism.

このような光源装置では、プリズムの光入射面にレンズ面が形成されているため、半導体発光素子の光射出面の近傍で半導体発光素子から射出された光を集光することができる。したがって、光学素子の小型化および光利用効率の向上を図ることができる。   In such a light source device, since the lens surface is formed on the light incident surface of the prism, the light emitted from the semiconductor light emitting element can be condensed near the light emitting surface of the semiconductor light emitting element. Therefore, it is possible to reduce the size of the optical element and improve the light utilization efficiency.

本発明に係る光源装置において、
前記プリズムの光入射面には、前記半導体発光素子から射出された光を集光する回折光学素子が形成されていてもよい。
In the light source device according to the present invention,
A diffractive optical element that condenses light emitted from the semiconductor light emitting element may be formed on the light incident surface of the prism.

このような光源装置では、プリズムの光入射面に回折光学素子が形成されているため、半導体発光素子の光射出面の近傍で半導体発光素子から射出された光を集光することができる。したがって、光学素子の小型化および光利用効率の向上を図ることができる。   In such a light source device, since the diffractive optical element is formed on the light incident surface of the prism, the light emitted from the semiconductor light emitting element can be condensed in the vicinity of the light emitting surface of the semiconductor light emitting element. Therefore, it is possible to reduce the size of the optical element and improve the light utilization efficiency.

本発明に係る光源装置において、
前記プリズムの反射面は、凹面であってもよい。
In the light source device according to the present invention,
The reflecting surface of the prism may be a concave surface.

このような光源装置では、プリズムの反射面にて光を集光することができる。   In such a light source device, light can be condensed on the reflecting surface of the prism.

本発明に係る光源装置において、
前記プリズムの材質は、無機材料であってもよい。
In the light source device according to the present invention,
The material of the prism may be an inorganic material.

このような光源装置では、プリズムの耐光性を高めることができる。   In such a light source device, the light resistance of the prism can be improved.

本発明に係る光源装置において、
前記集光部の材質は、樹脂材料であってもよい。
In the light source device according to the present invention,
The material of the condensing part may be a resin material.

このような光源装置では、集光部を容易にかつ安価に製造することができる。   In such a light source device, the condensing part can be manufactured easily and inexpensively.

本発明に係るプロジェクターは、
本発明に係る光源装置と、
前記光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置によって形成された画像を投射する投射装置と、
を含む。
The projector according to the present invention is
A light source device according to the present invention;
A light modulation device that modulates light emitted from the light source device according to image information;
A projection device for projecting an image formed by the light modulation device;
including.

このようなプロジェクターでは、本発明に係る光源装置を含むため、光利用効率を向上させることができる。   Since such a projector includes the light source device according to the present invention, the light use efficiency can be improved.

第1実施形態に係る光源装置を模式的に示す平面図。The top view which shows typically the light source device which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る光源装置を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the light source device which concerns on 1st Embodiment. 半導体発光素子と、折り曲げ部および集光部と、を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows a semiconductor light-emitting device, a bending part, and a condensing part typically. 第1変形例に係る光源装置の光学素子を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the optical element of the light source device which concerns on a 1st modification. 第2変形例に係る光源装置の光学素子を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the optical element of the light source device which concerns on a 2nd modification. 第3変形例に係る光源装置の光学素子を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the optical element of the light source device which concerns on a 3rd modification. 第4変形例に係る光源装置の光学素子を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the optical element of the light source device which concerns on a 4th modification. 第5変形例に係る光源装置の一部を模式的に示す平面図。The top view which shows typically a part of light source device which concerns on a 5th modification. 第5変形例に係る光源装置の一部を模式的に示す平面図。The top view which shows typically a part of light source device which concerns on a 5th modification. 第2実施形態に係る光源装置を模式的に示す平面図。The top view which shows typically the light source device which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る光源装置を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the light source device which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る光源装置の光学素子を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the optical element of the light source device which concerns on 2nd Embodiment. 第1変形例に係る光源装置の光学素子を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the optical element of the light source device which concerns on a 1st modification. 第2変形例に係る光源装置の光学素子を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the optical element of the light source device which concerns on a 2nd modification. 第3変形例に係る光源装置の光学素子を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the optical element of the light source device which concerns on a 3rd modification. 第4変形例に係る光源装置の光学素子を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the optical element of the light source device which concerns on a 4th modification. 第3実施形態に係る光源装置を模式的に示す平面図。The top view which shows typically the light source device which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る光源装置を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the light source device which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態の変形例に係る光源装置の一部を模式的に示す平面図。The top view which shows typically a part of light source device which concerns on the modification of 3rd Embodiment. 第3実施形態の変形例に係る光源装置の一部を模式的に示す平面図。The top view which shows typically a part of light source device which concerns on the modification of 3rd Embodiment. 第4実施形態に係るプロジェクターを模式的に示す図。FIG. 10 is a diagram schematically illustrating a projector according to a fourth embodiment.

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments described below do not unduly limit the contents of the present invention described in the claims. In addition, not all of the configurations described below are essential constituent requirements of the present invention.

1. 第1実施形態
1.1. 光源装置
まず、第1実施形態に係る光源装置について図面を参照しながら説明する。図1は、第1実施形態に係る光源装置100を模式的に示す平面図である。図2は、第1実施形態に係る光源装置100を模式的に示す図1のII−II線断面図である。なお、図1および図2、以下に示す図3〜図20では、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸、およびZ軸を図示している。
1. 1. First embodiment 1.1. First, a light source device according to a first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view schematically showing the light source device 100 according to the first embodiment. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 1 schematically showing the light source device 100 according to the first embodiment. 1 and 2 and FIGS. 3 to 20 shown below, the X axis, the Y axis, and the Z axis are illustrated as three axes orthogonal to each other.

光源装置100は、図1および図2に示すように、光源基板(基板の一例)10と、複数の半導体発光素子20と、複数の折り曲げ部30と、複数の集光部40と、を含む。   As shown in FIGS. 1 and 2, the light source device 100 includes a light source substrate (an example of a substrate) 10, a plurality of semiconductor light emitting elements 20, a plurality of bent portions 30, and a plurality of light collecting portions 40. .

光源基板10は、シリコン等の半導体基板である。光源基板10の主面(第1面)11a(+Z軸方向を向く面)には、複数の半導体発光素子20が実装されている。光源基板10の主面11b(主面11aの反対側の主面、−Z軸方向を向く面)には、放熱板12が設けられている。放熱板12の材質は、銅等の熱伝導性に優れた材料であり、放熱板12によって半導体発光素子20の動作時の熱を逃がすことができる。これにより、半導体発光素子20の発光効率の低下を抑制することができる。   The light source substrate 10 is a semiconductor substrate such as silicon. A plurality of semiconductor light emitting elements 20 are mounted on the main surface (first surface) 11a of the light source substrate 10 (the surface facing the + Z-axis direction). On the main surface 11b of the light source substrate 10 (a main surface opposite to the main surface 11a, a surface facing the −Z axis direction), a heat radiating plate 12 is provided. The material of the heat sink 12 is a material having excellent thermal conductivity such as copper, and the heat sink 12 can release heat during operation of the semiconductor light emitting element 20. Thereby, the fall of the luminous efficiency of the semiconductor light-emitting device 20 can be suppressed.

複数の半導体発光素子20は、光源基板10の主面11aに実装されている。複数の半導体発光素子20は、複数行かつ複数列(マトリックス状)に配置されている。すなわち、複数の半導体発光素子20は、2次元アレイ状に配置されている。図示の例では、Y軸方向に並べられた4つの半導体発光素子20からなる列が、X軸方向に2列配置されている。このように、光源装置100では、4行2列に配置された8個の半導体発光素子20をアレイ化して、1つのアレイ光源ユニットを構成している。なお、半導体発光素子20
の数は、特に限定されない。
The plurality of semiconductor light emitting elements 20 are mounted on the main surface 11 a of the light source substrate 10. The plurality of semiconductor light emitting elements 20 are arranged in a plurality of rows and a plurality of columns (matrix shape). That is, the plurality of semiconductor light emitting elements 20 are arranged in a two-dimensional array. In the illustrated example, two rows of four semiconductor light emitting elements 20 arranged in the Y-axis direction are arranged in the X-axis direction. As described above, in the light source device 100, eight semiconductor light emitting elements 20 arranged in four rows and two columns are arrayed to form one array light source unit. The semiconductor light emitting device 20
The number of is not particularly limited.

半導体発光素子20は、光源基板10の主面11aの面内方向に光を射出する。図示の例では、半導体発光素子20は、+X軸方向に光を射出する。   The semiconductor light emitting element 20 emits light in the in-plane direction of the main surface 11 a of the light source substrate 10. In the illustrated example, the semiconductor light emitting element 20 emits light in the + X axis direction.

図3は、半導体発光素子20と、当該半導体発光素子20に対応する折り曲げ部30および集光部40と、を模式的に示す断面図である。以下、半導体発光素子20がInGaAlP系(赤色)の端面発光型半導体レーザーである場合について説明する。   FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the semiconductor light emitting element 20 and the bent part 30 and the light collecting part 40 corresponding to the semiconductor light emitting element 20. Hereinafter, a case where the semiconductor light emitting element 20 is an InGaAlP-based (red) edge emitting semiconductor laser will be described.

半導体発光素子20は、図3に示すように、活性層106を含む積層体101と、第1電極110と、第2電極112と、を含んで構成されている。   As shown in FIG. 3, the semiconductor light emitting element 20 includes a stacked body 101 including an active layer 106, a first electrode 110, and a second electrode 112.

積層体101は、ベース層102と、第1クラッド層104と、活性層106と、第2クラッド層108と、を含んで構成されている。積層体101は、ベース層(基板)102上に、第1クラッド層104、活性層106、および第2クラッド層108をこの順でエピタキシャル成長させることで形成される。   The stacked body 101 includes a base layer 102, a first cladding layer 104, an active layer 106, and a second cladding layer 108. The stacked body 101 is formed by epitaxially growing a first cladding layer 104, an active layer 106, and a second cladding layer 108 in this order on a base layer (substrate) 102.

ベース層102は、例えば、基板と、バッファー層と、を含む。基板としては、例えば、第1導電型(例えばn型)のGaAs基板などを用いることができる。バッファー層は、例えば、n型のGaAs層、AlGaAs層、InGaP層等である。バッファー層は、エピタキシャル成長させる際に、その上方に形成される層の結晶性を向上させることができる。   The base layer 102 includes, for example, a substrate and a buffer layer. As the substrate, for example, a first conductivity type (for example, n-type) GaAs substrate or the like can be used. The buffer layer is, for example, an n-type GaAs layer, an AlGaAs layer, an InGaP layer, or the like. When the buffer layer is epitaxially grown, the crystallinity of the layer formed thereabove can be improved.

第1クラッド層104は、ベース層102上に形成されている。第1クラッド層104は、例えば、n型のInGaAlP層である。   The first cladding layer 104 is formed on the base layer 102. The first cladding layer 104 is, for example, an n-type InGaAlP layer.

活性層106は、第1クラッド層104上に形成されている。活性層106は、第1クラッド層104および第2クラッド層108で挟まれている。活性層106は、例えば、InGaPウェル層とInGaAlPバリア層とから構成される量子井戸構造を3つ重ねた多重量子井戸(MQW)構造を有している。   The active layer 106 is formed on the first cladding layer 104. The active layer 106 is sandwiched between the first cladding layer 104 and the second cladding layer 108. The active layer 106 has, for example, a multiple quantum well (MQW) structure in which three quantum well structures each composed of an InGaP well layer and an InGaAlP barrier layer are stacked.

活性層106は、電流が注入されて光を発生させることが可能な層である。活性層106の一部は、活性層106にて発生した光を導波させる光導波路22を構成している。   The active layer 106 is a layer that can generate light by being injected with current. A part of the active layer 106 constitutes an optical waveguide 22 that guides light generated in the active layer 106.

光導波路22は、活性層106の−X軸方向側の側面と、活性層106の+X軸方向側の側面と、を接続している。光導波路22は、Z軸方向(活性層106と第1クラッド層104との積層方向)からみて、活性層106の2つの側面間に直線状に設けられており、光射出面の垂線に対して平行に設けられている。活性層106で生じた光は、活性層106の2つの側面間で多重反射し、レーザー発振する。活性層106で生じた光は、活性層106の一方の側面(+X軸方向側の側面)に設けられている光射出面から+X軸方向に射出される。   The optical waveguide 22 connects the side surface of the active layer 106 on the −X axis direction side and the side surface of the active layer 106 on the + X axis direction side. The optical waveguide 22 is linearly provided between the two side surfaces of the active layer 106 when viewed from the Z-axis direction (the stacking direction of the active layer 106 and the first cladding layer 104), and is perpendicular to the normal of the light exit surface. Are provided in parallel. The light generated in the active layer 106 is multiple-reflected between the two side surfaces of the active layer 106 and oscillates. The light generated in the active layer 106 is emitted in the + X-axis direction from the light emission surface provided on one side surface (the side surface on the + X-axis direction side) of the active layer 106.

第2クラッド層108は、活性層106上に形成されている。第2クラッド層108は、例えば、第2導電型(例えばp型)のInGaAlP層である。   The second cladding layer 108 is formed on the active layer 106. The second cladding layer 108 is, for example, a second conductivity type (for example, p-type) InGaAlP layer.

第1電極110は、ベース層102の下に形成されている。第2電極112は、第2クラッド層108上に形成されている。第2電極112と第2クラッド層108との間にはコンタクト層(図示せず)が設けられていてもよい。例えば、第2電極112と、第2電極112とオーミックコンタクトする層と、の接触面の平面形状(Z軸方向から見た形状)によって電極110,112間の電流経路が決定され、その結果、光導波路22の平面
形状が決定される。
The first electrode 110 is formed under the base layer 102. The second electrode 112 is formed on the second cladding layer 108. A contact layer (not shown) may be provided between the second electrode 112 and the second cladding layer 108. For example, the current path between the electrodes 110 and 112 is determined by the planar shape (the shape viewed from the Z-axis direction) of the contact surface between the second electrode 112 and the layer in ohmic contact with the second electrode 112, and as a result, The planar shape of the optical waveguide 22 is determined.

半導体発光素子20は、活性層に屈折率差を設けて光を閉じ込める、いわゆる屈折率導波型であってもよいし、電流を注入することによって生じた光導波路がそのまま導波領域となる、いわゆる利得導波型であってもよい。   The semiconductor light emitting element 20 may be a so-called refractive index waveguide type in which light is confined by providing a refractive index difference in the active layer, or an optical waveguide generated by injecting a current becomes a waveguide region as it is. A so-called gain waveguide type may be used.

半導体発光素子20は、活性層106の面内方向に沿って進行する光が共振する端面発光型の発光素子であるため、例えば活性層の面内方向と直交する方向に進行する光が共振する面発光型の発光素子と比べて、1つの素子から得られる光の出力を高めることができる。   Since the semiconductor light emitting device 20 is an edge-emitting light emitting device in which light traveling along the in-plane direction of the active layer 106 resonates, for example, light traveling in a direction orthogonal to the in-plane direction of the active layer resonates. Compared with a surface-emitting light-emitting element, the output of light obtained from one element can be increased.

また、半導体発光素子20は、端面発光型の発光素子であるため、半導体発光素子20から射出される光は、当該光の光軸と直交する2つの方向で大きく異なる拡がり角を持つ。図示の例では、半導体発光素子20から射出される光(X軸方向に進行する光)は、Y軸方向の拡がり角よりもZ軸方向の拡がり角が大きい。すなわち、半導体発光素子20から射出される光の断面形状は、Z軸に沿った長軸を有する楕円状(または略楕円状)である。   Further, since the semiconductor light emitting element 20 is an edge-emitting light emitting element, the light emitted from the semiconductor light emitting element 20 has greatly different divergence angles in two directions orthogonal to the optical axis of the light. In the illustrated example, the light emitted from the semiconductor light emitting element 20 (the light traveling in the X-axis direction) has a larger spread angle in the Z-axis direction than the spread angle in the Y-axis direction. That is, the cross-sectional shape of the light emitted from the semiconductor light emitting element 20 is elliptical (or substantially elliptical) having a major axis along the Z axis.

折り曲げ部30は、半導体発光素子20から射出された光を光源基板10の主面11aから離れる方向に折り曲げる。図示の例では、折り曲げ部30は、半導体発光素子20から射出された+X軸方向に進行する光を+Z軸方向に折り曲げる。折り曲げ部30は、窓部32と、プリズム34と、を有している。   The bending unit 30 bends the light emitted from the semiconductor light emitting element 20 in a direction away from the main surface 11 a of the light source substrate 10. In the illustrated example, the bending unit 30 bends the light emitted from the semiconductor light emitting element 20 and traveling in the + X-axis direction in the + Z-axis direction. The bent portion 30 includes a window portion 32 and a prism 34.

窓部32には、半導体発光素子20から射出された光Lが入射する。窓部32は、半導体発光素子20の光射出面の近傍に配置される。窓部32は、半導体発光素子20が射出する光Lの光路上において、プリズム34よりも半導体発光素子20の光射出面に近い位置に配置されている。   The light L emitted from the semiconductor light emitting element 20 enters the window 32. The window portion 32 is disposed in the vicinity of the light emission surface of the semiconductor light emitting element 20. The window portion 32 is disposed at a position closer to the light emission surface of the semiconductor light emitting element 20 than the prism 34 on the optical path of the light L emitted from the semiconductor light emitting element 20.

窓部32の形状は、例えば、図1〜図3に示すように、直方体である。図示の例では、窓部32は、XZ面での断面形状が矩形状であり、Y方向に細長い(長手方向を持つ)平板状の形状を有している。窓部32は、光学的には、1つの半導体発光素子20(1つの光射出面)に対応して1つ設けられているが、構造的には、Y軸に沿って配列されている複数(4個)の半導体発光素子20に対応して1つの窓部32が設けられている。図示の例では、半導体発光素子20の2つの列に対応して2つの窓部32が設けられている。これにより、窓部32とプリズム34との接合が容易になるとともに、位置合わせの精度を向上できる。さらに、光学基板50の製造コストを低減できる。   The shape of the window part 32 is a rectangular parallelepiped as shown in FIGS. 1-3, for example. In the illustrated example, the window portion 32 has a rectangular cross-sectional shape on the XZ plane, and has a flat plate shape elongated in the Y direction (having a longitudinal direction). Optically, one window portion 32 is provided corresponding to one semiconductor light emitting element 20 (one light emission surface), but structurally, a plurality of windows 32 are arranged along the Y axis. One window 32 is provided corresponding to (four) semiconductor light emitting elements 20. In the illustrated example, two window portions 32 are provided corresponding to two columns of the semiconductor light emitting elements 20. Thereby, joining of the window part 32 and the prism 34 becomes easy, and the precision of alignment can be improved. Furthermore, the manufacturing cost of the optical substrate 50 can be reduced.

窓部32は、YZ平面に平行な光入射面31aと光射出面31bとを有している。光入射面31aは、半導体発光素子20が射出する光Lの光軸に対して直交する。すなわち、光入射面31aの垂線は、光Lの光軸に平行である。光入射面31aには、図示はしないが、反射防止膜が形成されている。   The window 32 has a light incident surface 31a and a light exit surface 31b parallel to the YZ plane. The light incident surface 31 a is orthogonal to the optical axis of the light L emitted from the semiconductor light emitting element 20. That is, the perpendicular of the light incident surface 31a is parallel to the optical axis of the light L. Although not shown, an antireflection film is formed on the light incident surface 31a.

窓部32は、プリズム34の材料よりも半導体発光素子20が射出する光Lの波長に対する耐光性が高い材料によって形成されている。窓部32の材質は、例えば、ガラス、無機結晶等の無機材料を用いることができ、特にガラス(例えばBK7、屈折率=約1.52)が好適である。ガラスは成型や研磨を行いやすく、また、ガラスはアモルファス(非晶質)であり、結晶が光に与える影響を考慮しなくてもよいためである。また、窓部32の材質は、無機材料に限定されず、例えばコンポジット有機材料であってもよい。コンポジット有機材料とは、ナノメートルサイズの無機材料からなる超微粒子を均一に分散して、様々な物性の向上を図った樹脂材料である。例えば、有機成分と無機成分を分子レベルでハイブリッド化させて、耐光性を高めたコンポジット有機材料を用いることができる。   The window 32 is made of a material having higher light resistance to the wavelength of the light L emitted from the semiconductor light emitting element 20 than the material of the prism 34. As the material of the window portion 32, for example, an inorganic material such as glass or inorganic crystal can be used, and glass (for example, BK7, refractive index = about 1.52) is particularly suitable. This is because glass is easy to mold and polish, and glass is amorphous (amorphous), and it is not necessary to consider the influence of crystals on light. Moreover, the material of the window part 32 is not limited to an inorganic material, For example, a composite organic material may be sufficient. The composite organic material is a resin material in which ultrafine particles made of nanometer-sized inorganic material are uniformly dispersed to improve various physical properties. For example, a composite organic material in which an organic component and an inorganic component are hybridized at a molecular level to improve light resistance can be used.

窓部32は、例えば、ガラス母材を所定のサイズに切断し、互いに平行な位置関係にある光入射面31aおよび光射出面31bとなる2面を光学研磨して作製される。窓部32は、その形状が比較的単純な平板状であることから、一般的な加工法によって容易にかつ安価に作製できる。   The window part 32 is produced by, for example, cutting a glass base material into a predetermined size and optically polishing the two surfaces that are the light incident surface 31a and the light emitting surface 31b that are in parallel with each other. Since the window portion 32 has a relatively simple flat plate shape, it can be easily and inexpensively manufactured by a general processing method.

プリズム34には、窓部32を透過した光Lが入射する。プリズム34は、窓部32の光射出面31bに対向している(図示の例では接している)光入射面33aと、光入射面33aから入射した光Lを反射させる反射面33bと、を有している。プリズム34の光入射面33aと窓部32の光射出面31bとは接着剤等で接合されている。なお、耐光性が高い接着剤を用いることが望ましい。反射面33bは、光源基板10の主面11aに対して45度傾いている。すなわち、反射面33bは、半導体発光素子20から射出される光Lの光軸に対して45度傾いている。反射面33bには、反射膜(図示せず)が設けられている。半導体発光素子20から射出された光は反射面33bにて反射されて、光源基板10の主面11aから離れる方向に折り曲げられる。なお、反射面33bの光の光軸に対する傾きは45度に限定されず、主面11aの面内方向に進行する光Lを主面11aから離れる方向(+Z軸方向側)に折り曲げることができる傾きであればよい。   Light L that has passed through the window 32 is incident on the prism 34. The prism 34 includes a light incident surface 33a that is opposed to (in contact with, in the illustrated example) the light exit surface 31b of the window 32, and a reflective surface 33b that reflects the light L incident from the light incident surface 33a. Have. The light incident surface 33a of the prism 34 and the light emitting surface 31b of the window portion 32 are joined by an adhesive or the like. It is desirable to use an adhesive with high light resistance. The reflection surface 33 b is inclined 45 degrees with respect to the main surface 11 a of the light source substrate 10. That is, the reflecting surface 33 b is inclined 45 degrees with respect to the optical axis of the light L emitted from the semiconductor light emitting element 20. A reflective film (not shown) is provided on the reflective surface 33b. The light emitted from the semiconductor light emitting element 20 is reflected by the reflecting surface 33 b and bent in a direction away from the main surface 11 a of the light source substrate 10. Note that the inclination of the reflection surface 33b with respect to the optical axis of the light is not limited to 45 degrees, and the light L traveling in the in-plane direction of the main surface 11a can be bent in a direction away from the main surface 11a (+ Z axis direction side). Any tilt is acceptable.

集光部40は、折り曲げ部30によって折り曲げられた光Lを集光する。ここで、光を集光するとは、集光部40から射出された光の拡がり角(射出角)が、集光部40に入射する光の拡がり角よりも小さくなることをいう。集光部40は、例えば、光Lを集光して平行化する。これにより、光Lは平行光(または略平行光)として射出される。集光部40は、レンズ(レンズ面41)で構成されている。   The condensing part 40 condenses the light L bent by the bending part 30. Here, condensing light means that the divergence angle (emission angle) of light emitted from the condensing unit 40 is smaller than the divergence angle of light incident on the condensing unit 40. For example, the condensing unit 40 condenses and collimates the light L. Thereby, the light L is emitted as parallel light (or substantially parallel light). The condensing part 40 is comprised with the lens (lens surface 41).

光源装置100では、プリズム34および集光部40は、一体に設けられている。光源装置100は、プリズム34と集光部40とが一体に設けられた光学基板50を有している。また、光源装置100では、窓部32と光学基板50とが接合されて1つの光学素子2を構成している。   In the light source device 100, the prism 34 and the light collecting unit 40 are provided integrally. The light source device 100 includes an optical substrate 50 on which the prism 34 and the light collecting unit 40 are integrally provided. In the light source device 100, the window portion 32 and the optical substrate 50 are joined to constitute one optical element 2.

光学基板50は、プラスチックなどの樹脂材料やガラスからなる透明基板を母材にして形成されている。光学基板50は、支持部54を有しており、支持部54は光源基板10の主面11aと接着剤等により接合されている。光学基板50の、光源基板10の主面11aと対向する面側(−Z軸方向側)には、凹部52が設けられている。光源基板10と光学基板50とが接続された状態で、凹部52内に半導体発光素子20が収容される。すなわち、半導体発光素子20は、光源基板10と光学基板50とに囲まれた空間内に収容されている。   The optical substrate 50 is formed using a resin substrate such as plastic or a transparent substrate made of glass as a base material. The optical substrate 50 has a support portion 54, and the support portion 54 is bonded to the main surface 11 a of the light source substrate 10 with an adhesive or the like. A concave portion 52 is provided on the side of the optical substrate 50 facing the main surface 11a of the light source substrate 10 (on the −Z axis direction side). In a state where the light source substrate 10 and the optical substrate 50 are connected, the semiconductor light emitting element 20 is accommodated in the recess 52. That is, the semiconductor light emitting element 20 is accommodated in a space surrounded by the light source substrate 10 and the optical substrate 50.

光学基板50では、凹部52の底面を規定する面(−Z軸方向側の面)から半導体発光素子20側(−Z軸方向側)に張り出したプリズム形状の部分が、プリズム34を構成している。プリズム34のZX面での断面形状は、例えば三角形(二等辺三角形)であり、Y軸方向に細長い(長手方向を持つ)プリズム状である。図1に示すように、Y軸に沿って配列されている複数(4個)の半導体発光素子20に対応するプリズム34は連続している。   In the optical substrate 50, the prism-shaped portion that protrudes from the surface that defines the bottom surface of the recess 52 (the surface on the −Z axis direction side) to the semiconductor light emitting element 20 side (the −Z axis direction side) constitutes the prism 34. Yes. The cross-sectional shape of the prism 34 on the ZX plane is, for example, a triangle (isosceles triangle), and is a prism shape elongated in the Y-axis direction (having a longitudinal direction). As shown in FIG. 1, the prisms 34 corresponding to a plurality (four) of the semiconductor light emitting elements 20 arranged along the Y axis are continuous.

光学基板50の、凹部52の底面を規定する面とは反対側の面(+Z軸方向側の面)には、集光部40を構成しているレンズ面41が設けられている。レンズ面41は、1つの半導体発光素子20に対して、1つ設けられている。レンズ面41は、複数行複数列(アレイ状)に配置された半導体発光素子20に対応して、複数行複数列(アレイ状)に配置されている。レンズ面41には、反射防止膜(図示せず)が設けられている。   On the surface of the optical substrate 50 opposite to the surface that defines the bottom surface of the recess 52 (the surface on the + Z-axis direction side), a lens surface 41 that constitutes the light condensing unit 40 is provided. One lens surface 41 is provided for one semiconductor light emitting element 20. The lens surface 41 is arranged in a plurality of rows and a plurality of columns (array) corresponding to the semiconductor light emitting elements 20 arranged in a plurality of rows and a plurality of columns (array). The lens surface 41 is provided with an antireflection film (not shown).

光源基板10、複数の半導体発光素子20、および光学基板50の各々には、位置合わせ用のマーク(図示せず)が形成されており、これらの位置合わせ用のマークを用いて、複数の半導体発光素子20と光学基板50との相対的な位置を合わせることができる。これにより、半導体発光素子20から射出された光を、折り曲げ部30および集光部40の所定の位置に正確に入射させることができる。   Each of the light source substrate 10, the plurality of semiconductor light emitting elements 20, and the optical substrate 50 is formed with alignment marks (not shown), and a plurality of semiconductors are formed using these alignment marks. The relative positions of the light emitting element 20 and the optical substrate 50 can be matched. Thereby, the light emitted from the semiconductor light emitting element 20 can be accurately incident on the bent portions 30 and the predetermined positions of the light collecting portion 40.

光学基板50には、複数の半導体発光素子20に対応して複数のプリズム34および複数の集光部40が一体に設けられている。そのため、光学基板50は、例えば窓部32に比べて、複雑な形状を有している。   The optical substrate 50 is integrally provided with a plurality of prisms 34 and a plurality of condensing portions 40 corresponding to the plurality of semiconductor light emitting elements 20. Therefore, the optical substrate 50 has a complicated shape as compared with the window portion 32, for example.

光学基板50の材質は、例えば、プラスチック(合成樹脂、例えばPMMA、屈折率=約1.49)等の樹脂材料である。樹脂材料は成型性、量産性に優れているため、複雑な形状を有する光学基板50を射出成型やモールド成型法等により、容易にかつ安価に形成することができる。また、光学基板50の材質が樹脂材料であることにより、複雑な形状の光学基板50を精度よく形成することができる。   The material of the optical substrate 50 is a resin material such as plastic (synthetic resin, for example, PMMA, refractive index = 1.49). Since the resin material is excellent in moldability and mass productivity, the optical substrate 50 having a complicated shape can be easily and inexpensively formed by injection molding, molding method, or the like. Further, since the material of the optical substrate 50 is a resin material, the optical substrate 50 having a complicated shape can be formed with high accuracy.

なお、窓部32と光学基板50とは、上述したように接着剤を用いて接合されるため、窓部32、光学基板50、および接着剤には、互いに屈折率が近い材料を用いることが好ましい。これにより、窓部32と光学基板50(プリズム34)との接着界面での光反射を低減でき、光利用効率の高い光学素子2を実現できる。   In addition, since the window part 32 and the optical board | substrate 50 are joined using an adhesive agent as mentioned above, it is preferable to use a material with a refractive index close to the window part 32, the optical board | substrate 50, and an adhesive agent mutually. preferable. Thereby, light reflection at the bonding interface between the window portion 32 and the optical substrate 50 (prism 34) can be reduced, and the optical element 2 with high light utilization efficiency can be realized.

上述したように、半導体発光素子20が射出する光Lは、射出角(拡がり角)が大きいため、窓部32の材質および光学基板50の材質は屈折率の高い材料であることが好ましい。窓部32および光学基板50に入射した光Lは、屈折作用により射出角が狭められるため、窓部32および光学基板50を小型化できる。   As described above, since the light L emitted from the semiconductor light emitting element 20 has a large emission angle (expansion angle), the material of the window portion 32 and the material of the optical substrate 50 are preferably materials having a high refractive index. The light L incident on the window portion 32 and the optical substrate 50 has an exit angle narrowed by refraction, so that the window portion 32 and the optical substrate 50 can be downsized.

光源装置100では、図3に示すように、半導体発光素子20から射出された+X軸方向に進行する光Lは、窓部32の光入射面31aに入射し、光射出面31bから射出される。窓部32の光射出面31bから射出された光Lは、プリズム34の光入射面33aに入射し、反射面33bで+Z軸方向に反射される。反射された光Lは、集光部40(レンズ面41)で集光されて+Z軸方向に射出される。光源装置100では、図1に示すように光源基板10の主面11aに複数の半導体発光素子20が2次元アレイ状に配置され、複数の半導体発光素子20の各々に対応して折り曲げ部30および集光部40が設けられているため、光源装置100は、2次元アレイ状に配置された光で構成されているアレイ光束を射出することができる。   In the light source device 100, as shown in FIG. 3, the light L emitted from the semiconductor light emitting element 20 and traveling in the + X-axis direction is incident on the light incident surface 31a of the window 32 and is emitted from the light emitting surface 31b. . The light L emitted from the light exit surface 31b of the window portion 32 enters the light incident surface 33a of the prism 34, and is reflected in the + Z-axis direction by the reflection surface 33b. The reflected light L is condensed by the condensing unit 40 (lens surface 41) and emitted in the + Z-axis direction. In the light source device 100, as shown in FIG. 1, a plurality of semiconductor light emitting elements 20 are arranged in a two-dimensional array on the main surface 11a of the light source substrate 10, and a bent portion 30 and a corresponding one of the plurality of semiconductor light emitting elements 20 are provided. Since the condensing unit 40 is provided, the light source device 100 can emit an array light beam composed of light arranged in a two-dimensional array.

なお、上記では、InGaAlP系の発光素子について説明したが、半導体発光素子20としては、光導波路が形成可能なあらゆる材料系を用いることができる。例えば、AlGaN系、GaN系、InGaN系、GaAs系、AlGaAs系、InGaAs系、InGaAsP系、InP系、GaP系、AlGaP系、ZnCdSe系などの半導体材料を用いることができる。   Although the InGaAlP light emitting element has been described above, any material system capable of forming an optical waveguide can be used as the semiconductor light emitting element 20. For example, semiconductor materials such as AlGaN, GaN, InGaN, GaAs, AlGaAs, InGaAs, InGaAsP, InP, GaP, AlGaP, and ZnCdSe can be used.

光源装置100は、例えば、以下の特徴を有する。   The light source device 100 has the following features, for example.

光源装置100では、光源基板10の面内方向に光を射出する半導体発光素子20から射出された光を、折り曲げ部30によって光源基板10の主面11aから離れる方向に折り曲げることができる。すなわち、光源装置100では、端面発光型の半導体発光素子20を用いることができる。したがって、光源装置100では、例えば面発光型の半導体発光素子を用いる場合と比べて、1つの半導体発光素子から得られる光出力を大きくすることができる。さらに、光源装置100では、端面発光型の半導体発光素子の高集積化が可
能になる。このように、光源装置100では、1つの半導体発光素子から得られる光出力を大きくしつつ、高集積化が可能であるため、光源装置100の高出力化を図ることができる。
In the light source device 100, the light emitted from the semiconductor light emitting element 20 that emits light in the in-plane direction of the light source substrate 10 can be bent in a direction away from the main surface 11 a of the light source substrate 10 by the bending portion 30. That is, in the light source device 100, the edge-emitting semiconductor light emitting element 20 can be used. Therefore, in the light source device 100, the light output obtained from one semiconductor light emitting element can be increased as compared with the case where a surface light emitting type semiconductor light emitting element is used, for example. Furthermore, in the light source device 100, it is possible to highly integrate edge-emitting semiconductor light-emitting elements. As described above, since the light source device 100 can be highly integrated while increasing the light output obtained from one semiconductor light emitting element, the output of the light source device 100 can be increased.

ここで、端面発光型の半導体発光素子から射出される光は、非常に狭い活性層から光が射出されるため、半導体発光素子の光射出面の近傍では光強度(光密度)が非常に大きい。しかし、半導体発光素子が射出する光の射出角(拡がり角)は非常に広い(特に活性層の厚み方向において非常に広い)ため、光強度は光射出面から離れるに従い、距離の2乗に反比例して急激に低下する。一例として、図3に示す半導体発光素子20の光射出面と窓部32の光入射面31aとの間の距離を0.05mm、窓部32の厚さ(光入射面31aと光射出面31bとの間の距離)を0.2mmとした場合、プリズム34の光入射面33aでの光強度は、窓部32の光入射面31aの光強度に対して約1/14に低下する。   Here, the light emitted from the edge-emitting semiconductor light-emitting element is emitted from a very narrow active layer, so that the light intensity (light density) is very high in the vicinity of the light-emitting surface of the semiconductor light-emitting element. . However, since the emission angle (expansion angle) of light emitted from the semiconductor light emitting device is very wide (particularly in the thickness direction of the active layer), the light intensity is inversely proportional to the square of the distance as the distance from the light emission surface increases. Then drop rapidly. As an example, the distance between the light emitting surface of the semiconductor light emitting element 20 shown in FIG. 3 and the light incident surface 31a of the window 32 is 0.05 mm, and the thickness of the window 32 (light incident surface 31a and light emitting surface 31b). Is 0.2 mm, the light intensity at the light incident surface 33 a of the prism 34 is reduced to about 1/14 with respect to the light intensity at the light incident surface 31 a of the window 32.

したがって、光源装置100では、窓部32がプリズム34の材料よりも半導体発光素子20が射出する光の波長に対する耐光性が高い材料によって形成されていることにより、窓部32によって入射光に対する耐光性を高めることができ、かつ、プリズム34には窓部32ほどの耐光性を必要としないことから、プリズム34(光学基板50)の材料選択の自由度を高めることができる。そのため、光源装置100では、半導体発光素子20の光射出面の極近傍に光学素子2(窓部32)を配置することができる。これにより、光の射出角(拡がり角)が小さい状態で光学素子2に光を入射させられるため、光学素子2を小型化することができ、また半導体発光素子20を高出力化した場合でも、光学素子2では高い光利用効率を安定して得ることができる。また、例えば、光源装置100では、窓部32は複雑な形状の加工には不向きであるが耐光性の高い材料(例えば無機材料)で、一方、プリズム34(光学基板50)は耐光性は高くないが複雑な形状の加工が容易な材料(例えば樹脂材料)で形成することができる。したがって、光源装置100では、容易かつ安価に窓部32およびプリズム34(光学基板50)を含む光学素子2を製造することができる。したがって、光源装置100では、高出力化、長期信頼性の確保、製造コストの低減等を実現できる。   Therefore, in the light source device 100, the window portion 32 is formed of a material having higher light resistance to the wavelength of light emitted from the semiconductor light emitting element 20 than the material of the prism 34, and thus the window portion 32 has light resistance to incident light. Since the prism 34 does not require the light resistance as much as that of the window portion 32, the degree of freedom in selecting the material of the prism 34 (optical substrate 50) can be increased. Therefore, in the light source device 100, the optical element 2 (window portion 32) can be disposed in the immediate vicinity of the light emission surface of the semiconductor light emitting element 20. Thereby, since light can be incident on the optical element 2 in a state where the light emission angle (expansion angle) is small, the optical element 2 can be reduced in size, and even when the output of the semiconductor light emitting element 20 is increased, In the optical element 2, high light use efficiency can be obtained stably. Further, for example, in the light source device 100, the window 32 is not suitable for processing a complicated shape, but is a material with high light resistance (for example, an inorganic material), while the prism 34 (optical substrate 50) has high light resistance. It can be formed of a material (for example, a resin material) that is not complicated but can be easily processed. Therefore, in the light source device 100, the optical element 2 including the window portion 32 and the prism 34 (optical substrate 50) can be manufactured easily and inexpensively. Therefore, the light source device 100 can achieve high output, long-term reliability, reduction in manufacturing cost, and the like.

また、光学素子2では、反射防止膜が形成される光入射面31aと反射膜が形成される反射面33bとが近接した位置関係にある。したがって、仮に光学素子2を単一素子で構成して(窓部とプリズムとを一体に形成して)、近接する2面に異なる特性の光学膜を形成すると、目的の面以外への成膜物質の回り込みが発生しやすく、各々の光学膜の光学特性が低下しやすいという問題がある。目的の面以外をマスキングすることで回り込みを防止することができるが、光学素子の形状が複雑な場合、マスキングに手間がかかる。   Further, in the optical element 2, the light incident surface 31a on which the antireflection film is formed and the reflection surface 33b on which the reflection film is formed are in a close positional relationship. Therefore, if the optical element 2 is composed of a single element (the window portion and the prism are integrally formed), and optical films having different characteristics are formed on two adjacent surfaces, the film is formed on a surface other than the target surface. There is a problem that the wraparound of the substance is likely to occur and the optical characteristics of each optical film are likely to be deteriorated. Masking other than the target surface can prevent wraparound, but if the shape of the optical element is complicated, it takes time to mask.

これに対して、光源装置100では、個別に製造した窓部32とプリズム34とを用いて光学素子2を形成することにより、光入射面31aおよび反射面33bに所定の光学膜を、回り込みの発生を抑制して光学特性の低下を招くことなく形成することができる。   On the other hand, in the light source device 100, by forming the optical element 2 using the window part 32 and the prism 34 manufactured separately, a predetermined optical film is made to wrap around the light incident surface 31a and the reflecting surface 33b. It is possible to form without suppressing the occurrence and deteriorating the optical characteristics.

光源装置100では、プリズム34と集光部40とは一体に構成されているため、プリズム34と集光部40とを独立した光学部品として設ける場合と比べて、部品点数を減らすことができる。したがって、部品間の位置合わせが容易であり、また製造コストを低減させることができる。   In the light source device 100, since the prism 34 and the light collecting unit 40 are integrally formed, the number of components can be reduced as compared with the case where the prism 34 and the light collecting unit 40 are provided as independent optical components. Therefore, alignment between components is easy and manufacturing cost can be reduced.

また、光源装置100では、プリズム34と集光部40とは一体に構成されているため、半導体発光素子20から射出された光Lは、プリズム34に入射しプリズム34の反射面33bで反射された後、集光部40で集光(平行化)されて射出される。すなわち、半導体発光素子20から射出された光Lは、プリズム34の内部に入射して反射面33bにて反射されるため、空気中にて反射される場合よりも光の射出角(拡がり角)が小さい状
態で反射される。そのため、プリズム34を小さくすることが可能となる。したがって、光学素子2の光型化を図ることができる。これにより、例えば、隣り合う半導体発光素子20の間隔を小さくすることが可能となり、光源基板10の主面11aの法線方向から見た、単位面積あたりの発光強度を高めることができる。
Further, in the light source device 100, since the prism 34 and the light condensing unit 40 are integrally formed, the light L emitted from the semiconductor light emitting element 20 enters the prism 34 and is reflected by the reflecting surface 33b of the prism 34. After that, the light is condensed (parallelized) by the light collecting unit 40 and emitted. That is, since the light L emitted from the semiconductor light emitting element 20 enters the prism 34 and is reflected by the reflecting surface 33b, the light emission angle (expansion angle) is larger than when reflected in the air. Is reflected in a small state. Therefore, the prism 34 can be made small. Therefore, the optical element 2 can be made optical. Thereby, for example, the interval between adjacent semiconductor light emitting elements 20 can be reduced, and the light emission intensity per unit area can be increased as viewed from the normal direction of the main surface 11a of the light source substrate 10.

なお、本実施形態において、耐光性の評価(特定の材料(例えば材料A)の耐光性が他の特定の材料(例えば材料B)よりも耐光性が高いか否かの判断)は、例えば、以下の実験により行うことができる。   In the present embodiment, the light resistance evaluation (determination of whether the light resistance of a specific material (for example, material A) is higher than that of another specific material (for example, material B)) is, for example, The following experiment can be performed.

まず、材料Aと材料Bとを同じ形状(例えば、同じ厚さの板状)にして、同じ環境下(例えば大気中、温度25度)で半導体発光素子20が射出する光Lと同じ波長の光(レーザー光)を照射する。このとき、材料Aおよび材料Bに対する光の照射条件(ビーム径(光照射領域の面積)、エネルギー密度(mW/cm))は同じとする。そして、材料Aおよび材料Bのそれぞれについて分光光度計で光照射領域の光線透過率を測定し、光線透過率の経時変化を調べる。この結果から、材料Aおよび材料Bの光線透過率が所定値(例えば0.5%減)を下回るまでの照射時間を比較する。光線透過率が所定値を下回るまでの照射時間が長い材料の方を耐光性が高いとする。 First, the material A and the material B are made to have the same shape (for example, a plate shape having the same thickness), and have the same wavelength as the light L emitted from the semiconductor light emitting element 20 in the same environment (for example, in the atmosphere at a temperature of 25 degrees). Irradiate light (laser light). At this time, the light irradiation conditions (the beam diameter (area of the light irradiation region) and the energy density (mW / cm 2 )) for the material A and the material B are the same. Then, for each of the material A and the material B, the light transmittance of the light irradiation region is measured with a spectrophotometer, and the temporal change of the light transmittance is examined. From this result, the irradiation time until the light transmittance of the material A and the material B falls below a predetermined value (for example, 0.5% reduction) is compared. A material having a longer irradiation time until the light transmittance falls below a predetermined value is assumed to have higher light resistance.

1.2. 光源装置の変形例
次に、第1実施形態に係る光源装置の変形例について説明する。以下、各変形例に係る光源装置において、上述した第1実施形態に係る光源装置100の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
1.2. Next, a modification of the light source device according to the first embodiment will be described. Hereinafter, in the light source device according to each modification, members having the same functions as those of the constituent members of the light source device 100 according to the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

(1)第1変形例
まず、第1変形例について説明する。図4は、第1変形例に係る光源装置200の光学素子2を模式的に示す断面図である。なお、図4は、図3に対応している。
(1) First Modification First, a first modification will be described. FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the optical element 2 of the light source device 200 according to the first modification. FIG. 4 corresponds to FIG.

上述した光源装置100では、窓部32の光入射面31aは、図3に示すように、半導体発光素子20が射出する光Lの光軸に対して直交する平面であった。   In the light source device 100 described above, the light incident surface 31a of the window 32 is a plane orthogonal to the optical axis of the light L emitted from the semiconductor light emitting element 20, as shown in FIG.

これに対して、本変形例に係る光源装置200では、窓部32の光入射面31aには、半導体発光素子20から射出された光Lを集光するレンズ面(レンズ形状)210が形成されている。   On the other hand, in the light source device 200 according to the present modification, a lens surface (lens shape) 210 that collects the light L emitted from the semiconductor light emitting element 20 is formed on the light incident surface 31a of the window portion 32. ing.

窓部32にレンズ面210を形成する場合、窓部32の材質は、低融点ガラスであることが好ましい。これにより、高精度なレンズ形状を容易に作製することができる。   When forming the lens surface 210 in the window part 32, it is preferable that the material of the window part 32 is a low melting glass. Thereby, a highly accurate lens shape can be easily produced.

半導体発光素子20が射出する光Lは、上述したように、射出角が大きい発散光である。このような発散光を集光する場合、半導体発光素子20の光射出面に可能な限り近い位置で光の進行方向を変える作用面(例えば屈折面)を配置することが望ましい。光源装置200では、窓部32の光入射面31aにレンズ面210を形成して集光機能を持たせているため、半導体発光素子20の光射出面の極近傍で発散光(光L)を集光することができ、光学素子2の小型化および光利用効率の向上を図ることができる。   The light L emitted from the semiconductor light emitting element 20 is divergent light having a large emission angle as described above. When converging such diverging light, it is desirable to arrange an action surface (for example, a refracting surface) that changes the traveling direction of light at a position as close as possible to the light emitting surface of the semiconductor light emitting element 20. In the light source device 200, the lens surface 210 is formed on the light incident surface 31 a of the window portion 32 so as to have a condensing function. The light can be condensed, and the optical element 2 can be downsized and the light utilization efficiency can be improved.

また、光源装置200では、窓部32の光入射面31aに設けられたレンズ面210と集光部40の2箇所で集光することができるため、例えば1箇所で集光する場合と比べて、レンズ面の曲率半径を大きくすることができ、レンズ面(レンズ形状)の作製が容易である。なお、半導体発光素子20が射出する光Lをレンズ面210で集光することによって、所望の拡がり角(射出角)を有する光(略平行光を含む)となる場合には、集光部40(レンズ面41)を備える必要はなく、光学素子2の小型化、製造コストの低減を図る
ことができる。
Moreover, in the light source device 200, since it can condense in two places, the lens surface 210 provided in the light-incidence surface 31a of the window part 32, and the condensing part 40, for example compared with the case where it condenses in one place. The radius of curvature of the lens surface can be increased, and the lens surface (lens shape) can be easily produced. When the light L emitted from the semiconductor light emitting element 20 is condensed on the lens surface 210, when the light has a desired divergence angle (emission angle) (including substantially parallel light), the condensing unit 40 is used. It is not necessary to provide the (lens surface 41), and the optical element 2 can be downsized and the manufacturing cost can be reduced.

(2)第2変形例
次に、第2変形例について説明する。図5は、第2変形例に係る光源装置300の光学素子2を模式的に示す断面図である。なお、図5は、図3に対応している。
(2) Second Modification Next, a second modification will be described. FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the optical element 2 of the light source device 300 according to the second modification. FIG. 5 corresponds to FIG.

上述した光源装置100では、窓部32の光入射面31aは、図3に示すように、半導体発光素子20が射出する光Lの光軸に対して直交する平面であった。   In the light source device 100 described above, the light incident surface 31a of the window 32 is a plane orthogonal to the optical axis of the light L emitted from the semiconductor light emitting element 20, as shown in FIG.

これに対して、本変形例に係る光源装置200では、窓部32の光入射面31aには、半導体発光素子20から射出された光Lを集光する回折光学素子(Diffractive Optical Element、DOE素子)310が形成されている。   On the other hand, in the light source device 200 according to this modification, a diffractive optical element (DOE element) that condenses the light L emitted from the semiconductor light emitting element 20 is formed on the light incident surface 31a of the window 32. ) 310 is formed.

回折光学素子310は、光の回折を利用して光の進行方向を変えるための素子である。回折光学素子310は、例えば、微細な構造体によって光を回折させる。回折光学素子310は、ホログラム素子等を含む。   The diffractive optical element 310 is an element for changing the traveling direction of light using light diffraction. The diffractive optical element 310 diffracts light with a fine structure, for example. The diffractive optical element 310 includes a hologram element and the like.

回折光学素子310は、例えば、窓部32となるガラス母材に金型等を押しつけて転写成形することで形成することができる。窓部32に回折光学素子310を設ける場合、窓部32の材質は、低融点ガラスであることが好ましい。これにより、高精度な回折光学素子を容易に作製することができる。   The diffractive optical element 310 can be formed, for example, by pressing a mold or the like against the glass base material that becomes the window portion 32 and performing transfer molding. When the diffractive optical element 310 is provided in the window portion 32, the material of the window portion 32 is preferably low-melting glass. Thereby, a highly accurate diffractive optical element can be easily manufactured.

光源装置300では、窓部32の光入射面31aに回折光学素子310を形成して集光機能を持たせているため、上述した光源装置200と同様に、半導体発光素子20の光射出面の極近傍で発散光(光L)を集光することができ、光学素子2の小型化および光利用効率の向上を図ることができる。また、光源装置300では、窓部32の光入射面31aに設けられた回折光学素子310と集光部40の2箇所で集光することができるため、例えば1箇所で集光する場合と比べて、集光部40を構成しているレンズ面の曲率半径を大きくすることができ、レンズ面(レンズ形状)の作製が容易である。なお、半導体発光素子20が射出する光Lを回折光学素子310で集光することによって、所望の拡がり角(射出角)を有する光(略平行光を含む)となる場合には、集光部40(レンズ面41)を備える必要はなく、光学素子2の小型化、製造コストの低減を図ることができる。   In the light source device 300, since the diffractive optical element 310 is formed on the light incident surface 31a of the window portion 32 to provide a light collecting function, the light emitting surface of the semiconductor light emitting element 20 is similar to the light source device 200 described above. The divergent light (light L) can be collected in the vicinity of the pole, and the optical element 2 can be downsized and the light use efficiency can be improved. Moreover, in the light source device 300, since it can condense in two places, the diffractive optical element 310 provided in the light-incidence surface 31a of the window part 32, and the condensing part 40, for example compared with the case where it condenses in one place. Thus, the radius of curvature of the lens surface constituting the light condensing unit 40 can be increased, and the lens surface (lens shape) can be easily manufactured. Note that when the light L emitted from the semiconductor light emitting element 20 is collected by the diffractive optical element 310, light having a desired divergence angle (emission angle) (including substantially parallel light) is obtained. 40 (lens surface 41) is not required, and the optical element 2 can be reduced in size and the manufacturing cost can be reduced.

(3)第3変形例
次に、第3変形例について説明する。図6は、第3変形例に係る光源装置400の光学素子2を模式的に示す断面図である。なお、図6は、図3に対応している。
(3) Third Modification Next, a third modification will be described. FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing the optical element 2 of the light source device 400 according to the third modification. 6 corresponds to FIG.

上述した光源装置100では、プリズム34の反射面33bは、図3に示すように、光Lの光軸に対して45度傾斜した平面であった。   In the light source device 100 described above, the reflecting surface 33b of the prism 34 is a plane inclined by 45 degrees with respect to the optical axis of the light L as shown in FIG.

これに対して光源装置400では、プリズム34の反射面33bは、反射面33bに入射する光Lにとっての凹面である。反射面33bは、凹面鏡を構成している。これにより、反射面33bにて光Lを折り曲げるとともに、集光することができる。反射面33bは、図示の例では、湾曲した凹面である。なお、プリズム34の外形としては、反射面33bの部分はプリズム34の外側へ突出する凸面となっている。   On the other hand, in the light source device 400, the reflecting surface 33b of the prism 34 is a concave surface for the light L incident on the reflecting surface 33b. The reflecting surface 33b constitutes a concave mirror. Thereby, the light L can be bent and condensed at the reflecting surface 33b. The reflecting surface 33b is a curved concave surface in the illustrated example. As for the outer shape of the prism 34, the reflective surface 33 b is a convex surface that protrudes outside the prism 34.

光源装置400では、プリズム34の反射面33bと集光部40の2箇所で集光することができるため、例えば1箇所で集光する場合と比べて、集光部40を構成しているレンズ面41の曲率半径を大きくすることができ、レンズ面(レンズ形状)の作製が容易である。   In the light source device 400, since the light can be condensed at two places, that is, the reflecting surface 33 b of the prism 34 and the light collecting part 40, for example, the lens constituting the light collecting part 40 compared to the case where light is condensed at one place. The radius of curvature of the surface 41 can be increased, and the lens surface (lens shape) can be easily manufactured.

なお、反射面33bを、半導体発光素子20の光射出面を焦点とする放物面とすることにより、反射面33bによって光Lを平行光(または略平行光)に変換することができる。そのため、例えば、光学基板50に形成されたレンズ面41を省略でき、光学素子2の小型化、製造コストの低減を図ることができる。   Note that the reflecting surface 33b is a parabolic surface with the light emitting surface of the semiconductor light emitting element 20 as a focal point, so that the light L can be converted into parallel light (or substantially parallel light) by the reflecting surface 33b. Therefore, for example, the lens surface 41 formed on the optical substrate 50 can be omitted, and the optical element 2 can be downsized and the manufacturing cost can be reduced.

(4)第4変形例
次に、第4変形例について説明する。図7は、第4変形例に係る光源装置500の光学素子2を模式的に示す断面図である。なお、図7は、図3に対応している。
(4) Fourth Modification Next, a fourth modification will be described. FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing the optical element 2 of the light source device 500 according to the fourth modification. FIG. 7 corresponds to FIG.

上述した光源装置100では、集光部40は、図3に示すように、光学基板50に設けられたレンズ面41(レンズ形状)で構成されていた。   In the light source device 100 described above, the condensing unit 40 is configured by a lens surface 41 (lens shape) provided on the optical substrate 50 as shown in FIG.

これに対して、光源装置500では、集光部40は、図7に示すように、回折光学素子510で構成されている。   On the other hand, in the light source device 500, the condensing part 40 is comprised with the diffractive optical element 510, as shown in FIG.

回折光学素子510は、光学基板50の+Z軸方向を向く面に形成されている。光学基板50の+Z軸方向を向く面に微小な凹凸などの構造体を形成することで、回折光学素子510を形成することができる。例えば、光学基板50を製造する際に、樹脂材料の成型時に使用する金型の該当部分に、微小な凹凸形状を形成することで、光学基板50の成型時の転写によって回折光学素子510を容易に作製することができる。これにより、例えば光学素子2の小型化、製造コストの低減を図ることができる。   The diffractive optical element 510 is formed on the surface of the optical substrate 50 facing the + Z-axis direction. The diffractive optical element 510 can be formed by forming a structure such as minute irregularities on the surface of the optical substrate 50 facing the + Z-axis direction. For example, when the optical substrate 50 is manufactured, the diffractive optical element 510 can be easily transferred by transferring the optical substrate 50 when the optical substrate 50 is formed by forming a minute uneven shape on a corresponding part of a mold used when molding the resin material. Can be produced. Thereby, for example, the optical element 2 can be downsized and the manufacturing cost can be reduced.

(5)第5変形例
次に、第5変形例について説明する。図8は、第5変形例に係る光源装置600の一部を模式的に示す平面図である。
(5) Fifth Modification Next, a fifth modification will be described. FIG. 8 is a plan view schematically showing a part of the light source device 600 according to the fifth modification.

上述した光源装置100では、窓部32の光入射面31aは、図1に示すように、光Lの光軸に対して垂直な面であった。すなわち、窓部32の光入射面31aの垂線は、半導体発光素子20の光射出面の垂線に対して平行であった。   In the light source device 100 described above, the light incident surface 31a of the window 32 is a surface perpendicular to the optical axis of the light L as shown in FIG. That is, the perpendicular line of the light incident surface 31 a of the window portion 32 was parallel to the perpendicular line of the light emitting surface of the semiconductor light emitting element 20.

これに対して、光源装置600では、図8に示すように、窓部32の光入射面31aの垂線P1は、光源基板10の主面11aの垂線方向(図示の例ではZ軸方向)から見て、半導体発光素子20の光射出面の垂線P2に対して傾いている。すなわち、窓部32の光入射面31aの垂線P1は、Z軸方向から見て、半導体発光素子20が射出する光Lの光軸に対して傾いている。そのため、例えば、垂線P1と垂線P2とが平行である場合と比べて(すなわち光入射面31aと半導体発光素子20の光射出面とが平行である場合と比べて)、半導体発光素子20から射出されて窓部32の光入射面31aにて反射され半導体発光素子20に戻る光に起因するレーザー発振の不安定化を低減させることができる。例えば、光入射面31aと半導体発光素子20の光射出面が平行である場合、光入射面31aにて反射された光が半導体発光素子20に入射してレーザー発振が不安定になる場合がある。   On the other hand, in the light source device 600, as shown in FIG. 8, the perpendicular P1 of the light incident surface 31a of the window 32 is from the perpendicular direction of the main surface 11a of the light source substrate 10 (Z-axis direction in the illustrated example). As seen, the semiconductor light emitting element 20 is inclined with respect to the normal P2 of the light emission surface. That is, the perpendicular line P1 of the light incident surface 31a of the window portion 32 is inclined with respect to the optical axis of the light L emitted from the semiconductor light emitting element 20 when viewed from the Z-axis direction. Therefore, for example, compared with the case where the perpendicular line P1 and the perpendicular line P2 are parallel (that is, compared with the case where the light incident surface 31a and the light emission surface of the semiconductor light emitting element 20 are parallel), the light is emitted from the semiconductor light emitting element 20. Thus, instability of laser oscillation caused by light reflected by the light incident surface 31a of the window 32 and returning to the semiconductor light emitting element 20 can be reduced. For example, when the light incident surface 31a and the light emitting surface of the semiconductor light emitting element 20 are parallel, the light reflected by the light incident surface 31a may enter the semiconductor light emitting element 20 and laser oscillation may become unstable. .

なお、図9に示すように、光源装置600において、窓部32の光入射面31aにレンズ面610(レンズ形状)を形成してもよい。このような形態においても、戻り光の入射によるレーザー発振の不安定化を低減させることができる。   As shown in FIG. 9, in the light source device 600, a lens surface 610 (lens shape) may be formed on the light incident surface 31 a of the window portion 32. Even in such a configuration, it is possible to reduce instability of laser oscillation due to incidence of return light.

2. 第2実施形態
2.1. 光源装置
次に、第2実施形態に係る光源装置について図面を参照しながら説明する。図10は、
第2実施形態に係る光源装置700を模式的に示す平面図である。図11は、第2実施形態に係る光源装置100を模式的に示す図10のXI−XI線断面図である。図12は、第2実施形態に係る光源装置700の光学素子2を模式的に示す断面図である。以下、第2実施形態に係る光源装置において、上述した第1実施形態に係る光源装置100の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
2. Second Embodiment 2.1. Next, a light source device according to a second embodiment will be described with reference to the drawings. FIG.
It is a top view which shows typically the light source device 700 which concerns on 2nd Embodiment. FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line XI-XI in FIG. 10 schematically showing the light source device 100 according to the second embodiment. FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing the optical element 2 of the light source device 700 according to the second embodiment. Hereinafter, in the light source device according to the second embodiment, members having the same functions as those of the constituent members of the light source device 100 according to the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

上述した光源装置100では、図1〜図3に示すように、折り曲げ部30は、窓部32と、プリズム34と、を有し、窓部32はプリズム34の材料よりも半導体発光素子20が射出する光Lの波長に対する耐光性が高い材料によって形成されていた。   In the light source device 100 described above, as shown in FIG. 1 to FIG. 3, the bent portion 30 includes a window portion 32 and a prism 34, and the window portion 32 includes the semiconductor light emitting element 20 rather than the material of the prism 34. It was formed of a material having high light resistance to the wavelength of the emitted light L.

これに対して、光源装置700では、図10〜図12に示すように、折り曲げ部30は、プリズム34を有し、プリズム34は、集光部40の材質よりも半導体発光素子20が射出する光Lの波長に対する耐光性が高い材料によって形成されている。具体的には、プリズム34の材質としては、上述した窓部32の材質として例示した材料を用いることができる。光源装置700では、窓部32は設けられていない。   On the other hand, in the light source device 700, as shown in FIGS. 10 to 12, the bent portion 30 has a prism 34, and the prism 34 emits the semiconductor light emitting element 20 rather than the material of the light collecting portion 40. It is made of a material having high light resistance to the wavelength of the light L. Specifically, the material exemplified for the material of the window portion 32 described above can be used as the material of the prism 34. In the light source device 700, the window portion 32 is not provided.

プリズム34の形状は、ZX断面形状が三角形状である三角柱状である。そのため、プリズム34を耐光性が高い無機材料を用いても容易に形成することができる。プリズム34の光入射面33aには反射防止膜(図示せず)が形成され、反射面33bには反射膜が形成されるが、プリズム34は三角柱状の単純な形状であるため、光学膜の成膜時に成膜物質の目的の面以外への回り込みを防止するためのマスク処理を施しやすい。したがって、成膜物質の目的の面以外への回り込みによって生じる光学膜の特性低下を低減させることができる。プリズム34は、プリズム34の光射出面33cが光学基板50の−Z軸方向を向く面に接着剤等で接合されている。光学素子2は、プリズム34と光学基板50(集光部40)とを含んで構成されている。   The shape of the prism 34 is a triangular prism shape whose ZX cross-sectional shape is a triangular shape. Therefore, the prism 34 can be easily formed even if an inorganic material having high light resistance is used. An antireflection film (not shown) is formed on the light incident surface 33a of the prism 34, and a reflection film is formed on the reflection surface 33b. However, since the prism 34 has a simple triangular prism shape, It is easy to perform a mask process for preventing the film-forming substance from entering outside the target surface during film formation. Therefore, it is possible to reduce the deterioration of the characteristics of the optical film caused by the wraparound of the film forming material to other than the target surface. The prism 34 is joined to the surface of the optical substrate 50 where the light exit surface 33c faces the −Z-axis direction with an adhesive or the like. The optical element 2 includes a prism 34 and an optical substrate 50 (condenser 40).

集光部40は、光学基板50に設けられている。光源装置700では、光学基板50には集光部40のみが設けられており、集光部40とプリズム34とは一体に形成されていない。   The light collecting unit 40 is provided on the optical substrate 50. In the light source device 700, the optical substrate 50 is provided with only the light collecting unit 40, and the light collecting unit 40 and the prism 34 are not integrally formed.

光源装置700では、図12に示すように、光源基板10の主面11aに実装された半導体発光素子20から射出された+X軸方向に進行する光Lは、プリズム34の光入射面33aに入射し、反射面33bで+Z軸方向に反射される。反射された光Lは、集光部40(レンズ面41)で集光されて所望の拡がり角(射出角)を有する光(略平行光を含む)となって+Z軸方向に射出される。   In the light source device 700, as shown in FIG. 12, the light L traveling in the + X-axis direction emitted from the semiconductor light emitting element 20 mounted on the main surface 11a of the light source substrate 10 enters the light incident surface 33a of the prism 34. Then, it is reflected in the + Z-axis direction by the reflecting surface 33b. The reflected light L is condensed by the condensing unit 40 (lens surface 41) and becomes light (including substantially parallel light) having a desired divergence angle (emission angle) and emitted in the + Z-axis direction.

光源装置700では、折り曲げ部30が集光部40の材料よりも半導体発光素子20が射出する光Lの波長に対する耐光性が高い材料で形成されているため、上述した光源装置100と同様に、入射光に対する耐光性を高めることができ、かつ、集光部40の材料選択の自由度を高めることができる光学素子2を有することができる。   In the light source device 700, since the bent portion 30 is formed of a material having higher light resistance to the wavelength of the light L emitted from the semiconductor light emitting element 20 than the material of the light collecting portion 40, similarly to the light source device 100 described above, The optical element 2 which can improve the light resistance with respect to incident light, and can raise the freedom degree of material selection of the condensing part 40 can be provided.

2.2. 光源装置の変形例
次に、第2実施形態に係る光源装置の変形例について説明する。以下、各変形例に係る光源装置において、上述した第1及び第2実施形態に係る光源装置100,700の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
2.2. Next, a modification of the light source device according to the second embodiment will be described. Hereinafter, in the light source device according to each modification, members having the same functions as the constituent members of the light source devices 100 and 700 according to the first and second embodiments described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. To do.

(1)第1変形例
まず、第1変形例について説明する。図13は、第1変形例に係る光源装置800の光学素子2を模式的に示す断面図である。なお、図13は、図12に対応している。
(1) First Modification First, a first modification will be described. FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing the optical element 2 of the light source device 800 according to the first modification. FIG. 13 corresponds to FIG.

上述した光源装置700では、プリズム34の光入射面33aは、図12に示すように、半導体発光素子20が射出する光Lの光軸に対して直交する平面であった。   In the light source device 700 described above, the light incident surface 33a of the prism 34 is a plane orthogonal to the optical axis of the light L emitted from the semiconductor light emitting element 20, as shown in FIG.

これに対して、本変形例に係る光源装置800では、プリズム34の光入射面33aには、半導体発光素子20から射出された光Lを集光するレンズ面(レンズ形状)810が設けられている。   In contrast, in the light source device 800 according to the present modification, the light incident surface 33a of the prism 34 is provided with a lens surface (lens shape) 810 that condenses the light L emitted from the semiconductor light emitting element 20. Yes.

プリズム34にレンズ面810を形成する場合、プリズム34の材質は、低融点ガラスであることが好ましい。これにより、高精度なレンズ形状を容易に作製することができる。   When the lens surface 810 is formed on the prism 34, the material of the prism 34 is preferably low-melting glass. Thereby, a highly accurate lens shape can be easily produced.

光源装置800では、プリズム34の光入射面33aにレンズ面810を形成して集光機能を持たせているため、半導体発光素子20の光射出面の極近傍で発散光(光L)を集光することができ、光学素子2の小型化および光利用効率の向上を図ることができる。   In the light source device 800, since the lens surface 810 is formed on the light incident surface 33a of the prism 34 to provide a light condensing function, divergent light (light L) is collected in the vicinity of the light emitting surface of the semiconductor light emitting element 20. The optical element 2 can be reduced in size and light utilization efficiency can be improved.

また、光源装置800では、プリズム34の光入射面33aに設けられたレンズ面810と集光部40の2箇所で集光することができるため、例えば1箇所で集光する場合と比べて、各レンズ面の曲率半径を大きくすることができ、レンズ面(レンズ形状)の作製が容易である。なお、半導体発光素子20が射出する光Lをレンズ面810で集光することによって、所望の拡がり角(射出角)を有する光(略平行光を含む)となる場合には、集光部40(レンズ面41)を備える必要はなく、光学素子2の小型化、製造コストの低減を図ることができる。   Moreover, in the light source device 800, since it can condense in two places, the lens surface 810 provided in the light-incidence surface 33a of the prism 34, and the condensing part 40, compared with the case where it condenses, for example in one place, The radius of curvature of each lens surface can be increased, and the lens surface (lens shape) can be easily manufactured. When the light L emitted from the semiconductor light emitting element 20 is collected by the lens surface 810, the light having a desired divergence angle (emission angle) (including substantially parallel light) is obtained. It is not necessary to provide the (lens surface 41), and the optical element 2 can be downsized and the manufacturing cost can be reduced.

(2)第2変形例
次に、第2変形例について説明する。図14は、第2変形例に係る光源装置900の光学素子2を模式的に示す断面図である。なお、図14は、図12に対応している。
(2) Second Modification Next, a second modification will be described. FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing the optical element 2 of the light source device 900 according to the second modification. FIG. 14 corresponds to FIG.

上述した光源装置700では、プリズム34の光入射面33aは、図12に示すように、半導体発光素子20が射出する光Lの光軸に対して直交する平面であった。   In the light source device 700 described above, the light incident surface 33a of the prism 34 is a plane orthogonal to the optical axis of the light L emitted from the semiconductor light emitting element 20, as shown in FIG.

これに対して、本変形例に係る光源装置900では、プリズム34の光入射面33aには、半導体発光素子20から射出された光Lを集光する回折光学素子910が形成されている。   On the other hand, in the light source device 900 according to this modification, a diffractive optical element 910 that condenses the light L emitted from the semiconductor light emitting element 20 is formed on the light incident surface 33 a of the prism 34.

光源装置900では、プリズム34の光入射面33aに回折光学素子910を形成して集光機能を持たせているため、上述した光源装置800と同様に、半導体発光素子20の光射出面の極近傍で発散光(光L)を集光することができ、光学素子2の小型化および光利用効率の向上を図ることができる。また、光源装置900では、プリズム34の光入射面33aに設けられた回折光学素子910と集光部40の2箇所で集光することができるため、例えば1箇所で集光する場合と比べて、集光部40を構成しているレンズ面の曲率半径を大きくすることができ、レンズ面(レンズ形状)の作製が容易である。なお、半導体発光素子20が射出する光Lを回折光学素子910で集光することによって、所望の拡がり角(射出角)を有する光(略平行光を含む)となる場合には、集光部40(レンズ面41)を備える必要はなく、光学素子2の小型化、製造コストの低減を図ることができる。   In the light source device 900, since the diffractive optical element 910 is formed on the light incident surface 33a of the prism 34 to provide a condensing function, the pole of the light emission surface of the semiconductor light emitting device 20 is the same as the light source device 800 described above. The divergent light (light L) can be collected in the vicinity, and the optical element 2 can be downsized and the light utilization efficiency can be improved. Moreover, in the light source device 900, since it can condense in two places, the diffractive optical element 910 provided in the light-incidence surface 33a of the prism 34, and the condensing part 40, for example compared with the case where it condenses in one place. The radius of curvature of the lens surface constituting the light condensing unit 40 can be increased, and the lens surface (lens shape) can be easily manufactured. Note that when the light L emitted from the semiconductor light emitting element 20 is collected by the diffractive optical element 910, light having a desired divergence angle (emission angle) (including substantially parallel light) is obtained. 40 (lens surface 41) is not required, and the optical element 2 can be reduced in size and the manufacturing cost can be reduced.

(3)第3変形例
次に、第3変形例について説明する。図15は、第3変形例に係る光源装置1000の光学素子2を模式的に示す断面図である。なお、図15は、図3に対応している。
(3) Third Modification Next, a third modification will be described. FIG. 15 is a cross-sectional view schematically showing the optical element 2 of the light source device 1000 according to the third modification. FIG. 15 corresponds to FIG.

上述した光源装置700では、プリズム34の反射面33bは、図12に示すように、
光Lの光軸に対して45度に傾斜した平面であった。
In the light source device 700 described above, the reflecting surface 33b of the prism 34 is, as shown in FIG.
The plane was inclined at 45 degrees with respect to the optical axis of the light L.

これに対して光源装置1000では、プリズム34の反射面33bは、反射面33bに入射する光にとっての凹面である。これにより、反射面33bにて光Lを折り曲げるとともに、集光することができる。なお、プリズム34の外形としては、反射面33bの部分はプリズム34の外側へ突出する凸面となっている。   On the other hand, in the light source device 1000, the reflecting surface 33b of the prism 34 is a concave surface for light incident on the reflecting surface 33b. Thereby, the light L can be bent and condensed at the reflecting surface 33b. As for the outer shape of the prism 34, the reflective surface 33 b is a convex surface that protrudes outside the prism 34.

光源装置1000では、プリズム34の反射面33bと集光部40の2箇所で集光することができるため、例えば1箇所で集光する場合と比べて、集光部40を構成しているレンズ面の曲率半径を大きくすることができ、レンズ面(レンズ形状)の作製が容易である。   In the light source device 1000, since the light can be condensed at two places, that is, the reflecting surface 33b of the prism 34 and the light collecting part 40, for example, a lens constituting the light collecting part 40 as compared with the case where light is condensed at one place. The radius of curvature of the surface can be increased, and the lens surface (lens shape) can be easily manufactured.

なお、反射面33bを、半導体発光素子20の光射出面を焦点とする放物面とすることにより、反射面33bによって光Lを平行光(または略平行光)に変換することができる。そのため、例えば、光学基板50に形成されたレンズ面41を省略でき、光学素子2の小型化、製造コストの低減を図ることができる。   Note that the reflecting surface 33b is a parabolic surface with the light emitting surface of the semiconductor light emitting element 20 as a focal point, so that the light L can be converted into parallel light (or substantially parallel light) by the reflecting surface 33b. Therefore, for example, the lens surface 41 formed on the optical substrate 50 can be omitted, and the optical element 2 can be downsized and the manufacturing cost can be reduced.

(4)第4変形例
次に、第4変形例について説明する。図16は、第4変形例に係る光源装置1100の光学素子2を模式的に示す断面図である。なお、図16は、図12に対応している。
(4) Fourth Modification Next, a fourth modification will be described. FIG. 16 is a cross-sectional view schematically showing the optical element 2 of the light source device 1100 according to the fourth modification. FIG. 16 corresponds to FIG.

上述した光源装置700では、集光部40は、図12に示すように、光学基板50に設けられたレンズ面41(レンズ形状)で構成されていた。   In the light source device 700 described above, the condensing unit 40 is configured by a lens surface 41 (lens shape) provided on the optical substrate 50 as shown in FIG.

これに対して光源装置1100では、集光部40は、図16に示すように、回折光学素子1110で構成されている。   On the other hand, in the light source device 1100, the condensing part 40 is comprised with the diffractive optical element 1110, as shown in FIG.

回折光学素子1110は、光学基板50の+Z軸方向を向く面に形成されている。光学基板50の+Z軸方向を向く面に微小な凹凸などの構造体を形成することで、回折光学素子1110を形成することができる。例えば、光学基板50を製造する際に、樹脂材料の成型時に使用する金型の該当部分に、微小な凹凸形状を形成することで、光学基板50の成型時の転写によって回折光学素子1110を容易に作製することができる。そのため、例えば光学素子2の小型化、製造コストの低減を図ることができる。   The diffractive optical element 1110 is formed on the surface of the optical substrate 50 that faces the + Z-axis direction. The diffractive optical element 1110 can be formed by forming a structure such as minute irregularities on the surface of the optical substrate 50 facing the + Z-axis direction. For example, when the optical substrate 50 is manufactured, the diffractive optical element 1110 can be easily formed by transfer at the time of molding the optical substrate 50 by forming a minute uneven shape on a corresponding part of a mold used when molding the resin material. Can be produced. Therefore, for example, the optical element 2 can be downsized and the manufacturing cost can be reduced.

3. 第3実施形態
3.1. 光源装置
次に、第3実施形態に係る光源装置について図面を参照しながら説明する。図17は、第3実施形態に係る光源装置1200を模式的に示す平面図である。図18は、第3実施形態に係る光源装置1100を模式的に示す図17のXVIII−XVIII線断面図である。以下、第3実施形態に係る光源装置において、上述した第1実施形態に係る光源装置100の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
3. Third Embodiment 3.1. Light Source Device Next, a light source device according to a third embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 17 is a plan view schematically showing a light source device 1200 according to the third embodiment. 18 is a cross-sectional view taken along line XVIII-XVIII in FIG. 17 schematically showing a light source device 1100 according to the third embodiment. Hereinafter, in the light source device according to the third embodiment, members having the same functions as those of the constituent members of the light source device 100 according to the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

上述した光源装置100では、図1および図2に示すように、半導体発光素子20は、半導体レーザーであった。   In the light source device 100 described above, as shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor light emitting element 20 is a semiconductor laser.

これに対して、光源装置1200では、図17および図18に示すように、半導体発光素子20は、スーパールミネッセントダイオード(SLD)である。SLDは半導体レーザーと類似の素子構造を備えているが、共振器構造を備えないことによりレーザー発振を抑制した発光素子である。   On the other hand, in the light source device 1200, as shown in FIGS. 17 and 18, the semiconductor light emitting element 20 is a super luminescent diode (SLD). The SLD has a similar element structure to that of a semiconductor laser, but is a light emitting element in which laser oscillation is suppressed by not having a resonator structure.

半導体発光素子20は、Z軸方向から見て、光導波路22の両側から光Lが射出される。図示の例では、半導体発光素子20は、+X軸方向および−X軸方向にそれぞれ光Lを射出する。SLDは、半導体レーザーに比べてスペックルノイズが発生しにくい光を射出することができ、かつLEDに比べて高出力化を図ることができるので、例えば、光源装置100をプロジェクター等の光源に用いる場合に好適である。   The semiconductor light emitting element 20 emits light L from both sides of the optical waveguide 22 when viewed from the Z-axis direction. In the illustrated example, the semiconductor light emitting element 20 emits light L in the + X axis direction and the −X axis direction, respectively. Since the SLD can emit light that is less likely to cause speckle noise than a semiconductor laser and can achieve higher output than an LED, for example, the light source device 100 is used as a light source such as a projector. It is suitable for the case.

半導体発光素子20では、レーザー発振を抑制するために、光導波路22はZ軸方向(活性層106と第1クラッド層104との積層方向)からみて、光射出面の垂線に対して傾いて設けられている。例えば、光導波路22は、光射出面の垂線に対して、0.5度〜10度程度の角度をなすように傾いて設けられている。このため、半導体発光素子20が射出する光Lは、射出端面の垂線に対して傾いた方向に射出される。   In the semiconductor light emitting device 20, in order to suppress laser oscillation, the optical waveguide 22 is provided to be inclined with respect to the normal of the light emitting surface when viewed from the Z-axis direction (stacking direction of the active layer 106 and the first cladding layer 104). It has been. For example, the optical waveguide 22 is provided to be inclined so as to form an angle of about 0.5 degrees to 10 degrees with respect to the normal of the light exit surface. For this reason, the light L emitted from the semiconductor light emitting element 20 is emitted in a direction inclined with respect to the normal of the emission end face.

折り曲げ部30は、半導体発光素子20の2つの光射出面に対応して、半導体発光素子20の+X軸方向側および−X軸方向側にそれぞれ設けられている。同様に、集光部40は、半導体発光素子20の2つの光射出面に対応して、半導体発光素子20の+X軸方向側および−X軸方向側にそれぞれ設けられている。そのため、光源装置1200では、半導体発光素子20の2つの光射出面から射出されて光源基板10の主面11aの面内方向に進行する光Lの各々を、折り曲げ部30で主面11aから離れる方向に折り曲げ、折り曲げられた光Lを集光部40で集光して射出することができる。   The bent portions 30 are provided on the + X axis direction side and the −X axis direction side of the semiconductor light emitting element 20 corresponding to the two light emission surfaces of the semiconductor light emitting element 20, respectively. Similarly, the light converging units 40 are provided on the + X axis direction side and the −X axis direction side of the semiconductor light emitting element 20, respectively, corresponding to the two light emission surfaces of the semiconductor light emitting element 20. Therefore, in the light source device 1200, each of the light L emitted from the two light emitting surfaces of the semiconductor light emitting element 20 and traveling in the in-plane direction of the main surface 11a of the light source substrate 10 is separated from the main surface 11a by the bent portion 30. The light L bent in the direction can be condensed by the condensing unit 40 and emitted.

光源装置1200では、半導体発光素子20がSLDであるため、上述したように半導体レーザーに比べてスペックルノイズを低減することができ、かつLEDに比べて高出力化を図ることができる。   In the light source device 1200, since the semiconductor light emitting element 20 is an SLD, as described above, speckle noise can be reduced as compared with the semiconductor laser, and higher output can be achieved compared with the LED.

また、光源装置1200では、半導体発光素子20が光導波路22の両側から光Lを射出し、射出された光Lの各々を折り曲げ部30で光源基板10の主面11aから離れる方向に折り曲げることにより、光源装置における単位面積あたりの射出光を増大させることができる。そのため、例えば、光源装置1200を照明装置(例えばプロジェクターの光源等)に用いた場合に強度分布が均一な照明光を得ることができる。   In the light source device 1200, the semiconductor light emitting element 20 emits light L from both sides of the optical waveguide 22, and each of the emitted light L is bent in a direction away from the main surface 11 a of the light source substrate 10 by the bending portion 30. The emitted light per unit area in the light source device can be increased. Therefore, for example, when the light source device 1200 is used in an illumination device (for example, a light source of a projector), illumination light having a uniform intensity distribution can be obtained.

3.2. 光源装置の変形例
次に、第3実施形態に係る光源装置の変形例について説明する。図19は、第3実施形態の変形例に係る光源装置1300の一部を模式的に示す平面図である。以下、本変形例に係る光源装置1300において、上述した第3実施形態に係る光源装置1200の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
3.2. Next, a modification of the light source device according to the third embodiment will be described. FIG. 19 is a plan view schematically showing a part of a light source device 1300 according to a modification of the third embodiment. Hereinafter, in the light source device 1300 according to the present modification, members having the same functions as the constituent members of the light source device 1200 according to the third embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

上述した光源装置1200では、窓部32の光入射面31aは、図17に示すように、光Lの光軸に対して垂直な面であった。すなわち、窓部32の光入射面31aの垂線は、半導体発光素子20の光射出面の垂線に対して平行であった。   In the light source device 1200 described above, the light incident surface 31a of the window portion 32 is a surface perpendicular to the optical axis of the light L as shown in FIG. That is, the perpendicular line of the light incident surface 31 a of the window portion 32 was parallel to the perpendicular line of the light emitting surface of the semiconductor light emitting element 20.

これに対して、光源装置1300では、図19に示すように、窓部32の光入射面31aの垂線P1は、光源基板10の主面11aの垂線方向(図示の例ではZ軸方向)から見て、半導体発光素子20の光射出面の垂線P2に対して傾いている。すなわち、窓部32の光入射面31aの垂線P1は、Z軸方向から見て、半導体発光素子20が射出する光Lの光軸に対して傾いている。垂線P1に対する垂線P2の傾きは、例えば、半導体発光素子20から射出された光Lが窓部32の光入射面31aで屈折して、垂線P2に沿って進行するような角度である。   On the other hand, in the light source device 1300, as shown in FIG. 19, the perpendicular P1 of the light incident surface 31a of the window 32 is from the perpendicular direction of the main surface 11a of the light source substrate 10 (Z-axis direction in the illustrated example). As seen, the semiconductor light emitting element 20 is inclined with respect to the normal P2 of the light emission surface. That is, the perpendicular line P1 of the light incident surface 31a of the window portion 32 is inclined with respect to the optical axis of the light L emitted from the semiconductor light emitting element 20 when viewed from the Z-axis direction. The inclination of the perpendicular line P2 with respect to the perpendicular line P1 is, for example, an angle such that the light L emitted from the semiconductor light emitting element 20 is refracted by the light incident surface 31a of the window portion 32 and travels along the perpendicular line P2.

ここで、SLDから射出される光は、平面視において光射出面の垂線に対して傾いた方
向に射出されるため、例えば窓部の光入射面がSLDから射出される光の光軸に対して垂直な面である場合(例えば図17参照)、プリズムの反射面で反射されて集光部に向かう光の光軸は、Z軸に平行とならずにZ軸に対して傾く(図17の例ではY軸方向に傾く)。これにより、光源装置から射出される光の平行性が低下し、後段の光学系での光利用効率が低下する。
Here, since the light emitted from the SLD is emitted in a direction inclined with respect to the normal of the light emission surface in plan view, for example, the light incident surface of the window portion is relative to the optical axis of the light emitted from the SLD. In the case of a vertical surface (see, for example, FIG. 17), the optical axis of the light that is reflected by the reflecting surface of the prism and travels toward the condensing unit is not parallel to the Z axis but tilted with respect to the Z axis (FIG. 17). In the example of FIG. Thereby, the parallelism of the light inject | emitted from a light source device falls, and the light utilization efficiency in an optical system of a back | latter stage falls.

これに対して、光源装置1300では、窓部32の光入射面31aの垂線P1は、光源基板10の主面11aの垂線方向から見て、半導体発光素子20の光射出面の垂線P2に対して傾いているため、半導体発光素子20から射出される光Lを窓部32の光入射面31aにて垂線P2に沿って進行させることができる。これにより、プリズム34の反射面33bで反射された光Lの光軸を、Z軸に平行とすることができる。したがって、光源装置から射出される光Lの各々が平行(または略平行)となり、例えば、窓部32の光入射面が半導体発光素子20の光射出面の垂線に対して平行である場合と比べて、後段の光学系での光利用効率を向上させることができる。なお、集光部40のレンズ面41は、光Lの光軸と中心が一致するように配置されている。   On the other hand, in the light source device 1300, the perpendicular P1 of the light incident surface 31a of the window 32 is relative to the perpendicular P2 of the light emitting surface of the semiconductor light emitting element 20 when viewed from the perpendicular direction of the main surface 11a of the light source substrate 10. Therefore, the light L emitted from the semiconductor light emitting element 20 can travel along the perpendicular line P2 on the light incident surface 31a of the window portion 32. Thereby, the optical axis of the light L reflected by the reflecting surface 33b of the prism 34 can be made parallel to the Z axis. Therefore, each of the light L emitted from the light source device is parallel (or substantially parallel), for example, as compared with the case where the light incident surface of the window 32 is parallel to the perpendicular of the light emitting surface of the semiconductor light emitting element 20. Thus, it is possible to improve the light use efficiency in the subsequent optical system. In addition, the lens surface 41 of the condensing part 40 is arrange | positioned so that the optical axis and the center of the light L may correspond.

なお、図20に示すように、光源装置1300において、窓部32の光入射面31aにレンズ面1310(レンズ形状)を形成してもよい。このような形態においても、同様に、光利用効率を向上させることができる。   As shown in FIG. 20, in the light source device 1300, a lens surface 1310 (lens shape) may be formed on the light incident surface 31 a of the window portion 32. Also in such a form, the light utilization efficiency can be improved similarly.

4. 第4実施形態
次に、第4実施形態に係るプロジェクターについて、図面を参照しながら説明する。図21は、第4実施形態に係るプロジェクター1400を模式的に示す図である。
4). Fourth Embodiment Next, a projector according to a fourth embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 21 is a diagram schematically showing a projector 1400 according to the fourth embodiment.

プロジェクター1400は、図21に示すように、赤色光、緑色光、青色光を射出する赤色光源100R、緑色光源100G、青色光源100Bを含む。赤色光源100R、緑色光源100G、青色光源100Bは、本発明に係る光源装置である。以下では、本発明に係る光源装置として光源装置100を用いた例について説明する。なお、便宜上、図21では、プロジェクター1400を構成する筐体を省略し、光源装置100を簡略化して図示している。   As shown in FIG. 21, the projector 1400 includes a red light source 100R that emits red light, green light, and blue light, a green light source 100G, and a blue light source 100B. The red light source 100R, the green light source 100G, and the blue light source 100B are light source devices according to the present invention. Hereinafter, an example in which the light source device 100 is used as the light source device according to the present invention will be described. For the sake of convenience, in FIG. 21, the casing that configures the projector 1400 is omitted, and the light source device 100 is illustrated in a simplified manner.

プロジェクター1400は、さらに、均一化光学系1402R,1402G,1402Bと、透過型の液晶ライトバルブ(光変調装置)1404R,1404G,1404Bと、投射レンズ(投射装置)1408と、を含む。   The projector 1400 further includes a uniformizing optical system 1402R, 1402G, 1402B, transmissive liquid crystal light valves (light modulation devices) 1404R, 1404G, 1404B, and a projection lens (projection device) 1408.

光源100R,100G,100Bから射出された光は、均一化光学系1402R,1402G,1402Bに入射する。光源100R,100G,100Bから射出された光は、均一化光学系1402R,1402G,1402Bによって光強度分布が均一化された光となる。均一化光学系1402R,1402G,1402Bは、例えば、レンズアレイと、集光レンズと、平行化レンズと、を含んで構成されている。レンズアレイ、集光レンズ、平行化レンズとは、光源100R,100G,100Bから射出された光を均一化するインテグレーター光学系を構成している。   Light emitted from the light sources 100R, 100G, and 100B enters the uniformizing optical systems 1402R, 1402G, and 1402B. The light emitted from the light sources 100R, 100G, and 100B becomes light whose light intensity distribution is made uniform by the uniformizing optical systems 1402R, 1402G, and 1402B. The uniformizing optical systems 1402R, 1402G, and 1402B include, for example, a lens array, a condenser lens, and a parallelizing lens. The lens array, the condensing lens, and the collimating lens constitute an integrator optical system that uniformizes the light emitted from the light sources 100R, 100G, and 100B.

各均一化光学系1402R,1402G,1402Bから射出された光は、各液晶ライトバルブ1404R,1404G,1404Bに入射する。各液晶ライトバルブ1404R,1404G,1404Bは、入射した光をそれぞれ画像情報に応じて変調する。   Light emitted from each of the uniformizing optical systems 1402R, 1402G, and 1402B is incident on the liquid crystal light valves 1404R, 1404G, and 1404B. Each of the liquid crystal light valves 1404R, 1404G, and 1404B modulates incident light according to image information.

また、プロジェクター1400は、液晶ライトバルブ1404R,1404G,1404Bから射出された光を合成して投射レンズ1408に導くクロスダイクロイックプリズム(色光合成手段)1406を、含むことができる。   In addition, the projector 1400 can include a cross dichroic prism (color light combining unit) 1406 that combines light emitted from the liquid crystal light valves 1404R, 1404G, and 1404B and guides the light to the projection lens 1408.

各液晶ライトバルブ1404R,1404G,1404Bによって変調された3つの色光は、クロスダイクロイックプリズム1406に入射する。このプリズムは、4つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に配置されている。これらの誘電体多層膜によって3つの色光が合成され、カラー画像を表す光が形成される。そして、合成された光は、投射光学系である投射レンズ1408によりスクリーン1410上に投射され、液晶ライトバルブ1404R,1404G,1404Bによって形成された像(画像)が拡大されて表示される。   The three color lights modulated by the liquid crystal light valves 1404R, 1404G, and 1404B are incident on the cross dichroic prism 1406. This prism is formed by bonding four right-angle prisms, and a dielectric multilayer film that reflects red light and a dielectric multilayer film that reflects blue light are arranged in a cross shape on the inner surface thereof. These dielectric multilayer films combine the three color lights to form light representing a color image. The combined light is projected onto the screen 1410 by the projection lens 1408 which is a projection optical system, and the images (images) formed by the liquid crystal light valves 1404R, 1404G and 1404B are enlarged and displayed.

プロジェクター1400では、入射光に対する高い耐光性を有し、かつ、材料選択の自由度を高めることができる光学素子を備えた光源装置100を含むため、高い光利用効率を実現することができる。   Since the projector 1400 includes the light source device 100 including an optical element that has high light resistance to incident light and can increase the degree of freedom of material selection, high light utilization efficiency can be realized.

なお、上述の例では、光変調装置として透過型の液晶ライトバルブを用いたが、液晶以外の透過型のライトバルブを用いてもよいし、反射型のライトバルブを用いてもよい。このようなライトバルブとしては、例えば、反射型の液晶ライトバルブや、デジタルマイクロミラーデバイス(Digital Micromirror Device)が挙げられる。また、投射光学系の構成は、使用されるライトバルブの種類によって適宜変更される。   In the above example, a transmissive liquid crystal light valve is used as the light modulation device. However, a transmissive light valve other than liquid crystal may be used, or a reflective light valve may be used. Examples of such a light valve include a reflection type liquid crystal light valve and a digital micromirror device (Digital Micromirror Device). Further, the configuration of the projection optical system is appropriately changed depending on the type of light valve used.

また、光源装置100を、光源からの光を走査することにより、スクリーン上に所望の大きさの画像を表示させる、走査型の画像表示装置(プロジェクター)の光源にも適用することが可能である。   Further, the light source device 100 can be applied to a light source of a scanning image display device (projector) that displays an image of a desired size on a screen by scanning light from the light source. .

また、光源装置100を、液晶ディスプレイのバックライトに適用することもできる。   The light source device 100 can also be applied to a backlight of a liquid crystal display.

上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。   The above-described embodiments and modifications are merely examples, and the present invention is not limited to these. For example, it is possible to appropriately combine each embodiment and each modification.

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。   The present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same objects and effects). In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that exhibits the same operational effects as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.

2…光学素子、10…光源基板、11a…主面、11b…主面、12…放熱板、20…半導体発光素子、22…光導波路、30…折り曲げ部、31a…光入射面、31b…光射出面、32…窓部、33a…光入射面、33b…反射面、34…プリズム、40…集光部、41…レンズ面、50…光学基板、52…凹部、54…支持部、100…光源装置、100B…青色光源、100G…緑色光源、100R…赤色光源、101…積層体、102…ベース層、104…第1クラッド層、106…活性層、108…第2クラッド層、110…第1電極、112…第2電極、200…光源装置、210…レンズ面、300…光源装置、310…回折光学素子、400…光源装置、500…光源装置、510…回折光学素子、600…光源装置、610…レンズ面、700…光源装置、800…光源装置、810…レンズ面、900…光源装置、910…回折光学素子、1000…光源装置、1100…光源装置、1110…回折光学素子、1200…光源装置、1300…光源装置、1310…レンズ面、1400…プロジェクター、1402B…均一化光学系、1402G
…均一化光学系、1402R…均一化光学系、1404B…液晶ライトバルブ、1404G…液晶ライトバルブ、1404R…液晶ライトバルブ、1406…クロスダイクロイックプリズム、1408…投射レンズ、1410…スクリーン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Optical element, 10 ... Light source board | substrate, 11a ... Main surface, 11b ... Main surface, 12 ... Heat sink, 20 ... Semiconductor light emitting element, 22 ... Optical waveguide, 30 ... Bending part, 31a ... Light incident surface, 31b ... Light Emission surface, 32 ... window portion, 33a ... light incident surface, 33b ... reflection surface, 34 ... prism, 40 ... condensing portion, 41 ... lens surface, 50 ... optical substrate, 52 ... concave portion, 54 ... support portion, 100 ... Light source device, 100B ... blue light source, 100G ... green light source, 100R ... red light source, 101 ... laminated body, 102 ... base layer, 104 ... first cladding layer, 106 ... active layer, 108 ... second cladding layer, 110 ... first DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 electrode, 112 ... 2nd electrode, 200 ... Light source device, 210 ... Lens surface, 300 ... Light source device, 310 ... Diffractive optical element, 400 ... Light source device, 500 ... Light source device, 510 ... Diffractive optical element, 600 ... Light source device 61 ... lens surface, 700 ... light source device, 800 ... light source device, 810 ... lens surface, 900 ... light source device, 910 ... diffractive optical element, 1000 ... light source device, 1100 ... light source device, 1110 ... diffractive optical element, 1200 ... light source device DESCRIPTION OF SYMBOLS 1300 ... Light source device, 1310 ... Lens surface, 1400 ... Projector, 1402B ... Uniformation optical system, 1402G
... homogenizing optical system, 1402R ... homogenizing optical system, 1404B ... liquid crystal light valve, 1404G ... liquid crystal light valve, 1404R ... liquid crystal light valve, 1406 ... cross dichroic prism, 1408 ... projection lens, 1410 ... screen

Claims (19)

基板と、
前記基板の第1面に実装され、かつ、前記第1面の面内方向に光を射出する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子から射出された光が入射する窓部と、
前記窓部を透過した光が入射し、かつ、当該窓部を透過した光を前記第1面から離れる方向に折り曲げるプリズムと、
前記プリズムによって折り曲げられた光を集光する集光部と、
を含み、
前記窓部は、前記プリズムの材料よりも前記半導体発光素子が射出する光の波長に対する耐光性が高い材料によって形成されている、ことを特徴とする光源装置。
A substrate,
A semiconductor light emitting device mounted on the first surface of the substrate and emitting light in an in-plane direction of the first surface;
A window part into which light emitted from the semiconductor light emitting element is incident;
A prism that receives light transmitted through the window and bends the light transmitted through the window in a direction away from the first surface;
A light collecting unit for collecting the light bent by the prism;
Including
The light source device, wherein the window portion is formed of a material having higher light resistance to a wavelength of light emitted from the semiconductor light emitting element than a material of the prism.
前記窓部の光入射面には、前記半導体発光素子から射出された光を集光するレンズ面が形成されている、ことを特徴とする請求項1に記載の光源装置。   The light source device according to claim 1, wherein a lens surface that collects light emitted from the semiconductor light emitting element is formed on a light incident surface of the window portion. 前記窓部の光入射面には、前記半導体発光素子から射出された光を集光する回折光学素子が形成されている、ことを特徴とする請求項1に記載の光源装置。   The light source device according to claim 1, wherein a diffractive optical element that condenses light emitted from the semiconductor light emitting element is formed on a light incident surface of the window portion. 前記プリズムの反射面は、凹面である、ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の光源装置。   The light source device according to claim 1, wherein the reflecting surface of the prism is a concave surface. 前記集光部は、回折光学素子である、ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の光源装置。   The light source device according to claim 1, wherein the light collecting unit is a diffractive optical element. 前記プリズムと前記集光部とは、一体に構成されている、ことを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の光源装置。   The light source device according to claim 1, wherein the prism and the light collecting unit are integrally formed. 前記窓部の光入射面の垂線は、前記第1面の垂線方向から見て、前記半導体発光素子の光射出面の垂線に対して傾いている、ことを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の光源装置。   7. The normal of the light incident surface of the window portion is inclined with respect to the normal of the light emitting surface of the semiconductor light emitting element when viewed from the normal direction of the first surface. The light source device according to any one of the above. 前記半導体発光素子は、
電流が注入されて光を発生させる活性層と、
前記活性層を挟む第1クラッド層および第2クラッド層と、
を有し、
前記活性層は、光を導波させる光導波路を構成し、
前記光導波路は、前記活性層と前記第1クラッド層との積層方向から見て、前記半導体発光素子の光射出面の垂線に対して傾いて設けられ、
前記半導体発光素子から射出された光は、前記窓部の光入射面で屈折して、前記半導体発光素子の光射出面の垂線に沿って進行する、ことを特徴とする請求項7に記載の光源装置。
The semiconductor light emitting element is
An active layer in which current is injected to generate light;
A first cladding layer and a second cladding layer sandwiching the active layer;
Have
The active layer constitutes an optical waveguide for guiding light,
The optical waveguide is provided to be inclined with respect to a normal to the light emission surface of the semiconductor light emitting device as seen from the stacking direction of the active layer and the first cladding layer,
The light emitted from the semiconductor light emitting device is refracted on a light incident surface of the window portion and travels along a perpendicular line of the light emitting surface of the semiconductor light emitting device. Light source device.
前記半導体発光素子は、
電流が注入されて光を発生させる活性層と、
前記活性層を挟む第1クラッド層および第2クラッド層と、
を有し、
前記活性層は、光を導波させる光導波路を構成し、
前記光導波路は、前記活性層と前記第1クラッド層との積層方向から見て、前記半導体発光素子の光射出面の垂線に平行に設けられている、ことを特徴とする請求項7に記載の
光源装置。
The semiconductor light emitting element is
An active layer in which current is injected to generate light;
A first cladding layer and a second cladding layer sandwiching the active layer;
Have
The active layer constitutes an optical waveguide for guiding light,
The said optical waveguide is provided in parallel with the perpendicular of the light emission surface of the said semiconductor light-emitting device seeing from the lamination direction of the said active layer and the said 1st clad layer, The said light guide is characterized by the above-mentioned. Light source device.
前記窓部の材質は、無機材料である、ことを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1項に記載の光源装置。   The light source device according to claim 1, wherein a material of the window portion is an inorganic material. 前記プリズムの材質は、樹脂材料である、ことを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1項に記載の光源装置。   The light source device according to claim 1, wherein a material of the prism is a resin material. 基板と、
前記基板の第1面に実装され、かつ、前記第1面の面内方向に光を射出する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子から射出された光を、前記第1面から離れる方向に折り曲げるプリズムと、
前記プリズムによって折り曲げられた光を集光する集光部と、
を含み、
前記プリズムは、前記集光部の材料よりも前記半導体発光素子が射出する光の波長に対する耐光性が高い材料によって形成されている、ことを特徴とする光源装置。
A substrate,
A semiconductor light emitting device mounted on the first surface of the substrate and emitting light in an in-plane direction of the first surface;
A prism that bends light emitted from the semiconductor light emitting element in a direction away from the first surface;
A light collecting unit for collecting the light bent by the prism;
Including
The light source device, wherein the prism is formed of a material having higher light resistance to a wavelength of light emitted from the semiconductor light emitting element than a material of the light collecting unit.
前記集光部は、回折光学素子である、ことを特徴とする請求項12に記載の光源装置。   The light source device according to claim 12, wherein the condensing unit is a diffractive optical element. 前記プリズムの光入射面には、前記半導体発光素子から射出された光を集光するレンズ面が形成されている、ことを特徴とする請求項12または13に記載の光源装置。   14. The light source device according to claim 12, wherein a lens surface for condensing light emitted from the semiconductor light emitting element is formed on a light incident surface of the prism. 前記プリズムの光入射面には、前記半導体発光素子から射出された光を集光する回折光学素子が形成されている、ことを特徴とする請求項12または13に記載の光源装置。   The light source device according to claim 12, wherein a diffractive optical element that collects light emitted from the semiconductor light emitting element is formed on a light incident surface of the prism. 前記プリズムの反射面は、凹面である、ことを特徴とする請求項12ないし15のいずれか1項に記載の光源装置。   The light source device according to claim 12, wherein the reflecting surface of the prism is a concave surface. 前記プリズムの材質は、無機材料である、ことを特徴とする請求項12ないし16のいずれか1項に記載の光源装置。   The light source device according to claim 12, wherein a material of the prism is an inorganic material. 前記集光部の材質は、樹脂材料である、ことを特徴とする請求項12ないし17のいずれか1項に記載の光源装置。   The light source device according to any one of claims 12 to 17, wherein a material of the light collecting unit is a resin material. 請求項1ないし18のいずれか1項に記載の光源装置と、
前記光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置によって形成された画像を投射する投射装置と、
を含む、ことを特徴とするプロジェクター。
A light source device according to any one of claims 1 to 18,
A light modulation device that modulates light emitted from the light source device according to image information;
A projection device for projecting an image formed by the light modulation device;
Including a projector.
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