JP6245994B2 - レーザ光源装置及びプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、複数のレーザ光源から射出されるレーザ光に基づく光を照射するレーザ光源装置、及び上記レーザ光源装置を用いたプロジェクタに関する。

放電ランプに代わって発光ダイオードや半導体レーザといった固体発光素子をベースにしたプロジェクタが盛んに開発されている。このような固体発光素子は放電ランプと比較すると消費電力が小さく、寿命が長いという特長がある。特にレーザ光はエタンデュー(Etendue：伝播方向に対して垂直な平面における光錐の断面積と光が定める立体角との積)が小さいため、複数の光源からの光を集めて合成するという点で有利である。例えば、複数のレーザ光源をマトリクス状に配列し、各光源に対応したコリメータレンズで略平行光とした後、コンデンサレンズなどで集光して合成する方法が特許文献１に開示されている。

また、上記構成のほか、レーザビームの放射角の異方性を考慮した構成もある。例えば、複数の半導体レーザを発光領域の向きに合わせて配列し、発光領域の幅が大きい方の配列数を、発光領域の幅が小さい方の配列数よりも少なくしている。さらにアナモフィック素子を用いて光束の大きさを調整して合成する光スポットをバランスよく小さくする技術が例えば、特許文献２で提案されている。

特開２００２−２０２４４２号公報（図１） 特開２００５−１１４９７７号公報（図１）

半導体レーザの射出ビーム形状は、光導波路内で光が広がっている方向（発光領域の幅方向）には狭い放射角度、狭く閉じ込められている方向（発光領域の厚み方向）には広い放射角度で射出される性質を持っている。よって、半導体レーザから射出されるレーザビームには、発光領域の幅方向と厚み方向とで放射角に異方性があり、これを集光した場合のスポット形状は楕円状となる。このとき集光スポット形状における楕円の長軸方向が発光領域の幅方向に対応、短軸方向が発光領域の厚み方向に対応することになる。

このため、特許文献１で開示された技術では、半導体レーザなどの異方性のあるビームを射出する光源をマトリクス状に配列して用いると、合成された光束の集光スポットも前述のビーム特性と同じような異方性を有することとなり、ライトパイプやインテグレータロッドなどの合成光学素子によるミキシング効果が十分に得られないという問題があった。ライトパイプによるミキシングが不十分であると、明るさや色のムラとなってプロジェクタ画面の品位を損ねる可能性が高い。

集光スポットとライトパイプとのカップリング効率を高めるためには、集光スポットの楕円形状の長軸方向と断面形状が長方形状（矩形状）のライトパイプの長辺方向を揃えることが基本である。しかしながら、楕円の集光スポットの長軸方向は放射角度が狭いため、ライトパイプ内部でのビームの反射回数が減り、十分なミキシング効果を得ようとするとライトパイプを長くしなければならないという問題点があった。

また、特許文献２で開示された技術で用いているアナモフィック素子は非常に高価なプリズムや回折光学素子である。また、アナモフィック素子を用いると、内部吸収や界面反射などの光学的損失が発生するため、光源の異方性を安価に解消することができないという問題点があった。

この発明は上記問題点を解決するためになされたもので、簡易な構成かつ低コストでレーザ光を効率よく合成し、明るくムラのないレーザ光に基づく光を照射するレーザ光源装置、および当該レーザ光源装置を用いたプロジェクタを得ることを目的とする。

この発明に係る請求項１記載のレーザ光源装置は、入射端面より入射した光束を合成する合成光学素子用のレーザ光源装置であって、前記合成光学素子は、入射端面の形状は矩形状を呈し、該矩形状によって第１及び第２の対角線方向が規定される端面構造を有しており、各々のレーザ光の放射角に異方性を有する複数のレーザ光源と、前記複数のレーザ光源に対して１対１で配設され、前記複数のレーザ光源から射出された放射レーザ光を平行化して平行化レーザ光を得る複数のコリメータレンズと、前記平行化レーザ光の光束を集光して集光レーザ光を得るコンデンサレンズと、前記集光レーザ光の光束を入射端面に入射する、前記端面構造を有する前記合成光学素子とを備え、前記複数のレーザ光源は第１及び第２の光源群に分類され、第１の光源群に分類された各レーザ光源の発光領域の長手方向である第１の長手方向、及び前記第２の光源群に分類された各レーザ光の発光領域の長手方向である第２の長手方向は長手方向配置関係を有し、前記長手方向配置関係は、前記合成光学素子の前記端面構造との関係において、前記合成光学素子の入射端面及び前記複数のレーザ光源の発光領域それぞれを基準面として平面視した場合、前記第１の長手方向が前記第１の対角線方向に一致し、かつ、前記第２の長手方向が前記第２の対角線方向に一致するように配置される関係を含む。

請求項１記載の本願発明の複数のレーザ光源は第１及び第２の光源群に分類され、上記長手方向配置関係を有しているため、平行化レーザ光の光束を集光して合成光学素子の入射端面に入射させる際、第１及び第２の対角線方向と第１及び第２の長手方向とが一致するように設定することができる。

その結果、請求項１記載の本願発明は、合成光学素子の入射端面への集光スポットのはみ出しがなく結合効率の点で問題が生じない状態を維持し、かつ、半導体等のレーザ光源が有する放射角度の異方性に依存した合成光学素子による光の均一化効果の偏りを大幅に改善することができる平行化レーザ光の照射を行うことができる。

したがって、請求項１記載の本願発明のレーザ光源装置及びそれに対応して設けた合成光学素子等によって、明るくムラのない最終照明光を合成光学素子の出力端面から得ることができる。

この発明の実施の形態１であるレーザ光源装置（第１の態様）の半導体レーザ光源及びその周辺の構造を示す説明図である。 図１で示した実施の形態１のレーザ光源装置の全体構成の断面構造を示す断面図である。 半導体レーザ素子の発光領域とファーフィールド・パターンとの関係を模式的に示す説明図である。 ライトパイプの入射端面上に形成するスポット像を、ライトパイプの光軸に沿った方向から観察した形状を模式的に示す説明図である。 ライトパイプの入射端面上に形成される集光スポットによるライトパイプ内における光伝播特性（その１）を模式的に示す説明図である。 ライトパイプの入射端面上に形成される集光スポットによるライトパイプ内における光伝播特性（その２）を模式的に示す説明図である。 プロジェクタ光学系内の射出瞳における種々の光源像を模式的に示した説明図である。 実施の形態１のレーザ光源装置の第２の態様である異なるレーザ光源素子の配列を示した説明図である。 実施の形態１のレーザ光源装置の第３の態様を示す説明図である。 この発明の実施の形態２であるレーザ光源装置の全体構成の断面構造を示す断面図である。 本実施の形態２のレーザ光源装置を光軸の方向から視た断面図である。 この発明の実施の形態３であるレーザ光源装置の全体構成の断面構造を示す断面図である。 本実施の形態３のレーザ光源装置を第２の光軸の方向から視た断面図である。 本実施の形態３のレーザ光源装置を第１の光軸の方向から視た断面図である。 実施の形態３のミラーの他の構成を模式的に示す説明図である。 実施の形態４のプロジェクタの構成を示した説明図である。

＜実施の形態１＞
（第１の態様）
以下に、本発明に係るレーザ光源装置等の光源装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本願発明が限定されるものではない。また、以下で示す図面において適宜、ＸＹＺ座標軸あるいはＺＹ座標軸を示す。

図１はこの発明の実施の形態１であるレーザ光源装置１（第１の態様）における半導体レーザ光源及びその周辺の構造を示す説明図である。図２は実施の形態１のレーザ光源装置１の全体構成の断面構造を示す断面図である。なお、図１及び図２並びに以降で示す図面のＸＹＺ座標軸（ＸＹ座標軸）において、Ｘ方向は水平方向（例えば、半導体レーザ光源１１〜１４の配置方向）、Ｙ方向が垂直方向（例えば、コンデンサレンズ３２の立設方向）、Ｚ方向はレーザ光の射出方向（ライトパイプ３１を基準とした光軸ＡＸ８の方向）を示している。

図１は、光軸ＡＸ８の方向から視たレーザ光源装置１のＸＹ平面上における配置図を示しており、４つの半導体レーザ光源１１〜１４が、各半導体レーザ光源１１〜１４の光軸ＡＸ８と垂直をなすＸ方向の基準軸ＡＸ０上に沿ってほぼ一直線に並べられている。

実施の形態１のレーザ光源装置１は、半導体レーザ光源１１〜１４それぞれの発光領域８０の長手方向が、方位軸ＡＸ１〜ＡＸ４の方向になるように配置されている。図１において、半導体レーザ光源１１〜１４それぞれの発光領域８０は黒い長方形状で模式的に示されており、長方形の長辺部分が各発光領域８０の長手方向を示している。

半導体レーザ光源１１の発光領域８０における長手方向の方位軸ＡＸ１は半導体レーザ光源１３の発光領域８０における長手方向の方位軸ＡＸ３とほぼ同じ方向の方位軸であり、半導体レーザ光源１２の発光領域８０における方位軸ＡＸ２は半導体レーザ光源１４の長手方向における方位軸ＡＸ４とほぼ同じ方向の方位軸となるように配置されている。すなわち、半導体レーザ光源１１〜１４の発光領域８０の長手方向の配置に関し、半導体レーザ光源１１，１３は発光領域８０の方位軸ＡＸ１（＝ＡＸ３）（第１の長手方向）を有する第１の光源群に分類され、発光領域８０の方位軸ＡＸ２（＝ＡＸ４）（第２の長手方向）を有する半導体レーザ光源１２，１４は第２の光源群に分類される。

実施の形態１のレーザ光源装置１は、発光領域８０及び発光パターン等が非対称な複数の半導体レーザ光源から射出された光を集光し合成する光合成光学系を有している。

図２に示すように、レーザ光源装置１は４個の半導体レーザ光源１１〜１４と、４個の半導体レーザ光源１１〜１４に１対１に対向して配置される４つのコリメータレンズ２１〜２４とを有している。コリメータレンズ２１〜２４は半導体レーザ光源１１〜１４それぞれ放射レーザ光Ｌ１を平行化して平行化レーザ光Ｌ２を得ている。

レーザ光源装置１はさらにコンデンサレンズ３２を有しており、コンデンサレンズ３２はコリメータレンズ２１〜２４を通過した平行化レーザ光Ｌ２の光束のほぼ全てを受光し、集光することにより集光レーザ光Ｌ３を得ている。さらに、レーザ光源装置１はコンデンサレンズ３２からの集光レーザ光Ｌ３の光束が集まる位置が入射端面となるように配置されたライトパイプ３１を有している。

図３は半導体レーザ素子の発光領域８０と、発光領域８０からの射出光によって得られるファーフィールド・パターンとの関係を模式的に示す説明図である。なお、図３では、図１で示した半導体レーザ光源１１〜１４のうち半導体レーザ光源１１を代表して示している。

一般的な半導体レーザ光源の構造を呈する半導体レーザ光源１１は、図３に示すように、導波路からなる光共振器の断面領域である発光領域８０の形状は長方形であり、発光長辺ＥＬの寸法と、発光短辺ＥＳの寸法とが１桁以上、異なっている。発光短辺ＥＳの寸法は活性層の膜厚であり、これは例えばエピタキシャル結晶成長で製造される半導体層の層厚によって決定され、１００ｎｍ程度のいわゆるサブμｍオーダーの寸法となる。一方、発光長辺ＥＬの寸法は、半導体プロセスで形成されるリッジストライプなどの幅によって決定され、数μｍオーダーの寸法となる。このような構造の半導体レーザ光源１１においては、へき開面からなる出射端面における上記導波路の断面が、半導体レーザ素子の出射スポットの形状を決定する発光領域８０となる。

半導体レーザ光源１１の発光領域８０を通過する光は、回折による広がり（放射角）をもって伝搬するが、その放射角度（回折角度）は発光領域８０の寸法が小さいほど大きく、発光領域８０の寸法が大きいほど小さくなる。したがって、横長の長方形状の発光領域８０から前方に出射されるレーザ光は、縦方向の放射角度の方が横方向の放射角度より大きくなり、半導体レーザ光源１１の発光領域８０の射出光のファーフィールド・パターン６１は図３で示すような縦長の楕円形状となる。つまり、楕円の長軸方向は、発光領域８０の短手方向（発光短辺ＥＳ，厚み方向）に対応し、楕円の短軸方向は、発光領域８０の長手方向（発光長辺ＥＬ，幅方向）に対応している。

実施の形態１では、半導体レーザ光源１１は例えば以下の仕様のものを用いる。すなわち、発光領域８０の水平方向の発光長辺ＥＬが１０μｍ、垂直方向の発光短辺ＥＳが１μｍであり、放射角（ＦＷＨＭ：Full Width at Half Maximum）の水平方向が８度、垂直方向が３０度である半導体レーザ素子１１を用いる。

コリメータレンズ２１，２２，２３及び２４は半導体レーザ光源１１，１２，１３及び１４にそれぞれ対向して配置される。すなわち、コリメータレンズ２１〜２４と半導体レーザ光源１１〜１４とは１対１に対応して配置されている。コリメータレンズ２１〜２４それぞれの焦点位置は半導体レーザ光源１１〜１４の発光領域８０の中心位置と一致するように設置されるため、半導体レーザ光源１１〜１４から射出されたレーザ光（放射レーザ光Ｌ１）はコリメータレンズ２１〜２４を通過後は略平行となる。コリメータレンズ２１〜２４には例えば非球面レンズを用いることができる。なお、レーザ光源装置１の全体のボリュームを抑え、コストを低減させるためにはコンデンサレンズ３２の径をできるだけ小さくすることが効果的である。よって、コリメータレンズ２１〜２４それぞれも直径が小さなものが望ましい。ここでは、コリメータレンズ２１〜２４それぞれのレンズ径が１０ｍｍ程度で、焦点距離は６ｍｍ程度のものを用いる。

コンデンサレンズ３２はライトパイプ３１の入射端面を焦点とするレンズであり、コリメータレンズ２１〜２４によって略平行となった平行化レーザ光Ｌ２を集光してライトパイプ３１と結合する。ここではＸ方向に沿って直列に４つの半導体レーザ光源１１〜１４を並べて配置されているので、４つの半導体レーザ光源１１〜１４からコリメータレンズ２１〜２４を介して得られる平行化レーザ光Ｌ２の平行光束を無駄なく取り込んで集光レーザ光Ｌ３を得るために、コンデンサレンズ２５の直径は４５ｍｍ、焦点距離は１１０ｍｍ程度のものを用いる。

合成光学素子であるライトパイプ３１は、不均一な空間光強度を有する光源を均一にするもので、その出射端面に均一な面光源が形成される。ライトパイプ３１は、一般的にはプロジェクタの照明光源として用いられるもので、ライトバルブを均一に照明するために用いられる。

具体的なライトパイプ３１として、中空のライトトンネルや中実のロッドインテグレータが多く用いられている。ライトパイプ３１の入射端面及び出射端面の断面形状は、プロジェクタの映像表示素子（ライトバルブ）を無駄なく照明するために、映像表示素子とほぼ相似な長方形であることが多い。例えば、「１６：９」，「１６：１０」，「４：３」といったアスペクト比で表現される長方形である。また、その大きさはプロジェクタの照明光学系の倍率と映像表示素子のサイズで決めることができる。本実施の形態では、ライトパイプ３１の入射端面及び出射端面の断面の有効サイズが７ｍｍ×４ｍｍ程度のものを用いる。

図４は、ライトパイプ３１の入射端面上に形成する焦点スポット像を、ライトパイプ３１の光軸ＡＸ８（図１参照）に沿った方向から観察した形状を模式的に示す説明図である。図４において、集光スポット４１は半導体レーザ光源１１及び１３の放射レーザ光Ｌ１に基づく集光スポットを、集光スポット４２は半導体レーザ光源１２及び１４の放射レーザ光Ｌ１に基づく集光スポットを示している。

光スポット長軸ＡＸ５は集光スポット４１の長軸、集光スポット長軸ＡＸ６は集光スポット４２の長軸を示している。一方、ライトパイプ３１の入射端面の断面（を形成する）長方形の頂点Ｐ０，Ｐ２間を結ぶ方向が第１の対角線方向となり、断面長方形のＰ１，Ｐ３間を結ぶ方向が第２の対角線方向となる。

実施の形態１のレーザ光源装置１では、集光スポット長軸ＡＸ５（第１の集光長手方向）が第１の対角線方向に一致し、集光スポット長軸ＡＸ６（第２の集光長手方向）が第１の対角線方向に一致するように、図１における方位角ＡＸ１、ＡＸ２、ＡＸ３、及びＡＸ４と基準軸ＡＸ０とのなす角を設定することができる。

したがって、ライトパイプ３１の入射端面の断面の長辺方向（Ｘ方向）に沿った基準軸ＡＸ７と集光スポット長軸ＡＸ５との角度θ５７は、基準軸ＡＸ７と集光スポット長軸ＡＸ６とがなす角度θ６７と同じになる。例えば、ライトパイプ３１の入射端面の断面の有効サイズが７ｍｍ×４ｍｍの場合、角度θ５７及び角度θ６７は共に約３０度になる。

発光領域８０の厚み方向へ放射される光は、回折限界に近い放射が行われているので、コリメータレンズ２１〜２４を通過した後の平行化レーザ光Ｌ２の光束の平行度が高くなり、コンデンサレンズ３２を通過させた後に形成される集光レーザ光Ｌ３の集光スポットは小さくなる。

一方、発光領域８０の幅方向に放射される光は、発光領域８０の幅方向の発光長辺ＥＬが反映され、かつコリメータレンズ２１〜２４を通過した後の平行化レーザ光Ｌ２の光束が所定の放射角を有するので集光スポットが大きくなる。よって、コンデンサレンズ３２による集光スポット像は楕円状になる。

実施の形態１のレーザ光源装置１において、ライトパイプ３１の入射端面の断面長方形の長辺に沿った基準軸ＡＸ７を、レーザ光源装置１の基準軸ＡＸ０と平行となるようにライトパイプ３１を配置する。その結果、図４に示すように、レーザ光源装置１による楕円状の集光スポットの長軸（ＡＸ５及びＡＸ６）が、ライトパイプ３１の断面の対角線（第１及び第２の対角線方向）に沿うように設定することができる。

具体的には、レーザ光源装置１において、ライトパイプ３１の入射端面との関係において、半導体レーザ光源１１及び１３の方位軸ＡＸ１及びＡＸ３（第１の長手方向）を第１の対角線方向に一致させ、かつ、半導体レーザ光源１２及び１４の方位軸ＡＸ２及びＡＸ４（第２の長手方向）を第２の対角線方向に一致するように半導体レーザ光源１１〜１４を配置させる形態（関係）である、長手方向配置形態（長手方向配置関係）を設定する。

断面長方形を有するライトパイプ３１の入射端面に、レーザ光源装置１から楕円状の集光スポットを有する光を入射させる場合、その楕円軸と断面長方形の辺とのなす角度によって、レーザ光源装置とライトパイプの結合効率、ならびに均一化性能が変化する。

図５はライトパイプ３１の入射端面上に形成される集光スポットによるライトパイプ３１内における光伝播特性（その１）を模式的に示す説明図である。

同図(a) に示すように、ライトパイプ３１の基準軸ＡＸ７と楕円形の集光スポット４３の長軸方向がほぼ一致している場合、同図(b) ，(c) に示すように、ライトパイプ３１内部を光（集光レーザ光Ｌ３）が伝播する。なお、同図(b) はライトパイプ３１の断面の短辺を含む側面を視た図、同図(c) は同図(b) と垂直な方向から視た図を示しており、それぞれの矢印はライトパイプ３１の内部を反射しながら伝播する集光レーザ光Ｌ３の光線のひとつを表している。なお、ライトパイプ３１は中空タイプのものを想定している。

図６はライトパイプ３１の入射端面上に形成される集光スポットによるライトパイプ３１内における光伝播特性（その２）を模式的に示す説明図である。

同図(a) に示すように、ライトパイプ３１の基準軸ＡＸ７と楕円形の集光スポット４４の長軸との方向がほぼ直交している場合、同図(b) ，(c) に示すように、ライトパイプ３１内部を光が伝播する。なお、同図(b) はライトパイプ３１の断面の短辺を含む側面を視た図、同図(c) は同図(b) と垂直な方向から視た図を示している。なお、矢印の意味、想定しているライトパイプ３１のタイプ等は図５と同様である。

図５(a) に示すように、楕円形の集光スポット４３の長軸の方向をライトパイプ３１の長辺方向（基準軸ＡＸ７の方向）に揃えると、集光スポット４３のライトパイプ３１の入射端面からはみ出しもなく、結合効率の点では問題がない。しかし、ライトパイプ３１の内部での反射回数に着目すると、図５(a) の楕円形の集光スポット４３の短軸方向は放射角度が小さいため、図５(b) に示すように長方形の長辺を含む側面（図５(b) では上下の面）での反射回数は相対的に少なくなるという欠点がある。ライトパイプ３１の内部での反射回数が少ないと、ライトパイプ３１による光の均一化効果が小さくなるため、これを補うために例えばライトパイプ３１を長くする必要が生じてしまうからである。

一方、図６(a) に示すように、楕円形の集光スポット４４の長軸をライトパイプ３１の短辺に揃えると、図６(b) から明らかなように長方形の長辺を含む側面での反射回数は著しく増加する。しかしながら、楕円形の集光スポット４４の一部がライトパイプ３１からはみ出しており、そのために結合効率を損ねてしまう。さらに図６の例では、長方形の長辺に沿った方向で反射回数の低減が起きるが、図５(b) の状態よりも図６(c) の方が反射面の間隔が大きいため、反射回数を稼ぐという点ではさらに不利な状況となる。

図４に示すような、集光スポット４１及び４２とライトパイプ３１の入射端面との関係を有する実施の形態１のレーザ光源装置１は、図５及び図６で示した上記２つの事例の互いの長所を組み合わせたものと言える。すなわち、図４に示すように、集光スポット４１及び４２のライトパイプ３１の入射端面からのはみ出しがなく、結合効率の点で問題が生じない状態を維持できる一方で、反射回数の極度の低下もなく、半導体レーザ光源１１〜１４が有する放射角度の異方性に依存したライトパイプの均一化効果の偏りを改善することが可能となる。例えば、レーザ光源装置１と組み合わせるプロジェクタ光学系を想定した場合、前述の結合効率と均一化性能を同時に観察できる光源像を得ることができる。

図７は、図５、図６、ならびに実施の形態１のレーザ光源装置１を用いた場合におけるプロジェクタ光学系内の射出瞳７０におけるそれぞれの光源像を模式的に示した説明図である。図７(a) は図５で示した事例（その１）の場合、図７(b) は図６で示した事例（その２）の場合、図７(c) は実施の形態１のレーザ光源装置１を用いた場合に対応するものである。

図７において、黒い楕円形で示されるのは光源の像、点線で示される円形は想定するプロジェクタ光学系内に形成される射出瞳７０の直径を表したものであり、この射出瞳７０が光源像で満たされた光学系は光の利用効率が高く、すなわち明るいプロジェクタを得ることができる。しかしながら、図５の事例（その１）を示す図７(a) の光源像７３は、ライトパイプ３１に入射する光スポットが強い異方性を有するため、光源像７３が射出瞳７０の径を一杯に満たすことができない。図６の事例（その２）を示す図７(b) では、集光スポット４４とライトパイプ３１の入射端面の断面形状との整合性が低い分、さらに密度が低い光源像７４の分布になってしまっている。

一方、実施の形態１のレーザ光源装置１よれば、図７(c) に示すように、光源像７１の分布が、図７(a) 及び(b) で示す光源像７３及び光源像７４の楕円形に比べると円形に近づいており、射出瞳７０の内部を満たす光源像の面積が増えたため、レーザ光源装置１とプロジェクタ光学系との結合効率を高めることができる。こうして、実施の形態１によるレーザ光源装置１によれば、光の利用効率が高くて明るく、明るさや色のムラが少ない、射出光（照明光）をライトパイプ３１の出射端面から得ることができる効果を奏する。

なお、実施の形態１によるレーザ光源装置１は、半導体レーザ光源１１〜１４により構成されているが、放射角に強い異方性を有した複数のレーザ光源素子を並べて構成する上では、赤、緑、青といった発振波長に依存することなく、いずれの波長の場合でも同様の効果を得ることができる。勿論、半導体レーザ光源に限るものではなく、固体レーザやＳＨＧ(Second Harmonic Generation)をレーザ光源としてレーザ光源装置が構成されていても構わない。さらに、前述の通り、ライトパイプ３１のアスペクト比（縦横比）はプロジェクタ光学系の要求により種々の値を取り得るが、実施の形態１のレーザ光源装置１は半導体レーザ光源１１〜１４の発光領域８０の長手方向の基準軸ＡＸ０に対する角度をライトパイプ３１の入射端面の形状に合わせて最適化することができるため、ライトパイプ３１の入射端面のアスペクト比によらず、同様の効果を得ることができる。

このように、実施の形態１のレーザ光源装置１の第１の態様では、半導体レーザ光源１１〜１４を、第１の光源群（半導体レーザ光源１１，１３）及び第２の光源群（半導体レーザ光源１２，１４）に分類している。

第１の光源群に分類された半導体レーザ光源１１，１３の発光領域８０における長手方向である第１の長手方向（方位軸ＡＸ１，ＡＸ３）及び第２の光源群に分類された半導体レーザ光源１２，１４の発光領域８０における長手方向である第２の長手方向（方位軸ＡＸ２，ＡＸ４）は上述した長手方向配置形態を有している。すなわち、レーザ光源装置１は、ライトパイプ３１の入射端面の断面構造との関係において、上記第１の長手方向が上記第１の対角線方向（頂点Ｐ０，Ｐ２間方向，図４）に一致し、かつ、上記第２の長手方向が上記第２の対角線方向（頂点Ｐ１，Ｐ３間の方向，図４）に一致するように配置される長手方向配置形態を有している。

したがって、実施の形態１のレーザ光源装置１（第１の態様）は、合成光学素子であるライトパイプ３１の入射端面への集光スポットのはみ出しがなく結合効率の点で問題が生じない状態を維持し、かつ、半導体レーザ光源１１〜１４が有する放射角度の異方性に依存したライトパイプ３１の均一化効果の偏りを大幅に改善することができる。

その結果、レーザ光源装置１はライトパイプ３１の出射端面から、明るくムラのない出射光（照明光）を得ることができる。

なお、本明細書中の長手方向配置形態である第１の長手方向と第１の対角線方向との一致、及び第２の長手方向と第２の対角線方向との一致とは、正確な一致でなく、多少の位置ズレを許容している。例えば、図４の角度θ５７及び角度θ６７（第１及び第２の対角線の基準軸ＡＸ７に対する角度）が３０度である場合、図１の角度θ０１及び角度θ０４は２５度〜３５度程度の範囲であれば、上述した効果が十分に期待できるため、一致の範囲に含めても良い。

すなわち、本願明細書における「長手方向配置形態」は、ライトパイプ３１の入射端面への集光スポットのはみ出しがなく、半導体レーザ光源１１〜１４が有する放射角度の異方性に依存したライトパイプ３１の均一化効果の偏りを改善することができる範囲であれば、第１（第２）の長手方向と第１（第２）の対角線方向との多少の位置ズレを許容する概念の「一致」を含んでいる。

（第２の態様）
図８は、実施の形態１のレーザ光源装置１の第２の態様である半導体レーザ光源の配列を示した説明図である。

同図に示すように、半導体レーザ光源１１Ａ〜１４Ａ及び半導体レーザ光源１１Ｂ〜１４Ｂによって２行×４列のマトリクス状に並べている。すなわち、半導体レーザ光源１１Ａ〜１４Ａ及び半導体レーザ光源１１Ｂ〜１４Ｂ間で垂直方向（Ｙ方向）の配置を変えながら、水平方向の配置を共通にしている。

図８において、図１と同様、半導体レーザ光源１１Ａ〜１４Ａ及び１１Ｂ〜１４Ｂそれぞれの発光領域８０が黒い長方形で模式的に示されており、長方形の長辺が発光領域８０の長手方向を示している。

半導体レーザ光源１１Ａ〜１４Ａはそれぞれ、基準軸ＡＸ０１に関して左肩上がりの（方位）角度θ０１Ａを有するように発光領域８０の方位軸ＡＸ１Ａ〜ＡＸ４Ａ（第１の長手方向）が配置されており、半導体レーザ光源１１Ｂ〜１４Ｂはそれぞれ、基準軸ＡＸ０２に関して右肩上がりの（方位）角度θ０１Ｂを有するように発光領域８０の方位軸ＡＸ１Ｂ〜ＡＸ４Ｂ（第２の長手方向）が配置されている。すなわち、発光領域８０の長手方向の配置に関し、半導体レーザ光源１１Ａ〜１４Ａは第１の光源群に分類され、半導体レーザ光源１１Ｂ〜１４Ｂは第２の光源群に分類される。

なお、コリメータレンズ２１Ａ〜２４Ａは半導体レーザ光源１１Ａ〜１４Ａに１対１に対応して設けられ、コリメータレンズ２１Ｂ〜２４Ｂは半導体レーザ光源１１Ｂ〜１４Ｂに１対１に対応して設けられる。また、コンデンサレンズ３２及びライトパイプ３１は図１，図２で示した第１の態様と同様に設けられる。

このように、半導体レーザ光源をそれぞれ同数の第１及び第２の光源群に分け、第１の光源群における半導体レーザ光源１１Ａ〜１４Ａの方位軸ＡＸ１Ａ〜ＡＸ４Ａ（第１の長手方向）をライトパイプ３１の断面長方形の第１の対角線方向に一致させ、第２の光源群にける半導体レーザ光源１１Ｂ〜１４Ｂの方位軸ＡＸ１Ｂ〜ＡＸ４Ｂ（第２の長手方向）を上記断面長方形の第２の対角線方向に一致させている。

したがって、実施の形態１の第２の態様は、図１及び図２で示した実施の形態１の第１の態様と同様の効果を奏し、ライトパイプ３１の出射端面から、明るくムラのない出射光（照明光）を得ることができる効果を奏する。

なお、レーザ光源装置とライトパイプとの結合効率を高め、明るさと色のムラを抑える効果が得られる範囲で、レーザ光源素子の個数、配置および角度は任意の組合せを選択し、より詳細な全体のバランス調整をすることが可能である。

このように、実施の形態１の第２の態様では、コンデンサレンズ３２の有効領域をより大きく利用することで、装置全体を大きくすることなく、より明るいレーザ光源装置１を得ることができる。

（第３の態様）
図９は実施の形態１のレーザ光源装置１の第３の態様を示す説明図である。同図に示すように、円形状のコンデンサレンズ３２との整合性を高めるため、コンデンサレンズ３２の中心軸の延長線上の点を中心とした同心円上に６つの半導体レーザ光源１１Ｘ〜１６Ｘを円形に配置している。

図９に示すように、合計６個の半導体レーザ光源１１Ｘ〜１６Ｘが、基準軸ＡＸ０に関して角度θ０１Ａあるいは角度θ０１Ｂをなして配置されており、左肩上がりの角度θ０１Ａの方向（第１の長手方向）をもって配置される光源が３つ（半導体レーザ光源１２Ｘ，１４Ｘ，１６Ｘ）、右肩上がりに角度θ０１Ｂの方向（第２の長手方向）をもって配置される光源が３つ（半導体レーザ光源１１Ｘ，１３Ｘ，１５Ｘ）、それぞれが円周上で交互に配置されている。すなわち、発光領域８０の長手方向の配置に関し、半導体レーザ光源１２Ｘ，１４Ｘ，１６Ｘは第１の光源群に分類され、半導体レーザ光源１１Ｘ，１３Ｘ，１５Ｘは第２の光源群に分類される。なお、コンデンサレンズ３２及びライトパイプ３１は図１，図２で示した第１の態様と同様に設けられる。

第３の態様においても、図８で示した第２の態様と同様、半導体レーザ光源１１Ｘ〜１６Ｘの配置により、ライトパイプ３１の出射端面から、明るくムラのない出射光（照明光）を得ることができる効果を奏する。

さらに、第３の態様は、断面形状が円状のコンデンサレンズ３２の有効領域を最も効率的に利用して半導体レーザ光源１１Ｘ〜１６Ｘを配置することにより、装置構成の小型化を図ることができる。

（変形例について）
また、本実施の形態１のレーザ光源装置１は最終段に配置されるコンデンサレンズ３２の仕様を変更することで、後段に接続されるライトパイプ３１や、その他の光学系との整合性を調整することができるが、本発明の主旨を逸脱しない範囲で異なる形態を取ることが可能である。例えば、物理的にはコンデンサレンズ３２を含む後段の構成要素を含まない形とし、平行光束を射出する光源装置としてもよいし（第１の変形例）、コンデンサレンズ３２までを構成要素とし、ライトパイプ３１を含まない形にして、収束光束を射出するレーザ光源装置の形態（第２の変形例）とすることもできる。

（第１の変形例）
図１において、レーザ光源装置１からコンデンサレンズ３２及びライトパイプ３１を除き、半導体レーザ光源１１〜１４及びコリメータレンズ２１〜２４を構成要素として、図４に示すライトパイプ３１のように、入射端面の形状は矩形状を呈し、該矩形状によって第１及び第２の対角線方向が規定される端面構造を有するライトパイプ用に、平行化レーザ光Ｌ２を照射するレーザ光源装置として構成するのが第１の変形例である。

第１の変形例においても、半導体レーザ光源１１，１３及び半導体レーザ光源１２，１４は第１及び第２の光源群に分類され、上記長手方向配置形態を有しているため、コリメータレンズ２１〜２４より得られる平行化レーザ光Ｌ２の光束を集光してライトパイプ３１相当のライトパイプの入射端面に入射させる際、第１及び第２の対角線方向と第１及び第２の長手方向が一致するように設定することができる。

その結果、第１の変形例は、実施の形態１のレーザ光源装置１と同様の効果を発揮することができ、第１の変形例のレーザ光源装置から照射される平行化レーザ光Ｌ２に対して、図２で示したレーザ光源装置１のように、コンデンサレンズ３２及びライトパイプ３１相当の構成を設けることにより、明るくムラのない最終照明光をライトパイプ３１の出射端面から得ることができる。

（第２の変形例）
図１において、レーザ光源装置１からライトパイプ３１を除き、半導体レーザ光源１１〜１４、コリメータレンズ２１〜２４及びコンデンサレンズ３２を構成要素として、図４に示すライトパイプ３１のように、入射端面の形状は矩形状を呈し、該矩形状によって第１及び第２の対角線方向が規定される端面構造を有するライトパイプ用に、集光光Ｌ３を照射するレーザ光源装置として構成するのが第２の変形例である。

第２の変形例においても、半導体レーザ光源１１，１３及び半導体レーザ光源１２，１４は第１及び第２の光源群に分類され、上記長手方向配置形態を有しているため、集光レーザ光Ｌ３の光束をライトパイプ３１相当の入射端面に入射させる際、第１及び第２の対角線方向と第１及び第２の長手方向が一致するように設定することができる。

その結果、第２の変形例は、実施の形態１のレーザ光源装置１と同様の効果を発揮することができ、第２の変形例のレーザ光源装置から照射される集光レーザ光Ｌ３に対して、図２で示したレーザ光源装置１のように、ライトパイプ３１相当の構成を設けることにより、明るくムラのない最終照明光をライトパイプ３１の出射端面から得ることができる。

なお、上記では、実施の形態１の第１の態様（図１，図２）を基準として変形した第１及び第２の変形例を示したが、同様にして、実施の形態１の第２及び第３の態様（図８及び図８）を基準として変形した第１及び第２の変形例が実現可能なのは勿論である。

＜実施の形態２＞
図１０はこの発明の実施の形態２であるレーザ光源装置２の全体構成のＸＺ面の断面構造を示す断面図である。図１１は、本実施の形態２のレーザ光源装置２を光軸ＡＸ９の方向から視た断面図である。

これらの図に示すように、実施の形態２のレーザ光源装置２は、各々が複数の半導体レーザ光源からなる光源モジュールＬＭ１及びＬＭ２（第１及び第２の光源モジュール）が互いに異なる二箇所に分離して配置され、これら異なる光源モジュールＬＭ１及びＬＭ２からの収束光束がミラー手段（ミラー５１）を介して合成される構成である。

実施の形態２では、各々が２×４のマトリクス状に半導体レーザ光源が配列された２つの光源モジュールＬＭ１及びＬＭ２が、それぞれの光軸ＡＸ８とＡＸ９を有し、それら両光軸が互いに直角をなすように配置されている。すなわち、ＸＹ平面上に配置された半導体レーザ光源１１Ａ〜１４Ａ及び１１Ｂ〜１４Ｂからなる２×４構成の光源モジュールＬＭ１（少なくとも一つの第１のレーザ光源）と、ＹＺ平面上に配置された半導体レーザ光源１５Ａ〜１８Ａ及び１５Ｂ〜１８Ｂからなる光源モジュールＬＭ２（少なくとも一つの第２のレーザ光源）とから構成される。そして、光源モジュールＬＭ１は光軸ＡＸ８を有し、光軸ＡＸ８に沿った方向（Ｚ方向）を射出方向（第１の射出方向）とし、光源モジュールＬＭ２は光軸ＡＸ８と直交する光軸ＡＸ９有し、光軸ＡＸ９に沿った方向（Ｘ方向）を射出方向（第２の射出方向）としている。

そして、光軸ＡＸ８を有する光源モジュールＬＭ１から出た放射光（第１の放射レーザ光）は、１対１に対応して配置されたコリメータレンズ２１Ａ〜２４Ａ及び２１Ｂ〜２４Ｂ（少なくとも一つの第１のコリメータレンズ）によって略平行化されて第１の平行化レーザ光に変換される。その後、第１の平行化レーザ光がコンデンサレンズ３３（第１のコンデンサレンズ）によって収束されて得られる第１の集光レーザ光がミラー５１の上方（＋Ｙ方向）を通過してライトパイプ３１に入射する。

一方、光軸ＡＸ９を有する光源モジュールＬＭ２から出た放射光（第２の放射レーザ光）は、１対１に対応して配置されたコリメータレンズ２５Ａ〜２８Ａ及び２５Ｂ〜２８Ｂ（少なくとも一つの第２のコリメータレンズ）によって略平行化されて第２の平行化レーザ光に変換される。その後、第２の平行化レーザ光がコンデンサレンズ３４（第２のコンデンサレンズ）で収束されて得られる第２の集光レーザ光が、ミラー５１で反射されてライトパイプ３１に入射する。

これら光源モジュールＬＭ１及びＬＭ２それぞれは、実施の形態１に説明したレーザ光源装置１の半導体レーザ光源１１〜１４等と同様に、発光領域８０の長軸方向の違いにより第１及び第２の光源群に分類される。例えば、図１１に示すように、半導体レーザ光源１５Ａ〜１８Ａはそれぞれ、基準軸ＡＸ１０Ａに関して左肩上がりの（方位）角度θ０１Ａを有するように発光領域８０の方位軸（長軸方向，第１の長手方向）が配置されており、半導体レーザ光源１５Ｂ〜１８Ｂはそれぞれ、基準軸ＡＸ１０Ｂに関して右肩上がりの（方位）角度θ０１Ｂを有するように発光領域８０の方位軸（長軸方向，第２の長手方向）が配置されている。

すなわち、光源モジュールＬＭ２において、発光領域８０の長手方向の配置に関し、半導体レーザ光源１５Ａ〜１８Ａは第１の光源群に分類され、半導体レーザ光源１５Ｂ〜１８Ｂは第２の光源群に分類される。

一方、光源モジュールＬＭ１においては、図８で示した実施の形態２の第２の態様と同様、発光領域８０の長手方向の配置に関し、半導体レーザ光源１１Ａ〜１４Ａは第１の光源群に分類され、半導体レーザ光源１１Ｂ〜１４Ｂは第２の光源群に分類される。

コンデンサレンズ３３，３４とライトパイプ３１との間にはミラー５１が配置される。ミラー５１は、光軸ＡＸ８を有する光源モジュールＬＭ１からの第１の集光レーザ光の下方に存在するため、第１の集光レーザ光をそのまま直進させ、光軸ＡＸ９を有する光源モジュールＬＭ２からの第２の集光レーザ光を反射してライトパイプ３１に向かうよう、それぞれの光軸ＡＸ８及び光軸ＡＸ９に対して４５度の角度で設けられている。ライトパイプ３１は、光軸ＡＸ８上に配置され、その入射端面の長方形の長辺が、光軸ＡＸ８と光軸ＡＸ９を含む平面とほぼ平行となるように配置されている。

図１１に示すように、光源モジュールＬＭ１及びＬＭ２が、光軸ＡＸ８を挟んでそれぞれ図のＹ方向において上下に分かれて配置されている。図１１では、光軸ＡＸ９に沿った光源モジュールＬＭ２がＹＺ平面上で２×４のマトリクス状に並んでいる構成が示されているが、光軸ＡＸ８に沿った光源モジュールＬＭ１もＸＹ平面上で同様に２×４のマトリクス状に配列されている。光源モジュールＬＭ１及びＬＭ２における半導体レーザ光源の配列は、図８で示したレーザ光源装置１の第２の態様における２×４構成と同様であるため、明るさと色のムラを抑える同様の作用を示す。

光軸ＡＸ８より上側（＋Ｙ方向）に配置され、第１の射出方向を規定する光軸ＡＸ８を有する光源モジュールＬＭ１からコリメータレンズ２１Ａ〜２４Ａ及び２１Ｂ〜２４Ｂを通過した略平行光束は、コンデンサレンズ３３を通過し、下方のミラー５１には当たらずにそのまま進み、ライトパイプ３１に入射する。

一方、光軸ＡＸ８より下側（−Ｙ方向）に配置された、第２の射出方向を規定する光軸ＡＸ９を有する光源モジュールＬＭ２からコンデンサレンズ３４を通過した光束はミラー５１で反射して光路が折り曲げられ、光軸が光軸ＡＸ９から光軸ＡＸ８に変換された後、すなわち、射出方向が第２の射出方向から第１の射出方向に変換された後、ライトパイプ３１に向かう。前述の通り、光源モジュールＬＭ１及びＬＭ２の各半導体レーザ光源は光軸ＡＸ８を挟んでそれぞれ上下に分かれて配置されているため、それぞれの光束は互いに干渉することなく、ミラー５１で選択的に光源モジュールＬＭ２からの第２の集光レーザ光を反射させながら効率よく光束の合成をすることができる。

このように、実施の形態２のレーザ光源装置２によれば、互いに異なる箇所に分離して配置された光源モジュールＬＭ１及びＬＭ２からの光束を効率よく合成することができるので、より明るく、明るさや色のムラが少ないレーザ光源装置２を得ることができる。

なお、光源モジュールＬＭ２からの光はミラー５１によって反射されることより光軸ＡＸ９が光軸ＡＸ８に変換される、すなわち、第２の射出方向から９０°異なる第１の射出方向に変換される。このため、発光領域８０の第１及び第２の長手方向に基づき決定される、ライトパイプ３１の入射端面上における集光スポット光の長手方向である第１及び第２の集光長手方向と第１及び第２の対角線方向との一致関係が逆になる。以下、この点を詳述する。

光源モジュールＬＭ１においては、ミラー５１による反射はないため、第１の集光長手方向と第１の対角線方向が一致し、第２の集光長手方向と第２の対角線方向が一致する。一方、光源モジュールＬＭ２においては、ミラー５１による反射により、第１及び第２の集光長手方向が逆の関係になるため、発光領域８０の第１の長手方向に基づく集光スポットの長手方向である第１の集光長手方向はライトパイプ３１の入射端面の第２の対角線方向に一致する。同様に、光源モジュールＬＭ２において、発光領域８０の第２の長手方向に基づく集光スポットの長手方向である第２の集光長手方向はライトパイプ３１の入射端面の第１の対角線方向に一致する。

なお、図１０及び図１１で示した実施の形態２のレーザ光源装置２では、光源モジュールＬＭ１及びＬＭ２それぞれにおいて、発光領域８０の長手方向が異なる第１及び第２の光源群に分類した例を示したが他の方法で分類でも良い。

（変形例）
例えば、光軸ＡＸ８を有する光源モジュールＬＭ１に属する半導体レーザ光源は全て同じ方位軸を持って配列された第１の光源群とし、光軸ＡＸ９を有する光源モジュールＬＭ２に属する半導体レーザ光源も同じ方位軸を持って配列される第２の光源群とする変形例が考えられる。この構成の変形例は、ミラー５１による反射によって、光源モジュールＬＭ１の各半導体レーザ光源に設定した長手方向に基づく集光スポットの長手方向はライトパイプ３１の入射端面の第１の対角線方向に一致し、光源モジュールＬＭ２の各半導体レーザ光源に設定した長手方向に基づく集光スポットの長手方向はミラー５１による反射によってライトパイプ３１の入射端面の第２の対角線方向に一致することになる。

その結果、それぞれ異なる方位軸を持った第１及び第２の集光レーザ光による集光スポットがライトパイプ３１の入射端面上で重畳することができ、変形例においても、上述した実施の形態２のレーザ光源装置２と同様の効果を得ることができる。

なお、変形例では、ミラー５１によって反射されない光源モジュールＬＭ１の各半導体レーザ光源が第１の光源群となり、ミラー５１によって反射されて射出方向が９０°変換される光源モジュールＬＭ２の各半導体レーザ光源が第２の光源群となり、第１及び第２の光源群が共にライトパイプ３１の入射端面における第１の対角線方向及び第２の対角線方向のうちの一方に共通に設定さる長手方向配置形態を有することになる。

このように、実施の形態２のレーザ光源装置２は、コンデンサレンズ３３及び３４（第１及び第２のコンデンサレンズ）の集光対象を異なる場所に配置された光源モジュールＬＭ１及びＬＭ２から得られる第１及び第２の平行化レーザ光に分けることにより、コンデンサレンズ３３及び３４の大きさを必要最小限に抑えて装置の小型化を図ることができる。

加えて、実施の形態２のレーザ光源装置２では、熱源となる光源モジュールＬＭ１及びＬＭ２を２箇所に分けて配置することにより、光源モジュールＬＭ１及びＬＭ２それぞれの冷却を効率よく行うことができる。

＜実施の形態３＞
図１２はこの発明の実施の形態３であるレーザ光源装置３の全体構成のＸＺ面の断面構造を示す断面図である。図１３は、本実施の形態３のレーザ光源装置３を光軸ＡＸ９の方向から視た断面図である。図１４は、本実施の形態３のレーザ光源装置３を光軸Ａ８の方向から視た断面図である。

これらの図に示すように、実施の形態３のレーザ光源装置３は、実施の形態２のレーザ光源装置２とは異なる配置の光源モジュールＬＭ３及びＬＭ４を備えるものである。実施の形態３では、光源モジュールＬＭ３及びＬＭ４が、それぞれ４×４のマトリクス状に配列された半導体レーザ光源を有し、それぞれの光軸ＡＸ８とＡＸ９とが互いに直角をなすように配置されている。

すなわち、ＸＹ平面上に配置され、Ｙ方向を配列方向とした４段構成の半導体レーザ光源１１Ａ〜１４Ａ，１１Ｂ〜１４Ｂ，１１Ｃ〜１４Ｃ及び１１Ｄ〜１４Ｄからなる４×４構成の光源モジュールＬＭ３（少なくとも一つの第１のレーザ光源）と、ＹＺ平面上に配置され、Ｙ方向を配列方向とした４段構成の半導体レーザ光源１５Ａ〜１８Ａ，１５Ｂ〜１８Ｂ，１５Ｃ〜１８Ｃ及び１５Ｄ〜１８Ｄからなる４×４構成の光源モジュールＬＭ４（少なくとも一つの第２のレーザ光源）とから構成される。そして、光源モジュールＬＭ３は光軸ＡＸ８を有し、光軸ＡＸ８に沿った方向を射出方向（第１の射出方向）としており、光源モジュールＬＭ４は光軸ＡＸ８と直交する光軸ＡＸ９有し、光軸ＡＸ９に沿った方向を射出方向（第２の射出方向）としている。

そして、光軸ＡＸ８を有する光源モジュールＬＭ３から出た放射光（第１の放射レーザ光）は１対１に対応して配置されたコリメータレンズ２１Ａ〜２４Ａ，２１Ｂ〜２４Ｂ，２１Ｃ〜２４Ｃ，２１Ｄ〜２４Ｄ（少なくとも一つの第１のコリメータレンズ）によって略平行化されて第１の平行化レーザ光としてミラー５２を通過しコンデンサレンズ３５に入射する。

すなわち、光軸ＡＸ８を有する光源モジュールＬＭ３からの第１の平行化レーザ光は、ミラー５２のＹ方向に隣接する２つの有効エリア間の空間（通過領域）を通過してコンデンサレンズ３５に向い、その後、集光レーザ光の光束となってライトパイプ３１に入射する。

一方、光軸ＡＸ９を有する光源モジュールＬＭ４から出た放射光（第２の放射レーザ光）は１対１に対応して配置されたコリメータレンズ２５Ａ〜２８Ａ，２５Ｂ〜２８Ｂ，２５Ｃ〜２８Ｃ，２５Ｄ〜２８Ｄ（少なくとも一つの第２のコリメータレンズ）によって略平行化された第２の平行化レーザ光に変換され、さらにミラー５２で反射されて反射平行化レーザ光としてコンデンサレンズ３５に入射する。

すなわち、光軸ＡＸ９を有する光源モジュールＬＭ４からの第２の平行化レーザ光は、ミラー５２の有効エリア（反射領域）に当たって反射され、光路が曲げられて光軸が光軸ＡＸ９から光軸ＡＸ８に９０゜変換されてコンデンサレンズ３３に向かい、その後、集光レーザ光の光束となってライトパイプ３１に入射する。図１３の２点破線で示される直線は、配列方向（Ｙ方向）に４段配列されたそれぞれの段の半導体レーザ光源１５〜１８からの中心光線の振る舞いを示している。

第１及び第２の放射レーザ光が有する異方性は対応するコリメータレンズを通過すると、図３に示したように縦横の偏平が反対になる。よって、発光領域８０の長手方向に沿った方位軸と、図１３に示すように、鉛直線ＶＸ２とのなす角度θ（＜45°）を図１３に示されるように配置しておけば、ミラー５２を通過する光束が横長の楕円状に偏平することができ、ミラー５２に設けられたミラーセグメントとなる小ミラー５２ａ〜５２ｄそれぞれの厚み（Ｙ方向の形成高さ）を薄くし、及び小ミラー５２ａ〜５２ｄのうち隣接する小ミラー間の間隔をより近づけて配置することが可能となる。このように、小ミラー５２ａ〜５２ｄそれぞれの厚み及びその形成間隔を狭めても、第２の平行化レーザ光を確実に反射することができる。

同様に、図１４に示すように、発光領域８０の長手方向に沿った方位軸と、鉛直線ＶＸ１とのなす角度θ（＜４５°）に示されるように配置しておけば、ミラー５２を通過する光束が横長の楕円状に偏平することができ、ミラー５２に設けられた小ミラー５２ａ〜５２ｄの厚み及び間隔を狭めても、小ミラー５２ａ〜５２ｄのうち隣接する小ミラー間の通過領域を第１の平行化レーザ光が確実に通過することができる。

その結果、コンデンサレンズ３５の直径を余分に大きくする必要がなく、２つの異なる光源モジュールＬＭ３及びＬＭ４らの平行化レーザ光を効率よく集光することができる。また、ライトパイプ３１は、実施の形態２で説明したライトパイプ３１と同じものであるが、ここでは中心軸に対して９０度回転させた配置となっている。すなわち、光軸ＡＸ８と光軸ＡＸ９とを含む平面と、ライトパイプ３１の断面の長方形の短辺を含む側面とがほぼ平行となるように配置されている。このようにライトパイプ３１を配置することにより、コンデンサレンズ３３によって集光された集光スポットが、ライトパイプ３１の入射端面上で効率よく結合される。

なお、ミラー５２は図１３及び図１４に示すように横長の短冊状の小ミラー５２ａ〜５２ｄを図示しない構造手段で互いに分離した状態で保持する形態を取っている。

図１５はミラーの他の構成を模式的に示す説明図である。実施の形態２のレーザ光源装置２において、図１２〜図１４で示したミラー５２に代えて、図１５で示したミラー５３を用いても良い。ミラー５３に横長の長方形の開口５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、および５４ｄを有しており、開口５４ａ〜５４ｄは光源モジュールＬＭ３からの配列方向（Ｙ方向）に沿った第１列〜第４列の第１の平行化レーザ光を通過するように設けられ、かつ、開口５４ａ〜５４ｄ以外のミラー部分によって、光源モジュールＬＭ４の配列方向（Ｙ方向）の第１列〜第４列の第２の平行化レーザ光を反射するように設けられる。

このように、実施の形態３のレーザ光源装置３はコンデンサレンズ３５の前段において、ミラー５２（５３）により、光源モジュールＬＭ４からの第２の平行化レーザ光を反射して反射平行化レーザ光を得ることにより、第１の平行化レーザ光及び反射平行化レーザ光用の１つのコンデンサレンズ３５を用い、かつその大きさを必要最小限の大きさに抑え装置の小型化を図ることができる。

さらに、実施の形態３のレーザ光源装置３のミラー５２（５３）は光源モジュールＬＭ３及びＬＭ４それぞれの垂直方向（Ｙ方向）に沿った配列方向に複数の光反射領域（小ミラー５２ａ〜５２ｄ，ミラー５３のミラー部分）及び光通過領域（小ミラー５２ａ〜５２ｄが存在しない領域、ミラー５３の開口５４ａ〜５４ｄ）を交互に形成することにより、１単位構成で複数段構成の光源モジュールＬＭ３及びＬＭ４に対応することができるため、比較的安価な構成で実現できる。

加えて、実施の形態３のレーザ光源装置３における長手方向配置形態は、光源モジュールＬＭ３及びＬＭ４における各半導体レーザ光源の第１及び第２の長手方向がＹ方向である配列方向（線直線ＶＸ１，ＶＸ２）を基準として、配列方向に近い４５度未満の角度となる配置形態を有している。

このため、ミラー５２は小ミラー５２ａ〜５２ｄそれぞれの厚み（Ｙ方向高さ）及びその形成間隔を狭めても、第１の平行化レーザ光を確実に通過させ、第２の平行化レーザ光を確実に反射することができる。同様にして、ミラー５３は５４ａ〜５４ｄの厚み及びその形成間隔を狭めても、第１の平行化レーザ光を確実に通過させ、第２の平行化レーザ光を確実に反射することができる。その結果、ミラー５２及びミラー５３の小型化を図り、第１の平行化レーザ光及び反射平行化レーザ光を受けるコンデンサレンズ３５の直径を必要最小限に抑えることができる。

なお、実施の形態３のレーザ光源装置３においても実施の形態２のレーザ光源装置２で示した構成と同様な変形例が可能である。すなわち、光軸ＡＸ８を有する光源モジュールＬＭ３に属する半導体レーザ光源は全て同じ方位軸を持って配列された第１の光源群とし、光軸ＡＸ９を有する光源モジュールＬＭ４に属する半導体レーザ光源も同じ方位軸を持って配列される第２の光源群とする変形例が実現可能である。

＜実施の形態４（プロジェクタ）＞
図１６はこの発明の実施の形態４であるプロジェクタの構成を示した説明図である。同図に示すように、実施の形態４のプロジェクタ５は実施の形態３のレーザ光源装置３と投光部８とから構成される。

レーザ光源装置３のライトパイプ３１の出射端面から出射された照明光は、投光部８にて投光処理される。投光部８は、リレーレンズ３６、ミラー５４、ライトバルブ６０、及び投写レンズ３７から構成される。

上述した構成の投光部８において、ライトパイプ３１からの出射光（照明光）はリレーレンズ３６で加工され、ミラー５４で折り曲げられた後、ライトバルブ６０を照明する。ライトバルブ６０の映像情報により変調されたレーザ光は投写レンズ３７によって拡大投射され、スクリーン６６上に大画面の映像が提供される。

このように、一般的なプロジェクタ光学系である投光部８とレーザ光源装置３との組合せによって、レーザ光源装置３の特長が活かされ、明るく、さらに明るさや色のムラが少ないプロジェクタを提供することができる。

なお、図１６で示した投光部８を、実施の形態１のレーザ光源装置１（第１〜第３の態様）及び実施の形態２のレーザ光源装置２と組み合わせてプロジェクタを構成することができるのは、勿論である。この場合、実施の形態１及び実施の形態２で示した場合と同様の効果を奏し、明るく、さらに明るさや色のムラが少ないプロジェクタを提供することができる。

なお、半導体レーザ光源の配列や個数は実施の形態１〜実施の形態３で示した配列等に限らない。楕円状の集光スポットの長軸が、ライトパイプ入射端面の対角線ＡＸ５、ＡＸ６とほぼ一致する向きにそれぞれの半導体レーザ光源を配置することができれば、すなわち、複数の半導体レーザ光源を第１及び第２の光源群に分類することができれば、半導体レーザ光源は何れの個数や配置であってもよく、例えば光軸と垂直方向に段差がついた階段状の面に半導体レーザ光源が配列されていても構わない。

また、ライトパイプ３１の入射端面の断面形状が長方形状の場合を示したが、正方形状を含む矩形状が入射端面の断面形状の場合においても、本願発明を適用することができるのは勿論である。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１〜３ レーザ光源装置、１１〜１４，１１Ａ〜１４Ａ，１１Ｂ〜１４Ｂ，１１Ｃ〜１４Ｃ，１１Ｄ〜１４Ｄ，１５〜１８，１５Ａ〜１８Ａ，１５Ｂ〜１８Ｂ，１５Ｃ〜１８Ｃ，１５Ｄ〜１８Ｄ，１１Ｘ〜１６Ｘ 半導体レーザ光源、２１〜２４，２１Ａ〜２４Ａ，２１Ｂ〜２４Ｂ，２５〜２８，２５Ａ〜２８Ａ，２５Ｂ〜２８Ｂ コリメータレンズ、３１ ライトパイプ、３２〜３５ コンデンサレンズ、５１〜５３ ミラー、８０ 発光領域、ＡＸ０ 基準軸、ＡＸ１〜ＡＸ４，ＡＸ１Ａ〜ＡＸ４Ａ，ＡＸ１Ｂ〜ＡＸ４Ｂ 方位軸。

Claims (7)

1. 入射端面より入射した光束を合成する合成光学素子用のレーザ光源装置であって、前記合成光学素子は、入射端面の形状は矩形状を呈し、該矩形状によって第１及び第２の対角線方向が規定される端面構造を有しており、
   各々のレーザ光の放射角に異方性を有する複数のレーザ光源と、
   前記複数のレーザ光源に対して１対１で配設され、前記複数のレーザ光源から射出された放射レーザ光を平行化して平行化レーザ光を得る複数のコリメータレンズと、
   前記平行化レーザ光の光束を集光して集光レーザ光を得るコンデンサレンズと、
   前記集光レーザ光の光束を入射端面に入射する、前記端面構造を有する前記合成光学素子とを備え、
   前記複数のレーザ光源は第１及び第２の光源群に分類され、第１の光源群に分類された各レーザ光源の発光領域の長手方向である第１の長手方向、及び前記第２の光源群に分類された各レーザ光の発光領域の長手方向である第２の長手方向は長手方向配置関係を有し、
   前記長手方向配置関係は、前記合成光学素子の前記端面構造との関係において、前記合成光学素子の入射端面及び前記複数のレーザ光源の発光領域それぞれを基準面として平面視した場合、前記第１の長手方向が前記第１の対角線方向に一致し、かつ、前記第２の長手方向が前記第２の対角線方向に一致するように配置される関係を含む、
   レーザ光源装置。
2. 請求項１に記載のレーザ光源装置であって、
   前記コンデンサレンズの断面形状は円状を呈し、
   前記複数のレーザ光源は、前記コンデンサレンズの中心軸の延長線上の点を中心とした同心円上に配置されることを特徴とする、
   レーザ光源装置。
3. 請求項１記載のレーザ光源装置であって、
   前記放射レーザ光は第１及び第２の放射レーザ光を含み、
   前記平行化レーザ光は第１及び第２の平行化レーザ光を含み、
   前記集光レーザ光は第１及び第２の集光レーザ光を含み、
   前記複数のレーザ光源は、
   第１の射出方向に沿って前記第１の放射レーザ光を放射する少なくとも一つの第１のレーザ光源と、前記第１の射出方向と異なる第２の射出方向に沿って前記第２の放射レーザを放射する少なくとも一つの第２のレーザ光源とを含み、前記少なくとも一つの第１及び第２のレーザ光源間において前記第１及び第２の光源群に分類され、
   前記複数のコリメータレンズは、
   前記少なくとも一つの第１及び第２のレーザ光源に対して１対１で配設され、前記第１及び第２の放射レーザ光を平行化して、前記第１及び第２の平行化レーザ光を得る、少なくとも一つの第１及び第２のコリメータレンズを含み、
   前記コンデンサレンズは、
   前記第１及び第２の平行化レーザ光の光束を集光して前記第１及び第２の集光レーザ光を得る第１及び第２のコンデンサレンズを含み、
   前記レーザ光源装置は、
   前記第２の集光レーザ光を反射して、前記第２の集光レーザ光の射出方向を前記第２の射出方向から前記第１の射出方向に変換するミラー部をさらに備える、
   レーザ光源装置。
4. 請求項１記載のレーザ光源装置であって、
   前記放射レーザ光は第１及び第２の放射レーザ光を含み、
   前記平行化レーザ光は第１及び第２の平行化レーザ光を含み、
   前記複数のレーザ光源は、
   第１の射出方向に沿って前記第１の放射レーザ光を放射する少なくとも一つの第１のレーザ光源と、前記第１の射出方向と異なる第２の射出方向に沿って前記第２の放射レーザを放射する少なくとも一つの第２のレーザ光源とを含み、前記少なくとも一つの第１及び第２のレーザ光源間において前記第１及び第２の光源群に分類され、
   前記複数のコリメータレンズは、
   前記少なくとも一つの第１及び第２のレーザ光源に対して１対１で配設され、前記第１及び第２の放射レーザ光を平行化して、前記第１及び第２の平行化レーザ光を得る、少なくとも一つの第１及び第２のコリメータレンズを含み、
   前記レーザ光源装置は、
   前記第２の平行化レーザ光を反射して、前記第２の平行化レーザ光の射出方向を前記第２の射出方向から前記第１の射出方向に変換した反射平行化レーザ光を得るミラー部をさらに備え、
   前記コンデンサレンズは、前記第１の平行化レーザ光と前記反射平行化レーザ光との光束を集光して前記集光レーザ光を得る、
   レーザ光源装置。
5. 請求項４記載のレーザ光源装置であって、
   前記少なくとも一つの第１及び第２のレーザ光源はそれぞれ前記第１及び第２の射出方向双方と垂直な配列方向に沿って複数段構成で配置され、
   前記ミラー部は前記配列方向に複数の光反射領域及び光通過領域を交互に形成することにより、複数段構成の前記第１の平行化レーザ光を通過させるとともに、複数段構成の前記第２の平行化レーザ光を反射して前記反射平行化レーザ光を得る、
   レーザ光源装置。
6. 請求項５記載のレーザ光源装置であって、
   前記長手方向配置関係は、前記第１及び第２の長手方向が前記配列方向を基準として４５度未満の角度となる配置関係を含む、
   レーザ光源装置。
7. 請求項１から請求項６のうち、いずれか１項に記載のレーザ光源装置と、
   前記レーザ光源装置における前記合成光学素子の出射端面からの照明光を光源として投光処理を行う投光部とを備えた、
   プロジェクタ。

Images