JPWO2020080220A1 - Laser light source device - Google Patents

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Abstract

干渉縞およびスペックルの発生を低減し、レーザ発振による温度上昇を低減するレーザ光源装置の提供を目的とする。レーザ光源装置は、ベースと、各々が個別にベースに保持され、偏光方向が一方向に揃った複数のレーザ光を出射する複数の半導体レーザ素子と、複数のレーザ光の偏光方向が一方向に揃わないように乱す偏光変換部と、を含む。偏光変換部は、一部のレーザ光を出射する半導体レーザ素子に対応して選択的に配置され、一部のレーザ光の偏光を左回転の円偏光に変換する第1偏光回転素子と、別の一部のレーザ光を出射する別の半導体レーザ素子に対応して選択的に配置され、別の一部のレーザ光の偏光を右回転の円偏光に変換する第2偏光回転素子と、を含む。An object of the present invention is to provide a laser light source device that reduces the occurrence of interference fringes and speckles and reduces the temperature rise due to laser oscillation. The laser light source device includes a base, a plurality of semiconductor laser elements that are individually held by the base and emits a plurality of laser beams whose polarization directions are aligned in one direction, and a plurality of laser light beams in one direction. Includes a polarization converter that disturbs the alignment. The polarization conversion unit is separately arranged from the first polarization rotating element that is selectively arranged corresponding to the semiconductor laser element that emits a part of the laser light and converts the polarization of the part of the laser light into the left-handed circularly polarized light. A second polarized light rotating element, which is selectively arranged corresponding to another semiconductor laser element that emits a part of the laser light, and converts the polarized light of another part of the laser light into right-handed circularly polarized light. Including.

Description

本発明は、レーザ光源装置に関する。 The present invention relates to a laser light source device.

半導体レーザ素子は、消費電力が小さく、また、単色性および高指向性に優れたレーザ光を出射する。このような特長を有する半導体レーザ素子は、現在普及しているランプの置き換え光源として期待されている。例えば、近年、半導体レーザ素子は、プロジェクタ等の投射型表示装置の光源として注目されている。半導体レーザ素子が投射型表示装置に光源として搭載される場合、半導体レーザ素子は発光面積が小さいことから、その光学設計において、レーザ光の空間合成に必要な光学素子の小型化を可能とする。さらに、光学素子の小型化は、デジタルミラーデバイス(DMD(Digital Mirror Device))、液晶ディスプレイ(LCD(Liquid Crystal Display))などの表示デバイス自体の小型化を可能とし、その結果、システムコストが低下する。 The semiconductor laser element emits a laser beam having low power consumption and excellent monochromaticity and high directivity. Semiconductor laser devices having such features are expected as a replacement light source for lamps that are currently in widespread use. For example, in recent years, semiconductor laser elements have been attracting attention as a light source for projection type display devices such as projectors. When a semiconductor laser element is mounted as a light source in a projection type display device, the semiconductor laser element has a small light emitting area, so that the optical element required for spatial synthesis of laser light can be miniaturized in its optical design. Further, the miniaturization of the optical element enables the miniaturization of the display device itself such as a digital mirror device (DMD (Digital Mirror Device)) and a liquid crystal display (LCD (Liquid Crystal Display)), and as a result, the system cost is reduced. To do.

現状の半導体レーザ素子では、1つの素子で投射型表示装置に求められる出力を達成することは困難である。そのため、一般的には、投射型表示装置の光源は、複数の半導体レーザ素子によって構成される。 With the current semiconductor laser device, it is difficult to achieve the output required for a projection type display device with one device. Therefore, in general, the light source of the projection type display device is composed of a plurality of semiconductor laser elements.

半導体レーザ素子から出射されるレーザ光は、位相が揃った波により構成されている。この特徴により、半導体レーザの単色性、高指向性が生み出される。一方で、複数の波が重なり合った場合、互いの波の干渉性により縞模様あるいはスペックルが発生する。スペックルとは、スクリーン上に照射されたレーザ光によって現れるランダムな波の干渉性による粒子状のパターンのことである。このような干渉パターンは、投射型表示装置の光源としてレーザを使用する際に、映像の品位が低下する一因となっていた。 The laser light emitted from the semiconductor laser element is composed of waves having a uniform phase. This feature produces the monochromaticity and high directivity of semiconductor lasers. On the other hand, when a plurality of waves overlap, a striped pattern or speckle is generated due to the coherence of the waves. A speckle is a particulate pattern due to the coherence of random waves that appear due to the laser beam radiated onto the screen. Such an interference pattern has contributed to the deterioration of image quality when a laser is used as a light source of a projection type display device.

干渉縞やスペックルの軽減手段として、複数の波長の半導体レーザ光を混合する手段、あるいは、半導体レーザ光の偏光の均一性を乱す手段が有効である。 As a means for reducing interference fringes and speckles, a means for mixing semiconductor laser light of a plurality of wavelengths or a means for disturbing the uniformity of polarization of the semiconductor laser light is effective.

例えば、特許文献1には、レーザ光源が有する1個もしくは複数個の発光点から出射されるレーザ光の偏光を、その光軸上に配置された偏光回転部によって、90°回転させるレーザ光源装置が提案されている。そのレーザ光源装置は、1つの半導体レーザチップから複数のレーザ光が発振するアレイ型レーザ光源である。 For example, Patent Document 1 describes a laser light source device that rotates the polarization of laser light emitted from one or more light emitting points of a laser light source by 90 ° by a polarization rotating portion arranged on the optical axis thereof. Has been proposed. The laser light source device is an array type laser light source in which a plurality of laser beams oscillate from one semiconductor laser chip.

特開2011−242573号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-242573

上記のように、レーザ光は、その可干渉性による干渉縞やスペックルが発生しやすい。特許文献1のレーザ光源装置は、干渉縞やスペックルを軽減することができるものの、アレイ型レーザ光源であるため、隣接するレーザから発生する熱による温度上昇によって、利得が低減し、十分な出力が得られない。 As described above, the laser beam tends to generate interference fringes and speckles due to its coherence. Although the laser light source device of Patent Document 1 can reduce interference fringes and speckles, since it is an array type laser light source, the gain is reduced due to the temperature rise due to the heat generated from the adjacent laser, and the output is sufficient. Cannot be obtained.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、干渉縞およびスペックルの発生を低減し、かつ、レーザ発振による温度上昇を低減することができるレーザ光源装置の提供を目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a laser light source device capable of reducing the occurrence of interference fringes and speckles and reducing the temperature rise due to laser oscillation. To do.

本発明に係るレーザ光源装置は、ベースと、各々が個別にベースの上面に保持され、偏光方向が一方向に揃った複数のレーザ光を出射する複数の半導体レーザ素子と、複数のレーザ光のうち少なくとも一部のレーザ光の偏光方向を回転させることにより、複数のレーザ光の偏光方向が一方向に揃わないように乱す偏光変換部と、を含む。偏光変換部は、複数のレーザ光の偏光を円偏光に変換する複数の偏光回転素子を含む。複数の偏光回転素子は、複数の半導体レーザ素子のうち一部のレーザ光を出射する半導体レーザ素子に対応して選択的に配置され、一部のレーザ光の偏光を左回転の円偏光に変換する第1偏光回転素子と、複数の半導体レーザ素子のうち別の一部のレーザ光を出射する別の半導体レーザ素子に対応して選択的に配置され、別の一部のレーザ光の偏光を右回転の円偏光に変換する第2偏光回転素子と、を含む。 The laser light source device according to the present invention includes a base, a plurality of semiconductor laser elements each individually held on the upper surface of the base, and emitting a plurality of laser beams having the same polarization direction in one direction, and a plurality of laser beams. Among them, a polarization conversion unit that disturbs the polarization directions of a plurality of laser beams so that they are not aligned in one direction by rotating the polarization directions of at least a part of the laser beams is included. The polarization conversion unit includes a plurality of polarization rotating elements that convert the polarization of a plurality of laser beams into circular polarization. The plurality of polarized light rotating elements are selectively arranged corresponding to the semiconductor laser element that emits a part of the laser light among the plurality of semiconductor laser elements, and the polarized light of the part of the laser light is converted into the circularly polarized light that rotates counterclockwise. The first polarized light rotating element and another semiconductor laser element that emits another part of the laser light among the plurality of semiconductor laser elements are selectively arranged to polarize the other part of the laser light. Includes a second polarized rotating element that converts to right-handed circularly polarized light.

本発明によれば、干渉縞およびスペックルの発生を低減し、かつ、レーザ発振による温度上昇を低減するレーザ光源装置の提供が可能である。 According to the present invention, it is possible to provide a laser light source device that reduces the occurrence of interference fringes and speckles and reduces the temperature rise due to laser oscillation.

本発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白になる。 Objectives, features, aspects, and advantages of the present invention will become more apparent with the following detailed description and accompanying drawings.

実施の形態1におけるレーザ光源装置の構成およびレーザ光源装置から出射されるレーザ光を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the laser light source apparatus in Embodiment 1, and the laser light emitted from the laser light source apparatus. 実施の形態1におけるレーザ光源装置の構成を示す分解斜視図である。It is an exploded perspective view which shows the structure of the laser light source apparatus in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における偏光回転素子の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the polarization rotating element in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における偏光回転素子の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the polarization rotating element in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における半導体レーザ素子の詳細な構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the detailed structure of the semiconductor laser element in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1におけるベースおよび半導体レーザ素子の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the base and the semiconductor laser element in Embodiment 1. FIG. 図6に示されたA−A’における断面図である。It is sectional drawing in AA'shown in FIG. 実施の形態1における偏光回転素子の動作を説明する図である。It is a figure explaining the operation of the polarization rotating element in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における偏光回転素子の動作を説明する図である。It is a figure explaining the operation of the polarization rotating element in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における偏光回転素子の動作を説明する図である。It is a figure explaining the operation of the polarization rotating element in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における偏光回転素子の動作を説明する図である。It is a figure explaining the operation of the polarization rotating element in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1におけるスペーサおよびレンズの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the spacer and the lens in Embodiment 1. FIG. 図12に示されたB−B’における断面図である。It is sectional drawing in BB'shown in FIG. 実施の形態1の変形例1におけるレーザ光源装置のスペーサおよび偏光回転素子の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the spacer and the polarization rotating element of the laser light source apparatus in the modification 1 of Embodiment 1. FIG. 実施の形態1の変形例1における偏光回転素子を含む偏光素子基板を示す図である。It is a figure which shows the polarization element substrate which includes the polarization rotation element in the modification 1 of Embodiment 1. 実施の形態の変形例2におけるレーザ光源装置のスペーサおよび偏光回転素子の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the spacer of the laser light source apparatus, and the polarization rotating element in the modification 2 of embodiment. 実施の形態1の変形例2における偏光回転素子を含む偏光素子基板を示す図である。It is a figure which shows the polarization element substrate which includes the polarization rotation element in the modification 2 of Embodiment 1. FIG. 実施の形態2におけるレーザ光源装置の構成およびレーザ光源装置から出射されるレーザ光を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the laser light source apparatus in Embodiment 2 and the laser light emitted from the laser light source apparatus. 実施の形態2におけるレーザ光源装置の構成を示す分解斜視図である。It is an exploded perspective view which shows the structure of the laser light source apparatus in Embodiment 2. 実施の形態2におけるスペーサおよび偏光回転素子の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the spacer and the polarization rotating element in Embodiment 2. FIG. 図20に示されたC−C’における断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line CC'shown in FIG. 実施の形態2の変形例におけるレーザ光源装置のスペーサおよび偏光回転素子の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the spacer of the laser light source apparatus, and the polarization rotating element in the modification of Embodiment 2. 実施の形態3のレーザ光源装置の構成およびレーザ光源装置から出射されるレーザ光を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the laser light source apparatus of Embodiment 3 and the laser light emitted from the laser light source apparatus. 実施の形態3におけるスペーサおよび偏光回転素子の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the spacer and the polarization rotating element in Embodiment 3. FIG. 実施の形態4におけるレーザ光源装置の構成およびレーザ光源装置から出射されるレーザ光を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the laser light source apparatus in Embodiment 4, and the laser light emitted from the laser light source apparatus. 実施の形態4におけるレーザ光源装置の構成を示す分解斜視図である。It is an exploded perspective view which shows the structure of the laser light source apparatus in Embodiment 4.

<実施の形態1>
実施の形態1におけるレーザ光源装置を説明する。図1は、実施の形態1におけるレーザ光源装置1の構成およびレーザ光源装置1から出射されるレーザ光71から74を示す斜視図である。図2は、レーザ光源装置1の構成を示す分解斜視図である。
<Embodiment 1>
The laser light source device according to the first embodiment will be described. FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the laser light source device 1 according to the first embodiment and the laser beams 71 to 74 emitted from the laser light source device 1. FIG. 2 is an exploded perspective view showing the configuration of the laser light source device 1.

レーザ光源装置1は、ベース30、半導体レーザ素子101から104、レンズ41から44、スペーサ20、偏光回転素子51から54により構成されている。 The laser light source device 1 is composed of a base 30, semiconductor laser elements 101 to 104, lenses 41 to 44, a spacer 20, and a polarizing rotating element 51 to 54.

ベース30は、上面30Aにて半導体レーザ素子101から104を支持する。本実施の形態1において、ベース30は、上面30Aに平面を有し、その平面に半導体レーザ素子101から104が固定されている。ベース30は、例えば、平板である。 The base 30 supports the semiconductor laser elements 101 to 104 on the upper surface 30A. In the first embodiment, the base 30 has a flat surface on the upper surface 30A, and the semiconductor laser elements 101 to 104 are fixed to the flat surface. The base 30 is, for example, a flat plate.

ベース30には、長穴31から34が設けられている。長穴31から34は、ここでは、貫通穴である。長穴31から34は、半導体レーザ素子101から104の各々が有する2本のリードピン14が差し込まれる穴である。各半導体レーザ素子には、リードピン14を介して電流が供給される。なお、各図に記載されたx、y、z軸は直交座標系を構成している。x軸とy軸とはベース30の上面30Aと平行であり、z軸はベース30の上方を指している。 The base 30 is provided with elongated holes 31 to 34. The elongated holes 31 to 34 are through holes here. The elongated holes 31 to 34 are holes into which the two lead pins 14 of the semiconductor laser elements 101 to 104 are inserted. A current is supplied to each semiconductor laser device via the lead pin 14. The x, y, and z axes shown in each figure constitute a Cartesian coordinate system. The x-axis and y-axis are parallel to the upper surface 30A of the base 30, and the z-axis points above the base 30.

半導体レーザ素子101から104は、各々が1つのレーザ光を発振する半導体レーザチップが搭載された素子である。半導体レーザ素子101から104の各々は、個別に、ベース30の上面30Aに保持される。ここでは、各半導体レーザ素子は、ベース30の上面30Aに形成された平面に固定されている。各半導体レーザ素子は、ベース30に対し、上方にレーザ光を出射する。なお、半導体レーザチップは、効率を改善するため、発振部を2から3分割して構成される場合がある。 The semiconductor laser elements 101 to 104 are elements on which a semiconductor laser chip that oscillates one laser beam is mounted. Each of the semiconductor laser elements 101 to 104 is individually held on the upper surface 30A of the base 30. Here, each semiconductor laser element is fixed to a plane formed on the upper surface 30A of the base 30. Each semiconductor laser element emits a laser beam upward with respect to the base 30. The semiconductor laser chip may be configured by dividing the oscillating unit into two to three in order to improve efficiency.

半導体レーザ素子101から104は、各々の偏光方向が一方向に揃ったレーザ光71から74を出射する。本実施の形態1において、半導体レーザ素子101から104から出射されるレーザ光71から74の偏光は、y軸方向に平行である(図示せず)。また、半導体レーザ素子101から104は、x軸方向に幅の広い断面形状を有するレーザ光71から74を、z軸方向と平行に出射する。 The semiconductor laser elements 101 to 104 emit laser beams 71 to 74 in which the respective polarization directions are aligned in one direction. In the first embodiment, the polarized light of the laser beams 71 to 74 emitted from the semiconductor laser element 101 to 104 is parallel in the y-axis direction (not shown). Further, the semiconductor laser elements 101 to 104 emit laser beams 71 to 74 having a wide cross-sectional shape in the x-axis direction in parallel with the z-axis direction.

スペーサ20は、半導体レーザ素子101から104の上方を覆って設けられる。スペーサ20は、後述するレンズ41から44を保持し、各レンズと各半導体レーザ素子との間隔を一定に保つ機能を有する。 The spacer 20 is provided so as to cover the upper part of the semiconductor laser element 101 to 104. The spacer 20 has a function of holding the lenses 41 to 44, which will be described later, and keeping the distance between each lens and each semiconductor laser element constant.

スペーサ20は、上面に、スペーサ窓部21から24を有する。本実施の形態1において、スペーサ窓部21から24の外形は、正方形を有する。また、スペーサ20は、スペーサ窓部21から24のそれぞれの外周に設けられたスペーサ段差部25から28を有する。各スペーサ段差部には、偏光回転素子が設置可能である。半導体レーザ素子101から104から出射されるレーザ光71から74は、それぞれスペーサ窓部21から24を通過する。すなわち、スペーサ20は、複数のレーザ光71から74が通過する位置に、スペーサ窓部21から24、および、スペーサ段差部25から28からなる枠構造を含む。各枠構造は、複数の偏光回転素子51から54の各々を保持する。 The spacer 20 has spacer windows 21 to 24 on the upper surface. In the first embodiment, the outer shape of the spacer window portions 21 to 24 has a square shape. Further, the spacer 20 has spacer step portions 25 to 28 provided on the outer periphery of each of the spacer window portions 21 to 24. A polarizing rotating element can be installed on each spacer step portion. The laser beams 71 to 74 emitted from the semiconductor laser elements 101 to 104 pass through the spacer window portions 21 to 24, respectively. That is, the spacer 20 includes a frame structure including spacer window portions 21 to 24 and spacer step portions 25 to 28 at positions where a plurality of laser beams 71 to 74 pass. Each frame structure holds each of the plurality of polarization rotating elements 51 to 54.

スペーサ20は、ベース30の上面30Aに、ねじによって締結固定されてもよいし、接着剤によって固定されてもよい。あるいは、スペーサ20は、その両方によって固定されていてもよい。スペーサ20は、例えば、成形性を考慮して亜鉛やアルミ等のダイキャストで製造される。ただし、スペーサ20に熱的な効果は求められないため、スペーサ20は、樹脂材料で製造されてもよい。 The spacer 20 may be fastened and fixed to the upper surface 30A of the base 30 with screws, or may be fixed with an adhesive. Alternatively, the spacer 20 may be fixed by both of them. The spacer 20 is manufactured by die-casting, for example, zinc or aluminum in consideration of moldability. However, since the spacer 20 is not required to have a thermal effect, the spacer 20 may be made of a resin material.

偏光回転素子51から54は、偏光変換部を構成する。偏光変換部は、レーザ光71から74のうち少なくとも一部のレーザ光の偏光方向を回転させ、レーザ光71から74の偏光方向が一方向に揃わないように乱す。 The polarization rotating elements 51 to 54 form a polarization conversion unit. The polarization conversion unit rotates the polarization directions of at least a part of the laser beams 71 to 74 and disturbs the polarization directions of the laser beams 71 to 74 so that they are not aligned in one direction.

偏光回転素子51、53は、レーザ光71から74のうち一部のレーザ光71、73の偏光方向を左回転の円偏光91、93に変換する。偏光回転素子51、53は、半導体レーザ素子101から104のうち、その一部のレーザ光71、73を出射する半導体レーザ素子101、103に対応して選択的に配置される。 The polarization rotating elements 51 and 53 convert the polarization directions of some of the laser beams 71 and 73 out of the laser beams 71 to 74 into counterclockwise circular polarizations 91 and 93. The polarization rotating elements 51 and 53 are selectively arranged corresponding to the semiconductor laser elements 101 and 103 that emit a part of the laser light 71 and 73 among the semiconductor laser elements 101 to 104.

また、偏光回転素子52、54は、レーザ光71から74のうち別の一部のレーザ光72、74の偏光方向を右回転の円偏光92、94に変換する。偏光回転素子52、54は、半導体レーザ素子101から104のうち、その別の一部のレーザ光72、74を出射する別の半導体レーザ素子102、104に対応して選択的に配置される。 Further, the polarized light rotating elements 52 and 54 convert the polarization direction of another part of the laser beams 71 to 74 of the laser beams 72 and 74 into right-handed circularly polarized light 92 and 94. The polarization rotating elements 52 and 54 are selectively arranged corresponding to the other semiconductor laser elements 102 and 104 that emit the laser light 72 and 74 of the other part of the semiconductor laser elements 101 to 104.

ここで、円偏光の回転方向は、右ネジのルールに従って定義している。つまり、光の進行方向と回転との関係が、右ネジの動作に一致していれば右回転の円偏光と定義し、左ネジの動作に一致していれば左回転の円偏光と定義している。 Here, the rotation direction of circularly polarized light is defined according to the right-handed screw rule. In other words, if the relationship between the traveling direction of light and the rotation matches the movement of the right-handed screw, it is defined as right-handed circular polarization, and if it matches the left-handed screw movement, it is defined as left-handed circular polarization. ing.

図3は、偏光回転素子51、53の構成を示す図である。図4は、偏光回転素子52、54の構成を示す図である。偏光回転素子51から54は、屈折率が低い方位に速軸(F軸)50Aを、屈折率が高い方位に遅軸(S軸)50Bを有する。偏光回転素子51から54は、速軸(F軸)50Aと遅軸(S軸)50Bとが直交したFS面に対し平行な平面を有する板状の素子である。ここでは、偏光回転素子51から54は、1/4波長板である。1/4波長板は、速軸方向におけるレーザ光71から74の成分に対して、遅軸方向におけるそれらの成分を、1/4波長分遅延させる。 FIG. 3 is a diagram showing the configurations of the polarizing rotating elements 51 and 53. FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the polarizing rotating elements 52 and 54. The polarizing rotating elements 51 to 54 have a fast axis (F axis) 50A in a direction having a low refractive index and a slow axis (S axis) 50B in a direction having a high refractive index. The polarization rotating elements 51 to 54 are plate-shaped elements having a plane parallel to the FS plane in which the fast axis (F axis) 50A and the slow axis (S axis) 50B are orthogonal to each other. Here, the polarizing rotating elements 51 to 54 are 1/4 wave plates. The 1/4 wavelength plate delays the components of the laser beam 71 to 74 in the fast axis direction by 1/4 wavelength in the slow axis direction.

偏光回転素子51、53は、半導体レーザ素子101、103から出射されるレーザ光71、73の偏光方向に対し、速軸50Aが45°、遅軸50Bが−45°の角度をなすように配置される。半導体レーザ素子101、103から出射されるレーザ光71、73の偏光は、y軸に平行な直線偏光である。そのため、速軸50Aはy軸に対し45°の角度をなし、遅軸50Bはy軸に対し−45°の角度をなす(図2および図3参照)。 The polarization rotating elements 51 and 53 are arranged so that the speed axis 50A is at an angle of 45 ° and the slow axis 50B is at an angle of −45 ° with respect to the polarization directions of the laser beams 71 and 73 emitted from the semiconductor laser elements 101 and 103. Will be done. The polarized light of the laser beams 71 and 73 emitted from the semiconductor laser elements 101 and 103 is linearly polarized light parallel to the y-axis. Therefore, the speed axis 50A forms an angle of 45 ° with respect to the y-axis, and the slow axis 50B forms an angle of −45 ° with respect to the y-axis (see FIGS. 2 and 3).

一方で、偏光回転素子52、54は、半導体レーザ素子102、104から出射されるレーザ光72、74の偏光方向に対し、速軸50Aが−45°、遅軸50Bが45°の角度をなすように配置される。そのため、速軸50Aはy軸に対し−45°の角度をなし、遅軸50Bはy軸に対し45°の角度をなす(図2および図4参照)。 On the other hand, in the polarization rotating elements 52 and 54, the speed axis 50A forms an angle of −45 ° and the slow axis 50B forms an angle of 45 ° with respect to the polarization directions of the laser beams 72 and 74 emitted from the semiconductor laser elements 102 and 104. Arranged like this. Therefore, the fast axis 50A forms an angle of −45 ° with respect to the y-axis, and the slow axis 50B forms an angle of 45 ° with respect to the y-axis (see FIGS. 2 and 4).

偏光回転素子51から54の外形は、図2に示されるように、スペーサ段差部25から28の外形と相似関係にある正方形を有する。その正方形は、x軸またはy軸に平行な辺からなる。偏光回転素子51から54の速軸50Aおよび遅軸50Bは、その正方形の対角方向に一致する。偏光回転素子51から54は、それぞれスペーサ段差部25から28に保持される。偏光回転素子51、53は、スペーサ段差部25、27に収納されることにより、半導体レーザ素子101、103に対応して選択的に配置される。また、偏光回転素子52、54は、スペーサ段差部26、28に収納されることにより、別の半導体レーザ素子102、104に対応して選択的に配置される。 As shown in FIG. 2, the outer shape of the polarizing rotating elements 51 to 54 has a square shape similar to the outer shape of the spacer step portions 25 to 28. The square consists of sides parallel to the x-axis or y-axis. The speed axis 50A and the slow axis 50B of the polarization rotating elements 51 to 54 coincide with each other in the diagonal direction of the square. The polarization rotating elements 51 to 54 are held by the spacer step portions 25 to 28, respectively. The polarization rotating elements 51 and 53 are selectively arranged corresponding to the semiconductor laser elements 101 and 103 by being housed in the spacer stepped portions 25 and 27. Further, the polarization rotating elements 52 and 54 are selectively arranged corresponding to the other semiconductor laser elements 102 and 104 by being housed in the spacer stepped portions 26 and 28.

なお、本実施の形態1において、偏光回転素子51から54は、スペーサ20の上面側に配置されているが、偏光回転素子51から54は、スペーサ20の底面側に配置されてもよい。その場合、偏光回転素子は、例えば、スペーサ20の裏面に設けられたスペーサ段差部に、接着剤もしくは保持部材によって固定される。 In the first embodiment, the polarization rotating elements 51 to 54 are arranged on the upper surface side of the spacer 20, but the polarization rotating elements 51 to 54 may be arranged on the bottom surface side of the spacer 20. In that case, the polarizing rotating element is fixed to, for example, a spacer step portion provided on the back surface of the spacer 20 with an adhesive or a holding member.

また、偏光回転素子の形状は、正方形以外の矩形、円形、楕円形などであってもよく、半導体レーザ素子101から104のレーザ光71から74を覆う形状であればよい。 The shape of the polarizing rotating element may be a rectangle, a circle, an ellipse, or the like other than a square, and may be a shape that covers the laser beams 71 to 74 of the semiconductor laser elements 101 to 104.

レンズ41から44は、レーザ光71から74を集光する。レンズ41から44を透過したレーザ光71から74は、それぞれz軸に対して平行な方向に進行する。レンズ41から44は、スペーサ20に保持されている。また、レンズ41から44は、それぞれスペーサ窓部21から24を覆うように配置される。 Lenses 41 to 44 focus the laser light 71 to 74. The laser beams 71 to 74 transmitted through the lenses 41 to 44 travel in directions parallel to the z-axis, respectively. The lenses 41 to 44 are held by the spacer 20. Further, the lenses 41 to 44 are arranged so as to cover the spacer window portions 21 to 24, respectively.

次に本実施の形態1における半導体レーザ素子の詳細な構成について説明する。 Next, the detailed configuration of the semiconductor laser device according to the first embodiment will be described.

図5は半導体レーザ素子101の詳細な構成を示す斜視図である。半導体レーザ素子101は、TO−Canタイプのパッケージに半導体レーザチップが内包された構成を有する。TO−Canタイプの半導体レーザ素子101は、主にキャップ11、ガラス窓12、ステム13、リードピン14、および半導体レーザチップ(図示せず)によって構成されている。 FIG. 5 is a perspective view showing a detailed configuration of the semiconductor laser device 101. The semiconductor laser element 101 has a configuration in which a semiconductor laser chip is included in a TO-Can type package. The TO-Can type semiconductor laser element 101 is mainly composed of a cap 11, a glass window 12, a stem 13, a lead pin 14, and a semiconductor laser chip (not shown).

キャップ11は、ステム13の上部に設けられている。ガラス窓12は、キャップ11の上面に設けられている。リードピン14は、ステム13の下部に設けられている。半導体レーザチップは、キャップ11の内部に配置されている。 The cap 11 is provided on the upper part of the stem 13. The glass window 12 is provided on the upper surface of the cap 11. The lead pin 14 is provided at the lower part of the stem 13. The semiconductor laser chip is arranged inside the cap 11.

半導体レーザチップは、主光軸をステム13に対して垂直な方向に有する。すなわち半導体レーザチップは、z軸方向にレーザ光71を出射する。一般的に、空気中の水分または粉塵が半導体レーザチップの端面に付着した場合、半導体レーザチップは容易に破壊に至る。しかし、TO−Canタイプのパッケージは、キャップ11によって半導体レーザチップを封止している。そのため、キャップ11の内部の気密性が保たれ、半導体レーザチップの駆動環境に求められる条件が緩和される。また、TO−Canタイプのパッケージ素子は小型である。そのため、使用個数の調整、すなわち要求仕様に応じた光出力のスケーリングが容易である。 The semiconductor laser chip has a main optical axis in a direction perpendicular to the stem 13. That is, the semiconductor laser chip emits the laser beam 71 in the z-axis direction. In general, when moisture or dust in the air adheres to the end face of the semiconductor laser chip, the semiconductor laser chip is easily destroyed. However, in the TO-Can type package, the semiconductor laser chip is sealed by the cap 11. Therefore, the airtightness inside the cap 11 is maintained, and the conditions required for the driving environment of the semiconductor laser chip are relaxed. Further, the TO-Can type package element is small. Therefore, it is easy to adjust the number of units used, that is, to scale the optical output according to the required specifications.

投射型表示装置の光源には、高出力の端面発光型のレーザチップが使用される。半導体レーザチップの主材料は、GaAsまたはGaN等の化合物半導体である。半導体レーザチップの活性層は、エピタキシャル成長により形成される。本実施の形態1において、エピタキシャル成長の方向はx軸方向に、活性層の水平方向はy軸方向にそれぞれ対応する。レーザ光71は、エピタキシャル成長の方向(x軸方向)と直交する方向(z軸方向)に位置するチップ端面から出射する。レーザ光71は、そのチップ端面において、活性層の鉛直方向(x軸方向)に約1μm、活性層の水平方向(y軸方向)に数十から数百μmの発光輝点から出射される。活性層の鉛直方向(x軸方向)の出射口が非常に小さいため、レーザ光71は、回折効果によってx軸方向に拡がる。そのx軸方向のレーザ光の拡がりは、全角で約60°である。活性層の鉛直方向(x軸方向)のレーザ光の拡がりは、活性層の水平方向(y軸方向)のレーザ光の拡がりに対して約10倍大きい。したがって、レーザ光71の断面すなわち遠視野像は、図5に示されるように、楕円形状を有する。 A high-power end-face emission type laser chip is used as the light source of the projection type display device. The main material of the semiconductor laser chip is a compound semiconductor such as GaAs or GaN. The active layer of the semiconductor laser chip is formed by epitaxial growth. In the first embodiment, the direction of epitaxial growth corresponds to the x-axis direction, and the horizontal direction of the active layer corresponds to the y-axis direction. The laser beam 71 is emitted from the chip end face located in the direction (z-axis direction) orthogonal to the epitaxial growth direction (x-axis direction). The laser beam 71 is emitted from an emission spot of about 1 μm in the vertical direction (x-axis direction) of the active layer and several tens to several hundreds μm in the horizontal direction (y-axis direction) of the active layer on the end face of the chip. Since the exit port of the active layer in the vertical direction (x-axis direction) is very small, the laser beam 71 spreads in the x-axis direction due to the diffraction effect. The spread of the laser beam in the x-axis direction is about 60 ° in full angle. The spread of the laser beam in the vertical direction (x-axis direction) of the active layer is about 10 times larger than the spread of the laser beam in the horizontal direction (y-axis direction) of the active layer. Therefore, the cross section of the laser beam 71, that is, the far-field image, has an elliptical shape as shown in FIG.

また、一般的にTO−Canパッケージの半導体レーザ素子において、2本のリードピン14の配列方向は、半導体レーザチップの活性層の水平方向(y軸方向)と同方向である。そのため、レーザ光71は、リードピン14の配列方向に拡がりが小さく、それと直交するx軸方向の拡がりが大きい。 Further, generally, in a semiconductor laser device of a TO-Can package, the arrangement direction of the two lead pins 14 is the same as the horizontal direction (y-axis direction) of the active layer of the semiconductor laser chip. Therefore, the laser beam 71 has a small spread in the arrangement direction of the lead pins 14, and a large spread in the x-axis direction orthogonal to the spread.

上記の構成を有する半導体レーザ素子101から出射されるレーザ光71の偏光は、活性層に水平な方向(y軸方向)と平行である。すなわち、半導体レーザ素子101は、活性層の水平方向(y軸方向)に電場が振動する直線偏光を出射する。ただし、活性層を構成する原子配列によっては、レーザ光は、活性層の鉛直方向(x軸方向)に偏光する場合もある。 The polarization of the laser beam 71 emitted from the semiconductor laser device 101 having the above configuration is parallel to the direction horizontal to the active layer (y-axis direction). That is, the semiconductor laser device 101 emits linearly polarized light whose electric field vibrates in the horizontal direction (y-axis direction) of the active layer. However, depending on the atomic arrangement constituting the active layer, the laser beam may be polarized in the vertical direction (x-axis direction) of the active layer.

図6は、ベース30および半導体レーザ素子101から104の構成を示す斜視図である。図7は、図6に示されたA−A’における断面図である。 FIG. 6 is a perspective view showing the configuration of the base 30 and the semiconductor laser elements 101 to 104. FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line AA'shown in FIG.

半導体レーザ素子101から104の各々は、電流が供給されることによって駆動し、その駆動により熱が発生する。ステム13の熱容量だけでは、十分な放熱が行われないため、半導体レーザチップが高温となり、急激な光出力低下が起こり得る。また、そのような熱負荷の増大は、半導体レーザチップの短寿命化、もしくは半導体レーザ素子を構成する部品の熱的破壊を引き起こす。そのため、ステム13からベース30への放熱が必要である。本実施の形態1において、ベース30は、熱伝導性の高い部材で構成される。ベース30は、例えば、Cu、Alなどの金属材料を含む。または、例えば、ベース30は、SiC、AlN等の高い熱伝導率を有するセラミックを含む。または、ステム13における熱容量および放熱面積を向上させるようなフィン、あるいは、水などの冷媒が封入されたヒートパイプに接続された冷却部材がステム13に付加されてもよい。 Each of the semiconductor laser elements 101 to 104 is driven by being supplied with an electric current, and heat is generated by the driving. Since sufficient heat dissipation is not performed only by the heat capacity of the stem 13, the temperature of the semiconductor laser chip becomes high, and a sudden decrease in light output may occur. Further, such an increase in heat load causes a shortening of the life of the semiconductor laser chip or thermal destruction of parts constituting the semiconductor laser element. Therefore, it is necessary to dissipate heat from the stem 13 to the base 30. In the first embodiment, the base 30 is made of a member having high thermal conductivity. The base 30 contains, for example, a metal material such as Cu or Al. Alternatively, for example, the base 30 contains a ceramic having a high thermal conductivity such as SiC and AlN. Alternatively, fins that improve the heat capacity and heat dissipation area of the stem 13 or a cooling member connected to a heat pipe filled with a refrigerant such as water may be added to the stem 13.

半導体レーザ素子101から104は、熱伝導性の高いグリスもしくはシート状の放熱材を介して、ベース30の上面30Aに形成された平面に密着して固定されている。さらに放熱性を高めるために、各半導体レーザ素子は、はんだ材によって、ベース30にはんだ接合されることが好ましい。はんだ材は、例えば、SnAgCu、AuSn等を主成分に含む。 The semiconductor laser elements 101 to 104 are closely fixed to a flat surface formed on the upper surface 30A of the base 30 via grease or a sheet-shaped heat radiating material having high thermal conductivity. In order to further improve heat dissipation, it is preferable that each semiconductor laser element is solder-bonded to the base 30 with a solder material. The solder material contains, for example, SnAgCu, AuSn and the like as a main component.

なお、ステム13を含むTO−Canパッケージの半導体レーザ素子101から104とベース30とが別部材の構成を示したが、ステム13とベース30とが一体化した部材に半導体レーザチップが搭載されている構成であってもよい。その場合、レーザ光源装置1の放熱性が向上する。さらに、ステム径に制約されずに、半導体レーザチップをより近接した任意の間隔で配置することが可能となり、レーザ光源装置1の小型化が可能となる。 Although the semiconductor laser elements 101 to 104 of the TO-Can package including the stem 13 and the base 30 are shown as separate members, the semiconductor laser chip is mounted on the member in which the stem 13 and the base 30 are integrated. It may have a configuration that is present. In that case, the heat dissipation of the laser light source device 1 is improved. Further, the semiconductor laser chips can be arranged at arbitrary intervals closer to each other without being restricted by the stem diameter, and the laser light source device 1 can be miniaturized.

次に本実施の形態1におけるベース30の詳細について説明する。 Next, the details of the base 30 in the first embodiment will be described.

上述したように、ベース30は平板であるが、それに限定されるものではなく、ステム13と接触する面が平面であればよい。例えば、ベース30には、ステム13の形状に合わせたざぐりが設けられていてもよい。 As described above, the base 30 is a flat plate, but the base 30 is not limited thereto, and the surface in contact with the stem 13 may be a flat surface. For example, the base 30 may be provided with a counterbore that matches the shape of the stem 13.

ベース30が導電性材料である場合、半導体レーザ素子のリードピン14とベース30との間で確実な絶縁を確保する必要がある。長穴31から34は、リードピン14とベース30とが接触しないような穴形状を有し、また、リードピン14とベース30とが接触しないように配置されている。ベース30は、長穴31から34に代えて、リードピン14とベース30との接触を回避可能な丸穴を有していてもよい。または、ベース30は、長穴31から34に代えて、リードピン14とベース30との接触を回避し、かつ、半導体レーザ素子101から104に電流を供給する配線経路を確保できる溝構造を有していてもよい。 When the base 30 is a conductive material, it is necessary to ensure reliable insulation between the lead pin 14 of the semiconductor laser device and the base 30. The elongated holes 31 to 34 have a hole shape so that the lead pin 14 and the base 30 do not come into contact with each other, and are arranged so that the lead pin 14 and the base 30 do not come into contact with each other. The base 30 may have a round hole that can avoid contact between the lead pin 14 and the base 30 instead of the elongated holes 31 to 34. Alternatively, the base 30 has a groove structure that can avoid contact between the lead pin 14 and the base 30 and secure a wiring path for supplying a current from the semiconductor laser element 101 to 104 instead of the elongated holes 31 to 34. You may be.

次に本実施の形態1における偏光回転素子51から54の詳細を説明する。 Next, the details of the polarized light rotating elements 51 to 54 in the first embodiment will be described.

偏光回転素子51から54は、例えば、複屈折性を有する無機材料または樹脂材料によって構成される。複屈折性を有する無機材料とは、例えば、水晶である。また、複屈折性を有する樹脂材料とは、例えば、ポリカーボネートなどを母材として含む樹脂であって、一方向に延伸されたものである。 The polarization rotating elements 51 to 54 are made of, for example, an inorganic material or a resin material having birefringence. The inorganic material having birefringence is, for example, quartz. The resin material having birefringence is, for example, a resin containing polycarbonate or the like as a base material, which is stretched in one direction.

図8および図9は、偏光回転素子51、53の動作を説明する図である。図10および図11は、偏光回転素子52、54の動作を説明する図である。空気よりも屈折率が高い媒質中を伝搬する光の速度は、空気中を伝搬する光の速度よりも遅い。すなわち、屈折率の高い媒質ほど、その媒質を伝搬する光の速度は遅い。そのため、偏光回転素子において、遅軸方向に電場が振動する光の伝搬速度は、速軸方向に電場が振動する光の伝搬速度よりも遅い。 8 and 9 are views for explaining the operation of the polarizing rotating elements 51 and 53. 10 and 11 are diagrams for explaining the operation of the polarizing rotating elements 52 and 54. The speed of light propagating in a medium having a higher refractive index than air is slower than the speed of light propagating in air. That is, the higher the refractive index of a medium, the slower the speed of light propagating through that medium. Therefore, in the polarizing rotating element, the propagation speed of light whose electric field oscillates in the slow axis direction is slower than the propagation speed of light whose electric field oscillates in the fast axis direction.

偏光回転素子51、53は、1/4波長板である。図8に示されるように、反時計回りの角度が正方向である場合、速軸(F軸)はy軸に対し45°の角度をなし、遅軸(S軸)はy軸に対し−45°の角度をなす。y軸に平行な直線偏光81のレーザ光が偏光回転素子51、53に入射した場合、速軸(F軸)方向の光線の伝搬に対して、遅軸(S軸)方向の光線の伝搬が遅れる。1/4波長板においては、速軸方向に対する遅軸方向の伝搬遅延が、1/4波長分に設計されている。遅軸方向の電場のみが1/4波長分遅れて伝搬することにより、偏光回転素子51、53を透過したレーザ光の偏光は、図9に示されるように、時間の経過とともに変化する。例えば、時間t0,t1,t2,t3における、偏光方向(電場の振動方向)は、それぞれ、+F,−S,−F,+S方向である。このように、偏光回転素子51、53を透過したレーザ光は、その偏光方向が左ネジの動作に従って、左回転に螺旋を描くように進行する。すなわち、偏光回転素子51、53は、レーザ光の偏光方向をy軸方向の直線偏光81から左回転の円偏光91,93に変換する。 The polarizing rotating elements 51 and 53 are 1/4 wave plates. As shown in FIG. 8, when the counterclockwise angle is positive, the speed axis (F axis) makes an angle of 45 ° with respect to the y axis, and the slow axis (S axis) is − Make an angle of 45 °. When the laser beam of linearly polarized light 81 parallel to the y-axis is incident on the polarizing rotating elements 51 and 53, the propagation of light rays in the slow axis (S axis) direction is relative to the propagation of light rays in the fast axis (F axis) direction. I'll be late. In the 1/4 wave plate, the propagation delay in the slow axis direction with respect to the fast axis direction is designed to be 1/4 wavelength. Since only the electric field in the slow axis direction propagates with a delay of 1/4 wavelength, the polarization of the laser light transmitted through the polarization rotating elements 51 and 53 changes with the passage of time as shown in FIG. For example, the polarization directions (vibration directions of the electric field) at times t0, t1, t2, and t3 are + F, −S, −F, and + S directions, respectively. In this way, the laser beam transmitted through the polarization rotating elements 51 and 53 travels so that the polarization direction spirals counterclockwise according to the operation of the left-hand screw. That is, the polarized light rotating elements 51 and 53 convert the polarization direction of the laser beam from the linearly polarized light 81 in the y-axis direction to the left-handed circularly polarized light 91 and 93.

偏光回転素子52、54も、1/4波長板である。図10に示されるように、速軸(F軸)はy軸に対し−45°の角度をなし、遅軸(S軸)はy軸に対し45°の角度をなす。y軸に平行な直線偏光81のレーザ光が偏光回転素子52、54に入射した場合、遅軸方向の電場のみが1/4波長分遅れて伝搬する。偏光回転素子52、54を透過したレーザ光の偏光は、図11に示されるように、時間の経過とともに変化する。例えば、時間t0,t1,t2,t3における、偏光方向(電場の振動方向)は、それぞれ、+S,−F,−S,+F方向である。このように、偏光回転素子52、54を透過したレーザ光は、その偏光方向が右ネジの動作に従って、右回転に螺旋を描くように進行する。すなわち、偏光回転素子52、54は、レーザ光の偏光方向をy軸方向の直線偏光81から右回転の円偏光92,94に変換する。 The polarizing rotating elements 52 and 54 are also 1/4 wave plates. As shown in FIG. 10, the speed axis (F axis) forms an angle of −45 ° with respect to the y axis, and the slow axis (S axis) forms an angle of 45 ° with respect to the y axis. When the laser beam of linearly polarized light 81 parallel to the y-axis is incident on the polarizing rotating elements 52 and 54, only the electric field in the slow-axis direction propagates with a delay of 1/4 wavelength. The polarization of the laser light transmitted through the polarization rotating elements 52 and 54 changes with the passage of time as shown in FIG. For example, the polarization directions (vibration directions of the electric field) at the times t0, t1, t2, and t3 are the + S, −F, −S, and + F directions, respectively. In this way, the laser beam transmitted through the polarization rotating elements 52 and 54 travels so that the polarization direction spirals clockwise according to the operation of the right-handed screw. That is, the polarized light rotating elements 52 and 54 convert the polarization direction of the laser beam from the linearly polarized light 81 in the y-axis direction to the right-handed circularly polarized light 92 and 94.

次に本実施の形態1におけるスペーサ20およびレンズ41から44の詳細な構成について説明する。 Next, the detailed configuration of the spacer 20 and the lenses 41 to 44 in the first embodiment will be described.

図12は、スペーサ20およびレンズ41から44の構成を示す斜視図である。図13は、図12に示されたB−B’における断面図である。 FIG. 12 is a perspective view showing the configuration of the spacer 20 and the lenses 41 to 44. FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the line BB'shown in FIG.

レーザ光源装置1から出射されたレーザ光71から74は、投射型表示装置(図示せず)の光学系の開口に集光される。レーザ光源装置1から投射型表示装置の光学系開口までの間隔は限定されないため、レーザ光源装置1から出射されるレーザ光71から74は平行光であることが好ましい。 The laser beams 71 to 74 emitted from the laser light source device 1 are focused on the openings of the optical system of the projection type display device (not shown). Since the distance from the laser light source device 1 to the optical system opening of the projection type display device is not limited, it is preferable that the laser beams 71 to 74 emitted from the laser light source device 1 are parallel lights.

前述したように各半導体レーザ素子からは、拡がったレーザ光が出射される。それらレーザ光を平行光に変換するためには、凸レンズにより集光する必要がある。図13に示されるとおり、レンズ41から44は、入射面(−z方向の面)に平面を、出射面(+z方向の面)に軸対称の球面あるいは非球面の凸面を有する。すなわち、レンズ41から44は、凸レンズである。半導体レーザ素子101から104のレーザ発光端面が、レンズ41から44の焦点位置近傍に配置されることにより、レンズ41から44を透過したレーザ光71から74は平行光に変換される。 As described above, the spread laser light is emitted from each semiconductor laser element. In order to convert the laser light into parallel light, it is necessary to collect the laser light with a convex lens. As shown in FIG. 13, the lenses 41 to 44 have a plane on the incident surface (plane in the −z direction) and an axisymmetric spherical or aspherical convex surface on the exit surface (plane in the + z direction). That is, the lenses 41 to 44 are convex lenses. By arranging the laser emitting end faces of the semiconductor laser elements 101 to 104 near the focal positions of the lenses 41 to 44, the laser beams 71 to 74 transmitted through the lenses 41 to 44 are converted into parallel light.

なお、レンズ41から44は、必ずしもその入射面が平面である必要はない。各レンズは、凸レンズとしての機能を有する限り、凹面もしくは凸面を入射面または出射面に有していてもよい。ただし、スペーサ20の上面と接する可能性のある面は、平面であることが好ましい。 The incident surfaces of the lenses 41 to 44 do not necessarily have to be flat. Each lens may have a concave or convex surface on the entrance surface or the exit surface as long as it has a function as a convex lens. However, the surface that may come into contact with the upper surface of the spacer 20 is preferably a flat surface.

また、各レンズの出射面および入射面は、軸対称の曲面である必要はない。例えば、各レンズは、出射面あるいは入射面に、シリンドリカル面を有するシリンドリカルレンズであってもよい。シリンドリカルレンズは、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光を、その拡がり角が大きい方向、つまり活性層に対して鉛直方向(x軸方向)のみ、平行光に変換する。 Further, the emitting surface and the incident surface of each lens do not have to be a curved surface having axisymmetry. For example, each lens may be a cylindrical lens having a cylindrical surface on the emitting surface or the incident surface. The cylindrical lens converts the laser light emitted from the semiconductor laser element into parallel light only in the direction in which the spreading angle is large, that is, in the vertical direction (x-axis direction) with respect to the active layer.

レンズ41、44の中心軸141、144は、それぞれ半導体レーザ素子101、104の光線の中心軸と一致するように配置される。レンズ41、44は、接着剤によって、スペーサ20の上面に固定されることが好ましい。なお、レンズ41、44がスペーサ20の上面に固定可能であればよく、レンズ41、44は、上部から各レンズを抑える部材によって固定されてもよい。また、図13には示されていないが、レンズ42、43も、レンズ41、44と同様に、スペーサ20の上面に固定される。 The central axes 141 and 144 of the lenses 41 and 44 are arranged so as to coincide with the central axes of the light rays of the semiconductor laser elements 101 and 104, respectively. The lenses 41 and 44 are preferably fixed to the upper surface of the spacer 20 with an adhesive. It is sufficient that the lenses 41 and 44 can be fixed to the upper surface of the spacer 20, and the lenses 41 and 44 may be fixed by a member that holds down each lens from above. Although not shown in FIG. 13, the lenses 42 and 43 are also fixed to the upper surface of the spacer 20 in the same manner as the lenses 41 and 44.

スペーサ段差部25、28の外形は、偏光回転素子51、54の外形と相似関係にある。スペーサ段差部25、28の外形は、偏光回転素子51、54の外形より大きい。また、スペーサ段差部25、28の高さは、偏光回転素子51、54の厚みより大きい。そのため、偏光回転素子51、54は、スペーサ20の上面から上方にはみ出ることなく、スペーサ段差部25、28とレンズ41、44の底面とによって構成される空間に収納されるように配置される。なお、スペーサ段差部26、27の外形形状も、スペーサ段差部25、28の外形形状と同様である。 The outer shapes of the spacer stepped portions 25 and 28 are similar to the outer shapes of the polarizing rotating elements 51 and 54. The outer shape of the spacer stepped portions 25 and 28 is larger than the outer shape of the polarizing rotating elements 51 and 54. Further, the height of the spacer step portions 25 and 28 is larger than the thickness of the polarizing rotating elements 51 and 54. Therefore, the polarizing rotation elements 51 and 54 are arranged so as to be housed in the space formed by the spacer step portions 25 and 28 and the bottom surfaces of the lenses 41 and 44 without protruding upward from the upper surface of the spacer 20. The outer shape of the spacer step portions 26 and 27 is the same as the outer shape of the spacer step portions 25 and 28.

次に、レーザ光源装置1の動作を説明する。半導体レーザ素子101から104の駆動により発生する熱は、ベース30へ放熱される。各半導体レーザ素子は、分離しているため、各半導体レーザ素子で発生した熱は、その隣の半導体レーザ素子に伝達しにくい。このように、レーザ光源装置1は、半導体レーザ素子の温度上昇を抑える。 Next, the operation of the laser light source device 1 will be described. The heat generated by driving the semiconductor laser elements 101 to 104 is dissipated to the base 30. Since each semiconductor laser element is separated, the heat generated by each semiconductor laser element is difficult to transfer to the adjacent semiconductor laser element. In this way, the laser light source device 1 suppresses the temperature rise of the semiconductor laser element.

また、図1に示されるように、半導体レーザ素子101、103から出射されたレーザ光71、73の偏光方向は、偏光回転素子51、53によって、左回転の円偏光91、93に変換される。一方で、半導体レーザ素子102、104から出射されたレーザ光72、74の偏光方向は、偏光回転素子52、54によって、右回転の円偏光92、94に変換される。その結果、レーザ光源装置1からは、左回転の円偏光91、93のレーザ光71、73と、右回転の円偏光92、94のレーザ光72、74とが出射される。つまり、レーザ光71から74は、時間的に偏光方向が変わる。また、円偏光91、93は、円偏光92、94に対して偏光の回転方向が異なる。レーザ光71から74は、同じ断面形状(ビームプロファイル)を有しながらも、偏光方向が一方向に揃わない。 Further, as shown in FIG. 1, the polarization directions of the laser beams 71 and 73 emitted from the semiconductor laser elements 101 and 103 are converted into left-handed circular polarizations 91 and 93 by the polarization rotating elements 51 and 53. .. On the other hand, the polarization directions of the laser beams 72 and 74 emitted from the semiconductor laser elements 102 and 104 are converted into right-handed circularly polarized light 92 and 94 by the polarization rotating elements 52 and 54. As a result, the laser light source device 1 emits the laser beams 71 and 73 of the circularly polarized light 91 and 93 rotating counterclockwise and the laser beams 72 and 74 of the circularly polarized light 92 and 94 rotating clockwise. That is, the polarization directions of the laser beams 71 to 74 change with time. Further, the circularly polarized light 91 and 93 have different polarization rotation directions from those of the circularly polarized lights 92 and 94. Although the laser beams 71 to 74 have the same cross-sectional shape (beam profile), the polarization directions are not aligned in one direction.

このように、レーザ光源装置1は、偏光回転素子51から54により、複数のレーザ光の偏光方向を回転させることにより、偏光方向が異なる2種類のレーザ光を出射する。このようなレーザ光は、干渉縞やスペックルの発生を低減する。 As described above, the laser light source device 1 emits two types of laser beams having different polarization directions by rotating the polarization directions of the plurality of laser beams by the polarization rotating elements 51 to 54. Such laser light reduces the occurrence of interference fringes and speckles.

以上をまとめると、本実施の形態1におけるレーザ光源装置1は、ベース30と、各々が個別にベース30の上面30Aに保持され、偏光方向が一方向に揃った複数のレーザ光を出射する複数の半導体レーザ素子101から104と、複数のレーザ光のうち少なくとも一部のレーザ光の偏光方向を回転させることにより、複数のレーザ光の偏光方向が一方向に揃わないように乱す偏光変換部と、を含む。偏光変換部は、複数のレーザ光の偏光を円偏光に変換する複数の偏光回転素子51から54を含む。複数の偏光回転素子51から54は、複数の半導体レーザ素子101から104のうち一部のレーザ光を出射する半導体レーザ素子101、103に対応して選択的に配置され、一部のレーザ光の偏光を左回転の円偏光に変換する第1偏光回転素子(偏光回転素子51、54)と、複数の半導体レーザ素子101から104のうち別の一部のレーザ光72、74を出射する別の半導体レーザ素子102、104に対応して選択的に配置され、別の一部のレーザ光72、74の偏光を右回転の円偏光に変換する第2偏光回転素子(偏光回転素子52、54)と、を含む。 Summarizing the above, the laser light source device 1 according to the first embodiment is a plurality of laser light source devices 1 that are individually held on the base 30 and the upper surface 30A of the base 30 and emit a plurality of laser beams whose polarization directions are aligned in one direction. The semiconductor laser elements 101 to 104 of the above, and a polarization conversion unit that disturbs the polarization directions of a plurality of laser beams so that they are not aligned in one direction by rotating the polarization directions of at least a part of the laser beams. ,including. The polarization conversion unit includes a plurality of polarization rotating elements 51 to 54 that convert the polarization of the plurality of laser beams into circular polarization. The plurality of polarized light rotating elements 51 to 54 are selectively arranged corresponding to the semiconductor laser elements 101 and 103 that emit a part of the laser light from the plurality of semiconductor laser elements 101 to 104, and the plurality of polarized light rotating elements 51 to 54 are selectively arranged. A first polarized light rotating element (polarized light rotating element 51, 54) that converts polarized light into left-handed circularly polarized light, and another that emits a part of laser light 72, 74 among a plurality of semiconductor laser elements 101 to 104. A second polarized rotating element (polarized light rotating element 52, 54) that is selectively arranged corresponding to the semiconductor laser elements 102, 104 and converts the polarized light of another part of the laser light 72, 74 into right-handed circularly polarized light. And, including.

以上のレーザ光源装置1は、熱伝導性が良好なベース30に、個別に設けられた複数の半導体レーザ素子101から104により構成される。そのため、レーザ発振による温度上昇が低減し、利得低下が抑制される。 The above laser light source device 1 is composed of a plurality of semiconductor laser elements 101 to 104 individually provided on a base 30 having good thermal conductivity. Therefore, the temperature rise due to laser oscillation is reduced, and the gain drop is suppressed.

また、レーザ光源装置1は、例えば、従来のアレイ型レーザ光源とは異なり、中央部のレーザが両隣のレーザから発生する熱を受けにくく、大きく利得が低減する可能性も少ない。そのため、十分な出力が得られる。 Further, unlike the conventional array type laser light source, the laser light source device 1 is less likely to receive heat generated from the lasers on both sides of the central laser, and there is little possibility that the gain will be significantly reduced. Therefore, sufficient output can be obtained.

また、レーザ光源装置1は、時間的に偏光方向が変わる2種類の円偏光のレーザ光を出射する。それら2種類の円偏光は、左回転しながら進行する左回転の円偏光91、93と、右回転の円偏光92、94とにより構成されるため、連続的に2種類の偏光方向が一致することはない。レーザ光源装置1は、レーザ光の合成による干渉縞およびスペックルの発生を低減する。 Further, the laser light source device 1 emits two types of circularly polarized laser light whose polarization direction changes with time. Since these two types of circularly polarized light are composed of left-handed circularly polarized light 91 and 93 that proceed while rotating counterclockwise and right-handed circularly polarized light 92 and 94, the two types of polarized light continuously coincide with each other. There is no such thing. The laser light source device 1 reduces the generation of interference fringes and speckles due to the synthesis of laser light.

従来、投射型表示装置にレーザ光源が搭載された場合、レーザ光の干渉縞およびスペックルによる映像品位の低下防止のため、散乱度の強い光拡散素子が必要とされる。しかし、散乱度の強い光拡散素子は、投射型表示装置の光出力の効率を低下させる。一方で、本実施の形態1に示されたレーザ光源装置1においては、上述したように、干渉縞およびスペックルが低減する。そのため、レーザ光源装置1を搭載する投射型表示装置には、散乱度の強い光拡散素子が必要ではない。レーザ光源装置1が投射型表示装置に搭載された場合、干渉縞およびスペックルの発生が抑制されることによって映像品位が向上し、かつ、投射型表示装置自体の光出力の効率も向上する。 Conventionally, when a laser light source is mounted on a projection type display device, a light diffusing element having a high degree of scattering is required in order to prevent deterioration of image quality due to interference fringes of laser light and speckle. However, a light diffusing element having a high degree of scattering reduces the efficiency of the light output of the projection type display device. On the other hand, in the laser light source device 1 shown in the first embodiment, interference fringes and speckles are reduced as described above. Therefore, the projection type display device equipped with the laser light source device 1 does not require a light diffusing element having a high degree of scattering. When the laser light source device 1 is mounted on the projection type display device, the generation of interference fringes and speckles is suppressed, so that the image quality is improved and the efficiency of the light output of the projection type display device itself is also improved.

また、本実施の形態1におけるレーザ光源装置1は、複数の半導体レーザ素子101から104のそれぞれに対応して設けられ、複数のレーザ光のそれぞれを平行光に変換する複数のレンズ41から44を、さらに含む。スペーサ20は、ベース30に固定され、かつ、複数のレンズ41から44を保持する。 Further, the laser light source device 1 in the first embodiment is provided corresponding to each of the plurality of semiconductor laser elements 101 to 104, and has a plurality of lenses 41 to 44 that convert each of the plurality of laser beams into parallel light. , Further include. The spacer 20 is fixed to the base 30 and holds a plurality of lenses 41 to 44.

以上の構成により、レーザ光源装置1は、高出力かつ平行度の高いレーザ光71から74を出射することを可能にする。 With the above configuration, the laser light source device 1 makes it possible to emit laser light 71 to 74 having high output and high parallelism.

(実施の形態1の変形例1)
実施の形態1の変形例1におけるレーザ光源装置は、スペーサおよび偏光回転素子の構成が、上記の実施の形態1におけるレーザ光源装置1のそれらとは異なる。
(Modification 1 of Embodiment 1)
The laser light source device according to the first modification of the first embodiment has different configurations of the spacer and the polarizing rotating element from those of the laser light source device 1 according to the first embodiment.

図14は、実施の形態1の変形例1におけるレーザ光源装置のスペーサ120および偏光回転素子151から154の構成を示す図である。偏光回転素子151から154の外形は、平行四辺形を有する。スペーサ120のスペーサ段差部125から128の外形は、偏光回転素子151から154の外形より少し大きい相似形状である平行四辺形を有する。スペーサ段差部126、128の外形は、スペーサ段差部125、127の外形がx−y面内で90°回転した平行四辺形を有する。 FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a spacer 120 and polarization rotating elements 151 to 154 of the laser light source device according to the first modification of the first embodiment. The outer shape of the polarized rotating elements 151 to 154 has a parallelogram. The outer shape of the spacer step portions 125 to 128 of the spacer 120 has a parallelogram having a similar shape slightly larger than the outer shape of the polarization rotating elements 151 to 154. The outer shape of the spacer step portions 126 and 128 has a parallelogram in which the outer shape of the spacer step portions 125 and 127 is rotated by 90 ° in the xy plane.

通常、偏光回転素子は、それよりも大きな板材である偏光素子基板から矩形状に切り出される。その矩形を形成する角度が90°であるため、偏光素子基板から無駄なく偏光回転素子が切り出される。一方で、本変形例1における偏光回転素子151から154は、一方向に対し角度をなして切り出される。図15は、偏光回転素子151から154を含む偏光素子基板を示す図である。偏光素子基板における速軸50Aはy軸に対し45°の角度をなし、遅軸50Bはy軸に対し−45°の角度をなしている。偏光回転素子151から154は、x軸方向に対し、わずかな角度αをなして切り出される。偏光回転素子151から154の外形は、y軸に平行な一辺とx軸に対し角度αを有する他辺とからなる平行四辺形を有する。つまり、偏光回転素子151から154の速軸50Aは、偏光素子基板から切り出された段階において、一辺に対し45°の角度をなし、その一辺と交わる他辺に対し45°−αの角度をなす。 Usually, the polarizing rotating element is cut out in a rectangular shape from a polarizing element substrate which is a larger plate material. Since the angle at which the rectangle is formed is 90 °, the polarizing rotating element is cut out from the polarizing element substrate without waste. On the other hand, the polarization rotating elements 151 to 154 in the present modification 1 are cut out at an angle with respect to one direction. FIG. 15 is a diagram showing a polarizing element substrate including the polarizing rotating elements 151 to 154. The speed axis 50A of the polarizing element substrate has an angle of 45 ° with respect to the y-axis, and the slow axis 50B has an angle of −45 ° with respect to the y-axis. The polarization rotating elements 151 to 154 are cut out at a slight angle α with respect to the x-axis direction. The outer shape of the polarizing rotating elements 151 to 154 has a parallelogram composed of one side parallel to the y-axis and the other side having an angle α with respect to the x-axis. That is, the speed axes 50A of the polarizing rotating elements 151 to 154 form an angle of 45 ° with respect to one side and an angle of 45 ° −α with respect to the other side intersecting with the other side at the stage of being cut out from the polarizing element substrate. ..

図14に示されるように、偏光回転素子151、153は、速軸50Aおよび遅軸50Bの方向を維持した状態で、スペーサ段差部125、127に配置される。一方で、偏光素子基板から切り出された偏光回転素子152、154は、x−y面内で90°回転して、スペーサ段差部126、128に配置される。そのため、偏光回転素子152、154の速軸50Aは、偏光回転素子151、153の速軸50Aに対し、90°の角度をなす。その結果、偏光回転素子151、153は、左回転の偏光回転素子として機能し、偏光回転素子152、154は、右回転の偏光回転素子として機能する。 As shown in FIG. 14, the polarizing rotation elements 151 and 153 are arranged on the spacer step portions 125 and 127 while maintaining the directions of the speed axis 50A and the slow axis 50B. On the other hand, the polarizing rotating elements 152 and 154 cut out from the polarizing element substrate are rotated by 90 ° in the xy plane and arranged at the spacer step portions 126 and 128. Therefore, the speed axis 50A of the polarization rotating elements 152 and 154 forms an angle of 90 ° with respect to the speed axis 50A of the polarization rotating elements 151 and 153. As a result, the polarized rotating elements 151 and 153 function as left-handed polarized rotating elements, and the polarized rotating elements 152 and 154 function as right-handed polarized rotating elements.

上述したとおり、スペーサ段差部125から128の外形は、偏光回転素子151から154の外形より少し大きい相似形状である平行四辺形を有する。そのため、偏光回転素子151から154は、それぞれの形状に対応するスペーサ段差部125から128に、すなわち予め定められた箇所に配置される。表裏が逆転した偏光回転素子は、スペーサ段差部125から128に嵌合しない。このようなスペーサ120は、レーザ光源装置の組立工程等において、偏光回転素子151から154の配置方向を限定する。 As described above, the outer shape of the spacer step portions 125 to 128 has a parallelogram having a similar shape slightly larger than the outer shape of the polarizing rotating elements 151 to 154. Therefore, the polarizing rotation elements 151 to 154 are arranged at the spacer step portions 125 to 128 corresponding to the respective shapes, that is, at predetermined locations. The polarized light rotating element whose front and back sides are reversed does not fit into the spacer step portions 125 to 128. Such a spacer 120 limits the arrangement direction of the polarizing rotating elements 151 to 154 in the assembly process of the laser light source device or the like.

上記、偏光回転素子152、154の外形は角度βの平行四辺形として、偏光回転素子151、154の外形は角度αを有する平行四辺形の外形とするなど、それぞれの外形は、左回転用と右回転用との違いが明確となる形状であってもよい。速軸50Aと遅軸50Bの方向およびスペーサ段差部126、128の形状は、偏光の回転方向に応じて適宜設定される。 The outer shapes of the polarized rotating elements 152 and 154 are parallelograms having an angle β, and the outer shapes of the polarized rotating elements 151 and 154 are parallelograms having an angle α. The shape may be such that the difference from that for clockwise rotation is clear. The directions of the fast axis 50A and the slow axis 50B and the shapes of the spacer step portions 126 and 128 are appropriately set according to the rotation direction of the polarized light.

このような構成を有するレーザ光源装置は、上記の実施の形態1と同様の効果を奏する。さらに、偏光回転素子151から154の形状とスペーサ段差部125から128の形状とが対応するため、偏光回転素子の配置方向が限定される。その結果、レーザ光源装置の組立工程において、偏光回転素子の組み込み方向が指定され、組立作業性が向上する。 The laser light source device having such a configuration has the same effect as that of the first embodiment described above. Further, since the shapes of the polarizing rotating elements 151 to 154 correspond to the shapes of the spacer step portions 125 to 128, the arrangement direction of the polarizing rotating elements is limited. As a result, in the assembly process of the laser light source device, the mounting direction of the polarizing rotating element is specified, and the assembly workability is improved.

(実施の形態1の変形例2)
実施の形態1の変形例2におけるレーザ光源装置は、スペーサおよび偏光回転素子の構成が、上記の実施の形態1におけるレーザ光源装置1のそれらとは異なる。
(Modification 2 of Embodiment 1)
The laser light source device according to the second modification of the first embodiment has different configurations of the spacer and the polarizing rotating element from those of the laser light source device 1 according to the first embodiment.

図16は、実施の形態1の変形例2におけるレーザ光源装置のスペーサ220および偏光回転素子251から254の構成を示す図である。偏光回転素子251から254の外形は、平行四辺形を有する。スペーサ220のスペーサ段差部225から228の外形は、偏光回転素子251から254の外形より少し大きい相似形状である平行四辺形を有する。スペーサ段差部226、228の外形は、スペーサ段差部225、227の外形がy軸に対し反転した平行四辺形を有する。 FIG. 16 is a diagram showing a configuration of a spacer 220 and polarization rotating elements 251 to 254 of the laser light source device according to the second modification of the first embodiment. The outer shape of the polarized rotating elements 251 to 254 has a parallelogram. The outer shape of the spacer stepped portions 225 to 228 of the spacer 220 has a parallelogram having a similar shape slightly larger than the outer shape of the polarization rotating elements 251 to 254. The outer shape of the spacer step portion 226 and 228 has a parallelogram in which the outer shape of the spacer step portion 225 and 227 is inverted with respect to the y-axis.

図17は、偏光回転素子251から254を含む偏光素子基板を示す図である。偏光素子基板における速軸50Aはy軸に対し45°の角度をなし、遅軸50Bはy軸に対し−45°の角度をなしている。偏光回転素子251から254は、x軸方向に対し、わずかな角度αをなして切り出される。偏光回転素子251から254の外形は、y軸に平行な一辺とx軸に対し角度αを有する他辺とからなる平行四辺形を有する。つまり、偏光回転素子251から254の速軸50Aは、偏光素子基板から切り出された段階において、一辺に対し45°の角度をなし、その一辺と交わる他辺に対し45°−αの角度をなす。 FIG. 17 is a diagram showing a polarizing element substrate including the polarizing rotating elements 251 to 254. The speed axis 50A of the polarizing element substrate has an angle of 45 ° with respect to the y-axis, and the slow axis 50B has an angle of −45 ° with respect to the y-axis. The polarization rotating elements 251 to 254 are cut out at a slight angle α with respect to the x-axis direction. The outer shape of the polarizing rotating elements 251 to 254 has a parallelogram composed of one side parallel to the y-axis and the other side having an angle α with respect to the x-axis. That is, the speed axes 50A of the polarizing rotating elements 251 to 254 form an angle of 45 ° with respect to one side and an angle of 45 ° −α with respect to the other side intersecting with the other side at the stage of being cut out from the polarizing element substrate. ..

図16に示されるように、偏光回転素子251、253は、速軸50Aおよび遅軸50Bの方向を維持した状態で、スペーサ段差部225、227に配置される。一方で、偏光素子基板から切り出された偏光回転素子252、254は、x軸またはy軸に対して表裏反転して、スペーサ段差部226、228に配置される。そのため、偏光回転素子252、254の速軸50Aは、偏光回転素子251、253の速軸50Aに対し、90°の角度をなす。その結果、偏光回転素子251、253は、左回転の円偏光に変換する偏光回転素子として機能し、偏光回転素子252、254は、右回転の円偏光に変換する偏光回転素子として機能する。 As shown in FIG. 16, the polarizing rotation elements 251 and 253 are arranged on the spacer step portions 225 and 227 while maintaining the directions of the speed axis 50A and the slow axis 50B. On the other hand, the polarizing rotating elements 252 and 254 cut out from the polarizing element substrate are inverted with respect to the x-axis or the y-axis and arranged on the spacer stepped portions 226 and 228. Therefore, the speed axis 50A of the polarization rotating elements 252 and 254 forms an angle of 90 ° with respect to the speed axis 50A of the polarization rotating elements 251 and 253. As a result, the polarized light rotating elements 251 and 253 function as polarized light rotating elements that convert left-handed circular polarization, and the polarized light rotating elements 252 and 254 function as polarized light rotating elements that convert right-handed circular polarization.

上述したとおり、スペーサ段差部225から228の外形は、偏光回転素子251から254の外形より少し大きい相似形状である平行四辺形を有する。そのため、偏光回転素子251から254は、それぞれの形状に対応するスペーサ段差部225から228に、すなわち予め定められた箇所に配置される。このようなスペーサ220は、レーザ光源装置の組立工程等において、左回転の円偏光に変換する偏光回転素子251、253の配置箇所、および、右回転の円偏光に変換する偏光回転素子252、254の配置箇所を限定する。 As described above, the outer shape of the spacer step portion 225 to 228 has a parallelogram having a similar shape slightly larger than the outer shape of the polarizing rotating elements 251 to 254. Therefore, the polarization rotating elements 251 to 254 are arranged at the spacer step portions 225 to 228 corresponding to the respective shapes, that is, at predetermined locations. Such a spacer 220 is used in the assembly process of the laser light source device, etc., at the locations where the polarized light rotating elements 251 and 253 are converted to left-handed circular polarization, and the polarized light rotating elements 252 and 254 that are converted to clockwise circular polarization. Limit the location of.

このような構成を有するレーザ光源装置は、上記の実施の形態1と同様の効果を奏する。さらに、偏光回転素子251から254の形状とスペーサ段差部225から228の形状とが対応するため、偏光回転素子の配置箇所が限定される。その結果、レーザ光源装置の組立工程において、左回転の円偏光に変換する偏光回転素子251、253と、右回転の円偏光に変換する偏光回転素子252、254とを指定された箇所に誤ることなく配置可能となり、組立作業性が向上する。 The laser light source device having such a configuration has the same effect as that of the first embodiment described above. Further, since the shapes of the polarizing rotating elements 251 to 254 correspond to the shapes of the spacer step portions 225 to 228, the arrangement location of the polarizing rotating element is limited. As a result, in the assembly process of the laser light source device, the polarization rotating elements 251 and 253 that convert to left-handed circular polarization and the polarization-rotating elements 252 and 254 that convert to right-handing circular polarization are mistaken at designated locations. It can be arranged without any problem, and the assembly workability is improved.

さらに、図16に示されるように、偏光回転素子251から254は、レーザ光71から74の断面形状(ビームプロファイル)に応じて、その外形が決定される。偏光回転素子251から254の外形は、一方向に長い平行四辺形を有する。各偏光回転素子は、その平行四辺形の長手が各レーザ光の拡がり角が大きいx軸方向と一致するように配置される。すなわち、各偏光回転素子は、各レーザ光の断面形状に応じて選択的に配置される。 Further, as shown in FIG. 16, the outer shape of the polarizing rotating elements 251 to 254 is determined according to the cross-sectional shape (beam profile) of the laser beams 71 to 74. The outer shape of the polarized rotating elements 251 to 254 has a parallelogram long in one direction. Each polarization rotating element is arranged so that the length of its parallelogram coincides with the x-axis direction in which the spread angle of each laser beam is large. That is, each polarization rotating element is selectively arranged according to the cross-sectional shape of each laser beam.

このように、レーザ光の断面形状に合わせて偏光回転素子を偏光素子基板から切り出すことによって、偏光素子基板から切り出すことができる偏光回転素子の枚数が増加する。その結果、偏光回転素子およびレーザ光源装置の低コスト化が実現する。 In this way, by cutting out the polarizing rotating element from the polarizing element substrate according to the cross-sectional shape of the laser beam, the number of polarized rotating elements that can be cut out from the polarizing element substrate increases. As a result, the cost of the polarizing rotating element and the laser light source device can be reduced.

以上をまとめると、実施の形態1の変形例1および2におけるレーザ光源装置は、複数の半導体レーザ素子101から104の上方を覆って設けられるスペーサ120(または220)を、さらに含む。スペーサ120(または220)は、複数のレーザ光の各々が通過する位置に枠構造を含む。複数の偏光回転素子151から154(または251から254)の各々は、枠構造に保持される。複数の偏光回転素子151から154(または251から254)の各々の外形は、平行四辺形を有する。スペーサ120(または220)の枠構造の外形は、複数の偏光回転素子151から154(または251から254)の各々の外形よりも大きい相似形状を有する。 Summarizing the above, the laser light source device according to the first and second modifications of the first embodiment further includes a spacer 120 (or 220) provided so as to cover the upper part of the plurality of semiconductor laser elements 101 to 104. The spacer 120 (or 220) includes a frame structure at a position through which each of the plurality of laser beams passes. Each of the plurality of polarized rotating elements 151 to 154 (or 251 to 254) is held in the frame structure. The outer shape of each of the plurality of polarized rotating elements 151 to 154 (or 251 to 254) has a parallelogram. The outer shape of the frame structure of the spacer 120 (or 220) has a similar shape larger than the outer shape of each of the plurality of polarization rotating elements 151 to 154 (or 251 to 254).

このような構成により、左回転の円偏光に変換する偏光回転素子151、153(または251、253)、および、右回転の円偏光に変換する偏光回転素子152、154(または252、254)の配置方向または配置箇所が限定される。その結果、レーザ光源装置の組立作業性が向上する。 With such a configuration, the polarized light rotating elements 151, 153 (or 251 and 253) that convert to left-handed circular polarization, and the polarized light rotating elements 152, 154 (or 252, 254) that convert to right-handed circular polarization. The placement direction or placement location is limited. As a result, the assembling workability of the laser light source device is improved.

また、実施の形態1の変形例2におけるレーザ光源装置は、第1偏光回転素子(偏光回転素子251、253)あるいは第2偏光回転素子(偏光回転素子252、254)は、複数のレーザ光の各々の断面形状に応じて選択的に配置される。 Further, in the laser light source device according to the second modification of the first embodiment, the first polarized rotating element (polarized rotating element 251, 253) or the second polarized rotating element (polarized rotating element 252, 254) has a plurality of laser beams. It is selectively arranged according to each cross-sectional shape.

このような構成により、偏光素子基板から取れる偏光回転素子の収量が増加し、偏光回転素子およびレーザ光源装置の低コスト化が実現できる。 With such a configuration, the yield of the polarizing rotating element that can be obtained from the polarizing element substrate is increased, and the cost of the polarizing rotating element and the laser light source device can be reduced.

<実施の形態2>
実施の形態2におけるレーザ光源装置を説明する。なお、実施の形態1と同様の構成および動作については説明を省略する。
<Embodiment 2>
The laser light source device according to the second embodiment will be described. The same configuration and operation as in the first embodiment will not be described.

図18は、実施の形態2におけるレーザ光源装置100の構成およびレーザ光源装置100から出射されるレーザ光171から174を示す斜視図である。図19は、レーザ光源装置100の構成を示す分解斜視図である。図20は、スペーサ320および偏光回転素子51から54の構成を示す斜視図である。図21は、図20に示されたC−C’における断面図である。実施の形態2における各図において、実施の形態1に示された図面と同一符号は、同一または相当する部分を示す。 FIG. 18 is a perspective view showing the configuration of the laser light source device 100 according to the second embodiment and the laser beams 171 to 174 emitted from the laser light source device 100. FIG. 19 is an exploded perspective view showing the configuration of the laser light source device 100. FIG. 20 is a perspective view showing the configuration of the spacer 320 and the polarizing rotating elements 51 to 54. FIG. 21 is a cross-sectional view taken along the line CC'shown in FIG. In each of the drawings in the second embodiment, the same reference numerals as those in the drawings shown in the first embodiment indicate the same or corresponding portions.

レーザ光源装置100は、ベース30と、半導体レーザ素子101から104と、スペーサ320と、レンズ41から44と、偏光回転素子51から54とが、下方から順に配置された構成を有する。レーザ光源装置100においては、レンズ41から44および偏光回転素子51から54を固定するスペーサ320の構造が実施の形態1のスペーサ20の構造とは異なる。 The laser light source device 100 has a configuration in which a base 30, semiconductor laser elements 101 to 104, spacers 320, lenses 41 to 44, and polarization rotating elements 51 to 54 are arranged in order from the bottom. In the laser light source device 100, the structure of the spacer 320 for fixing the lenses 41 to 44 and the polarization rotating elements 51 to 54 is different from the structure of the spacer 20 of the first embodiment.

スペーサ320は、スペーサ窓部321から324と、レンズ保持段差部361から364と、偏光回転素子保持段差部325から328とを含む。 The spacer 320 includes spacer window portions 321 to 324, lens holding step portions 361 to 364, and polarizing rotating element holding step portions 325 to 328.

スペーサ窓部321から324は、複数のレーザ光171から174の各々が通過する開口を含む。ここでは、その開口の外形は、レンズ41から44と同様の円形である。また、その開口の直径は、レンズ41から44の直径よりも少し大きい。 The spacer windows 321 to 324 include openings through which each of the plurality of laser beams 171 to 174 passes. Here, the outer shape of the opening is circular, similar to the lenses 41 to 44. Also, the diameter of the aperture is slightly larger than the diameter of the lenses 41 to 44.

レンズ保持段差部361から364は、スペーサ窓部321から324の開口の内側に、その開口よりも小さな開口が設けられることによって形成される段差を含む。言い換えると、レンズ保持段差部361から364は、スペーサ窓部321から324の内周に設けられた段差である。ここでは、レンズ保持段差部361から364を構成するその小さな開口の外形は、レンズ41から44と同様の円形である。また、その小さな開口の直径は、レンズ41から44の直径よりも小さい。スペーサ窓部321から324とレンズ保持段差部361から364とが、このような構成を有することにより、スペーサ窓部321から324に挿入されたレンズ41から44は、レンズ保持段差部361から364に固定される。 The lens holding step portions 361 to 364 include a step formed by providing an opening smaller than the opening inside the opening of the spacer window portions 321 to 324. In other words, the lens holding step portions 361 to 364 are steps provided on the inner circumference of the spacer window portions 321 to 324. Here, the outer shape of the small opening constituting the lens holding step portions 361 to 364 is circular like the lenses 41 to 44. Also, the diameter of the small aperture is smaller than the diameter of the lenses 41 to 44. Since the spacer window portions 321 to 324 and the lens holding step portions 361 to 364 have such a configuration, the lenses 41 to 44 inserted into the spacer window portions 321 to 324 become the lens holding step portions 361 to 364. It is fixed.

偏光回転素子保持段差部325から328は、レンズ保持段差部361から364の上方に設けられる段差であって、スペーサ窓部321から324の開口よりも大きい開口からなる段差を含む。言い換えると、偏光回転素子保持段差部325から328は、スペーサ窓部321から324の外周に設けられた段差である。ここでは、偏光回転素子保持段差部325から328の外形は、偏光回転素子51から54の外形より少し大きい相似形状である。また、その偏光回転素子51から54の外形は、スペーサ窓部321から324の開口の直径よりも大きい。そのため、偏光回転素子51から54は、スペーサ窓部321から324の開口に落下することなく偏光回転素子保持段差部325から328に保持されるとともに、偏光回転素子51から54の配置が規制される。 The polarization rotating element holding step portions 325 to 328 are steps provided above the lens holding step portions 361 to 364, and include a step formed by an opening larger than the openings of the spacer window portions 321 to 324. In other words, the polarization rotating element holding step portions 325 to 328 are steps provided on the outer periphery of the spacer window portions 321 to 324. Here, the outer shape of the polarization rotating element holding step portions 325 to 328 has a similar shape slightly larger than the outer shape of the polarizing rotating elements 51 to 54. Further, the outer shape of the polarization rotating elements 51 to 54 is larger than the diameter of the opening of the spacer window portions 321 to 324. Therefore, the polarization rotating elements 51 to 54 are held by the polarization rotating element holding step portions 325 to 328 without falling into the openings of the spacer window portions 321 to 324, and the arrangement of the polarization rotating elements 51 to 54 is restricted. ..

レンズ保持段差部361から364に対する偏光回転素子保持段差部325から328の高さ方向の位置は、レンズ保持段差部361から364に固定されたレンズ41から44の頂部よりも高い位置にある。言い換えると、偏光回転素子51から54は、偏光回転素子保持段差部325から328によって、レンズ41から44の上部に保持される。このような構成により、レンズ保持段差部361から364に固定されるレンズ41から44と、偏光回転素子保持段差部325から328に保持される偏光回転素子51から54とを、互いに干渉しないように配置できる。 The position of the polarization rotating element holding step portions 325 to 328 with respect to the lens holding step portions 361 to 364 in the height direction is higher than the tops of the lenses 41 to 44 fixed to the lens holding step portions 361 to 364. In other words, the polarizing rotating elements 51 to 54 are held above the lenses 41 to 44 by the polarizing rotating element holding step portions 325 to 328. With such a configuration, the lenses 41 to 44 fixed to the lens holding step portions 361 to 364 and the polarizing rotating elements 51 to 54 held by the polarizing rotating element holding step portions 325 to 328 do not interfere with each other. Can be placed.

スペーサ320の上面に対する偏光回転素子保持段差部325から328の高さ方向の位置は、偏光回転素子51から54の位置が規制できれば、偏光回転素子51から54の厚みとの関係に制限はない。ただし、偏光回転素子保持段差部325から328が、スペーサ320の上面から偏光回転素子51から54の厚みよりも低い位置にあることが好ましい。この場合、偏光回転素子保持段差部325から328に保持された偏光回転素子51から54が、スペーサ320の上面よりも上方に突出しないため、偏光回転素子51から54の破損を抑制できる。 The position of the polarization rotating element holding step portions 325 to 328 with respect to the upper surface of the spacer 320 in the height direction is not limited in relation to the thickness of the polarization rotating elements 51 to 54 as long as the positions of the polarizing rotating elements 51 to 54 can be regulated. However, it is preferable that the polarization rotating element holding step portions 325 to 328 are located at a position lower than the thickness of the polarization rotating elements 51 to 54 from the upper surface of the spacer 320. In this case, since the polarization rotating elements 51 to 54 held by the polarization rotating element holding step portions 325 to 328 do not protrude upward from the upper surface of the spacer 320, damage to the polarization rotating elements 51 to 54 can be suppressed.

偏光回転素子51から54は、実施の形態1と同様に、偏光変換部を構成する。偏光変換部は、半導体レーザ素子101から104とレンズ41から44により平行化されたレーザ光171から174のうち少なくとも一部のレーザ光の偏光方向を回転させ、レーザ光171から174の偏光方向が一方向に揃わないように乱す。実施の形態2における偏光回転素子51、53は、レーザ光171から174のうち一部のレーザ光171、173の偏光方向を左回転の円偏光に変換させる。また偏光回転素子52、54は、レーザ光172、174の偏光方向を右回転の円偏光に変換させる。言い換えると、偏光回転素子51から54は、レーザ光171から174を出射する半導体レーザ素子101から104に対応して選択的に配置される。 The polarization rotating elements 51 to 54 form a polarization conversion unit as in the first embodiment. The polarization conversion unit rotates the polarization direction of at least a part of the laser light 171 to 174 parallelized by the semiconductor laser elements 101 to 104 and the lenses 41 to 44, and the polarization direction of the laser light 171 to 174 is changed. Disturb so that they are not aligned in one direction. The polarized light rotating elements 51 and 53 in the second embodiment convert the polarization directions of some of the laser beams 171 to 174 of the laser beams 171 to 174 into counterclockwise circular polarization. Further, the polarized light rotating elements 52 and 54 convert the polarization direction of the laser beams 172 and 174 into right-handed circular polarization. In other words, the polarization rotating elements 51 to 54 are selectively arranged corresponding to the semiconductor laser elements 101 to 104 that emit the laser light 171 to 174.

半導体レーザ素子101から104を出射したレーザ光171から174は、レンズ41から44によりz軸方向に平行なレーザ光171から174に変換される。そして、平行化されたレーザ光171から174が、偏光回転素子51から54の全領域に均一に入射する。偏光の回転は、偏光回転素子51から54を透過する際の光路長により決定される。光路長が適正でない場合、偏光の回転が不十分な成分が発生する。例えば、偏光回転素子の面に対して斜めに傾いた光線が、偏光回転素子に入射した場合、偏光回転素子を透過するレーザ光の光路長が長くなるため、偏光の回転が不十分な成分が発生する。実施の形態2によれば、偏光回転素子51から54の入射前にレーザ光171から174が平行化されているので、全領域均一に偏光が回転する。 The laser beams 171 to 174 emitted from the semiconductor laser element 101 to 104 are converted into laser beams 171 to 174 parallel to the z-axis direction by the lenses 41 to 44. Then, the parallelized laser beams 171 to 174 are uniformly incident on the entire region of the polarization rotating elements 51 to 54. The rotation of polarized light is determined by the optical path length when passing through the polarized light rotating elements 51 to 54. If the optical path length is not appropriate, a component with insufficient rotation of polarized light is generated. For example, when a light beam inclined obliquely with respect to the surface of the polarized light rotating element is incident on the polarized light rotating element, the optical path length of the laser beam transmitted through the polarized light rotating element becomes long, so that a component having insufficient polarization rotation is contained. appear. According to the second embodiment, since the laser beams 171 to 174 are parallelized before the polarization rotating elements 51 to 54 are incident, the polarized light rotates uniformly in the entire region.

半導体レーザ素子101、103から出射されたレーザ光171、173のy軸方向の直線偏光は、偏光回転素子51、53によって、左回転の円偏光191、193に変換される。一方で、半導体レーザ素子102、104から出射されたレーザ光172、174のy軸方向の直線偏光は、偏光回転素子52、54によって、右回転の円偏光192、194に変換される。その結果、レーザ光源装置100からは、左回転の円偏光191、193のレーザ光171、173と、右回転の円偏光192、194のレーザ光172、174とが出射される。つまり、レーザ光171から174は、時間的に偏光方向が変わる。また、円偏光191、193は、円偏光192、194に対して偏光の回転方向が異なる。レーザ光171から174は、同じ断面形状(ビームプロファイル)を有しながらも、偏光方向が一方向に揃わないレーザ光が出射される。 The linearly polarized light in the y-axis direction of the laser beams 171 and 173 emitted from the semiconductor laser elements 101 and 103 is converted into left-handed circularly polarized light 191 and 193 by the polarization rotating elements 51 and 53. On the other hand, the linearly polarized light in the y-axis direction of the laser beams 172 and 174 emitted from the semiconductor laser elements 102 and 104 is converted into right-handed circularly polarized light 192 and 194 by the polarization rotating elements 52 and 54. As a result, the left-handed circularly polarized 191 and 193 laser beams 171 and 173 and the right-handed circularly polarized 192 and 194 laser beams 172 and 174 are emitted from the laser light source device 100. That is, the polarization directions of the laser beams 171 to 174 change with time. Further, the circularly polarized light 191 and 193 have different polarization rotation directions from the circularly polarized light 192 and 194. The laser beams 171 to 174 emit laser beams having the same cross-sectional shape (beam profile) but whose polarization directions are not aligned in one direction.

このように、レーザ光源装置100は、偏光回転素子52から54により、複数のレーザ光171から174のうち一部のレーザ光171から174の偏光方向を回転させることにより、偏光方向が異なる2種類のレーザ光171から174を出射する。このようなレーザ光171から174は、干渉縞やスペックルの発生を低減する。 As described above, the laser light source device 100 has two types in which the polarization directions are different by rotating the polarization directions of some of the laser beams 171 to 174 out of the plurality of laser beams 171 to 174 by the polarization rotating elements 52 to 54. The laser beam 171 to 174 of the above is emitted. Such laser beams 171 to 174 reduce the occurrence of interference fringes and speckles.

スペーサ窓部321から324の外形は、レンズ41から44の配置を規制できれば、矩形などの他の形状であってもよい。また、スペーサ窓部321から324の開口の直径は、レンズ41から44の直径よりも十分に大きくてもよい。そのような構成の場合、図21に示されるように、半導体レーザ素子の発光中心(図示せず)とレンズ41、44とを、スペーサ窓部321、324の中心軸141、144に一致するよう調整できる。 The outer shape of the spacer window portions 321 to 324 may have other shapes such as a rectangle as long as the arrangement of the lenses 41 to 44 can be regulated. Further, the diameter of the opening of the spacer window portions 321 to 324 may be sufficiently larger than the diameter of the lenses 41 to 44. In such a configuration, as shown in FIG. 21, the light emitting center (not shown) of the semiconductor laser element and the lenses 41 and 44 are aligned with the central axes 141 and 144 of the spacer windows 321 and 324. Can be adjusted.

また、レンズ保持段差部361から364を構成する開口の外形は、レーザ光171から174の断面形状に合わせた矩形や楕円形状であってもよい。 Further, the outer shape of the opening forming the lens holding step portions 361 to 364 may be a rectangular shape or an elliptical shape matching the cross-sectional shape of the laser beams 171 to 174.

偏光回転素子51から54の外形は、偏光回転素子51から54がスペーサ窓部321から324に落ちない形状であれば、レンズ保持段差部361から364の開口と同様に、偏光回転素子51から54の外形も、レーザ光72、74の断面形状に合わせた矩形や楕円であってもよい。このような構造は、偏光回転素子51から54の大きさを最小限にすることを可能とし、コストの低減を実現する。 As long as the polarization rotating elements 51 to 54 do not fall into the spacer window portions 321 to 324, the outer shape of the polarization rotating elements 51 to 54 is the same as the opening of the lens holding step portions 361 to 364. The outer shape of the lens may also be a rectangle or an ellipse that matches the cross-sectional shape of the laser beams 72 and 74. Such a structure makes it possible to minimize the size of the polarizing rotating elements 51 to 54, and realizes cost reduction.

以上をまとめると、実施の形態2におけるレーザ光源装置100は、複数のレンズ41から44を含む。複数のレンズ41から44は、複数の半導体レーザ素子101から104のそれぞれに対応して設けられ、複数のレーザ光171から174を平行光に変換する。また、実施の形態2におけるレーザ光源装置100は、実施の形態1におけるスペーサ20に代えて、スペーサ320を含む。スペーサ320は、複数の半導体レーザ素子101から104の上方を覆うように設けられる。スペーサ320は、スペーサ窓部321から324と、レンズ保持段差部361から364と、偏光回転素子保持段差部325から328と、を含む。スペーサ窓部321から324は、複数のレーザ光171から174の各々が通過する開口を含む。レンズ保持段差部361から364は、スペーサ窓部321から324の開口の内側に、その開口よりも小さな開口が設けられることによって形成される段差を含む。レンズ保持段差部361から364は、その段差にレンズ41から44を保持する。また、偏光回転素子保持段差部325から328は、レンズ保持段差部361から364の上方に設けられる段差であって、スペーサ窓部321から324の開口よりも大きい開口からなる段差を含む。上方とは、複数のレーザ光171から174が進行する方向に対応する。偏光回転素子保持段差部325から328は、偏光回転素子51から54を、複数のレンズ41から44のうち偏光回転素子51から54に対応するレンズ41から44の上部に保持する。 Summarizing the above, the laser light source device 100 according to the second embodiment includes a plurality of lenses 41 to 44. The plurality of lenses 41 to 44 are provided corresponding to each of the plurality of semiconductor laser elements 101 to 104, and convert the plurality of laser beams 171 to 174 into parallel light. Further, the laser light source device 100 according to the second embodiment includes a spacer 320 instead of the spacer 20 according to the first embodiment. The spacer 320 is provided so as to cover the upper part of the plurality of semiconductor laser elements 101 to 104. The spacer 320 includes spacer window portions 321 to 324, lens holding step portions 361 to 364, and polarizing rotating element holding step portions 325 to 328. The spacer windows 321 to 324 include openings through which each of the plurality of laser beams 171 to 174 passes. The lens holding step portions 361 to 364 include a step formed by providing an opening smaller than the opening inside the opening of the spacer window portions 321 to 324. The lens holding step portions 361 to 364 hold the lenses 41 to 44 in the step. Further, the polarization rotating element holding step portions 325 to 328 are steps provided above the lens holding step portions 361 to 364, and include a step formed by an opening larger than the openings of the spacer window portions 321 to 324. The upper direction corresponds to the direction in which the plurality of laser beams 171 to 174 travel. The polarization rotating element holding step portions 325 to 328 hold the polarization rotating elements 51 to 54 on the upper part of the lenses 41 to 44 corresponding to the polarization rotating elements 51 to 54 among the plurality of lenses 41 to 44.

このようなレーザ光源装置100においては、平行化されたレーザ光171から174が、偏光回転素子51から54の全領域に均一に入射する。偏光回転素子51から54の入射前にレーザ光171から174が平行化されているので、全領域均一に偏光が回転する。 In such a laser light source device 100, the parallelized laser beams 171 to 174 are uniformly incident on the entire region of the polarizing rotating elements 51 to 54. Since the laser beams 171 to 174 are parallelized before the polarization rotating elements 51 to 54 are incident, the polarized light rotates uniformly in the entire region.

(実施の形態2の変形例)
実施の形態2の変形例におけるレーザ光源装置は、スペーサおよび偏光回転素子の構成が、実施の形態2におけるレーザ光源装置100のそれらとは異なる。
(Modified Example of Embodiment 2)
The laser light source device in the modified example of the second embodiment has different configurations of the spacer and the polarizing rotating element from those of the laser light source device 100 in the second embodiment.

図22は、実施の形態2の変形例におけるレーザ光源装置のスペーサ420および偏光回転素子151から154の構成を示す図である。偏光回転素子151から154の外形は、平行四辺形を有する。スペーサ420の偏光回転素子保持段差部425から428の外形は、偏光回転素子151から154の外形より少し大きい相似形状である平行四辺形を有する。 FIG. 22 is a diagram showing the configuration of the spacer 420 of the laser light source device and the polarization rotating elements 151 to 154 in the modified example of the second embodiment. The outer shape of the polarized rotating elements 151 to 154 has a parallelogram. The outer shape of the polarization rotating element holding step portions 425 to 428 of the spacer 420 has a parallelogram having a similar shape slightly larger than the outer shape of the polarization rotating elements 151 to 154.

偏光回転素子151から154の表裏が反転した場合、偏光回転素子151から154は、偏光回転素子保持段差部425から428に嵌合しない。そのため、偏光回転素子151から154の設置方向が限定される。 When the front and back sides of the polarization rotating elements 151 to 154 are reversed, the polarization rotating elements 151 to 154 do not fit into the polarization rotating element holding step portions 425 to 428. Therefore, the installation directions of the polarizing rotating elements 151 to 154 are limited.

なお、偏光回転素子151から154の作製方法は、実施の形態1の変形例の図15の説明と同様であり、ここでは詳述を省略する。 The method of manufacturing the polarized rotation rotating elements 151 to 154 is the same as the description of FIG. 15 of the modified example of the first embodiment, and details thereof will be omitted here.

このような構成を有するレーザ光源装置であっても、実施の形態2と同様の効果が得られる。さらに、偏光回転素子151から154の設置方向および設置位置が限定されるため、レーザ光源装置の組立工程における作業性が向上する。 Even with a laser light source device having such a configuration, the same effect as that of the second embodiment can be obtained. Further, since the installation directions and installation positions of the polarizing rotation elements 151 to 154 are limited, the workability in the assembly process of the laser light source device is improved.

以上の実施の形態1あるいは2および各変形例においては、x軸方向に2個およびy軸方向に2個(2×2)の半導体レーザ素子が配列されたレーザ光源装置を一例として示した。しかし、レーザ光源装置が含む半導体レーザ素子の搭載個数は、それに限定されるものではない。レーザ光源装置は、x軸方向およびy軸方向に搭載個数を増加させた複数の半導体レーザ素子を含んでもよい。そのような構成により、高出力のレーザ光源装置が実現できる。また、半導体レーザ素子の配列は、2×4、4×4のような2次元アレイであってもよいし、1×4のような1次元アレイであってもよい。 In the above-described first or second embodiment and each modification, a laser light source device in which two semiconductor laser elements are arranged in the x-axis direction and two (2 × 2) semiconductor laser elements are arranged in the y-axis direction is shown as an example. However, the number of semiconductor laser elements mounted on the laser light source device is not limited to that. The laser light source device may include a plurality of semiconductor laser elements whose number is increased in the x-axis direction and the y-axis direction. With such a configuration, a high-power laser light source device can be realized. Further, the arrangement of the semiconductor laser elements may be a two-dimensional array such as 2 × 4, 4 × 4, or a one-dimensional array such as 1 × 4.

また、隣り合う行もしくは列の半導体レーザ素子の配列ピッチが、互いに半ピッチずれた関係にある場合、最密の配列が可能となる。このような構成は、集光レンズの有効径を縮小化させ、投射型表示装置の小型化、低コスト化に寄与する。 Further, when the arrangement pitches of the semiconductor laser elements in adjacent rows or columns are offset by half a pitch from each other, the closest arrangement is possible. Such a configuration reduces the effective diameter of the condenser lens, and contributes to miniaturization and cost reduction of the projection type display device.

また、半導体レーザ素子の各々が異なる波長のレーザを発振する場合、レーザ光源装置は、さらに干渉およびスペックルの発生を低減することができる。例えば、半導体レーザ素子101、102が、波長638nmの赤色のレーザを発振し、半導体レーザ素子103、104が波長642nmの赤色のレーザを発振する場合、レーザ光源装置は、上記の偏光の回転方向に関してだけでなく、波長に関しても特性が異なる4種類のレーザ光を出射することが可能となる。 Further, when each of the semiconductor laser elements oscillates a laser having a different wavelength, the laser light source device can further reduce the occurrence of interference and speckle. For example, when the semiconductor laser elements 101 and 102 oscillate a red laser having a wavelength of 638 nm and the semiconductor laser elements 103 and 104 oscillate a red laser having a wavelength of 642 nm, the laser light source device determines the above-mentioned polarization rotation direction. Not only that, it is possible to emit four types of laser beams having different characteristics with respect to wavelength.

<実施の形態3>
実施の形態3におけるレーザ光源装置を説明する。図23は、実施の形態3のレーザ光源装置500の構成およびレーザ光源装置500から出射されるレーザ光571から576を示す斜視図である。図24は実施の形態3におけるスペーサ520および偏光回転素子551から556の構成を示す図である。
<Embodiment 3>
The laser light source device according to the third embodiment will be described. FIG. 23 is a perspective view showing the configuration of the laser light source device 500 of the third embodiment and the laser beams 571 to 576 emitted from the laser light source device 500. FIG. 24 is a diagram showing the configuration of the spacer 520 and the polarization rotating elements 551 to 556 in the third embodiment.

ベース530には6個の半導体レーザ素子が配置されている(図示せず)。それぞれの半導体レーザ素子からは、スペーサ520に保持されたレンズ541から546と偏光回転素子551から556とを介して、レーザ光571から576が出射される。 Six semiconductor laser elements are arranged on the base 530 (not shown). From each semiconductor laser element, laser light 571 to 576 is emitted via the lenses 541 to 546 held by the spacer 520 and the polarization rotating elements 551 to 556.

複数の半導体レーザ素子は、選択的に異なる色のレーザ光を出射するように構成されている。レーザ光571、572は445〜475nmの青色レーザであり、レーザ光573、574は520〜550nmの緑色レーザであり、レーザ光575、576は630〜660nmの赤色レーザである。 The plurality of semiconductor laser elements are configured to selectively emit laser beams of different colors. The laser beams 571 and 572 are blue lasers of 445 to 475 nm, the laser beams 573 and 574 are green lasers of 520 to 550 nm, and the laser beams 575 and 576 are red lasers of 630 to 660 nm.

いずれの半導体レーザにおいても、半導体レーザチップの活性層の水平方向がy軸方向に配置されており、レーザ光はy軸方向に振動する直線偏光を有する。 In any of the semiconductor lasers, the horizontal direction of the active layer of the semiconductor laser chip is arranged in the y-axis direction, and the laser beam has linearly polarized light that vibrates in the y-axis direction.

半導体レーザ素子から出射された青色のレーザ光571は、レンズ541により平行光に変換される。さらにその平行光は偏光回転素子551を透過して、左回転の円偏光591を有する青色のレーザ光571がz軸方向に出射する。青色のレーザ光572は、レンズ542により平行光に変換される。さらにその平行光は偏光回転素子552を透過して、右回転の円偏光592を有する青色のレーザ光572がz軸方向に出射する。同様に左回転の円偏光593を有する緑色のレーザ光573と、右回転の円偏光594を有する緑色のレーザ光574とがz軸方向に出射する。また同様に左回転の円偏光595を有する赤色のレーザ光575と、右回転の円偏光596を有する赤色のレーザ光576とがz軸方向に出射する。 The blue laser light 571 emitted from the semiconductor laser element is converted into parallel light by the lens 541. Further, the parallel light is transmitted through the polarized light rotating element 551, and a blue laser beam 571 having a left-handed circularly polarized light 591 is emitted in the z-axis direction. The blue laser light 572 is converted into parallel light by the lens 542. Further, the parallel light is transmitted through the polarized light rotating element 552, and a blue laser beam 572 having a right-handed circularly polarized light 592 is emitted in the z-axis direction. Similarly, a green laser beam 573 having a left-handed circular polarization 593 and a green laser light 574 having a right-handed circular polarization 594 are emitted in the z-axis direction. Similarly, a red laser beam 575 having a left-handed circular polarization 595 and a red laser light 576 having a right-handed circular polarization 596 are emitted in the z-axis direction.

なお半導体レーザは活性層を構成する原子配列により、x軸方向の直線偏光を出射する場合があり、実施の形態3の例に限らず左回転の偏光回転素子と右回転の偏光回転素子の配置箇所は適宜選択される。 Note that the semiconductor laser may emit linearly polarized light in the x-axis direction depending on the atomic arrangement constituting the active layer, and the arrangement of the left-handed polarized light rotating element and the right-handed polarized light rotating element is not limited to the example of the third embodiment. The location is appropriately selected.

偏光回転素子が、位相差板である場合、位相差ΔΦ、位相差板の厚みd、波長λ、速軸50Aおよび遅軸50Bの屈折率差Δnは、以下の式(1)を満たす。 When the polarizing rotating element is a retardation plate, the retardation ΔΦ, the thickness d of the retardation plate, the wavelength λ, and the refractive index difference Δn of the fast axis 50A and the slow axis 50B satisfy the following equation (1).

Figure 2020080220
Figure 2020080220

レーザ光の波長λに応じて、位相差板の厚みd、あるいは、屈折率差Δnが異なる仕様の位相差板が必要となる。また、位相差板の光損失を低減するために無反射コート膜の仕様も、波長λに応じて最適値が異なる。よって、レーザ光の色によって、偏光回転素子551から556の仕様は異なる。実施の形態3においては、偏光回転素子551、552は青色用の偏光回転素子であり、偏光回転素子553、554は緑色用の偏光回転素子であり、偏光回転素子555、556は赤色用の偏光回転素子である。 A retardation plate having specifications in which the thickness d of the retardation plate or the refractive index difference Δn differs depending on the wavelength λ of the laser beam is required. Further, the specifications of the non-reflective coating film for reducing the light loss of the retardation plate also differ in the optimum value depending on the wavelength λ. Therefore, the specifications of the polarizing rotating elements 551 to 556 differ depending on the color of the laser beam. In the third embodiment, the polarized rotating elements 551 and 552 are polarized rotating elements for blue, the polarized rotating elements 555 and 554 are polarized rotating elements for green, and the polarized rotating elements 555 and 556 are polarized light for red. It is a rotating element.

偏光回転素子551から556は平行四辺形をなす外形の角度がそれぞれ異なる。偏光回転素子551、552の角度はα1、偏光回転素子553、554の角度はα2、偏光回転素子554、555の角度はα3である。実施の形態3においては、偏光回転素子551として左回転の円偏光素子が、偏光回転素子552として右回転の円偏光素子がそれぞれ必要である。ここでは、1種類の円偏光素子を90°回転することにより、その円偏光素子を左回転および右回転の2つの円偏光素子として使い分けることが可能である。スペーサ520に形成された偏光回転素子保持段差部561、562の外形は、角度α1の平行四辺形をなす偏光回転素子551、552の外形より大きい相似の形状である。また偏光回転素子保持段差部561、562は90°回転した関係に形成されている。そのため、偏光回転素子551および552は、それぞれ偏光回転素子保持段差部561および562に嵌合して保持される。角度α2の平行四辺形をなす偏光回転素子553、554の外形と、偏光回転素子保持段差部563、564の外形との関係も同様である。さらに、角度α3をなす偏光回転素子555、556の外形と、偏光回転素子保持段差部565、566の外形との関係も同様である。 The polarization rotating elements 551 to 556 have different outer angles forming parallelograms. The angles of the polarization rotating elements 551 and 552 are α1, the angles of the polarization rotating elements 555 and 554 are α2, and the angles of the polarization rotating elements 554 and 555 are α3. In the third embodiment, a left-handed circularly polarized light element is required as the polarized light-rotating element 551, and a right-handed circularly polarized lighting element is required as the polarized light-rotating element 552. Here, by rotating one type of circularly polarized light element by 90 °, it is possible to use the circularly polarized light element properly as two circularly polarized light elements, one for left rotation and the other for right rotation. The outer shape of the polarization rotating element holding step portions 561 and 562 formed on the spacer 520 is a shape similar to the outer shape of the polarization rotating elements 551 and 552 forming a parallelogram at an angle α1. Further, the polarization rotating element holding step portions 561 and 562 are formed in a relationship of being rotated by 90 °. Therefore, the polarization rotating elements 551 and 552 are fitted and held in the polarization rotating element holding step portions 561 and 562, respectively. The same applies to the relationship between the outer shape of the polarizing rotating elements 535 and 554 forming a parallelogram at an angle α2 and the outer shape of the polarizing rotating element holding step portions 563 and 564. Further, the relationship between the outer shape of the polarized light rotating element 555 and 556 forming the angle α3 and the outer shape of the polarized light rotating element holding step portion 565 and 566 is also the same.

角度α1をなす平行四辺形の偏光回転素子551、552は、角度α2をなす平行四辺形の偏光回転素子保持段差部563、564や、角度α3をなす平行四辺形の偏光回転素子保持段差部565、566に嵌合できない。また、偏光回転素子551は、偏光回転素子552の外形が90°回転した形状を有するため、偏光回転素子保持段差部562には嵌合できない。言い換えると、青色用の偏光回転素子551は、偏光回転素子保持段差部561に限定して配置され、偏光回転素子552は偏光回転素子保持段差部562に限定して配置される。同様に角度α2をなす平行四辺形の緑色用の偏光回転素子553は、偏光回転素子保持段差部563に、偏光回転素子554は偏光回転素子保持段差部564に限定して配置される。また、角度α3をなす平行四辺形の赤色用の偏光回転素子555は、偏光回転素子保持段差部565に、偏光回転素子556は偏光回転素子保持段差部566に限定して配置される。 The parallelogram polarization rotating elements 551 and 552 forming an angle α1 include a parallelogram polarization rotating element holding step portion 563 and 564 forming an angle α2 and a parallelogram polarization rotating element holding step portion 565 forming an angle α3. Cannot fit into 566. Further, since the polarization rotating element 551 has a shape in which the outer shape of the polarization rotating element 552 is rotated by 90 °, it cannot be fitted to the polarization rotating element holding step portion 562. In other words, the polarized light rotating element 551 for blue is arranged only in the polarized light rotating element holding step portion 561, and the polarized light rotating element 552 is arranged limited to the polarized light rotating element holding step portion 562. Similarly, the parallelogram-shaped polarization rotating element 553 for green having an angle α2 is arranged only in the polarization rotating element holding step portion 563, and the polarization rotating element 554 is arranged only in the polarization rotating element holding step portion 564. Further, the polarization rotating element 555 for red, which is a parallelogram having an angle α3, is arranged only in the polarization rotating element holding step portion 565, and the polarization rotating element 556 is arranged only in the polarization rotating element holding step portion 566.

このように、レーザの色に応じて仕様が異なる偏光回転素子の平行四辺形の角度αを変えることにより、レーザの色光と偏光回転素子の組合せを間違えることなく構成できる。 In this way, by changing the angle α of the parallelogram of the polarizing rotating element having different specifications according to the color of the laser, it is possible to configure the combination of the colored light of the laser and the polarized rotating element without making a mistake.

また、左回転用の偏光回転素子551は、その表裏を反転することにより、右回転用の偏光回転素子552として使用することも可能であり、そのような偏光回転素子の構成に応じて、偏光回転素子保持段差部561、562の形状を形成すればよい。 Further, the polarized rotating element 551 for left rotation can be used as a polarized rotating element 552 for right rotation by inverting the front and back sides thereof, and depending on the configuration of such a polarized rotating element, polarization is performed. The shapes of the rotating element holding step portions 561 and 562 may be formed.

以上のように構成されるレーザ光源装置500は、青、緑、赤の3色のレーザ光によりカラー映像に適した光源を提供する。偏光回転素子がレーザの色に応じて最適設計されているため、レーザ光源装置500は、低損失で、かつ、不要な偏光成分を含まないレーザ光を生成する。偏光の回転方向がそれぞれ異なる複数のレーザ光は、干渉縞やスペックルの発生を低減する。 The laser light source device 500 configured as described above provides a light source suitable for a color image by laser light of three colors of blue, green, and red. Since the polarization rotating element is optimally designed according to the color of the laser, the laser light source device 500 generates a laser beam having low loss and containing no unnecessary polarization component. A plurality of laser beams having different directions of rotation of polarized light reduce the occurrence of interference fringes and speckles.

半導体レーザ素子は、可視光に限らず、用途に応じて、紫外レーザや赤外レーザを適用してもよい。 The semiconductor laser element is not limited to visible light, and an ultraviolet laser or an infrared laser may be applied depending on the application.

実施の形態3においては、半導体レーザ素子側からレンズ、偏光回転素子551から556の順に構成されたレーザ光源装置500を一例として示したが、偏光回転素子、レンズの順に構成されるレーザ光源装置であっても上記と同様の効果を奏する。 In the third embodiment, the laser light source device 500 configured in the order of the lens and the polarized light rotating elements 551 to 556 from the semiconductor laser element side is shown as an example, but the laser light source device configured in the order of the polarized light rotating element and the lens is used. Even if there is, the same effect as above is obtained.

<実施の形態4>
実施の形態4におけるレーザ光源装置を説明する。図25は実施の形態4におけるレーザ光源装置600の構成およびレーザ光源装置600から出射されるレーザ光671から674を示す斜視図である。図26は実施の形態4におけるレーザ光源装置600の構成を示す分解斜視図である。
<Embodiment 4>
The laser light source device according to the fourth embodiment will be described. FIG. 25 is a perspective view showing the configuration of the laser light source device 600 according to the fourth embodiment and the laser beams 671 to 674 emitted from the laser light source device 600. FIG. 26 is an exploded perspective view showing the configuration of the laser light source device 600 according to the fourth embodiment.

レーザ光源装置600は、4×4のマトリクス状に配列された半導体レーザ素子(図示せず)、1枚のレンズアレイ660、4枚の偏光回転素子651から654を含む。4×4の半導体レーザ素子はベース630上に配置されている。それぞれの半導体レーザチップの活性層の水平方向はy軸方向に配置され、y軸方向の直線偏光のレーザ光が出射される。 The laser light source device 600 includes semiconductor laser elements (not shown) arranged in a 4 × 4 matrix, one lens array 660, and four polarization rotating elements 651 to 654. The 4x4 semiconductor laser device is arranged on the base 630. The horizontal direction of the active layer of each semiconductor laser chip is arranged in the y-axis direction, and linearly polarized laser light in the y-axis direction is emitted.

レンズアレイ660は、4×4に配列された単レンズが一体化されたレンズである。16個の単レンズは、それぞれ、16個の半導体レーザ素子に対応して配置されている。16個の半導体レーザ素子および1枚のレンズアレイ660により、16本の平行化されたレーザ光がz軸方向に出射される。なお、図25において、16本のレーザ光うち、一部のレーザ光の図示は省略している。 The lens array 660 is a lens in which single lenses arranged in 4 × 4 are integrated. Each of the 16 single lenses is arranged corresponding to 16 semiconductor laser elements. The 16 semiconductor laser elements and one lens array 660 emit 16 parallelized laser beams in the z-axis direction. In FIG. 25, some of the 16 laser beams are not shown.

偏光回転素子651から654は、長尺の平行四辺形を有し、x方向に一列状に配置された4つの半導体レーザ素子から出射される4つのレーザ光を円偏光に変換する。ここでは、偏光回転素子651、653は、レーザ光671、673を左回転の円偏光691、693に変換する。偏光回転素子652、654は、レーザ光672、674を右回転の円偏光692、694に変換する。 The polarization rotating elements 651 to 654 have a long parallelogram and convert four laser beams emitted from four semiconductor laser elements arranged in a row in the x direction into circular polarization. Here, the polarization rotating elements 651 and 653 convert the laser beams 671 and 673 into left-handed circularly polarized light 691 and 693. The polarization rotating elements 652 and 654 convert the laser beams 672 and 674 into right-handed circularly polarized light 692 and 694.

x方向を行方向、y方向を列方向と定義すると、一の行には、左回転用の偏光回転素子651が配置されている。偏光回転素子651は、レーザ光671を左回転の円偏光691に変換する。その偏光回転素子651が設けられている行と隣接する行には、右回転用の偏光回転素子652が設けられている。偏光回転素子652は、レーザ光672を右回転の円偏光692に変換する。その偏光回転素子652が設けられている行と隣接する行には、左回転用の偏光回転素子653が配置されている。偏光回転素子653は、レーザ光673を左回転の円偏光693に変換する。さらに、その偏光回転素子653が設けられている行と隣接する行には、右回転用の偏光回転素子654が配置されている。偏光回転素子654は、レーザ光674を右回転の円偏光694に変換する。このように、レーザ光681および683を含む行のレーザ光と、レーザ光672および674を含む行のレーザ光は、偏光の回転方向が異なる。つまり、レーザ光源装置600からは、2種類の偏光のレーザ光が出射される。 If the x direction is defined as the row direction and the y direction is defined as the column direction, the polarization rotating element 651 for left rotation is arranged in one row. The polarization rotating element 651 converts the laser beam 671 into a left-handed circularly polarized light 691. A polarization rotating element 652 for clockwise rotation is provided in a row adjacent to the row in which the polarization rotating element 651 is provided. The polarization rotating element 652 converts the laser beam 672 into a clockwise rotating circularly polarized light 692. A polarization rotating element 653 for left rotation is arranged in a row adjacent to the row in which the polarization rotating element 652 is provided. The polarization rotating element 653 converts the laser beam 673 into a left-handed circularly polarized light 693. Further, a polarization rotating element 654 for right rotation is arranged in a row adjacent to the row in which the polarization rotating element 653 is provided. The polarization rotating element 654 converts the laser beam 674 into a clockwise rotating circularly polarized light 694. As described above, the laser beam in the row containing the laser beams 681 and 683 and the laser beam in the row containing the laser beams 672 and 674 have different polarization rotation directions. That is, two types of polarized laser light are emitted from the laser light source device 600.

スペーサ620は、偏光回転素子保持段差部661A、661Bを含む。偏光回転素子651の形状は、角度αをなす平行四辺形であり、偏光回転素子保持段差部661A、661Bの形状は、角度αをなす楔形状である。偏光回転素子651は、スペーサ620に形成された偏光回転素子保持段差部661A、661Bに嵌合して保持される。スペーサ620は、偏光回転素子保持段差部662A、662Bを含む。偏光回転素子652の形状は、角度βをなす平行四辺形であり、偏光回転素子保持段差部662A、662Bの形状は、角度βをなす楔形状である。偏光回転素子652は、スペーサ620に形成された偏光回転素子保持段差部662A、662Bに嵌合して保持される。同様に偏光回転素子651と同形状の偏光回転素子653は、スペーサ620に形成された角度αの楔形状をなす偏光回転素子保持段差部663A、663Bに嵌合して保持される。偏光回転素子652と同形状の偏光回転素子654は、スペーサ620に形成された角度βをなす偏光回転素子保持段差部664A、664Bに嵌合して保持される。このような構成により、偏光回転素子651から654は、規定された箇所へ実装される。 The spacer 620 includes the polarization rotating element holding step portions 661A and 661B. The shape of the polarizing rotating element 651 is a parallelogram forming an angle α, and the shapes of the polarizing rotating element holding step portions 661A and 661B are wedge shapes forming an angle α. The polarization rotating element 651 is fitted and held in the polarization rotating element holding step portions 661A and 661B formed on the spacer 620. The spacer 620 includes the polarization rotating element holding step portions 662A and 662B. The shape of the polarizing rotating element 652 is a parallelogram forming an angle β, and the shapes of the polarizing rotating element holding step portions 662A and 662B are wedge shapes forming an angle β. The polarization rotating element 652 is fitted and held in the polarization rotating element holding step portions 662A and 662B formed on the spacer 620. Similarly, the polarization rotating element 653 having the same shape as the polarization rotating element 651 is fitted and held in the polarization rotating element holding step portions 663A and 663B formed in the spacer 620 and having a wedge shape at an angle α. The polarization rotating element 654 having the same shape as the polarization rotating element 652 is fitted and held in the polarization rotating element holding step portions 664A and 664B formed in the spacer 620 at an angle β. With such a configuration, the polarizing rotating elements 651 to 654 are mounted at the specified locations.

実施の形態4のレーザ光源装置600は、高出力で平行度の高いビームの出射を可能にする。偏光の回転方向が異なる2種類の円偏光のレーザ光は、干渉縞やスペックルの発生を低減する。また、複数の半導体レーザ素子の配置が高密度に集積化され、隣接するレーザ光の間隔が近接している場合、それらレーザ光を平行化するための単レンズの配置が互いに干渉する。しかし、実施の形態4におけるレーザ光源装置600には複数の単レンズが一体化されたレンズアレイ660が適用されている。そのため、そのような干渉が生じず、レーザ光源装置600の小型化が可能である。同様に、隣接するレーザ光の間隔が近接している場合には、実施の形態1から3に示されるような個別の偏光回転素子をそれぞれ保持する構造が必要となる。しかし、実施の形態4におけるレーザ光源装置600は、偏光回転素子651から654の各々が、4つのレーザ光の偏光をまとめて円偏光に変換する。そのため、偏光回転素子の保持構造が簡素化され、レーザ光源装置600の小型化が可能である。 The laser light source device 600 of the fourth embodiment enables the emission of a beam having a high output and a high degree of parallelism. Two types of circularly polarized laser beams having different polarization rotation directions reduce the occurrence of interference fringes and speckles. Further, when the arrangements of the plurality of semiconductor laser elements are densely integrated and the adjacent laser beams are closely spaced, the arrangements of the single lenses for parallelizing the laser beams interfere with each other. However, a lens array 660 in which a plurality of single lenses are integrated is applied to the laser light source device 600 according to the fourth embodiment. Therefore, such interference does not occur, and the laser light source device 600 can be miniaturized. Similarly, when the adjacent laser beams are close to each other, a structure for holding individual polarizing rotating elements as shown in the first to third embodiments is required. However, in the laser light source device 600 according to the fourth embodiment, each of the polarization rotating elements 651 to 654 converts the polarized light of the four laser beams into circular polarization. Therefore, the holding structure of the polarizing rotating element is simplified, and the laser light source device 600 can be miniaturized.

また、偏光回転素子651が表裏反転しても使用可能な場合、左回転用の偏光回転素子651を表裏反転することにより、右回転用の偏光回転素子652として使用できる。その場合、スペーサ620に形成された偏光回転素子保持段差部の楔形状は、全て角度αで形成される。これにより、偏光回転素子が共通化されコスト低減につながる。 If the polarized rotation element 651 can be used even if it is turned upside down, it can be used as a polarized light rotating element 652 for right rotation by inverting the polarization rotating element 651 for left rotation. In that case, the wedge shapes of the polarization rotating element holding step portions formed on the spacer 620 are all formed at an angle α. As a result, the polarizing rotating element is standardized, which leads to cost reduction.

偏光回転素子651から654は、y方向(列方向)に長い形状であってもよい。レーザ光671から674の断面形状に合わせてレーザ光が透過できればよく、x方向(行方向)に長い形状の偏光回転素子651から654は、短辺方向をさらに短くすることが可能となり、偏光回転素子のコストの低減につながる。 The polarization rotating elements 651 to 654 may have a shape long in the y direction (column direction). It suffices if the laser beam can be transmitted according to the cross-sectional shape of the laser beam 671 to 674, and the polarization rotating elements 651 to 654 having a shape long in the x direction (row direction) can further shorten the short side direction and rotate the polarization. This leads to a reduction in the cost of the element.

以上の実施の形態におけるレーザ光源装置は、半導体レーザ素子から出射する全てのレーザ光を円偏光に変換しているが、そのような構成に限定されるものではない。一部のレーザ光に対する偏光回転素子の配置を省略して直線偏光をそのまま維持する、あるいは一部のレーザ光に対する偏光回転素子に1/2波長板を配置することで偏光が回転した直線偏光を加えるなど、円偏光に異なる偏光を加えてもよい。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。 The laser light source device according to the above embodiment converts all the laser light emitted from the semiconductor laser element into circular polarization, but is not limited to such a configuration. Linearly polarized light is obtained by omitting the arrangement of the polarized light rotating element for some laser light and maintaining the linearly polarized light as it is, or by arranging a 1/2 wave plate on the polarized light rotating element for some laser light. Different polarized light may be added to the circularly polarized light, such as adding. In the present invention, each embodiment can be freely combined, and each embodiment can be appropriately modified or omitted within the scope of the invention.

本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、全ての局面において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。 Although the present invention has been described in detail, the above description is exemplary in all aspects and the present invention is not limited thereto. It is understood that innumerable variations not illustrated can be assumed without departing from the scope of the present invention.

1 レーザ光源装置、100 レーザ光源装置、500 レーザ光源装置、600 レーザ光源装置、101〜104 半導体レーザ素子、20 スペーサ、120 スペーサ、220 スペーサ、320 スペーサ、420 スペーサ、520 スペーサ、620 スペーサ、25〜28 スペーサ段差部、125〜128 スペーサ段差部、225〜228 スペーサ段差部、361〜364 レンズ保持段差部、325〜328 偏光回転素子保持段差部、561〜565 偏光回転素子保持段差部、661A〜664A 偏光回転素子保持段差部、661B〜664B 偏光回転素子保持段差部、30 ベース、30A 上面、41〜44 レンズ、541〜546 レンズ、660 アレイレンズ、50A 速軸、50B 遅軸、51〜54 偏光回転素子、551〜556 偏光回転素子、651〜654 偏光回転素子、151〜154 偏光回転素子、251〜254 偏光回転素子、71〜74 レーザ光、171〜174 レーザ光、571〜576 レーザ光、671〜674 レーザ光、81 直線偏光、91〜94 円偏光、191〜194 円偏光、591〜596 円偏光、691〜694 円偏光。 1 Laser light source device, 100 laser light source device, 500 laser light source device, 600 laser light source device, 101-104 semiconductor laser element, 20 spacer, 120 spacer, 220 spacer, 320 spacer, 420 spacer, 520 spacer, 620 spacer, 25- 28 Spacer stepped portion, 125-128 Spacer stepped portion, 225-228 Spacer stepped portion, 361-364 Lens holding stepped portion, 325-328 Polarized rotating element holding stepped portion, 561-565 Polarized rotating element holding stepped portion, 661A to 664A Polarized rotating element holding step, 661B to 664B Polarized rotating element holding step, 30 base, 30A upper surface 41-44 lens, 541-546 lens, 660 array lens, 50A fast axis, 50B slow axis, 51-54 polarized rotation Elements, 551-556 polarized rotating elements, 651-654 polarized rotating elements, 151-154 polarized rotating elements, 251-254 polarized rotating elements, 71-74 laser light, 171-174 laser light, 571-576 laser light, 617- 674 laser light, 81 linearly polarized light, 91-94 circularly polarized light, 191-194 circularly polarized light, 591-596 circularly polarized light, 691-694 circularly polarized light.

本発明に係るレーザ光源装置は、ベースと、各々が個別にベースの上面に保持され、偏光方向が一方向に揃った複数のレーザ光を出射する複数の半導体レーザ素子と、複数のレーザ光のうち少なくとも一部のレーザ光の偏光方向を回転させることにより、複数のレーザ光の偏光方向が一方向に揃わないように乱す偏光変換部と、複数の半導体レーザ素子の上方を覆って設けられるスペーサと、を含む。偏光変換部は、複数のレーザ光の偏光を円偏光に変換する複数の偏光回転素子を含む。複数の偏光回転素子は、複数の半導体レーザ素子のうち一部のレーザ光を出射する半導体レーザ素子に対応して選択的に配置され、一部のレーザ光の偏光を左回転の円偏光に変換する第1偏光回転素子と、複数の半導体レーザ素子のうち別の一部のレーザ光を出射する別の半導体レーザ素子に対応して選択的に配置され、別の一部のレーザ光の偏光を右回転の円偏光に変換する第2偏光回転素子と、を含む。スペーサは、複数のレーザ光の各々が通過する位置に設けられる枠構造を含む。枠構造は、複数の偏光回転素子の各々を保持する。スペーサの枠構造の外形は、複数の偏光回転素子の各々の外形よりも大きい相似形状を有する。枠構造は、第1偏光回転素子を保持する第1スペーサ段差部と、第2偏光回転素子を保持する第2スペーサ段差部と、を含む。第1スペーサ段差部の外形は、第2スペーサ段差部の外形とは異なる。 The laser light source device according to the present invention includes a base, a plurality of semiconductor laser elements each individually held on the upper surface of the base, and emitting a plurality of laser beams having the same polarization direction in one direction, and a plurality of laser beams. A polarization conversion unit that disturbs the polarization directions of a plurality of laser beams so that they are not aligned in one direction by rotating the polarization directions of at least a part of the laser beams, and a spacer provided over the top of the plurality of semiconductor laser elements. And, including. The polarization conversion unit includes a plurality of polarization rotating elements that convert the polarization of a plurality of laser beams into circular polarization. The plurality of polarized light rotating elements are selectively arranged corresponding to the semiconductor laser element that emits a part of the laser light among the plurality of semiconductor laser elements, and the polarized light of the part of the laser light is converted into the circularly polarized light that rotates counterclockwise. The first polarized light rotating element and another semiconductor laser element that emits another part of the laser light among the plurality of semiconductor laser elements are selectively arranged to polarize the other part of the laser light. Includes a second polarized rotating element that converts to right-handed circularly polarized light. The spacer includes a frame structure provided at a position through which each of the plurality of laser beams passes. The frame structure holds each of the plurality of polarized rotating elements. The outer shape of the frame structure of the spacer has a similar shape larger than the outer shape of each of the plurality of polarizing rotating elements. The frame structure includes a first spacer stepped portion for holding the first polarized rotating element and a second spacer stepped portion for holding the second polarized rotating element. The outer shape of the first spacer step portion is different from the outer shape of the second spacer step portion.

以上をまとめると、本実施の形態1におけるレーザ光源装置1は、ベース30と、各々が個別にベース30の上面30Aに保持され、偏光方向が一方向に揃った複数のレーザ光を出射する複数の半導体レーザ素子101から104と、複数のレーザ光のうち少なくとも一部のレーザ光の偏光方向を回転させることにより、複数のレーザ光の偏光方向が一方向に揃わないように乱す偏光変換部と、を含む。偏光変換部は、複数のレーザ光の偏光を円偏光に変換する複数の偏光回転素子51から54を含む。複数の偏光回転素子51から54は、複数の半導体レーザ素子101から104のうち一部のレーザ光を出射する半導体レーザ素子101、103に対応して選択的に配置され、一部のレーザ光の偏光を左回転の円偏光に変換する第1偏光回転素子(偏光回転素子51、53)と、複数の半導体レーザ素子101から104のうち別の一部のレーザ光72、74を出射する別の半導体レーザ素子102、104に対応して選択的に配置され、別の一部のレーザ光72、74の偏光を右回転の円偏光に変換する第2偏光回転素子(偏光回転素子52、54)と、を含む。
Summarizing the above, the laser light source device 1 according to the first embodiment is a plurality of laser light source devices 1 that are individually held on the base 30 and the upper surface 30A of the base 30 and emit a plurality of laser beams whose polarization directions are aligned in one direction. The semiconductor laser elements 101 to 104 of the above, and a polarization conversion unit that disturbs the polarization directions of a plurality of laser beams so that they are not aligned in one direction by rotating the polarization directions of at least a part of the laser beams. ,including. The polarization conversion unit includes a plurality of polarization rotating elements 51 to 54 that convert the polarization of the plurality of laser beams into circular polarization. The plurality of polarization rotating elements 51 to 54 are selectively arranged corresponding to the semiconductor laser elements 101 and 103 that emit a part of the laser light from the plurality of semiconductor laser elements 101 to 104, and the plurality of polarized light rotating elements 51 to 54 are arranged to correspond to the semiconductor laser elements 101 and 103. A first polarized light rotating element (polarized light rotating element 51, 53 ) that converts polarized light into left-handed circularly polarized light, and another that emits a part of laser light 72, 74 among a plurality of semiconductor laser elements 101 to 104. A second polarized rotating element (polarized light rotating element 52, 54) that is selectively arranged corresponding to the semiconductor laser elements 102, 104 and converts the polarized light of another part of the laser light 72, 74 into right-handed circularly polarized light. And, including.

Claims (9)

ベースと、
各々が個別に前記ベースの上面に保持され、偏光方向が一方向に揃った複数のレーザ光を出射する複数の半導体レーザ素子と、
前記複数のレーザ光のうち少なくとも一部のレーザ光の前記偏光方向を回転させることにより、前記複数のレーザ光の前記偏光方向が前記一方向に揃わないように乱す偏光変換部と、を備え、
前記偏光変換部は、
前記複数のレーザ光の偏光を円偏光に変換する複数の偏光回転素子を含み、
前記複数の偏光回転素子は、
前記複数の半導体レーザ素子のうち一部のレーザ光を出射する半導体レーザ素子に対応して選択的に配置され、前記一部のレーザ光の偏光を左回転の円偏光に変換する第1偏光回転素子と、
前記複数の半導体レーザ素子のうち別の一部のレーザ光を出射する別の半導体レーザ素子に対応して選択的に配置され、前記別の一部のレーザ光の偏光を右回転の円偏光に変換する第2偏光回転素子と、を含む、レーザ光源装置。
With the base
A plurality of semiconductor laser elements, each of which is individually held on the upper surface of the base and emits a plurality of laser beams whose polarization directions are aligned in one direction.
A polarization conversion unit that disturbs the polarization directions of the plurality of laser beams so that they are not aligned in one direction by rotating the polarization directions of at least a part of the plurality of laser beams is provided.
The polarization conversion unit
A plurality of polarization rotating elements for converting the polarization of the plurality of laser beams into circular polarization are included.
The plurality of polarized rotating elements are
A first polarization rotation that is selectively arranged corresponding to a semiconductor laser element that emits a part of the laser light among the plurality of semiconductor laser elements and converts the polarization of the part of the laser light into a left-handed circularly polarized light. With the element
It is selectively arranged corresponding to another semiconductor laser element that emits another part of the laser light among the plurality of semiconductor laser elements, and the polarized light of the other part of the laser light is converted into right-handed circularly polarized light. A laser light source device including a second polarized rotating element to be converted.
前記複数の半導体レーザ素子の上方を覆って設けられるスペーサを、さらに備え、
前記スペーサは、前記複数のレーザ光の各々が通過する位置に枠構造を含み、
前記複数の偏光回転素子の各々は、前記枠構造に保持され、
前記複数の偏光回転素子の各々の外形は、平行四辺形を有し、
前記スペーサの前記枠構造の外形は、前記複数の偏光回転素子の各々の前記外形よりも大きい相似形状を有する、請求項1に記載のレーザ光源装置。
Further, a spacer provided so as to cover the upper part of the plurality of semiconductor laser elements is provided.
The spacer includes a frame structure at a position through which each of the plurality of laser beams passes.
Each of the plurality of polarization rotating elements is held in the frame structure.
The outer shape of each of the plurality of polarized rotating elements has a parallelogram.
The laser light source device according to claim 1, wherein the outer shape of the frame structure of the spacer has a similar shape larger than the outer shape of each of the plurality of polarizing rotating elements.
前記第1偏光回転素子あるいは前記第2偏光回転素子は、前記複数のレーザ光の各々の断面形状に応じて選択的に配置される、請求項2に記載のレーザ光源装置。 The laser light source device according to claim 2, wherein the first polarized rotating element or the second polarized rotating element is selectively arranged according to the cross-sectional shape of each of the plurality of laser beams. 前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれに対応して設けられ、前記複数のレーザ光のそれぞれを平行光に変換する複数のレンズを、さらに備え、
前記スペーサは、前記ベースに固定され、かつ、前記複数のレンズを保持する、請求項2または請求項3に記載のレーザ光源装置。
A plurality of lenses provided corresponding to each of the plurality of semiconductor laser elements and converting each of the plurality of laser beams into parallel light are further provided.
The laser light source device according to claim 2 or 3, wherein the spacer is fixed to the base and holds the plurality of lenses.
前記複数の半導体レーザ素子の上方を覆って設けられるスペーサを、さらに備え、
前記スペーサは、
前記複数のレーザ光の各々が通過するスペーサ窓部と、
前記スペーサ窓部の内周に設けられたレンズ保持段差部と、
前記スペーサ窓部の外周に設けられた偏光回転素子保持段差部と、を含み、
前記複数の偏光回転素子の各々は、前記偏光回転素子保持段差部に保持される、請求項1に記載のレーザ光源装置。
Further, a spacer provided so as to cover the upper part of the plurality of semiconductor laser elements is provided.
The spacer is
A spacer window through which each of the plurality of laser beams passes, and
The lens holding step portion provided on the inner circumference of the spacer window portion and the lens holding step portion
Includes a polarization rotating element holding step portion provided on the outer periphery of the spacer window portion.
The laser light source device according to claim 1, wherein each of the plurality of polarization rotating elements is held by the polarization rotating element holding step portion.
前記複数の偏光回転素子の各々の外形は、平行四辺形を有し、
前記偏光回転素子保持段差部の外形は、前記複数の偏光回転素子の各々の前記外形よりも大きい相似形状を有する、請求項5に記載のレーザ光源装置。
The outer shape of each of the plurality of polarized rotating elements has a parallelogram.
The laser light source device according to claim 5, wherein the outer shape of the polarized light rotating element holding step portion has a similar shape larger than the outer shape of each of the plurality of polarized rotating elements.
前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれに対応して設けられ、前記複数のレーザ光のそれぞれを平行光に変換する複数のレンズを、さらに備え、
前記スペーサは、前記ベースに固定され、
前記複数のレンズの各々は、前記レンズ保持段差部において保持され、
前記偏光回転素子保持段差部は、前記複数の偏光回転素子の各々を、前記複数のレンズの各々の上部に保持する、請求項5または請求項6に記載のレーザ光源装置。
A plurality of lenses provided corresponding to each of the plurality of semiconductor laser elements and converting each of the plurality of laser beams into parallel light are further provided.
The spacer is fixed to the base and
Each of the plurality of lenses is held at the lens holding step portion, and is held.
The laser light source device according to claim 5 or 6, wherein the polarization rotating element holding step portion holds each of the plurality of polarization rotating elements on an upper portion of each of the plurality of lenses.
前記複数の半導体レーザ素子は、選択的に異なる色の前記複数のレーザ光を出射するように構成されている、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。 The laser light source device according to any one of claims 1 to 7, wherein the plurality of semiconductor laser elements are configured to selectively emit the plurality of laser beams having different colors. 前記偏光変換部は、
前記複数の半導体レーザ素子のうち隣接する2以上の半導体レーザ素子から出射される2以上のレーザ光の偏光方向を、1つの偏光回転素子により回転させる、請求項1から請求項8のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
The polarization conversion unit
Any one of claims 1 to 8 in which the polarization directions of two or more laser beams emitted from two or more adjacent semiconductor laser elements among the plurality of semiconductor laser elements are rotated by one polarization rotating element. The laser light source device according to the section.
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