WO2020066096A1 - レーザ光源装置 - Google Patents

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WO2020066096A1
WO2020066096A1 PCT/JP2019/016663 JP2019016663W WO2020066096A1 WO 2020066096 A1 WO2020066096 A1 WO 2020066096A1 JP 2019016663 W JP2019016663 W JP 2019016663W WO 2020066096 A1 WO2020066096 A1 WO 2020066096A1
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polarization
spacer
polarization rotation
rotation element
light source
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PCT/JP2019/016663
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English (en)
French (fr)
Inventor
博 木田
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三菱電機株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0239—Combinations of electrical or optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/48—Laser speckle optics

Definitions

  • the present invention relates to a laser light source device.
  • the semiconductor laser element has low power consumption and is excellent in monochromaticity and high directivity of the beam.
  • a semiconductor laser device having such features is expected as a replacement light source for a currently widespread lamp.
  • a semiconductor laser device has been receiving attention as a light source of a projection display device such as a projector.
  • the light emitting area of the semiconductor laser element is small, and therefore, in the optical design thereof, it is possible to reduce the size of the optical element required for spatially combining beams.
  • the miniaturization of optical elements enables the miniaturization of display devices such as digital mirror devices (DMDs) and liquid crystal displays (LCDs), resulting in lower system costs. I do.
  • DMDs digital mirror devices
  • LCDs liquid crystal displays
  • the light source of the projection display device is constituted by a plurality of semiconductor laser elements.
  • the beam emitted from the semiconductor laser device is composed of waves having the same phase. With this feature, monochromaticity and high directivity of the semiconductor laser are created. On the other hand, when a plurality of waves overlap, a stripe pattern or speckles are generated due to the coherence of the waves. Speckle is a granular pattern due to the coherence of random waves appearing by the beam illuminated on the screen. Such an interference pattern becomes a problem when using a laser as a light source of a projection display device.
  • means for mixing semiconductor laser lights of a plurality of wavelengths or means for disturbing the polarization of semiconductor laser light is effective.
  • Patent Literature 1 discloses a laser light source device in which the polarization of laser light emitted from one or a plurality of light emitting points of a laser light source is rotated by 90 ° by a polarization rotating unit disposed on the optical axis. Has been proposed.
  • the laser light source device of Patent Document 1 is an array-type laser light source in which a plurality of laser beams oscillate from one semiconductor laser chip. Therefore, the gain is reduced by heat generated from the adjacent laser. In particular, since the laser at the center receives heat from both sides, the gain is greatly reduced. As a result, sufficient output cannot be obtained.
  • the present invention has been made in order to solve the above-described problems, and has as its object 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. I do.
  • the laser light source device has a 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 beams whose polarization directions are aligned in one direction, and at least one of the plurality of beams.
  • a polarization conversion unit that disturbs the polarization directions of a plurality of beams so that the polarization directions of the plurality of beams are not aligned in one direction.
  • 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.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a laser light source device and a beam emitted from the laser light source device in the first embodiment.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating a configuration of the laser light source device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a polarization rotation element according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a detailed configuration of the semiconductor laser device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a base and a semiconductor laser device according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a sectional view taken along line A-A ′ shown in FIG. 5.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an operation of the polarization rotation element according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an operation of the polarization rotation element according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an operation of the polarization rotation element according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating a configuration of a spacer and a lens according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is a sectional view taken along line B-B ′ shown in FIG. 9.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a spacer and a polarization rotation element according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a polarization element substrate including a polarization rotation element according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 9 is a perspective view illustrating a configuration of a laser light source device and a beam emitted from the laser light source device according to Embodiment 2.
  • FIG. 9 is a perspective view illustrating a configuration of a laser light source device and a beam emitted from the laser light source device according to Embodiment 2.
  • FIG. 9 is an exploded perspective view illustrating a configuration of a laser light source device according to a second embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an installation direction of each polarization rotation element and a polarization direction of each beam according to the second embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of a spacer and a polarization rotation element according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a polarization element substrate including a polarization rotation element according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 13 is a perspective view illustrating a configuration of a laser light source device and a beam emitted from the laser light source device according to Embodiment 3.
  • FIG. 13 is an exploded perspective view illustrating a configuration of a laser light source device according to a third embodiment.
  • FIG. 13 is a perspective view showing a configuration of a spacer and a lens according to a third embodiment.
  • FIG. 21 is a sectional view taken along line C-C ′ shown in FIG. 20.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of a spacer and a polarization rotation element according to a modification of the third embodiment.
  • FIG. 14 is a perspective view illustrating a configuration of a laser light source device and a beam emitted from the laser light source device according to Embodiment 4.
  • FIG. 14 is an exploded perspective view illustrating a configuration of a laser light source device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating a configuration of a spacer and a polarization rotation element according to a modification of the fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the laser light source device 1 and the beams 71 to 74 emitted from the laser light source device 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating the configuration of the laser light source device 1.
  • the laser light source device 1 includes the base 30, the semiconductor laser elements 101 to 104, the lenses 41 to 44, the spacer 20, and the polarization rotating elements 52 and 54.
  • the base 30 supports the semiconductor laser devices 101 to 104 on the upper surface 30A.
  • base 30 has a flat surface on upper surface 30A, and semiconductor laser elements 101 to 104 are fixed to the flat surface.
  • the base 30 is, for example, a flat plate.
  • the base 30 is provided with long holes 31 to 34.
  • the slots 31 to 34 are through holes here.
  • the long holes 31 to 34 are holes into which the two lead pins 14 of each of the semiconductor laser elements 101 to 104 are inserted.
  • a current is supplied to each semiconductor laser element via a lead pin 14.
  • the x, y, and z axes described in each figure constitute an orthogonal coordinate system.
  • the x-axis and the y-axis are parallel to the upper surface 30A of the base 30, and the z-axis points above the base 30.
  • the semiconductor laser elements 101 to 104 are elements each having a semiconductor laser chip that oscillates one laser beam.
  • Each of the semiconductor laser elements 101 to 104 is held on the upper surface 30A of the base 30.
  • each semiconductor laser element is fixed to a plane formed on the upper surface 30A of the base 30.
  • the semiconductor laser chip may be configured by dividing the oscillation section into two or three in order to improve efficiency.
  • the semiconductor laser elements 101 to 104 emit beams 71 to 74 whose polarization directions are aligned in one direction.
  • the polarization of the beams 71 to 74 emitted from the semiconductor laser elements 101 to 104 is parallel to the y-axis direction (not shown).
  • the semiconductor laser elements 101 to 104 emit beams 71 to 74 having a wide cross-sectional shape in the x-axis direction in parallel with the z-axis direction.
  • the spacer 20 is provided so as to cover above the semiconductor laser elements 101 to 104.
  • the spacer 20 has a function of holding lenses 41 to 44, which will be described later, and keeping a constant distance between each lens and each semiconductor laser element.
  • the spacer 20 has spacer windows 21 to 24 on the upper surface.
  • the outer shapes of the spacer windows 21 to 24 have a square shape.
  • the spacer 20 has spacer step portions 25 to 28 provided on the outer periphery of the spacer windows 21 to 24, respectively.
  • a polarization rotation element can be installed at each spacer step. The beams 71 to 74 emitted from the semiconductor laser elements 101 to 104 pass through the spacer windows 21 to 24, respectively.
  • the spacer 20 may be fastened and fixed to the upper surface 30A of the base 30 with a screw or may be fixed with an adhesive. Alternatively, the spacer 20 may be fixed by both.
  • the spacer 20 is manufactured by die casting of zinc, aluminum, or the like, for example, in consideration of moldability. However, since no thermal effect is required for the spacer 20, the spacer 20 may be made of a resin material.
  • the polarization rotation elements 52 and 54 constitute a polarization conversion unit.
  • the polarization conversion unit rotates the polarization direction of at least a part of the beams 71 to 74 and disturbs the polarization directions of the beams 71 to 74 so that they are not aligned in one direction.
  • the polarization rotation elements 52 and 54 rotate the polarization directions of some of the beams 72 and 74 among the beams 71 to 74. That is, the polarization rotation elements 52 and 54 are selectively disposed corresponding to the semiconductor laser elements 102 and 104 that emit the beams 72 and 74.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the polarization rotation elements 52 and 54.
  • the polarization rotators 52 and 54 have a fast axis (F axis) 50A in a direction with a low refractive index and a slow axis (S axis) 50B in a direction with a high refractive index.
  • the polarization rotation elements 52 and 54 are plate-like elements having a plane parallel to the FS plane where the fast axis (F axis) 50A and the slow axis (S axis) 50B are orthogonal to each other.
  • the polarization rotation elements 52 and 54 are ⁇ wavelength plates that delay the slow axis components of the beams 72 and 74 by 1 / wavelength with respect to the fast axis components.
  • the polarization rotation elements 52 and 54 are arranged such that the fast axis 50A and the slow axis 50B make an angle of 45 ° with the polarization directions of the beams 72 and 74 emitted from the semiconductor laser elements 102 and 104. Be placed.
  • the polarizations of the beams 72 and 74 emitted from the semiconductor laser elements 102 and 104 are linear polarizations parallel to the y-axis. Therefore, the fast axis 50A and the slow axis 50B make an angle of 45 ° with the y axis.
  • the outer shape of the polarization rotation elements 52 and 54 has a square similar to the outer shape of the spacer step portions 26 and 28.
  • the square consists of sides parallel to the x-axis or the y-axis.
  • the fast axis 50A and the slow axis 50B of the polarization rotation elements 52 and 54 coincide with the diagonal directions of the square.
  • the polarization rotation elements 52 and 54 are held by the spacer steps 26 and 28, respectively.
  • the polarization rotation element 52 is housed in the spacer step part 26 and the polarization rotation element 54 is housed in the spacer step part 28, so that the polarization rotation elements 52 and 54 are part of the semiconductor laser elements 101 to 104. It is selectively arranged corresponding to the semiconductor laser elements 102 and 104.
  • the polarization rotation elements 52 and 54 are disposed on the upper surface side of the spacer 20.
  • the polarization rotation elements 52 and 54 may be disposed on the lower surface side of the spacer 20.
  • the polarization rotating element is fixed to a spacer step provided on the back surface of the spacer 20 by an adhesive or a holding member, for example.
  • the shape of the polarization rotator may be a rectangle, a circle, an ellipse, or the like, as long as it covers the beams 72, 74 of the semiconductor laser elements 102, 104.
  • the lenses 41 to 44 focus the beams 71 to 74.
  • the 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.
  • the lenses 41 to 44 are disposed so as to cover the spacer windows 21 to 24, respectively.
  • FIG. 4 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 device 101 mainly includes a cap 11, a glass window 12, a stem 13, a lead pin 14, and a semiconductor laser chip (not shown).
  • the cap 11 is provided above the stem 13.
  • the glass window 12 is provided on the upper surface of the cap 11.
  • the lead pin 14 is provided below the stem 13.
  • the semiconductor laser chip is arranged inside the cap 11.
  • 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 beam 71 in the z-axis direction. Generally, when moisture or dust in the air adheres to the end face of the semiconductor laser chip, the semiconductor laser chip easily breaks. 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 used number, that is, to scale the optical output according to the required specifications.
  • a high-power edge-emitting laser chip is used as the light source of the projection 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.
  • the direction of epitaxial growth corresponds to the x-axis direction
  • the horizontal direction of the active layer corresponds to the y-axis direction.
  • the laser is emitted from a chip end face located in a direction (z-axis direction) orthogonal to the epitaxial growth direction (x-axis direction).
  • the beam 71 is emitted from a luminescent spot of about 1 ⁇ m in the vertical direction (x-axis direction) of the active layer and tens to hundreds of ⁇ m in the horizontal direction (y-axis direction) of the active layer at the chip end face. Since the exit of the active layer in the vertical direction (x-axis direction) is very small, the beam 71 spreads in the x-axis direction due to a diffraction effect. The spread of the beam 71 in the x-axis direction is about 60 ° in full angle. The spread of the beam in the vertical direction (x-axis direction) of the active layer is about 10 times larger than the spread of the beam 71 in the horizontal direction (y-axis direction) of the active layer. Therefore, the cross section of the beam 71, that is, the far-field image has an elliptical shape as shown in FIG.
  • 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 beam 71 has a small spread in the arrangement direction of the lead pins 14 and has a large spread in the x-axis direction orthogonal thereto.
  • the polarization of the beam 71 emitted from the semiconductor laser element 101 having the above configuration is parallel to the direction (y-axis direction) horizontal to the active layer. That is, the semiconductor laser element 101 emits linearly polarized light whose electric field oscillates in the horizontal direction (y-axis direction) of the active layer. However, depending on the atomic arrangement of the active layer, the beam may be polarized in the vertical direction (x-axis direction) of the active layer.
  • FIG. 5 is a perspective view showing the configuration of the base 30 and the semiconductor laser elements 101 to 104.
  • FIG. 6 is a sectional view taken along the line A-A 'shown in FIG.
  • base 30 is formed of a member having high thermal conductivity.
  • the base 30 includes, for example, a metal material such as Cu and Al.
  • the base 30 includes a ceramic having a high thermal conductivity, such as SiC or AlN.
  • a cooling member connected to a heat pipe filled with water or a coolant or a fin for improving the heat capacity and heat radiation area of the stem 13 may be added to the stem 13.
  • the semiconductor laser elements 101 to 104 are fixed in close contact with a plane formed on the upper surface 30A of the base 30 via grease or sheet-like heat dissipating material having high thermal conductivity.
  • each semiconductor laser element is soldered to the base 30 by a solder material.
  • the solder material contains, for example, SnAgCu, AuSn, or the like as a main component.
  • the base 30 is a flat plate, but is not limited thereto, and the base 30 may be a flat surface in contact with the stem 13.
  • the base 30 may be provided with a counterbore that matches the shape of the stem 13.
  • the base 30 When the base 30 is made of a conductive material, it is necessary to ensure reliable insulation between the lead pins 14 of the semiconductor laser elements 101 to 104 and the base 30.
  • the elongated holes 31 to 34 have a hole shape such that the lead pin 14 does not contact the base 30, and are arranged so that the lead pin 14 does not contact the base 30.
  • the base 30 may have a round hole capable of avoiding contact between the lead pin 14 and the base 30 instead of the elongated holes 31 to 34.
  • the base 30 has a groove structure capable of avoiding contact between the lead pin 14 and the base 30 and securing a wiring path for supplying a current to the semiconductor laser elements 101 to 104 instead of the slots 31 to 34. May be.
  • the polarization rotation elements 52 and 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 and is stretched in one direction.
  • FIGS. 7 and 8 are diagrams illustrating the operation of the polarization rotation elements 52 and 54.
  • FIG. The speed of light propagating in a medium having a higher refractive index than air is lower than the speed of light propagating in air. That is, a medium having a higher refractive index has a lower speed of light propagating through the medium.
  • the propagation speed of light whose electric field oscillates in the slow axis direction is lower than the propagation speed of light whose electric field oscillates in the fast axis direction.
  • the polarization rotation elements 52 and 54 are ⁇ wavelength plates.
  • the fast axis ( The propagation of the light ray in the slow axis (S axis) direction is delayed with respect to the propagation of the light ray in the F axis direction.
  • the propagation delay in the slow axis direction with respect to the fast axis direction is designed to be ⁇ wavelength. Therefore, as shown in FIG. 8, the polarization of the beam transmitted through the polarization rotation element is converted into linearly polarized light 80B rotated by 90 ° with respect to the linearly polarized light 80A before transmission.
  • FIG. 9 is a perspective view showing the configuration of the spacer 20 and the lenses 41 to 44.
  • FIG. 10 is a sectional view taken along the line B-B 'shown in FIG.
  • the beams 71 to 74 emitted from the laser light source device 1 are focused on an aperture of an optical system of a projection display device (not shown). Since the distance from the laser light source device 1 to the optical system opening of the projection display device is not limited, the beams 71 to 74 emitted from the laser light source device 1 are preferably parallel light.
  • each of the lenses 41 to 44 has a flat surface on the incident surface (surface in the ⁇ z direction) and a convex surface of an axially symmetric spherical or aspheric surface on the exit surface (surface in the + z direction). That is, the lenses 41 to 44 are convex lenses.
  • the lenses 41 to 44 do not necessarily have to have a flat incident surface.
  • Each lens may have a concave surface or a convex surface on the entrance surface or the exit surface as long as it has a function as a convex lens.
  • the surface that may come into contact with the upper surface of the spacer 20 is preferably a flat surface.
  • each lens need not be curved surfaces that are axisymmetric.
  • each lens may be a cylindrical lens that converts parallel light only in a vertical direction (x-axis direction) of an active layer having a large divergence angle of a beam emitted from a semiconductor laser element on an emission surface or an incidence surface.
  • 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 beams 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 by an adhesive. If the lenses 41 and 44 can be fixed on the upper surface of the spacer 20, the lenses 41 and 44 may be fixed by a member that holds down each lens from above. Although not shown in FIG. 10, the lenses 42 and 43 are also fixed to the upper surface of the spacer 20 similarly to the lenses 41 and 44.
  • the outer shape of the spacer step portion 28 has a similar relationship to the outer shape of the polarization rotation element 54.
  • the outer shape of the spacer step 28 is larger than the outer shape of the polarization rotation element 54.
  • the height of the spacer step 28 is larger than the thickness of the polarization rotation element 54. Therefore, the polarization rotation element 54 is arranged so as not to protrude upward from the upper surface of the spacer 20 and to be accommodated in a space formed by the spacer step 28 and the bottom surface of the lens 44.
  • the outer shapes of the spacer steps 25 to 27 are the same as the outer shapes of the spacer steps 28.
  • a transparent substrate having no function of rotating polarized light may be provided in the spacer step portions 25 and 27 where the polarization rotating element is not arranged.
  • the transparent substrate is, for example, a glass plate or a transparent resin plate.
  • the distance from the emission end faces of the semiconductor laser elements 101 and 103 to the lenses 41 and 43 is the same as the polarization rotation element 52 from the emission end faces of the semiconductor laser elements 102 and 104 to the lenses 42 and 44. 54 is longer than the apparent distance inserted.
  • the apparent distance from the semiconductor laser devices 101 and 103 to the lenses 41 and 43 is reduced. Therefore, the distance from the laser emission end faces of the semiconductor laser elements 101 to 104 to the lenses 41 to 44 is corrected to be equal.
  • the four beams 71 to 74 emitted from the laser light source device 1 travel in the z-axis direction with substantially the same degree of parallelism. I do.
  • the operation of the laser light source device 1 will be described.
  • Heat generated by driving the semiconductor laser elements 101 to 104 is radiated to the base 30. Since each semiconductor laser element is separated, heat generated in each semiconductor laser element is not easily transmitted to the adjacent semiconductor laser element. Thus, the laser light source device 1 suppresses a temperature rise of the semiconductor laser element.
  • the linearly polarized light in the y-axis direction emitted from the semiconductor laser elements 102 and 104 is converted by the polarization rotating elements 52 and 54 into linearly polarized light 82 and 84 that vibrate in the x-axis direction.
  • the beams 71 and 73 emitted from the semiconductor laser elements 101 and 103 maintain the linearly polarized light 81 and 83 in the y-axis direction.
  • the laser light source device 1 emits beams 72 and 74 of linearly polarized light 82 and 84 in the x-axis direction and beams 71 and 73 of linearly polarized light 81 and 83 in the y-axis direction.
  • the beams 71 to 74 have the same cross-sectional shape (beam profile), the polarization directions are not aligned in one direction.
  • the laser light source device 1 rotates the polarization directions of some of the beams 72, 74 among the plurality of beams 71 to 74 by the polarization rotation elements 52, 54, whereby two types of beams having different polarization directions are provided.
  • the beams 71 to 74 are emitted.
  • Such beams 71 to 74 reduce the occurrence of interference fringes and speckle.
  • the laser light source device 1 emits the base 30 and the plurality of beams 71 to 74, each of which is individually held on the upper surface 30A of the base 30 and whose polarization direction is aligned in one direction.
  • the polarization directions of the plurality of semiconductor laser elements 101 to 104 and at least some of the beams 72 and 74 of the plurality of beams 71 to 74 are not aligned in one direction.
  • a polarization conversion unit that disturbs the polarization.
  • Such a laser light source device 1 is constituted by a plurality of semiconductor laser elements 101 to 104 provided separately, a rise in temperature due to laser oscillation is reduced.
  • the laser light source device 1 emits a plurality of beams 71 to 74 having different polarization directions, the occurrence of interference fringes and speckles generated when the plurality of beams 71 to 74 are combined is reduced.
  • the polarization conversion unit of the laser light source device 1 includes the polarization rotation elements 52 and 54 that rotate the polarization directions of some of the beams 72 and 74 among the plurality of beams 71 to 74 by 90 °.
  • the polarization rotation elements 52 and 54 are selectively arranged corresponding to the semiconductor laser elements 102 and 104 that emit some of the beams 72 and 74 among the plurality of semiconductor laser elements 101 to 104.
  • the laser light source device 1 emits two types of beams 71 to 74 having different polarization directions, and therefore reduces the occurrence of interference fringes and speckles generated when the two types of beams 71 to 74 are combined. .
  • the laser light source device 1 further includes a spacer 20 provided so as to cover the semiconductor laser elements 101 to 104.
  • the spacer 20 includes spacer windows 21 to 24 through which each of the plurality of beams 71 to 74 passes, and spacer steps 25 to 28 provided on the outer periphery of the spacer windows 21 to 24.
  • the polarization rotation elements 52 and 54 are held by the spacer steps 26 and 28.
  • the laser light source device 1 allows the polarization rotators 52 and 54 to be easily and selectively arranged.
  • the laser light source device 1 is provided corresponding to each of the plurality of semiconductor laser elements 101 to 104, and includes a plurality of lenses 41 to 44 that convert each of the plurality of beams 71 to 74 into parallel light. Is further included.
  • the spacer 20 is fixed to the base 30 and holds the plurality of lenses 41 to 44.
  • the laser light source device 1 can emit beams 71 to 74 with high output and high parallelism.
  • the laser light source device differs from the laser light source device 1 according to the first embodiment in the configuration of the spacer and the polarization rotation element.
  • FIG. 11 is a diagram showing a configuration of the spacer 120 and the polarization rotating elements 152 and 154 of the laser light source device according to the modification of the first embodiment.
  • the outer shape of the polarization rotation elements 152 and 154 has a parallelogram.
  • the outer shape of the spacer step portions 126 and 128 of the spacer 120 has a parallelogram that is a similar shape slightly larger than the outer shape of the polarization rotation elements 152 and 154.
  • the polarization rotation element is cut into a rectangular shape from a polarization element substrate which is a larger plate material. Since the angle forming the rectangle is 90 °, the polarization rotation element is cut out from the polarization element substrate without waste.
  • the polarization rotation elements 152 and 154 in the present modification are cut out at an angle ⁇ with respect to one direction.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a polarization element substrate including the polarization rotation elements 152 and 154.
  • the polarization rotation elements 152 and 154 are cut out at a slight angle ⁇ with respect to the x-axis direction. Therefore, the outer shape of the polarization rotation elements 152 and 154 has a parallelogram.
  • the outer shape of the spacer steps 126 and 128 of the spacer 120 has a parallelogram slightly similar to the outer shape of the polarization rotation elements 152 and 154. Accordingly, when the polarization rotation elements 152 and 154 are rotated by 90 ° or when the polarization rotation elements 152 and 154 are reversed, the polarization rotation elements 152 and 154 do not fit into the spacer step portions 126 and 128. Therefore, the installation directions of the polarization rotation elements 152 and 154 are limited.
  • FIG. 13 is a perspective view showing the configuration of the laser light source device 10 and the beams 171 to 174 emitted from the laser light source device 10 according to the second embodiment.
  • FIG. 14 is an exploded perspective view illustrating the configuration of the laser light source device 10.
  • the same reference numerals as those in the first embodiment denote the same or corresponding parts.
  • the polarization rotation elements 252 to 254 constitute a polarization conversion unit.
  • the polarization converter rotates the polarization directions of at least some of the beams 171 to 174 among the beams 171 to 174, and disturbs the polarization directions of the beams 171 to 174 so that they are not aligned in one direction.
  • the polarization rotation elements 252 to 254 are ⁇ wavelength plates.
  • the polarization rotation elements 252 to 254 are arranged so that the fast axis 50A forms an angle ⁇ with respect to the linearly polarized light in the y-axis direction emitted from the semiconductor laser elements 102 to 104, respectively. Is different for each of the polarization rotation elements 252 to 254.
  • FIG. 15 is a diagram showing the installation direction of each polarization rotation element and the polarization direction of each beam.
  • the polarization rotation elements 252 to 254 rotate the linearly polarized light in the y-axis direction by an angle 2 ⁇ .
  • the polarized light transmitted through the polarization rotation element 252 and the polarized light transmitted through the polarization rotation element 254 both have a polarization inclined by 45 ° with respect to the polarization of the incident light, but their polarization directions are orthogonal to each other.
  • No polarization rotation element is arranged in the spacer window 21.
  • a glass plate or the like that does not rotate polarized light may be provided.
  • the beam 171 that has passed through the spacer window 21 has linearly polarized light 181 whose polarization direction matches the y-axis.
  • the beams 172 to 174 transmitted through the polarization rotation elements 252 to 254 have linearly polarized light rotated by an angle 2 ⁇ . Then, the laser light source device 10 emits beams 171 to 174 having linear polarizations 181 to 184 in four directions together with the beam 171 transmitting through the spacer window 21.
  • the half-wave plate according to the second embodiment operates with no distinction between front and back.
  • the polarization rotator 254 is a half-wave plate arranged on the spacer step 28 with the same half-wave plate as the polarization rotator 252 reversed with respect to the y-axis.
  • the polarization rotator 253 for generating polarized light rotated by 90 ° and the polarization rotators 252 and 254 for generating two types of polarized light rotated by 45 ° depending on the use of the front and back surfaces are combined to provide two types of 1 / wavelengths.
  • the plate can generate linearly polarized light in four directions.
  • the polarization rotation element 252 and the polarization rotation element 254 when a half-wave plate that acts without distinction between front and back is applied to the polarization rotation element 252 and the polarization rotation element 254, one type of half-wave plate is used to generate linearly polarized light in two directions. It has been shown that generation is possible. Further, when a laser of multi-directional linearly polarized light is generated by a laser light source device including more semiconductor laser elements, a laser including linearly polarized light of 2n directions can be generated by n kinds of polarization rotating elements.
  • the polarization conversion unit of the laser light source device 10 is configured to rotate the polarization direction of at least a part of the beams 172 to 174 of the plurality of beams 171 to 174 from at least one polarization rotation element 252. 254.
  • the polarization rotation elements 252 to 254 are arranged such that the fast axis 50A forms an angle of ⁇ with respect to at least one direction that is the polarization direction of the beams 172 to 174, and rotates the polarization direction by an angle of 2 ⁇ .
  • n types of half-wave plates Includes n types of half-wave plates.
  • the laser light source device 10 rotates the polarized light in any direction, not limited to 90 °, by the polarization rotating elements 252 to 254. Since the beams 171 to 174 emitted from the laser light source device 10 are configured by linearly polarized light in multiple directions, it is possible to generate a beam that is closer to non-polarized light such as natural light. Such a laser light source device 10 reduces the occurrence of interference fringes and speckles, and reduces the temperature rise due to laser oscillation. Such a light source is suitable for a light source of a projection display device.
  • the laser light source device according to the modification of the second embodiment differs from the laser light source device according to the first or second embodiment in the configuration of the spacer and the polarization rotation element.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating the configuration of the spacer 220 and the polarization rotating elements 253, 352, and 354 of the laser light source device according to the modification of the second embodiment.
  • the outer shape of the polarization rotation elements 352 and 354 has a parallelogram.
  • the outer shape of the spacer steps 226 and 228 of the spacer 220 has a parallelogram similar in shape to the outer shape of the polarization rotation elements 352 and 354.
  • the configuration of the polarization rotation element 253 is similar to that of the second embodiment.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating a polarization element substrate including the polarization rotation elements 352 and 354.
  • the polarization rotation elements 352 and 354 are cut out at an angle ⁇ with respect to one direction (x-axis direction). Therefore, the outer shape of the polarization rotation elements 352 and 354 has a parallelogram.
  • the polarization rotation elements 352 and 354 are cut out in consideration of the relationship between the fast axis and the angle ⁇ so that the polarization of the incident light is rotated in an arbitrary direction other than 90 °.
  • the polarization rotation elements 352 and 354 cut out from the polarization element substrate are ⁇ wavelength plates having the same characteristics and the same outer shape.
  • the polarization rotation element 352 is disposed at the spacer step 226.
  • the outer shape of the spacer step portion 226 has a parallelogram similar in shape to the outer shape of the polarization rotation element 352.
  • the polarization rotation element 352 rotates the polarization clockwise.
  • the polarization rotation element 354 is disposed on the spacer step 228 with the relation of the polarization rotation element 352 upside down.
  • the outer shape of the spacer step portion 228 has a parallelogram similar in shape to the outer shape of the polarization rotation element 354.
  • the polarization rotation element 354 rotates the polarization counterclockwise.
  • the shape of the polarization rotation element 352 does not coincide with the shape of the polarization rotation element 354 whose surface is inverted on the xy plane. Therefore, the two are distinguishable.
  • the polarization rotation element 352 does not fit into the spacer step 228. Further, the polarization rotation element 354 does not fit in the spacer step 226. Therefore, the installation positions of the polarization rotation elements 352 and 354 are limited to the spacer step portions 226 and 228 respectively determined.
  • the polarization rotation element 253 is arranged at the spacer step 27.
  • the polarization rotation element 253 rotates the polarized light by 90 degrees.
  • the fast axis 50A of the polarization rotation element 253 makes an angle of 45 ° with the sides forming the outer shape.
  • the outer shape of the polarization rotation element 253 has a square shape. Therefore, the operation of the polarization rotation element 253 does not change even if it is turned upside down.
  • the outer shape of the polarization rotation element 253 may be rectangular in the x-axis direction as long as it covers the cross section of the beam 173.
  • the polarization rotation elements 352 and 354 may be parallelograms that cover the cross sections of the beams 172 and 173 and are long in the x-axis direction.
  • the shape of the polarization rotation element 253 may be different from the shape of the polarization rotation elements 352, 354.
  • the polarization rotation element 253 is cut out at an angle different from that of the polarization rotation elements 352 and 354, the front and back of the polarization rotation element 253 are also defined. Therefore, the polarization rotation element 253 can be distinguished from other polarization rotation elements.
  • the laser light source device configured as described above, the same effects as those of the other embodiments or modified examples can be obtained. Further, the laser light source device according to the modified example of the second embodiment enables a plurality of types of polarization rotating elements to be arranged at a predetermined position without being mistaken in an assembly process of the laser light source device.
  • Embodiment 3 A laser light source device according to Embodiment 3 will be described. The description of the same configuration and operation as those in the first or second embodiment is omitted.
  • FIG. 18 is a perspective view showing a configuration of laser light source device 100 and beams 71 to 74 emitted from laser light source device 100 according to the third embodiment.
  • 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, the lenses 41 to 44, and the polarization rotating elements 52 and 54.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view taken along the line C-C ′ shown in FIG.
  • the same reference numerals as those in the first embodiment denote the same or corresponding parts.
  • the laser light source device 100 has a configuration in which the base 30, the semiconductor laser elements 101 to 104, the spacer 320, the lenses 41 to 44, and the polarization rotating elements 52 and 54 are arranged in this order from below.
  • the structure of the spacer 320 for fixing the lenses 41 to 44 and the polarization rotating elements 52 and 54 is different from the structure of the spacer 20 of the first embodiment.
  • the spacer 320 includes spacer windows 321 to 324, lens holding steps 361 to 364, and polarization rotating element holding steps 325 to 328.
  • the spacer windows 321 to 324 include openings through which each of the plurality of beams 71 to 74 passes.
  • the outer shape of the opening is a circle similar to the lenses 41 to 44.
  • the diameter of the opening is slightly larger than the diameter of the lenses 41 to 44.
  • the lens holding steps 361 to 364 include a step formed by providing an opening smaller than the opening of the spacer windows 321 to 324 inside the opening of the spacer windows 321 to 324.
  • the lens holding steps 361 to 364 are steps provided on the inner periphery of the spacer windows 321 to 324.
  • the outer shape of the small opening forming the lens holding steps 361 to 364 is a circle similar to the lenses 41 to 44.
  • the diameter of the small opening is smaller than the diameter of the lenses 41 to 44. Since the spacer windows 321 to 324 and the lens holding steps 361 to 364 have such a configuration, the lenses 41 to 44 inserted into the spacer windows 321 to 324 are connected to the lens holding steps 361 to 364. Fixed.
  • the polarization rotation element holding steps 325 to 328 are steps provided above the lens holding steps 361 to 364, and include steps having openings larger than the openings of the spacer windows 321 to 324.
  • the polarization rotation element holding steps 325 to 328 are steps provided on the outer periphery of the spacer windows 321 to 324.
  • the outer shapes of the polarization rotating element holding steps 325 to 328 have similar shapes slightly larger than the outer shapes of the polarization rotating elements 52 and 54.
  • the outer shape of the polarization rotation elements 52 and 54 is larger than the diameter of the openings of the spacer windows 322 and 324. Therefore, the polarization rotation elements 52 and 54 are held by the polarization rotation element holding steps 326 and 328 without falling into the openings of the spacer windows 322 and 324, and the arrangement of the polarization rotation elements 52 and 54 is regulated. .
  • the positions of the polarization rotating element holding steps 325 to 328 in the height direction with respect to the lens holding steps 361 to 364 are higher than the tops of the lenses 41 to 44 fixed to the lens holding steps 361 to 364.
  • the polarization rotation elements 52 and 54 are held above the lenses 42 and 44 by the polarization rotation element holding steps 326 and 328.
  • the lenses 41 to 44 fixed to the lens holding steps 361 to 364 and the polarization rotating elements 52 and 54 held by the polarization rotating element holding steps 326 and 328 do not interfere with each other. Can be placed.
  • the position of the polarization rotating element holding steps 325 to 328 relative to the upper surface of the spacer 320 in the height direction is no limitation on the position of the polarization rotating element holding steps 325 to 328 relative to the upper surface of the spacer 320 in the height direction, as long as the positions of the polarization rotating elements 52 and 54 can be regulated.
  • the polarization rotation element holding steps 325 to 328 are located at a position lower than the thickness of the polarization rotation elements 52 and 54 from the upper surface of the spacer 320. In this case, the polarization rotation elements 52 and 54 held by the polarization rotation element holding steps 326 to 328 do not protrude above the upper surface of the spacer 320, so that the damage of the polarization rotation elements 52 and 54 can be suppressed.
  • the polarization rotators 52 and 54 constitute a polarization conversion unit as in the first embodiment.
  • the polarization conversion unit rotates the polarization direction of at least a part of the beams 71 to 74 and disturbs the polarization directions of the beams 71 to 74 so that they are not aligned in one direction.
  • the polarization rotation elements 52 and 54 in the third embodiment rotate the polarization directions of some of the beams 72 and 74 among the beams 71 to 74 by 90 °.
  • the polarization rotation elements 52 and 54 are selectively arranged corresponding to the semiconductor laser elements 102 and 104 that emit the beams 72 and 74.
  • the beams 71 to 74 emitted from the semiconductor laser elements 101 to 104 are converted by the lenses 41 to 44 into beams 71 to 74 parallel to the z-axis direction. Then, the collimated beams 72 and 74 are uniformly incident on all regions of the polarization rotation elements 52 and 54.
  • the rotation of the polarized light is determined by the optical path length when passing through the polarization rotating elements 52 and 54. If the optical path length is not appropriate, a component with insufficient polarization rotation is generated. For example, when a light beam obliquely inclined with respect to the plane of the polarization rotator enters the polarization rotator, the optical path length of the laser beam transmitted through the polarization rotator becomes longer. Occur.
  • the polarization is uniformly rotated over the entire region.
  • the linearly polarized light in the y-axis direction emitted from the semiconductor laser elements 102 and 104 is converted by the polarization rotating elements 52 and 54 into linearly polarized light 82 and 84 that vibrate in the x-axis direction.
  • the beams 71 and 73 emitted from the semiconductor laser elements 101 and 103 maintain the linearly polarized light 81 and 83 in the y-axis direction.
  • beams 72 and 74 of linearly polarized light 82 and 84 in the x-axis direction and beams 71 and 73 of linearly polarized light 81 and 83 in the y-axis direction are emitted from the laser light source device 100.
  • the beams 71 to 74 have the same cross-sectional shape (beam profile), the polarization directions are not aligned in one direction.
  • the laser light source device 100 rotates the polarization directions of some of the beams 72, 74 among the plurality of beams 71 to 74 by the polarization rotation elements 52, 54, thereby providing two types of polarization directions different from each other.
  • the beams 71 to 74 are emitted.
  • Such beams 71 to 74 reduce the occurrence of interference fringes and speckle.
  • the outer shape of the spacer windows 321 to 324 may be other shapes such as a rectangle as long as the arrangement of the lenses 41 to 44 can be restricted.
  • the diameter of the openings of the spacer windows 321 to 324 may be sufficiently larger than the diameter of the lenses 41 to 44. In the case of such a configuration, as shown in FIG. 21, the emission 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.
  • the outer shape of the opening forming the lens holding steps 361 to 364 may be rectangular or elliptical according to the cross-sectional shape of the beams 71 to 74.
  • the polarization rotators 52 and 54 have a shape that does not fall into the spacer windows 322 and 324, the polarization rotators 52 and 54 have the same outer shape as the openings of the lens holding steps 362 and 364. May be rectangular or elliptical according to the cross-sectional shape of the beams 72 and 74. Such a structure makes it possible to minimize the size of the polarization rotation elements 52 and 54, and realizes cost reduction.
  • the laser light source device 100 includes a plurality of lenses 41 to 44.
  • the plurality of lenses 41 to 44 are provided corresponding to the plurality of semiconductor laser elements 101 to 104, respectively, and convert the plurality of beams 71 to 74 into parallel light.
  • Laser light source device 100 according to the third embodiment includes spacer 320 instead of spacer 20 according to the first embodiment.
  • the spacer 320 is provided so as to cover above the plurality of semiconductor laser elements 101 to 104.
  • the spacer 320 includes spacer windows 321 to 324, lens holding steps 361 to 364, and polarization rotating element holding steps 325 to 328.
  • the spacer windows 321 to 324 include openings through which each of the plurality of beams 71 to 74 passes.
  • the lens holding steps 361 to 364 include a step formed by providing an opening smaller than the opening of the spacer windows 321 to 324 inside the opening of the spacer windows 321 to 324.
  • the lens holding steps 361 to 364 hold the lenses 41 to 44 at the steps.
  • the polarization rotation element holding steps 325 to 328 are steps provided above the lens holding steps 361 to 364, and include steps having openings larger than the openings of the spacer windows 321 to 324. Above corresponds to the direction in which the beams 71 to 74 travel.
  • the polarization rotation element holding steps 326 and 328 hold the polarization rotation elements 52 and 54 above the lenses 42 and 44 corresponding to the polarization rotation elements 52 and 54 among the plurality of lenses 41 to 44.
  • the collimated beams 72 and 74 are uniformly incident on all regions of the polarization rotation elements 52 and 54. Since the beams 72 and 74 are collimated before the polarization rotators 52 and 54 are incident, the polarization is uniformly rotated over the entire region.
  • the laser light source device according to the modification of the third embodiment is different from the laser light source device 100 according to the third embodiment in the configuration of the spacer and the polarization rotation element.
  • FIG. 22 is a diagram showing a configuration of the spacer 420 and the polarization rotating elements 152 and 154 of the laser light source device according to the modification of the third embodiment.
  • the outer shape of the polarization rotation elements 152 and 154 has a parallelogram.
  • the outer shape of the polarization rotating element holding steps 426, 428 of the spacer 420 has a parallelogram slightly similar to the outer shape of the polarization rotating elements 152, 154.
  • the polarization rotation elements 152 and 154 do not fit into the polarization rotation element holding steps 426 and 428. Therefore, the installation directions of the polarization rotation elements 152 and 154 are limited.
  • the polarization rotator holding step is not provided above the lenses 43 and 41 where the polarization rotator is not provided. For this reason, the locations where the polarization rotation elements 152 and 154 are installed are limited.
  • Embodiment 4 A laser light source device according to Embodiment 4 will be described. The description of the same configuration and operation as any of the first to third embodiments will be omitted.
  • FIG. 23 is a perspective view showing the configuration of laser light source device 200 and beams 171 to 174 emitted from laser light source device 200 according to the fourth embodiment.
  • FIG. 24 is an exploded perspective view showing the configuration of the laser light source device 200.
  • the same reference numerals as those in the drawings of the second and third embodiments indicate the same or corresponding parts.
  • the spacer 320 according to the fourth embodiment has the same configuration as that of the third embodiment.
  • the configuration and operation of polarization rotation elements 252 to 254 are the same as the configuration and operation shown in FIG. 15 of the second embodiment.
  • the polarization rotation elements 252 to 254 constitute a polarization conversion unit.
  • the polarization converter rotates the polarization directions of at least some of the beams 171 to 174 among the beams 171 to 174, and disturbs the polarization directions of the beams 171 to 174 so that they are not aligned in one direction.
  • the polarization rotation elements 252 to 254 are ⁇ wavelength plates.
  • the polarization rotation elements 252 to 254 are arranged so that the fast axis 50A forms an angle ⁇ with respect to the linearly polarized light in the y-axis direction emitted from the semiconductor laser elements 102 to 104, respectively.
  • the polarization rotation elements 252 to 254 rotate the linearly polarized light in the y-axis direction by an angle 2 ⁇ .
  • the angle ⁇ differs for each of the polarization rotation elements 252 to 254.
  • the polarization rotation element 252 is disposed on the polarization rotation element holding step 326 with its fast axis 50A inclined at ⁇ 22.5 ° with respect to the y axis.
  • the linearly polarized light 182 of the beam 172 transmitted through the polarization rotation element 252 is rotated by ⁇ 45 °, that is, rotated 45 ° clockwise with respect to the linearly polarized light 181 of the beam 171 not transmitted through the polarization rotation element.
  • the polarization rotation element 253 is arranged on the polarization rotation element holding step 327 with its fast axis 50A inclined at ⁇ 45 ° with respect to the y axis.
  • the linearly polarized light 183 of the beam 173 transmitted through the polarization rotation element 253 is rotated by 90 ° with respect to the linearly polarized light 181 of the beam 171, that is, rotated from the y axis to the x axis.
  • the polarization rotation element 254 is disposed on the polarization rotation element holding step 328 with its fast axis 50A inclined by 22.5 ° with respect to the y axis.
  • the linearly polarized light 184 of the beam 174 transmitted through the polarization rotation element 254 is rotated by 45 ° with respect to the linearly polarized light 181 of the beam 171, that is, rotated by 45 ° counterclockwise.
  • the laser light source device 200 emits beams 171 to 174 having linear polarizations 181 to 184 in four directions together with the beam 171 not passing through the polarization rotation element.
  • the polarization rotator 254 is a ⁇ wavelength plate disposed on the polarization rotator holding step 328 with the same ⁇ wavelength plate as the polarization rotator 252 reversed with respect to the y-axis.
  • the polarization rotator 253 for generating polarized light rotated by 90 ° and the polarization rotators 252 and 254 for generating two types of polarized light rotated by 45 ° depending on the use of the front and back surfaces are combined to provide two types of 1 / wavelengths.
  • the plate can generate linearly polarized light in four directions.
  • linear polarization in two directions can be generated by one type of half-wave plate.
  • a laser light source device including more semiconductor laser elements generates a linearly polarized laser beam in multiple directions, it is possible to generate a laser beam containing linearly polarized light in 2n directions by using n kinds of polarization rotating elements. The effect and the effect are the same as in the second embodiment.
  • the beams 171 to 174 emitted from the semiconductor laser elements 101 to 104 are converted by the lenses 41 to 44 into beams 171 to 174 parallel to the z-axis direction. Since the beams 272 to 274 are collimated before the polarization rotators 252 to 254 are incident, the polarization is uniformly rotated over the entire region as in the third embodiment.
  • the laser light source device according to the modification of the fourth embodiment differs from the laser light source device 200 according to the fourth embodiment in the configuration of the spacer and the polarization rotation element.
  • FIG. 25 is a diagram showing a configuration of a spacer 520 and polarization rotating elements 253, 352, 354 of a laser light source device according to a modification of the fourth embodiment.
  • the outer shape of the polarization rotation elements 352 and 354 has a parallelogram.
  • the outer shape of the polarization rotation element holding steps 526 and 528 of the spacer 520 has a parallelogram similar to the outer shape of the polarization rotation elements 352 and 354, respectively.
  • the configuration of the polarization rotation element 253 is similar to that of the third embodiment.
  • the method of manufacturing the polarization rotation elements 352 and 354 is the same as that of the modification of the second embodiment shown in FIG. 17 and the description is omitted.
  • the polarization rotation elements 352 and 354 are half-wave plates having the same characteristics. , Have the same parallelogram outline.
  • the polarization rotation element 354 is the reverse of the polarization rotation element 352. Therefore, the outer shape of the polarization rotation element 352 has a different parallelogram from the outer shape of the polarization rotation element 354.
  • the fast axis 50A of the polarization rotation element 352 is also inclined in a different direction from that of the polarization rotation element 354.
  • the polarization rotation element holding steps 526 and 528 are configured to correspond to the outer shapes of the polarization rotation elements 352 and 354, respectively, the polarization rotation element 352 is provided on the polarization rotation element holding step 526, and the polarization rotation element 354 is provided on the polarization rotation element 354. It is arranged at the polarization rotation element holding step 528.
  • the polarization rotation element 253 has a rectangular shape different from the polarization rotation elements 352 and 354.
  • the polarization rotation element 253 is disposed on the polarization rotation element holding step 327 having a similar shape to the polarization rotation element 253.
  • the fast axis 50A of the polarization rotation element 352 is inclined by ⁇ 22.5 ° from the y axis.
  • the beam 172 transmitted through the polarization rotation element 352 has linearly polarized light 182 rotated by ⁇ 45 °, that is, rotated clockwise by 45 °.
  • the fast axis 50A of the polarization rotation element 354 is inclined by 22.5 ° from the y axis.
  • the beam 174 transmitted through the polarization rotation element 354 has linearly polarized light 184 rotated by 45 °, that is, rotated 45 ° counterclockwise.
  • the fast axis 50A of the polarization rotation element 253 is inclined by ⁇ 45 ° from the y axis.
  • the beam 173 transmitted through the polarization rotation element 253 becomes a linearly polarized light 183 rotated by ⁇ 90 °, that is, rotated from the y axis to the x axis.
  • the shape of the polarization rotation element 352 does not coincide with the shape of the polarization rotation element 354 whose surface is inverted on the xy plane. Therefore, the two are distinguishable.
  • the polarization rotation element 352 does not fit in the polarization rotation element holding step 528.
  • the polarization rotation element 354 does not fit into the polarization rotation element holding step 526. Therefore, the installation positions of the polarization rotation elements 352 and 354 are limited to the respectively determined polarization rotation element holding steps 526 and 528.
  • the polarization rotation element 253 is disposed in the polarization rotation element holding step 327.
  • the polarization rotation element 253 rotates the polarized light by 90 degrees.
  • the fast axis 50A of the polarization rotation element 253 makes an angle of 45 ° with the sides forming the outer shape.
  • the outer shape of the polarization rotation element 253 has a square shape. Therefore, the operation of the polarization rotation element 253 does not change even if it is turned upside down.
  • the outer shape of the polarization rotation element 253 may be rectangular.
  • the external shape of the polarization rotation element 253 may be different from the external shape of the polarization rotation elements 352 and 354.
  • the front and back of the polarization rotation element 253 are also defined. Therefore, the polarization rotation element 253 can be distinguished from other polarization rotation elements.
  • the laser light source device configured as described above, the same effects as those of the other embodiments or modified examples can be obtained. Further, the laser light source device according to the modified example of the fourth embodiment enables a plurality of types of polarization rotating elements to be arranged at a predetermined position without mistake in the assembly process of the laser light source device.
  • the laser light source device in which two (2 ⁇ 2) semiconductor laser elements are arranged in the x-axis direction and two in the y-axis direction is used.
  • This is shown as an example.
  • the number of semiconductor laser elements included in the laser light source device is not limited thereto.
  • the laser light source device may include a plurality of semiconductor laser elements, the number of which is increased in the x-axis direction and the y-axis direction. With such a configuration, a high-output laser light source device can be realized.
  • 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.
  • the laser light source device can further reduce the occurrence of interference and speckle.
  • 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 is not limited to the above polarization direction. , It is possible to emit four types of beams having different characteristics with respect to wavelength.
  • the spacer step where the polarization rotation element is arranged is not limited to the spacer step described in each embodiment. In other words, the same effects as described above can be obtained even when the polarization rotator is disposed at any one of the spacer steps different from the spacer steps shown in the drawings.
  • 1 laser light source device 10 laser light source device, 101-104 semiconductor laser element, 20 spacer, 25-28 spacer step portion, 30 base portion, 30A top surface, 41-44 lens, 50A fast axis, 50B slow axis, 52 rotation of polarization Element, 54 polarization rotation element, 252-254 degree polarization rotation element, 71-74 degree beam, 81-84 degree linear polarization.

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Abstract

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。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ビームを出射する複数の半導体レーザ素子と、複数のビームのうち少なくとも一部のビームの偏光方向を回転させることにより、複数のビーム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。

Description

レーザ光源装置
　本発明は、レーザ光源装置に関する。
　半導体レーザ素子は、消費電力が小さく、ビームの単色性および高指向性に優れる。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、ビーム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。
　現状の半導体レーザ素子は、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。
　半導体レーザ素子から出射されるビームは、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ビーム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問題となる。
　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または半導体レーザ光の偏光を乱す手段が有効である。
　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。
特許第５４７３７７４号公報
　特許文献１のレーザ光源装置においては、１つの半導体レーザチップから複数のレーザビームが発振するアレイ型レーザ光源である。そのため、隣接するレーザから発生する熱により、利得が低減する。特に中央部のレーザは両隣から熱を受けるため、大きく利得が低減する。その結果、十分な出力が得られない。
　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。
　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ビームを出射する複数の半導体レーザ素子と、複数のビームのうち少なくとも一部のビームの偏光方向を回転させることにより、複数のビーム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。
　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。
　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。
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ビームを示す斜視図である。 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。 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。 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。 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。 図５に示されたＡ－Ａ’における断面図である。 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。 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。 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。 図９に示されたＢ－Ｂ’における断面図である。 実施の形態１の変形例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。 実施の形態１の変形例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。 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ビームを示す斜視図である。 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。 実施の形態２における各偏光回転素子の設置方向および各ビームの偏光方向を示す図である。 実施の形態２の変形例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。 実施の形態２の変形例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。 実施の形態３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ビームを示す斜視図である。 実施の形態３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。 実施の形態３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。 図２０に示されたＣ－Ｃ’における断面図である。 実施の形態３の変形例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。 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ビームを示す斜視図である。 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。 実施の形態４の変形例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。
　＜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から出射されるビーム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。
　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５２、５４により構成されている。
　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。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。
　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。
　半導体レーザ素子１０１から１０４は、各々１つのレーザビーム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、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。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２～３分割して構成する場合もある。
　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ビーム７１から７４を出射する。実施の形態１において、半導体レーザ素子１０１から１０４から出射されるビーム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ビーム７１から７４を、ｚ軸方向と平行に出射する。
　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。
　スペーサ２０は、上面に、スペーサ窓部２１から２４を有する。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から出射されるビーム７１から７４は、それぞれスペーサ窓部２１から２４を通過する。
　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。
　偏光回転素子５２、５４は、偏光変換部を構成する。偏光変換部は、ビーム７１から７４のうち少なくとも一部のビームの偏光方向を回転させ、ビーム７１から７４の偏光方向が一方向に揃わないように乱す。実施の形態１において、偏光回転素子５２、５４は、ビーム７１から７４のうち一部のビーム７２、７４の偏光方向を回転させる。すなわち、偏光回転素子５２、５４は、ビーム７２、７４を出射する半導体レーザ素子１０２、１０４に対応して選択的に配置される。
　図３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５２、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５２、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５２、５４は、ビーム７２、７４の速軸方向の成分に対して遅軸方向の成分を１／２波長分遅延させる１／２波長板である。
　偏光回転素子５２、５４は、実施の形態１において、半導体レーザ素子１０２、１０４から出射されるビーム７２、７４の偏光方向に対し、速軸５０Ａおよび遅軸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１０２、１０４から出射されるビーム７２、７４の偏光は、ｙ軸に平行な直線偏光である。よって、速軸５０Ａおよび遅軸５０Ｂは、ｙ軸に対し４５°の角度をなす。
　偏光回転素子５２、５４の外形は、図２に示されるように、スペーサ段差部２６、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５２、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５２、５４は、それぞれスペーサ段差部２６、２８に保持される。このように、偏光回転素子５２はスペーサ段差部２６に、偏光回転素子５４はスペーサ段差部２８に収納されることにより、偏光回転素子５２、５４は半導体レーザ素子１０１から１０４のうち、一部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。
　なお、実施の形態１において、偏光回転素子５２、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５２、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。
　また、偏光回転素子の形状は、矩形、円形、楕円形などであってもよく、半導体レーザ素子１０２、１０４のビーム７２、７４を覆う形状であればよい。
　レンズ４１から４４は、ビーム７１から７４を集光する。レンズ４１から４４を透過したビーム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。
　次に実施の形態１における半導体レーザ素子１０１の詳細な構成について説明する。
　図４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。
　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。
　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軸方向にビーム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。
　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。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。ビーム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、ビーム７１は、回折効果によってｘ軸方向に拡がる。そのｘ軸方向のビーム７１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）のビームの拡がりは、活性層の水平方向（ｙ軸方向）のビーム７１の拡がりに対して約１０倍大きい。したがって、ビーム７１の断面すなわち遠視野像は、図４に示されるように、楕円形状を有する。
　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、ビーム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。
　上記の構成を有する半導体レーザ素子１０１から出射されるビーム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、ビームは、活性層の鉛直方向（ｘ軸方向）に偏光する場合もある。
　図５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６は、図５に示されたＡ－Ａ’における断面図である。
　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。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や、水や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。
　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。
　次に実施の形態１におけるベース３０の詳細について説明する。
　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。
　ベース３０が導電性材料である場合、半導体レーザ素子１０１から１０４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。
　次に実施の形態１における偏光回転素子５２、５４の詳細を説明する。
　偏光回転素子５２、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。
　図７および図８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。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。
　上述したように、実施の形態１において、偏光回転素子５２、５４は、１／２波長板である。図７に示されるように、速軸（Ｆ軸）および遅軸（Ｓ軸）に対して４５°の角度をなす直線偏光８０Ａを有するビームが１／２波長板に入射した場合、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。１／２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、１／２波長分に設計されている。そのため、図８に示されるように、偏光回転素子を透過した後のビームの偏光は、透過前の直線偏光８０Ａに対して９０°回転した直線偏光８０Ｂに変換される。
　次に実施の形態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。
　図９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１０は、図９に示されたＢ－Ｂ’における断面図である。
　レーザ光源装置１から出射されたビーム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から出射されるビーム７１から７４は平行光であることが好ましい。
　前述したように各半導体レーザ素子からは、拡がったビームが出射される。それらビーム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１０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を透過したビーム７１から７４は平行光に変換される。
　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。
　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、半導体レーザ素子から出射されるビームの拡がり角が大きい活性層の鉛直方向（ｘ軸方向）のみ平行光に変換するシリンドリカルレンズであってもよい。
　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、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１０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上面に固定される。
　スペーサ段差部２８の外形は、偏光回転素子５４の外形と相似関係にある。スペーサ段差部２８の外形は、偏光回転素子５４の外形より大きい。また、スペーサ段差部２８の高さは、偏光回転素子５４の厚みより大きい。そのため、偏光回転素子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２８とレンズ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２５から２７の外形形状も、スペーサ段差部２８の外形形状と同様である。
　なお、偏光回転素子が配置されていないスペーサ段差部２５、２７には、偏光を回転する機能を有しない透明基板が設けられてもよい。透明基板とは、例えば、ガラス板、透明樹脂板である。
　透明基板が配置されていない場合、半導体レーザ素子１０１、１０３の出射端面からレンズ４１、４３までの距離は、半導体レーザ素子１０２、１０４の出射端面からレンズ４２、４４までの、偏光回転素子５２、５４が挿入された見かけの距離より長い。透明基板が挿入されることにより、半導体レーザ素子１０１、１０３から、レンズ４１、４３までの見かけの距離が短くなる。そのため、半導体レーザ素子１０１から１０４のレーザ出射端面からレンズ４１から４４までの距離が、等距離に補正される。半導体レーザ素子１０１から１０４のレーザ出射端面からレンズ４１から４４が等距離に補正された結果、レーザ光源装置１から出射される４つのビーム７１から７４は、ほぼ同じ平行度でｚ軸方向に進行する。
　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。
　また、図１に示されるように、半導体レーザ素子１０２、１０４から出射されたｙ軸方向の直線偏光は、偏光回転素子５２、５４によって、ｘ軸方向に振動する直線偏光８２、８４に変換される。一方で、半導体レーザ素子１０１、１０３から出射されたビーム７１、７３は、ｙ軸方向の直線偏光８１、８３を維持する。その結果、レーザ光源装置１からは、ｘ軸方向の直線偏光８２、８４のビーム７２、７４と、ｙ軸方向の直線偏光８１、８３のビーム７１、７３とが出射される。ビーム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っていない。
　このように、レーザ光源装置１は、偏光回転素子５２、５４により、複数のビーム７１から７４のうち一部のビーム７２、７４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種類のビーム７１から７４を出射する。このようなビーム７１から７４は、干渉縞やスペックルの発生を低減する。
　以上をまとめると、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ビーム７１から７４を出射する複数の半導体レーザ素子１０１から１０４と、複数のビーム７１から７４のうち少なくとも一部のビーム７２、７４の偏光方向を回転させることにより、複数のビーム７１から７４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。
　このようなレーザ光源装置１は、個別に設けられた複数の半導体レーザ素子１０１から１０４により構成されるため、レーザ発振による温度上昇を低減する。また、レーザ光源装置１は、偏光方向が異なる複数のビーム７１から７４を出射するため、それら複数のビーム７１から７４を合成した時に生じる干渉縞およびスペックルの発生を低減する。
　また、実施の形態１におけるレーザ光源装置１の偏光変換部は、複数のビーム７１から７４のうち一部のビーム７２、７４の偏光方向を９０°回転させる偏光回転素子５２、５４を含む。偏光回転素子５２、５４は、複数の半導体レーザ素子１０１から１０４のうち一部のビーム７２、７４を出射する半導体レーザ素子１０２、１０４に対応して選択的に配置される。
　以上の構成により、レーザ光源装置１は、偏光方向が異なる２種類のビーム７１から７４を出射するため、それら２種類のビーム７１から７４を合成した時に生じる干渉縞およびスペックルの発生を低減する。
　また、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の上方を覆って設けられるスペーサ２０を、さらに含む。スペーサ２０は、複数のビーム７１から７４の各々が通過するスペーサ窓部２１から２４とスペーサ窓部２１から２４の外周に設けられたスペーサ段差部２５から２８とを含む。偏光回転素子５２、５４は、スペーサ段差部２６、２８に保持される。
　以上の構成により、レーザ光源装置１は、偏光回転素子５２、５４を容易にかつ選択的に配置することを可能にする。
　また、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、複数のビーム７１から７４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。
　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ビーム７１から７４を出射することを可能にする。
　（実施の形態１の変形例）
　実施の形態１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１におけるレーザ光源装置１のそれらとは異なる。
　図１１は、実施の形態１の変形例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１５２、１５４の構成を示す図である。偏光回転素子１５２、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１２６、１２８の外形は、偏光回転素子１５２、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。
　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、本変形例における偏光回転素子１５２、１５４は、一方向に対し角度αをなして切り出される。図１２は、偏光回転素子１５２、１５４を含む偏光素子基板を示す図である。偏光回転素子１５２、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。そのため、偏光回転素子１５２、１５４の外形は、平行四辺形を有する。
　また、上述した通り、スペーサ１２０のスペーサ段差部１２６、１２８の外形は、偏光回転素子１５２、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。これにより、偏光回転素子１５２、１５４が９０°回転した場合、またはその表裏が逆転した場合、偏光回転素子１５２、１５４は、スペーサ段差部１２６、１２８に嵌合しない。そのため、偏光回転素子１５２、１５４の設置方向が限定される。
　さらに、偏光回転素子が設置されないスペーサ窓部２１、２３には、スペーサ段差部が設けられていない。このような構成により、偏光回転素子の設置箇所が限定される。
　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１と同様の効果が得られる。さらに、偏光回転素子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。
　＜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。
　図１３は、実施の形態２におけるレーザ光源装置１０の構成およびレーザ光源装置１０から出射されるビーム１７１から１７４を示す斜視図である。図１４は、レーザ光源装置１０の構成を示す分解斜視図である。なお、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。
　偏光回転素子２５２から２５４は、偏光変換部を構成する。偏光変換部は、ビーム１７１から１７４のうち少なくとも一部のビーム１７２から１７４の偏光方向を回転させ、ビーム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において、偏光回転素子２５２から２５４は、１／２波長板である。偏光回転素子２５２から２５４は、速軸５０Ａが半導体レーザ素子１０２から１０４からそれぞれ出射されるｙ軸方向の直線偏光に対して、角度θをなすように配置される。角度θは、偏光回転素子２５２から２５４ごとに異なる。
　図１５は、各偏光回転素子の設置方向および各ビームの偏光方向を示す図である。偏光回転素子２５２から２５４は、ｙ軸方向の直線偏光を角度２θだけ回転させる。
　偏光回転素子２５２は、その速軸５０Ａがｙ軸に対して右回りに２２．５°（θ＝－２２．５°）傾いた状態でスペーサ段差部２６に配置される。偏光回転素子２５２は、ｙ軸方向の直線偏光を２θ＝－４５°回転させる。すなわち、偏光回転素子２５２を透過したビーム１７２は、入射光の偏光に対して右回りに４５°傾いた直線偏光１８２を有する。
　偏光回転素子２５３は、その速軸５０Ａがｙ軸に対して右回りに４５°（θ＝－４５°）傾いた状態でスペーサ段差部２７に配置される。偏光回転素子２５３は、ｙ軸方向の直線偏光を２θ＝－９０°回転させる。すなわち、偏光回転素子２５３を透過したビーム１７３は、入射光の偏光に対して右回りに９０°傾いた直線偏光１８３を有する。
　偏光回転素子２５４は、その速軸５０Ａがｙ軸に対して左回りに２２．５°（θ＝２２．５°）傾いた状態でスペーサ段差部２８に配置される。偏光回転素子２５４は、ｙ軸方向の直線偏光を２θ＝４５°回転させる。すなわち、偏光回転素子２５４を透過したビーム１７４は、入射光の偏光に対して左回りに４５°傾いた直線偏光１８４を有する。偏光回転素子２５２を透過した偏光と偏光回転素子２５４を透過した偏光とは、どちらも入射光線の偏光に対して４５°傾いた偏光を有するが、互いの偏光方向は直交している。
　スペーサ窓部２１には、偏光回転素子は配置されない。実施の形態１と同様に、偏光を回転させないガラス板等が配置されてもよい。スペーサ窓部２１を通過したビーム１７１は、偏光方向がｙ軸に一致した直線偏光１８１を有する。
　このように、偏光回転素子２５２から２５４を透過したビーム１７２から１７４は、角度２θで回転した直線偏光を有する。そして、レーザ光源装置１０は、スペーサ窓部２１を透過するビーム１７１と合わせて、４方向の直線偏光１８１から１８４を有するビーム１７１から１７４を出射する。
　４方向の直線偏光を生成するためには、θ＝－２２．５°で配置される偏光回転素子２５２、θ＝－４５°で配置される偏光回転素子２５３、θ＝２２．５°で配置される偏光回転素子２５４からなる３種類の１／２波長板が必要である。しかし、実施の形態２における１／２波長板は、表裏の区別なく作用する。偏光回転素子２５４は、偏光回転素子２５２と同じ１／２波長板の表裏がｙ軸に対して反転した状態で、スペーサ段差部２８に配置された１／２波長板である。
　このように、９０°回転した偏光を生成する偏光回転素子２５３と、表裏の使い分けにより２種類の４５°回転した偏光を生成する偏光回転素子２５２と２５４をあわせて、２種類の１／２波長板により、４方向の直線偏光が生成可能である。
　実施の形態２では、偏光回転素子２５２および偏光回転素子２５４に、表裏の区別なく作用する１／２波長板が適用された場合、１種類の１／２波長板により、２方向の直線偏光の生成が可能であることが示された。さらに、より多くの半導体レーザ素子を含むレーザ光源装置によって多方向の直線偏光のレーザを生成する場合、ｎ種類の偏光回転素子により、２ｎ方向の直線偏光を含むレーザの生成が可能である。
　また、上記の角度θに限らず、θ＝４５°や２２．５°以外の任意の角度で偏光回転素子が配置されてもよい。それにより、レーザ光源装置１０は、９０°や４５°以外の任意の角度２θの偏光方向が異なるビームを出射する。
　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１０の偏光変換部は、複数のビーム１７１から１７４のうち少なくとも一部のビーム１７２から１７４の偏光方向を回転させる少なくとも１つの偏光回転素子２５２から２５４を含む。偏光回転素子２５２から２５４は、少なくとも一部のビーム１７２から１７４の偏光方向である一方向に対して、速軸５０Ａがθの角度をなすように配置され、偏光方向を２θの角度に回転させるｎ種類の１／２波長板を含む。ｎ種類の１／２波長板を透過することにより偏光方向が回転した複数のビーム１７１から１７４は、２ｎ種類の直線偏光を有する。
　このような構成により、レーザ光源装置１０は、偏光回転素子２５２から２５４によって、９０°に限らず任意の方向に偏光を回転させる。レーザ光源装置１０から出射されるビーム１７１から１７４は、多方向の直線偏光により構成されるため、自然光のようなより無偏光に近いビームの生成を可能とする。そのようなレーザ光源装置１０は、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。このような光源は、投射型表示装置の光源に適している。
　（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１または２におけるレーザ光源装置のそれらとは異なる。
　図１６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２２０および偏光回転素子２５３、３５２、３５４の構成を示す図である。
　偏光回転素子３５２、３５４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２２６、２２８の外形は、偏光回転素子３５２、３５４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。偏光回転素子２５３の構成は、実施の形態２と同様である。
　図１７は、偏光回転素子３５２、３５４を含む偏光素子基板を示す図である。偏光回転素子３５２、３５４は、一方向（ｘ軸方向）に対し、角度αをなして切り出される。そのため、偏光回転素子３５２、３５４の外形は、平行四辺形を有する。
　この際、偏光回転素子３５２、３５４は、入射光の偏光を９０°以外の任意の方向に回転するよう、速軸と角度αとの関係を考慮して切り出される。偏光素子基板から切り出された偏光回転素子３５２、３５４は、同じ特性を有する１／２波長板であり、同じ外形を有する。
　偏光回転素子３５２は、スペーサ段差部２２６に配置される。スペーサ段差部２２６の外形は、偏光回転素子３５２の外形より大きい相似形状である平行四辺形を有する。偏光回転素子３５２は、右回りに偏光を回転させる。
　偏光回転素子３５４は、偏光回転素子３５２との関係において、表裏反転して、スペーサ段差部２２８に配置される。スペーサ段差部２２８の外形は、偏光回転素子３５４の外形より大きい相似形状である平行四辺形を有する。偏光回転素子３５４は、左回りに偏光を回転させる。
　偏光回転素子３５２の形状と、それが表裏反転した偏光回転素子３５４の形状とは、ｘｙ平面において、一致しない。そのため、両者は区別可能である。偏光回転素子３５２は、スペーサ段差部２２８には、嵌合しない。また、偏光回転素子３５４は、スペーサ段差部２２６には、嵌合しない。よって、偏光回転素子３５２、３５４の設置位置は、それぞれ定められたスペーサ段差部２２６、２２８に限定される。
　偏光回転素子２５３は、スペーサ段差部２７に配置される。偏光回転素子２５３は、偏光を９０°回転させる。偏光回転素子２５３の速軸５０Ａは、その外形を構成する辺と４５°の角度をなす。また、偏光回転素子２５３の外形は、正方形を有する。そのため、偏光回転素子２５３は、表裏反転してもその動作は変わらない。
　偏光回転素子２５３の外形は、ビーム１７３の断面を覆う形状であればｘ軸方向に長方形であってもよい。同様に偏光回転素子３５２、３５４も、ビーム１７２、１７３の断面を覆う、ｘ軸方向に長い平行四辺形であってもよい。偏光回転素子２５３の外形は、偏光回転素子３５２、３５４の外形と異なる形状であればよい。また、偏光回転素子２５３が、偏光回転素子３５２、３５４と異なる角度で切り出された場合、偏光回転素子２５３の表裏も規定される。そのため、偏光回転素子２５３と、その他の偏光回転素子との区別が可能となる。
　このように構成されたレーザ光源装置であっても、他の実施の形態または変形例と同様の効果が得られる。さらに、実施の形態２の変形例におけるレーザ光源装置は、そのレーザ光源装置の組立工程において、複数種類の偏光回転素子を、所定の位置に間違えることなく配置することを可能とする。
　＜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。なお、実施の形態１または２と同様の構成および動作については説明を省略する。
　図１８は、実施の形態３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から出射されるビーム７１から７４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、レンズ４１から４４および偏光回転素子５２、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３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。
　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５２、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５２、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。
　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、複数のビーム７１から７４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。
　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。
　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５２、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５２、５４の外形は、スペーサ窓部３２２、３２４の開口の直径よりも大きい。そのため、偏光回転素子５２、５４は、スペーサ窓部３２２、３２４の開口に落下することなく偏光回転素子保持段差部３２６、３２８に保持されるとともに、偏光回転素子５２、５４の配置が規制される。
　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５２、５４は、偏光回転素子保持段差部３２６、３２８によって、レンズ４２、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３２６、３２８に保持される偏光回転素子５２、５４とを、互いに干渉しないように配置できる。
　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５２、５４の位置が規制できれば、偏光回転素子５２、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５２、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３２６から３２８に保持された偏光回転素子５２、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５２、５４の破損を抑制できる。
　偏光回転素子５２、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、ビーム７１から７４のうち少なくとも一部のビームの偏光方向を回転させ、ビーム７１から７４の偏光方向が一方向に揃わないように乱す。実施の形態３における偏光回転素子５２、５４は、ビーム７１から７４のうち一部のビーム７２、７４の偏光方向を９０°回転させる。言い換えると、偏光回転素子５２、５４は、ビーム７２、７４を出射する半導体レーザ素子１０２、１０４に対応して選択的に配置される。
　半導体レーザ素子１０１から１０４を出射したビーム７１から７４は、レンズ４１から４４によりｚ軸方向に平行なビーム７１から７４に変換される。そして、平行化されたビーム７２、７４が、偏光回転素子５２、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５２、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３によれば、偏光回転素子５２、５４の入射前にビーム７２、７４が平行化されているので、全領域均一に偏光が回転する。
　半導体レーザ素子１０２、１０４から出射されたｙ軸方向の直線偏光は、偏光回転素子５２、５４によって、ｘ軸方向に振動する直線偏光８２、８４に変換される。一方で、半導体レーザ素子１０１、１０３から出射されたビーム７１、７３は、ｙ軸方向の直線偏光８１、８３を維持する。その結果、レーザ光源装置１００からは、ｘ軸方向の直線偏光８２、８４のビーム７２、７４と、ｙ軸方向の直線偏光８１、８３のビーム７１、７３とが出射される。ビーム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っていない。
　このように、レーザ光源装置１００は、偏光回転素子５２、５４により、複数のビーム７１から７４のうち一部のビーム７２、７４の偏光方向を回転させすることにより、偏光方向が異なる２種類のビーム７１から７４を出射する。このようなビーム７１から７４は、干渉縞やスペックルの発生を低減する。
　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。
　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、ビーム７１から７４の断面形状に合わせた矩形や楕円形状であってもよい。
　偏光回転素子５２、５４の外形は、偏光回転素子５２、５４がスペーサ窓部３２２、３２４に落ちない形状であれば、レンズ保持段差部３６２、３６４の開口と同様に、偏光回転素子５２、５４の外形も、ビーム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５２、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。
　以上をまとめると、実施の形態３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、複数のビーム７１から７４を平行光に変換する。また、実施の形態３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、複数のビーム７１から７４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、複数のビーム７１から７４が進行する方向に対応する。偏光回転素子保持段差部３２６、３２８は、偏光回転素子５２、５４を、複数のレンズ４１から４４のうち偏光回転素子５２、５４に対応するレンズ４２、４４の上部に保持する。
　このようなレーザ光源装置１００においては、平行化されたビーム７２、７４が、偏光回転素子５２、５４の全領域に均一に入射する。偏光回転素子５２、５４の入射前にビーム７２、７４が平行化されているので、全領域均一に偏光が回転する。
　（実施の形態３の変形例）
　実施の形態３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３におけるレーザ光源装置１００のそれらとは異なる。
　図２２は、実施の形態３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１５２、１５４の構成を示す図である。偏光回転素子１５２、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４２６、４２８の外形は、偏光回転素子１５２、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。
　偏光回転素子１５２、１５４の表裏が反転した場合、偏光回転素子１５２、１５４は、偏光回転素子保持段差部４２６、４２８に嵌合しない。そのため、偏光回転素子１５２、１５４の設置方向が限定される。また、偏光回転素子を設置しないレンズ４３、４１の上部には、偏光回転素子保持段差部が設けられていない。そのため、偏光回転素子１５２、１５４の設置箇所が限定される。
　なお、偏光回転素子１５２、１５４の作製方法は、実施の形態１の変形例の図１２の説明と同様であり、ここでは詳述を省略する。
　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３と同様の効果が得られる。さらに、偏光回転素子１５２、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。
　＜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。なお、実施の形態１から３のいずれかと同様の構成および動作については説明を省略する。
　図２３は、実施の形態４におけるレーザ光源装置２００の構成およびレーザ光源装置２００から出射されるビーム１７１から１７４を示す斜視図である。図２４は、レーザ光源装置２００の構成を示す分解斜視図である。なお、実施の形態４における各図において、実施の形態２および３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。
　実施の形態４におけるスペーサ３２０は、実施の形態３と同様の構成を有する。偏光回転素子２５２から２５４の構成および作用は、実施の形態２の図１５に示される構成および作用と同様である。
　偏光回転素子２５２から２５４は、偏光変換部を構成する。偏光変換部は、ビーム１７１から１７４のうち少なくとも一部のビーム１７２から１７４の偏光方向を回転させ、ビーム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４において、偏光回転素子２５２から２５４は、１／２波長板である。偏光回転素子２５２から２５４は、速軸５０Ａが半導体レーザ素子１０２から１０４からそれぞれ出射されるｙ軸方向の直線偏光に対して、角度θをなすように配置される。偏光回転素子２５２から２５４は、ｙ軸方向の直線偏光を角度２θだけ回転させる。ここでは、角度θは、偏光回転素子２５２から２５４ごとに異なる。
　偏光回転素子２５２は、その速軸５０Ａがｙ軸に対して－２２．５°傾いた状態で、偏光回転素子保持段差部３２６に配置される。偏光回転素子２５２を透過したビーム１７２の直線偏光１８２は、偏光回転素子を透過しないビーム１７１の直線偏光１８１に対して、－４５°回転、つまり右回りに４５°回転している。
　偏光回転素子２５３は、その速軸５０Ａがｙ軸に対して－４５°傾いた状態で、偏光回転素子保持段差部３２７に配置される。偏光回転素子２５３を透過したビーム１７３の直線偏光１８３は、ビーム１７１の直線偏光１８１に対して９０°回転、つまりｙ軸からｘ軸に回転している。
　偏光回転素子２５４は、その速軸５０Ａがｙ軸に対して２２．５°傾いた状態で、偏光回転素子保持段差部３２８に配置される。偏光回転素子２５４を透過したビーム１７４の直線偏光１８４は、ビーム１７１の直線偏光１８１に対して４５°回転、つまり左回りに４５°回転している。
　レーザ光源装置２００は、偏光回転素子を透過しないビーム１７１と合わせて、４方向の直線偏光１８１から１８４を有するビーム１７１から１７４を出射する。
　４方向の直線偏光を生成するためには、偏光回転素子２５２、２５３、２５４の３種類の１／２波長板が必要である。しかし、実施の形態２の図１４おいて詳述したように、１／２波長板は、表裏の区別なく作用する。偏光回転素子２５４は、偏光回転素子２５２と同じ１／２波長板の表裏がｙ軸に対して反転した状態で、偏光回転素子保持段差部３２８に配置された１／２波長板である。
　このように、９０°回転した偏光を生成する偏光回転素子２５３と、表裏の使い分けにより２種類の４５°回転した偏光を生成する偏光回転素子２５２と２５４をあわせて、２種類の１／２波長板により、４方向の直線偏光が生成可能である。
　また、偏光回転素子２５２および偏光回転素子２５４のように、表裏の区別なく作用する１／２波長板が適用された場合、１種類の１／２波長板により、２方向の直線偏光の生成が可能であるため、より多くの半導体レーザ素子を含むレーザ光源装置によって多方向の直線偏光のレーザを生成する場合、ｎ種類の偏光回転素子により、２ｎ方向の直線偏光を含むレーザの生成が可能であること、およびその効果は、実施の形態２と同様である。
　また、半導体レーザ素子１０１から１０４を出射したビーム１７１から１７４は、レンズ４１から４４によりｚ軸方向に平行なビーム１７１から１７４に変換される。偏光回転素子２５２から２５４の入射前にビーム２７２から２７４が平行化されているので、実施の形態３と同様に、全領域均一に偏光が回転する。
　（実施の形態４の変形例）
　実施の形態４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４におけるレーザ光源装置２００のそれらとは異なる。
　図２５は、実施の形態４の変形例におけるレーザ光源装置のスペーサ５２０および偏光回転素子２５３、３５２、３５４の構成を示す図である。
　偏光回転素子３５２および３５４の外形は、平行四辺形を有する。スペーサ５２０の偏光回転素子保持段差部５２６および５２８の外形は、それぞれ、偏光回転素子３５２および３５４の外形より少し大きい相似外形である平行四辺形を有する。偏光回転素子２５３の構成は、実施の形態３と同様である。
　偏光回転素子３５２、３５４の製作方法は、実施の形態２の変形例の図１７と同様であり説明を省略するが、偏光回転素子３５２、３５４は、同じ特性を有する１／２波長板であり、同じ平行四辺形の外形を有する。ただし、偏光回転素子３５４は、偏光回転素子３５２の表裏を反転している。そのため、偏光回転素子３５２の外形は、偏光回転素子３５４の外形とは、異なる平行四辺形を有する。また、偏光回転素子３５２の速軸５０Ａも、偏光回転素子３５４のそれとは、異なった方向に傾いている。
　偏光回転素子保持段差部５２６および５２８は、偏光回転素子３５２および３５４の外形にそれぞれ対応するように構成されているため、偏光回転素子３５２は偏光回転素子保持段差部５２６に、偏光回転素子３５４は偏光回転素子保持段差部５２８に配置される。
　偏光回転素子２５３は、偏光回転素子３５２、３５４と異なる矩形形状を有する。偏光回転素子２５３は、偏光回転素子２５３と相似形状の偏光回転素子保持段差部３２７に配置される。
　偏光回転素子３５２の速軸５０Ａは、ｙ軸から－２２．５°傾いている。偏光回転素子３５２を透過したビーム１７２は、－４５°回転、つまり右回りに４５°回転した直線偏光１８２を有する。
　偏光回転素子３５４の速軸５０Ａは、ｙ軸から２２．５°傾いている。偏光回転素子３５４を透過したビーム１７４は、４５°回転、つまり左回りに４５°回転した直線偏光１８４を有する。
　偏光回転素子２５３の速軸５０Ａは、ｙ軸から－４５°傾いている。偏光回転素子２５３を透過したビーム１７３は、－９０°回転、つまりｙ軸からｘ軸に回転した直線偏光１８３となる。
　偏光回転素子３５２の形状と、それが表裏反転した偏光回転素子３５４の形状とは、ｘｙ平面において、一致しない。そのため、両者は区別可能である。偏光回転素子３５２は、偏光回転素子保持段差部５２８には、嵌合しない。また、偏光回転素子３５４は、偏光回転素子保持段差部５２６には、嵌合しない。よって、偏光回転素子３５２、３５４の設置位置は、それぞれ定められた偏光回転素子保持段差部５２６、５２８に限定される。
　偏光回転素子２５３は、偏光回転素子保持段差部３２７に配置される。偏光回転素子２５３は、偏光を９０°回転させる。偏光回転素子２５３の速軸５０Ａは、その外形を構成する辺と４５°の角度をなす。また、偏光回転素子２５３の外形は、正方形を有する。そのため、偏光回転素子２５３は、表裏反転してもその動作は変わらない。
　偏光回転素子２５３の外形は、長方形であってもよい。偏光回転素子２５３の外形は、偏光回転素子３５２、３５４の外形と異なる外形であればよい。また、偏光回転素子２５３が、偏光回転素子３５２、３５４と異なる角度で切り出された場合、偏光回転素子２５３の表裏も規定される。そのため、偏光回転素子２５３と、その他の偏光回転素子との区別が可能となる。
　このように構成されたレーザ光源装置であっても、他の実施の形態または変形例と同様の効果が得られる。さらに、実施の形態４の変形例におけるレーザ光源装置は、そのレーザ光源装置の組立工程において、複数種類の偏光回転素子を、所定の位置に間違えることなく配置することを可能とする。
　以上の実施の形態１、２、３、４およびそれらの変形例においては、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。
　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。
　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、上記の偏光方向だけでなく、波長に関しても特性が異なる４種類のビームを出射することが可能となる。
　また、偏光回転素子が配置されるスペーサ段差部は、各実施の形態に示されたスペーサ段差部に限定されない。つまり、偏光回転素子が各図に示されたスペーサ段差部とは異なるいずれかのスペーサ段差部に配置された場合であっても、上記と同様の効果を奏する。
　なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
　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。
　１　レーザ光源装置、１０　レーザ光源装置、１０１～１０４　半導体レーザ素子、２０　スペーサ、２５～２８　スペーサ段差部、３０　ベース部、３０Ａ　上面、４１～４４　レンズ、５０Ａ　速軸、５０Ｂ　遅軸、５２　偏光回転素子、５４偏光回転素子、２５２～２５４　偏光回転素子、７１～７４　ビーム、８１～８４　直線偏光。

Claims (15)

  1. 　ベース（３０）と、
    　各々が個別に前記ベース（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ビームを出射する複数の半導体レーザ素子（１０１，１０２，１０３，１０４）と、
    　前記複数のビームのうち少なくとも一部のビームの前記偏光方向を回転させることにより、前記複数のビーム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、を備えるレーザ光源装置（１，１０，１００，２００）。
  2. 　前記偏光変換部は、
    　前記複数のビームのうち一部のビームの前記偏光方向を９０°回転させる偏光回転素子（５２，５４）を含み、
    　前記偏光回転素子（５２，５４）は、
    　前記複数の半導体レーザ素子（１０１，１０２，１０３，１０４）のうち前記一部のビームを出射する半導体レーザ素子（１０２，１０４）に対応して選択的に配置される、請求項１に記載のレーザ光源装置（１，１００）。
  3. 　前記複数の半導体レーザ素子（１０１，１０２，１０３，１０４）の上方を覆って設けられるスペーサ（３２０）を、さらに備え、
    　前記スペーサ（３２０）は、
    　前記複数のビームの各々が通過するスペーサ窓部（３２１，３２２，３２３，３２４）と、
    　前記スペーサ窓部（３２１，３２２，３２３，３２４）の内周に設けられたレンズ保持段差部（３６１，３６２，３６３，３６４）と、
    　前記スペーサ窓部（３２１，３２２，３２３，３２４）の外周に設けられた偏光回転素子保持段差部（３２５，３２６，３２７，３２８）と、を含み、
    　前記偏光回転素子（５２，５４）は、前記偏光回転素子保持段差部（３２６，３２８）に保持される、請求項２に記載のレーザ光源装置（１００）。
  4. 　前記偏光回転素子（１５２，１５４）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（４２６，４２８）の外形は、前記偏光回転素子（１５２，１５４）の前記外形よりも大きい相似形状を有する、請求項３に記載のレーザ光源装置。
  5. 　前記複数の半導体レーザ素子（１０１，１０２，１０３，１０４）のそれぞれに対応して設けられ、前記複数のビームのそれぞれを平行光に変換する複数のレンズ（４１，４２，４３，４４）を、さらに備え、
    　前記スペーサ（３２０）は、前記ベース（３０）に固定され、
    　前記複数のレンズ（４１，４２，４３，４４）の各々は、前記レンズ保持段差部（３６１，３６２，３６３，３６４）において保持され、
    　前記偏光回転素子保持段差部（３２６，３２８）は、前記偏光回転素子（５２，５４）を、前記複数のレンズ（４１，４２，４３，４４）のうち前記偏光回転素子（５２，５４）に対応するレンズ（４２，４４）の上部に保持する、請求項３または請求項４に記載のレーザ光源装置（１００）。
  6. 　前記偏光変換部は、
    　前記複数のビームのうち前記少なくとも一部のビームの前記偏光方向を回転させる少なくとも１つの偏光回転素子（２５２，２５３，２５４）を含み、
    　前記少なくとも１つの偏光回転素子（２５２，２５３，２５４）は、
    　前記少なくとも一部のビームの前記偏光方向である前記一方向に対して、速軸が角度θをなすように配置され、かつ、前記偏光方向を角度２θで回転させるｎ種類の１／２波長板を含み、
    　前記ｎ種類の１／２波長板を透過することにより前記偏光方向が回転した前記複数のビームは、２ｎ種類の直線偏光を有する、請求項１に記載のレーザ光源装置（１０，２００）。
  7. 　前記複数の半導体レーザ素子（１０１，１０２，１０３，１０４）の上方を覆って設けられるスペーサ（３２０）を、さらに備え、
    　前記スペーサ（３２０）は、
    　前記複数のビームの各々が通過するスペーサ窓部（３２１，３２２，３２３，３２４）と、
    　前記スペーサ窓部（３２１，３２２，３２３，３２４）の内周に設けられたレンズ保持段差部（３６１，３６２，３６３，３６４）と、
    　前記スペーサ窓部（３２１，３２２，３２３，３２４）の外周に設けられた偏光回転素子保持段差部（３２５，３２６，３２７，３２８）と、を含み、
    　前記少なくとも１つの偏光回転素子（２５２，２５３，２５４）の各々は、前記偏光回転素子保持段差部（３２６，３２７，３２８）に保持される、請求項６に記載のレーザ光源装置（２００）。
  8. 　前記少なくとも１つの偏光回転素子（３５２，３５４）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（５２６，５２８）の外形は、前記少なくとも１つ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７に記載のレーザ光源装置。
  9. 　前記複数の半導体レーザ素子（１０１，１０２，１０３，１０４）のそれぞれに対応して設けられ、前記複数のビームのそれぞれを平行光に変換する複数のレンズ（４１，４２，４３，４４）を、さらに備え、
    　前記スペーサ（３２０）は、前記ベース（３０）に固定され、
    　前記複数のレンズ（４１，４２，４３，４４）の各々は、前記レンズ保持段差部（３６１，３６２，３６３，３６４）において保持され、
    　前記偏光回転素子保持段差部（３２６，３２７，３２８）は、前記少なくとも１つの偏光回転素子（２５２，２５３，２５４）の各々を、前記複数のレンズ（４１，４２，４３，４４）のうち前記少なくとも１つの偏光回転素子（２５２，２５３，２５４）に対応するレンズ（４２，４３，４４）の上部に保持する、請求項７または請求項８に記載のレーザ光源装置（２００）。
  10. 　前記複数の半導体レーザ素子（１０１，１０２，１０３，１０４）の上方を覆って設けられるスペーサ（２０）を、さらに備え、
    　前記スペーサ（２０）は、前記複数のビームの各々が通過するスペーサ窓部（２１，２２，２３，２４）と前記スペーサ窓部（２１，２２，２３，２４）の外周に設けられたスペーサ段差部（２５，２６，２７，２８）とを含み、
    　前記偏光回転素子（５２，５４）は、前記スペーサ段差部（２６，２８）に保持される、請求項２に記載のレーザ光源装置（１）。
  11. 　前記偏光回転素子（１５２，１５４）の外形は、平行四辺形を有し、
    　前記スペーサ段差部（１２６，１２８）の外形は、前記偏光回転素子（１５２，１５４）の前記外形よりも大きい相似形状を有する、請求項１０に記載のレーザ光源装置。
  12. 　前記複数の半導体レーザ素子（１０１，１０２，１０３，１０４）のそれぞれに対応して設けられ、前記複数のビームのそれぞれを平行光に変換する複数のレンズ（４１，４２，４３，４４）を、さらに備え、
    　前記スペーサ（２０）は、前記ベース（３０）に固定され、かつ、前記複数のレンズ（４１，４２，４３，４４）を保持する、請求項１０または請求項１１に記載のレーザ光源装置（１）。
  13. 　前記複数の半導体レーザ素子（１０１，１０２，１０３，１０４）の上方を覆って設けられるスペーサ（２０）を、さらに備え、
    　前記スペーサ（２０）は、前記複数のビームの各々が通過するスペーサ窓部（２１，２２，２３，２４）と前記スペーサ窓部（２１，２２，２３，２４）の外周に設けられたスペーサ段差部（２５，２６，２７，２８）とを含み、
    　前記少なくとも１つの偏光回転素子（２５２，２５３，２５４）の各々は、前記スペーサ段差部（２６，２７，２８）に保持される、請求項６に記載のレーザ光源装置（１０）。
  14. 　前記少なくとも１つの偏光回転素子（３５２，３５４）の各々の外形は、平行四辺形を有し、
    　前記スペーサ段差部（２２６，２２８）の外形は、前記少なくとも１つの偏光回転素子（３５２，３５４）の各々の前記外形よりも大きい相似形状を有し、
    　前記角度２θは、９０°以外である、請求項１３に記載のレーザ光源装置。
  15. 　前記複数の半導体レーザ素子（１０１，１０２，１０３，１０４）のそれぞれに対応して設けられ、前記複数のビームのそれぞれを平行光に変換する複数のレンズ（４１，４２，４３，４４）を、さらに備え、
    　前記スペーサ（２０）は、前記ベース（３０）に固定され、かつ、前記複数のレンズ（４１，４２，４３，４４）を保持する、請求項１３または請求項１４に記載のレーザ光源装置（１０）。
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