特許 6156722 アレイ光源、アレイ光源を用いた照明光学系

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6156722

(24)【登録日】2017年6月16日

(45)【発行日】2017年7月5日

(54)【発明の名称】アレイ光源、アレイ光源を用いた照明光学系

(51)【国際特許分類】

   F21S 2/00 20160101AFI20170626BHJP

   F21V 7/09 20060101ALI20170626BHJP

   G03B 21/14 20060101ALI20170626BHJP

   F21Y 115/30 20160101ALN20170626BHJP

【ＦＩ】

   F21S2/00 310

   F21V7/09 400

   F21S2/00 355

   G03B21/14 A

   F21Y115:30

【請求項の数】4

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-20013(P2013-20013)

(22)【出願日】2013年2月5日

(65)【公開番号】特開2014-154214(P2014-154214A)

(43)【公開日】2014年8月25日

【審査請求日】2016年1月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】504462711

【氏名又は名称】Ｚｅｒｏ Ｌａｂ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098497

【弁理士】

【氏名又は名称】片寄 恭三

(72)【発明者】

【氏名】古賀 律生

【審査官】 河村 勝也

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１５−５０１５０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００３−５１６５５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５２８３５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２６８８５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０４３７０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第８９９８４４７（ＵＳ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２１Ｓ ２／００

Ｆ２１Ｖ ７／００

Ｇ０３Ｂ ２１／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ｍ行×ｎ列の二次元アレイ状に配列された複数の半導体レーザ素子を含む第１のアレイ光源部であって、前記複数の半導体レーザ素子は、赤色帯域の光を発する半導体レーザ素子、緑色帯域の光を発する半導体レーザ素子および青色帯域の光を発する半導体レーザ素子を含み、前記複数の半導体レーザ素子からの光を第１の方向に向けて出力する、前記第１のアレイ光源部と、
ｍ行×ｎ列の二次元アレイ状に配列された複数の半導体レーザ素子を含む第２のアレイ光源部であって、前記複数の半導体レーザ素子は、前記複数の半導体レーザ素子は、赤色帯域の光を発する半導体レーザ素子、緑色帯域の光を発する半導体レーザ素子および青色帯域の光を発する半導体レーザ素子を含み、前記複数の半導体レーザ素子からの光を第１の方向と反対の第２の方向に向けて出力する第２のアレイ光源部と、
前記第１のアレイ光源部と第２のアレイ光源部との間に配置され、第１および第２のアレイ光源部から出力されたレーザ光を第３の方向に向けて反射するアレイミラー部とを有し、
前記アレイミラー部は、前記第１のアレイ光源部の行方向の光を第３の方向に反射する第１の反射ミラーが複数形成された第１のアレイ部材と、前記第２のアレイ光源部の行方向の光を第３の方向に反射する第２の反射ミラーが複数形成された第２のアレイ部材とを有し、
第１のアレイ部材はさらに、複数の第１の反射ミラーが階段状に形成されるように第１の反射ミラーの間を連結する第１の連結部を複数含み、
第２のアレイ部材はさらに、複数の第２の反射ミラーが階段状に形成されるように第２の反射ミラーの間を連結する第２の連結部を複数含み、
第１のアレイ部材と第２のアレイ部材とは同一部材であり、前記第１のアレイ部材と前記第２のアレイ部材との向きが反転するように第１のアレイ部材と第２のアレイ部材とが積層される、アレイ光源。

【請求項2】

複数の半導体レーザ素子からの光を第１の方向に向けて出力する第１のアレイ光源部と、
複数の半導体レーザ素子からの光を第１の方向と反対の第２の方向に向けて出力する第２のアレイ光源部と、
前記第１のアレイ光源部と第２のアレイ光源部との間に配置され、第１および第２のアレイ光源部から出力されたレーザ光を第３の方向に向けて反射するアレイミラー部とを有し、
前記アレイミラー部は、前記第１のアレイ光源部の行方向の光を第３の方向に反射する第１の反射ミラーが複数形成された第１のアレイ部材と、前記第２のアレイ光源部の行方向の光を第３の方向に反射する第２の反射ミラーが複数形成された第２のアレイ部材とを有し、
第１の反射ミラーの各々および第２の反射ミラーの各々は、反射面の角度を調整するための調整機構を含み、
前記調整機構は、第１および第２の反射ミラーの裏面側に取り付けられたＮ極またはＳ極のマグネット部と、マグネット部の極性と反対の極性を有する基部とを含み、前記調整機構はさらに、前記マグネット部と前記基部との間に前記マグネット部の位置を固定するための樹脂を含む、アレイ光源。

【請求項3】

複数の半導体レーザ素子からの光を第１の方向に向けて出力する第１のアレイ光源部と、
複数の半導体レーザ素子からの光を第１の方向と反対の第２の方向に向けて出力する第２のアレイ光源部と、
前記第１のアレイ光源部と第２のアレイ光源部との間に配置され、第１および第２のアレイ光源部から出力されたレーザ光を第３の方向と当該第３の方向と反対の第４の方向に向けて反射するアレイミラー部とを有し、
前記アレイミラー部は、前記第１のアレイ光源部の行方向の光を第３の方向に反射し、かつ前記第２のアレイ光源部の行方向の光を第４の方向に反射する第１の反射ミラーが複数形成された第１のアレイ部材と、前記第２のアレイ光源部の行方向の光を第３の方向に反射し、かつ前記第１のアレイ光源部の行方向の光を第４の方向に反射する第２の反射ミラーが複数形成された第２のアレイ部材とを有し、
第１のアレイ部材はさらに、複数の第１の反射ミラーが階段状に形成されるように第１の反射ミラーの間を連結する第１の連結部を複数含み、
第２のアレイ部材はさらに、複数の第２の反射ミラーが階段状に形成されるように第２の反射ミラーの間を連結する第２の連結部を複数含み、
第１のアレイ部材と第２のアレイ部材とは積層され、
第１のアレイ部材は、第１の反射ミラーの裏面に、第２のアレイ光源部からの光を反射する反射ミラーを備え、第２のアレイ部材は、第２の反射ミラーの裏面に、第１のアレイ光源部からの光を反射する反射ミラーを備える、アレイ光源。

【請求項4】

請求項１ないし３いずれか１つに記載のアレイ光源と、前記アレイ光源からの光を集光する光学部材とを含み、前記光学部材は、前記アレイ光源から出射された光を反対方向に折り返す反射部材を含み、照明光学系の少なくとも一部の光学部材は、アレイ光源の上下または左右側面空間に配置される、照明光学系。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、赤色帯域、緑色帯域および青色帯域等のレーザ光を発する半導体レーザ素子を備えたアレイ光源に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、赤色帯域、緑色帯域および青色帯域のレーザ光を発する半導体レーザが開発され、その実用化が進められている。半導体レーザを光源に利用することができれば、従来のハロゲン等のランプ光源と比較して、消費電力の低減、長寿命化、小型化を期待することができる。

【0003】

特許文献１は、対向配置された第１および第２固体光源ユニットからの光を反射する反射ユニットと、反射ユニットの光で励起される蛍光発光板とを備えた光源装置を開示する。特許文献２は、レーザーダイオードがアレイ状に配置された発光素子ユニットを対向して配置し、各発光素子ユニットからの光を反射ミラーで反射する照明装置を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−１３３３３７号公報

【特許文献2】特開２０１２−１１８１２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１および２に開示される光源装置ないし照明装置は、対向して配置された２つのアレイ光源の間に、当該アレイ光源からの光を反射する反射ミラーを配置させ、複数のレーザ光線束を取り出す構成を開示している。

【0006】

しかしながら、従来のこのような光源装置ないし照明装置には、次のような課題がある。レーザ光は非常にコヒーレント性が高いため、その光軸をより正確に調整しなければならない。複数の半導体レーザ素子がアレイ化された場合には、各半導体レーザ素子間の光軸が整合されるように光軸調整が行われなければならない。通常、そのような調整は、熟練した人によって行われるが、非常に煩雑であり、そのために多くの時間を必要とする。特に、半導体レーザ素子がアレイ光源に実装された後では、半導体レーザ素子が固定されているため、事実上、半導体レーザ素子の位置を調整することは難しい。

【0007】

さらに、特許文献２のような構成の反射ミラーを用いた場合、発光素子ユニットのレーザーダイオードの行方向のピッチが大きくなってしまい、そのような構成は、必ずしも照明装置の高密度化、小型化に適しているとは言えない。

【0008】

本発明は、そのような従来の課題を解決するとともに、小型化、省スペース化を図るアレイ光源およびそれを用いた照明光学系を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係るアレイ光源は、青色帯域、緑色帯域および赤色帯域の少なくとも１つの帯域の光を発生する半導体レーザ素子を含むものであって、行列方向に配列された複数の半導体レーザ素子を含み、各半導体レーザ素子からの光を第１の方向に向けて出力する第１のアレイ光源部と、行列方向に配列された複数の半導体レーザ素子を含み、各半導体レーザ素子からの光を第１の方向と反対の第２の方向に向けて出力する第２のアレイ光源部と、前記第１のアレイ光源部と第２のアレイ光源部との間に配置され、第１および第２のアレイ光源部から出力されたレーザ光を第３の方向に向けて反射するアレイミラー部とを有し、前記アレイミラー部は、前記第１のアレイ光源部の各行の光を第３の方向に反射する第１の反射ミラーが複数形成された第１のアレイ部材と、前記第２のアレイ光源部の各行の光を第３の方向に反射する第２の反射ミラーが複数形成された第２のアレイ部材とを有し、前記第１のアレイ部材と前記第２のアレイ部材とが交差するように積層される。

【0010】

好ましくは、前記第１の反射ミラーは、反射面が３次元方向に調整可能であり、前記第２の反射ミラーは、反射面が３次元方向に調整可能である。好ましい態様では、前記第１のアレイ部材と前記第２のアレイ部材とは同一構成であり、第２のアレイ部材は、第１のアレイ部材を反転した位置関係にある。好ましくは、前記第１の反射ミラーが階段状に延在し、第１の反射ミラーは、第１のアレイ光源の半導体レーザ素子の行方向のピッチに対応し、前記第２の反射ミラーが階段状に延在し、第２の反射ミラーは、第２のアレイ光源の半導体レーザ素子の行方向のピッチに対応する。好ましくは、前記第１および第２の反射ミラーは、ボール状のジョイントを介して基部と磁力によって結合される。好ましくは、前記第１および第２の反射ミラーは、樹脂によって前記基部に固定される。好ましくは、前記第１のアレイ光源部の各行の列方向の位置は、前記第２のアレイ光源部の各行の列方向の位置と互い違いの関係にある。

【0011】

他の好ましい態様では、前記第１のアレイ光源部の各行の列方向の位置は、前記第２のアレイ光源部の各行の列方向の位置と等しい。この場合、第１のアレイ部材は、第１の反射ミラーの裏面に、第２のアレイ光源部からの光を反射する反射ミラーを備え、第２のアレイ部材は、第２の反射ミラーの裏面に、第１のアレイ光源部からの光を反射する反射ミラーを備える。

【0012】

好ましくは前記第１のアレイ光源部は、１つの行に赤色帯域、緑色帯域および青色帯域の半導体レーザ素子を配置し、前記第２のアレイ光源部は、１つの行に赤色帯域、緑色帯域および青色帯域の半導体レーザ素子を配置する。好ましくは、前記第１のアレイ光源部は、各行毎に、赤色帯域、緑色帯域および青色帯域の半導体レーザ素子を配置し、前記第２のアレイ光源部は、各行毎に、赤色帯域、緑色帯域および青色帯域の半導体レーザ素子を配置する。好ましくは照明光学系は、上記構成のアレイ光源からの光を利用して照明する光学部材を含む。好ましくは前記光学部材は、前記アレイ光源から出射された光を反対方向に折り返す反射部材を含み、照明光学系の少なくとも一部の光学部材は、アレイ光源の上下または左右側面空間に配置される。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、第１および第２のアレイ光源からの光を、交互に交差するように積層された第１および第２のアレイ部材によって反射するようにしたので、アレイ光源の小型化、省スペース化を図ることができる。さらに本発明によれば、第１および第２のアレイ部材の第１および第２の反射ミラーの反射面を３次元方向に調整可能にしたことにより、アレイ光源への実装後に半導体レーザ素子の光軸の調整を簡単に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の第１の実施例に係る光源装置の構成を示すブロック図である。

【図2】本発明の第１の実施例に係るアレイ光源の構成を示す図である。

【図3】本発明の第１の実施例に係るアレイ光源において、図３（Ａ）は、第１のアレイ光源の１行目のレーザ光が反射される様子を説明する図、図３（Ｂ）は、第２のアレイ光源の１行目のレーザ光が反射される様子を説明する図である。

【図4】本発明の第１の実施例に係るアレイ光源の一部のアレイミラーの構成を示す斜視図である。

【図5】図５（Ａ）は、本発明の第１の実施例に係るアレイミラーの斜視図、図５（Ｂ）は、アレイミラーの断面図である。

【図6】本発明の第２の実施例に係るアレイ光源の構成を示す図である。

【図7】図７（Ａ）は、第１および第２のアレイ光源の１行目のレーザ光が反射される様子を説明する図、図７（Ｂ）は、第１および第２のアレイ光源の２行目のレーザ光が反射される様子を説明する図である。

【図8】本発明の第３の実施例に係る照明光学系の概略側面図である。

【図9】本発明の第３の実施例に係る照明光学系の概略上面図である。

【図10】本発明の第３の実施例に係る照明光学系に用いられるカラーホイールの一例を示し、図１０（Ａ）は平面図、図１０（Ｂ）は、そのＸ−Ｘ線断面図である。

【図11】本発明の第４の実施例に係る照明光学系の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本発明の好ましい態様では、アレイ光源は、赤色帯域、緑色帯域、および青色帯域の光をそれぞれ発する半導体レーザ素子を用いて構成される。また、他の態様では、アレイ光源は、青色帯域の光を発する半導体レーザ素子を用いて構成される。半導体レーザ素子は、面発光型半導体レーザ素子、端面発光型レーザ素子のいずれのタイプであってもよい。さらに好ましい態様では、アレイ光源からのレーザ光線束を使用した照明光学系が構成される。ある態様では、照明光学系は、アレイ光源の上方の空間を利用して構成され、アレイ光源を含む照明光学系の小型化、省スペース化が図られる。このような照明光学系は、液晶、ＤＬＰタイプのプロジェクタの光源、内視鏡の光源、照明装置の光源等に利用される。なお、図面のスケールは、発明の特徴を分かり易くするために強調しており、必ずしも実際のデバイスのスケールと同一ではないことに留意すべきである。また、以下の説明で、赤色帯域の光、緑色帯域の光、青色帯域の光を、便宜上、Ｒ、Ｇ、Ｂと略すことがある。

【実施例】

【0016】

図１は、本発明の第１の実施例に係る光源装置の構成を示すブロック図である。本実施例に係る光源装置１０は、第１および第２のアレイ光源３０、４０を含むアレイ光源２０と、第１および第２のアレイ光源３０、４０を駆動する駆動回路５０、および駆動回路５０を制御する制御部６０とを含んで構成される。制御部６０は、例えばマイクロコンローラ、マイクロプロセッサ等の処理装置と、当該処理装置を制御するプログラムを記憶したメモリ等を含むことができる。制御部６０は、駆動回路５０を介して、第１および第２のアレイ光源３０、４０の駆動を制御し、各半導体レーザ素子を一斉に点灯させたり、あるいはＲ、Ｇ、Ｂを異なるタイミングで点灯させることが可能である。例えば、光源装置１０がプロジェクタに利用されるならば、制御部６０は、画像データに基づき駆動回路５０を制御する。

【0017】

本実施例のアレイ光源２０は、２つに分割された第１および第２のアレイ光源３０、４０とを有する。第１および第２のアレイ光源３０、４０は、後述するように、一方のアレイ光源から他方のアレイ光源へ向けてレーザ光が出射されるように、互いに対向して配置される。第１のアレイ光源３０と、第２のアレイ光源４０との間には、アレイミラーが配置され、アレイミラーは、第１および第２のアレイ光源３０、４０から発せられたレーザ光を予め決められた方向に反射する。

【0018】

図２（Ａ）は、第１のアレイ光源３０の概略側面図、正面図および上面図を示し、図２（Ｂ）は、第２のアレイ光源４０の概略側面図、正面図および上面図を示す。第１のアレイ光源３０は、好ましくは熱伝導性の高い材料、例えば、アルミニウム等の金属から構成された支持部材３２を含み、支持部材３２は、図示しない複数の半導体レーザ素子または半導体レーザ素子を実装した基板を固定する。複数の半導体レーザ素子は、ｍ行×ｎ列の二次元アレイ状に配列されるが、図２（Ａ）の例では、説明を容易にするため、２行×ｎ列を例示している。また、半導体レーザ素子の光出射口に対応する位置に集光レンズ３４が取り付けられ、集光レンズ３４は、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を集光しまたはコリメートする。

【0019】

１行目の半導体レーザ素子は、支持部材３２の最下部３２Ａに配置され、２行目の半導体レーザ素子は、列方向のピッチＰｙで配置される。各行の半導体レーザ素子は、行方向のピッチＰｘで配置され、各行の半導体レーザ素子のＸ方向の位置は同一である。

【0020】

第２のアレイ光源４０は、ｍ行×ｎ列の二次元アレイ状に配列された複数の半導体レーザ素子を含んで構成されるが、図２（Ｂ）は、説明を容易にするため、２行×ｎ列を例示している。第２のアレイ光源４０の半導体レーザ素子の配列は、第１のアレイ光源３０の半導体レーザ素子の配列と等しくてもよいし、あるいは異なってもよい。また、第２のアレイ光源４０に含まれる半導体レーザ素子の数は、第１のアレイ光源３０に含まれる半導体レーザ素子の数と等しくてもよいし、異なるものであってもよい。

【0021】

第２のアレイ光源４０は、複数の半導体レーザ素子および／または複数の半導体レーザ素子を実装した基板を固定する支持部材４２と、半導体レーザ素子から発せられた光を集光する集光レンズ４４とを有する。好ましくは、支持部材４２は、第１のアレイ光源３０の支持部材３２と同一サイズを有している。第２のアレイ光源４０は、第１のアレイ光源３０と異なり、支持部材４２の最下部４２Ａには、１行目の半導体レーザ素子が配列されず、それより半ピッチＰｙ／２だけずれた位置に、１行目の半導体レーザ素子が配列される。２行目の半導体レーザ素子は、１行目の半導体レーザ素子から列方向のピッチＰｙだけ離れた位置に配置される。また、１行目および２行目の半導体レーザ素子の行方向のピッチはＰｘであり、各行の半導体レーザ素子のＸ方向の位置は、第１のアレイ光源の半導体レーザ素子のＸ方向の位置とほぼ等しい。

【0022】

従って、第１および第２のアレイ光源３０、４０が同一平面上に配置されたとき、つまり、支持部材３２、４２が同一面上に載置されたとき、第１のアレイ光源３０の各行の列方向の位置は、第２のアレイ光源４０の各行の列方向の位置に対しＰｙ／２だけずれた入れ子の関係（互い違いの関係）にある。

【0023】

図３は、第１および第２のアレイ光源３０、４０間に配置されるアレイミラーを説明する図である。図３（Ａ）は、第１のアレイ光源３０の１行目の半導体レーザ素子からの光がＸ方向に反射される例を説明し、図３（Ｂ）は、第２のアレイ光源４０の１行目の半導体レーザ素子からの光がＸ方向に反射される例を示している。

【0024】

図３（Ａ）に示すように、第１のアレイ光源３０と、第２のアレイ光源４０との間には、半導体レーザ素子の行方向のピッチＰｘに対応するピッチで配置された反射ミラーが階段状に形成されたアレイミラー１００が取り付けられる。アレイミラーの詳細は、後述するが、アレイミラー１００は、第１のアレイ光源３０と第２のアレイ光源３０との間に形成された空間内に対角線方向に延在され、このとき、アレイミラー１００の各反射ミラーは、第１のアレイ光源３０の１行目に配置された各半導体レーザ素子からの光をほぼ直角にＸ方向に反射する。

【0025】

図３（Ｂ）に示すように、第１のアレイ光源３０と、第２のアレイ光源４０との間には、半導体レーザ素子の行方向のピッチＰｘに対応するピッチで配置された反射ミラーが階段状に形成されたアレイミラー２００が取り付けられる。アレイミラー２００は、アレイミラー１００をあたかも反転したように、第１のアレイ光源３０と第２のアレイ光源３０との間に形成された空間内を対角線方向に延在し、アレイミラー１００と交差する。アレイミラー２００は、第２のアレイ光源４０の１行目に配置された各半導体レーザ素子のレーザ光をほぼ直角にＸ方向に反射する。

【0026】

図４は、図３に示す１組のアレイミラー１００、２００が列方向に積層された状態を模式的に表した斜視図である。アレイミラー１００は、アレイミラー１００の材質は特に制限されないが、例えば、金属、プラスチック樹脂等の材料を用いて構成される。アレイミラー１００は、Ｘ方向に対し例えば４５度の角度で傾斜した矩形状の反射ミラー１０２と、反射ミラー１０２を連結するようにＸ方向に延在する矩形状の連結部１０４とを含む。その結果、アレイミラー１００は、複数の反射ミラー１０２が階段状に配置されるように構成される。連結部１０４のＸ方向の長さを調整することで、各反射ミラー１０２の位置が行方向の半導体レーザ素子のピッチに対応するように調整される。また、反射ミラー１０２の角度を調整することで、反射ミラー１０２によって反射されるレーザ光をＸ方向からオフセットさせることも可能である。

【0027】

アレイミラー１００上には、これと交差するようにアレイミラー２００が積層される。アレイミラー２００は、アレイミラー１００と同様に、反射ミラー２０２および連結部２０４を含んで構成される。好ましい態様では、アレイミラー２００は、アレイミラー１００と同一の構成であり、アレイミラー１００をＸ方向に関して１８０度反転したものである。このとき、アレイミラー１００とアレイミラー２００の中心部分が交差される。

【0028】

第２のアレイ光源４０の１行目は、第１のアレイ光源３０の１行目よりも列方向にＰｙ／２だけオフセットされている。このため、アレイミラー１００、２００の列方向の高さは、Ｐｙ／２にほぼ等しい。こうして、第１のアレイ光源３０の１行目の半導体レーザ素子の光がアレイミラー１００によってＸ方向に反射され、第２のアレイ光源４０の１行目の半導体レーザ素子がアレイミラー２００によってＸ方向に反射される。このような１組のアレイミラー１００、２００は、第１および第２のアレイ光源３０、４０に実装される半導体レーザ素子の列数に応じて複数組積層される。図２に示すように、２行×ｎ列の構成であれば、１組のアレイミラー１００、２００であるが、４行×ｎ列の構成であれば、２組のアレイミラー１００、２００が積層される。

【0029】

次に、本実施例のアレイミラーの詳細な構成について説明する。上記したように、アレイミラー１００は、階段状に配置された複数の反射ミラー１０２を含むが、好ましい態様では、反射ミラー１０２は、反射面を３次元方向に可変する位置調整機能を有する。第１および第２のアレイ光源３０、４０に取付けられる各半導体レーザ素子は、行列方向に一定の精度で位置決めし、アレイ光源に固定されている。しかし、それらの半導体レーザ素子間の光軸が完全に整合されていない場合に、アレイ光源内において実装された半導体レーザ素子の各々の位置を調整することは難しい。このため本実施例では、半導体レーザ素子に一対一で対応している反射ミラー１０２に、位置調整機能を付加することで、アレイ光源への実装後に半導体レーザ素子の光軸を調整すること可能にする。

【0030】

図５（Ａ）は、アレイミラー１００の一部の斜視図である。各反射ミラー１０２は連結部１０４によって接続され、各反射ミラー１０２のピッチＰｘ１は、図２に示す行方向の半導体レーザ素子のピッチＰｘにほぼ等しい（Ｐｘ１≒Ｐｘ）。また、アレイミラー１００のＺ方向（列方向）の高さＰｙ１は、図２に示す列方向の半導体レーザ素子のピッチＰｙにほぼ等しい（Ｐｙ１≒Ｐｙ）。各半導体レーザ素子の光軸が整合していなければ、アレイミラー１００で反射された行方向のレーザ光の光路がＸ方向で揃わず不均一になり得る。本実施例の好ましい態様では、反射ミラー１０２の反射面は、３次元方向に自在に傾斜可能であり、半導体レーザ素子からのレーザ光の反射角度を任意に調整する機能を有する。例えば、反射ミラー１０２の反射面は、３次元方向に自在に傾斜できるように、ボールジョイントまたはユニバーサルジョイントのような摺動可能な結合部を介して基部に接続される。１つのアレイミラーの各反射ミラー１０２の反射角度をそれぞれ調整することで、Ｘ方向のレーザ光の光軸を揃えることができる。

【0031】

図５（Ｂ）は、反射ミラーの１つの構成例を示す図であり、図５（Ａ）のＡ−Ａ線断面図に対応する。反射ミラー１０２は、Ｒ、Ｇ、Ｂの全波長帯域の光を反射する反射面が形成されたリフレクタ１１０と、リフレクタ１１０の裏面に接合されたＮ極またはＳ極の磁性を有するマグネット部１２０と、マグネット部１２０の極性と反対の極性であるＳ極またはＮ極の磁性を有する基部１３０とを含んでいる。

【0032】

リフレクタ１１０は、マグネット部１２０の表面またはそこに接合された金属等の反射面や、光学フィルタであることができる。マグネット部１２０は、例えば、磁性材料を含むプラスチック材料を射出成型したもの、あるいは磁石（マグネット）とプラスチック部材とを貼り合わせしたもの等から構成され、あるいは全体が磁石から構成されてもよい。マグネット部１２０の裏面には、基部１３０に形成されたボール状の突起１３２と接合される球状の凹部１２２が形成される。基部１３０は、例えば、磁性材料を含むプラスチック材料を射出成型したもの、あるいは磁石（マグネット）とプラスチック部材とを貼り合わせしたもの等から構成され、あるいは全体が鉄などの磁性材料から構成されてもよい。

【0033】

マグネット部１２０は、凹部１２２と突起１３２とのジョイントを介して３次元方向に傾斜することができ、半導体レーザ素子の光軸を調整する。好ましくは、図５（Ｃ）に示すように、マグネット部１２０と基部１３０間のギャップには、例えば、紫外線硬化型の樹脂１４０が充填され、マグネット部１２０の角度調整が終了した時点で、樹脂１４０に紫外線を照射することで、樹脂１４０を硬化させマグネット部１２０の位置を固定する。

【0034】

なお、反射ミラー１０２の位置調整機能は、図５に示す構成に限定されるものでない。例えば、反射ミラーの各コーナーに突起部を設け、当該突起部の高さをネジ等によって調整することで反射ミラーの傾斜を可変してもよい。さらに反射ミラー１０２の位置を最終的に固定する材料は、紫外線硬化型の樹脂以外の接着性のあるエポキシ樹脂等を用いるものであってもよい。

【0035】

本実施例の光源装置によれば、次のような効果を得ることができる。アレイ光源を２つに分割することで、１つのアレイ光源を利用する場合と比較して、実装可能な半導体レーザ素子の数を増加させることができ、アレイ光源の高出力化を図ることができる。また、アレイ光源を分割することで、熱源も分散されるので、アレイ光源に取付けられる放熱構造または冷却構造の小型化、省スペースを図ることが可能になる。

【0036】

さらに、アレイ光源が二次元状に配列された半導体レーザ素子を含み、かつアレイ光源を対向するように配置させた場合であっても、列方向（Ｚ方向）に交互に交差されたアレイミラー１００、２００を利用することで、半導体レーザ素子の行方向のピッチ間隔を制限することなく、半導体レーザ素子の高密度実装が可能になり、さらに半導体レーザ素子から発せられた光がアレイミラー自身によって遮断または遮蔽されることがなく、小型化、省スペースでありながら、高出力の光源装置を提供することができる。

【0037】

さらにアレイミラーの各反射ミラーに位置調整機能を付加することで、アレイ光源への実装後に各半導体レーザ素子の光軸を容易に調整することができる。これにより、光源装置から正確に整列されたレーザ光線束を得ることができる。

【0038】

次に、本発明の第２の実施例について説明する。第１の実施例は、アレイ光源から取り出されるレーザ光が１方向（Ｘ方向）であったが、第２の実施例は、２方向（＋Ｘ方向、−Ｘ方向）からレーザ光を取り出すことができる高密度アレイ光源に関する。

【0039】

図６は、第２の実施例に係るアレイ光源の構成を示す図である。第１の実施例と同様のものについては、同一参照番号を付しその説明を省略する。第２の実施例では、第１のアレイ光源３０Ａは、第１の実施例のときと異なり、４行×ｎ列に配列された半導体レーザ素子を実装する。ここで留意すべきことは、支持部材３２のサイズは変更されずに、半導体レーザ素子の列方向のピッチがＰｙ／２となり、事実上、２倍の数の半導体レーザ素子が実装される。第２のアレイ光源４０Ａについても同様に、４行×ｎ列に配列された半導体レーザ素子が実装される。従って、第１および第２のアレイ光源３０Ａ、４０Ａは、同一構成のアレイ光源であることができ、第１の実施例のときのように、第１および第２のアレイ光源の半導体レーザ素子が列方向に入れ子状または互い違いに配列されない。

【0040】

図７は、第２の実施例に係るアレイ光源のレーザ光の反射を説明する図である。第２の実施例では、１つアレイミラー１００Ａは、第１のアレイ光源３０Ａと第２のアレイ光源４０Ａの双方から発せられた光をそれぞれ異なる方向に反射し、その上に積層される１つのアレイミラー２００Ａは、第１のアレイ光源３０Ａと第２のアレイ光源４０Ａの双方から発せられた光をそれぞれ異なる方向に反射する。

【0041】

図７（Ａ）は、第１および第２のアレイ光源の１行目の光が反射される様子を示している。第１のアレイ光源３０Ａの１行目の光は、アレイミラー１００ＡによってＸ方向に反射され、第２のアレイ光源４０Ａの１行目の光は、アレイミラー１００Ａによって−Ｘ方向に反射される。アレイミラー１００Ａを構成する反射ミラーは、両面にリフレクタを備え、一方のリフレクタの面で第１のアレイ光源３０Ａからの光をＸ方向に反射し、当該一方と対向する裏面のリフレクタの面で第２のアレイ光源４０Ａからの光を−Ｘ方向に反射する。第２の実施例においても、反射ミラーは、両面のリフレクタの反射面の傾斜を３次元方向に自在に調整する位置調整機能を備えている。図７（Ｂ）は、第１および第２のアレイ光源３０Ａ、４０Ａの２行目の光が反射される様子を示している。アレイ光源から取り出された２方向の光は、それぞれ独自に利用することもできるし、光学系を用いて合成して利用するようにしてもよい。

【0042】

このように第２の実施例によれば、第１の実施例のときと比較して、半導体レーザ素子の列方向のピッチを半分にすることで半導体レーザ素子の実装密度が向上し、高密度、高出力のレーザアレイを提供することができる。

【0043】

第１および第２の実施例では、Ｒ、Ｇ、Ｂの半導体レーザ素子を実装するアレイ光源を例示したが、Ｒ、Ｇ、Ｂの半導体レーザ素子がどのように配列されるかは任意である。例えば、第１のアレイ光源が３行で構成される半導体レーザ素子を含むとき、１行目がすべてＲ、２行目がすべてＧ、３行目がすべてＢとしてもよいし、１行目にＲ、Ｇ、Ｂ、２行目にＲ、Ｇ、Ｂ、３行目にＲ、Ｇ、Ｂを含ませても良い。また、Ｒ、Ｇ、Ｂの半導体レーザ素子の数はそれぞれ異なるものであってもよい。さらに、第１のアレイ光源のＲ、Ｇ、Ｂの配列と、第２のアレイ光源のＲ、Ｇ、Ｂの配列とが異なるものであってもよい。

【0044】

さらに第１および第２のアレイ光源は、必ずしもＲ、Ｇ、Ｂの半導体レーザ素子を搭載するものに限定されない。例えば、第１および第２のアレイ光源は、Ｒのみ、Ｇのみ、Ｂのみ、あるいは、ＲとＧ、ＧとＢ、ＲとＧの組合せであってもよい。仮に、第１および第２のアレイ光源が、Ｂ（青色帯域）の光を発する半導体レーザ素子のみを包含する場合、アレイ光源から出力された青色帯域の光を、蛍光体材料を利用して、赤色帯域、緑色帯域、黄色帯域の光に波長変換することができる。

【0045】

次に、本実施例のアレイ光源を利用した照明光学系について説明する。図８は、本発明の第３の実施例に係る照明光学系の概略側面図、図９は、図８の概略上面図である。本実施例に係る照明光学系３００は、第１の実施例において説明された光源装置１０と、光源装置１０上の空間を利用して配された種々の光学部材とを含む。これにより、照明光学系３００の水平方向のサイズを小型化し、全体的に省スペース化を図っている。

【0046】

光源装置１０から出射されたレーザ光は、集光レンズＬ１によって集光される。集光レンズＬ１は、好ましくは、小型化のために矩形状にＤカットされる。このため、集光レンズＬ１を通過したレーザ光のスポットの形状は、矩形状となる。

【0047】

集光レンズＬ１を通過した光は、反射ミラーＰＭ１によってほぼ直角に反射される。さらに、レーザ光は、反射ミラーＰＭ１と対向するように配置された反射ミラーＰＭ２によってほぼ直角に反射される。次に、レーザ光は、集光レンズＬ２に一定サイズの光線束となるように集光され、次に、図９に示すように、集光レンズＬ３の片側半分に入射される。集光レンズＬ２の光軸と、集光レンズＬ３の光軸は一定距離だけオフセットされた、いわゆるシフト光学系を構成する。集光レンズＬ３で集光されたレーザ光は、集光レンズＬ４によってカラーホイールＷ上に集光される。

【0048】

光源装置１０のＲ、Ｇ、Ｂの半導体レーザ素子が同時に駆動される場合、光源装置１０からのＲ、Ｇ、Ｂの光は合成され、白色光となる。この場合、カラーホイールＷの表面には、Ｒ、Ｇ、Ｂを反射するカラーフィルターが形成され、カラーホイールＷを照射したレーザ光は、カラーホイールＷによってＲ、Ｇ、Ｂに分離される。カラーホイールＷで反射されたＲ、Ｇ、Ｂの光は、シフト光学系の集光レンズＬ４、Ｌ３を通り、次に、ダイクロイックミラーＤＦによって、Ｒ、Ｇの光が直角に反射される。Ｂの光は、ダイクロイックミラーＤＦを透過し、Ｂの波長を反射するミラーＢＭによって直角に反射される。ダイクロイックミラーＤＦおよびミラーＢＭによって反射されたＲ、Ｇ、Ｂの光は、順次、集光レンズＬ５によって集光される。

【0049】

光源装置１０が、例えば、青色帯域（Ｂ）の光を発する半導体レーザ素子のみを包含する場合、カラーホイールＷには、シフト光学系によってＢの光が照射される。この場合、カラーホイールＷの表面には、Ｂを反射する反射領域、Ｂの照射によって赤色帯域の光を発色する赤色蛍光体領域、Ｂの照射によって緑色帯域の光を発色する緑色蛍光体領域が形成される。図１０に、カラーホイールＷの一例を示す。同図において、３１０は、Ｒの反射領域、３２０は、赤色蛍光体領域、３３０は、緑色蛍光体領域、Ｐは、青色帯域のレーザ光の照射スポットである。

【0050】

アレイ光源がＲ、Ｇ、Ｂの半導体レーザ素子を包含し、Ｒ、Ｇ、Ｂの半導体レーザ素子を同時に点灯させず、Ｒ、Ｇ、Ｂの半導体レーザ素子を異なるタイミングで点灯させる場合には、光源装置１０からＲ、Ｇ、Ｂの光がシーケンシャルに出力されるので、カラーホイールＷは不要である。

【0051】

なお、上記実施例では、光源装置１０の上方の空間を利用して照明光学系のレンズ等の光学部品を配置する例を示したが、これに限らず、照明光学系を構成する光学部品を光源装置１０の下方の空間、あるいは光源装置１０の左右の空間に配置するようにしてもよい。この場合、光源装置１０から出射されたレーザ光を反射する反射ミラーＰＭ１、ＰＭ２の反射角度を調整することにより容易に照明光学系のレイアウトを変更することができる。照明光学系を、光源装置１０の左右の空間を利用して配置した場合には、照明光学系の高さ方向のサイズを小さくすることができる。

【0052】

次に、本発明の第４の実施例について説明する。図１１は、本発明の第４の実施例に係る照明光学系３００Ａを示す。本実施例の照明光学系３００Ａは、第２の実施例の光源装置１０Ａを用いて構成される。図１１（Ａ）に示すように、光源装置１０Ａの一方の端部（図面に向かって左側）から出射されたレーザ光は、反射ミラーまたはプリズム等の光学部材４００によって１８０度折り返された方向に反射される。この反射された光は、光源装置１０Ａの他方の端部から出射された光とともに集光レンズＬ１０、Ｌ１２に入射され、合成された光として利用される。光源装置１０Ａが、Ｒ、Ｇ、Ｂの半導体レーザ素子を含んでいる場合、集光レンズＬ２から出射される光は、白色光である。

【0053】

図１１（Ｂ）は、第４の実施例の他の構成例を示している。同図に示すように、光源装置１０Ａの一方の端部から出射された光は、集光レンズＬ２０、Ｌ２２を介して出射され、他方の端部から出射された光は、集光レンズＬ３０、Ｌ３２を介して出射される。光源装置１０Ａの第１のアレイ光源が、例えば、Ｒの半導体レーザ素子からなるとき、集光レンズＬ２０、Ｌ２２からＲのレーザ光が出射され、第２のアレイ光源がＢの半導体レーザ素子からなるとき、集光レンズＬ３０、Ｌ３２からＢのレーザ光が出射される。このように、第１および第２のアレイ光源毎の光を取り出すことが可能になる。

【0054】

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0055】

１０：光源装置
２０：アレイ光源
３０：第１のアレイ光源
３２：支持部材
３２Ａ：最下部
３４：集光レンズ
４０：第２のアレイ光源
４２：支持部材
４２Ａ：最下部
４４：集光レンズ
５０：駆動回路
６０：制御部
１００：アレイミラー
１０２：反射ミラー
１０４：連結部
２００：アレイミラー
２０２：反射ミラー
２０４：連結部
３００、３００Ａ：照明光学系

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】