以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る光源装置、およびプロジェクターについて説明する。なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、各構造における縮尺および数等を、実際の構造における縮尺および数等と異ならせる場合がある。
<第1実施形態>
図1は、本実施形態のプロジェクター1000の光学系を示す図である。プロジェクター1000は、図1に示すように、照明装置100と、色分離導光光学系200と、液晶光変調装置(光変調装置)400Rと、液晶光変調装置(光変調装置)400Gと、液晶光変調装置(光変調装置)400Bと、クロスダイクロイックプリズム500と、投射光学系600と、を備える。
照明装置100は、光源装置10と、集光光学系20と、波長変換素子30と、コリメート光学系60と、第1レンズアレイ120と、第2レンズアレイ130と、偏光変換素子140と、重畳レンズ150と、を備える。
光源装置10は、波長変換素子30の励起光として青色光B(発光強度のピーク:約445nm)を射出する。光源装置10については、後段において詳述する。
集光光学系20は、第1レンズ21および第2レンズ22を備える。集光光学系20は、光源装置10から波長変換素子30までの光路中に配置され、全体として青色光Bを略集光した状態で後述する蛍光体層42に入射させる。第1レンズ21および第2レンズ22は、凸レンズで構成される。
波長変換素子30は、モーター50と、円板40と、蛍光体層42と、ダイクロイック膜44と、を備える。円板40は、モーター50により回転可能である。円板40は、青色光Bを透過させる材料からなる。円板40の材料としては、例えば、石英ガラス、水晶、サファイア、光学ガラス、透明樹脂等を用いることができる。
蛍光体層42は、円板40上に円板40の周方向に沿って設けられている。蛍光体層42は、波長が約445nmの青色光によって励起され、赤色光と緑色光とからなる蛍光光を射出する。蛍光体層42は、例えば、YAG系蛍光体である(Y,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ceを含有する層からなる。
ダイクロイック膜44は、蛍光体層42と円板40との間に設けられている。ダイクロイック膜44は、青色光Bを透過させ、蛍光体層42から射出される蛍光光を反射する。
光源装置10からの青色光Bは、円板40側から蛍光体層42に入射する。本実施形態において蛍光体層42は、光源装置10からの青色光Bの一部を赤色光Rおよび緑色光Gからなる蛍光光に変換し、かつ、青色光Bの残りの一部を変換せずに通過させる。これにより、波長変換素子30は、赤色光Rと緑色光Gと青色光Bとを含む光を、光源装置10から射出された青色光Bが入射する側とは反対の側に向けて射出する。
コリメート光学系60は、第1レンズ62と第2レンズ64とを備え、波長変換素子30からの光を略平行化する。第1レンズ62および第2レンズ64は、凸レンズからなる。
第1レンズアレイ120は、コリメート光学系60からの光を複数の部分光束に分割するための複数の第1小レンズ122を有する。複数の第1小レンズ122は、照明光軸100axと直交する面内にマトリクス状に配列されている。
第2レンズアレイ130は、第1レンズアレイ120の複数の第1小レンズ122に対応する複数の第2小レンズ132を有する。第2レンズアレイ130は、重畳レンズ150とともに、第1レンズアレイ120の各第1小レンズ122の像を各液晶光変調装置400R,400G,400Bの画像形成領域の近傍に結像させる。複数の第2小レンズ132は照明光軸100axに直交する面内にマトリクス状に配列されている。
偏光変換素子140は、第1レンズアレイ120により分割された各部分光束を、直線偏光に変換する。偏光変換素子140は、波長変換素子30からの光に含まれる偏光成分のうち一方の直線偏光成分をそのまま透過させるとともに、他方の直線偏光成分を照明光軸100axに垂直な方向に反射する偏光分離層と、偏光分離層で反射された他方の直線偏光成分を照明光軸100axに平行な方向に反射する反射層と、反射層で反射された他方の直線偏光成分を一方の直線偏光成分に変換する位相差板と、を有している。
重畳レンズ150は、偏光変換素子140からの各部分光束を集光して各液晶光変調装置400R,400G,400Bの画像形成領域の近傍に重畳させる。第1レンズアレイ120、第2レンズアレイ130および重畳レンズ150は、画像形成領域において、波長変換素子30からの光の面内光強度分布を均一にするインテグレーター光学系を構成する。
色分離導光光学系200は、ダイクロイックミラー210と、ダイクロイックミラー220と、反射ミラー230と、反射ミラー240と、反射ミラー250と、リレーレンズ260と、リレーレンズ270と、備える。色分離導光光学系200は、照明装置100からの光を赤色光R、緑色光Gおよび青色光Bに分離し、赤色光R、緑色光Gおよび青色光Bをそれぞれが対応する液晶光変調装置400R,400G,400Bに導光する。
色分離導光光学系200と液晶光変調装置400Rとの間には、集光レンズ300Rが配置されている。色分離導光光学系200と液晶光変調装置400Gとの間には、集光レンズ300Gが配置されている。色分離導光光学系200と液晶光変調装置400Bとの間には、集光レンズ300Bが配置されている。
ダイクロイックミラー210は、赤色光成分を通過させ、緑色光成分および青色光成分を反射するダイクロイックミラーである。ダイクロイックミラー220は、緑色光成分を反射して、青色光成分を通過させるダイクロイックミラーである。
ダイクロイックミラー210を通過した赤色光Rは、反射ミラー230で反射され、集光レンズ300Rを通過して赤色光用の液晶光変調装置400Rの画像形成領域に入射する。ダイクロイックミラー210で反射された緑色光Gは、ダイクロイックミラー220でさらに反射され、集光レンズ300Gを通過して緑色光用の液晶光変調装置400Gの画像形成領域に入射する。
ダイクロイックミラー220を通過した青色光Bは、リレーレンズ260、反射ミラー240、リレーレンズ270、反射ミラー250、集光レンズ300Bを経て青色光用の液晶光変調装置400Bの画像形成領域に入射する。
液晶光変調装置400R、液晶光変調装置400Gおよび液晶光変調装置400Bは、入射された色光を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成する。なお、図示を省略したが、各集光レンズ300R,300G,300Bと、各液晶光変調装置400R,400G,400Bとの間には、それぞれ入射側偏光板が配置されている。また、各液晶光変調装置400R,400G,400Bとクロスダイクロイックプリズム500との間には、それぞれ射出側偏光板が配置されている。
クロスダイクロイックプリズム500は、液晶光変調装置400R、液晶光変調装置400Gおよび液晶光変調装置400Bの各々から射出された画像光を合成してカラー画像を形成する。クロスダイクロイックプリズム500は、4つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた略X字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。
クロスダイクロイックプリズム500から射出されたカラー画像は、投射光学系600によって拡大投射され、スクリーンSCR上で画像を形成する。
次に、本実施形態の光源装置10について詳しく説明する。図2は、光源装置10を示す斜視図である。図3は、光源装置10を示す図であって、図2のIV−IV断面斜視図である。図4は、光源装置10を示す図であって、図2のIV−IV断面図である。図5は、光源装置10を示す図であって、図4の部分拡大図である。図5においては、透光性部材112の図示を省略している。
光源装置10は、図1から図4に示すように、ベース基板11と、冷却器70と、複数の半導体レーザー素子110と、接合フレーム107と、複数の電極部109Aと、複数の電極部109Bと、接合部80と、透光性部材112と、複数のプリズム113と、を備える。
ベース基板11は、第1の面11a、および第1の面11aと逆側の第2の面11bを有する板状である。第1の面11aは、図2から図4において上側に示されるベース基板11の面である。第2の面11bは、図2から図4において下側に示される面である。図2から図4に示す、ベース基板11が接合フレーム107と接合部80によって接合された状態において、第1の面11aおよび第2の面11bは、平面状である。ベース基板11は、例えば、長方形板状である。
なお、適宜各図に示したXYZ直交座標系のうち、Z軸方向は、ベース基板11の厚み方向と平行な方向である。X軸方向およびY軸方向は、Z軸方向と直交し、かつ、互いに直交する方向である。X軸方向は、ベース基板11の長手方向と平行な方向である。Y軸方向は、ベース基板11の短手方向と平行な方向である。
以下の説明においては、特に断りのない限り、ベース基板11の厚み方向(Z軸方向)と平行な方向を単に「厚み方向」と呼ぶ場合があり、ベース基板11の長手方向(X軸方向)と平行な方向を単に「長手方向」と呼ぶ場合があり、ベース基板11の短手方向(Y軸方向)と平行な方向を単に「短手方向」と呼ぶ場合がある。
ベース基板11には、ベース基板11を厚み方向(Z軸方向)に貫通する貫通孔11cが形成されている。貫通孔11cは、図2に示すように、ベース基板11の四隅にそれぞれ形成されている。貫通孔11cは、平面視で円形状である。貫通孔11cには、例えば、ベース基板11をプロジェクター1000の筐体等に固定するネジが通される。ベース基板11としては、半導体レーザー素子110の熱を効率的に排出するために、銅等の熱伝導性が高い金属を用いることが好ましい。
冷却器70は、図1に示すように、ベース基板11の第2の面11bに固定され、ベース基板11を冷却する。本実施形態において冷却器70は、複数のフィンを有するヒートシンクである。なお、図2から図5においては、冷却器70の図示を省略している。
複数の半導体レーザー素子110は、図2に示すように、第1の面11aに配置されている。複数の半導体レーザー素子110は、アレイ状に配置されている。本実施形態において半導体レーザー素子110は、短手方向(Y軸方向)に沿って5つの半導体レーザー素子110が配置された列が、長手方向(X軸方向)に沿って5列並ぶように配列されている。以下の説明においては、5つの半導体レーザー素子110が短手方向に沿って配置された各列を、発光素子列M1〜M5(図3参照)と呼ぶ。また、各発光素子列M1〜M5を区別しないときは、発光素子列M1〜M5を総称して、単に発光素子列Mと呼ぶ。
本実施形態において半導体レーザー素子110の数は、合計25個である。複数の半導体レーザー素子110は、長手方向(X軸方向)および短手方向(Y軸方向)に沿って互いに所定の間隔をおいて配置されている。
半導体レーザー素子110は、図5に示すように、第1の面11aに沿った第1方向にレーザー光Lを射出する。本実施形態において第1方向は、長手方向(X軸方向)である。半導体レーザー素子110は、サブマウント103と、レーザー光源102と、を備える。サブマウント103は、第1の面11a上に形成されている。サブマウント103は、例えば、平面視で矩形状である。サブマウント103の材質は、主に窒化アルミおよびアルミナ等のセラミックスである。
レーザー光源102は、サブマウント103上に実装されている。レーザー光源102が射出するレーザー光Lは、例えば、445nmの波長の青色光である。なお、レーザー光源102は、445nm以外の波長(例えば、460nm)の青色光を射出するレーザー光源であってもよい。
本実施形態においてレーザー光源102は、長手方向(X軸方向)の一方側(−X側)に向けてレーザー光Lを射出する。レーザー光源102におけるレーザー光Lが射出される光射出面102aは、例えば、サブマウント103における長手方向の一方側の側面103aと略一致している。
レーザー光源102から射出されるレーザー光Lは、所定の拡がりを持って射出される。すなわち、レーザー光源102から射出されるレーザー光Lは、レーザー光源102の光軸LXに対して傾く複数のレーザー光を含む。レーザー光Lの光軸LXと直交する断面(YZ断面)形状は、例えば、光軸LXを中心とする円形状である。
なお、本明細書において、半導体レーザー素子が第1方向にレーザー光を射出するとは、所定の拡がりを持って半導体レーザー素子から射出されるレーザー光の光軸が第1方向と平行なことを含む。本実施形態では、半導体レーザー素子110から射出されるレーザー光Lの光軸LXは、第1方向(X軸方向)と平行である。
また、本明細書において、第1の面に沿った第1方向とは、第1の面と平行な方向に加えて、第1の面に対して所定角度範囲内で傾いた方向も含む。一例として、第1の面に沿った第1方向とは、第1の面に対して±15°範囲内程度で傾いた方向を含む。
接合フレーム107は、図4に示すように、第1の面11aに接合されている。より詳細には、接合フレーム107は、接合部80を介して、第1の面11aに接合されている。図2に示すように、接合フレーム107は、複数の半導体レーザー素子110を囲む枠状である。本実施形態において接合フレーム107は、ベース基板11の長手方向(X軸方向)に長い長方形枠状である。
接合フレーム107は、長手方向(X軸方向)に延在する一対の側壁107aと、短手方向(Y軸方向)に延在する一対の側壁107bと、を備える。一方側(+Y側)の側壁107aには、電極部109Aが設けられており、他方側(−Y側)の側壁107aには、電極部109Bが設けられている。電極部109Aと電極部109Bとは、それぞれ発光素子列M1〜M5ごとに、対となって設けられている。図示は省略するが、電極部109Aは、レーザー光源102の陽極に電気的に接続されており、電極部109Bは、レーザー光源102の陰極に電気的に接続されている。接合フレーム107の材質は、例えば、セラミックス、コバール等である。
接合部80は、図4に示すように、ベース基板11と接合フレーム107とを接合している。本実施形態において接合部80は、ベース基板11と接合フレーム107との間に介在している。接合部80は、例えば、ベース基板11と接合フレーム107とをロウ付けによって接合する際に形成される部分である。接合部80を構成するロウ材は、金属材料等の無機材料であることが好ましい。これは、接合時にアウトガスが発生しにくく、アウトガスが付着して半導体レーザー素子110が劣化することを抑制できるためである。本実施形態において接合部80を構成するロウ材は、例えば、銀ロウである。なお、ベース基板11と接合フレーム107との接合方法は、特に限定されず、ロウ付け以外のいかなる接合方法であってもよい。
透光性部材112は、複数の半導体レーザー素子110と対向し、接合フレーム107に固定されている。透光性部材112は、接合フレーム107におけるベース基板11と逆側(+Z側)の上面107cに固定されている。接合フレーム107とベース基板11とを固定する材料は、接合部80と同様に、金属材料等の無機材料であることが好ましい。これは、接合時にアウトガスが発生しにくく、アウトガスが付着して半導体レーザー素子110が劣化することを抑制できるためである。本実施形態において透光性部材112は、例えば、低融点ガラスを用いて接合フレーム107と接合されている。
透光性部材112は、接合フレーム107の一方側(+Z側)の開口を閉塞している。これにより、ベース基板11と接合フレーム107と透光性部材112とによって、複数の半導体レーザー素子110が収納され、封止された収納空間Kが設けられている。収納空間Kには、例えば、不活性ガスまたは乾燥空気が充填されている。なお、収納空間Kは、減圧状態であってもよい。なお、減圧状態とは、通常の大気圧より低い圧力の気体で満たされた空間の状態をいう。この定義において、その気体は不活性ガスまたは乾燥空気であってもよい。このように収納空間Kを封止することで、収納空間K内に水分または外気が入り込むことを抑制でき、半導体レーザー素子110が劣化することを抑制できる。
透光性部材112は、図2に示すように、接合フレーム107の外形に沿った長方形状である。透光性部材112は、半導体レーザー素子110から射出されるレーザー光Lを透過させる透光性基板からなる。透光性部材112の材質は、ガラス、石英、樹脂等である。
透光性部材112と接合フレーム107との間に別の部材(中間部材)が介在していてもよい。中間部材を用いる場合は、透光性部材112と中間部材とが例えば、低融点ガラスにより接合され、接合フレーム107と中間部材とが例えば、低融点ガラスにより接合される。
複数のプリズム113は、図4に示すように、透光性部材112のベース基板11側(−Z側)の下面112aに一体に形成されている。プリズム113は、図2に示すように、ベース基板11上に設けられた発光素子列M1〜M5ごとに設けられ、対応する発光素子列Mを構成する複数の半導体レーザー素子110から射出されたレーザー光Lの光路上に位置する。プリズム113は、発光素子列Mに沿って短手方向(Y軸方向)に延在する。図5に示すように、プリズム113における延在方向に直交する断面(ZX断面)形状は、例えば、三角形状である。
プリズム113は、レーザー光源102、すなわち半導体レーザー素子110から射出されるレーザー光Lの光路上に配置されている。プリズム113は、半導体レーザー素子110から射出されるレーザー光Lが入射する入射面113aと、入射面113aから入射したレーザー光Lの少なくとも一部を反射する反射面113bと、反射面113bで反射されたレーザー光Lがプリズム113から射出される射出面113cと、を有する。
入射面113aは、プリズム113における半導体レーザー素子110側(+X側)の面である。入射面113aは、レーザー光源102の光射出面102aと対向する。本実施形態において入射面113aは、第1の面11aに対して垂直で、かつ、長手方向(X軸方向)と直交する。図4に示すように、入射面113aの第1の面11aと逆側(+Z側)の端部は、透光性部材112の下面112aと接続されている。図示は省略するが、入射面113aには、反射防止膜が形成されている。
反射面113bは、図5に示すように、プリズム113における半導体レーザー素子110と逆側(−X側)の面である。反射面113bは、第1の面11aおよび入射面113aに対して傾く傾斜面である。反射面113bは、厚み方向(Z軸方向)における第1の面11aから離れる側(+Z側)に向かうに従って、長手方向(X軸方向)における半導体レーザー素子110から離れる側(−X側)に位置する。反射面113bの第1の面11a側(−Z側)の端部は、入射面113aの第1の面11a側の端部と接続されている。図4に示すように、反射面113bの第1の面11aと逆側(+Z側)の端部は、透光性部材112の下面112aと接続されている。
反射面113bは、自然対数の底をeとしたとき、入射面113aからプリズム113に入射したレーザー光Lのうち、光強度が中心強度の1/e2以上となるレーザー光Lを全反射するように配置されている。中心強度とは、レーザー光Lの光強度の最大値である。レーザー光Lのビーム径を定義する場合、レーザー光Lのうち中心強度の1/e2以上となる範囲のレーザー光Lの直径をビーム径とする方法がよく用いられる。すなわち、光強度が中心強度の1/e2以上となるレーザー光Lとは、半導体レーザー素子110から射出されるレーザー光Lのうち、光源装置10から射出される光として有効に利用できるレーザー光Lである。
図6は、半導体レーザー素子110から射出されるレーザー光Lの光強度分布を示すグラフである。図6においては、縦軸はレーザー光Lの光強度を示しており、横軸は照射領域IA1の中心位置Cを中心とした径方向位置を示している。図6において縦軸に示すレーザー光Lの光強度は、レーザー光Lの最大光強度を1としたときの規格化強度である。
レーザー光Lの光強度の分布は、図6に示すようにガウス分布となっている。レーザー光Lのうち光強度が最大光強度の1/e2となる部分が照射されている領域を、レーザー光Lの照射領域IA1とする。照射領域IA1は、図5に示すように、入射面113aにおけるレーザー光Lの照射領域である。本実施形態において照射領域IA1の中心位置Cでは光強度が最大である。すなわち、照射領域IA1の中心位置Cにおける光強度が、レーザー光Lの中心強度である。
図5においては、照射領域IA1を通るレーザー光Lのうち、照射領域IA1の第1の面11a側(−Z側)の端部を通るレーザー光Ldと、照射領域IA1の第1の面11aと逆側(+Z側)の端部を通るレーザー光Luと、照射領域IA1の中心位置Cを通るレーザー光Lcと、を示している。レーザー光Ld,Luは、光強度が中心強度の1/e2となるレーザー光である。レーザー光Lcは、光軸LXと重なり、光強度が中心強度、すなわち最大となるレーザー光である。
レーザー光Ldは、光強度が中心強度の1/e2以上となるレーザー光Lうち、反射面113bに対する入射角θ3が最も小さくなるレーザー光である。すなわち、レーザー光Ldが、反射面113bで全反射されるように、反射面113bを配置すれば、光強度が中心強度の1/e2以上となるレーザー光Lを反射面113bで全反射させることができる。
図7は、反射面113bに入射するレーザー光Lが全反射する条件について説明するための図である。図7において一点鎖線の矢印で示すように、反射面113bに対する入射角θ3が所定値よりも小さいと、レーザー光Lは、反射面113bで全反射せずに、屈折角θ4で反射面113bからプリズム113の外部に射出される。一方、図7において実線の矢印で示すように、入射角θ3が所定値以上の場合、レーザー光Lは、反射面113bで全反射する。
図8は、入射角θ3と屈折角θ4との関係について示すグラフである。図8において、横軸は入射角θ3を示しており、縦軸は屈折角θ4を示している。図8は、プリズム113の外部の雰囲気を空気とした場合の入射角θ3と屈折角θ4との関係を示している。図8において、空気の屈折率を1.0とし、プリズム113の屈折率を1.7とした。なお、プリズム113の外部の雰囲気とは、収納空間K内の雰囲気である。
図8に示すように、入射角θ3が約36°となった場合に、屈折角θ4が90°となることが分かった。これにより、図8の条件の場合、レーザー光Ldの反射面113bに対する入射角θ3が約36°以上となるように反射面113bを配置することで、光強度が中心強度の1/e2以上となるレーザー光Lを反射面113bで全反射させることができることが分かった。このように、プリズム113の屈折率、およびプリズム113の外部の雰囲気、すなわち収納空間K内の雰囲気の屈折率等に応じて、レーザー光Ldの入射角θ3の条件が得られる。
図8の条件に基づいて反射面113bの配置をする場合、一例として、入射面113aに対する反射面113bの傾斜角度θR(図5参照)を45°とする。このとき、レーザー光Ldの放射角θ1は、8.5°とする。入射面113aからプリズム113に入射するレーザー光Ldは、入射面113aにおいて屈折角θ2で屈折する。放射角θ1が8.5°の場合、屈折角θ2は、例えば、5°である。このように屈折したレーザー光Ldは、40°の入射角θ3で反射面113bに入射する。そのため、図8を用いて示した全反射条件を満たすこととなり、レーザー光Ldは、反射面113bで全反射される。
図5に示すように、レーザー光Lc,Luは、レーザー光Ldよりも大きい入射角θ3で反射面113bに入射することとなるため、レーザー光Ldが反射面113bで全反射する場合、レーザー光Lc,Luも、反射面113bで全反射する。本実施形態においては、光軸LXと重なるレーザー光Lcが、45°の入射角θ3で反射面113bに入射するように設計されている。そのため、レーザー光Lcは、反射面113bで90°折り曲げられて反射される。これにより、光源装置10において、半導体レーザー素子110から射出されたレーザー光Lを、第1の面11aと垂直な方向(Z軸方向)に射出することができる。反射面113bで反射されたレーザー光Lは、射出面113cを介してプリズム113から射出される。
なお、反射面113bは、光強度が中心強度の1/e2よりも小さいレーザー光を全反射してもよいし、全反射しなくてもよい。
射出面113cは、プリズム113の第1の面11aと逆側(+Z側)の面である。射出面113cは、第1の面11aと平行で、入射面113aと直交する。射出面113cは、入射面113aの第1の面11aと逆側(+Z側)の端部と、反射面113bの第1の面11aと逆側(+Z側)の端部と、を接続する。図4に示すように、射出面113cは、透光性部材112の下面112aと接触する。本実施形態では、プリズム113は透光性部材112と一体に形成されているため、射出面113cは、透光性部材112とプリズム113との仮想的な境界面である。
図5においては、透光性部材112の図示を省略しており、射出面113cにおいてレーザー光Ld,Luが屈折されて外部に射出されるように示しているが、本実施形態の場合、実際には、レーザー光Lは、射出面113cから透光性部材112に入射され、レーザー光Ld,Luは、透光性部材112のプリズム113と逆側(+Z側)の上面112bにおいて屈折されて、光源装置10の外部に射出される。
本実施形態によれば、プリズム113がレーザー光Lのうち光強度が中心強度の1/e2以上となるレーザー光Lを全反射するように配置された反射面113bを有している。そのため、反射面113bの傾斜角度θRを設計することのみで、容易に放射角θ1が異なる複数のレーザー光を反射させることができる。また、反射面113bによる全反射条件は、レーザー光Lの波長によっては、ほぼ変化することなく、レーザー光Lの波長が所定の波長から変化した場合であっても反射面113bの反射率が低下することを抑制できる。これにより、半導体レーザー素子110から射出されたレーザー光Lのうち反射されない光を低減でき、光源装置10の光利用効率が低下することを抑制できる。
また、本実施形態のように、半導体レーザー素子110が複数配置されている場合、各半導体レーザー素子110から射出されるレーザー光Lの波長のバラツキが大きくなりやすく、各半導体レーザー素子110から射出されるレーザー光Lの波長のバラツキに対応して誘電体多層膜を形成することは、より困難である。これに対して、本実施形態によれば、レーザー光Lの波長によることなく、レーザー光Lを全反射することができる。すなわち、本実施形態による効果は、本実施形態の光源装置10のように、半導体レーザー素子110が複数配置される光源装置において特に大きく得られる。
なお、本実施形態の光源装置10は、半導体レーザー素子110を1つのみ備える構成であってもよい。
<第2実施形態>
第2実施形態は、第1実施形態に対して、光学部材713が設けられている点において異なる。なお、上記実施形態と同様の構成については、適宜同一の符号を付す等により説明を省略する場合がある。
図9は、本実施形態の光源装置1010の部分を示す断面図である。図9においては、透光性部材112の図示を省略している。図9に示すように、光源装置1010は、光学部材713を備える。
光学部材713は、プリズム113のベース基板11と逆側(+Z側)に配置されている。図示は省略するが、光学部材713は、例えば、短手方向(Y軸方向)に延びる角柱状の部材である。光学部材713の延在方向と直交する断面(ZX断面)形状は、例えば、三角形状である。本実施形態において光学部材713は、例えば、プリズムである。
光学部材713は、収納空間K内に配置されていてもよいし、収納空間Kの外側に配置されていてもよい。光学部材713が収納空間K内に配置される場合、光学部材713は、例えば、透光性部材112の収納空間K側(−Z側)の下面112aに固定される。この場合、プリズム113は、透光性部材112と離れて形成されていてもよい。また、光学部材713が収納空間Kの外側に配置される場合、光学部材713は、例えば、透光性部材112の上面112bに固定される。光学部材713は、透光性部材112と一体に形成されていてもよいし、別体に形成されていてもよい。
光学部材713は、第2の入射面713aと、第2の射出面713bと、を有する。第2の入射面713aは、光学部材713のプリズム113側(−Z側)の面である。第2の入射面713aは、例えば、第1の面11aと平行な面であり、プリズム113の射出面113cと対向している。
第2の射出面713bは、光学部材713のプリズム113と逆側(+Z側)の面である。第2の射出面713bは、第2の入射面713aに対して傾く傾斜面である。第2の射出面713bは、長手方向(X軸方向)における半導体レーザー素子110に近づく側(+X側)に向かうに従って、厚み方向(Z軸方向)における第1の面11aから離れる側(+Z側)に位置する。第2の射出面713bにおける長手方向の半導体レーザー素子110と逆側(−X側)の端部は、第2の入射面713aにおける長手方向の半導体レーザー素子110と逆側の端部と接続されている。
光学部材713は、プリズム113の反射面113bによって全反射された後にプリズム113から射出されたレーザー光Lの進行方向を変化させる。より具体的には、プリズム113の射出面113cから射出されたレーザー光Lは、第2の入射面713aから光学部材713に入射する。光学部材713に入射したレーザー光Lは、第2の入射面713aおよび第2の射出面713bで屈折され、進行方向が変化させられる。本実施形態においては、プリズム113の射出面113cから射出されるレーザー光Lの進行方向は、第1の面11aに垂直な方向(Z軸方向)に対して傾いた方向である。プリズム113の射出面113cから射出されたレーザー光Lは、光学部材713によって、第1の面11aに垂直な方向に変化させられる。
光源装置1010のその他の構成は、第1実施形態の光源装置10の構成と同様である。
例えば、プリズム113の反射面113bを、光強度が中心強度の1/e2以上となるレーザー光Lを全反射するように配置すると、プリズム113の屈折率およびレーザー光Lの放射角θ1等によっては、射出面113cから射出されるレーザー光Lの進行方向を所望の方向にできない場合がある。この場合、光源装置から射出されるレーザー光Lの進行方向を所望の方向にできず、光源装置の光学特性が低下する場合がある。なお、本実施形態の場合、所望の方向とは、例えば、第1の面11aと垂直な方向である。
これに対して、本実施形態によれば、光学部材713によって、プリズム113から射出されたレーザー光Lの進行方向を変化させることができるため、射出面113cから射出されるレーザー光Lの進行方向を所望の方向にできない場合であっても、光源装置1010から射出されるレーザー光Lの進行方向を所望の方向にすることができる。したがって、本実施形態によれば、光学特性に優れた光源装置1010が得られる。
なお、本実施形態において、光学部材713は、プリズム113から射出されたレーザー光Lの進行方向を変化させられるならば、特に限定されない。光学部材713は、例えば、反射板であってもよいし、レンズであってもよい。
<第3実施形態>
第3実施形態は、少なくとも一対のプリズムおよび半導体レーザー素子が互いに対向する点において、第1実施形態と異なる。なお、上記実施形態と同様の構成については、適宜同一の符号を付す等により説明を省略する場合がある。
図10は、本実施形態の光源装置2010の部分を示す断面図である。図10に示すように、光源装置2010において、半導体レーザー素子は、第1の半導体レーザー素子810と、第2の半導体レーザー素子910と、を含む。
第1の半導体レーザー素子810は、第1実施形態において説明した半導体レーザー素子110と同様である。第2の半導体レーザー素子910は、長手方向(X軸方向)に反転して配置されている点を除いて、第1実施形態において説明した半導体レーザー素子110と同様である。
第1の半導体レーザー素子810と第2の半導体レーザー素子910とは、互いに逆向きにレーザー光Lを射出する。本実施形態において第1の半導体レーザー素子810と第2の半導体レーザー素子910とは、互いに対向する向きにレーザー光Lを射出する。第1の半導体レーザー素子810は、第1実施形態の半導体レーザー素子110と同様に、長手方向(X軸方向)の一方側(−X側)に向けてレーザー光Lを射出する。第2の半導体レーザー素子910は、長手方向(X軸方向)の他方側(+X側)に向けてレーザー光Lを射出する。
光源装置2010において、プリズムは、第1のプリズム813と、第2のプリズム913と、を含む。第1のプリズム813は、第1実施形態において説明したプリズム113と同様である。第2のプリズム913は、長手方向(X軸方向)に反転して配置されている点を除いて、第1実施形態において説明したプリズム113と同様である。第1のプリズム813と第2のプリズム913とは、透光性部材112と一体に形成されている。
第1のプリズム813には、入射面813aから、第1の半導体レーザー素子810から射出されるレーザー光Lが入射する。第2のプリズム913には、入射面913aから、第2の半導体レーザー素子910から射出されるレーザー光Lが入射する。第1のプリズム813の入射面813aと第2のプリズム913の入射面913aとは、互いに逆側に臨む。本実施形態において、入射面813aは、第2のプリズム913と逆側(+X側)に臨み、入射面913aは、第1のプリズム813と逆側(−X側)に臨んでいる。すなわち、本実施形態において、入射面813aと入射面913aとは、互いに対向しないように配置されている。
第1のプリズム813に入射したレーザー光Lは、第1実施形態と同様に、反射面813bによって全反射される。第2のプリズム913に入射したレーザー光Lは、第1実施形態と同様に、反射面913bによって全反射される。本実施形態において、第1のプリズム813の反射面813bと第2のプリズム913の反射面913bとは、互いに対向している。
図11は、本実施形態のプリズムに反射膜および反射防止膜を形成する場合について説明する説明図である。図11に示すように、本実施形態においては、第2のプリズム913の反射面913bの法線方向(図の矢印の方向)に沿って第2のプリズム913の反射面913bを視たときに、第1のプリズム813の入射面813aの少なくとも一部を視認可能である。本実施形態では、第1のプリズム813の入射面813aの全体が視認可能である。
なお、本明細書において第1のプリズムの入射面の少なくとも一部を視認可能であるとは、直接的に入射面を視認可能な場合と、入射面に反射防止膜等が形成されて、間接的に入射面を視認可能な場合、すなわち直接的には反射防止膜等が視認可能である場合と、を含む。
光源装置2010のその他の構成は、第1実施形態の光源装置10の構成と同様である。
例えば、図11に示すように、各反射面に反射膜881を形成する場合、例えば、各反射面の法線方向に沿って、各反射面に反射膜881を構成する物質を蒸着させる。図11の矢印は、第2のプリズム913の反射面913bの法線方向を示しており、反射面913bに反射膜881を形成する場合の蒸着方向を示している。各反射面の法線方向に沿って、各反射面に反射膜881を構成する物質を蒸着させることで、均一な反射膜を形成しやすい。
ここで、本実施形態のように、あるプリズムの反射面を法線方向に沿って視たときに、他のプリズムの入射面が視認可能である場合、あるプリズムの反射面に反射膜881を蒸着させる際に、他のプリズムの入射面にマスキングを施す必要がある。具体的には、図11に示すように、第2のプリズム913の反射面913bに反射膜881を形成する場合、反射面913bを法線方向に沿って視たときに視認可能な第1のプリズム813の入射面813aにはマスキングを施す必要がある。
以上のように、あるプリズムの反射面を法線方向に沿って視たときに、他のプリズムの入射面が視認可能である場合に、反射膜881によってレーザー光Lを反射させようとすると、反射膜881の形成において、それぞれマスキングを施す手間が掛かり、光源装置の製造の手間およびコストが増大する問題があった。
これに対して、本実施形態によれば、反射面813b,913bを、各プリズムに入射したレーザー光Lを全反射するように配置することで、反射膜881を形成することなく、レーザー光Lを反射できる。そのため、反射膜881を形成する手間を削減でき、光源装置2010の製造の手間およびコストが増大することを抑制できる。
また、本実施形態のように、第1の半導体レーザー素子810と第2の半導体レーザー素子910とが互いに逆向きにレーザー光Lを射出し、各プリズムの各反射面813b,913bが互いに対向する場合、蒸着方向に沿って視て反射面と入射面とが同時に視認されやすい。そのため、上述した反射膜881を形成する手間を削減できる効果は、第1の半導体レーザー素子810と第2の半導体レーザー素子910とが互いに逆向きにレーザー光Lを射出し、各プリズムの各反射面813b,913bが互いに対向する場合に、特に大きい。
なお、本実施形態の光源装置2010は、複数の半導体レーザー素子として、第1の半導体レーザー素子810と第2の半導体レーザー素子910とをそれぞれ1つずつのみ備える構成であってもよい。また、複数の半導体レーザー素子は、一対の第1の半導体レーザー素子810と第2の半導体レーザー素子910とを少なくとも一対含んでいればよい。
また、第2のプリズム913の反射面913bの法線方向に沿って第2のプリズム913の反射面913bを視たときに、第1のプリズム813の入射面813aの少なくとも一部を視認可能であれば、第1のプリズム813と第2のプリズム913とが、各入射面および各反射面が同じ向きを向くように配置されてもよい。この場合、第1の半導体レーザー素子810と第2の半導体レーザー素子910とは、互いに同じに向きにレーザー光Lを射出してもよい。また、この場合、例えば、各プリズムの反射面および入射面の第1の面11aに対する角度は、互いに異なっていてもよい。
さらに、第1の半導体レーザー素子810は、長手方向(X軸方向)の他方側(+X側)に向けてレーザー光Lを射出し、第2の半導体レーザー素子910は、長手方向(X軸方向)の一方側(−X側)に向けてレーザー光Lを射出してもよい。このとき、第1のプリズム813の反射面813bと第2のプリズム913の反射面913bとは、互いに逆側に臨む。すなわち、反射面813bは、第2のプリズム913と逆側(+X側)に臨み、反射面913bは、第1のプリズム813と逆側(−X側)に臨んでいる。したがって、反射面813bと反射面913bとは、互いに対向しないように配置されている。一方でこのとき、第1のプリズム813の入射面813aと第2のプリズム913の入射面913aとは、互いに対向している。この場合においても、蒸着方向に沿って視て反射面と入射面とが同時に視認されやすく、上述した反射膜881を形成する手間を削減できる効果が特に大きい。
なお、上記の各実施形態において、各入射面には、反射防止膜が設けられていなくてもよいし、各反射面には、反射膜が形成されていてもよい。
また、上記の各実施形態において、プリズムは、透光性部材と別体として形成されてもよい。
また、上記の各実施形態において、接合フレーム107および透光性部材112は、設けられていなくてもよい。
また、上記の各実施形態において、透過型のプロジェクターに本発明を適用した場合の例について説明したが、本発明は、反射型のプロジェクターにも適用することも可能である。ここで、「透過型」とは、液晶光変調装置が光を透過するタイプであることを意味する。「反射型」とは、液晶光変調装置が光を反射するタイプであることを意味する。
また、上記の各実施形態では、3つの液晶光変調装置400R,400G,400Bを備えるプロジェクター1000を例示したが、1つの液晶光変調装置でカラー映像を表示するプロジェクター、および4つ以上の液晶光変調装置でカラー映像を表示するプロジェクターに適用することも可能である。また、光変調装置として、デジタルミラーデバイス(DMD)を用いてもよい。
また、本発明の光源装置は、プロジェクターの光源装置に限られず、自動車のヘッドランプ、照明機器等に適用することもできる。
また、上記説明した各構成は、相互に矛盾しない範囲内において、適宜組み合わせることができる。