JP7332960B2 - 偏光制御部材及び発光装置 - Google Patents
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Description
特許文献1には、互いに偏光の異なる2つの半導体レーザからの光を偏光ビームスプリッ
タ(PBS)に入射して合成する光源ユニットが開示されている。
を有し、この光源ユニットから出射される光を合成するものであり、複数の光源ユニット
から放射された光の合成については開示されていない。
2半導体レーザ素子と、を有する複数の発光装置と、前記複数の発光装置のうち第1発光
装置が有する前記第1半導体レーザ素子から放射された光の偏光方向を変える第1偏光制
御部材と、前記複数の発光装置のうち第2発光装置が有する前記第2半導体レーザ素子か
ら放射された光の偏光方向を変える第2偏光制御部材と、前記第1偏光制御部材によって
偏光方向を変えられた前記第1半導体レーザ素子からの光を含む前記第1発光装置からの
出射光と、前記第2偏光制御部材によって偏光方向を変えられた前記第2半導体レーザ素
子からの光を含む前記第2発光装置からの出射光と、を合成する合成部材と、を有してお
り、前記複数の発光装置は、それぞれ、前記第1半導体レーザ素子により放射された光が
前記発光装置から出射するときの出射光の偏光方向と、前記第2半導体レーザ素子により
放射された光が出射するときの出射光の偏光方向と、が異なる。
であって、各発光装置は、少なくとも1つの第1半導体レーザ素子と、少なくとも2つの
第2半導体レーザ素子と、を有し、前記第1半導体レーザ素子は、赤色の光を放射し、前
記2つの第2半導体レーザ素子のうちの一つは青色の光を放射し、残りの一つは緑色の光
を放射し、前記第1半導体レーザ素子により放射された光が前記発光装置から出射すると
きの出射光の偏光方向と、前記第2半導体レーザ素子により放射された光が出射するとき
の出射光の偏光方向と、が異なる。
できる。
され、複数の発光装置を用いて効果的に光を合成することのできる投影装置を提供できる
。
示す形態は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、本発明を限定するもの
ではない。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の
部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関
係等は、説明を明確にするために誇張していることがある。
成装置は、複数の発光装置100と、第1偏光制御部材21と、第2偏光制御部材22と
、合成部材と、を有している。また、複数の発光装置100は、それぞれが、1以上の第
1半導体レーザ素子121と、1以上の第2半導体レーザ素子122と、を有する。
向を説明するために補助的に付加したものである。投影装置1は、動画や静止画などの画
像をスクリーンに投影する装置である。プロジェクタは、投影装置1の一例に挙げられる
。
ビームスプリッタ(以下、PBSと記す)40、4つのレンズ50、デジタルマイクロミ
ラーデバイス(以下、DMDと記す)60、2つのプリズム70、及び、投影ユニット8
0を有する。なお、発光ユニット10、及び、偏光制御部材20は、複数であれば2つの
構成に限らない。レンズ50は4つの構成に限らない。プリズム70は2つの構成に限ら
ない。
偏光制御部材20とは、第1偏光制御部材21、及び、第2偏光制御部材22である。4
つのレンズ50とは、拡散レンズ51、コリメートレンズ52、レンズアレイ53、及び
、重畳レンズ54である。
光ユニット11、第2発光ユニット12と呼ぶものとする。また、第1発光ユニット11
が有する発光装置100と、第2発光ユニット12が有する発光装置100を区別する場
合、それぞれ第1発光装置101、第2発光装置102と呼ぶものとする。
素子120は直線偏光の光を出射する。また、複数の半導体レーザ素子120には、1以
上の第1半導体レーザ素子121と、1以上の第2半導体レーザ素子122と、が含まれ
る。
出射される光の偏光方向がそれぞれ異なる。また、第1半導体レーザ素子121及び第2
半導体レーザ素子122のそれぞれから放射された光は、発光装置100から同じ方向へ
と出射される。
子121からの出射光と、第2半導体レーザ素子122からの出射光と、は偏光方向が異
なる。ここで、半導体レーザ素子120から放射された光が発光装置100の外部に出射
されるまでを放射光、発光装置100の外部に出射された後を出射光といい、区別するも
のとする。
体レーザ素子121と第2半導体レーザ素子122を用いることができる。このような半
導体レーザ素子120として、例えば、第1半導体レーザ素子121を偏光がTMモード
(TM偏光)の半導体レーザ素子120とし、第2半導体レーザ素子122を偏光がTE
モード(TE偏光)の半導体レーザ素子120とすることができる。なお、投影装置1に
適用される発光装置100の一例は後述する。
端面と平行な面において、活性層を含む複数の半導体層の積層方向の長さがそれに垂直な
方向の長さよりも長い、楕円形状のファーフィールドパターン(FFP)を有する。FF
Pとは、半導体レーザ素子120の光の出射端面から十分に離れた位置における、放射光
の形状や光強度分布である。
ーザ素子120の主要部分の光というものとする。また、FFPというときは、ピーク強
度値の1/e2の光強度の光によるFFPの形状をいうものとする。また、FFPを表す
楕円の中心を進む光を中心光と呼ぶものとする。また、出射端面における中心光の放射位
置とFFPの楕円の中心を通る直線を光軸とする。つまり、本明細書において、中心光は
、出射端面から光軸上を通る光である。
とは、少なくとも、それぞれの中心光が同じ方向に出射される。ここで「同じ方向」とは
、5度の差を含むものとする。またあるいは、発光装置100の設計において、同じ方向
に進むように設計され、製造時において生じる誤差の範囲を含むものとする。
121及び第2半導体レーザ素子122を有することができる。また、発光装置100か
ら出射する中心光の偏光方向が、第1半導体レーザ素子121及び第2半導体レーザ素子
122のいずれとも異なる別の半導体レーザ素子120をさらに有していてもよい。
ら放射された光がそれぞれ出射している。また、それぞれの出射光は、コリメートされた
コリメート光となって出射される。ここで、3つの半導体レーザ素子120のうち、1つ
は第1半導体レーザ素子121であり、2つは第2半導体レーザ素子122である。
に関し、それぞれの第1半導体レーザ素子121からの出射光は、同じ進行方向(出射方
向)、かつ、同じ偏光方向で出射される。同様に、それぞれの第2半導体レーザ素子12
2からの出射光についても、同じ方向、かつ、同じ偏光方向で出射される。ここで、偏光
方向が同じとは、それぞれの半導体レーザ素子120からの出射光の偏光方向の相対的な
角度差が10度以内にある関係をいうものとする。
光ユニット10は、発光ユニット10間で、中心光の進行方向、第1半導体レーザ素子1
21同士の偏光方向、及び、第2半導体レーザ素子122同士の偏光方向、が同じになる
ように配置される。
び図3は、それぞれ第1偏光制御部材21と第2偏光制御部材22を模式的に示す斜視図
である。第1偏光制御部材21は、第1発光ユニット11の第1発光装置101からの出
射光の偏光方向を制御する部材である。第2偏光制御部材22は、第2発光ユニット12
の第2発光装置102からの出射光の偏光方向を制御する部材である。
ラー200を並べて配置している。3つのダイクロイックミラー200のそれぞれが、発
光装置100に配置される3つの半導体レーザ素子120のそれぞれに対応する。つまり
、対応する半導体レーザ素子120により放射される光の波長に基づき、ダイクロイック
ミラー200はその波長の光は反射するが、その他の波長の光は透過する。
置100に配置される半導体レーザ素子120の数と一致していなくてもよい。また、1
つの半導体レーザ素子120からの出射光を反射するだけでよく、別の半導体レーザ素子
120からの出射光を透過しないでよいダイクロイックミラー200については、ダイク
ロイックミラー200に代えて、反射するだけのミラーを用いてもよい。
射光は合成される。つまり、3つのダイクロイックミラー200を介することで、3つの
半導体レーザ素子120からの出射光は同じ方向に進む。なお、同じ方向とは、3つの半
導体レーザ素子120のうち任意の2つの半導体レーザ素子120の間で、中心光の進む
方向の相対的な角度差が5度以内に収まることをいうものとする。
る、中心、第1径、第2径を規定する。図4は、エミッター(発光点)が1つのシングル
エミッターの半導体レーザ素子120の場合を、図5は、エミッターが2つあるマルチエ
ミッターの半導体レーザ素子120の場合を、それぞれ記す。それぞれの図において、楕
円形状はFFPを表している。また、点Pは中心を、線分Xは第1径を、線分Yは第2径
を示している。なお、半導体レーザ素子120は、出射点に近いところを部分的に記して
いる。
エミッターに対応した1つの楕円形状が記される。一方で、マルチエミッターの半導体レ
ーザ素子120においては、複数のエミッターに対応した複数の楕円形状が記されること
となる。図5では、各発光点から2つのレーザ光が放射され2つのFFPが記される。
Pの長径が第1径、短径が第2径となる。つまり、本明細書において、第1径の方はFF
Pの長径に対応する方向の径であり、第2径はFFPの短径に対応する方向の径である。
る光について、光路長が同じ長さにおける2点の重心、この場合は2点間の中点となる。
また、2つの楕円形状をいずれも包含する最小の矩形において、楕円の長径方向に対応す
る辺の長さが第1径、楕円の短径方向に対応する辺の長さが第2径となる。なお、ここで
の「対応する」とは、望ましくは矩形の辺と楕円の径の方向が同じであることだが、矩形
の辺と楕円の径の方向が同じでない場合は、複数の辺と径の組合せのうち相対的な角度差
が小さい辺と径の組合せをいうものとする。
1径、及び、第2径を規定できる。つまり、中心は、光路長が同じ長さにおいて、全ての
エミッターにおける光軸を通る点に基づいて求められる重心であり、第1径及び第2径は
、全てのFFPを包含する最小の矩形に基づいて求められる長径方向あるいは短径方向に
対応する辺の長さである。
レーザ素子120である第1半導体レーザ素子121についてはP(1)、X(1)、Y
(1)と、2つ目の半導体レーザ素子120である一方の第2半導体レーザ素子122に
ついてはP(2)、X(2)、Y(2)と、3つ目の半導体レーザ素子120である他方
の第2半導体レーザ素子122についてはP(3)、X(3)、Y(3)と表すものとす
る。なお、発光装置100が4つ以上の半導体レーザ素子120を有している場合にも、
同様の考え方で、括弧内に番号を付して区別するものとする。
射点において、いずれの中心も、3つの半導体レーザ素子120の光のそれぞれの第1径
の和を一方の辺の長さとし、3つの半導体レーザ素子120のそれぞれの第2径の和を他
方の辺の長さとする矩形に収まるように合成されるのが好ましい。つまり、P(1)、P
(2)、及び、P(3)が、X(1)+X(2)+X(3)を一辺とし、Y(1)+Y(
2)+Y(3)を他辺とする矩形の領域内に集まっているのが好ましい。
、偏光制御部材20から出射する地点において、3つの半導体レーザ素子120のそれぞ
れの第1径の和を一方の辺の長さとし、3つの半導体レーザ素子120のそれぞれの第2
径の和を他方の辺の長さとする矩形に収まるように合成されるのが好ましい。
材20により重なって合成されるような設計に基づいて各部材が実装されるのが望ましい
。このように光を合成することで、3つの半導体レーザ素子120から放射された主要部
分の光がより小さな領域に収まるように合成することができる。なお、発光装置100が
4つ以上の半導体レーザ素子120を有している場合であっても、同様に、各半導体レー
ザ素子120の径の和、あるいは、中心に基づく考え方で捉えればよい。
半導体レーザ素子121からの出射光の偏光方向を変える。また、第2偏光制御部材22
が有する波長板201は、第2発光装置102に配置される第2半導体レーザ素子122
からの出射光の偏光方向を変える。波長板201としては、例えば、λ/2の位相差を与
えるλ/2波長板を用いることができる。λ/2波長板によって偏光方向が90度回転す
る。
第2半導体レーザ素子122と、が配置されている。そのため、第1偏光制御部材21は
、1つの第1半導体レーザ素子121に対応した1つの波長板201を有し、第2偏光制
御部材22は、2つの第2半導体レーザ素子122のそれぞれに対応した2つの波長板2
01を有している。
る前に波長板201に入射するように配置される。図1に示す例では、ダイクロイックミ
ラー200において発光装置100からの出射光が入射する面(入射面)に、波長板20
1が接合された偏光制御部材20が形成されている。このように、ダイクロイックミラー
200と、波長板201と、を一体に接合した偏光制御部材20とすることで合成装置を
より小型に設計することができる。
材20でなくてもよい。例えば、ダイクロイックミラー200と波長板201とが別個に
設けられていてもよい。この場合、光の偏光方向を変える波長板201が偏光制御部材2
0に相当する。
射光の偏光方向が90度回転し、第2半導体レーザ素子122からの出射光の偏光方向と
同じになる。また、第2偏光制御部材22の波長板201によって、第2半導体レーザ素
子122からの出射光の偏光方向が90度回転し、第1半導体レーザ素子121からの出
射光の偏光方向と同じになる。従って、偏光制御部材20に入射する前の出射光において
、発光装置100から出射される第1半導体レーザ素子121からの出射光と第2半導体
レーザ素子122からの出射光とでは、偏光方向が90度異なっている。
、ミラー30は、第2発光装置102からの出射光に対して設けられる。また、第1発光
装置101からの出射光に対しては設けられていない。なお、第1発光装置101からの
出射光に対して設け、第2発光装置102からの出射光に対しては設けないようにしても
よい。また、第1発光装置101及び第2発光装置102のそれぞれに対応して複数のミ
ラー30を設けてもよい。
装置1において、第1発光装置101の第1及び第2半導体レーザ素子122による出射
光は、第1偏光制御部材21によってp偏光に揃えられてPBS40に入射する。また、
第2発光装置102の第1及び第2半導体レーザ素子122による出射光は、第2偏光制
御部材22によってs偏光に揃えられてPBS40に入射する。
光装置102からの出射光は反射する。その結果、第1発光装置101からの出射光と、
第2発光装置102からの出射光とが合成される。つまり、PBS40によって、第1発
光装置101からの出射光と、第2発光装置102からの出射光とは同じ方向に進む。
る6つの半導体レーザ素子120のうち任意の2つの半導体レーザ素子120からの光の
間で、それぞれの中心光の進む方向の相対的な角度差が10度以内に収まることをいうも
のとする。PBS40は、第1発光装置101からの出射光と、第2発光装置102から
の出射光と、を合成する合成部材の一例である。
向を変えられた第1半導体レーザ素子121からの光と、第2半導体レーザ素子122か
らの光とを有している。また、合成される第2発光装置102からの出射光は、第1半導
体レーザ素子121からの光と、第2偏光制御部材22によって偏光方向を変えられた第
2半導体レーザ素子122からの光とを有している。
いて、いずれの中心も、6つの半導体レーザ素子120のそれぞれの第1径の和を一方の
辺の長さとし、6つの半導体レーザ素子120のそれぞれの第2径の和を他方の辺の長さ
とする矩形に収まるように合成されるのが好ましい。
(1)+X(2)+X(3)+X(4)+X(5)+X(6)を一辺とし、Y(1)+Y
(2)+Y(3)+Y(4)+Y(5)+Y(6)を他辺とする矩形の領域内に集まって
いるのが好ましい。
、PBS40から出射する地点において、6つの半導体レーザ素子120の光のそれぞれ
の第1径の和を一方の辺の長さとし、6つの半導体レーザ素子120の光のそれぞれの第
2径の和を他方の辺の長さとする矩形に収まるように合成されるのが好ましい。
レーザ素子120からの光の中心が、PBS40により重なって合成されるような設計に
基づいて実装されるのが望ましい。同じ配置関係にある半導体レーザ素子120とは、第
1半導体レーザ素子121同士、第1半導体レーザ素子121の隣にある第2半導体レー
ザ素子122同士、その第2半導体レーザ素子122の隣にある残りの第2半導体レーザ
素子122同士が相当する。このように光を合成することで、6つの半導体レーザ素子1
20から放射された主要部分の光がより小さな領域に収まるように合成することができる
。
合成されることによって、第1発光装置101あるいは第2発光装置102から出射され
た地点における出射光の光エネルギーの140%以上の光がPBS40から出射される。
あるいは、第1発光装置101から出射された地点における出射光の光エネルギーと第2
発光装置102から出射された地点における出射光の光エネルギーとの和の70%以上の
光がPBS40から出射される。なお、光エネルギーは、例えば、パワーメーターによっ
て測定することができ、単位には、例えば、ワットが用いられる。
て説明する。2つの発光ユニット10のうち、第1発光ユニット11の方が、第2発光ユ
ニット12よりも、PBS40から遠い位置に配置される。また、第1発光ユニット11
と第1偏光制御部材21の間の距離は、第2発光ユニット12と第2偏光制御部材22の
間の距離よりも長い。また、第1偏光制御部材21のダイクロイックミラー200によっ
て反射された出射光と、第2偏光制御部材22のダイクロイックミラー200によって反
射された出射光と、は同じ方向に進む。
ラー30によって反射され、第1偏光制御部材21のダイクロイックミラー200によっ
て反射された出射光が進む方向と、90度異なる方向を進む。そして、PBS40に入射
するときには、第1発光装置101からの出射光の進行方向と、第2発光装置102から
の出射光の進行方向と、は90度異なる。
性質を利用するために、第1発光装置101においては第1半導体レーザ素子121の偏
光方向を変えて第2半導体レーザ素子122の偏光方向に揃え、第2発光装置102にお
いては第2半導体レーザ素子122の偏光方向を変えて第1半導体レーザ素子121の偏
光方向に揃えるようにしている。
。拡散レンズ51は、シリンドリカル面の凹レンズの形状を有している。シリンドリカル
面にすることで、曲率を有さない方向については、拡散レンズ51によって光が拡散され
ないようにすることができる。
ち、楕円の長径方向がシリンドリカル面の曲率を有さない方向となるように、拡散レンズ
51は配置される。拡散レンズ51に入射するときの合成光の照射領域は、楕円の長径を
通る光に対応する方向の幅が、楕円の短径を通る光に対応する方向の幅よりも大きい。よ
って、拡散レンズ51を通過することで、この幅の差が小さくなる。
向の光、つまり楕円の短径に対応する方向の光がコリメートされる。なお、楕円の長径に
対応する方向は既にコリメートされている。コリメートレンズ52によりコリメートされ
た光は、レンズアレイ53を通過することによって複数の小さな光の束に分割される。レ
ンズアレイ53によって複数の小さな光の束に分割された光は、重畳レンズ54を通過す
ることによって、より均一な光がDMD60に入射するように重畳される。DMD60は
、入射した光を時分割で変調し、画面に投影する映像光を生成する。DMD60により生
成された映像光は、2つのプリズム70を透過して投影ユニット80に入射する。投影ユ
ニット80に入射された映像光はスクリーンに投影される。
数用いて、複数の発光装置100から出射される光を効果的に合成することができる。
の一形態を説明する。なお、投影装置1において適用される発光装置100の形態はこれ
に限らない。図6は、実装基板103に接合された発光装置100の斜視図である。図7
は、図6のVII-VIIを結ぶ直線における断面図である。図8は、発光装置100の内部構
造を説明するための斜視図である。図9は、発光装置100の内部構造を説明するための
上面図である。
ブマウント130、光反射部材140、保護素子160、ワイヤ150、蓋部材170、
接着部180、及びレンズ部材190を有する。また、3つの半導体レーザ素子120の
うち、1つの第1半導体レーザ素子121であり、2つは第2半導体レーザ素子122で
ある。
面UAと、第1上面UAと交わる内側面ISと、第1上面UAと反対側で内側面ISと交
わる第2上面UBと、を有し、外側面OSは内側面ISと反対側で第2上面UBと交わる
。また、内側面ISの一部には段差が形成される。従って、段差が形成される部分におい
て、内側面ISは、第1上面UAと交わる第1内側面IAと、第2上面UBと交わる第2
内側面IBと、を有する。そして、第1内側面IAと第2内側面IBとに交わる第3上面
UCが形成される。また基部110は、凹構造を形成し、凹構造における窪みは第2上面
UBから第1上面UAにまで達する。従って、上面視で、第1上面UAは、第2上面UB
により囲まれる。
限らず金属で形成してもよい。例えば、セラミックでは窒化アルミニウム、窒化ケイ素、
酸化アルミニウム、炭化ケイ素を、金属では銅、アルミニウム、鉄、複合物として銅モリ
ブデン、銅-ダイヤモンド複合材料、銅タングステンを基部110の主材料に用いること
ができる。
属膜111が設けられる。基部110の内部を通る金属により、第3上面UCにおける金
属膜111と下面における金属膜111とは電気的に接続することができる。
なる主材料により形成され、枠部と底部とを接合することで形成されてもよい。例えば、
金属を主材料として第1上面UAから下面BSまでの厚みを有する板状の底部と、セラミ
ックを主材料として第2上面UBから下面BSまでの高さの枠を有する枠部と、を接合し
て形成してもよい。
がTMモードのレーザ光を放射する。2つの第2半導体レーザ素子122は、下面と、上
面と、側面とを有し、1つの側面から偏光がTEモードのレーザ光を放射する。
子122のうち、1つは青色の光を放射し、もう1つは緑色の光を放射する。なお、これ
以外の色の光を放射する半導体レーザ素子120を用いてもよく、また、同じ色の半導体
レーザ素子120を複数配置してもよい。また、配置される半導体レーザ素子120の数
は、1以上であれば3つに限らなくてもよい。
をいうものとする。発光装置100に採用する赤色の光としては、610nm~700n
mの範囲内にあるものがなお好ましい。赤色の光を発する半導体レーザ素子120として
は、例えば、InAlGaP系やGaInP系、GaAs系やAlGaAs系の半導体を
含むものが挙げられる。これらの半導体レーザ素子120は、窒化物半導体を含む半導体
レーザ素子120よりも、熱によって出力が低下しやすい。この点を考慮して、2以上の
導波路領域を備えるとよい。導波路領域を増やすことにより熱を分散させ、半導体レーザ
素子120の出力低下を低減することができる。
のとする。発光装置100に採用する青色の光としては、440nm~475nmの範囲
内にあるものがなお好ましい。青色の光を発する半導体レーザ素子120としては、窒化
物半導体を含む半導体レーザ素子120が挙げられる。窒化物半導体としては、例えば、
GaN、InGaN、及びAlGaNを用いることができる。
のとする。発光装置100に採用する緑色の光としては、510nm~550nmの範囲
内にあるものがなお好ましい。緑色の光を発する半導体レーザ素子120としては、窒化
物半導体を含む半導体レーザ素子120が挙げられる。窒化物半導体としては、例えば、
GaN、InGaN、及びAlGaNを用いることができる。
ルチエミッターの半導体レーザ素子120である。第2半導体レーザ素子122は、図4
で示したような、シングルエミッターの半導体レーザ素子120である。
お、形状は直方体に限らなくてよい。サブマウント130は、例えば、窒化ケイ素、窒化
アルミニウム、又は炭化ケイ素を用いて形成することができる。また、これに限らず他の
材料を用いることも出来る。また、サブマウント130の上面には金属膜が設けられてい
る。
る上面と、を有する。また、下面と反対側で別の一部の側面と交わり、かつ、上面の側面
と交わらない領域で交わる光反射面を有する。光反射面は平面であり、上面から下面にか
けて傾斜している。光反射面は、下面に対して45度の角度を成すように設計される。な
お、この角度は45度に限らなくてもよく、また、光反射面は平面でなく曲面であっても
よい。
を設けたい面に光反射膜を成膜して形成することができる。主材料は熱に強い材料がよく
、例えば、石英若しくはBK7(硼珪酸ガラス)等のガラス、アルミニウム等の金属、又
はSi等を採用することができる。光反射膜は光反射率の高い材料がよく、Ag、Al等
の金属やTa2O5/SiO2、TiO2/SiO2、Nb2O5/SiO2等の誘電体
多層膜等を採用することができる。
膜の形成は省略してもよい。光反射面は、反射させるレーザ光のピーク波長に対する光反
射率を99%以上とすることができる。これらの光反射率は100%以下あるいは100
%未満とすることができる。保護素子160は、例えば、ツェナーダイオードである。ワ
イヤ150は、金属の配線である。
透光性である。なお、一部に非透光性の領域を有していてもよい。また、形状は直方体に
限らなくて良い。蓋部材170は、サファイアを主材料に用いて形成することができる。
また、一部の領域に金属膜が設けられる。サファイアは、比較的屈折率が高く、比較的強
度も高い材料である。なお、主材料には、サファイアの他に、例えばガラス等を用いるこ
ともできる。
は、紫外線硬化型の樹脂を用いることができる。紫外線硬化型の樹脂は加熱せずに比較的
短い時間で硬化することができるため所望の位置にレンズ部材190を固定しやすい。
部材190の上面は、レンズ形状を有するレンズ部191と、それ以外の非レンズ部19
2と、を有する。あるいは、レンズ部材190は、直方体の非レンズ部192の上面にレ
ンズ形状のレンズ部191が配された形をしている。また、レンズ部材190の上面には
、複数のレンズ部191が設けられる。この複数のレンズ部191は一体的に連結した形
状で成形されている。レンズ部材190には、例えば、BK7、B270等のガラス等を
用いることができる。
、その上に絶縁膜123と金属膜113が設けられる。実装基板103の上面には、この
絶縁膜123及び金属膜113がそれぞれ露出した領域がある。金属としては、例えば、
アルミニウムや銅を用いることができる。このような金属を用いることで、第1半導体レ
ーザ素子121や第2半導体レーザ素子122から発生した熱に対し良好な放熱効果を得
ることができる。つまり、実装基板103は放熱部材にもなり得る。
3つの半導体レーザ素子120が、サブマウント130を介して基部110の第1上面
UAに配置される。また、サブマウント130は、それぞれの半導体レーザ素子120に
対して別個に設けられている。なお、1つのサブマウント130の上面に複数の半導体レ
ーザ素子120を配してもよい。また、サブマウント130を介さないで第1上面UAに
直接半導体レーザ素子120を配置することもあり得る。
導体レーザ素子120と接合する。半導体レーザ素子120の出射端面が、サブマウント
130の側面と揃うか、あるいは、突出するように、半導体レーザ素子120は配される
。これにより、半導体レーザ素子120から放射された光がサブマウント130の上面に
照射されないようにできる。また、サブマウント130の上面に、保護素子160が配さ
れる。
いると、ヒートスプレッダーとしてより高い効果を得ることができる。例えば、基部11
0の第1上面UAに窒化アルミニウムが用いられる場合、サブマウント130には、窒化
アルミニウム、又は炭化ケイ素を用いることができる。なお、この場合のサブマウント1
30に用いる窒化アルミニウムは、基部110に用いる窒化アルミニウムよりも熱伝導率
の高いものである。
らの高さが同じになるように設計される。また、各半導体レーザ素子120の出射端面は
、仮想的な1つの同じ平面上に配されるように設計される。なお、設計上は同じでも実装
段階における部材公差や実装公差などによって誤差は生じる。発光装置100に関して、
高さ、長さ、位置、相対的な位置関係などが同じというときは、このような誤差は許容範
囲を含まれるものとする。
素子120に対応して、別個に光反射部材140が配されている。また、3つの半導体レ
ーザ素子120の間で、各半導体レーザ素子120の出射端面と対応する光反射部材14
0との間の距離は同じになるように設計される。また、3つの半導体レーザ素子120の
いずれも、光反射部材140によって反射された中心光は、第1上面UAに対して垂直な
方向に進行する。なお、複数の半導体レーザ素子120に対応して1つの光反射部材14
0を配してもよい。
光反射面に照射される。光反射部材140を介することで、光反射部材140を介在させ
ない場合と比べて半導体レーザ素子120から放射された光の光路長を長くできる。光路
長が長い方が光反射部材140と半導体レーザ素子120との実装ずれによる影響を小さ
くすることができる。
一端が接合される。複数のワイヤ150の他端はそれぞれ半導体レーザ素子120か保護
素子160かサブマウント130の上面に設けられた金属膜に接合される。これにより半
導体レーザ素子120及び保護素子160は、基部110の下面に設けられた金属膜11
1を介して電気的に接続される。
内側面ISには、段差部は設けられない。この内側面ISに段差部を設けてワイヤ150
を張ると、ワイヤ150が光反射部材140を跨ぐようになり、反射光の光路上でワイヤ
150が邪魔になるため、電気的な接続を図るための段差部は設けられていない。段差部
を内側面の全周に亘って設けないことで、基部110のサイズを小型化することができる
。
70と基部110は、接合される領域に金属膜が設けられ、Au-Sn等を介して固定さ
れる。基部110と蓋部材170とが接合することで閉空間が形成される。この閉空間は
気密封止された空間となる。このように気密封止することで、半導体レーザ素子120の
光の出射端面に有機物等が集塵することを抑制することができる。
材170は、少なくとも主要部分の光の反射光が入射してから出射するまでの領域が透光
性となるように設計される。ここで、透光性とは、光に対する透過率が80%以上である
こととする。
接着する領域に形成される。接着部180は、蓋部材170の上面とレンズ部材190の
下面とに接着剤が付いた状態で接着剤を硬化することで形成される。このとき、接着部1
80は、蓋部材170とレンズ部材190が接触しないように形成される。このように接
着部180に厚みを持たせることで、位置や高さを調整した上で、レンズ部材190を蓋
部材170に接合することができる。また、接着部180は、半導体レーザ素子120か
ら発せられた光の光路上に設けられないように形成する。そのため、好ましくはレンズ部
材190の外縁に形成される。
に配置される。レンズ部材190におけるレンズ部191の数は、基部110に配された
半導体レーザ素子120の数と同じである。従って、3つの半導体レーザ素子120が配
されれば、レンズ部材190には3つのレンズ部191が一体的に連結した形状で設けら
れる。
191は、対応する半導体レーザ素子120から放射された主要部分の光のうち光反射部
材140により反射された反射光が、レンズ部191を通過してコリメートされるように
、その配置及び形状が設計される。
13と接合する。発光装置100と実装基板103との接合は、はんだ付けによって行う
ことが出来る。発光装置100の下面における金属膜111と、実装基板103の金属膜
113と、の接合により、発光装置100を実装基板103に固定するときのセルフアラ
イメントを働かせている。
置100の外に出射される。また、これらのコリメート光は、実装基板103の上面、あ
るいは、基部110の第1上面UAに対して垂直な方向に進行する。また、3つの半導体
レーザ素子120は、その中心光が出射端面から同じ方向に進むことから、出射端面から
放射された時点、及び、レンズ部材190を通過した時点で、第1半導体レーザ素子12
1から放射された光と、第2半導体レーザ素子122から放射された光とでは、偏光方向
が90度異なっている。例えば、片方がp偏光であれば、もう片方はs偏光であるといっ
た関係が生じることになる。
置1に組み込まれるが、このとき、3つの半導体レーザ素子120のうち第1半導体レー
ザ素子121が、PBS40までの光路長が最も短くなるように配置される。別の観点で
は、マルチエミッターの第1半導体レーザ素子121の方が、シングルエミッターの第2
半導体レーザ素子122よりも、PBS40までの光路長が短くなるように配置される。
ターからの中心光が1つのレンズ部191の異なる点を通過する。レンズ部191を通過
した中心光はその後、互いに近付きある点で交わる。そのようにして交差した後は、互い
に離れていく。つまり、マルチエミッターの第1半導体レーザ素子121から放射された
光は、交差後は光路長が長くなるほど互いの中心光の間の距離が離れる。従って、第1半
導体レーザ素子121のPBS40までの光路長が第2半導体レーザ素子122のそれよ
りも短くなるように配置することで、拡がりを抑えることができる。
ず適用され得るものである。例えば、実施形態に係る投影装置1において示された光学構
成の一部あるいは全部を利用することで、複数の発光ユニットのそれぞれから出射された
光を合成する合成装置を構築することができる。合成装置は、複数の発光ユニットと、複
数の発光装置からの出射光を合成する合成ユニットと、で構成される。
制御部材及び合成部材を有する。また、合成ユニットは、実施形態に係る投影装置1にお
いて示された、ダイクロイックミラー200、波長板201、ミラー30、PBS40、
レンズ50、DMD60、プリズム70、投影ユニット80の一部あるいは全部で構成さ
れることができる。従って、合成装置は、投影装置1としての合成装置に限らず、光を制
御する種々の装置に適用することが可能である。
に限られるわけではない。例えば、実施形態に開示のない構成要素を有する投影装置であ
っても本発明は適用され得るものであり、実施形態の投影装置1と違いがあることは本発
明を適用できないことの根拠とはならない。
を必要十分に備えることを必須とせずに、適用され得ることを示す。例えば、特許請求の
範囲に、実施形態により開示された投影装置1の構成要素の一部が記載されていなかった
場合、その一部の構成要素については、代替、省略、形状の変形、材料の変更などの当業
者による設計の自由度を認め、その上で特許請求の範囲に記載された発明が適用されるこ
とを請求するものである。
イのバックライト等に使用することができる。
10 発光ユニット
11 第1発光ユニット
12 第2発光ユニット
100 発光装置
101 第1発光装置
102 第2発光装置
110 基部
111 金属膜
120 半導体レーザ素子
121 第1半導体レーザ素子
122 第2半導体レーザ素子
130 サブマウント
140 光反射部材
150 ワイヤ
160 保護素子
170 蓋部材
180 接着部
190 レンズ部材
191 レンズ部
192 非レンズ部
103 実装基板
113 金属膜
123 絶縁膜
20 偏光制御部材
21 第1偏光制御部材
22 第2偏光制御部材
200 ダイクロイックミラー
201 波長板
30 ミラー
40 PBS
50 レンズ
51 拡散レンズ51
52 コリメートレンズ
53 レンズアレイ
54 重畳レンズ
60 DMD
70 プリズム
80 投影ユニット
Claims (12)
- 第1入射面を有する第1ダイクロイックミラーと、
第2入射面を有し、前記第1ダイクロイックミラーに接する第2ダイクロイックミラーと、
前記第1入射面に接合される第1波長板と、を備え、
前記第2入射面には波長板が接合されない、偏光制御部材。 - 第3入射面を有し、前記第2ダイクロイックミラーに接する第3ダイクロイックミラーと、をさらに備え、
前記第3入射面には波長板が接合されない請求項1に記載の偏光制御部材。 - 第1入射面を有する第1ダイクロイックミラーと、
第2入射面を有し、前記第1ダイクロイックミラーと接する第2ダイクロイックミラーと、
第3入射面を有し、前記第2ダイクロイックミラーと接する第3ダイクロイックミラーと、
前記第1入射面に接合される第1波長板と、
前記第2入射面に接合される第2波長板と、を備え、
前記第3入射面には波長板が接合されない、偏光制御部材。 - 前記第1ダイクロイックミラー、前記第2ダイクロイックミラー、及び前記第3ダイクロイックミラーは、この順に並んで配置される請求項2または3に記載の偏光制御部材。
- 前記第1ダイクロイックミラーは、前記第1入射面に交わる第1反射面を有し、前記第2ダイクロイックミラーは、前記第2入射面に交わる第2反射面を有し、
前記第1反射面は、第1の波長条件を有する光を反射し、前記第2反射面は、第2の波長条件を有する光を反射し、
前記第1反射面と前記第2反射面は平行である、請求項1から4のいずれか一項に記載の偏光制御部材。 - 第1半導体レーザ素子と、
第2半導体レーザ素子と、
偏光制御部材と、を備え、
前記偏光制御部材は、
前記第1半導体レーザ素子から出射された光が入射する第1入射面を有する第1ダイクロイックミラーと、
前記第2半導体レーザ素子から出射された光が入射する第2入射面を有する第2ダイクロイックミラーと、
前記第1入射面に接合される波長板と、を有し、
前記波長板は入射面を有し、該入射面には、前記第1半導体レーザ素子から出射した光が前記第1入射面に入射する前に入射する、発光装置。 - 前記第1半導体レーザ素子から出射した光の偏光方向と、前記第2半導体レーザ素子から出射した光の偏光方向は異なり、
前記偏光制御部材を通過した後の前記第1半導体レーザ素子から出射した光の偏光方向は、前記第2半導体レーザ素子から出射した光の偏光方向と同じ偏光方向である、請求項6に記載の発光装置。 - 前記第1ダイクロイックミラーは、前記第1半導体レーザ素子から出射した光を反射する第1反射面を有し、
前記第2ダイクロイックミラーは、前記第2半導体レーザ素子から出射した光を反射する第2反射面を有し、
前記第1反射面は、前記第2反射面で反射された光を透過する、請求項6または7に記載の発光装置。 - 第3半導体レーザ素子と、をさらに備え、
前記偏光制御部材は、第3ダイクロイックミラーをさらに有し、
前記第3ダイクロイックミラーは、前記第3半導体レーザ素子から出射した光が入射する第3入射面と、該光を反射する第3反射面を有し、
前記第1反射面及び前記第2反射面は、前記第3反射面で反射された光を透過する、請求項8に記載の発光装置。 - 前記第1半導体レーザ素子、前記第2半導体レーザ素子、及び前記第3半導体レーザ素子は、それぞれ赤色光、青色光、緑色光を出射する、請求項9に記載の発光装置。
- 第1レンズ部及び第2レンズ部を備えるレンズ部材と、をさらに備え、
前記第1レンズ部及び前記第2レンズ部は、前記第1半導体レーザ素子から出射した光及び前記第2半導体レーザ素子から出射した光をそれぞれコリメートし、
前記偏光制御部材は、前記レンズ部材から出射した光の偏光方向を変える、請求項6から10のいずれか一項に記載の発光装置。 - 前記第1半導体レーザ素子及び前記第2半導体レーザ素子から出射した光が通過する透光性の蓋部材をさらに有し、
前記レンズ部材は、前記蓋部材に接合される、請求項11に記載の発光装置。
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- 2022-08-25 JP JP2022134317A patent/JP7332960B2/ja active Active
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