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JP2014154214A - Array light source, and illumination optical system using the array light source - Google Patents

Array light source, and illumination optical system using the array light source Download PDF

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JP2014154214A JP2013020013A JP2013020013A JP2014154214A JP 2014154214 A JP2014154214 A JP 2014154214A JP 2013020013 A JP2013020013 A JP 2013020013A JP 2013020013 A JP2013020013 A JP 2013020013A JP 2014154214 A JP2014154214 A JP 2014154214A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an array light source capable of reducing the size and saving the space.SOLUTION: An illumination optical system comprises: a first array light source 30 including a plurality of semiconductor laser elements arrayed in a matrix direction, for outputting optical beams from the individual semiconductor laser elements; a second array light source 40 arranged to face the first array light source 30 and including a plurality of semiconductor laser elements arrayed in the matrix direction, for outputting optical beams from the individual semiconductor laser elements; and array mirrors 100 and 200 arranged between the first and second array light sources for reflecting the laser beams from the first and second array light sources, in an X-direction. The array mirror 100 includes a plurality of reflection mirrors 102 for reflecting the lights of the individual lines of the first array light source 30, and the array mirror 200 includes a plurality of reflection mirrors 202 for reflecting the lights of the individual lines of the second array light source 40 in the X-direction.

Description

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。   The present invention relates to an array light source including a semiconductor laser element that emits laser light in a red band, a green band, and a blue band.

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。   In recent years, semiconductor lasers that emit laser light in the red band, the green band, and the blue band have been developed and are being put to practical use. If a semiconductor laser can be used as a light source, a reduction in power consumption, a longer life, and a reduction in size can be expected as compared with a conventional lamp light source such as halogen.

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。   Patent Document 1 discloses a light source device that includes a reflection unit that reflects light from first and second solid-state light source units that are opposed to each other, and a fluorescent light-emitting plate that is excited by the light of the reflection unit. Patent Document 2 discloses a lighting device in which light emitting element units each having a laser diode arranged in an array are arranged to face each other, and light from each light emitting element unit is reflected by a reflection mirror.

特開2012−133337号公報JP 2012-133337 A 特開2012−118129号公報JP2012-118129A

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。   In the light source device or the illumination device disclosed in Patent Documents 1 and 2, a reflection mirror that reflects light from the array light source is arranged between two array light sources arranged opposite to each other, and a plurality of laser beam bundles are arranged. The structure which takes out is disclosed.

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。   However, such a conventional light source device or illumination device has the following problems. Since laser light is very coherent, its optical axis must be adjusted more accurately. When a plurality of semiconductor laser elements are arrayed, the optical axis must be adjusted so that the optical axes between the semiconductor laser elements are aligned. Such adjustments are usually performed by skilled personnel, but are very cumbersome and require a lot of time. In particular, after the semiconductor laser element is mounted on the array light source, since the semiconductor laser element is fixed, it is practically difficult to adjust the position of the semiconductor laser element.

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。   Further, when the reflection mirror having the configuration as in Patent Document 2 is used, the pitch in the row direction of the laser diodes of the light emitting element unit becomes large, and such a configuration necessarily increases the density and size of the lighting device. Not suitable for.

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。   It is an object of the present invention to solve such a conventional problem and provide an array light source and an illumination optical system using the array light source that are reduced in size and space.

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。   An array light source according to the present invention includes a semiconductor laser element that generates light of at least one of a blue band, a green band, and a red band, and includes a plurality of semiconductor laser elements arranged in a matrix direction, A first array light source unit that outputs light from each semiconductor laser element in a first direction; and a plurality of semiconductor laser elements arranged in a matrix direction. A second array light source unit that outputs in a second direction opposite to the direction, and the first and second array light sources disposed between the first array light source unit and the second array light source unit. And an array mirror that reflects the laser beam output from the unit in a third direction, and the array mirror reflects the light in each row of the first array light source unit in the third direction. Multiple first reflecting mirrors are formed A first array member, and a second array member on which a plurality of second reflection mirrors that reflect light in each row of the second array light source unit in a third direction are formed. These array members and the second array member are stacked so as to intersect each other.

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。   Preferably, the reflection surface of the first reflection mirror can be adjusted in a three-dimensional direction, and the reflection surface of the second reflection mirror can be adjusted in a three-dimensional direction. In a preferred embodiment, the first array member and the second array member have the same configuration, and the second array member is in a positional relationship obtained by inverting the first array member. Preferably, the first reflection mirror extends stepwise, the first reflection mirror corresponds to the pitch in the row direction of the semiconductor laser elements of the first array light source, and the second reflection mirror is stepped. The second reflecting mirror corresponds to the pitch in the row direction of the semiconductor laser elements of the second array light source. Preferably, the first and second reflection mirrors are coupled to the base portion by a magnetic force through a ball-shaped joint. Preferably, the first and second reflecting mirrors are fixed to the base portion with resin. Preferably, the position in the column direction of each row of the first array light source unit is alternately different from the position in the column direction of each row of the second array light source unit.

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。   In another preferred aspect, the position in the column direction of each row of the first array light source unit is equal to the position in the column direction of each row of the second array light source unit. In this case, the first array member includes a reflection mirror that reflects light from the second array light source unit on the back surface of the first reflection mirror, and the second array member includes the back surface of the second reflection mirror. And a reflection mirror for reflecting the light from the first array light source unit.

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。   Preferably, the first array light source unit includes red band, green band, and blue band semiconductor laser elements in one row, and the second array light source unit includes red band, green band, and A blue-band semiconductor laser element is disposed. Preferably, the first array light source unit includes semiconductor laser elements of a red band, a green band and a blue band for each row, and the second array light source unit includes a red band and a green band for each row. In addition, a semiconductor laser element in the blue band is disposed. Preferably, the illumination optical system includes an optical member that performs illumination using light from the array light source configured as described above. Preferably, the optical member includes a reflecting member that turns back the light emitted from the array light source in the opposite direction, and at least some of the optical members of the illumination optical system are disposed in the upper and lower or left and right side spaces of the array light source.

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。   According to the present invention, since the light from the first and second array light sources is reflected by the first and second array members stacked so as to cross each other, the size of the array light source can be reduced. Space can be saved. Furthermore, according to the present invention, since the reflecting surfaces of the first and second reflecting mirrors of the first and second array members can be adjusted in a three-dimensional direction, the light of the semiconductor laser element after mounting on the array light source can be obtained. The axis can be adjusted easily.

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。It is a block diagram which shows the structure of the light source device which concerns on the 1st Example of this invention. 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。It is a figure which shows the structure of the array light source which concerns on the 1st Example of this invention. 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。In the array light source according to the first embodiment of the present invention, FIG. 3 (A) is a diagram for explaining how the laser light in the first row of the first array light source is reflected, and FIG. It is a figure explaining a mode that the laser beam of the 1st line of the 2nd array light source is reflected. 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。It is a perspective view which shows the structure of the one part array mirror of the array light source which concerns on 1st Example of this invention. 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。FIG. 5A is a perspective view of the array mirror according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a cross-sectional view of the array mirror. 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。It is a figure which shows the structure of the array light source which concerns on the 2nd Example of this invention. 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。FIG. 7A is a diagram for explaining a state in which the first row laser light of the first and second array light sources is reflected, and FIG. 7B is two rows of the first and second array light sources. It is a figure explaining a mode that the laser beam of eyes is reflected. 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。It is a schematic side view of the illumination optical system which concerns on the 3rd Example of this invention. 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。It is a schematic top view of the illumination optical system according to the third embodiment of the present invention. 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。An example of the color wheel used for the illumination optical system which concerns on the 3rd Example of this invention is shown, FIG. 10 (A) is a top view, FIG.10 (B) is the XX sectional drawing. 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。It is a figure which shows the structural example of the illumination optical system which concerns on the 4th Example of this invention.

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。   Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In a preferred aspect of the present invention, the array light source is configured using semiconductor laser elements that emit light in the red band, the green band, and the blue band, respectively. In another aspect, the array light source is configured using a semiconductor laser element that emits light in a blue band. The semiconductor laser element may be any type of a surface emitting semiconductor laser element and an edge emitting laser element. In a further preferred embodiment, an illumination optical system using a laser beam bundle from an array light source is configured. In an embodiment, the illumination optical system is configured using a space above the array light source, and the illumination optical system including the array light source can be reduced in size and space. Such an illumination optical system is used for a liquid crystal, a light source of a DLP type projector, a light source of an endoscope, a light source of an illumination device, and the like. It should be noted that the scale of the drawings is emphasized for easy understanding of the features of the invention and is not necessarily the same as the scale of an actual device. In the following description, the light in the red band, the light in the green band, and the light in the blue band may be abbreviated as R, G, and B for convenience.

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。   FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a light source device according to a first embodiment of the present invention. The light source device 10 according to this embodiment includes an array light source 20 including first and second array light sources 30 and 40, a drive circuit 50 that drives the first and second array light sources 30 and 40, and a drive circuit 50. And a control unit 60 for controlling the operation. The control unit 60 can include, for example, a processing device such as a micro controller and a microprocessor, and a memory that stores a program for controlling the processing device. The control unit 60 controls the driving of the first and second array light sources 30 and 40 via the drive circuit 50 to turn on the semiconductor laser elements all at once, or turns R, G, and B at different timings. It can be lit. For example, if the light source device 10 is used in a projector, the control unit 60 controls the drive circuit 50 based on the image data.

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。   The array light source 20 of the present embodiment has first and second array light sources 30 and 40 divided into two. As will be described later, the first and second array light sources 30 and 40 are arranged to face each other so that laser light is emitted from one array light source toward the other array light source. An array mirror is disposed between the first array light source 30 and the second array light source 40, and the array mirror preliminarily determines the laser light emitted from the first and second array light sources 30, 40. Reflects in the specified direction.

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。   2A shows a schematic side view, a front view, and a top view of the first array light source 30, and FIG. 2B shows a schematic side view, a front view, and a top view of the second array light source 40. Show. The first array light source 30 preferably includes a support member 32 made of a material having high thermal conductivity, for example, a metal such as aluminum. The support member 32 includes a plurality of semiconductor laser elements or semiconductor laser elements (not shown). Fix the mounted board. The plurality of semiconductor laser elements are arranged in a two-dimensional array of m rows × n columns, but in the example of FIG. 2A, 2 rows × n columns are illustrated for ease of explanation. A condensing lens 34 is attached at a position corresponding to the light exit port of the semiconductor laser element, and the condensing lens 34 condenses or collimates the laser light emitted from the semiconductor laser element.

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。   The semiconductor laser elements in the first row are arranged at the lowermost part 32A of the support member 32, and the semiconductor laser elements in the second row are arranged at a pitch Py in the column direction. The semiconductor laser elements in each row are arranged at a pitch Px in the row direction, and the positions of the semiconductor laser elements in each row in the X direction are the same.

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。   The second array light source 40 is configured to include a plurality of semiconductor laser elements arranged in a two-dimensional array of m rows × n columns, but FIG. A row × n columns are illustrated. The arrangement of the semiconductor laser elements of the second array light source 40 may be the same as or different from the arrangement of the semiconductor laser elements of the first array light source 30. Further, the number of semiconductor laser elements included in the second array light source 40 may be equal to or different from the number of semiconductor laser elements included in the first array light source 30.

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。   The second array light source 40 includes a plurality of semiconductor laser elements and / or a support member 42 that fixes a substrate on which the plurality of semiconductor laser elements are mounted, and a condensing lens 44 that condenses light emitted from the semiconductor laser elements. Have Preferably, the support member 42 has the same size as the support member 32 of the first array light source 30. The second array light source 40 is different from the first array light source 30 in that the semiconductor laser elements in the first row are not arranged in the lowermost part 42A of the support member 42, and are shifted by a half pitch Py / 2 from that. The semiconductor laser elements in the first row are arranged. The semiconductor laser elements in the second row are arranged at positions separated from the semiconductor laser elements in the first row by a pitch Py in the column direction. The pitch in the row direction of the semiconductor laser elements in the first row and the second row is Px, and the position in the X direction of the semiconductor laser elements in each row is the same as the position in the X direction of the semiconductor laser elements in the first array light source. Almost equal.

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。   Accordingly, when the first and second array light sources 30 and 40 are arranged on the same plane, that is, when the support members 32 and 42 are placed on the same plane, each row of the first array light sources 30 is arranged. The position in the column direction is in a nested relationship (alternate relationship) shifted by Py / 2 with respect to the position in the column direction of each row of the second array light source 40.

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。   FIG. 3 is a diagram for explaining an array mirror disposed between the first and second array light sources 30 and 40. FIG. 3A illustrates an example in which light from the semiconductor laser elements in the first row of the first array light source 30 is reflected in the X direction, and FIG. 3B illustrates the second array light source 40. In the example, light from the semiconductor laser element in the first row is reflected in the X direction.

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。   As shown in FIG. 3A, between the first array light source 30 and the second array light source 40, there are reflection mirrors arranged at a pitch corresponding to the pitch Px in the row direction of the semiconductor laser elements. An array mirror 100 formed in a step shape is attached. Although details of the array mirror will be described later, the array mirror 100 is extended in a diagonal direction in a space formed between the first array light source 30 and the second array light source 30, and at this time, the array mirror 100 Each of the reflection mirrors 100 reflects light from each semiconductor laser element arranged in the first row of the first array light source 30 in the X direction at a substantially right angle.

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。   As shown in FIG. 3B, between the first array light source 30 and the second array light source 40, there are reflection mirrors arranged at a pitch corresponding to the pitch Px in the row direction of the semiconductor laser elements. An array mirror 200 formed in a step shape is attached. The array mirror 200 extends in a diagonal direction in the space formed between the first array light source 30 and the second array light source 30 and intersects the array mirror 100 as if the array mirror 100 was inverted. To do. The array mirror 200 reflects the laser light of each semiconductor laser element arranged in the first row of the second array light source 40 in the X direction at a substantially right angle.

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。   FIG. 4 is a perspective view schematically showing a state in which the pair of array mirrors 100 and 200 shown in FIG. 3 are stacked in the column direction. Although the material of the array mirror 100 is not particularly limited, the array mirror 100 is configured using a material such as metal or plastic resin, for example. The array mirror 100 includes a rectangular reflecting mirror 102 that is inclined at an angle of, for example, 45 degrees with respect to the X direction, and a rectangular connecting portion 104 that extends in the X direction so as to connect the reflecting mirror 102. As a result, the array mirror 100 is configured such that the plurality of reflection mirrors 102 are arranged in a stepped manner. By adjusting the length of the connecting portion 104 in the X direction, the position of each reflection mirror 102 is adjusted to correspond to the pitch of the semiconductor laser elements in the row direction. Further, by adjusting the angle of the reflection mirror 102, the laser light reflected by the reflection mirror 102 can be offset from the X direction.

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。   On the array mirror 100, the array mirror 200 is laminated so as to intersect with this. Similar to the array mirror 100, the array mirror 200 includes a reflection mirror 202 and a connecting portion 204. In a preferred embodiment, the array mirror 200 has the same configuration as the array mirror 100 and is obtained by inverting the array mirror 100 by 180 degrees with respect to the X direction. At this time, the center part of the array mirror 100 and the array mirror 200 intersect.

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。   The first row of the second array light source 40 is offset by Py / 2 in the column direction from the first row of the first array light source 30. For this reason, the height in the column direction of the array mirrors 100 and 200 is substantially equal to Py / 2. Thus, the light of the first row of semiconductor laser elements of the first array light source 30 is reflected in the X direction by the array mirror 100, and the first row of semiconductor laser elements of the second array light source 40 is reflected by the array mirror 200 in the X direction. Is reflected. Such a set of array mirrors 100 and 200 is laminated in a plurality according to the number of semiconductor laser elements mounted on the first and second array light sources 30 and 40. As shown in FIG. 2, if the configuration is 2 rows × n columns, it is a set of array mirrors 100 and 200. If the configuration is 4 rows × n columns, the two sets of array mirrors 100, 200 are Laminated.

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。   Next, a detailed configuration of the array mirror of this embodiment will be described. As described above, the array mirror 100 includes a plurality of reflection mirrors 102 arranged in a staircase pattern. However, in a preferred embodiment, the reflection mirror 102 has a position adjusting function for changing the reflection surface in a three-dimensional direction. Each semiconductor laser element attached to the first and second array light sources 30, 40 is positioned with a certain accuracy in the matrix direction and is fixed to the array light source. However, when the optical axes between the semiconductor laser elements are not perfectly aligned, it is difficult to adjust the position of each of the semiconductor laser elements mounted in the array light source. For this reason, in this embodiment, by adding a position adjusting function to the reflecting mirror 102 corresponding to the semiconductor laser element on a one-to-one basis, the optical axis of the semiconductor laser element can be adjusted after mounting on the array light source. To do.

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。   FIG. 5A is a perspective view of a part of the array mirror 100. Each reflection mirror 102 is connected by a connecting portion 104, and the pitch Px1 of each reflection mirror 102 is substantially equal to the pitch Px of the semiconductor laser elements in the row direction shown in FIG. 2 (Px1≈Px). Further, the height Py1 in the Z direction (column direction) of the array mirror 100 is substantially equal to the pitch Py of the semiconductor laser elements in the column direction shown in FIG. 2 (Py1≈Py). If the optical axes of the semiconductor laser elements are not aligned, the optical paths of the laser beams in the row direction reflected by the array mirror 100 may not be uniform in the X direction and may be non-uniform. In a preferred mode of this embodiment, the reflecting surface of the reflecting mirror 102 can be freely tilted in the three-dimensional direction, and has a function of arbitrarily adjusting the reflection angle of the laser light from the semiconductor laser element. For example, the reflecting surface of the reflecting mirror 102 is connected to the base via a slidable coupling portion such as a ball joint or a universal joint so that the reflecting surface can be freely tilted in a three-dimensional direction. By adjusting the reflection angle of each reflection mirror 102 of one array mirror, the optical axes of the laser beams in the X direction can be aligned.

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。   FIG. 5B is a diagram illustrating one configuration example of the reflection mirror, and corresponds to a cross-sectional view taken along line AA in FIG. The reflection mirror 102 includes a reflector 110 on which a reflection surface that reflects light in all wavelength bands of R, G, and B is formed, and a magnet unit 120 having N-pole or S-pole magnetism bonded to the back surface of the reflector 110. , And a base 130 having S or N pole magnetism that is opposite in polarity to the magnet 120.

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。   The reflector 110 may be a surface of the magnet unit 120 or a reflective surface such as a metal joined thereto, or an optical filter. The magnet unit 120 may be configured by, for example, a material obtained by injection molding a plastic material including a magnetic material, a material obtained by bonding a magnet (magnet) and a plastic member, or the like, or may be configured entirely by a magnet. A spherical concave portion 122 is formed on the back surface of the magnet portion 120 to be joined to the ball-shaped protrusion 132 formed on the base portion 130. For example, the base portion 130 may be formed by injection molding of a plastic material including a magnetic material, or a laminate of a magnet and a plastic member, or may be entirely formed of a magnetic material such as iron. Good.

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。   The magnet unit 120 can be tilted in a three-dimensional direction via a joint between the recess 122 and the protrusion 132, and adjusts the optical axis of the semiconductor laser element. Preferably, as shown in FIG. 5C, the gap between the magnet portion 120 and the base portion 130 is filled with, for example, an ultraviolet curable resin 140, and when the angle adjustment of the magnet portion 120 is finished, the resin is By irradiating 140 with ultraviolet rays, the resin 140 is cured and the position of the magnet unit 120 is fixed.

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。   Note that the position adjustment function of the reflection mirror 102 is not limited to the configuration shown in FIG. For example, a protrusion may be provided at each corner of the reflection mirror, and the inclination of the reflection mirror may be varied by adjusting the height of the protrusion with a screw or the like. Further, as a material for finally fixing the position of the reflecting mirror 102, an adhesive epoxy resin other than the ultraviolet curable resin may be used.

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。   According to the light source device of the present embodiment, the following effects can be obtained. By dividing the array light source into two, the number of semiconductor laser elements that can be mounted can be increased as compared with the case where one array light source is used, and the output of the array light source can be increased. . In addition, since the heat source is dispersed by dividing the array light source, it is possible to reduce the size and space of the heat dissipation structure or the cooling structure attached to the array light source.

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。   Furthermore, even when the array light source includes semiconductor laser elements arranged two-dimensionally and the array light sources are arranged so as to face each other, the array mirrors 100 alternately intersecting in the column direction (Z direction) , 200 enables high-density mounting of the semiconductor laser elements without limiting the pitch interval in the row direction of the semiconductor laser elements, and further blocks the light emitted from the semiconductor laser elements by the array mirror itself. Alternatively, it is possible to provide a high-output light source device that is not shielded and is small in size and space-saving.

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。   Further, by adding a position adjustment function to each reflection mirror of the array mirror, the optical axis of each semiconductor laser element can be easily adjusted after mounting on the array light source. Thereby, a laser beam bundle accurately aligned from the light source device can be obtained.

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。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, the laser light extracted from the array light source is in one direction (X direction). In the second embodiment, the laser light can be extracted from two directions (+ X direction, −X direction). It relates to a high-density array light source that can be used.

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。   FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of an array light source according to the second embodiment. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted. In the second embodiment, unlike the first embodiment, the first array light source 30A is mounted with semiconductor laser elements arranged in 4 rows × n columns. Here, it should be noted that the pitch of the semiconductor laser elements in the column direction is Py / 2 without changing the size of the support member 32, and in fact, twice as many semiconductor laser elements are mounted. Similarly, the semiconductor laser elements arranged in 4 rows × n columns are mounted on the second array light source 40A. Accordingly, the first and second array light sources 30A and 40A can be array light sources having the same configuration, and the semiconductor laser elements of the first and second array light sources are the same as in the first embodiment. They are not nested or staggered in the row direction.

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。   FIG. 7 is a diagram for explaining reflection of laser light from the array light source according to the second embodiment. In the second embodiment, one array mirror 100A reflects light emitted from both the first array light source 30A and the second array light source 40A in different directions and is stacked on the one. The array mirror 200A reflects the light emitted from both the first array light source 30A and the second array light source 40A in different directions.

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。   FIG. 7A shows how the first row light of the first and second array light sources is reflected. The light in the first row of the first array light source 30A is reflected in the X direction by the array mirror 100A, and the light in the first row of the second array light source 40A is reflected in the −X direction by the array mirror 100A. The reflection mirror that constitutes the array mirror 100A includes reflectors on both sides, reflects light from the first array light source 30A in the X direction on the surface of one of the reflectors, and reflects the light from the first reflector on the back surface facing the one side. The light from the second array light source 40A is reflected in the −X direction. Also in the second embodiment, the reflecting mirror has a position adjusting function for freely adjusting the inclination of the reflecting surfaces of the reflectors on both sides in a three-dimensional direction. FIG. 7B shows a state in which the light in the second row of the first and second array light sources 30A and 40A is reflected. The light in the two directions extracted from the array light source can be used independently, or may be combined and used using an optical system.

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。   As described above, according to the second embodiment, the mounting density of the semiconductor laser elements is improved by halving the column-direction pitch of the semiconductor laser elements as compared with the first embodiment. A high-power laser array can be provided.

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。   In the first and second embodiments, the array light source on which the R, G, and B semiconductor laser elements are mounted is exemplified, but the arrangement of the R, G, and B semiconductor laser elements is arbitrary. . For example, when the first array light source includes semiconductor laser elements composed of three rows, the first row may be all R, the second row may be all G, the third row may be all B, or the first row R, G, B, R, G, B may be included in the second row, and R, G, B may be included in the third row. The number of R, G, and B semiconductor laser elements may be different. Furthermore, the arrangement of R, G, and B of the first array light source may be different from the arrangement of R, G, and B of the second array light source.

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。   Further, the first and second array light sources are not necessarily limited to those equipped with R, G, B semiconductor laser elements. For example, the first and second array light sources may be R only, G only, B only, or a combination of R and G, G and B, and R and G. If the first and second array light sources include only a semiconductor laser element that emits B (blue band) light, the blue band light output from the array light source is converted into a phosphor material, Wavelength conversion can be performed to light in the red band, the green band, and the yellow band.

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。   Next, an illumination optical system using the array light source of this embodiment will be described. FIG. 8 is a schematic side view of an illumination optical system according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a schematic top view of FIG. The illumination optical system 300 according to the present embodiment includes the light source device 10 described in the first embodiment and various optical members arranged using the space on the light source device 10. As a result, the size of the illumination optical system 300 in the horizontal direction is reduced, and overall space saving is achieved.

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。   The laser light emitted from the light source device 10 is condensed by the condenser lens L1. The condenser lens L1 is preferably D-cut into a rectangular shape for miniaturization. For this reason, the shape of the spot of the laser beam that has passed through the condenser lens L1 is rectangular.

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。   The light that has passed through the condenser lens L1 is reflected at substantially right angles by the reflection mirror PM1. Further, the laser light is reflected substantially at a right angle by the reflection mirror PM2 disposed so as to face the reflection mirror PM1. Next, the laser light is condensed on the condensing lens L2 so as to have a light beam of a certain size, and then incident on one half of the condensing lens L3 as shown in FIG. The optical axis of the condensing lens L2 and the optical axis of the condensing lens L3 constitute a so-called shift optical system that is offset by a certain distance. The laser light condensed by the condenser lens L3 is condensed on the color wheel W by the condenser lens L4.

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。   When the R, G, and B semiconductor laser elements of the light source device 10 are driven simultaneously, the R, G, and B light from the light source device 10 are combined into white light. In this case, a color filter that reflects R, G, and B is formed on the surface of the color wheel W, and the laser light irradiated on the color wheel W is separated into R, G, and B by the color wheel W. The R, G, and B lights reflected by the color wheel W pass through the condensing lenses L4 and L3 of the shift optical system, and then the R and G lights are reflected at right angles by the dichroic mirror DF. The B light passes through the dichroic mirror DF and is reflected at right angles by the mirror BM that reflects the B wavelength. The R, G, and B lights reflected by the dichroic mirror DF and the mirror BM are sequentially collected by the condenser lens L5.

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。   For example, when the light source device 10 includes only a semiconductor laser element that emits light in a blue band (B), the color wheel W is irradiated with B light by a shift optical system. In this case, on the surface of the color wheel W, there is a reflective region that reflects B, a red phosphor region that develops red band light when irradiated with B, and a green phosphor region that develops green band light when irradiated with B. It is formed. FIG. 10 shows an example of the color wheel W. In the figure, 310 is an R reflection region, 320 is a red phosphor region, 330 is a green phosphor region, and P is an irradiation spot of laser light in a blue band.

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。   When the array light source includes R, G, and B semiconductor laser elements and the R, G, and B semiconductor laser elements are not turned on at the same time, and the R, G, and B semiconductor laser elements are turned on at different timings, Since the light of R, G, B is sequentially output from the light source device 10, the color wheel W is unnecessary.

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。   In the above-described embodiment, an example in which an optical component such as a lens of the illumination optical system is arranged using the space above the light source device 10 is shown. You may make it arrange | position in the space below the light source device 10, or the space on either side of the light source device 10. In this case, the layout of the illumination optical system can be easily changed by adjusting the reflection angles of the reflection mirrors PM1 and PM2 that reflect the laser light emitted from the light source device 10. When the illumination optical system is arranged using the left and right spaces of the light source device 10, the size of the illumination optical system in the height direction can be reduced.

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。   Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 shows an illumination optical system 300A according to the fourth embodiment of the present invention. The illumination optical system 300A of the present embodiment is configured using the light source device 10A of the second embodiment. As shown in FIG. 11A, the laser light emitted from one end of the light source device 10A (left side as viewed in the drawing) is turned back 180 degrees by an optical member 400 such as a reflecting mirror or a prism. Reflected. The reflected light enters the condenser lenses L10 and L12 together with the light emitted from the other end of the light source device 10A, and is used as synthesized light. When the light source device 10A includes R, G, and B semiconductor laser elements, the light emitted from the condenser lens L2 is white light.

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。   FIG. 11B shows another configuration example of the fourth embodiment. As shown in the figure, the light emitted from one end of the light source device 10A is emitted via the condenser lenses L20 and L22, and the light emitted from the other end is collected by the condenser lens L30, It is emitted via L32. For example, when the first array light source of the light source device 10A is composed of an R semiconductor laser element, the R laser light is emitted from the condenser lenses L20 and L22, and the second array light source is composed of a B semiconductor laser element. At this time, the laser beam B is emitted from the condenser lenses L30 and L32. Thus, it becomes possible to extract the light for each of the first and second array light sources.

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。   The preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, but the present invention is not limited to the specific embodiment, and various modifications can be made within the scope of the present invention described in the claims. Deformation / change is possible.

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
10: light source device 20: array light source 30: first array light source 32: support member 32A: bottom 34: condenser lens 40: second array light source 42: support member 42A: bottom 44: condenser lens 50: Drive circuit 60: control unit 100: array mirror 102: reflection mirror 104: coupling unit 200: array mirror 202: reflection mirror 204: coupling unit 300, 300A: illumination optical system

Claims (13)

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アレイ光源であって、
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、アレイ光源。
An array light source including a semiconductor laser element that generates light in at least one of a blue band, a green band, and a red band,
A first array light source unit that includes a plurality of semiconductor laser elements arranged in a matrix direction and outputs light from each semiconductor laser element in a first direction;
A second array light source unit including a plurality of semiconductor laser elements arranged in a matrix direction and outputting light from each semiconductor laser element in a second direction opposite to the first direction;
An array mirror unit disposed between the first array light source unit and the second array light source unit and configured to reflect laser beams output from the first and second array light source units in a third direction; Have
The array mirror unit includes: a first array member in which a plurality of first reflection mirrors that reflect light in each row of the first array light source unit in a third direction are formed; and the second array light source unit. A second array member formed with a plurality of second reflection mirrors that reflect light in each row in a third direction;
An array light source, wherein the first array member and the second array member are stacked so as to intersect each other.
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、請求項1に記載のアレイ光源。 The array light source according to claim 1, wherein a reflection surface of the first reflection mirror can be adjusted in a three-dimensional direction, and a reflection surface of the second reflection mirror can be adjusted in a three-dimensional direction. 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、請求項1または2に記載のアレイ光源。 The array light source according to claim 1, wherein the first array member and the second array member have the same configuration, and the second array member is in a positional relationship obtained by inverting the first array member. . 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、請求項1ないし3いずれか1つに記載のアレイ光源。 The first reflection mirror extends stepwise, the first reflection mirror corresponds to the row pitch of the semiconductor laser elements of the first array light source, and the second reflection mirror extends stepwise. 4. The array light source according to claim 1, wherein the second reflection mirror corresponds to a pitch in a row direction of the semiconductor laser elements of the second array light source. 5. 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、請求項2に記載のアレイ光源。 The array light source according to claim 2, wherein the first and second reflection mirrors are coupled to a base portion by a magnetic force through a ball-shaped joint. 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、請求項5に記載のアレイ光源。 The array light source according to claim 5, wherein the first and second reflecting mirrors are fixed to the base portion by a resin. 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、請求項1ないし5いずれか1つに記載のアレイ光源。 6. The array according to claim 1, wherein a position in a column direction of each row of the first array light source unit is alternately related to a position in a column direction of each row of the second array light source unit. light source. 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、請求項1ないし7いずれか1つに記載のアレイ光源。 The array light source according to any one of claims 1 to 7, wherein a position of each row of the first array light source unit in the column direction is equal to a position of each row of the second array light source unit in the column direction. 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、請求項8に記載のアレイ光源。 The first array member includes a reflection mirror that reflects light from the second array light source unit on the back surface of the first reflection mirror, and the second array member is disposed on the back surface of the second reflection mirror. The array light source of Claim 8 provided with the reflective mirror which reflects the light from one array light source part. 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、請求項1ないし9いずれか1つに記載のアレイ光源。 The first array light source unit includes semiconductor laser elements of red band, green band, and blue band in one row, and the second array light source unit includes red band, green band, and blue band in one row. The array light source according to claim 1, wherein the semiconductor laser element is arranged. 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、請求項1ないし10いずれか1つに記載のアレイ光源。 The first array light source unit includes semiconductor laser elements of red band, green band, and blue band for each row, and the second array light source unit includes red band, green band, and blue band for each row. The array light source according to claim 1, wherein the semiconductor laser element is arranged. 請求項1ないし11いずれか1つに記載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照明光学系。 An illumination optical system including an optical member that performs illumination using light from the array light source according to any one of claims 1 to 11. 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、請求項12に記載の照明光学系。
The optical member includes a reflecting member that turns back the light emitted from the array light source in the opposite direction, and at least a part of the optical member of the illumination optical system is disposed in the upper and lower or left and right side spaces of the array light source. 12. The illumination optical system according to 12.
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