JP2019186087A - 光源装置、照明機器、及びプロジェクタ機器 - Google Patents

Abstract

【課題】精密な光学アライメントを要さずに製造可能であり、簡便な構成で複数の光源による光を混合する光源装置が求められている。【解決手段】光源装置（１００）は、光学部材（１０）を備え、前記光学部材は、内部空間（２４）を有しており、レーザ光源から出射されたレーザ光を前記内部空間に入射させる１又は複数の入射口（１２、１４、１６）と、前記内部空間において散乱、又は反射されたレーザ光を当該光学部材の外部へ出射させる１つの出射口（２０）とが形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は光源装置、照明機器、及びプロジェクタ機器に関する。

近年、複数の可視光又は赤外光の半導体レーザからの出射光を混合して出射するプロジェクタ装置に関する技術が進展している。例えば、プロジェクタ装置においては、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色、又はＲ、Ｇ、Ｂの３色に加えて赤外光をコリメート光とした後に光路を重ねて出射し、ＭＥＭＳ等のスキャニング手段によって映像を投影するレーザスキャン型プロジェクタが開発されている。このようなプロジェクタでは、Ｒ、Ｇ、Ｂの３波長をズレ無く重ね合わせるために、レンズ、及びミラー等の精密なアライメントと固着技術を要する。Ｒ、Ｇ、Ｂ等の複数の波長のレーザ光を混合する手段としては、複数のコリメートされたレーザ光を、ダイクロイックミラー等を介して重ね合わせることによって複数の光線を重ねる技術が知られている。例えば、特許文献１の図３および段落〔００１６〕から〔００２０〕には、赤色のレーザ２２と青色のレーザ２８と緑色のレーザ３４とが、ダイクロイックミラー５２および５４を介して「共線的に」なるように配置されている点が開示されている。

特表２００８−５２９０６９号（２００８年７月３１日公表）

精密な光学アライメントを要さずに製造可能であり、簡便な構成で複数の光源による光を混合する光源装置が求められている。

前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光源装置は、光学部材を備えた光源装置であって、前記光学部材は、内部空間を有しており、レーザ光源から出射されたレーザ光を前記内部空間に入射させる１又は複数の入射口と、前記内部空間において散乱、又は反射されたレーザ光を当該光学部材の外部へ出射させる１つの出射口とが形成されている。

本発明の一態様によれば、精密な光学アライメントを要さずに製造可能であり、簡便な構成で複数の光源による光を混合する光源装置を提供することができる。

（ａ）は本発明の実施形態１に係る光源装置の構成の一部を示す斜視図であり、（ｂ）は前記光源装置の構成の一部を示す側断面図であり、（ｃ）は前記光源装置の構成の一部を示す上面図である。 本発明の実施形態１に係る光源装置の構成の一部と、レーザ素子との側断面図、及びレーザ光の進路を示す図である。 本発明の実施形態１に係る光源装置の構成の一部と、レーザ素子との斜視図、及びレーザ光の進路を示す図である。 本発明の実施形態１に係る光源装置の構成の一部を示す側断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の実施形態１に係る光源装置の構成の一部の側断面図と、出射光の進路を示す図である。 （ａ）は本発明の実施形態２に係る光源装置の構成の一部を示す斜視図であり、（ｂ）は前記光源装置の構成の一部を示す上面図である。 （ａ）は本発明の実施形態３に係る光源装置の構成の一部を示す斜視図であり、（ｂ）は前記光源装置の構成の一部を示す側断面図である。 本発明の実施形態３に係る光源装置の構成の一部と、レーザ素子との側断面図、及びレーザ光の進路を示す図である。 本発明の実施形態４に係る光源装置の構成の一部を示す側断面図である。 （ａ）は本発明の実施形態５に係る光源装置の構成の一部を示す斜視図であり、（ｂ）は前記光源装置の構成の一部を示す側断面図である。 本発明の実施形態５に係る光源装置の構成の一部と、レーザ素子との斜視図、及びレーザ光の進路を示す図である。 （ａ）は本発明の実施形態６に係る光源装置の構成の一部を示す斜視図であり、（ｂ）は前記光源装置の構成の一部を示す側断面図である。 本発明の実施形態６に係る光源装置の構成の一部と、レーザ素子との斜視図、及びレーザ光の進路を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の実施形態６に係る光源装置の構成の一部と、レーザ素子との斜視図、及びレーザ光の進路を示す図である。

〔実施形態１〕
以下、本発明の一実施形態について、図１〜図５に基づき詳細に説明する。

図１の（ａ）は、本実施形態に係る光源装置１００の構成の一部を示す斜視図、（ｂ）は、光源装置１００の構成の一部を示す側断面図、（ｃ）は、光源装置１００の一部を示す上面図である。図１に示されるように、光源装置１００は、光学部材１０を備え、光学部材１０には、内部空間２４が形成されている。光学部材１０には、レーザ光源から出射されたレーザ光を内部空間２４に入射させる入射口１２、１４、１６と、内部空間２４において、散乱、又は反射されたレーザ光を当該光学部材の外部へ出射させる１つの出射口２０と、が形成されている。前記の構成によれば、複数の光源により入射された光を均一に混合し、光学部材の外部へ出射させることができる。

内部空間２４の境界を規定する内壁２２及び底面２６は光拡散物質によってコーティングされている。前記の構成によれば、内部空間で光が拡散され、入射された光が均一に混合される。光拡散物質としては、反射率の高い光散乱素材であればよく、特に限定されないが、例えば、硫酸バリウム、酸化チタン、及び酸化亜鉛等が挙げられる。

本実施形態において、内壁の形状は例えば半球状であり、光学部材の底面２６は一例として、直径５ｍｍの円である。前記の構成によれば、複数の光源により入射された光を均一に混合し、光学部材の外部へ出射させることができる。

また、本実施形態において、内部空間２４には何も充填されておらず空洞が形成されている。前記の構成によれば、入射された光が、光学部材内部の充填物により光吸収されることがないため、光を効率よく光学部材外部へ出射することができる。

本実施形態において、３つの入射口１２、１４、１６は、半球状の内壁の底面２６の縁に沿って形成され、出射口は半球の頂点に形成されている。３つの入射口及び出射口の相対的な形成位置としては、１つの入射口と、底面の円の中心とを結ぶ延長線上を避けて、他の入射口又は出射口が形成されることが好ましい。換言すれば、３つの入射口のうち１つの入射口と、半球状の光源装置の底面２６の円の中心とを結ぶ延長線に重複しないように他の入射口又は出射口が形成されることが好ましい。

前記の構成によれば、入射口から入射されたレーザ光が他の入射口又は出射口から光学部材の外部へ漏れることを防ぐ。

また、出射口は、少なくとも１度は光学部材の内壁において反射されたレーザ光が出射される位置に形成されることが好ましい。

前記の構成によれば、複数の光源から出射されるレーザ光を光学部材の内部空間において均一に混合し、光学部材の外部へ出射させることができる。

本実施形態において、入射口、及び出射口の開口径は、レーザ光が入射、及び出射される大きさであれば特に限定されない。入射口、及び出射口の開口径は、レーザ光源の発光点の発光面積、及び出射させるレーザ光の照射面積等に合わせて適宜選択すればよいが、光学部材の内部から光が漏れることを防ぐ観点より、入射口の開口径は０．１ｍｍ〜１ｍｍ、出射口の開口径は０．５ｍｍ〜２ｍｍであることが好ましい。

図２は、本実施形態に係る光源装置１００の構成の一部と、レーザ素子との側断面図、及びレーザ光の進路を示す図である。図２に示されるように、本実施形態において、光源装置１００は、コリメートレンズ４２を備えている。コリメートレンズは、外部のレーザ光源から出射された発散光を平行光にして、入射口１２に入射する。光源装置がコリメートレンズを備えることで、入射口のサイズに収まるようレーザ光源からの光線の幅を制御し、光学部材内部へ光を効率よく入射させることができる。

外部光源としては、一例として、半導体レーザが用いられる。図２において、赤色半導体レーザ素子３２から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ４２を透過し、入射口１２から光学部材１０内へ入射され、内壁において複数回反射された後、出射口２０から出射される。光源の種類は特に限定されないが、例えば、半導体レーザ、色素レーザ、固体レーザ、エキシマレーザ等が挙げられる。小型化の観点より、半導体レーザが好ましい。

図３は、本実施形態に係る光源装置１００の構成の一部と、レーザ素子との斜視図、及びレーザ光の進路を示す図である。図３に示されるように、本実施形態において、３つの入射口からはそれぞれ異なる波長光を出射する半導体レーザ光源のレーザ光が入射される。一例として、入射口１２には赤色半導体レーザ素子３２からの赤色（Ｒ）のレーザ光、入射口１４には青色半導体レーザ素子３４からの青色（Ｂ）のレーザ光、入射口１６には緑色半導体レーザ素子３６からの緑色（Ｇ）のレーザ光が入射される。前記の構成によれば、Ｒ、Ｇ、Ｂのレーザ光が均一に混合された白色光を得ることができる。どの入射口に、どの半導体レーザ素子のレーザ光を入射するかは特に限定されない。

本実施形態においては、Ｒ、Ｇ、Ｂをそれぞれ出射する３つのレーザ光源を用いて、３つの入射口からそれぞれの波長のレーザ光を入射させる形態であるが、入射口の数は特に限定されない。例えば、入射口の数は、１つ、２つ、又は４つ以上形成されていてもよい。１つの入射口からは、１つのレーザ光源の光を入射させてもよいし、１つの入射口から、それぞれが異なる波長の光を出射する２つ以上のレーザ光源の光を入射させてもよい。例えば、異なる波長のレーザ光を入射させる場合、１つの入射口から入射させるよりも、２つ以上の入射口からそれぞれの波長のレーザ光を入射させる方が好ましい。各入射口から入射された光がそれぞれ異なる光路にて拡散反射され、光がより均一に混合されるためである。

また、本実施形態において、入射口からＲ、Ｇ、Ｂが入射され、出射口から白色光が出射されるが、入射光、及び出射光の種類はこれに限定されない。例えば、用途に応じて、単色、又は複数のスペクトルを有する白色光以外の光を出射してもよい。また、入射光及び出射光は、可視光に限定されず、入射口から赤外光又は紫外光を入射し、出射口から赤外光又は紫外光が混合された光が出射されてもよい。

図４は、本実施形態に係る光源装置１００の構成の一部を示す側断面図である。図４に示されるように、各入射口には、例えば、フィルタ５０を備えてもよい。該フィルタ５０は、入射させるレーザ光の波長のみを透過し、入射させるレーザ光以外の波長を透過しない。例えば、バンドパスフィルタが挙げられる。前記の構成によれば、レーザ光源から光学部材の内部に入射されたレーザ光以外、例えば、他の入射口から入射した他の波長のレーザ光は透過しないため、光学部材の外部へレーザ光が漏れることを防ぐことができる。

また、フィルタ５０は、ワイヤーグリッド偏光フィルタ等の偏光フィルタであってもよい。例えば、一定方向の直線偏光のみを光学部材の内部に入射させる場合、該一定方向の偏光のみを透過するように偏光フィルタを配置すればよい。前記の構成によれば、レーザ光源から出射されるレーザ光が光学部材の内部へ入射されるのに対し、光学部材内部からは、偏光フィルタの偏光方向と一致した偏光しか入射口から外部へ出ることが出来ないため、入射口から光学部材の内部の光が漏れる確率を低くすることができる。

図５の（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係る光源装置１００の構成の一部の側断面図と、出射光の進路を示す図である。本実施形態の一例として、光源装置１００は、出射口の外側に出射されるレーザ光を制御する投光部７２又は７４をさらに備える。前記の構成によれば、複数の光源により入射された光を均一に混合し、光学部材の外部へ出射させると共に、出射口から出射される光の照射面積が調節される。

図５（ａ）は、出射口２０の外側に投光部７２として凸レンズを備え、出射されるレーザ光を平行光にする様子を示す。また、図５（ｂ）は、出射口２０の外側に投光部７４として凸レンズを備え、出射されるレーザ光を収束光にする様子を示す。投光部としては、凸レンズ以外に、例えば、凹レンズ、及びフレネルレンズ等のレンズ、又は凹面鏡、及び凸面鏡等のリフレクタが挙げられる。レーザ光を制御するレンズは、出射されるレーザ光の用途に合わせて選択すればよい。前記の構成によれば、出射口から出射される白色光の照射面積を調節することができる。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、その説明を繰り返さない。

図６の（ａ）は本実施形態に係る光源装置２００の構成の一部を示す斜視図であり、（ｂ）は光源装置２００の構成の一部を示す上面図である。図６に示されるように、光源装置２００は、光学部材１０ｂを備え、光学部材１０ｂには、内部空間２４ｂが形成されている。光学部材１０ｂには、入射口１２ｂ、１４ｂ、１６ｂと、１つの出射口２０ｂと、が形成されている。それぞれの入射口からはレーザ光が入射され、内部空間２４ｂにおいて散乱、又は反射されたレーザ光が出射口２０ｂから出射される。前記の構成によれば、複数の光源により入射された光を均一に混合し、光学部材の外部へ出射させることができる。

本実施形態において、内壁２２ｂと、内部空間２４ｂとの構成及び作用効果は、実施形態１と同じである。

また、本実施形態において、光源装置２００は、赤色半導体レーザ素子３２ｂ、青色半導体レーザ素子３４ｂ、緑色半導体レーザ素子３６ｂをさらに備える。前記の構成によれば、Ｒ、Ｇ、Ｂのレーザ光が均一に混合された白色光を得ることができる。

本実施形態の一例として、それぞれの半導体レーザ素子は、３つの入射口それぞれに１つずつ備えられ、一例として、入射口１２ｂに赤色半導体レーザ素子３２ｂを、入射口１４ｂに青色半導体レーザ素子３４ｂを、入射口１６ｂに緑色半導体レーザ素子３６ｂを備えている。どの入射口に、どの半導体レーザ素子のレーザ光を入射するかは特に限定されない。

光源装置が半導体レーザ素子を備えることにより、光学部材と、レーザ素子とが一体化し、光源装置全体のサイズを小型化できるため、可搬性が高い。また、レンズ等のアライメントが必要ないため、光源装置の耐振動性、及び耐衝撃性が高い。特に半導体レーザ素子をチップのまま実装することにより、より小型化が達成される。

本実施形態において、光源装置２００は、レーザ素子と、入射口との間にはレンズを備えず、レーザ素子は入射口に接している。前記の構成によれば、レーザ光は一定の角度で拡がりながら入射され、光学部材の内部において拡散されるため、光学部材の内壁での反射回数が少ない場合においても複数の波長のレーザ光が出射口において均一に混合されやすくなる。

〔実施形態３〕
図７の（ａ）は本実施形態に係る光源装置３００の構成の一部を示す斜視図であり、（ｂ）は光源装置３００の構成の一部を示す側断面図である。図７に示されるように、光源装置３００は、光学部材１０ｃを備え、光学部材１０ｃには、内部空間２４ｃが形成されている。光学部材１０ｃには、入射口１２ｃ、１４ｃ、１６ｃと、１つの出射口２０ｃと、が形成されている。それぞれの入射口からは外部光源からのレーザ光が入射され、内部空間２４ｃにおいて散乱、又は反射されたレーザ光が出射口２０ｃから出射される。前記の構成によれば、複数の光源により入射された光を均一に混合し、光学部材の外部へ出射させることができる。

本実施形態において、内部空間２４ｃの境界を規定する内壁２２ｃは光反射材によってコーティングされている。前記の構成によれば、内部空間に入射したレーザ光が、内壁の光反射材によって反射されながら進行するため、複数のレーザ光源から出射されたレーザ光が均一に混合される。光反射材としては、例えば、アルミニウム等が挙げられる。

本実施形態において、内壁の形状は例えば球状である。前記の構成によれば、複数の光源により入射された光を均一に混合し、光学部材の外部へ出射させることができる。

本実施形態において、内部空間２４ｃは光散乱物質を含有する光透過体によって充填されている。前記の構成によれば、光学部材の内部空間においてレーザ光が直進する過程で、光散乱物質によってレーザ光は散乱されながら進行するため、複数のレーザ光源から入射されたレーザ光が均一に混合される。また、光学部材の内壁で反射する回数が少ない場合であっても、充填されている光散乱物質によってレーザ光が散乱されるため、レーザ光が均一に混合される。光散乱物質としては、例えば、二酸化チタン、及びアルミナ等の微粒子等が挙げられる。また、光透過体としては、透明樹脂、及び透明ガラス等が挙げられる。

本実施形態において、開口部である３つの入射口１２ｃ、１４ｃ、１６ｃ、及び出射口２０ｃの形成位置は特に限定されないが、それぞれの開口部と、光学部材の中心とを結ぶ延長線上を避けて、他の開口部が形成されることが好ましい。換言すれば、３つの入射口のうち１つの入射口と、前記球状の光源装置の球の中心とを結ぶ延長線に重複しないように他の入射口又は出射口が形成されることが好ましい。

前記の構成によれば、入射口から入射されたレーザ光が他の開口部から光学部材の外部へ漏れることを防ぐ。

また、出射口は、少なくとも１度は光学部材の内壁において反射されたレーザ光を取り出せる位置に形成されることが好ましい。前記の構成によれば、複数の光源から出射されるレーザ光が均一に混合されて光学部材の外部へ出射される。

図８は、本実施形態に係る光源装置３００の構成の一部と、レーザ素子との側断面図、及びレーザ光の進路を示す図である。図８に示されるように、本実施形態において、光源装置３００は、コリメートレンズ４２ｃを備えている。コリメートレンズの作用効果は、実施形態１と同じである。また、使用する光源についても実施形態１と同じである。

図８には１つの半導体レーザ素子３２ｃのみを示しているが、本実施形態の一例として、光源として半導体レーザ素子３２ｃ以外に、それぞれが異なる波長光を出射する２つの半導体レーザ素子を使用し、３つの入射口からそれぞれのレーザ光が入射される。各種半導体レーザから出射されたレーザ光は、コリメートレンズを透過し、入射口から光学部材１０ｃ内へ入射され、光学部材の内部の拡散粒子によって拡散されながら、内壁での反射を繰り返し混合される。出射口２０ｃからは、Ｒ、Ｇ、Ｂが均一に混合された白色光が出射される。

〔実施形態４〕
図９は、本実施形態に係る光源装置４００の構成の一部を示す側断面図である。図９に示されるように、光源装置４００は、光学部材１０ｄを備え、光学部材１０ｄには内部空間２４ｄが形成されている。光学部材１０ｄには、入射口１２ｄと、入射口１２ｄ以外に２つの入射口（不図示）と、１つの出射口２０ｄとが形成されている。それぞれの入射口からはレーザ光が入射され、内部空間２４ｄにおいて散乱、又は反射されたレーザ光が出射口２０ｄから出射される。前記の構成によれば、複数の光源により入射された光を均一に混合し、光学部材の外部へ出射させることができる。

本実施形態において、内壁２２ｄと、内部空間２４ｄとの構成及び作用効果は、実施形態３と同じである。

また、本実施形態において、光源装置４００の各入射口にＲ、Ｇ、Ｂの半導体レーザ素子が１つずつ備えられる構成及び作用効果は実施形態２と同じである。

本実施形態において、光源装置４００は、レーザ素子と、入射口との間にはレンズを備えず、レーザ素子は入射口に接している。前記の構成によれば、レーザ光は一定の角度で拡がりながら入射され、光学部材の内部において拡散されるため、光学部材の内壁での反射回数が少ない場合においても複数の波長のレーザ光が出射口において均一に混合されやすくなる。

〔実施形態５〕
図１０の（ａ）は、本実施形態に係る光源装置５００の構成の一部を示す斜視図であり、（ｂ）は光源装置５００の構成の一部を示す側断面図である。図１０に示されるように、光源装置５００は、光学部材１０ｅを備え、光学部材１０ｅには内部空間２４ｅが形成されている。光学部材１０ｅには、入射口１２ｅと、出射口２０ｅが形成されている。入射口１２ｅからは外部光源からのレーザ光が入射され、内部空間２４ｅにおいて散乱、又は反射されたレーザ光が出射口２０ｅから出射される。前記の構成によれば、複数の光源により入射された光を均一に混合し、光学部材の外部へ出射させることができる。

本実施形態において、内部空間２４ｅの境界を規定する内壁２２ｅは、実施形態３と同じく、光反射材によってコーティングされている。前記の構成によれば、内部空間に入射したレーザ光が、内壁の光反射材によって反射されながら進行するため、複数のレーザ光源から出射されたレーザ光が均一に混合される。

内部空間２４ｅには何も充填されておらず空洞が形成されている。前記の構成によれば、入射された光が、光学部材内部の充填物により光吸収されることがないため、光を効率よく光学部材外部へ出射することができる。

内壁２２ｅの形状は、角筒であり、入射口１２ｅは、角筒の一端に形成され、出射口２０ｅは、角筒の他端に形成される。前記の構成によれば、光学部材の構造が単純化され、小型化されるため可搬性が高い。

本実施形態の一例として、入射口１２ｅには外部光源である３つのレーザ光源によるＲ、Ｇ、Ｂのレーザ光が入射され、Ｒ、Ｇ、Ｂの混色光である白色光が１つの出射口２０ｅから出射される。本実施形態において、入射口、及び出射口のサイズは、レーザ光が入射、及び出射できる大きさであれば特に限定されない。入射口、及び出射口のサイズは、レーザ光源の発光点の発光面積、及び出射されるレーザ光の照射面積等に合わせて適宜選択すればよいが、複数の波長のレーザ光を均一に混合する観点より、入射口及び出射口の１辺が０．５ｍｍ〜２ｍｍであることが好ましい。レーザ光が入射口の入射面に対して角度を持って入射し、光学部材の内壁でのレーザ光の反射の回数を多くすることができるためである。

また、本実施形態において、光学部材の長さ、すなわち入射口から出射口までの長さは、特に限定されないが、複数の波長のレーザ光を均一に混合する観点より、５ｍｍ以上であることが好ましく、１５ｍｍ以上であることがさらに好ましい。光学部材の内壁でのレーザ光の反射の回数を多くすることができるためである。

図１１は、光源装置５００の構成の一部と、レーザ素子との斜視図及びレーザ光の進路を示す図である。図１１に示されるように、本実施形態において、光源装置５００は、コリメートレンズ４２ｅ、４４ｅ、４６ｅを備える。各コリメートレンズの構成及び作用効果は、実施形態１と同じである。

本実施形態において、光源装置５００は、コリメートレンズと、光学部材の入射口１２ｅとの間に集光部６０ｅをさらに備える。前記の構成によれば、複数のレーザ光源から出射されたレーザ光を入射口へ集光させ、入射された光を均一に混合し、外部へ出射させることができる。集光部としては、例えば、集光レンズが挙げられる。本実施形態の一例として、レーザ光が集光レンズの中心以外を透過するように、集光レンズの位置は調節されることが好ましい。前記の構成によれば、レーザ光は、集光レンズの焦点位置にある光学部材に直進せずに入射するため、レーザ光が少なくとも１度は、光学部材の内壁での反射を経てから出射口に到達し、レーザ光が均一に混合される。

Ｒ、Ｇ、Ｂのレーザ光は入射口の入射面に対してそれぞれ異なる入射角で光学部材に入射されることが好ましい。前記の構成によれば、光学部材内での反射の回数が波長ごとに異なり、レーザ光が均一に混合される。

また、実施形態１と同様に、光学部材の出射口側に、出射されるレーザ光を制御する投光部をさらに備えてもよい。前記の構成によれば、複数の光源により入射された光を均一に混合し、光学部材の外部へ出射させると共に、出射口から出射される光の照射面積が調節される。例えば、投光部として凸レンズを用い、凸レンズにより出射されるレーザ光を平行光、又は収束光として制御することができる。

〔変形例〕
本実施形態の光源装置５００の変形例について、図１０及び図１１に基づいて説明する。尚、説明の便宜上、前記実施形態５の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、その説明を省略する。

本変形例に係る光源装置５００は、光学部材１０ｅの内壁２２ｅが光拡散物質によってコーティングされていること以外は、実施形態５と同じ構成である。内壁２２ｅが光拡散物質であることから、入射口１２ｅから入射されたレーザ光は、光学部材の内壁２２ｅに当たる度に拡散反射しながら進行する。入射されたレーザ光が拡散反射するため、角筒状の光学部材の長さ、すなわち入射口１２ｅから出射口２０ｅまでの長さが短い場合であっても効率的にレーザ光が均一に混合される。本変形例において、好ましい光学部材の長さは５〜１５ｍｍである。

本変形例において、入射口１２ｅに、実施形態１で記載した偏光フィルタ等を備えてもよい。前記の構成によれば、拡散反射された光学部材内部の光が入射口１２ｅから外部へ漏れることを防ぐことができる。

〔実施形態６〕
図１２の（ａ）は、本実施形態に係る光源装置６００の構成の一部を示す斜視図であり、（ｂ）は、光源装置の構成の一部を示す側断面図である。図１２に示されるように、光源装置６００は、光学部材１０ｆとして円筒状のガラス棒を備える。光学部材１０ｆには内部空間２４ｆが形成されている。光学部材１０ｆには、入射口１２ｆと、出射口２０ｆとが形成されている。入射口１２ｆからは外部光源からのレーザ光が入射され、内部空間２４ｆにおいて散乱、又は反射されたレーザ光が出射口２０ｆから出射される。前記の構成によれば、複数の光源により入射された光を均一に混合し、光学部材の外部へ出射させることができる。

本実施形態において、内部空間２４ｆは円筒状のガラス棒の表面によって規定される。より具体的に言えば、ガラス棒の境界以外の部分が、内部空間２４ｆに対応する。また、ガラス棒の内側から見て、ガラス棒の表面、すなわち、ガラス棒と、ガラス棒の外部の空間との境界が、上述した実施形態における内壁に対応する。

本実施形態において、光学部材１０ｆが円筒状のガラス棒であること以外は、実施形態５と同じ構成を有する。前記の構成によれば、内部空間で光が全反射されながら進行し、入射された光が均一に混合される。

光学部材１０ｆの形状は、円筒であり、入射口１２ｆは、円筒の一端に形成され、出射口２０ｆは、円筒の他端に形成される。前記の構成によれば、光学部材の構造が単純化され、小型化されるため可搬性が高い。

本実施形態において、入射口１２ｆには外部光源である３つのレーザ光源によるＲ、Ｇ、Ｂのレーザ光が入射され、Ｒ、Ｇ、Ｂの混色光である白色光が１つの出射口２０ｆから出射される。

入射口、及び出射口のサイズは、レーザ光が入射、及び出射できる大きさであれば特に限定されない。入射口、及び出射口のサイズは、レーザ光源の発光点の発光面積、及び出射されるレーザ光の照射面積等に合わせて適宜選択すればよいが、複数の波長のレーザ光を均一に混合する観点より、入射口及び出射口の開口径が０．５ｍｍ〜２ｍｍであることが好ましい。

本実施形態において、光学部材の長さ、すなわち入射口から出射口までの長さは、特に限定されないが、複数の波長のレーザ光を均一に混合する観点より、５ｍｍ以上であることが好ましく、２０ｍｍ以上であることがさらに好ましい。光学部材内部でのレーザ光の反射の回数を多くすることができるためである。

本実施形態において、入射口１２ｆにおける入射面に対するレーザ光の入射角は、光学部材内部ガラスと、空気との界面における全反射の臨界角よりも小さい角度であることが好ましい。光学部材内部でのレーザ光の反射は、ガラスと、空気との界面における全反射を利用しているためである。また、本実施形態では、光学部材はガラスによって充填されているが、光学部材内部でレーザ光が全反射されればよく、ガラス以外の光透過率の高い樹脂等によって充填されていてもよい。

また、本実施形態において、入射口、及び出射口には、無反射コーティングが施されていることが好ましい。前記の構成によれば、レーザ光の入射口における反射を最小限にし、光学部材内部へ光が効率よく入射される。また、レーザ光の出射口における反射を最小限にし、光学部材の外部へ光が効率よく出射される。

図１３は、本実施形態に係る光源装置６００の構成の一部と、レーザ素子との斜視図、及びレーザ素子との斜視図、及びレーザ光の進路を示す図である。図１３に示されるように、本実施形態において、光源装置６００は、コリメートレンズ４２ｆ、４４ｆ、４６ｆを備える。各コリメートレンズの構成及び作用効果は、実施形態１と同じである。

また、本実施形態において、光源装置６００は、コリメートレンズと、光学部材の入射口１２ｆとの間に集光部６０ｆをさらに備える。集光部６０ｆの作用効果は、実施形態５の集光部６０ｅと同じである。

図１４の（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係る光源装置６００の構成の一部と、レーザ素子との斜視図、及びレーザ光の進路を示す図である。図１４に示されるように、本実施形態の一例として、光源装置６００は、光学部材の出射口側に、出射されるレーザ光を制御する投光部７２ｆ又は投光部７４ｆをさらに備える。投光部の作用効果は、実施形態１と同じである。

〔実施形態７〕
本実施形態に係る照明機器は、実施形態１〜７の少なくとも何れか１つに係る光源装置を光源として備える。また、本実施形態において、光源装置は、用途に合わせて、使用する半導体レーザの種類、波長、及び光学部材等を選択することができる。各実施の形態に係る光源装置を備える照明機器は、例えば、ヘッドライト、植物工場用照明、防犯灯、街路灯、及び看板照明等として利用することができる。また、本実施形態に係る照明機器は、複数の光源由来の光を均一に混合して出射することが出来るため、例えば、可視光と、赤外光とを均一に混合して出射させることができ、照明機器としての利用と同時に、赤外光によるセンシングを行うことができる。

〔実施形態８〕
本実施形態に係るプロジェクタ機器は、実施形態１〜７の少なくとも何れか１つに係る光源装置を光源として備える。また、本実施形態において、光源装置は、用途に合わせて、使用する半導体レーザの種類、波長、及び光学部材等を選択することができる。各実施の形態に係る光源装置を備えるプロジェクタ機器は、例えば、デジタルシネマ、プロジェクションマッピング、デジタルサイネージ等として利用することができる。また、本実施形態に係るプロジェクタ機器は、複数の光源由来の光を均一に混合して出射することが出来るため、例えば、可視光と、赤外光とを均一に混合して出射することが出来るため、可視光と、赤外光とを均一に混合して出射させることができ、可視光による画像の投影と同時に赤外光によるセンシングを行うことができる。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る光源装置（１００、２００、３００、４００、５００、６００）は、光学部材（１０、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ）を備え、前記光学部材は、内部空間（２４、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆ）を有しており、レーザ光源から出射されたレーザ光を前記内部空間に入射させる１又は複数の入射口（１２、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１４、１４ｂ、１６、１６ｂ）と、前記内部空間において散乱、又は反射されたレーザ光を当該光学部材の外部へ出射させる１つの出射口（２０、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ）と、が形成されている。

前記の構成によれば、複数の光源により入射された光を均一に混合し、光学部材の外部へ出射させることができる。

本発明の態様２に係る光源装置（１００、２００、３００、４００、５００）は、前記態様１において、前記内部空間は、内壁（２２、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ）によって囲まれており、前記内壁は、光拡散物質、又は光反射材によってコーティングされている。

前記の構成によれば、内部空間によってレーザ光が拡散及び反射されるため、複数の光源により入射された光を均一に混合し、光学部材の外部へ出射させることができる。

本発明の態様３に係る光源装置（３００、４００）は、前記態様２において、前記内部空間は、光散乱物質を含有する光透過体によって充填されている。

前記の構成によれば、光散乱物質によってレーザ光が散乱されるため、複数の光源により入射された光を均一に混合し、外部へ出射させることができる。

本発明の態様４に係る光源装置（１００、２００）は、前記態様２又は３において、前記内壁の形状が半球状である。

前記の構成によれば、複数の光源により入射された光を均一に混合し、光学部材の外部へ出射させることができる。

本発明の態様５に係る光源装置（１００、２００）は、前記態様４において、前記入射口が２つ以上形成され、前記入射口のうち１つの入射口と、前記半球状の光源装置の底面の円の中心とを結ぶ延長線に重複しないように他の入射口又は出射口が形成されている。

前記の構成によれば、入射口から入射されたレーザ光が他の入射口又は出射口から光学部材の外部へ漏れることを防ぐ。

本発明の態様６に係る光源装置（３００、４００）は、前記態様２又は３において、前記内壁の形状が球状である。

前記の構成によれば、複数の光源により入射された光を均一に混合し、外部へ出射させることができる。

本発明の態様７に係る光源装置（３００、４００）は、前記態様６において、前記入射口が２つ以上形成され、前記入射口のうち１つの入射口と、前記球状の光源装置の球の中心とを結ぶ延長線に重複しないように他の入射口又は前記出射口が形成されている。

前記の構成によれば、入射口から入射されたレーザ光が他の入射口又は出射口から光学部材の外部へ漏れることを防ぐ。

本発明の態様８に係る光源装置（５００、６００）は、前記態様２又は３において、前記内壁の形状が円筒又は角筒であり、入射口が前記円筒又は前記角筒の一端に形成され、出射口が前記円筒又は前記角筒の他端に形成される。

前記の構成によれば、光学部材の構造が単純化され、小型化されるため可搬性が高く、簡便な構成で複数の光源による光を混合することができる。

本発明の態様９に係る光源装置（１００、２００、３００、４００）は、前記態様１〜８のいずれか１つにおいて、前記光学部材には、３つの入射口が設けられ、Ｒ、Ｇ、Ｂのレーザ光をそれぞれ別の入射口から前記内部空間へ入射する。

前記の構成によれば、Ｒ、Ｇ、Ｂのレーザ光が均一に混合された白色光を得ることができる。

本発明の態様１０に係る光源装置（１００、２００、３００、４００、５００、６００）は、前記態様９において、前記レーザ光源として、それぞれＲ、Ｇ、Ｂを出射する３つの半導体レーザ素子をさらに備えている。

前記の構成によれば、Ｒ、Ｇ、Ｂのレーザ光が均一に混合された白色光を得ることができる。

本発明の態様１１に係る光源装置（１００、２００、３００、４００、５００、６００）は、前記態様１〜１０の何れか１つにおいて、前記出射口の外部に投光部（７２、７４、７２ｆ、７４ｆ）をさらに備える。

前記の構成によれば、複数の光源により入射された光を均一に混合し、光学部材の外部へ出射させると共に、出射口から出射される光の照射面積が調節される。

本発明の態様１２に係る光源装置（５００、６００）は、前記態様１〜１１の何れか１つにおいて、前記入射口と、前記レーザ光源との間に集光部（６０ｅ、６０ｆ）をさらに備える。

前記の構成によれば、複数のレーザ光源から出射されたレーザ光を入射口へ集光させ、入射された光を均一に混合し、外部へ出射させることができる。

本発明の態様１３に係る照明機器は、前記態様１〜１２の何れか１つに記載の光源装置を光源とする。

前記の構成によれば、複数のレーザ光源から出射されたレーザ光が均一に混合された光を照明として利用することができる。また、波長の異なる光、例えば、可視光と、赤外光とを均一に混合して出射することができるため、照明機器としての利用と同時に、赤外光によるセンシングを行うことができる。

本発明の態様１４に係るプロジェクタ機器は、前記態様１〜１２の何れか１つに記載の光源装置を光源とする。

前記の構成によれば、複数のレーザ光源から出射されたレーザ光が均一に混合された光をプロジェクタの映像投影に利用することができる。また、波長の異なる光、例えば、可視光と、赤外光とを均一に混合して出射することができるため、可視光による画像の投影と同時に赤外光によるセンシングを行うことができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

１００、２００、３００、４００、５００、６００ 光源装置
１０、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ 光学部材
２４、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆ 内部空間
１２、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１４、１４ｂ、１６、１６ｂ 入射口
２０、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ 出射口
２６ 底面
２２、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ 内壁
３２、３２ｂ 赤色半導体レーザ素子
３２ｃ 半導体レーザ素子
３４、３４ｂ 青色半導体レーザ素子
３６、３６ｂ 緑色半導体レーザ素子
６０ｅ、６０ｆ 集光部
７２、７２ｆ、７４、７４ｆ 投光部

Claims (14)

1. 光学部材を備えた光源装置であって、
   前記光学部材は、
   内部空間を有しており、
   レーザ光源から出射されたレーザ光を前記内部空間に入射させる１又は複数の入射口と、
   前記内部空間において散乱、又は反射されたレーザ光を当該光学部材の外部へ出射させる１つの出射口と、が形成されていることを特徴とする光源装置。
2. 前記内部空間は、内壁によって囲まれており、
   前記内壁は、光拡散物質、又は光反射材によってコーティングされている請求項１に記載の光源装置。
3. 前記内部空間は、光散乱物質を含有する光透過体によって充填されている請求項２に記載の光源装置。
4. 前記内壁の形状が半球状である請求項２又は３に記載の光源装置。
5. 前記入射口が２つ以上形成され、
   前記入射口のうち１つの入射口と、前記半球状の光源装置の底面の円の中心とを結ぶ延長線に重複しないように他の入射口又は出射口が形成されている請求項４に記載の光源装置。
6. 前記内壁の形状が球状である請求項２又は３に記載の光源装置。
7. 前記入射口が２つ以上形成され、
   前記入射口のうち１つの入射口と、前記球状の光源装置の球の中心とを結ぶ延長線に重複しないように他の入射口又は出射口が形成されている請求項６に記載の光源装置。
8. 前記内壁の形状が円筒又は角筒であり、入射口が前記円筒又は前記角筒の一端に形成され、出射口が前記円筒又は前記角筒の他端に形成される請求項２又は３に記載の光源装置。
9. 前記光学部材には、３つの前記入射口が設けられ、当該３つの入射口は、Ｒ、Ｇ、Ｂのレーザ光源の光をそれぞれ前記内部空間へ入射させる請求項１〜８の何れか１項に記載の光源装置。
10. 前記レーザ光源として、それぞれＲ、Ｇ、Ｂを出射する３つの半導体レーザ素子をさらに備える請求項９に記載の光源装置。
11. 前記出射口の外側に投光部をさらに備える請求項１〜１０の何れか１項に記載の光源装置。
12. 前記入射口と、前記レーザ光源との間に集光部をさらに備える請求項１〜１１の何れか１項に記載の光源装置。
13. 請求項１〜１２の何れか１項に記載の光源装置を光源とした照明機器。
14. 請求項１〜１２の何れか１項に記載の光源装置を光源としたプロジェクタ機器。