(57)【要約】【課題】互いに波長が異なる複数の光を高い効率で波長変換可能とする波長変換装置、互いに波長が異なる複数の光を高い効率で供給可能とする光源装置、明るく、スペックルノイズが低減された高品質な画像を表示可能とするプロジェクターを提供すること。【解決手段】互いに分極方向を反転させた第１分極層及び第２分極層を第１の方向へ並列させた分極反転構造を備える光学素子である非線形光学素子２１と、光学素子へ伝導させる熱を供給する熱供給部であるヒーター２２と、熱供給部により供給された熱を光学素子へ伝導させる経路中に設けられ、熱伝導率が可変である複数の熱伝導率可変素子２４と、を有し、光学素子には、第１の方向に略垂直な第２の方向へ並列させた複数の領域が設定され、熱伝導率可変素子２４は、領域ごとに設けられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに分極方向を反転させた第１分極層及び第２分極層を第１の方向へ並列させた分極反転構造を備える光学素子と、
前記光学素子へ伝導させる熱を供給する熱供給部と、
前記熱供給部により供給された熱を前記光学素子へ伝導させる経路中に設けられ、熱伝導率が可変である複数の熱伝導率可変素子と、を有し、
前記光学素子には、前記第１の方向に略垂直な第２の方向へ並列させた複数の領域が設定され、
前記熱伝導率可変素子は、前記領域ごとに設けられることを特徴とする波長変換装置。
【請求項２】
前記熱供給部により供給された熱を拡散させて複数の前記熱伝導率可変素子へ伝導させる熱拡散部を有することを特徴とする請求項１に記載の波長変換装置。
【請求項３】
前記光学素子から熱を放出させる放熱部を有し、
複数の前記熱伝導率可変素子は、前記光学素子の第１面に設けられ、
前記放熱部は、前記光学素子のうち前記第１面とは反対側の第２面に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の波長変換装置。
【請求項４】
前記第１分極層及び前記第２分極層は、前記領域ごとに異なる周期で形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の波長変換装置。
【請求項５】
前記第１分極層及び前記第２分極層は、複数の前記領域のいずれも略同じ周期で形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の波長変換装置。
【請求項６】
互いに分極方向を反転させた第１分極層及び第２分極層を第１の方向へ並列させた分極反転構造を備える複数の光学素子と、
前記光学素子へ伝導させる熱を供給する熱供給部と、
前記熱供給部により供給された熱を複数の前記光学素子へ伝導させる経路中に設けられ、熱伝導率が可変である熱伝導率可変素子と、を有し、
複数の前記光学素子は、前記熱伝導率可変素子を介して、前記第１の方向に略垂直な第２の方向へ並列させて設けられることを特徴とする波長変換装置。
【請求項７】
前記熱供給部は、複数の前記光学素子と前記熱伝導率可変素子とを一体とした構造体のうち、前記第２の方向における一方の端を構成する光学素子に設けられることを特徴とする請求項６に記載の波長変換装置。
【請求項８】
前記光学素子から熱を放出させる放熱部を有し、
前記熱供給部は、前記構造体の第１端を構成する光学素子に設けられ、
前記放熱部は、前記構造体のうち、前記第１端とは反対側の第２端を構成する光学素子に設けられることを特徴とする請求項７に記載の波長変換装置。
【請求項９】
前記第１分極層及び前記第２分極層は、前記光学素子ごとに異なる周期で形成されることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の波長変換装置。
【請求項１０】
前記第１分極層及び前記第２分極層は、複数の前記光学素子のいずれも略同じ周期で形成されることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の波長変換装置。
【請求項１１】
前記熱伝導率可変素子の前記熱伝導率を制御する制御部を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の波長変換装置。
【請求項１２】
光を射出する複数の光射出部を備える発光素子と、
複数の前記光射出部から射出された光を共振させるための共振器と、
前記発光素子及び前記共振器の間の光路中に配置され、複数の前記光射出部から射出された光を波長変換する請求項１〜１１のいずれか一項に記載の波長変換装置と、を有することを特徴とする光源装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の光源装置を有し、前記光源装置から射出した光を用いて画像を表示することを特徴とするプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換装置、光源装置及びプロジェクター、特に、光源装置に用いられる波長変換装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクターの光源として、レーザー光源を用いる技術が提案されている。プロジェクターの光源に従来用いられているＵＨＰランプと比較すると、レーザー光源は、色再現性が高い、瞬時点灯が可能、長寿命である等の利点がある。コヒーレント光であるレーザー光を拡散面に照射させると、明点及び暗点がランダムに分布するスペックルパターンと呼ばれる干渉模様が現れることがある。スペックルパターンは、拡散面の各点で拡散した光同士がランダムに干渉し合うことにより発生する。画像を表示する際にスペックルパターンが認識されると、ぎらぎらとするちらつき感を観察者へ与えるため、画像観賞へ悪影響を及ぼすこととなる。
【０００３】
スペックルノイズの発生を低減させる方法としては、例えば、レーザー光のスペクトル幅を広くする方法がある。レーザー光のコヒーレンス長とスペクトル幅とは、およそ反比例する。レーザー光のスペクトル幅を広げることで、コヒーレンス長を短くすることは、スペックルノイズの発生を低減させるための措置として有効である。スペクトル幅を広くするために、互いに波長が異なるレーザーパッケージを組み合わせる手法は、広いスペクトル幅を容易に確保できる一方、光源装置の大型化を招くこととなる。そこで従来、複数の光射出部をアレイ状に並列させた発光素子を用いて、光射出部からの光ごとに共振波長を異ならせることにより、一つのパッケージから互いに波長が異なる複数のレーザー光を射出させる方法が提案されている。
【０００４】
レーザー光源は、基本波光の波長を変換せずにレーザー光を射出するものの他に、波長変換素子により波長が変換されたレーザー光を射出するものが知られている。波長変換素子を用いることで、容易に入手可能な汎用の発光素子を用いて、所望の波長かつ十分な光量のレーザー光を得ることが可能となる。波長変換素子を用いるレーザー光源により互いに異なる波長のレーザー光を射出させるには、互いに波長が異なる複数の光の波長変換が必要となる。例えば、特許文献１には、互いに波長が異なる複数の光を波長変換することを目的として、非線形光学素子の光路方向に沿う方向へ複数の温度制御用素子を並列させる構成が提案されている。非線形光学素子に設けられた複数の温度制御用素子を制御することにより、非線形光学素子の分極反転構造に温度勾配を生じさせる。非線形光学素子は、温度変化により屈折率分布が変化することで、位相整合条件を満たす位相整合波長が変化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２０２３３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非線形光学素子による十分な波長変換効率を得るには、分極反転構造における十分な相互作用長が必要となる。しかし、非線形光学素子の光路方向について温度勾配を生じさせる場合、位相整合波長ごとの相互作用長が短くなることにより、波長変換効率が低下するという問題を生じる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、互いに波長が異なる複数の光を高い効率で波長変換可能とする波長変換装置、互いに波長が異なる複数の光を高い効率で供給可能とする光源装置、明るく、スペックルノイズが低減された高品質な画像を表示可能とするプロジェクターを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る波長変換装置は、互いに分極方向を反転させた第１分極層及び第２分極層を第１の方向へ並列させた分極反転構造を備える光学素子と、前記光学素子へ伝導させる熱を供給する熱供給部と、前記熱供給部により供給された熱を前記光学素子へ伝導させる経路中に設けられ、熱伝導率が可変である複数の熱伝導率可変素子と、を有し、前記光学素子には、前記第１の方向に略垂直な第２の方向へ並列させた複数の領域が設定され、前記熱伝導率可変素子は、前記領域ごとに設けられることを特徴とする。
【０００８】
光学素子の各領域は、熱伝導率可変素子を経て供給される熱により温度が調節される。各熱伝導率可変素子の熱伝導率を適宜制御することにより、波長変換装置は、領域ごとに光学素子の温度を調節し、領域ごとに位相整合波長を異ならせる。第２の方向へ並列させた領域ごとに位相整合波長を設定可能とすることにより、光学素子へ入射させるいずれの光についても十分な相互作用長を確保できる。これにより、互いに波長が異なる複数の光を高い効率で波長変換可能とする波長変換装置を得られる。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様としては、前記熱供給部により供給された熱を拡散させて複数の前記熱伝導率可変素子へ伝導させる熱拡散部を有することが望ましい。これにより、熱供給部を配置する位置に関わらず、各熱伝導率可変素子へ均等に熱を供給できる。また、熱供給部の数を少なくできることで、電力消費を低減させることもできる。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様としては、前記光学素子から熱を放出させる放熱部を有し、複数の前記熱伝導率可変素子は、前記光学素子の第１面に設けられ、前記放熱部は、前記光学素子のうち前記第１面とは反対側の第２面に設けられることが望ましい。放熱部により光学素子の第２面側から熱を放出させることで、第１面側から第２面側への熱伝導を促進させ、領域間における熱伝導を抑制可能とする。これにより、領域ごとの正確な温度調節を可能とし、各領域において高い効率で波長変換ができる。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様としては、前記第１分極層及び前記第２分極層は、前記領域ごとに異なる周期で形成されることが望ましい。各領域の位相整合波長は、分極反転構造の周期と温度によって決定される。これにより、広いスペクトル幅の光について波長変換を可能とする構成を容易に実現できる。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様としては、前記第１分極層及び前記第２分極層は、複数の前記領域のいずれも略同じ周期で形成されることが望ましい。これにより、互いに異なる波長の光について波長変換を可能とする構成を、容易に作製可能な光学素子を用いて実現できる。
【００１３】
さらに、本発明に係る波長変換装置は、互いに分極方向を反転させた第１分極層及び第２分極層を第１の方向へ並列させた分極反転構造を備える複数の光学素子と、前記光学素子へ伝導させる熱を供給する熱供給部と、前記熱供給部により供給された熱を複数の前記光学素子へ伝導させる経路中に設けられ、熱伝導率が可変である熱伝導率可変素子と、を有し、複数の前記光学素子は、前記熱伝導率可変素子を介して、前記第１の方向に略垂直な第２の方向へ並列させて設けられることを特徴とする。
【００１４】
各光学素子は、熱伝導率可変素子を経て供給される熱により温度が制御される。各熱伝導率可変素子の熱伝導率を適宜制御することにより、波長変換装置は、光学素子ごとの温度を調節し、光学素子ごとに位相整合波長を異ならせる。第２の方向へ並列させた光学素子ごとに位相整合波長を設定可能とすることにより、光学素子へ入射させるいずれの光についても十分な相互作用長を確保できる。これにより、互いに波長が異なる複数の光を高い効率で波長変換可能とする波長変換装置を得られる。
【００１５】
また、本発明の好ましい態様としては、前記熱供給部は、複数の前記光学素子と前記熱伝導率可変素子とを一体とした構造体のうち、前記第２の方向における一方の端を構成する光学素子に設けられることが望ましい。これにより、第２の方向へ並列させた各光学素子に温度勾配を持たせることができる。
【００１６】
また、本発明の好ましい態様としては、前記光学素子から熱を放出させる放熱部を有し、前記熱供給部は、前記構造体の第１端を構成する光学素子に設けられ、前記放熱部は、前記構造体のうち、前記第１端とは反対側の第２端を構成する光学素子に設けられることが望ましい。放熱部により第２端側で熱を放出させることにより、第１端側から第２端側への熱伝導を促進させ、第２の方向以外の方向への熱伝導を抑制可能とする。これにより、熱供給部により供給された熱を効率良く各光学素子へ伝導させることができる。
【００１７】
また、本発明の好ましい態様としては、前記第１分極層及び前記第２分極層は、前記光学素子ごとに異なる周期で形成されることが望ましい。これにより、広いスペクトル幅の光について波長変換を可能とする構成を容易に実現できる。
【００１８】
また、本発明の好ましい態様としては、前記第１分極層及び前記第２分極層は、複数の前記光学素子のいずれも略同じ周期で形成されることが望ましい。略同じ周期の分極反転構造を持つ光学素子を用いて構成することで、波長変換装置の製造を容易にできる。
【００１９】
また、本発明の好ましい態様としては、前記熱伝導率可変素子の前記熱伝導率を制御する制御部を有することが望ましい。制御部による光学素子の正確な温度調節により、互いに波長が異なる複数の光を高い効率で波長変換できる。
【００２０】
さらに、本発明に係る光源装置は、光を射出する複数の光射出部を備える発光素子と、複数の前記光射出部から射出された光を共振させるための共振器と、前記発光素子及び前記共振器の間の光路中に配置され、複数の前記光射出部から射出された光を波長変換する上記の波長変換装置と、を有することを特徴とする。共振器を用いて共振させる光の波長は、波長変換装置の位相整合波長に合わせて設定される。これにより、互いに波長が異なる複数の光を高い効率で供給可能な光源装置を得られる。
【００２１】
さらに、本発明に係るプロジェクターは、上記の光源装置を有し、前記光源装置から射出した光を用いて画像を表示することを特徴とする。上記の光源装置を用いることで、高い効率で射出された広いスペクトル幅の光を利用して画像を表示する。これにより、明るく、スペックルノイズが低減された高品質な画像を表示可能なプロジェクターを得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施例１に係る光源装置の平面模式図である。
【図２】波長変換装置の側面模式図である。
【図３】非線形光学素子の斜視模式図である。
【図４】スペクトル幅とスペックルコントラストとの関係を表すグラフである。
【図５】変形例に係る波長変換装置が備える非線形光学素子の斜視模式図である。
【図６】実施例２に係る光源装置の平面模式図である。
【図７】波長変換装置の側面模式図である。
【図８】構造体の斜視模式図である。
【図９】波長変換装置にヒートシンクを適用する場合の側面模式図である。
【図１０】変形例に係る波長変換装置が備える構造体の斜視模式図である。
【図１１】実施例３に係るプロジェクターの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１は、本発明の実施例１に係る光源装置１０の平面模式図である。光源装置１０は、三本のレーザー光を射出させるアレイレーザーである。発光素子１１は、面発光型の半導体素子であって、一列に並列させた三つの光射出部１５を備える。光射出部１５は、基本波光を射出する。基本波光は、例えば赤外光である。バンドパスフィルター１２及び波長変換装置１３は、発光素子１１及び共振ミラー１４の間の光路中に配置されている。
【００２５】
バンドパスフィルター１２は、半値幅が数ｎｍ以下となる透過特性を持つ狭帯域透過フィルタである。バンドパスフィルター１２は、誘電体多層膜を備える。波長変換装置１３は、発光素子１１から射出された基本波光を波長変換することにより、高調波光を射出する。高調波光は、基本波光の波長の半分の波長の光であって、例えば可視光である。共振ミラー１４は、各光射出部１５から射出された光を共振させるための共振器である。共振ミラー１４は、高調波光の波長を含む波長域の光を透過し、基本波光の波長を含む波長域の光を反射する広帯域反射ミラーであって、基本波光と高調波光とを分離する。なお、本実施例において、各光射出部１５から射出させる光の主光線に平行な軸をＺ軸とする。Ｘ軸及びＹ軸は、いずれもＺ軸に対して垂直であって、かつ互いに垂直な二軸とする。三つの光射出部１５は、Ｘ軸方向へ並列している。
【００２６】
発光素子１１の各光射出部１５から射出された基本波光は、バンドパスフィルター１２へ入射する。バンドパスフィルター１２を透過した基本波光は、波長変換装置１３へ入射する。波長変換装置１３で生じた高調波光は、共振ミラー１４を透過し、光源装置１０の外部へ射出する。バンドパスフィルター１２側から共振ミラー１４側へ波長変換装置１３を透過した基本波光は、共振ミラー１４で反射する。共振ミラー１４から波長変換装置１３を経て、バンドパスフィルター１２を透過した基本波光は、光射出部１５へ入射する。光射出部１５へ入射した基本波光は、発光素子１１のミラー層（図示省略）で反射した後、光射出部１５から射出する。発光素子１１のミラー層と共振ミラー１４とで反射した基本波光は、光射出部１５から新たに射出した基本波光と共振することにより増幅する。
【００２７】
図２は、波長変換装置１３の側面模式図である。波長変換装置１３は、非線形光学素子２１、ヒーター２２、熱拡散板２３、三つの熱伝導率可変素子２４、ヒートシンク２５、制御部２６を備える。なお、図１では、波長変換装置１３は、非線形光学素子２１以外の構成の図示を省略している。
【００２８】
図３は、非線形光学素子２１の斜視模式図である。非線形光学素子２１としては、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）の分極反転結晶（Periodically  Poled  Lithium  Niobate；ＰＰＬＮ）を用いる。非線形光学素子２１は、互いに分極方向を反転させた第１分極層３４及び第２分極層３５を有する。第１分極層３４及び第２分極層３５は、第１の方向であるＺ軸方向へ交互に並列している。第１分極層３４及び第２分極層３５は、コヒーレント長ごとに非線形光学定数の符号を反転させた分極反転構造を構成する。第１分極層３４は、光学結晶の自発分極を反転させた部分である。第２分極層３５は、光学結晶の自発分極が残された部分である。
【００２９】
非線形光学素子２１には、三つの領域３１、３２、３３が設定されている。各領域３１、３２、３３は、第２の方向であるＸ軸方向へ並列している。光射出部１５からの光は、非線形光学素子２１の各領域３１、３２、３３へそれぞれ入射する。非線形光学素子２１の分極反転構造は、第１分極層３４及び第２分極層３５を並列させるピッチが領域３１、領域３２、領域３３の順に小さくなるように形成されている。第１分極層３４及び第２分極層３５は、領域３１、３２、３３ごとに異なる周期で形成されている。
【００３０】
分極反転構造の形成には、自発分極を持つ非線形光学結晶へ電圧を印加する手法が多く用いられている。分極反転構造は、例えば、ニオブ酸リチウム基板（ＬＮ基板）上に絶縁層の微細なパターンを形成し、金属膜或いは電解液を介して電圧を印加することにより得られる。領域３１、３２、３３ごとに異なる周期で絶縁層をパターニングすることにより、領域３１、３２、３３ごとに異なる周期の第１分極層３４及び第２分極層３５が形成される。
【００３１】
熱伝導率可変素子２４は、非線形光学素子２１の第１面Ｓ１に、領域３１、３２、３３ごとに設けられている。熱伝導率可変素子２４は、熱伝導率が可変である性質を持つ。熱伝導率可変素子２４同士は、間隔を設けて配置されている。ヒーター２２及び熱拡散板２３は、熱伝導率可変素子２４を介して非線形光学素子２１の第１面Ｓ１に設けられている。熱供給部であるヒーター２２は、熱拡散板２３及び熱伝導率可変素子２４を経て非線形光学素子２１へ伝導させる熱を供給する。ヒーター２２としては、例えば、電熱ヒーターを用いる。一つのヒーター２２からの熱を熱拡散板２３によって各領域３１、３２、３３へ伝導させることで、領域３１、３２、３３ごとにヒーター２２を設置する場合に比較して簡易な構成にできる。また、領域３１、３２、３３ごとにヒーター２２を設置する場合よりヒーター２２の数を少なくできることで、電力消費を低減させることもできる。
【００３２】
熱拡散部である熱拡散板２３は、ヒーター２２により供給された熱を拡散させて、各熱伝導率可変素子２４へ伝導させる。熱拡散板２３としては、高い熱伝導性の板状部材、例えば銅板を用いる。ヒーター２２は、熱拡散板２３の中央に配置されている。熱拡散板２３は、各熱伝導率可変素子２４に接続させて設けられている。熱伝導率可変素子２４は、ヒーター２２により供給された熱を非線形光学素子２１へ伝導させる経路中に設けられている。
【００３３】
放熱部であるヒートシンク２５は、非線形光学素子２１の第２面Ｓ２に設けられている。ヒートシンク２５は、非線形光学素子２１から熱を放出させる。第２面Ｓ２は、非線形光学素子２１のうち第１面Ｓ１とは反対側の面である。制御部２６は、ヒーター２２と、熱伝導率可変素子２４とに接続され、非線形光学素子２１の温度を調節する。
【００３４】
熱伝導率可変素子２４は、例えば、磁性体薄膜を用いて構成されている。磁性体薄膜としては、磁気抵抗（ＭＲ）効果を有する磁性体薄膜であって、ＮｉＦｅ等の異方性ＭＲ効果を示す材料からなる薄膜を用いる。熱伝導率可変素子２４の具体例としては、非磁性層を磁性層で挟んだＣｏ／Ｃｕ／Ｃｏ等のサンドイッチ膜（スピンバルブ膜）、磁性層及び非磁性層を交互に積層してなる磁性人工格子膜等がある。ＭＲ効果を有する磁性体薄膜は、磁界の印加によって熱伝導率が変化する性質を持つ。磁界の印加によって熱伝導率が変化する原理は、ＭＲ効果と同様である。すなわち、熱伝導率の変化は、磁界の印加による磁化の向きの変化に伴い、熱流の担い手の一つである電子の移動度が変化することによって生じる。熱伝導率は、電子の移動度の変化に起因して、ヴィーデマン・フランツの法則に従って変化する。
【００３５】
磁石を用いて磁界を印加する場合、制御部２６は、熱伝導率可変素子２４ごとに磁石からの距離を調整することにより、各熱伝導率可変素子２４の熱伝導率を制御する。電磁石を用いて磁界を印加する場合、制御部２６は、熱伝導率可変素子２４ごとに電磁石への電流値を調整することにより、各熱伝導率可変素子２４の熱伝導率を制御する。制御部２６は、ヒーター２２により供給する熱量と、各熱伝導率可変素子２４の熱伝導率とを制御することにより、非線形光学素子２１の温度を領域３１、３２、３３ごとに調節する。熱伝導率可変素子２４の熱伝導率は、非線形光学素子２１のうち領域３１、３２、３３における位相整合条件に合わせて設定される。なお、制御部２６は、非線形光学素子２１の温度の計測結果に基づいてヒーター２２及び熱伝導率可変素子２４をフィードバック制御することで、各領域３１、３２、３３を目標温度に調節することとしても良い。
【００３６】
波長変換装置１３は、領域３１、３２、３３ごとの位相整合条件に応じて各領域３１、３２、３３の温度を調節することで、互いに波長が異なる複数の光の波長変換が可能となる。光の進行方向に垂直なＸ軸方向へ並列させた領域３１、３２、３３ごとに位相整合波長を設定可能とすることにより、非線形光学素子２１へ入射させるいずれの光についても十分な相互作用長を確保できる。これにより、互いに波長が異なる複数の光を高い効率で波長変換できるという効果を奏する。各領域３１、３２、３３について、分極反転構造の周期を適宜設定し、位相整合条件に適合するように熱伝導率可変素子２４の熱伝導率を制御することにより、広いスペクトル幅の光について波長変換を可能とする構成を容易に実現できる。
【００３７】
バンドパスフィルター１２は、光射出部１５からの光が入射する領域ごとに、異なる波長の光を透過させる。バンドパスフィルター１２は、例えば、領域ごとに異なる厚さの層を積層させて構成された誘電体多層膜により、領域ごとに異なる波長の光を透過させる。光源装置１０は、非線形光学素子２１の位相整合波長と、バンドパスフィルター１２で選択的に透過させる波長とが一致するように構成されている。互いに波長が異なる光を波長変換することにより、光源装置１０は、互いに異なる波長λ１、λ２、λ３の三本のレーザー光を射出する。光源装置１０は、波長変換装置１３とバンドパスフィルター１２とを組み合わせることにより、互いに波長が異なる複数の光を高い効率で供給することができる。バンドパスフィルター１２の波長特性にばらつきがある場合も、熱伝導率可変素子２４の熱伝導率の制御によって、位相整合条件を満足する状態へ容易に調整することができる。
【００３８】
ヒーター２２により供給された熱は、熱拡散板２３により拡散され、各熱伝導率可変素子２４を経て非線形光学素子２１の各領域３１、３２、３３へ伝導する。非線形光学素子２１へ伝導した熱は、ヒートシンク２５から外部へ放出される。ヒートシンク２５により非線形光学素子２１の第２面Ｓ２側から熱を放出させることで、第１面Ｓ１側から第２面Ｓ２側への熱伝導を促進させ、領域３１、３２、３３間における熱伝導を抑制可能とする。
【００３９】
領域３１、３２、３３間における熱伝導を抑制可能とすることで、領域３１、３２、３３間に温度差をつける場合であっても、領域３１、３２、３３ごとの正確な温度調節が可能となる。これにより、各領域３１、３２、３３において高い効率で波長変換ができる。なお、領域３１、３２、３３ごとの正確な温度調節が可能であれば、熱拡散板２３及びヒートシンク２５の少なくとも一方を省略しても良い。
【００４０】
図４は、レーザー光のスペクトル幅とスペックルコントラストとの関係を表すグラフである。スペックルコントラストは、スペックルノイズにより生じる明暗が最大であるときを１００％として表している。グラフは、横軸で表すスペクトル幅において互いに異なる波長の三本のレーザー光を射出する場合を表している。スペックルコントラストは、スペクトル幅が２ｎｍであるときに約６０％となり、それよりスペクトル幅を増加させても６０％程度で推移する。また、スペックルノイズを効果的に低減させるには、複数のレーザー光の波長はおよそ等間隔となるように設定することが望ましい。
【００４１】
このことから、本実施例に係る光源装置１０を用いて画像を表示する場合、光源装置１０から射出させるレーザー光の波長λ１、λ２、λ３は、スペクトル幅を２ｎｍとして１ｎｍずつ異ならせることで、スペックルノイズの低減が可能となる。本実施例に係る光源装置１０は、互いに波長を異ならせた各レーザー光の強度のばらつきを少なくできるため、スペックルノイズを効果的に低減させることができる。
【００４２】
本実施例に係る光源装置１０は、三つの光を波長変換して射出するものに限られず、複数の光を波長変換して射出するものであれば良く、構成を適宜変更しても良い。光源装置１０は、広帯域反射ミラーである共振ミラー１４と狭帯域透過フィルタであるバンドパスフィルター１２との組み合わせに代えて、狭帯域反射ミラー、例えば体積ホログラムを共振器として用いても良い。光源装置１０は、必要に応じて、偏光選択用フィルタ等を設けても良い。光源装置１０は、半導体レーザー励起固体（Diode  Pumped  Solid  State；ＤＰＳＳ）レーザーとしても良い。
【００４３】
図５は、変形例に係る波長変換装置が備える非線形光学素子３６の斜視模式図である。本変形例は、各領域３１、３２、３３のいずれも第１分極層３４及び第２分極層３５が同じ周期で形成されていることを特徴とする。本変形例の場合も、領域３１、３２、３３ごとの温度を調節することにより、非線形光学素子３６の位相整合波長を領域３１、３２、３３ごとに異ならせることが可能となる。いずれの領域３１、３２、３３も分極反転構造の周期を同じとすることにより、非線形光学素子３６の作製が容易となる。これにより、互いに波長が異なる光を波長変換可能とする構成を、容易に作製可能な非線形光学素子３６を用いて実現できる。
【実施例２】
【００４４】
図６は、本発明の実施例２に係る光源装置４０の平面模式図である。本実施例は、非線形光学素子同士の間に設けられた熱伝導率可変素子を備えることを特徴とする。実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。波長変換装置４１は、発光素子１１から射出された基本波光を波長変換することにより、高調波光を射出する。
【００４５】
図７は、波長変換装置４１の側面模式図である。波長変換装置４１は、三つの非線形光学素子４２、４３、４４、ヒーター２２、二つの熱伝導率可変素子４５、制御部２６を備える。熱伝導率可変素子４５は、二つの非線形光学素子４２、４３の間、二つの非線形光学素子４３、４４の間にそれぞれ設けられている。各非線形光学素子４２、４３、４４は、熱伝導率可変素子４５を介して、第２の方向であるＸ軸方向へ並列させて設けられている。各非線形光学素子４２、４３、４４と熱伝導率可変素子４５とは、直方体形状の一体の構造体４６を構成している。構造体４６は、例えば、熱伝導性接着剤を用いて各非線形光学素子４２、４３、４４と熱伝導率可変素子４５とを貼り合わせることにより構成される。なお、図６では、波長変換装置４１は、構造体４６以外の構成の図示を省略している。
【００４６】
図８は、構造体４６の斜視模式図である。各非線形光学素子４２、４３、４４は、いずれも第１分極層３４及び第２分極層３５を有する。光射出部１５からの光は、各非線形光学素子４２、４３、４４へそれぞれ入射する。非線形光学素子４２、４３、４４の分極反転構造は、第１分極層３４及び第２分極層３５を並列させるピッチが非線形光学素子４２、非線形光学素子４３、非線形光学素子４４の順に小さくなるように形成されている。第１分極層３４及び第２分極層３５は、非線形光学素子４２、４３、４４ごとに異なる周期で形成されている。
【００４７】
ヒーター２２は、構造体４６のうちＸ軸方向における一方の端である第１端Ｔ１を構成する非線形光学素子４２に設けられている。第２端Ｔ２は、構造体４６のうち第１端Ｔ１とは反対側の端である。熱伝導率可変素子４５は、ヒーター２２により供給された熱を各非線形光学素子４２、４３、４４へ伝導させる経路中に設けられている。制御部２６は、ヒーター２２と、熱伝導率可変素子４５とに接続され、各非線形光学素子４２、４３、４４の温度を調節する。実施例１と同様に、熱伝導率可変素子４５は、例えば、磁性体薄膜を用いて構成されている。
【００４８】
第１端Ｔ１を構成する非線形光学素子４２にヒーター２２を設けることにより、構造体４６には、第１端Ｔ１を構成する非線形光学素子４２から第２端Ｔ２を構成する非線形光学素子４４へ向かうに従い漸次温度が低くなるような温度勾配を持たせることができる。制御部２６は、ヒーター２２により供給する熱量と、各熱伝導率可変素子４５の熱伝導率とを制御することにより、各非線形光学素子４２、４３、４４の温度を調節する。
【００４９】
波長変換装置４１は、各非線形光学素子４２、４３、４４の位相整合条件に応じて各非線形光学素子４２、４３、４４の温度を調節することで、互いに波長が異なる複数の光の波長変換が可能となる。本実施例においても、各光について十分な相互作用長を確保可能とし、互いに波長が異なる複数の光を高い効率で波長変換できる。また、波長変換装置４１は、各非線形光学素子４２、４３、４４及び熱伝導率可変素子４５をＸ軸方向へ並列させる構成とすることで、Ｙ軸方向の厚みを抑えることができる。これにより、光源装置４０を小型にすることも可能となる。
【００５０】
図９は、波長変換装置４１にヒートシンク４７を適用する場合の側面模式図である。ヒートシンク４７は、第２端Ｔ２を構成する非線形光学素子４４に設けられている。ヒーター２２により供給された熱は、第１端Ｔ１を構成する非線形光学素子４２から第２端Ｔ２を構成する非線形光学素子４４へ伝導し、ヒートシンク４７から外部へ放出される。ヒートシンク４７により第２端Ｔ２側で熱を放出させることにより、構造体４６において第１端Ｔ１側から第２端Ｔ２側への熱伝導を促進させ、Ｘ軸方向以外の方向への熱伝導を抑制可能とする。
【００５１】
これにより、ヒーター２２により供給された熱を効率良く各非線形光学素子４２、４３、４４へ伝導させることができる。なお、ヒーター２２、ヒートシンク４７を配置する位置は本実施例で説明する場合に限られず、各非線形光学素子４２、４３、４４の温度を調節する態様に応じて適宜変更しても良い。本実施例においても、適宜熱拡散板２３を適用しても良い。
【００５２】
図１０は、変形例に係る波長変換装置が備える構造体４８の斜視模式図である。本変形例は、いずれの非線形光学素子４２、４３、４４も第１分極層３４及び第２分極層３５が同じ周期で形成されていることを特徴とする。本変形例の場合も、各非線形光学素子４２、４３、４４の温度を調節することにより、非線形光学素子４２、４３、４４の位相整合波長を異ならせることが可能となる。いずれの非線形光学素子４２、４３、４４も分極反転構造の周期を同じとすることにより、波長変換装置の製造を容易にできる。
【実施例３】
【００５３】
図１１は、本発明の実施例３に係るプロジェクター５０の概略構成図である。プロジェクター５０は、スクリーン５９に光を投写し、スクリーン５９で反射する光を観察することで画像を鑑賞するフロント投写型のプロジェクターである。プロジェクター５０は、赤色（Ｒ）光用光源装置５１Ｒ、緑色（Ｇ）光用光源装置５１Ｇ、青色（Ｂ）光用光源装置５１Ｂを有する。各色光用光源装置５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂは、上記実施例で説明した光源装置のいずれかと同様の構成を有する。プロジェクター５０は、各色光用光源装置５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂからの光を用いて画像を表示する。
【００５４】
各色光用光源装置５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂは、レーザー光を射出する。Ｒ光用光源装置５１Ｒは、Ｒ光を射出する光源装置である。拡散素子５２は、照明領域の整形、拡大、照明領域における光量分布の均一化を行う。拡散素子５２としては、例えば、回折光学素子である計算機合成ホログラム（Computer  Generated  Hologram；ＣＧＨ）を用いる。フィールドレンズ５３は、Ｒ光用光源装置５１Ｒからの光を平行化させ、Ｒ光用空間光変調装置５４Ｒへ入射させる。Ｒ光用空間光変調装置５４Ｒは、画像信号に応じてＲ光を変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。Ｒ光用空間光変調装置５４Ｒで変調されたＲ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム５５へ入射する。
【００５５】
Ｇ光用光源装置５１Ｇは、Ｇ光を射出する光源装置である。拡散素子５２及びフィールドレンズ５３を経た光は、Ｇ光用空間光変調装置５４Ｇへ入射する。Ｇ光用空間光変調装置５４Ｇは、画像信号に応じてＧ光を変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。Ｇ光用空間光変調装置５４Ｇで変調されたＧ光は、Ｒ光とは異なる面からクロスダイクロイックプリズム５５へ入射する。
【００５６】
Ｂ光用光源装置５１Ｂは、Ｂ光を射出する光源装置である。拡散素子５２及びフィールドレンズ５３を経た光は、Ｂ光用空間光変調装置５４Ｂへ入射する。Ｂ光用空間光変調装置５４Ｂは、画像信号に応じてＢ光を変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。Ｂ光用空間光変調装置５４Ｂで変調されたＢ光は、Ｒ光、Ｇ光とは異なる面からクロスダイクロイックプリズム５５へ入射する。透過型液晶表示装置としては、例えば高温ポリシリコンＴＦＴ液晶パネル（High  Temperature  Polysilicon；ＨＴＰＳ）を用いる。
【００５７】
クロスダイクロイックプリズム５５は、互いに略直交させて配置された２つのダイクロイック膜５６、５７を有する。第１ダイクロイック膜５６は、Ｒ光を反射させ、Ｇ光及びＢ光を透過させる。第２ダイクロイック膜５７は、Ｂ光を反射させ、Ｒ光及びＧ光を透過させる。クロスダイクロイックプリズム５５は、それぞれ異なる面から入射したＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成し、投写レンズ５８の方向へ射出する。投写レンズ５８は、クロスダイクロイックプリズム５５で合成された光をスクリーン５９に向けて投写する。
【００５８】
上記実施例に係る光源装置と同様の構成の各色光用光源装置５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂを用いることにより、高い効率で射出された広いスペクトル幅の光を利用して画像を表示する。これにより、プロジェクター５０は、明るく、スペックルノイズが低減された高品質な画像を表示することができる。プロジェクター５０は、各色光用光源装置５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂの少なくとも一つが上記実施例に係るいずれかの光源装置と同様の構成であれば良い。例えば、Ｒ光用光源装置５１Ｒは、発光素子からの光を波長変換せずそのまま射出するものとしても良い。
【００５９】
プロジェクター５０は、空間光変調装置として、反射型液晶表示装置（Liquid  Crystal  On  Silicon；ＬＣＯＳ）、ＤＭＤ（Digital  Micromirror  Device）、ＧＬＶ（Grating  Light  Valve）等を用いるものとしても良い。プロジェクター５０は、色光ごとに空間光変調装置を備える構成の他、２つ又は３つ以上の色光を変調する空間光変調装置を備える構成としても良い。プロジェクター５０は、ガルバノミラー等の走査手段により光源装置からのレーザー光を走査させ、被照射面において画像を表示するレーザースキャン型のプロジェクターであっても良い。プロジェクター５０は、画像情報を持たせたスライドを用いるスライドプロジェクターであっても良い。プロジェクター５０は、スクリーンの一方の面に光を供給し、スクリーンの他方の面から射出する光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるリアプロジェクターであっても良い。本発明に係る光源装置は、プロジェクター５０に適用する他、例えば、被写体をモニタするモニタ装置の光源等に適用しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上のように、本発明に係る波長変換装置は、プロジェクターの光源装置に用いる場合に適している。
【符号の説明】
【００６１】
１０  光源装置、１１  発光素子、１２  バンドパスフィルター、１３  波長変換装置、１４  共振ミラー、１５  光射出部、２１  非線形光学素子、２２  ヒーター、２３  熱拡散板、２４  熱伝導率可変素子、２５  ヒートシンク、２６  制御部、Ｓ１  第１面、Ｓ２  第２面、３１、３２、３３  領域、３４  第１分極層、３５  第２分極層、３６  非線形光学素子、４０  光源装置、４１  波長変換装置、４２、４３、４４  非線形光学素子、４５  熱伝導率可変素子、４６  構造体、Ｔ１  第１端、Ｔ２  第２端、４７  ヒートシンク、４８  構造体、５０  プロジェクター、５１Ｒ  Ｒ光用光源装置、５１Ｇ  Ｇ光用光源装置、５１Ｂ  Ｂ光用光源装置、５２  拡散素子、５３  フィールドレンズ、５４Ｒ  Ｒ光用空間光変調装置、５４Ｇ  Ｇ光用空間光変調装置、５４Ｂ  Ｂ光用空間光変調装置、５５  クロスダイクロイックプリズム、５６  第１ダイクロイック膜、５７  第２ダイクロイック膜、５８  投写レンズ、５９  スクリーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2010217250.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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