(57)【要約】【課題】高出力化や高効率化が可能な光源装置を提供する。【解決手段】本発明の光源装置１００は、複数の発光部１６０ａ、１６０ｂを有する光源基板１１０と、複数の集光部１２１ａ、１２１ｂを有する集光基板１２０と、を備える。複数の集光部１２１ａ、１２１ｂの各々が、複数の発光部１６０ａ、１６０ｂから射出された光の各々を集光するように配置されている。光源基板１１０と集光基板１２０とが近接して接合されている。光源基板１１０と集光基板１２０とを高精度に位置合わせすることにより、複数の発光部１６０ａ、１６０ｂの各々と複数の集光部１２１ａ、１２１ｂの各々とを一括して高精度に位置合わせされる。複数の発光部１６０ａ、１６０ｂから射出された光の強度分布が複数の集光部１２１ａ、１２１ｂにより調整されるので、光の利用効率が高くなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光部を有する光源基板と、
複数の集光部を有する集光基板と、を備え、
前記複数の集光部の各々が、前記複数の発光部から射出された光の各々を集光するように配置されており、
前記光源基板と前記集光基板とが近接して接合されていることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記複数の集光部から射出された光の波長を変換する波長変換素子を備え、該複数の集光部の各々は、前記波長変換素子内に焦点を結ぶように焦点距離が調整されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記複数の集光部の各々は、前記波長変換素子における入射端面と射出端面との中央部に焦点を結ぶように焦点距離が調整されていることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記複数の発光部の各々が、該発光部から射出される光の波長を制御する波長制御手段を有し、前記複数の発光部において射出される光の波長が異なってい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光源装置。
【請求項５】
前記光源基板と前記集光基板とが、スペーサを介して接合されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記光源基板と前記集光基板とを面方向において位置合わせする位置合わせ手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項７】
前記複数の発光部の各々が、端面発光型のレーザ素子により構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項８】
前記複数の発光部の各々が、前記光源基板における該複数の発光部の配置面と裏面側に光を射出し、
前記光源基板の前記裏面側に前記集光基板が接合され、
前記複数の集光部と平面的に重なる部分の前記光源基板に凹部が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
【請求項９】
前記複数の集光部の各々の少なくとも一部が前記凹部に収容されていることを特徴とする請求項８に記載の光源装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の光源装置と、
前記光源装置から射出された光を変調する光変調装置と、
前記光変調装置によって変調された光を投射する投射装置と、を備えていることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の光源装置と、
前記光源装置から射出された光により照明された被写体を撮像する撮像装置と、を備えていることを特徴とするモニタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置、プロジェクタ、モニタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からプロジェクタ等の光学装置の分野では、照明光源として高圧水銀ランプが多用されている。高圧水銀ランプには、高出力な光が得られるという利点があるが、色再現性に制約があること、瞬時点灯・消灯が難しいこと、寿命が短いこと等の課題もある。このような事情により、発光ダイオードや半導体レーザ等の固体光源を用いた光源装置が期待されている。高出力にする観点から、光源装置に複数の固体光源を配置することが考えられる。複数の固体光源を配置した光源装置としては、特許文献１、２に開示されているものがある。
【０００３】
特許文献１のレーザ光発生装置は、スペックルノイズを低減する目的で複数のレーザ光源を設けたものである。レーザ光は、単一波長の光であるので色再現性に優れるが、一方で可干渉性が高いのでスペックルノイズを生じやすいという課題もある。特許文献１では、位相変調部がレーザ光源の各々に設けられており、複数のレーザ光源において位相変調部により波長をずらしている。これにより、複数のレーザ光源から射出されるレーザ光全体としては、スペクトル幅が広くなりスペックルノイズが低減される。
【０００４】
特許文献２の半導体レーザアレイは、光ファイバ通信において伝送容量の拡大を目的として波長が異なる複数の半導体レーザを配置したものである。複数の半導体レーザの各々に、射出されるレーザ光の波長を制御する回折格子（導波層）が設けられている。複数の半導体レーザで導波層の厚みが異なっており、多波長光源になっている。
【特許文献１】特開平９−１２１０６９号公報
【特許文献２】特開平７−１５０９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のように複数の固体光源を用いて光源装置を構成することは公知であるが、実質的に高出力な光が得られる光源装置にするためには改善すべき点がある。
前記のように、複数の固体光源から射出される光の総出力は、固体光源の数を増やすほど高くなる。固体光源から射出された光はレンズや各種フィルタ等の光学部品を経て光源装置から射出されるので、光源装置から射出される光を高出力にするためには、光学部品での光利用効率を高めることが有効である。
【０００６】
光利用効率を高めるためには、光源装置から射出された光の強度分布を制御すればよい。具体的には、光束における光強度を光軸回りに対称的に分布させることや光強度を光軸付近に集中的に分布させることが有効である。
【０００７】
しかしながら、多数の固体光源を配置すると、その各々に対して光の強度分布を制御する光学部品を高精度に位置合わせすることが難しくなってしまう。位置合わせの精度が不十分であると、固体光源と光学部品との間で光軸がずれてしまい、各種光学部品における光利用効率が低下してしまう。すると、固体光源から射出された後、光源装置から射出されるまでの間に、光の損失が累積されて増加してしまい、固体光源の数に見合った出力の光が得られなくなってしまう。一方、位置合わせの精度を確保しようとすれば製造コストが高騰してしまい、光源装置を構成することが現実的でなくなる。
【０００８】
また、光源装置を用いてプロジェクタ等のデバイスを構成する場合についても同様である。すなわち、ビーム成型用の光学部品が固体光源と良好に位置合わせされていないと、光源装置から射出される光束の拡散角が大きくなったり、強度分布の対称性が悪くなったりする。すると、プロジェクタを構成するライトバルブや投射レンズ等の構成要素において光の利用効率が低くなってしまう。これにより、光源装置から射出される光が高出力であっても、プロジェクタから射出される光が実質的に高出力にならず、明るい投射映像が得られなくなる。
【０００９】
本発明は、前記事情に鑑み成されたものであって、高出力化や高効率化が可能な光源装置を提供することを目的の１つとする。また、高品質な投射画像が得られるプロジェクタや、鮮明な撮像画像が得られるモニタ装置を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の光源装置は、複数の発光部を有する光源基板と、複数の集光部を有する集光基板と、を備え、前記複数の集光部の各々が、前記複数の発光部から射出された光の各々を集光するように配置されており、前記光源基板と前記集光基板とが近接して接合されていることを特徴とする。
【００１１】
このようにすれば、光源基板と集光基板とを高精度に位置合わせすることにより、複数の発光部の各々と複数の集光部の各々とを一括して高精度に位置合わせすることができる。したがって、複数の発光部から射出された光の各々の強度分布を複数の集光部の各々により調整することが可能になり、光源装置内の光学部品や光源装置を用いたデバイスの構成要素において光の利用効率を高めることが可能になる。
【００１２】
また、光源基板と集光基板とが近接して接合されているので、光源基板と集光基板とが離間して配置されている場合よりも、発光部と集光部との間の距離が短くなる。したがって、発光部から射出された光が集光部に入射する際のビーム径が小さくなり、集光部における光の利用効率が高くなる。また、ビーム径が小さくなるので集光部を小型化することができ、集光基板における集光部の集積度を高くすることが可能になる。これにより、光源基板において発光部の高集積化を図ることができ、高出力な光源装置を構成することが可能になる。
【００１３】
以上のように、本発明によれば、光源基板から射出される光を格段に高出力にすることが可能であり、しかも射出された光の利用効率を高めることが可能であるので、格段に高出力な光が得られる光源装置になる。
【００１４】
また、前記複数の集光部から射出された光の波長を変換する波長変換素子を備え、該複数の集光部の各々は、前記波長変換素子内に焦点を結ぶように焦点距離が調整されていることが好ましい。この場合には、前記複数の集光部の各々は、前記波長変換素子における入射端面と射出端面との中央部に焦点を結ぶように焦点距離が調整されていることが好ましい。
【００１５】
このようにすれば、集光部から射出された光の波長を変換するので、発光部から直接発光させることが難しい波長の光が容易に得られるようになり、所望の波長の光が得られる光源装置になる。また、集光部の焦点距離が、波長変換素子内に焦点を結ぶように調整されていれば、波長変換素子に入射する光の光線密度が高くなり、波長変換素子における光の変換効率が高くなる。特に、波長変換素子における入射端面と射出端面との中央部に集光させることにより、波長変換素子の変換効率が格段に高くなる。
【００１６】
また、前記複数の発光部の各々が、該発光部から射出される光の波長を制御する波長制御手段を有し、前記複数の発光部において射出される光の波長が異なっていることが好ましい。
このようにすれば、光源装置から射出される光は、全体としてスペクトル幅が広くなり、可干渉性が低くなるのでスペックルノイズが低減される。
【００１７】
また、前記光源基板と前記集光基板とが、スペーサを介して接合されていることが好ましい。
このようにすれば、光源基板と集光基板の間隔を高精度に管理することができる。したがって、発光部と集光部との間の距離が高精度になり、複数の発光部の各々から射出された光を所定の焦点距離で集光することができる。
【００１８】
また、前記光源基板と前記集光基板とを面方向において位置合わせする位置合わせ手段が設けられていることが好ましい。
このようにすれば、複数の発光部の各々と複数の集光部の各々とを高精度に位置合わせすることができる。
【００１９】
また、前記複数の発光部の各々が、端面発光型のレーザ素子により構成されていることが好ましい。
端面発光型のレーザ素子によれば、レーザ素子内での光の共振方向が光源基板の面方向になるので、面発光型のレーザ素子よりも共振器長を長くすることができる。これにより、共振によるゲインを高くすることができ、高出力な光源装置にすることができる。一般に、端面発光型のレーザ素子から射出される光は、光軸に直交する断面形状が楕円状になってしまうが、射出された光の強度分布を集光部により調整することができるので、光の利用効率を高くすることができる。以上のように、高出力かつ高効率な光源装置にすることが可能になる。
【００２０】
前記複数の発光部の各々が、前記光源基板における該複数の発光部の配置面と裏面側に光を射出し、前記光源基板の前記裏面側に前記集光基板が接合され、前記複数の集光部と平面的に重なる部分の前記光源基板に凹部が設けられていることが好ましい。この場合には、前記複数の集光部の各々の少なくとも一部が前記凹部に収容されていることが好ましい。
【００２１】
このようにすれば、光源基板を介して発光部の配置面と裏面側から光を取り出すことができる。複数の集光部と平面的に重なる部分に凹部が設けられているので、光源基板において光が通る部分の板厚が実質的に薄くなり、光源基板に吸収されることによる光の損失が低減される。また、集光部の少なくとも一部を凹部に収容することにより、集光部を光源基板に近づけることができる。集光部を光源基板に近づけると、前記した理由により、集光部における光の利用効率が高くなるとともに、集光基板における集光部の集積度を高くすることが可能になる。
【００２２】
本発明のプロジェクタは、前記の本発明の光源装置と、前記光源装置から射出された光を変調する光変調装置と、前記光変調装置によって変調された光を投射する投射装置と、を備えていることを特徴とする。
本発明の光源装置によれば実質的に高出力な光が得られるので、高輝度の投射画像を得ることができ、ダイナミックレンジが広く高品質な投射画像が得られるプロジェクタになる。また、本発明の光源装置は光の利用効率が高くなっているので、低消費電力のプロジェクタにすることも可能になる。
【００２３】
本発明のモニタ装置は、前記の本発明の光源装置と、前記光源装置から射出された光により照明された被写体を撮像する撮像装置と、を備えていることを特徴とする。
本発明の光源装置によれば実質的に高出力な光が得られるので、被写体で反射する光の光量が確保され、これを撮像することにより鮮明な撮像画像が得られる良好なモニタ装置になる。また、本発明の光源装置は光の利用効率が高くなっているので、低消費電力のモニタ装置にすることも可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施形態を説明するが、本発明の技術範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以降の説明では図面を用いて各種の構造を例示するが、構造の特徴的な部分を分かりやすく示すために、図面中の構造はその寸法や縮尺を実際の構造に対して異ならせて示す場合がある。
【００２５】
［第１実施形態］
図１（ａ）は、第１実施形態の光源装置の概略構成を示す断面図、図１（ｂ）は、発光部を拡大して示す断面図、図２（ａ）は光源基板の概略平面図、図２（ｂ）は集光基板の概略平面図である。
図１（ａ）に示すように、光源装置１００は、光源基板１１０及び集光基板１２０を備えている。図２（ａ）に示すように、光源基板１１０は、アレイ状に配置された複数のレーザ素子（発光部）１６０ａ〜１６０ｈを有している。図２（ｂ）に示すように、集光基板１２０は、アレイ状に配置された複数の集光レンズ（集光部）１２１ａ〜１２１ｂを有している。集光レンズ１２１ａ〜１２１ｈの各々は、レーザ素子１６０ａ〜１６０ｈの各々と対応している。集光基板１２０は、光源基板１１０に近接して接合されている。レーザ素子１６０ａから射出された光は、集光レンズ１２１ａ、波長変換素子１４０ａを経て取り出される。レーザ素子１６０ｂ〜１６０ｈから射出された光も同様にして取り出される。
【００２６】
以下、図１（ａ）、図２（ａ）に示したＸＹＺ直交座標系に基づいて部材の位置関係を説明する。このＸＹＺ直交座標系において、光源基板１１０の厚み方向をＺ方向、光源基板１１０の面方向に沿う２方向をＸ方向、Ｙ方向としている。Ｘ方向、Ｙ方向は、それぞれレーザ素子１６０ａ〜１６０ｈの配列方向になっている。ここでは、Ｘ方向に２つのレーザ素子が配列されており、Ｙ方向に４つのレーザ素子が配列されている（合計８つ）。なお、レーザ素子１６０ａ〜１６０ｈの内部における光の進行方向は概略Ｘ方向になっており、図２（ａ）におけるレーザ素子１６０ａ〜１６０ｈの右端から光が射出される。
【００２７】
光源基板１１０は、例えばシリコンからなる半導体基板を母材にしている。光源基板１１０において集光基板１２０と対向する対向面側（Ｚ負方向側）には、凹部１１２が設けられている。レーザ素子１６０ａ〜１６０ｈの各々に対応させて、８つの凹部１１２が設けられている。光源基板１１０の対向面側には、集光基板１２０との位置合わせに用いるアライメントマーク（位置合わせ手段）１１３が設けられている。
【００２８】
本実施形態のレーザ素子１６０ａ〜１６０ｈは、端面発光型のものである。図１（ｂ）に示すように、レーザ素子１６０ａは、第１電極１６４ｎと第２電極１６４ｐとの間に活性層１６３を有する積層体で構成されている。この積層体において光源基板１１０側（Ｚ負方向側）から順に、第１電極１６４ｎ、ｎ型ベース層１６１、ＤＢＲ層１６６、ｎ型半導体層（クラッド層）１６２ｎ、活性層１６３、ｐ型半導体層（クラッド層）１６２ｐ、第２電極１６４ｐが配置されている。積層体を構成する各層は、前記半導体基板上に各層の形成材料を成膜した後に、この膜をレジスト技術やフォトリソグラフィ法、エッチング技術等を用いてパターニングして形成されている。
【００２９】
積層体のＸ方向の一端部は、レーザ素子１６０ａ内の光の進行方向（Ｘ方向）と略４５°の角度をなす斜面になっている。第２電極１６４ｐは、積層体のＺ正方向側において選択的に形成されている。積層体のＺ正方向側における第２電極１６４ｐの非形成領域と、積層体のＸ方向の端部の斜面とにわたって、ＳｉＯ２からなる絶縁膜１６５が設けられている。光源基板１１０とｎ型ベース層１６１との間には、積層体の端部の前記斜面とＺ方向において重なり合う部分に反射防止層１６７が設けられている。
【００３０】
活性層１６３は、第１電極１６４ｎと第２電極１６４ｐとの間に供給される電力により光を発するようになっている。活性層１６３で発せられた光は、活性層１６３をＸ方向に進行するとともにレーザ発振を生じて増幅される。ｎ型半導体層１６２ｎの一部は、表面形状がＸ方向に所定の間隔で並ぶ凹凸状（内部グレーティングパターン）になっており、凹凸に整合する波長の光が選択的にＸ方向に進行する。すなわち、内部グレーティングパターンは、波長制御手段として機能する。Ｘ方向に進行した光は、前記斜面と絶縁膜１６５との界面で反射して進行方向が９０°変化する。そして、反射した光はＺ負方向に向かって進行し、基本波長のレーザ光がＤＢＲ層１６６を通ってｎ型ベース層１６１、反射防止層１６７を経て光源基板１１０側に射出される。
【００３１】
一般に端面発光型のレーザ素子は、面方向に沿って進行する光が共振するので、面方向と直交する方向に共振する面発光型のものよりも共振器長を長くすることができる。１つの素子から得られる光の出力を高める観点では、端面発光型の方が面発光型よりも有利である。端面発光型のレーザ素子から射出される光束は、光軸に直交する断面形状が楕円状になる。本実施形態では、レーザ素子１６０ａ〜１６０ｈの各々から射出される光束は、拡散角に対する光強度の分布の半値全幅がＹ方向において１０°程度になっており、Ｚ方向において４０°程度になっている。
【００３２】
レーザ素子１６０ｂ〜１６０ｈは、レーザ素子１６０ａと同様の構成になっているが、本実施形態では、レーザ素子１６０ａ〜１６０ｈで内部グレーティングパターンの凹凸の間隔を異ならせている。これにより、レーザ素子１６０ａ〜１６０ｈで、各々から射出されるレーザ光の波長が異なるようになる。
【００３３】
ここでは、レーザ素子１６０ｂ〜１６０が、基本波長のレーザ光として波長が９２０ｎｍ程度の赤外レーザ光Ｌを射出するようになっている。レーザ素子１６０ａ〜１６０ｈから射出されるレーザ光の波長が１〜１０ｎｍ程度の範囲でばらつくように、内部グレーティングパターンにおける凹凸の間隔を調整している。
【００３４】
図１に示すように、レーザ素子１６０ａ〜１６０ｈから射出された赤外レーザ光は、光源基板１１０を通って凹部１１２から射出され、集光基板１２０に入射する。凹部１１２のＺ方向における深さの分だけ、光源基板１１０における赤外レーザ光の光路長が短くなる。これにより、光源基板１１０に吸収されることによる赤外レーザ光の損失が低減される。
【００３５】
レーザ素子１６０ａ、１６０ｂにおける光源基板１１０と反対側（Ｚ正方向側）には、冷却手段１３０が設けられている。本実施形態の冷却手段１３０は水冷式のものであり、内部に冷却水の流路を有する銅製の冷却プレート１３１と、冷却水を冷却プレート１３１内の流路に循環させる循環系１３２とから構成されている。冷却プレート１３１は、レーザ素子１６０ａ〜１６０ｈに当接して設けられており、これらを一括して冷却可能になっている。
【００３６】
集光基板１２０は、ガラスや石英等からなる透明基板を母材にして形成されている。集光基板１２０において光源基板１１０と対向する対向面側（Ｚ正方向側）には、集光レンズ１２１ａ〜１２１ｈ、凸部１２２、及びアライメントマーク（位置合わせ手段）１２３が形成されている。集光レンズ１２１ａ〜１２１ｈ、及び凸部１２２は、集光基板１２０と一体に形成されている。
【００３７】
本実施形態の集光レンズ１２１ａ〜１２１ｈは、Ｚ正方向側に凸のレンズ形状になっている。集光レンズ１２１ａ〜１２１ｈは、それぞれ凹部１１２の内側と平面的に重なり合うように配置されている。集光レンズ１２１ａ〜１２１ｈは、レーザ素子１６０ａ〜１６０ｈから集光レンズ１２１ａ〜１２１ｈまでの光路長よりも長い焦点距離で赤外レーザ光を集光する。これにより、集光レンズ１２１ａ〜１２１ｈに入射した赤外レーザ光は、入射前よりも拡散角が小さくなって射出される。ここでは、後述する波長変換素子１４０ａ、１４０ｂの導波路における入射側と射出側との中央部に赤外レーザ光が焦点を結ぶように、集光レンズ１２１ａ〜１２１ｈの焦点距離が調整されている。
【００３８】
また、集光レンズ１２１ａ〜１２１ｈは、レーザ素子１６０ａ〜１６０ｈの各々から射出された光の強度分布を調整する機能も有している。前記のようにレーザ素子１６０ａ〜１６０ｈの各々から射出された光束は、光軸に直交する断面形状が略楕円状になっているが、集光レンズ１２１ａ〜１２１ｈにより略円形にビーム成形される。
【００３９】
本実施形態では、凸部１２２が光源基板１１０と当接するように、光源基板１１０と集光基板１２０が接着剤により接合されている。レーザ素子１６０ａ〜１６０ｈと集光レンズ１２１ａ〜１２１ｈとの間の距離は、凸部１２２の厚みにより管理されており、凸部１２２はスペーサとして機能している。ここでは、集光レンズ１２１ａ〜１２１ｈの各々の一部が凹部１１２に収容されるように、凸部１２２の厚みが調整されている。
【００４０】
アライメントマーク１２３は、集光基板１２０の周縁における４箇所に設けられている。アライメントマーク１２３は、光源基板１１０のアライメントマーク１１３と重ね合わせることにより、光源基板１１０と集光基板１２０との面方向における位置合わせを行うものである。前記のように集光基板１２０は、透明基板を母材にしているので、集光基板１２０を通してアライメントマーク１１３、１２３の重なり合いを確認することができる。これにより、光源基板１１０と集光基板１２０との位置合わせを良好に行うことができ、レーザ素子１６０ａ〜１６０ｈと集光レンズ１２１ａ〜１２１ｈとを高精度に位置合わせすることができる。
【００４１】
集光レンズ１２１ａ、１２１ｂに入射した光は、集光されるとともに集光基板１２０を通って射出され、それぞれ波長変換素子１４０ａ、１４０ｂに入射する。波長変換素子１４０ａ、１４０ｂは、例えば非線形光学結晶であるＰＰＬＮ（ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  ｐｏｌｅｄ  ｌｉｔｈｉｕｍ  ｎｉｏｂａｔｅ）からなっている。波長変換素子１４０ａ、１４０ｂは、入射するレーザ光のうちの一部を略半分の波長に変換する。すなわち、波長変換素子１４０ａ、１４０ｂは、２次高調波を発生させるＳＨＧとして機能する。
【００４２】
波長変換素子１４０ａ、１４０ｂに入射したレーザ光のうちの基本波長のレーザ光（ここでは波長が９２０ｎｍ程度の赤外レーザ光）は、その少なくとも一部が変換波長のレーザ光（ここでは波長が４６０ｎｍ程度の青色レーザ光）に変換される。一般に、波長変換素子内における光線密度が高くなるほど、波長変換素子の変換効率が高くなる。前記のように集光レンズ１２１ａ、１２１ｂから射出される光が、波長変換素子１４０ａ、１４０ｂの導波路における中央部に焦点を結ぶようになっているので、波長変換素子１４０ａ、１４０ｂの変換効率が格段に高くなる。
【００４３】
なお、図１にはレーザ素子１６０ａ、１６０ｂに対応する波長変換素子１４０ａ、１４０ｂのみを示しているが、レーザ素子１６０ｃ〜１６０ｈにも同様に波長変換素子が設けられている。前記のようにレーザ素子１６０ａ〜１６０ｈから射出される赤外レーザ光は、各々の波長が１〜１０ｎｍ程度の範囲でばらつくようになっている。レーザ素子１６０ａ〜１６０ｈの各々に対応する波長変換素子は、入射するレーザ光の波長に対応させて変換効率が最適化されている。
【００４４】
波長変換素子１４０ａ、１４０ｂから射出されたレーザ光は、集光レンズ１２１ａ、１２１ｂにより拡散角が１°程度になっている。波長変換素子１４０ａ、１４０ｂから射出されたレーザ光は、適宜平行化レンズ等により平行化される。また、適宜赤外レーザ光のカットフィルタ等を通すことにより、青色レーザ光のみが外部に取り出される。
【００４５】
以上のような第１実施形態の光源装置１００にあっては、アレイ状に配置されたレーザ素子１６０ａ〜１６０ｈを有する光源基板１１０と、アレイ状に配置された集光レンズ１２１ａ〜１２１ｈを有する集光基板１２０とを高精度に位置合わせすることができるので、レーザ素子１６０ａ〜１６０ｈと集光レンズ１２１ａ〜１２１ｈとを一括して高精度に位置合わせすることができる。
【００４６】
また、端面発光型のレーザ素子１６０ａ〜１６０ｈを用いているので、面発光型のものを採用するよりも高出力な光が得られる。端面発光型のレーザ素子１６０ａ〜１６０ｈから射出されるレーザ光は、通常同様に光軸に直交する断面形状が楕円状になっているが、集光レンズ１２１ａ〜１２１ｈによってその強度分布が調整されて集光レンズ１２１ａ〜１２１ｈから射出される。集光レンズ１２１ａ〜１２１ｈから射出されたレーザ光の光強度は、光軸周りに対称的に分布しており、かつ光軸周辺に集中的に分布している。したがって、レーザ光の光軸と、このレーザ光が入射する光学部品（例えば波長変換素子）の光軸とを一致させることにより、光源装置１００における光の利用効率が格段に高くなる。
【００４７】
また、光源装置１００から外部に取り出されたレーザ光についても光の利用効率を格段に高くすることができる。例えば、光源装置１００を用いてデバイス（例えばプロジェクタ）を構成する場合に、レーザ光の光軸と、レーザ光が入射するデバイスの構成要素（例えばライトバルブや投射レンズ）の光軸とを一致させることにより、光の利用効率が格段に高くなる。以上のように、光源装置１００によれば、高出力な光が得られるとともに、その利用効率が格段に高くなるので、実質的に格段に高出力な光が得られる。
【００４８】
なお、第１実施形態では、端面発光型のレーザ素子を採用しているが、この他の固体光源、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）やスーパールミネッセンスダイオード（ＳＬＤ）、面発光型のレーザ素子等を発光部として採用してもよい。面発光型のレーザ素子を用いた構成例については、第２実施形態で説明する。
【００４９】
また、第１実施形態では１つの集光基板１２０を用いているが、複数の集光基板をＺ方向に重ね合わせた構成も可能である。例えば、平行化レンズをアレイ状に配置した平行化基板（集光基板）を集光基板１２０の光源基板１１０と反対側（Ｚ負方向側）に接合してもよい。この場合には、集光基板１２０と平行化基板との間に波長変換素子を配置してもよい。例えば、平行化基板において集光基板１２０と反対側に凸状の平行化レンズを形成するとともに、集光基板１２０側に凹部を形成しておき、波長変換素子を凹部内に収容させてもよい。
【００５０】
また、第１実施形態では、集光基板１２０に設けた凸部１２２をスペーサとして機能させているが、この他の構成を採用することもできる。以下、異なるスペーサを採用した変形例を説明する。
【００５１】
図３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ変形例１〜３の構成を概略して示す断面図である。
図３（ａ）に示す変形例１が実施形態１と異なる点は、光源基板１１０、集光基板１２０のいずれからも独立した部材であるスペーサ１２４により、光源基板１１０と集光基板１２０との間隔を管理している点である。光源基板１１０と集光基板１２０との接合方法としては、１つにはスペーサ１２４と光源基板１１０とを接着剤により接合するとともに、スペーサ１２４と集光基板１２０とを接着剤で接合する方法がある。また、光源基板１１０と集光基板１２０とに通じる孔部を設けておき、孔部に例えば紫外線硬化型の接着剤を注入した後に接合ピンを挿入し、光源基板１１０と集光基板１２０とを位置合わせした状態で接着剤に紫外線を照射して固定する方法等を採用してもよい。
【００５２】
図３（ｂ）に示す変形例２が実施形態１と異なる点は、ギャップ材１２５ａを拡散させた接着剤１２５ｂを硬化させたスペーサ１２５を用いている点である。集光基板１２０は、ギャップ材１２５ａを介して光源基板１１０と接着剤１２５ｂにより貼り合わされている。ギャップ材１２５ａの具体例としては、グラスファイバやガラスビーズ等が挙げられ、これらの粒径を調整することにより光源基板１１０と集光基板１２０との間隔を管理することができる。
【００５３】
図３（ｃ）に示す変形例３が実施形態１と異なる点は、集光レンズ１２１ａ、１２１ｂの全体が、光源基板１１０の凹部１１２に収容されている点である。これにより、光源基板１１０及び集光基板１２０は、互いの対向面が当接して接合される。この場合には、光源基板１１０の厚みにより、レーザ素子１６０ａ〜１６０ｈと集光レンズ１２１ａ〜１２１ｈとの間隔が調整される。集光レンズ１２１ａ〜１２１ｈの配置面側を接合すれば、レーザ素子１６０ａ〜１６０ｈと集光レンズ１２１ａ〜１２１ｈとの間隔が、集光基板１２０の厚みの分だけ近くなる。これにより、レーザ素子１６０ａ〜１６０ｈから射出されたレーザ光を良好に集光することができる。なお、集光基板１２０において集光レンズ１２１ａ〜１２１ｈの配置面の裏面側を光源基板１１０と接合することも可能である。
【００５４】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態の光源装置を説明する。第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、発光部として面発光型のレーザ素子を採用した点である。
【００５５】
図４（ａ）は、第２実施形態の光源装置を示す概略断面図であり、図４（ｂ）は、面発光型のレーザ素子の構成示す概略断面図である。図４（ａ）に示すように光源装置２００は、光源基板２１０、集光基板２２０を備えている。ここでは、集光基板２２０が、光源基板２１０と当接して接合されている。光源基板２１０は、アレイ状に配置された複数のレーザ素子２６０ａ〜２６０ｃを有しており、集光基板２２０は、アレイ状に配置された複数の集光レンズ（集光部）２２１ａ〜２２１ｃを有している。
【００５６】
図４（ｂ）に示すように、レーザ素子２６０ａは、第１電極２６４ｎと第２電極２６４ｐとの間に活性層２６３を有する積層体で構成されている。この積層体において光源基板２１０側（Ｚ負方向側）から順に、第１電極２６４ｎ、ｎ型ベース層２６１、ＤＢＲ層２６６、ｎ型半導体層（クラッド層）２６２ｎ、活性層２６３、ｐ型半導体層（クラッド層）２６２ｐ、第２電極２６４ｐが配置されている。ｐ型半導体層２６２ｐ上と、ｐ型半導体層２６２ｐよりも下層側の側面とを覆って絶縁膜２６５が設けられている。絶縁膜２６５には、ｐ型半導体層２６２ｐを露出させる開口が設けられている。第２電極２６４ｐは、絶縁膜２６５を覆うとともに開口内に露出したｐ型半導体層２６２ｐと接触して設けられている。ｐ型半導体層２６２ｐは、開口内の周縁部に設けられており、開口内の中央部にはＤＢＲ層２６７が設けられている。ＤＢＲ層２６７は、基本波長のレーザ光を通すようになっている。
【００５７】
活性層２６３は、第１電極２６４ｎと第２電極２６４ｐとの間に供給される電力により光を発するようになっている。活性層２６３で発せられた光は、ＤＢＲ層２６６、２６７の間を往復してレーザ発振を生じて、増幅される。これにより生じたレーザ光のうちの基本波長のレーザ光は、ＤＢＲ層２６７を通って射出される。ここでは、基本波長のレーザ光として、波長が１０６４ｎｍの赤外レーザ光Ｌが射出される。レーザ素子２６０ｂ、２６０ｃは、レーザ素子２６０ａと同様の構成になっている。
【００５８】
集光基板２２０は、ガラスや石英等からなる透明基板を母材にして形成されている。集光レンズ２２１ａ〜２２１ｃは、集光基板２２０の両面側に凸状のレンズ形状になっている。集光基板２２０において、光源基板２１０と対向する対向面（Ｚ負方向側）には、集光レンズ２２１ａ〜２２１ｃよりも光源基板２１０側に張り出した凸部２２２が設けられている。集光レンズ２２１ａ〜２２１ｃ、及び凸部２２２は、集光基板２２０と一体に形成されている。集光基板２２０は、凸部２２２が光源基板２１０と当接した状態で、接着剤により光源基板２１０と接合されている。凸部２２２のＺ方向における厚みにより、レーザ素子２６０ａ〜２６０ｃと集光レンズ２２１ａ〜２２１ｃとの間の距離が管理されている。
【００５９】
以上のような光源装置２００において、レーザ素子２６０ａ〜２６０ｃから射出された赤外レーザ光は、集光レンズ２２１ａ〜２２１ｃに入射し、集光されるとともに光の強度分布が調整されて射出される。これにより、高出力かつ高効率な光源装置２００になる。
一般に、面発光型のレーザ素子は、端面発光型のレーザ素子よりも面方向の寸法が小さく、しかも製造コストが安いので、高集積化が容易である。したがって、配置するレーザ素子の数を格段に増やすことができ、レーザ素子から射出されるレーザ光の総出力を高くすることができる。本発明によれば、多数のレーザ素子と多数の集光部とを一括して高精度に位置合わせすることができるので、格段に高出力なレーザ光が得られる光源装置となる。
なお、集光基板２２０の光源基板２１０と反対側に、波長変換素子を配置した構成を採用してもよい。これにより、所望の波長のレーザ光が得られる。
【００６０】
次に、本発明のプロジェクタの実施形態を説明する。図５は、本実施形態のプロジェクタ４００を示す概略構成図である。図８に示すように、プロジェクタ４００は、レーザ光源装置（光源装置）４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂ、透過型の液晶ライトバルブ（光変調装置）４３０Ｒ、４３０Ｇ、４３０Ｂと、クロスダイクロイックプリズム４４０と、投射装置４５０とを備えている。レーザ光源装置４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂは、それぞれ赤色光、緑色光、青色光を射出し、射出された各色光は、それぞれ液晶ライトバルブ４３０Ｒ、４３０Ｇ、４３０Ｂに変調される。変調された各色光は、ダイクロイックプリズム４４０によって合成され、合成された光は投射装置４５０によって投射される。
【００６１】
また、本実施形態のプロジェクタ４００は、レーザ光源装置４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂから射出されたレーザ光の照度分布を均一化する均一化光学系４２０Ｒ、４２０Ｇ、４２０Ｂを備えている。これにより、液晶ライトバルブ４３０Ｒ、４３０Ｇ、４３０Ｂが、均一な照度分布の光によって照明される。ここでは、均一化光学系４２０Ｒがホログラム４２１Ｒとフィールドレンズ４２２Ｒ等により構成されており、均一化光学系４２０Ｇ，４２０Ｂも同様の構成になっている。
【００６２】
液晶ライトバルブ４３０Ｒ、４３０Ｇ、４３０Ｂの各々により変調された色光は、クロスダイクロイックプリズム４４０に入射する。クロスダイクロイックプリズム４４０は４つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に配置されている。３つの色光は、これらの誘電体多層膜によって合成され、カラー画像を表す光になる。合成された光が投射装置４５０によりスクリーン４６０上に拡大投写されることにより、投射画像が表示されるようになっている。
【００６３】
本実施形態のプロジェクタ４００にあっては、レーザ光源装置４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂが本発明の光源装置により構成されているので、ダイナミックレンジが広く高品質な投射画像が得られるプロジェクタになる。また、レーザ光源装置４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂが高効率になっているので、低消費電力のプロジェクタになる。
【００６４】
なお、光変調装置として透過型の液晶ライトバルブを用いたが、反射型のライトバルブを用いても良いし、液晶以外の光変調装置を用いても良い。このようなライトバルブとしては、例えば、反射型液晶ライトバルブやデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）が挙げられる。投射光学系の構成は、使用されるライトバルブの種類によって適宜変更すればよい。また、色光合成手段として、クロスダイクロイックプリズムを用いることとしたが、これに限るものではない。色光合成手段としては、例えば、ダイクロイックミラーをクロス配置とし色光を合成するもの、ダイクロイックミラーを平行に配置し色光を合成するものを用いることができる。
【００６５】
次に、本発明に係る別形態のプロジェクタについて説明する。本実施形態が前記実施形態と異なる点は、走査型プロジェクタである点である。図６は、本実施形態の走査型プロジェクタを示す概略構成図である。
本実施形態の走査型プロジェクタ５００は、レーザ光源装置５１０と、集光レンズ５２０と、ＭＥＭＳミラー（光変調装置、投射装置）５３０とを備えている。レーザ光源装置５１０から射出されたレーザ光は、集光レンズ５２０によってＭＥＭＳミラー５３０に集光される。集光されたレーザ光は、ＭＥＭＳミラー５３０によって変調されるとともに、ＭＥＭＳミラー５２０の駆動によってスクリーン５４０上において水平方向、垂直方向に走査される。これにより、スクリーン５４０に画像が描画されるようになっている。
【００６６】
次に、本発明に係るモニタ装置の一実施形態を説明する。図７は、本実施形態のモニタ装置を示す概略構成図である。本実施形態のモニタ装置６００は、装置本体６１０と光伝送部６２０とを備えており、装置本体６１０には、カメラ（撮像装置）６１１と本発明のレーザ光源装置６１２とが設けられている。光伝送部６２０には、照明用のライトガイド６２１と受光用のライトガイド６２２が設けられている。ライトガイド６２１、６２２は、多数本の光ファイバを束ねたものであり、レーザ光を遠方に送ることができる。照明用のライトガイド６２１において、射出側になる一方の端（先端）に拡散板６２３が設けられており、他方の端はレーザ光源装置６１２と接続されている。レーザ光源装置６１２から射出されたレーザ光は、ライトガイド６２１を通じて拡散板６２３に送られ、拡散板６２３により拡散されて被写体を照射する。
【００６７】
光伝送部６２０の先端には結像レンズ６２４が設けられており、被写体の表面で反射した光は結像レンズ６２４に入射する。結像レンズ６２４に入射した光は、受光用のライトガイド６２２を通じて装置本体６１０内に設けられたカメラ６１１に送られる。このように、レーザ光源装置６１２から射出されたレーザ光が被写体を照射し、被写体表面で反射した光をカメラ６１１で撮像することが可能になっている。
【００６８】
本実施形態のモニタ装置６００にあっては、本発明の光源装置をレーザ光源装置６１２に用いているので、高出力なレーザ光で被写体を照明することができる。したがって、被写体表面で反射する光の光量が確保され、鮮明な撮像画像が得られる良好なモニタ装置になる。また、レーザ光源装置が高効率になっているので、低消費電力のモニタ装置になる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】（ａ）は、第１実施形態の断面図、（ｂ）は発光部の断面図である。
【図２】（ａ）は光源基板の概略平面図、（ｂ）は集光基板の概略平面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ変形例１〜３を概略して示す断面図である。
【図４】（ａ）は、第２実施形態の断面図、（ｂ）は発光部の断面図である。
【図５】プロジェクタを示す概略構成図である。
【図６】走査型プロジェクタを示す概略構成図である。
【図７】モニタ装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００７０】
１００、２００・・・光源装置、１１０、２１０・・・光源基板、１２０、２２０・・・集光基板、１１２・・・凹部、１１３、１２３・・・アライメントマーク、１２２、１２４、１２５ｂ・・・スペーサ、１４０ａ、１４０ｂ・・・波長変換素子、１６０ａ〜１６０ｈ・・・端面発光型のレーザ素子（発光部）、１２１ａ〜１２１ｈ、２２１ａ〜２２１ｃ・・・集光部、２６０ａ〜２６０ｃ・・・面発光型のレーザ素子（発光部）、４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂ、５１０、６１２・・・レーザ光源装置、４００・・・プロジェクタ、５００・・・走査型プロジェクタ（プロジェクタ）、６００・・・モニタ装置
【図１】
2010045273.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2010045273.tif 000006
【図５】
2010045273.tif 000007
【図６】
2010045273.tif 000008
【図７】
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