(57)【要約】【課題】低コストで高出力なレーザ光源装置を提供する。【解決手段】本発明のレーザ光源装置１は、光の射出端面の反対側に第１反射部１１１を有する発光部１１と、発光部１１から射出された基本波長の光を反射させて折り返す第２反射部１５と、発光部１１と第２反射部１５との間に配置され、入射した基本波長の光の少なくとも一部を変換波長の光に変換する波長変換素子１４と、波長変換素子１４と発光部１１との間に配置された波長選択素子１３と、を備える。第１反射部１１１と第２反射部１５とを含んで共振器が構成される。波長選択素子１３が、共振器内の光のうちの基本波長の光を選択的に透過させる狭帯域化面１３ａと、基本波長の光を透過させるとともに変換波長の光を反射させる波長選択面１３ｂと、を有し、波長選択面１３ｂの法線方向が、発光部１１から入射する光の光軸に対して傾いている。【選択図】図２
2010062250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の射出端面の反対側に第１反射部を有する発光部と、
前記発光部から射出された基本波長の光を反射させて折り返す第２反射部と、
前記発光部と前記第２反射部との間に配置され、入射した前記基本波長の光の少なくとも一部を変換波長の光に変換する波長変換素子と、
前記波長変換素子と前記発光部との間に配置された波長選択素子と、を備え、
前記第１反射部と前記第２反射部とを含んで共振器が構成され、
前記波長選択素子が、前記共振器内の光のうちの前記基本波長の光を狭帯域化する狭帯域化面と、前記基本波長の光を透過させるとともに前記変換波長の光を反射させる波長選択面と、を有し、
前記波長選択面の法線方向が、前記発光部から入射する光の光軸に対して傾いていることを特徴とするレーザ光源装置。
【請求項２】
前記波長選択面は、入射光のうちの前記波長選択面に対するＰ偏光の反射率が、入射光のうちの前記波長選択面に対するＳ偏光の反射率よりも低くなっており、
前記波長変換素子は、入射光のうちの前記波長選択面に対するＰ偏光を選択的に前記変換波長の光に変換することを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置。
【請求項３】
前記第２反射部が、前記基本波長の光を反射させるとともに前記変換波長の光を透過させることを特徴とする請求項１又は２のレーザ光源装置。
【請求項４】
前記波長変換素子において、前記発光部から光が入射する入射端面の反対側が前記第２反射部になっていること特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
【請求項５】
前記波長選択素子は、複数のプリズムが貼り合わされて形成されており、前記複数のプリズムが互いに貼り合わされた面の１つが前記波長選択面になっ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レーザ光源装置。
【請求項６】
前記波長選択素子は、前記発光部から光が入射する面と前記波長変換素子から光が入射する面との一方の面の法線方向が入射光の光軸に対して非平行になっているとともに他方の面が入射光の光軸と略直交しており、前記一方の面が前記狭帯域化面になっていることを特徴とする請求項５に記載のレーザ光源装置。
【請求項７】
前記波長選択素子は、前記発光部から光が入射する面が該光の光軸と略直交しているとともに、前記波長変換素子から光が入射する面が該光の光軸と略直交しており、前記発光部から光が入射する面、及び前記波長変換素子から光が入射する面の少なくとも一方が前記狭帯域化面になっていることを特徴とする請求項５に記載のレーザ光源装置。
【請求項８】
複数の前記発光部を備え、
前記複数の発光部の各々から射出される光の進行方向と直交し、かつ前記波長選択面に対するＰ偏光の振動方向と直交する方向に沿って該複数の発光部が配列されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のレーザ光源装置と、
前記レーザ光源装置から射出されたレーザ光により画像を示す画像光を形成する画像形成装置と、
前記画像形成装置によって形成された画像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１０】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のレーザ光源装置と、
前記レーザ光源装置によって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、レーザ光源装置、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、高圧水銀ランプに代えて半導体レーザ等の固体光源を用いたレーザ光源装置が期待されている。
【０００３】
前記の半導体レーザとしては、例えば特許文献１に開示されているものが挙げられる。特許文献１の半導体レーザは、発光部と外部共振器とを備えている。発光部は、１００％反射の当接部ブラッグミラー、部分的反射の中間ブラッグミラー、及びこれらブラッグミラーの間に設けられた活性層を有している。活性層から発せられた光は、発光部内でレーザ発振が生じない程度に共振する。中間ブラッグミラーを通った光は、外部共振器により共振してレーザ発振を生じるようになっている。
【０００４】
また、狭帯域の波長でレーザ発振させると出力が向上することから、特許文献２に開示されている外部共振型レーザのようなレーザ光源装置も提案されている。特許文献２の外部共振型レーザは、レーザ発振器（発光部）から射出されたレーザ光を外部共振器により共振させるものであり、外部共振器内にフォトポリマ体積ホログラムが配置されている。レーザ発振器から射出されたフォトポリマ体積ホログラムに入射したレーザ光は、所定の波長の成分がフォトポリマ体積ホログラムを透過して外部に射出される。また、所定の波長以外の成分は、フォトポリマ体積ホログラムで回折してミラーに入射する。ミラーで反射したレーザ光は、１８０°折り返されて再度フォトポリマ体積ホログラムに入射した後、回折してレーザ発振器に帰還する。フォトポリマ体積ホログラムを経由したレーザ発振器とミラーとの間でレーザ光が共振して増幅される。また、所定の波長のレーザ光が選択的にフォトポリマ体積ホログラムを透過することにより、狭帯域の波長のレーザ光が得られるようになっている。
【特許文献１】特表２００３−５２６９３０号公報
【特許文献２】特開２００１−２８４７１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２の外部共振型レーザによれば、高出力なレーザ光が得られると考えられる。しかしながら、一般に体積ホログラム素子は高価であり、コストが高騰してしまうことから、レーザ光源装置を構成すること自体が困難である。また、レーザ光源装置のさらなる高出力化を図ろうとすると、特許文献２の外部共振型レーザでは、以下の理由により対応できないおそれもある。
【０００６】
１つの発光部から射出されるレーザ光の出力には限界があり、高出力化を図る手法として複数の発光部を用いてレーザ光源装置を構成することが考えられる。しかしながら、複数の発光部の各々に体積ホログラム素子を配置すると、部品数が増加することにより製造コストが高くなってしまう。また、複数の発光部で共通の体積ホログラム素子を配置すると、発光部間では体積ホログラムが機能しないので、体積ホログラムの利用効率が低下する。これにより、レーザ光源装置のコストが高騰してしまうので、高出力化に対応することが困難になる。
【０００７】
本発明は、前記事情に鑑み成されたものであって、コストの高騰を招くことなく高出力化に対応可能なレーザ光源装置を提供することを目的の１つとする。また、高出力なレーザ光源装置を備えたプロジェクタを提供することを目的の１つとする。また、高出力なレーザ光源装置を備えた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】
【０００８】
本発明のレーザ光源装置は、光の射出端面の反対側に第１反射部を有する発光部と、前記発光部から射出された基本波長の光を反射させて折り返す第２反射部と、前記発光部と前記第２反射部との間に配置され、入射した前記基本波長の光の少なくとも一部を変換波長の光に変換する波長変換素子と、前記波長変換素子と前記発光部との間に配置された波長選択素子と、を備え、前記第１反射部と前記第２反射部とを含んで共振器が構成され、前記波長選択素子が、前記共振器内の光のうちの前記基本波長の光を選択的に透過させる狭帯域化面と、前記基本波長の光を透過させるとともに前記変換波長の光を反射させる波長選択面と、を有し、前記波長選択面の法線方向が、前記発光部から入射する光の光軸に対して傾いていることを特徴とする。
【０００９】
このようにすれば、発光部から射出された光のうちの基本波長の光は、波長選択素子の狭帯域化面を通り波長変換素子を経て第２反射部に入射する。第２反射部に入射した基本波長の光は、第２反射部で反射して折り返され、波長変換素子及び波長選択素子を経て発光部に入射（帰還）する。発光部に入射した基本波長の光は、第１反射部で反射して発光部に生じた光とともに射出される。
【００１０】
発光部から射出された光は、第１反射部と第２反射部との間を往復することにより共振する。波長選択素子の狭帯域化面が基本波長の光を選択的に透過させるので、波長選択素子と第２反射部との間において狭帯域でレーザ発振させることができ、高出力な基本波長のレーザ光を発生させることができる。
【００１１】
基本波長のレーザ光は、狭帯域化面及び波長選択面を透過して第１反射部と第２反射部との間を往復する。そして、基本波長のレーザ光は、波長変換素子を通るたびに、その少なくとも一部が変換波長のレーザ光に変換される。変換波長のレーザ光は、波長選択素子の波長選択面で反射する。波長選択面の法線方向が発光部から入射する光の光軸に対して傾いているので、波長選択面で反射した変換波長のレーザ光は、発光部と異なる方向に進行して、外部に取り出される。
【００１２】
このように、前記の構成によれば狭帯域でレーザ発振させることができ、高出力なレーザ光が得られるレーザ光源装置になる。また、基本波長のレーザ光を波長変換素子により変換波長のレーザ光に変換するので、発光部から直接得られない波長のレーザ光を取り出すことが可能になり、所望の波長のレーザ光が得られるレーザ光源装置になる。
また、狭帯域化面を誘電体多層膜等で構成することができ、ホログラム素子を用いる必要がなくなるのでコストの高騰が回避される。
また、波長選択素子が、基本波長の光を狭帯域化する機能と変換波長の光を分離する機能を兼ね備えているので、これらの機能を互いに独立した光学素子に分担させる場合よりも部品数が少なくなる。したがって、低コストにすることや小型化することができ、また基本波長の光が通る界面の数が少なくなるので光の損失を低減することができる。
また、狭帯域の変換波長のレーザ光が得られるので、本発明のレーザ光源装置を光源に用いてデバイスを構成すると、色再現性が良好なデバイスになる。
以上のように、本発明によれば、コストの高騰を招くことなく良好なレーザ光が得られるレーザ光源装置を提供することができる。
【００１３】
また、前記波長選択面は、入射光のうちの前記波長選択面に対するＰ偏光の反射率が、入射光のうちの前記波長選択面に対するＳ偏光の反射率よりも低くなっており、前記波長変換素子は、入射光のうちの前記波長選択面に対するＰ偏光を選択的に前記変換波長の光に変換することが好ましい。
このようにすれば、波長変換素子に入射する光の偏光状態が波長選択素子の偏光依存性と合致するので、変換波長のレーザ光を効率よく発生させることができる。また、一般に光が入射する界面において、界面に対するＰ偏光の反射率をＳ偏光の反射率よりも低くすることは容易であるから、構成を複雑化することなく変換波長のレーザ光が効率よく発生させることができる。また、ブリュスター板等の偏光手段を用いる場合に比べて部品数を減らすことができ、光が通る界面の数が減ることにより光の利用効率を高めることができる。
【００１４】
また、前記第２反射部が、前記基本波長の光を反射させるとともに前記変換波長の光を透過させる構成にしてもよい。
このようにすれば、第２反射部から変換波長のレーザ光が外部に取り出される。また、変換波長のレーザ光が第２反射部で折り返されて波長変換素子に再度入射することがなくなり、波長変換素子を安定に機能させることができる。
【００１５】
また、前記波長変換素子において、前記発光部から光が入射する入射端面の反対側が前記第２反射部になっている構成にしてもよい。
このようにすれば、波長変換素子と第２反射部とが互いに離間している場合よりも、光が通る界面の数を減らすことができ、光の利用効率を高めることができる。
【００１６】
また、前記波長選択素子は、複数の柱状プリズムが貼り合わされて形成されており、前記複数の柱状プリズムが互いに貼り合わされた面の１つが前記波長選択面になっていることが好ましい。
複数の柱状プリズムのいずれかの表面に波長選択面の特性を付与しておき、複数の柱状プリズムを貼り合わせて波長選択素子を形成すると、波長選択素子の内部に波長選択面を配置することができる。これにより、波長選択素子内の光路において波長選択面の両側で屈折率を同じにすることができ、波長選択面での基本波長の光の屈折や反射を防止することができる。したがって、光の利用効率が高くなり、高効率のレーザ光源装置になる。
【００１７】
また、前記波長選択素子は、前記発光部から光が入射する面と前記波長変換素子から光が入射する面との一方の面の法線方向が入射光の光軸に対して非平行になっているとともに他方の面が入射光の光軸と略直交しており、前記一方の面が前記狭帯域化面になっていてもよい。
このようにすれば、狭帯域化面の法線方向が波長選択素子に入射する光の光軸と非平行になっているので、狭帯域化面で反射した光の光軸が入射前に対して非平行になる。したがって、狭帯域化面で反射した光が、狭帯域化面に入射する前の光と共振することがなくなる。また、他方の面が波長変換素子に入射する光の光軸と直交しているので、他方の面における光の反射率が最低となるので、反射による光の損失が最小限度になる。
【００１８】
また、前記波長選択素子は、前記発光部から光が入射する面が該光の光軸と略直交しているとともに、前記波長変換素子から光が入射する面が該光の光軸と略直交しており、前記発光部から光が入射する面、及び前記波長変換素子から光が入射する面の少なくとも一方が前記狭帯域化面になっていてもよい。
波長選択素子において、発光部から光が入射する面が光の光軸と略直交していれば、発光部から入射する基本波長の光の波長選択素子表面における反射率が最低となるので、反射による光の損失が最小限度になる。同様の理由により、波長変換素子から光が入射する面が光の光軸と略直交していれば、波長変換素子から波長選択素子に入射する光の損失が最小限度になる。したがって、前記の構成によれば光の利用効率が高くなり、高効率のレーザ光源装置になる。
【００１９】
また、前記波長選択素子は、前記発光部から光が入射する面が該光の光軸と略直交しているとともに、前記波長変換素子から光が入射する面が該光の光軸と略直交しており、前記発光部から光が入射する面、及び前記波長変換素子から光が入射する面の少なくとも一方が前記狭帯域化面になっていることが好ましい。
【００２０】
また、複数の前記発光部を備え、前記複数の発光部の各々から射出される光の進行方向と直交し、かつ前記波長選択面に対するＰ偏光の振動方向と直交する方向に沿って該複数の発光部が配列されていることが好ましい。
【００２１】
一般に、波長変換素子は周期的な分極反転構造を有する非線形光学結晶からなっており、分極反転の軸方向に振動する偏光について波長変換の効率が高くなっている。分極反転構造は、母材の面方向において選択的に分極反転軸方向の電界を印加することにより形成される。したがって、分極反転軸方向に波長変換素子を大型化することは難しいが、分極反転の軸方向と直交する方向に波長変換素子を大型化することは容易である。
【００２２】
前記の構成によれば、波長変換素子の偏光依存性と波長変換素子に入射する光の偏光状態とが合致するので、波長変換素子における波長変換の効率が高くなる。また、複数の発光部が波長選択面に対するＰ偏光の振動方向と直交する方向に沿って配列されており、複数の発光部の配列方向に波長変換素子を大型化することが容易である。したがって、配列する発光部の数を増やすことが容易であり、レーザ光源装置を高出力にすることが容易になる。また、波長変換素子内の光路長を長くすることが容易であり、波長変換素子による波長変換の効率を高めることも容易になる。
【００２３】
本発明のプロジェクタは、前記の本発明のレーザ光源装置と、前記レーザ光源装置から射出されたレーザ光により画像を示す画像光を形成する画像形成装置と、前記画像形成装置によって形成された画像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。
本発明のレーザ光源装置によれば高出力なレーザ光が得られるので、高出力なレーザ光が、画像形成装置により画像を示す画像光になった後に投射装置によって投射される。したがって、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、レーザ光源装置により狭帯域のレーザ光が得られるので、色再現性が良好なプロジェクタになる。
【００２４】
本発明のモニタ装置は、前記の本発明のレーザ光源装置と、前記レーザ光源装置によって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。
本発明のレーザ光源装置によれば高出力なレーザ光が得られるので、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の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。
【００２６】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態のレーザ光源装置の概略構成を示す平面図である。図１に示すように、レーザ光源装置１は、ベース基板１０を基体としている。ベース基板１０には、複数の発光部１１を有する発光素子１２、波長選択素子１３、波長変換素子１４、及び第２反射部１５が配置されている。
【００２７】
複数の発光部１１の各々は、基本波長の光（ここでは赤外光ＩＲ）を射出するようになっており、光の射出端面と反対側に第１反射部（後述する）を有している。発光部１１から射出された赤外光ＩＲは、波長選択素子１３及び波長変換素子１４を経て第２反射部１５に入射する。第２反射部１５に入射した赤外光ＩＲは、第２反射部１５で反射して折り返され、波長変換素子１４、波長選択素子１３を経て発光部１１に入射する。発光部１１に入射した赤外光ＩＲは、第１反射部で反射して折り返され、発光部１１から再度射出される。赤外光ＩＲは、第１反射部と第２反射部１５との間を何度も往復して共振し、レーザ発振が生じるようになっている。このように、第１反射部と第２反射部１５とを含んで共振器が構成されている。
【００２８】
図２は、レーザ光源装置１の概略構成を模式的に示す側面図である。図２には、説明の便宜上、模式的に発光部１１の断面構造を図示している。
図２に示すように、発光部１１は、基板１２Ａ上に形成された第１電極１１１と、第１電極１１１上に形成された活性層１１２とを有している。第１電極１１１と活性層１１２とを覆って絶縁膜１１３が設けられている。絶縁膜１１３には、活性層１１２の一部を露出させる開口が設けられており、開口内において活性層１１２と導通接触する第２電極１１４が設けられている。第２電極１１４には活性層１１２の一部を露出させる開口が設けられており、この開口内にはＤＢＲ層１１５が設けられている。第１電極１１１は、入射光を反射させて折り返すようになっており、第１反射部として機能する。また、ＤＢＲ層１１５は、入射光のうちの基本波長の光を透過させるとともに、基本波長以外の光を反射させて折り返すようになっている。
【００２９】
以上のような発光部１１において、第１電極１１１と第２電極１１４との間に電圧を印加すると、活性層１１２に光が生じる。この光は、第１電極１１１とＤＢＲ層１１５との間を往復して共振する。発光部１１内で共振した光のうちの基本波長の光は、ＤＢＲ層１１５を通って発光部１１から基板１２Ａの法線方向に射出される。ここでは、基本波長の光として波長が１０６４ｎｍの赤外光ＩＲが射出される。
【００３０】
基板１２Ａには、複数の発光部１１が一括して形成されており、基板１２Ａと複数の発光部１１により発光素子１２が構成されている。発光素子１２は、光の射出方向が基板１２Ａの法線方向になっており、光の射出方向がベース基板１０の面方向と平行になるようにベース基板１０と接合されている。
【００３１】
本実施形態の波長選択素子１３は、角柱状のプリズムで構成されており、長軸方向が図１に示した複数の発光部１１の配列方向と平行になるように配置されている。ここでは、波長選択素子１３の長軸方向と直交する断面形状が正方形になっている。波長選択素子１３において長軸方向に対する４つの側面のうちの１つの面に、発光部１１から光が入射するようになっている。発光部１１から光が入射する面が狭帯域化面１３ａになっている。狭帯域化面１３ａは、発光部１１から入射する光の光軸と直交している。狭帯域化面１３ａは、誘電体多層膜により構成されており、基本波長を中心とする波長帯域の光を透過させる特性になっている。波長帯域の幅としては、狭帯域化させる程度に応じて適宜選択することができる。
【００３２】
なお、狭帯域化面の法線方向が狭帯域化面に入射する光の光軸と非平行になっている構成にしてもよい。例えば、本実施形態の配置に対して波長選択素子１３を長軸周りに回転させた構成や、波長変換素子の形状を変更した構成が挙げられる。このような構成にすれば、狭帯域化面で反射した光の光軸が、狭帯域化面に入射する光の光軸と重ならなくなるため、反射光が入射光と共振しなくなる。狭帯域化面での反射光のほとんどは所望の波長帯域に属さない成分であり、前記のようにすれば所望以外の波長の光が共振することが防止される。また、波長選択素子において狭帯域化面以外の面であって光が入射する面は、入射光の光軸と略直交していることが好ましい。これは、光が入射する面において入射光の反射率が最低になり、光の利用効率が高くなるからである。
【００３３】
波長選択素子１３は、ほぼ同じ形状の２つの三角柱プリズム１３１、１３２が貼り合わされた構造になっている。三角柱プリズム１３１、１３２において長軸方向に直交する断面形状は、直角二等辺三角形になっている。三角柱プリズム１３１、１３２は、各々の長軸方向の３つの側面のうちの互いに直交する２つの面を外面とし、各々の残り１面（以下、斜面と称す）を内面として、互いに貼り合わされている。貼り合わされた内面は、波長選択面１３ｂになっている。波長選択面１３ｂは、基本波長の光を透過させるとともに、後述する変換波長の光を反射させる特性になっている。
【００３４】
また、本実施形態では三角柱プリズム１３１、１３２のうちの一方において、前記斜面に反射防止膜が形成されている。これにより、波長選択面１３ｂにおいて、入射光のうちの波長選択面１３ｂに対するＰ偏光の反射率が、入射光のうちの波長選択面１３ｂに対するＰ偏光の反射率よりも低くなっている。なお、反射防止膜に代えて、ワイヤーグリッドや偏光ビームスプリッタ膜（ＰＢＳ膜）等の偏光分離手段を形成することにより、入射光のうちの波長選択面１３ｂに対するＰ偏光を選択的に透過させるようにしてもよい。
以下の説明では、波長選択面１３ｂに対するＰ偏光を単にＰ偏光と称する場合があり、波長選択面１３ｂに対するＳ偏光を単にＳ偏光と称する場合がある。
【００３５】
発光部１１から波長選択素子１３に入射した赤外光は、狭帯域化面１３ａを通ることにより入射前よりもスペクトル幅が狭くなる。また、波長選択面１３ｂを通ることにより、Ｐ偏光成分がＳ偏光成分よりも多くなる。波長選択素子１３から射出された赤外光は、波長変換素子１４に入射する。
【００３６】
波長変換素子１４は、入射光のうちの少なくとも一部を略半分の波長の光に変換して２次高調波を発生させるものである。波長変換素子１４に入射した基本波長の光（例えば、波長が１０６４ｎｍの赤外光）は、その少なくとも一部が変換波長の光（例えば、波長が５３２ｎｍの緑色光）に変換される。波長変換素子１４は、例えばＰＰＬＮ（ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  ｐｏｌｅｄ  ｌｉｔｈｉｕｍ  ｎｉｏｂａｔｅ）等の非線形光学結晶からなるものである。非線形光学結晶は、例えば以下のような方法で製造されている。
【００３７】
非線形光学結晶を製造するには、まず、引き上げ法等で形成され結晶方向が揃ったウエハを用意し、厚み方向に均一な電界を印加可能な厚みまでウエハを薄厚化する。そして、ウエハ上に、ストライプ状のレジストパターンを形成する。そして、ウエハの両面に電極膜を形成した後に、電極膜の間に所定の電圧を印加する。これにより、レジストパターンに覆われていない部分のウエハは、電界が印加され結晶構造が変化して反転部になり、レジストパターンに覆われた部分のウエハは分極部になる。このようにして、反転部と分極部とが、ウエハの面方向に周期的に並んだ非線形光学結晶が得られる。非線形光学結晶の分極反転軸方向は、印加された電界方向、すなわちウエハの厚み方向になっている。ウエハに良好に電界を印加するためには、ウエハをある程度薄くする必要がある。したがって、一般に非線形光学結晶を分極反転軸方向において厚くすることは、困難である。
【００３８】
本実施形態の波長変換素子１４は、分極反転軸方向が波長選択面１３ｂに対するＰ偏光の振動方向と平行になるように配置されている。これにより、波長変換素子１４の偏光依存性が入射光の偏光状態と合致し、基本波長の光から変換波長の光への変換効率が高くなる。前記のように非線形光学結晶にあっては、分極反転軸方向の寸法を大きくすることは困難であるが、分極反転軸方向と直交する２方向の寸法を大きくすることは容易である。波長変換素子１４において、分極反転方向と直交する２方向は、発光部１１の配列方向と、波長変換素子１４を通る光の進行方向である。配列方向の波長変換素子１４の寸法を大きくすれば、１つの波長変換素子１４に対して多数の発光部１１を配列することが可能になり、高出力化が容易になる。また、光の進行方向の波長変換素子１４の寸法を大きくすれば、波長変換素子１４の波長変換効率を向上させることができる。このように、波長選択面１３ｂがＰ偏光を選択的に透過させるようになってことにより、高出力化や高効率化が容易になっている。
【００３９】
第２反射部１５は、入射光のうちの基本波長の光を反射させて折り返すようになっており、入射光のうちの変換波長の光を透過させるようになっている。本実施形態では、波長選択素子１３、波長変換素子１４、及び第２反射部１５が基台１６上に配置されている。波長変換素子１４により波長変換された緑色光は、第２反射部１５を通って外部に取り出される。また、波長変換素子１４により波長変換されなかった赤外光は、第２反射部１５で反射して波長変換素子１４に再度入射する。
【００４０】
波長変換素子１４に再度入射した赤外光は、その一部が緑色光に変換される。この緑色光、及び波長変換されなかった赤外光は、ともに波長変換素子１４から射出され、波長選択素子１３に入射する。波長選択素子１３に入射した緑色光は、波長選択面１３ｂで反射して発光部１１と異なる方向へ進行し、外部に取り出される。また、波長選択素子１３に入射した赤外光は、波長選択面１３ｂを通って発光部１１に入射する。発光部１１に入射した赤外光は、第１電極（第１反射部）１１１で反射して折り返され、発光部１１内で生じた赤外光とともに発光部１１から射出される。
【００４１】
以上のように、発光部１１から射出された赤外光は、第１電極１１１と第２反射部１５との間に構成される共振器内を何度も往復する。共振器内の往路と復路とで光軸が一致していることにより、赤外光が共振してレーザ発振を生じる。これにより生じた赤外レーザ光は、共振器内を往復するとともに、波長変換素子１４を通るたびにその一部が緑色レーザ光Ｇに変換される。緑色レーザ光Ｇは、第２反射部１５を通ってあるいは波長選択面１３ｂで反射して共振器外に取り出され、レーザ光源装置１の外部に取り出される。
【００４２】
第１実施形態のレーザ光源装置１にあっては、狭帯域化面１３ａを通った光のスペクトル幅が狭められるので、波長選択素子１３と第２反射部１５との間において狭帯域でレーザ発振させることができ、高出力な基本波長のレーザ光が得られる。基本波長のレーザ光は、波長変換素子１４により変換波長のレーザ光に変換されて外部に取り出されるので、所望波長のレーザ光が得られる。
【００４３】
また、狭帯域化面１３ａを誘電体多層膜等で構成することができるので、ホログラム素子等により狭帯域でレーザ発振させる場合に比べて、コストの高騰が回避される。特に、複数の発光部が配置されている場合に、複数の発光部で共通してホログラム素子を設けると、発光部の間ではホログラム素子が機能しないのでホログラム素子の利用効率が低下する。したがって、コストの高騰が顕著になり、レーザ光源装置を構成すること自体が難しくなる。換言すれば、ホログラム素子を用いた構成では発光部の数を増やすことが難しいのに対して、本実施形態の構成によれば発光部の数を増やすことが容易になる。これにより、レーザ光源装置１を高出力にすることが容易になる。
【００４４】
また、波長選択素子１３が、共振器内の光を狭帯域化する機能と、Ｐ偏光とＳ偏光とを分離する機能と、変換波長のレーザ光を分離する機能とを兼ね備えた１つの素子であるので、これら機能を複数の独立した素子に分担させる場合よりも光が通る界面の数を減らすことができる。これにより、光の損失を低減することができ、高効率にすることができる。以上のようにレーザ光源装置１は、コストの高騰を招くことなく、所望波長の高出力なレーザ光が得られるレーザ光源装置になっている。
【００４５】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、波長変換素子の一部が第２反射部として機能する点である。
【００４６】
図３は、第２実施形態のレーザ光源装置２の概略構成を示す断面図である。図２において、第１実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付している。また、第１実施形態と共通の構成要素については、詳細な説明を省略することがある。
【００４７】
図３に示すようにレーザ光源装置２は、発光素子１２、波長選択素子１３、及び波長変換素子２４を備えている。発光素子１２及び波長選択素子１３は、第１実施形態と同様のものである。波長変換素子２４は、第１実施形態の波長変換素子１４と同様の機能を有し、さらに波長選択素子１３から光が入射する入射端面の反対側の端面２４ａが、第２反射部として機能するようになっている。具体的には、端面２４ａが誘電体多層膜で構成されており、端面２４ａは基本波長の光を反射させるとともに変換波長の光を透過させるようになっている。
第２実施形態のレーザ光源装置２にあっては、波長変換素子２４と第２反射部とが互いに独立した素子である場合に比べて、光が通る界面の数が少なくなる。したがって、界面の微小な凹凸により界面に入射する光の一部が不測の方向に反射あるいは屈折する確率が低くなり、光の損失が低減されるので、高効率のレーザ光源装置になる。
【００４８】
なお、第１、第２実施形態では、波長選択素子１３において発光部１１から光が入射する面が狭帯域化面１３ａになっているが、波長選択素子１３から波長変換素子１４、２４に光が射出される射出端面が狭帯域化面となっていてもよい。この場合には、狭帯域化面が、基本波長を中心とする波長帯域の光と、変換波長を中心とする波長帯域の光とを透過させる特性になっていればよい。また、前記したように、狭帯域化面の法線方向が狭帯域化面に入射する光の光軸と非平行になっている構成にすることにより、所望以外の波長の光が共振することを回避することができる。
【００４９】
また、第１、第２実施形態では、複数の発光部を備えた構成を採用しているが、１つの発光部のみを備えた構成にしてもよい。また、波長選択素子や波長変換素子、第２反射部等の構成要素が、いずれも複数の発光部で共通して設けられているが、複数の発光部が２以上のグループに分割されているとともに、グループごとに前記の構成要素が設けられていてもよい。また、第１反射部と波長選択素子との間や第２反射部と波長変換素子との間に、レンズやミラー等の光学素子が配置されていてもよい。例えば、発光素子がベース基板に配置されており、発光素子から射出された光をミラーで反射させて波長選択素子に入射させるようにしてもよい。また、第２反射部が、波長変換素子以外の素子の一部であってもよい。
【００５０】
次に、本発明のプロジェクタの実施形態を説明する。図４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４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（画像形成装置）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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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っている。また、レーザ光源装置４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂの各々から狭帯域のレーザ光が射出されるので、色再現性が良好なプロジェクタになっている。
【００５４】
なお、画像形成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、液晶以外の画像形成装置を用いても良い。このような画像形成装置としては、例えば、反射型液晶ライトバルブやＤＭＤ（登録商標）が挙げられる。投射光学系の構成は、使用される画像形成装置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。
【００５５】
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５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（画像形成装置）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（形成）されるようになっている。
【００５６】
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６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。
【００５７】
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。
【００５８】
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っている。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】第１実施形態のレーザ光源装置の概略構成を示す平面図である。
【図２】第１実施形態のレーザ光源装置の概略構成を示す側面図である。
【図３】第１実施形態のレーザ光源装置の概略構成を示す断面図である。
【図４】プロジェクタを示す概略構成図である。
【図５】走査型プロジェクタを示す概略構成図である。
【図６】モニタ装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００６０】
１、２、４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂ、５１０、６１２・・・レーザ光源装置、１０・・・ベース基板（基板）、１１・・・発光部、１１１・・・第１電極（第１反射部）、１２・・・発光素子、１３・・・波長選択素子、１３ａ・・・狭帯域化面、１３ｂ・・・波長選択面、１４、２４・・・波長変換素子、１５・・・第２反射部、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】
2010062250.tif 000003
【図２】
2010062250.tif 000004
【図３】
2010062250.tif 000005
【図４】
2010062250.tif 000006
【図５】
2010062250.tif 000007
【図６】
2010062250.tif 000008